CN101009416A - 高压或中压旋转接头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压旋转接头，其包括环形外侧元件和内侧圆柱形元件。内侧和外侧元件分别包括至少两个轴向间隔的电导体，导体可随相应的内侧和外侧元件转动，导体形成至少两对，它们被安放成具有彼此相互电接触的接触面。在每对中的一个导体被设置在内侧元件上，另一个导体位于外侧元件上，并且各导体连接着分别延伸至输入端子和输出端子的相应电压线路，导体被绝缘材料包围。外侧元件的电导体设置在位于环形实体外绝缘环中的凹部内，内侧元件的电导体设置在位于环形实体内绝缘环中的凹部内，内绝缘环与外绝缘环同轴线，内外绝缘环分别限定沿轴向延伸的边界表面，环的边界表面彼此紧密相邻，电导体的接触面位于或靠近边界表面处。

Description

高压或中压旋转接头

技术领域

本发明涉及高压旋转接头(swivel)，包括环形外侧元件，其围绕纵向轴线限定出圆柱形室，和内侧圆柱形元件，其与所述外侧元件同轴线，并且绕所述纵向轴线相对于所述外侧元件可转动，所述内侧和外侧元件分别包括至少两个轴向间隔的电导体，所述导体可随相应的内侧和外侧元件转动，所述导体形成至少两对，它们被安放成具有彼此相互电接触的接触面，在每对中的一个导体被设置在所述内侧元件上，另一个导体位于所述外侧元件上，并且所述各导体连接着分别延伸至输入端子和输出端子的相应电压线路，所述导体被绝缘材料包围。本发明还涉及上述类型的中压旋转接头。

背景技术

美国专利No.4252388公开了一种这样的旋转接头，其中说明了一种安装在浮筒(buoy)内的滑动环，用来将电力从发电船传输到海上装置。所述船可围绕所述浮筒随风定向以响应风和气流状态，同时所述滑动环传输高压三相电力。内侧元件的导体-转子是安装在介电支承支架的中心构架上的环形板，可选地带有垫圈形的介电隔离物。外侧元件的导体-定子是由安装在刷柄内的碳刷设置成，并且接触所述转子的接触件的导电铜环。开环堆栈允许高介电绝缘油流通穿过所述堆栈，同时允许与使用空气作为介电体相比更小的尺寸。

公知的旋转接头具有这样的缺点，即介电油可受到在磨损时从碳刷而产生的微粒的污染。据此，可被所述旋转接头传输的最大电压受到限制。

此外，在公知的旋转接头中使用流通的介电绝缘体是相对复杂的，并且必须有附加的泵和轴承的流体密封性设计，而与此同时限制了由所述旋转接头传输的最大电压。

发明内容

因而，本发明的一个目的在于提供一种中/高压旋转接头，优选一种紧凑并可靠性设计的高压旋转接头。本发明的另一个目的在于提供一种可操作相对高压的旋转接头。

关于这点，根据本发明的旋转接头，其特征在于，外侧元件的导电接触件设置在位于环形实体外绝缘环中的凹部内，

所述内侧元件的导电接触件设置在位于环形实体内绝缘环中的凹部内，所述内绝缘环与所述外绝缘环同轴线，

所述内和外绝缘环分别限定沿轴向延伸的边界表面，所述环的所述边界表面被安放成彼此紧密相邻，所述电导体被安放成使得它们的接触面位于或靠近所述边界表面处。

通过使用采取绝缘环形式的实体绝缘材料，可获得高介电强度，从而在电接触件上的高电压是可以的，例如对于诸如395A的标称电流，电压直至33kV。此外，所述实体绝缘材料的使用允许减小所述旋转接头的尺寸和重量，并因而有助于限制转动架旋转接头堆栈上的弯曲力矩。由于所述电接触件的磨损而产生的微粒所导致的所述绝缘材料的污染出现了减少，从而在所述旋转接头的使用期限中绝缘特性得到了保持。

在一个实施方式中，在外侧元件和在内侧元件上的导体分别包括环形接触面。通过使用环形接触面，而不是使用公知的碳刷，在所述旋转接头内，可在例如11kV条件下使用的介电油的污染可被避免。

在旋转接头内，每个导电接触件包括从导体轴向延伸至连接表面的连接器，所述连接表面位于由带有开口和紧固装置的盖限定的封闭体内，所述开口用于固定接收电缆，并且所述紧固装置用于将所述盖连接至所述外侧元件，在所述连接表面上的每个连接器设有用来接收电缆的导线的接收空腔。通过将所述电缆整合在端子箱体内，其中所述端子箱体被整合在旋转接头的本体内，可进行整个旋转接头的验证而不受到由连接器导致的低压限制，其就是这种情况，即在Exe保护型连接器被应用时。

用作为实体绝缘材料的合适的材料包括，聚醚醚酮构成的聚合物实体电绝缘体，其可购自Entegri公司的名为PEEK的产品。

用于电接触件的合适的铜合金可购自名为MULTILAM^铜合金的产品。Multilam是一种镀镍的铜合金条，其使用多个弹簧片栅并且允许经由多个限定的接触点而实现接触。每个栅形成独立的电桥，从而多个平行的栅显著减少了总接触阻抗。

由于被根据本发明的电旋转接头所传输的高压电源，其可使用在海上结构中，所述海上结构包括设有船、经由转动架以随风定向的方式被锚固至海床的第一浮式结构，所述船设有至少一个根据本发明的旋转接头，导电线从所述船上的电源经由旋转接头而延伸至海底电缆。

导电线可延伸至一个或多个无人管理的卫星式(satellite)平台以输出例如22.5MVA的功率，而发电装置安置在FPSO上，这是由于规模效益的经济以及操作和维护船员的存在。在平台上，主要的驱动装置(例如，压缩气体、喷射水，气动起重)是电操作的，高可靠性和低维护性允许所述平台是无人的。

根据本发明的高压旋转接头的另一个合适的应用是从海上FPSO输出电力至岸上场所。不是将气体重新注射入井内或者将气体输送至岸上，可在FPSO上使用燃气轮机以产生电力，其经由根据本发明的旋转接头和水下电缆被传送至岸上的电网。

本旋转接头的再一个应用是从FPSO将电力供应至海底管线，从而加热所述管线，以抵消由于低海水温度而形成的水合物。

附图说明

参看附图，以非限制性示例方式，将详细说明根据本发明的高压旋转接头的实施例。在附图中：

图1是示出了根据本发明的高压旋转接头的纵向剖视图；

图2是根据如图1中所示的一导体对的示意性剖视图；

图3示出了如图1中所示的高压旋转接头的剖视图的实施例；

图4示出了如图3所示的旋转接头的环的细节；

图5示出了如图1中所示的旋转接头的另一个实施例；并且

图6a至6c示出了包括根据本发明的高压旋转接头的海上系统。

具体实施方式

图1示出了高压旋转接头1，其包括固定的外环形壁2和内圆柱形支承3。所述外环形壁2连接至顶部和底部连接器箱体4、5，它们分别用来连接三相电缆6、7。在所述环形壁2内，设置五个绝缘环8、9、10、11和12，它们被固定至外壁2。在各绝缘环9至12内，分别设置一凹部，在对应的凹部内，安放环形导体15、16、17、18。所述外绝缘环8至11的边界表面与固定至所述内侧圆柱形元件3的四个内环形绝缘体21至24的边界表面保持接触。所述内环形绝缘体21至24与所述圆柱形元件3绕纵向轴线27是可转动的。导体28至31设置在所述各绝缘环21至24的对应凹部内。所述各导体28至31优选由环形导体形成，但是可包括其他形状，例如圆柱形或球形。正如所述绝缘体8至12和21至24，所述导体15至18和28至31也在所述边界表面20处包括彼此相互接触的接触面，用来将电流从转动的电力缆线(power lead)6传输到固定的电力缆线7。

所述内电导体15至18连接至连接器32、33，所述连接器轴向延伸至上侧连接器箱体5的连接表面34。所述连接器32、33分别包括用来容纳三相电力缆线6的电缆38、39的空腔35、36。连接器箱体的盖40经由轴承41、42、密封件43、44、45和螺栓47被可转动地连接至所述外壁2。下侧连接器箱体4包括同所述上侧连接器箱体5一样的结构，并且借助于盖46被固定连接至所述外壁2。各电力缆线6、7分别经由夹持装置50被夹紧地连接至对应的盖40、46。

经由瓦斯继电单元(Buchholz Relay Unit)51保护介电油防止其压力过大、温度过高和泄漏，所述瓦斯继电单元51包括补偿囊体，用来适应所述介电油引发的热膨胀和收缩。本发明的旋转接头适用于高压，例如33kV且395A或更大的电流。

如图2所示的导体15由青铜制成，并且为了组转方便，具有圆倒角。与之相对的青铜导体28设有凹部，所述凹部内有多接触环，例如Multilam环，其被设置成以多个触点的方式实现弹性导电接触，因而减小了接触摩擦力。在所述导体15与28之间的空隙83由介电油充满。

可从图3中看出，内圆柱形支承3(可以是转动部分，而外壁2是静止的)包括第一开口环和封闭外周的内环3′，用于连接到电缆38、39。为了避免由于环2与3之间的恒定的小位移相对移动而导致的导体15至18和21至24的磨损，在所述内环3′小偏移时，圆柱形支承3的开口环可稍微变形并且保持固定抵靠外壁2。在所述内环3′较大转动时，例如大于5°，支承3的开口环将跟随所述外环的运动。可从图4中看出，所述外环和内环3、3′经由弹簧14的推压而耦接。

在图5所示的实施例中，内环3′经由径向突出部19连接至封闭外周的外圆柱形支承3，所述径向突出部19在所述圆柱形支承3上安放于两个弹簧14、14′之间。这允许所述内环3′相对于所述支承3的小移动，使得在这种小移动情况下，所述支承3可仍旧固定抵靠着所述外壁2以避免小位移磨损。

图6a至6c示出了包括浮式生产储卸船(FPSO)60的海上系统，所述FPSO 60经由转动架62被锚固至海底61，所述转动架62的底部附着有锚索63和64。所述船60围绕相对位置不变的所述转动架62而随风定向。采油管(product riser)65从海底碳氢化合物井延伸到FPSO 60上的生产旋转接头(未示出)，并且从所述生产旋转接头经由管道65′延伸到所述FPSO上的生产和/或处理设备。在发电单元66内，从所述井产生出来的气体可被转化成电，其被供应至根据本发明的旋转接头67。从发电单元66延伸出的电力缆线68被附着至旋转接头67的内圆柱形支承上的导体，所述内圆柱形支承相对于所述船60是静止的。延伸至海床的电力缆线69被连接至旋转接头67的外侧环形壁的电导体，所述外环形壁被固定附着至所述转动架62。电力缆线69可延伸至无人平台70，所述无人平台70经由采油管70′，例如采气管与海床连接，或者所述电力缆线69可延伸至岸上的电力网71，或者所述电力缆线69可与位于两个浮式结构72、73之间的大致水平的碳氢化合物转接管道77的加热元件75、76连接。

Claims (12)

1.高压或中压旋转接头(1)，包括环形外侧元件(2)，其围绕纵向轴线(27)限定出圆柱形室，和内侧圆柱形元件(3)，其与所述外侧元件(2)同轴线，并且绕所述纵向轴线(27)相对于所述外侧元件可转动，所述内侧和外侧元件分别包括至少两个轴向间隔的电导体(15、16、17、18；28、29、30、31)，所述导体可随相应的内侧和外侧元件(2、3)转动，所述导体形成至少两对(15、28；16、29；17、30；18、31)，它们被安放成具有彼此相互电接触的接触面，在每对中的一个导体(15、16、17、18)被设置在所述内侧元件(3)上，另一个导体(28、29、30、31)位于所述外侧元件(2)上，并且所述各导体连接着分别延伸至输入端子(6)和输出端子(7)的相应电压线路(32、33)，所述导体(15至18，28至31)被绝缘材料包围，其特征在于，

所述外侧元件(2)的电导体(28至31)设置在位于环形实体外绝缘环(8、9、10、11、12)中的凹部内；

所述内侧元件(3)的电导体(15至18)设置在位于环形实体内绝缘环(21、22、23、24)中的凹部内，所述内绝缘环与所述外绝缘环同轴线；

所述内和外绝缘环(8至12、21至24)分别限定沿轴向延伸的边界表面(20、20′)，所述环的所述边界表面被安放成彼此紧密相邻，所述电导体被安放成使得它们的接触面位于或靠近所述边界表面(20，20′)处。

2.根据权利要求1所述的高压或中压旋转接头(1)，其特征在于，位于所述外侧和所述内侧元件(2、3)上的导体(15至18，28至31)包括环形接触面。

3.根据权利要求1或2所述的高压或中压旋转接头(1)，其特征在于，每个电导体被附着至一连接器(32、33)，所述连接器(32、33)从所述导体轴向延伸至连接表面(34)，所述连接表面位于由带有开口(50)和紧固装置(47)的盖(40)限定的封闭体内，所述开口(50)用于固定接收电力电缆(6)，并且所述紧固装置(47)用于将所述盖(40)连接至所述外侧元件(2)，在所述连接器面(34)上的每个连接器(32、33)设有用来接收电力电缆(6)的导线(38、39)的接收空腔(35、36)。

4.根据权利要求1、2或3所述的高压或中压旋转接头(1)，所述绝缘环(8至12；21至24)包括由热塑聚合物，例如PEEK、PES、PTFE或特氟隆^制成的实体绝缘体。

5.根据权利要求4所述的高压或中压旋转接头，所述绝缘环包括聚醚醚酮(PEEK)聚合物。

6.根据前述权利要求任一所述的高压或中压旋转接头(1)，其特征在于，所述电导体包括铜合金，例如MULTILAM^导体。

7.根据前述权利要求任一所述的高压或中压旋转接头(1)，其特征在于，每个导体(15至18；28至31)包括环形金属接触面。

8.根据权利要求7所述的高压或中压旋转接头(1)，其特征在于，所述金属包括铜合金，例如MULTILAM^导体。

9.一种海上结构，包括经由转动架(62)以随风定向的方式被锚固至海床的第一浮式结构(60)，所述结构(60)设有至少一个根据权利要求1至8任一所述的旋转接头(67)，导电线(68)从位于船上的电力电缆(66)经由所述旋转接头延伸至海底电力电缆(69)。

10.根据权利要求9所述的海上结构，所述电力电缆(69)以与所述第一浮式结构相隔一定距离的方式延伸至至少一个第二浮式结构(70)，所述第二浮式结构经由采油管(70′)与海底碳氢化合物井连接。

11.根据权利要求10所述的海上结构，所述第一浮式结构(60)经由采油管(65)与海底天然气田连接，所述电力电缆(69)延伸至岸上的电力网(71)，位于所述第一浮式结构(60)上的电源(66)包括燃气轮机。

12.根据权利要求9所述的海上结构，所述电力电缆(69)与设有加热元件(75、76)的海底碳氢化合物输送管道(74)连接，所述加热元件(75、76)用于对所输送的碳氢化合物进行温度控制。

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