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申请/专利权人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所

摘要：本发明提供了一种水下球阀负载模拟装置及水下球阀执行机构试验方法。其中，水下球阀负载模拟装置包括：密封壳体，其内为耐压密封腔体，密封壳体上设置有轴孔；液压马达装置，设置于耐压密封腔体内，固定于壳体；液压马达装置具有带制动器的液压马达，液压马达配置成在液压油的作用下进行正转和反转；减速器，连接于液压马达的输出轴；和花键传动轴，连接于减速器的输出轴且伸出轴孔；花键传动轴上设置有扭矩传感器和角位移传感器；水下球阀执行机构的壳体连接于密封壳体，且水下球阀执行机构的传动轴连接于花键传动轴。可模拟球阀运动过程中的负载，结构紧凑，体积小，能模拟各种规格的球阀启闭特性，满足水下球阀执行机构的试验要求。

主权项：1.一种水下球阀负载模拟装置，用于水下球阀执行机构试验，其特征在于，包括：密封壳体，其内为耐压密封腔体，且所述密封壳体上设置有轴孔；液压马达装置，设置于所述耐压密封腔体内，且固定于所述密封壳体；所述液压马达装置具有带制动器的液压马达，且所述液压马达配置成在液压油的作用下进行正转和反转；减速器，连接于所述液压马达的输出轴；和花键传动轴，连接于所述减速器的输出轴且伸出所述轴孔；所述花键传动轴上设置有扭矩传感器和角位移传感器；所述水下球阀执行机构的壳体连接于所述密封壳体，且所述水下球阀执行机构的传动轴连接于所述花键传动轴；根据所述角位移传感器，使所述花键传动轴转动到预设位置，以使所述水下球阀执行机构运动到预设角度位置，将所述液压马达锁定；在外部液压源不提供压力时，所述制动器起制动作用，所述水下球阀负载模拟装置锁住静止；在驱动力稳定后，获取所述扭矩传感器输出的扭矩，且所述扭矩传感器输出的扭矩为所述水下球阀执行机构在所述预设角度位置下的正输出扭矩或反输出扭矩。

全文数据：水下球阀负载模拟装置及水下球阀执行机构试验方法技术领域本发明涉及深海油气田开发装备领域，特别是涉及一种水下球阀负载模拟装置及水下球阀执行机构试验方法。背景技术随着陆上石油资源的迅速锐减，海洋油气开发已经成为世界各国的能源开发热点，作为水下采油设施基本组成部分之一的水下阀门需求量也将继续扩大，水下阀门执行机构作为水下阀门的重要驱动装置，跟随阀体安装于海底。随着我国渤海、南海等油气的开发开采和世界对深海能源的勘探，市场对水下阀门及执行机构的需求也在不断增加，对其技术要求也在不断提高。因此，开展高性能水下阀门执行机构设计、制造及相关测试技术研究，打破国外公司对水下阀门执行机构技术的垄断，不仅能够使我国深海开采业摆脱对国外产品的依赖，而且对加快海洋装备制造业结构调整和产业转型升级，抢占未来经济科技竞争的制高点，推动海洋资源开发和海洋经济发展，支撑我国建设海洋强国目标实现具有十分重要的意义。水下阀门主要分为水下球阀和水下闸阀，其中水下球阀执行机构是通过自身或外部驱动力作用产生旋转作用力驱动水下球阀开启和关闭的装置。水下球阀有全焊式、顶装式和分体式三种常见的阀体形式，且通径尺寸大小不一，耐水压等级也各不相同。故所对应的球阀执行机构也受球阀不同接口、性能和功能的影响而种类繁多，球阀执行机构相应的试验过程也相对复杂，往往需要重复拆装球阀执行机构和不同的球阀来完成球阀执行机构的各项性能试验，且大口径深水球阀体积庞大，具有一定装配难度，并受到试验场地的条件限制。发明内容本发明旨在克服现有水下球阀执行机构试验的至少一个缺陷，提供了一种水下球阀负载模拟装置及水下球阀执行机构试验方法，水下球阀负载模拟装置可模拟球阀运动过程中的负载，整体结构紧凑，体积小，能模拟各种规格的水下球阀启闭特性，同时具备一定的水下耐压能力，可满足水下球阀执行机构的试验要求。为此，本发明提供了一种水下球阀负载模拟装置，用于水下球阀执行机构试验，其中，水下球阀负载模拟装置包括：密封壳体，其内为耐压密封腔体，且所述密封壳体上设置有轴孔；液压马达装置，设置于所述耐压密封腔体内，且固定于所述密封壳体；所述液压马达装置具有带制动器的液压马达，且所述液压马达配置成在液压油的作用下进行正转和反转；减速器，连接于所述液压马达的输出轴；和花键传动轴，连接于所述减速器的输出轴且伸出所述轴孔；所述花键传动轴上设置有扭矩传感器和角位移传感器；所述水下球阀执行机构的壳体连接于所述密封壳体，且所述水下球阀执行机构的传动轴连接于所述花键传动轴。进一步地，所述液压马达装置还包括控制阀块，连接于所述液压马达；所述控制阀块具有正转管路口、反转管路口和制动管路口。进一步地，所述液压马达装置具有传输所述液压油的传输管路，所述传输管路为耐压软管。进一步地，所述密封壳体包括连接法兰、密封筒和密封盖；所述连接法兰设置于所述密封筒的一端，且所述连接法兰上设置有所述轴孔，所述花键传动轴通过轴套安装于所述轴孔；所述密封盖设置于所述密封筒的另一端连。进一步地，所述连接法兰的底部通过螺栓安装于试验台架。进一步地，所述密封筒上设置有管线转接口，所述管线转接口连通所述液压马达装置，以使所述液压马达装置通过所述管线转接口转接到所述密封壳体外部。进一步地，所述连接法兰上设置有水密接口，所述扭矩传感器和所述角位移传感器均通过穿过所述水密接口的线缆转接到所述密封壳体外部的控制器。进一步地，所述减速器与所述液压马达的输出轴之间设置有联轴器。另一方面，本发明还提供了一种水下球阀执行机构试验方法，利用上述任一种水下球阀负载模拟装置；且所述水下球阀执行机构试验方法包括：将所述密封壳体安装于试验台架；连接所述水下球阀执行机构的传动轴和所述花键传动轴，以及连接所述水下球阀执行机构的壳体和所述密封壳体。进一步地，所述水下球阀执行机构试验方法还包括：通过控制所述液压马达装置的正反转压力，使所述液压马达正转或反转，并根据所述角位移传感器，使所述花键传动轴转动到预设位置，以使所述水下球阀执行机构运动到预设角度位置，将所述液压马达锁定；给所述水下球阀执行机构的传动轴施加驱动力，使所述花键传动轴具有正转或反转的趋势，且在所述驱动力稳定后，获取所述扭矩传感器输出的扭矩，且所述扭矩传感器输出的扭矩为所述水下球阀执行机构在所述预设角度位置下的正输出扭矩或反输出扭矩。进一步地，所述水下球阀执行机构试验方法还包括：设置所述花键传动轴的转动位置与所述液压马达装置的正反转压力间的关系曲线，所述关系曲线为水下球阀的模拟开启曲线或所述水下球阀的模拟关闭曲线，以模拟出所述水下球阀开启或关闭全过程的运动负载特性；按照所述关系曲线控制所述液压马达装置的正反转压力，且给所述水下球阀执行机构的传动轴施加驱动力，带动所述花键传动轴由所述水下球阀的模拟开启位置转动到所述水下球阀的模拟关闭位置，或由所述模拟关闭位置转动到所述模拟开启位置；记录所述花键传动轴由所述模拟开启位置转动到所述模拟关闭位置的时间，或由所述模拟关闭位置转动到所述模拟开启位置的时间；以及记录反应所述驱动力大小的数值。本发明的水下球阀负载模拟装置及水下球阀执行机构试验方法，水下球阀负载模拟装置为模拟水下球阀负载变化规律的试验装置，可模拟球阀运动过程中的负载，整体结构紧凑，体积小，能模拟各种规格的水下球阀启闭特性，同时具备一定的水下耐压能力，可满足水下球阀执行机构的试验要求。进一步地，简化水下球阀执行机构相应的试验过程，不需要重复拆装水下球阀执行机构和不同的球阀来完成水下球阀执行机构的各项性能试验。针对大口径深水球阀体积庞大的问题，也取消执行机构与球阀之间的高难度装配问题。且水下球阀执行机构试验不会受到试验场地的条件限制。进一步地，本发明考虑到装置所需输出扭矩大，试验空间小等因素的制约，充分发挥液压功重比大的优势，采用制动器+液压马达+减速器的形式模拟负载即水下球阀负载模拟装置，与水下球阀执行机构的连接结构相对简单，基本满足所有试验条件要求。进一步地，结构上采用连接法兰、传动轴、水下球阀执行机构的壳体和密封装置即可完成水下球阀执行机构和水下球阀负载模拟装置间的可靠连接。进一步地，水下球阀负载模拟装置输出扭矩与油压压力基本成线性关系，把难于控制的扭矩参数转变为易于实现的油压压力控制，从而准确控制负载的变化，通过扭矩传感器实时检测现场实际扭矩值，通过角位移传感器与制动器的配合，实现任意角度的精确制动。根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是根据本发明一个实施例的水下球阀负载模拟装置的示意性框图；图2是根据本发明一个实施例的水下球阀负载模拟装置的示意性结构图；图3是图2所示水下球阀负载模拟装置的示意性主视图。具体实施方式图1和图2分别是根据本发明一个实施例的水下球阀负载模拟装置的示意性框图和示意性结构图。如图1和图2所示，并参考图3，本发明实施例提供了一种水下球阀负载模拟装置100，水下球阀负载模拟装置100用于水下球阀执行机构200试验。具体地，该水下球阀负载模拟装置100包括密封壳体20、液压马达装置30、减速器40和花键传动轴50。密封壳体20内为耐压密封腔体，以起到水下耐压密封作用，且密封壳体20上设置有轴孔。液压马达装置30设置于耐压密封腔体内，且固定于密封壳体20。液压马达装置30具有带制动器的液压马达31，且液压马达31配置成在液压油的作用下进行正转和反转。减速器40连接于液压马达31的输出轴。花键传动轴50连接于减速器40的输出轴且伸出轴孔。水下球阀执行机构200的传动轴连接于花键传动轴50，以使液压马达31的动力传动到水下球阀执行机构200。水下球阀执行机构200的壳体连接于密封壳体20。花键传动轴50上设置有扭矩传感器51和角位移传感器52，用于检测传动扭矩和转动角度。液压马达装置30可连接液压试验台架300。在本发明的一些实施例中，密封壳体20包括连接法兰21、密封筒22和密封盖23。连接法兰21设置于密封筒22的一端，且连接法兰21上设置有轴孔。花键传动轴50通过轴套安装于轴孔。液压马达31利用连接螺栓35安装于连接法兰21。密封盖23设置于密封筒22的另一端。密封筒22和密封盖23螺栓固接，同时固接到连接法兰21上，各安装面都设有密封圈。连接法兰21的底部通过螺栓安装于试验台架，以用于水下球阀负载模拟装置100整体的固定。连接法兰21的底部可设置有螺栓接口。连接法兰21通过螺栓连接水下球阀执行机构200的壳体，该壳体可为密封筒罩。进一步地，连接法兰21上设置有水密接口，扭矩传感器51和角位移传感器52均通过穿过水密接口的线缆转接到密封壳体20外部的控制器。减速器40与液压马达31的输出轴之间设置有联轴器60。在本发明的一些实施例中，液压马达装置30还包括控制阀块32以及传输液压油的传输管路。控制阀块32连接于液压马达31。控制阀块32具有正转管路口、反转管路口和制动管路口。传输管路为耐压软管，方便布线。密封筒22上设置有管线转接口24，管线转接口24连通液压马达装置30，以使液压马达装置30通过管线转接口24转接到密封壳体20外部。本发明实施例还提供了一种水下球阀执行机构200试验方法。水下球阀执行机构200试验方法利用上述任一实施例中的水下球阀负载模拟装置100进行试验。也就是说，水下球阀负载模拟装置100用于模拟水下球阀的启闭特性，配合水下球阀执行机构200完成相应的性能试验。且水下球阀执行机构200试验方法包括：将密封壳体20安装于试验台架；连接水下球阀执行机构200的传动轴和花键传动轴50，以及连接水下球阀执行机构200的壳体和密封壳体20。花键传动轴50上带有的扭矩传感器51和角位移传感器52的供电及测量线路连接相应电源和控制器。控制阀块32的正转管路口、反转管路口和制动管路口分别通过传输管路连接外部液压源。外部液压源给正转管路口提供一工作压力P1，且给制动管路口提供工作压力P2时，制动器解锁，反转管路口作为回油口，水下球阀负载模拟装置100正向转动。外部液压源给反转管路口提供一工作压力P3，且给制动管路口提供工作压力P2时，制动器解锁，正转管路口作为回油口，水下球阀负载模拟装置100反向转动。外部液压源不提供压力时，制动器起制动作用，水下球阀负载模拟装置100锁住静止。在一些实施例中，本发明实施例中的水下球阀负载模拟装置100具有如下基本功能：测量水下球阀执行机构200各角度下的输出扭矩。通过水下球阀负载模拟装置100正反转及角位移传感器52控制，将水下球阀执行机构200运动到指定开度角度位置，再将水下球阀负载模拟装置100锁定。可测量水下球阀执行机构200在该角度下的正反输出扭矩，即水下球阀执行机构200在该角度下的开启和关闭能力。具体地，水下球阀执行机构200试验方法还包括：通过控制液压马达装置30的正反转压力使液压马达31正转或反转，并根据角位移传感器52，使花键传动轴50转动到预设位置，以使水下球阀执行机构200运动到预设角度位置，将液压马达31锁定，以测量水下球阀执行机构200在预设角度位置下的正输出扭矩或反输出扭矩。给水下球阀执行机构200的传动轴施加驱动力，使花键传动轴50具有正转或反转的趋势，且在驱动力稳定后，获取扭矩传感器51输出的扭矩，且扭矩传感器51输出的扭矩为水下球阀执行机构200在该预设角度位置下的正输出扭矩或反输出扭矩。水下球阀执行机构200包括液压驱动装置，以通过液压驱动装置给水下球阀执行机构200的传动轴施加驱动力，可将该液压驱动装置的工作压力分为多档，以提供多个驱动力，并获取水下球阀执行机构200在该预设角度位置下的多个正输出扭矩或多个反输出扭矩。在本发明的一些实施例中，本发明实施例中的水下球阀负载模拟装置100还具有如下基本功能：模拟球阀开启关闭负载。通过试验或查询计算可得到某一具体型号水下球阀的开启关闭负载曲线，通过控制正转管路口、反转管路口和制动管路口压力，可准确模拟出该型号水下球阀的运动特性，从而实现对应水下球阀执行机构的性能试验。水下球阀负载模拟装置100模拟球阀开启关闭负载时，制动器处于解锁状态。具体地，水下球阀执行机构200试验方法还包括：设置花键传动轴50的转动位置与液压马达装置30的正反转压力间的关系曲线，关系曲线为某一型号的水下球阀的模拟开启曲线或模拟关闭曲线，以模拟出该水下球阀开启或关闭全过程的运动负载特性；按照关系曲线控制液压马达装置30的正反转压力，且给水下球阀执行机构200的传动轴施加驱动力，带动花键传动轴50由水下球阀的模拟开启位置转动到水下球阀的模拟关闭位置，或由模拟关闭位置转动到模拟开启位置；记录花键传动轴50由模拟开启位置转动到模拟关闭位置的时间，或由所述模拟关闭位置转动到所述模拟开启位置的时间；以及记录反应所述驱动力大小的数值。水下球阀执行机构200包括液压驱动装置，以通过液压驱动装置给水下球阀执行机构200的传动轴施加驱动力，则反应所述驱动力大小的数值可为液压驱动装置的液压油压力。至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

权利要求：1.一种水下球阀负载模拟装置，用于水下球阀执行机构试验，其特征在于，包括：密封壳体，其内为耐压密封腔体，且所述密封壳体上设置有轴孔；液压马达装置，设置于所述耐压密封腔体内，且固定于所述密封壳体；所述液压马达装置具有带制动器的液压马达，且所述液压马达配置成在液压油的作用下进行正转和反转；减速器，连接于所述液压马达的输出轴；和花键传动轴，连接于所述减速器的输出轴且伸出所述轴孔；所述花键传动轴上设置有扭矩传感器和角位移传感器；所述水下球阀执行机构的壳体连接于所述密封壳体，且所述水下球阀执行机构的传动轴连接于所述花键传动轴。2.根据权利要求1所述的水下球阀负载模拟装置，其特征在于，所述液压马达装置还包括控制阀块，连接于所述液压马达；所述控制阀块具有正转管路口、反转管路口和制动管路口。3.根据权利要求1所述的水下球阀负载模拟装置，其特征在于，所述液压马达装置具有传输所述液压油的传输管路，所述传输管路为耐压软管。4.根据权利要求1所述的水下球阀负载模拟装置，其特征在于，所述密封壳体包括连接法兰、密封筒和密封盖；所述连接法兰设置于所述密封筒的一端，且所述连接法兰上设置有所述轴孔，所述花键传动轴通过轴套安装于所述轴孔；所述密封盖设置于所述密封筒的另一端连。5.根据权利要求4所述的水下球阀负载模拟装置，其特征在于，所述连接法兰的底部通过螺栓安装于试验台架。6.根据权利要求4所述的水下球阀负载模拟装置，其特征在于，所述密封筒上设置有管线转接口，所述管线转接口连通所述液压马达装置，以使所述液压马达装置通过所述管线转接口转接到所述密封壳体外部。7.根据权利要求4所述的水下球阀负载模拟装置，其特征在于，所述连接法兰上设置有水密接口，所述扭矩传感器和所述角位移传感器均通过穿过所述水密接口的线缆转接到所述密封壳体外部的控制器；所述减速器与所述液压马达的输出轴之间设置有联轴器。8.一种水下球阀执行机构试验方法，其特征在于，所述水下球阀执行机构试验方法利用权利要求1至7中任一项所述的水下球阀负载模拟装置；且所述水下球阀执行机构试验方法包括：将所述密封壳体安装于试验台架；连接所述水下球阀执行机构的传动轴和所述花键传动轴，以及连接所述水下球阀执行机构的壳体和所述密封壳体。9.根据权利要求8所述的水下球阀执行机构试验方法，其特征在于，还包括：通过控制所述液压马达装置的正反转压力，使所述液压马达正转或反转，并根据所述角位移传感器，使所述花键传动轴转动到预设位置，以使所述水下球阀执行机构运动到预设角度位置，将所述液压马达锁定；给所述水下球阀执行机构的传动轴施加驱动力，使所述花键传动轴具有正转或反转的趋势，且在所述驱动力稳定后，获取所述扭矩传感器输出的扭矩，且所述扭矩传感器输出的扭矩为所述水下球阀执行机构在所述预设角度位置下的正输出扭矩或反输出扭矩。10.根据权利要求8所述的水下球阀执行机构试验方法，其特征在于，还包括：设置所述花键传动轴的转动位置与所述液压马达装置的正反转压力间的关系曲线，所述关系曲线为水下球阀的模拟开启曲线或所述水下球阀的模拟关闭曲线，以模拟出所述水下球阀开启或关闭全过程的运动负载特性；按照所述关系曲线控制所述液压马达装置的正反转压力，且给所述水下球阀执行机构的传动轴施加驱动力，带动所述花键传动轴由所述水下球阀的模拟开启位置转动到所述水下球阀的模拟关闭位置，或由所述模拟关闭位置转动到所述模拟开启位置；记录所述花键传动轴由所述模拟开启位置转动到所述模拟关闭位置的时间，或由所述模拟关闭位置转动到所述模拟开启位置的时间；以及记录反应所述驱动力大小的数值。

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