CN101466591B - 升沉运动补偿 - Google Patents

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Abstract

一种用于补偿升沉运动的升沉运动补偿装置(30、40、70、100、140、300)，包括气缸(41)和活塞(44)，所述活塞(44)限定上述气缸(41)中可变体积流体室(49)，其中上述活塞(44)可以在上述气缸(41)内振动，上述活塞(44)装备有摩擦式接合上述气缸的密封件(48)。补偿装置还包括电机(65)，所述电机(65)使上述密封件(48)相对于上述气缸(41)旋转，以便在密封件(48)和气缸(41)之间得到动态摩擦状态。在可能的实施例中，电机(65)布置成使上述活塞(44)旋转，而密封件(48)安装在上述活塞(44)上，以便与上述活塞(44)一起旋转。

Description

升沉运动补偿
技术领域
本发明涉及升沉运动补偿领域。尤其是本发明涉及升沉运动补偿装置，所述升沉运动补偿装置可以包括在升沉补偿系统中。
背景技术
升沉运动补偿在许多活动中使用，其中船的升沉运动—主要是通过波浪感生—可能会削弱上述活动。例如，当从浮式钻井钻机实施钻井作业时，钻机的升沉被补偿，以便得到减小的钻头上重量(钻头上的向下力)的变化。
升沉补偿系统经常在船上安装的载荷装卸系统、如缆索悬挂的载荷装卸系统(例如起重机)中应用。在缆索悬挂的载荷装卸系统中，载荷一般从缆索悬挂，且通常设置绞盘，以便放出或收起缆索。
这种缆索悬挂的载荷装卸系统例如应用于将载荷下放到水中(比如驱动设备)、从水中收回载荷(比如在打捞作业中)、将载荷放置在海底上(比如底盘)或放到海底设施(防喷器、井口设备)上、或将载荷放置/降低至井眼中(油井装调设备、测井工具等)。
升沉补偿另外例如应用在船上载荷装卸系统中，所述装卸系统用来建造和/或拆除海上结构(将上部结构放置在固定钻机上)。
另一些具有升沉补偿作用的载荷装卸系统的例子是海底铺管系统，和用于从地层中取出岩石样品或科学海底作业的系统。
在US 65 95 494(胡西曼(Huisman)专用提升设备)中公开了升沉补偿系统。其中在被动式升沉补偿系统中安装了两个补偿装置。每个补偿装置实施为活塞和缸体组件，所述组件在所述缸体中具有可变体积液压室。在该现有技术文献中，可变体积液压室连接到蓄集部件的液压室上，上述互连的液压室装有液压流体。蓄集部件具有自由可滑动的分离活塞，所述活塞位于上述液压室和气体室之间，气体室又连接到一排高压气体储气部件上。如该技术中已知的，气体的压力可以通过气压控制器进行控制，比如设定在所希望的水平处，并且在上述方式中可以控制补偿装置的可变体积液压室内的压力。
在这个现有技术文献中，升沉运动补偿包括在悬挂缆索的载荷装卸系统中，且各个补偿装置的活塞都支承活动的或“悬空的”滑轮，所述滑轮以这种方式导引缆索，以使船的升沉运动引起活塞在补偿装置的缸体内振动。由此悬挂载荷的缆索的路线伸长和缩短，因此抵消至少一部分升沉运动。
在近海工业中另一种所用的已知载荷装卸系统是悬垂吊杆(nodding boom)系统，其中缆索滑轮安装在吊杆上，所述吊杆在基底上枢转。吊杆安装成与船的升沉一起上下运动。补偿装置安装在基底和吊杆之间，以便保持基本上恒定的缆索张力。
在许多已知应用中，升沉补偿(也)用主动式升沉补偿系统得到，其中主动式补偿装置的活塞相对于气缸的振动通过一单元控制，所述单元根据一个或多个输入信号用受控制的方式将高压流体(气体或液压液)供应到补偿装置内的一个或多个可变体积室，上述一个或多个输入信号通过一个或多个合适的传感器(例如垂直船运动传感器(比如加速传感器)、(缆索)力传感器、补偿装置活塞位置传感器等)得到。
另外众所周知是将被动式和主动式升沉补偿系统结合。
例如，在近海钻井作业中，现已发现，目前可用的升沉补偿系统不能令人满意。例如，在钻柱的下端处的升沉运动仍然使它不能使用复杂的钻井工具，比如定向钻井工具，同时考虑其中这种钻井经济上可行的天气窗(weather window)。
一般，市售升沉补偿系统不提供最终得到升沉的补偿作用的令人满意的“性能”。这例如限制了作业的速度、实施近海作业的允许天气窗、可以装卸的载荷的尺寸和/或重量、对海底设备施加不希望有的约束等。
发明内容
本发明的目的是提供改进的升沉运动补偿系统，尤其是用于这种系统的改进的升沉运动补偿装置。
本发明提供一种升沉运动补偿装置，所述补偿装置包括气缸和活塞，该活塞限定上述气缸内的可变体积流体室，其中上述活塞可以在所述气缸内振动，上述活塞设有摩擦式接合上述气缸的密封件。补偿装置其特征在于，上述补偿装置还包括电机，所述电机使上述密封件相对于上述气缸转动。
本发明设想在补偿装置的操作期间使密封件相对于气缸转动或旋转。
通过这种相对转动或旋转运动所得到的效果是，即使当活塞在气缸的纵向方向上瞬间不动，密封件和气缸之间的摩擦作用也处在动态状态。此外，即使当活塞振动时，摩擦力也基本上朝向切向方向。
在没有所提出的回转运动时，如所有已知补偿装置中那样，活塞在气缸内的不动位置使密封件和气缸之间的摩擦作用处于静态状态。当升沉运动推动上述已知补偿装置起响应时—通过活塞相对于气缸的纵向运动—密封件“脱离”它在气缸中的位置。在技术方面，发生从“静态摩擦”到“动态摩擦”的转变，该转变通称为粘滑(stick-slip)。发明人发现这种转变对升沉补偿系统的性能有害。
通过使密封件相对于气缸转动或旋转，本发明实现不发生上述“转变”，因为摩擦作用已处在动态状态内。另外摩擦力主要是在切向方向上，因此对活塞相对于气缸的纵向运动具有有限的影响。
用于形成旋转运动所用的电机可以是任何合适的设计，比如，包括电动机、液压马达、磁力电机等。合适的传动组件可以装备有电机，以便驱动补偿装置的转动部件。
旋转运动可以包括振动式旋转运动，但由于构造原因优选的是连续的旋转运动。
发明思想对被动式升沉补偿装置是有利的。尤其是设想其性能和效率在相对无风波浪状态下显著地改善优于现有技术被动式升沉补偿装置。
发明思想可以同等地适用于主动式升沉补偿装置，以便改善补偿装置的性能。尤其是它能更准确地补偿升沉运动。
当应用在浮式近海钻井钻机上时，可以得到显著改进的升沉补偿装置，比如产生较小的钻头上重量的变化。
本发明也可以描述为提供一种升沉运动补偿装置，所述补偿装置包括冲压件(ram)，所述冲压件具有气缸和活塞—活塞杆组件，所述活塞—活塞杆组件可相对于上述气缸伸展和收缩，上述活塞—活塞杆组件摩擦式接合上述气缸，其特征在于，上述补偿装置还包括电机，所述电机用于使至少上述活塞，优选的是使上述活塞—活塞杆组件相对于上述气缸旋转。
本发明还可描述为提供一种升沉运动补偿装置，所述补偿装置包括活塞和气缸组件，其中可变体积流体室被上述活塞在气缸中限定，上述可变体积室连接到蓄集部件上，上述活塞摩擦式接合上述气缸，其特征在于，上述补偿装置还包括驱动组件，所述驱动组件用于当上述补偿装置在使用时提供上述活塞相对于上述气缸的旋转运动。
在优选实施例中，电机布置成在升沉补偿装置操作期间使活塞在气缸内转动或旋转，且密封件安装在上述活塞上，以便与上述活塞一起旋转。
在另一个实施例中，电机布置成使气缸旋转，且活塞用于安装成不可旋转。可以设想例如一个实施例，其中流体导管贯穿活塞延伸，上述流体导管在上述补偿装置的外部，比如在远处位置连接到高压流体组件上。
在另一实施例中，密封件由密封件安装座(carrier)承载，所述密封件安装座可旋转式安装在上述活塞上，而上述电机布置成用于驱动上述密封件安装座，以便使它绕活塞旋转。
还可以设想，活塞在其中振动的气缸是内气缸，所述内气缸可旋转式安装在外气缸内，且其中上述外气缸用于安装成不可旋转。
本发明还涉及包括如本文所公开的补偿装置的升沉补偿系统。
如该技术中已知的，和在引言中所提到的一些例子，升沉补偿系统可以包括悬挂载荷(钻柱或其它钻管、物体等)的缆索。升沉补偿装置可以接合在滑轮(或滑轮组件)上，该滑轮(或滑轮组件)导引上述缆索以改变缆索的路线以便得到升沉补偿。
还设想直接把补偿装置放置在经受升沉的一部分船和载荷本身之间，例如在一方面是钻井井架中的游动滑车、吊杆或其它钻井结构和另一方面是顶部驱动单元或其它悬挂钻柱的其它悬挂单元之间。
本发明还涉及包括如本文所公开的升沉补偿系统的船。
本发明还涉及包括如本文所公开的升沉补偿系统的船载荷装卸系统。
本发明还涉及包括如本文所公开的升沉补偿系统的浮式钻机钻井系统。如上所述，升沉补偿系统可以布置在一方面是船上的升沉钻井结构和另一方面是钻柱(或支承钻柱的顶部驱动装置)之间。升沉补偿装置还可以布置在钻柱内，比如在钻柱的上端处。
本发明还涉及一种浮式钻机钻柱补偿装置，所述补偿装置用于放置在钻柱或其它钻管和钻柱提升装置之间，例如放置在顶部驱动装置和提升装置之间，上述顶部驱动装置可用来支承和旋转钻柱，而上述提升装置支承上述顶部驱动装置。
本发明还涉及钢丝绳测井系统，所述测井系统包括钢丝绳缆索、相关的钢丝绳绞盘、和一个或多个仪器，所述仪器合并到钢丝绳中或者紧固到钢丝绳上。带有仪器的钢丝绳被传送到井眼内，上述系统还包括如本文所公开的升沉补偿系统。钢丝绳测井一般是由其检验油或气井的方法，以便利用电子测量仪器确定它们的地质、岩石物理或地球物理性能，上述电子测量仪器通过通称为钢丝绳缆索的(铠装钢)缆索输送到井眼中。
本发明还涉及包括升沉补偿式钻台的浮式钻井船，其中钻台可相对于船移动，以便补偿船的升沉运动，其中如本文所公开的升沉补偿系统布置在船和钻台之间。
本发明还涉及一种用于升沉运动补偿的方法，尤其是补偿船上载荷装卸的升沉运动，其中利用如本文所公开的升沉运动补偿装置，及其中使上述密封件这样相对于升沉补偿装置的气缸旋转，以便上述密封件和气缸之间的所述摩擦作用处于动态摩擦状态。
得到改善的升沉运动补偿装置性能，尤其是克服现有技术补偿装置的粘滑的一种可供选择的方法是，提供把活塞密封件设计成静水力轴承，其中在活塞密封件和气缸之间保持狭窄的间隙，且其中高压流体穿过活塞供应到间隙，以便形成静水力轴承。然后活塞可以具有一个或多个相对于活塞的外周边凹陷的环形凹部(pocket)及一个或多个在活塞内(可能贯穿活塞杆延伸)的流体通道，所述流体通道连接到高压流体源，以便可以提供连续的流体流来保持活塞和气缸之间的间隙。照这样，尤其是在活塞杆和气缸上的端盖之间设置另一静水力轴承时，得到基本上“无摩擦作用”的补偿装置。
应该理解到，补偿装置中的这种静水力轴承设计不需要本文所述的旋转运动。静水力轴承设计的缺点在于需要补偿高压流体在轴承中损失的流量。在实际应用中设置一排一个或多个气体尤其是空气的储气部件，且设置压缩机进给气体到轴承。
附图说明
现在参照附图所示的实施例更详细说明根据本发明的补偿装置，在附图中：
图1示意示出装备有按照本发明所述的补偿装置的浮式船的一部分；
图2用剖视图示出按照本发明所述的升沉补偿装置和补偿系统的第一实施例；
图3用剖视图示出按照本发明所述的升沉补偿装置的第二实施例；
图4用剖视图示出按照本发明所述的升沉补偿装置的第三实施例；
图5示出装备有按照本发明所述的补偿装置的浮式船的一部分；
图6示出装备有按照本发明所述的补偿装置的浮式钻井钻机系统的一部分；
图7示出装备有按照本发明所述的补偿装置的悬挂缆索的载荷装卸系统的浮式船；
图8示出装备有按照本发明所述的补偿装置的悬挂缆索的载荷装卸系统的浮式船；和
图9用剖视图示出按照本发明所述的升沉补偿装置和补偿系统的另一个实施例。
具体实施方式
图1示出船1，此处为了举例说明起见，示出海上钻井船或者油井装调船，所述船1在其上具有钻井结构2，钻柱3或其它钻管(比如立管)从上述钻井结构2悬挂到海中。在这个实施例中，船1设置有船井4，而钻井结构实施为井架，所述井架布置在上述船井4附近。
船装备有提升装置。在这个实施例中，提供绞盘6用于放出和收起缆索7。该缆索7在结构2中的滑轮组件8、8a、8b、9和游动滑车11上的滑轮组件10上导引。游动滑车11可相对于结构2向上或下运动，这里沿着安装在井架2上的一个或多个竖直导轨12引导。
为了实施钻井作业，这里设置有顶部驱动单元20，所述顶部驱动单元20可以支承由其悬挂的钻柱，及给钻柱施加旋转运动，以便使钻柱下端处的钻头(未示出)旋转。
在该实施例中，顶部驱动单元20还相对于结构2竖直地引导，主要是为了抵销由顶部驱动单元所施加的转矩。这里顶部驱动单元20安放在室中吊运车21中，所述室中吊运车21沿着井架2上的一个或多个竖直导轨12导向。
顶部驱动单元20可以包括液压电机和钻柱夹紧装置，上述液压电机用来给钻柱施加转矩，而上述钻柱夹紧装置用于夹紧和支承悬挂的钻柱。
在顶部驱动单元20和游动滑车11之间，放置有浮式钻机钻柱补偿装置，所述补偿装置可用来补偿船1的升沉。补偿装置30此处为被动式升沉补偿装置。
基本上补偿装置30使游动滑车11能由于波浪(可能包括船的摇摆和/或倾斜)而向上和向下运动，而钻柱3应保持不受上述升沉运动的影响。这样以便在钻头上具有尽可能小振动的情况下得到受控制的重量。
在图1中，仅是一个例子，还示出另一个升沉补偿装置22，所述补偿装置22承载悬空的滑轮组件9。应该注意，在该图1中，当提升装置用于钻井之外的其它目的时，比如当利用该装置来升起或降下与钻柱或类似物不同的穿过船井的载荷时，设置上述补偿装置22。应该理解到，上述升沉补偿装置可以是主动式升沉补偿装置。
参见图2-4，将更详细讨论这种升沉运动补偿装置的许多实施例。其中每个升沉运动补偿装置都可以布置在图1的补偿装置30的位置处。
在图2中，示出一种升沉补偿系统(未按比例示出)，所述升沉补偿系统包括升沉运动补偿装置40。补偿装置40包括气缸41，所述气缸41具有端盖42、43。布置在活塞杆45上的活塞44放置在气缸41内，并可以在所述气缸41内纵向方向上振动。活塞杆45贯穿端盖42中具有周围密封件46的开口延伸。
活塞44装备有密封件48，所述密封件48围绕活塞44的外周边延伸，该密封件封闭活塞44和气缸41之间的间隙。该密封件48摩擦式接合气缸41的内壁。
在活塞44和端盖42之间，可变体积流体室49限定在气缸41内，体积取决于活塞44的轴向位置。
在活塞44的另一侧处，在气缸41内形成环境压力室50，所述室50比如通过开口51与大气连通。
图2示出，室49通过导管52连接到高压流体组件上，所述高压流体组件此处包括蓄集部件53，该蓄集部件53具有可变体积的液压室54和可变体积的气体室55及在它们之间的间隔件(这里是自由滑动的活塞56)。室49、54和导管52充有液压液体，而室55充有气体。
室55又连接到一排一个或多个储气部件57上，所述储气部件57优选的是其中具有大的气体体积。气体在实际应用中可以是空气或氮气。
设置气体压力控制器58，以便如果希望的话设定和调节室55内的气体压力，并且照这样设定室49内的压力。这个压力在活塞/活塞杆组件上产生向内的力。
应该注意，高压流体组件(或者其部件)可以远离补偿装置40设置，但也可以布置在共用载体上，比如安装在游动滑车11上或者悬挂于其上。
图1还示出，补偿装置40在其下端处装备有连接器60，所述连接器60用于将补偿装置连接到顶部驱动单元20上。此处连接器60这样设计，以便在钻井系统的作业期间，气缸41不绕其轴线旋转。
活塞杆45附接到轴颈式连接器61上，所述轴颈式连接器61将补偿装置连接到游动滑车11上。连接器61包括旋转式轴承组件62，所述轴承组件62在附接到游动滑车11上的连接器部分63和活塞杆45之间。旋转式轴承组件62能使活塞杆(及布置于其上的活塞)绕其纵向轴线旋转，而连接器部分63保持不旋转。
安装在上述不旋转的连接器部分63上的是电机65，所述电机65这里是具有可旋转的输出轴66的电动机或液压马达。在电机65和活塞杆45之间的传动装置67能给活塞杆施加转动或旋转运动。此处传动装置设计成在轴上的齿轮68，所述齿轮68与固定在活塞杆45上的齿轮69啮合。应该理解到，可以设计许多其它的电机和传动装置布置用来实现活塞杆45的转动运动。
通过活塞杆45的旋转，也使活塞44旋转，并因此使安装在上述活塞44上的密封件48旋转。建议在升沉补偿系统作业期间，活塞44并因此密封件48保持连续地转动。
上述转动运动所产生的效果是，密封件48和气缸41之间(及还有端盖密封件46和活塞杆45之间)的摩擦作用是动态摩擦作用，即使活塞在气缸41的纵向方向上不动也是如此。这可以防止如在现有技术被动式升沉补偿系统中通常经历从静态摩擦到动态摩擦的“急拉”转变。
此外，密封件46、48和具有端盖42的气缸41之间的摩擦力主要是在切向方向上。这意味着有效地抵消活塞运动的在纵向方向上的摩擦力矢量很小。
上述两种情况(动态摩擦作用，主要是在切向方向上)，尤其是当补偿相当小的升沉运动时，造成显著地改善了补偿装置40的性能。当活塞44似乎是在气缸41内“无摩擦式”滑动时，这种小升沉运动现在可以被准确地补偿。
应该注意，电机65在这里提供活塞44的连续旋转运动。还可以设想，电机65提供活塞44的振动式旋转运动，比如在小于360°角的范围内前后运动，同时允许角度不时地变动，以便避免密封件和/或气缸的不均匀或局部磨损。
图3示出升沉运动补偿装置70，所述升沉运动补偿装置70具有气缸71、活塞72和活塞杆73，该活塞杆73具有穿过上述气缸71的端盖74伸出的端部配件73a。可变体积流体室76限定在上述气缸71中活塞72和端盖74之间。流体导管75将室76连接到合适的高压流体组件上，比如通过蓄集部件54、55连接到一排一个或多个储气部件57上，该储气部件57与图2相同，装有高压气体。
补偿装置70包括密封件78，所述密封件78在活塞72和气缸71的内壁之间。这里密封件78由密封件安装座79承载，所述密封件安装座79安装成在上述活塞72上可旋转。这里在活塞72和密封件安装座79之间设置有轴承组件80(和一未示出的密封件)。这种布置允许密封件安装座79旋转，而活塞和活塞杆组件本身不可旋转。
这里电机81安装在活塞—活塞杆组件远离室76的这侧处。电机81驱动上述密封件安装座79，这里所述密封件安装座79作为电机的轴承载小齿轮82，所述小齿轮82与安装座79上的环形齿轮83啮合。该领域的技术人员应该意识到，其它电机和传动装置布置也可以用来产生密封件安装座79的旋转运动。
在所示的实施例中，电机81是液压马达，同时挠性液压管线84连接到上述电机81。
应该意识到，另外达到的效果是，随着系统运行密封件78可以连续地保持旋转或旋转振动。
图4示出升沉运动补偿装置100具有内气缸101，所述内气缸101可旋转式安装在外气缸102内，上述内气缸101这里由轴承103、104支承。外气缸102用于用非旋转的方式安装，比如通过连接器106连接到不旋转的元件(如顶部驱动单元的主体)。
补偿装置100包括活塞107和活塞杆108，所述活塞杆108具有端部配件108a，该活塞杆108穿过补偿装置的端盖110伸出。密封件109安装在活塞107上。可变体积流体室111设置成可通过导管112连接到高压流体源。导管112设置在补偿装置的不可旋转部分，比如气缸102或端盖110中，以便有助于上述连接。
电机115这样布置，以便它对内气缸101施加旋转运动。这里电机115固定在外气缸102上，这里是固定在端盖116上，处于一固定位置。这里电机115装备有可旋转的小齿轮117，所述小齿轮117与内气缸101上的环形齿轮118啮合。
如现在将要理解的，补偿装置100可以这样操作，以使电机115驱动内气缸101，并因此驱动密封件109和内气缸101之间的相对旋转运动。
密封件120设置在内气缸101和外气缸102之间合适位置处。
图5示出图1的载荷提升系统的可供选择的实施例，其中补偿装置40位于提升结构(这里是井架2)和悬空的滑轮组件9之间。在这个实施例中，可以设想缆索7直接支承顶部驱动装置20，而不像图1那样有一插入的补偿装置。
图6示出浮式钻井钻机系统的一部分，所述浮式钻井钻机系统具有游动滑车130和顶部驱动装置135，上述游动滑车130可被缆索或其它升/降装置悬挂，而上述顶部驱动装置135从上述游动滑车130悬挂。在游动滑车130和顶部驱动装置135之间是两个补偿装置140，所述两个补偿装置140布置成倒V形，它们的下端连接到游动滑车110上，而它们的两个上端连接到共用连接器130上，顶部驱动装置120从上述共用连接器130铰接。按照本发明所述的两个补偿装置140取V形布置、基本上相对于由补偿装置所支承的构件的路线对称的这种布置提供一种实际上吸引人的解决方案。补偿装置140每个都具有保持不可旋转的活塞141，而气缸142通过相关的电机143旋转。轴承布置在气缸142和连接器144之间，所述连接器144连接到游动滑车130上。
当以发明为特征的补偿装置相对于由其支承的构件的路线成一角度布置时，一般可以认为是有利的。
图7示出补偿装置140在安装起重机150的船中的应用。起重机150具有吊杆151、上面缆索152和绞盘153、和载重缆索154、及相关的绞盘155。这里补偿装置140布置成可动式支承滑轮组件156，这里是布置在吊杆151上，缆索154沿着所述吊杆导向，所述缆索支承起重钩157。
图8示出悬垂式吊杆的可供选择的实施例。示出船200的一部分具有起重臂210，所述起重臂210比如实施为A形构架，可相对于船绕水平轴线211枢转。绞盘212，在起重臂210(的末端)上的滑轮组件213上导向的缆索214支承载荷215，所述载荷215将通过起重机上升和/或下降(比如，用于将载荷放置到海底216上)。为了得到升沉补偿，将补偿装置40布置在船和起重臂210之间。
图9示出一种可供选择的改进的升沉运动补偿装置300，其中用不同方式避免了粘滑效应。补偿装置300具有气缸301，所述气缸301具有端盖302、303。布置在活塞杆305上的活塞304放在气缸301内，并可在所述气缸301内纵向方向上振动。活塞杆305贯穿端盖302中带有周围密封件306的开口延伸。
在活塞304和端盖302之间，在气缸301内限定可变体积流体室309，体积取决于活塞304的轴向位置。
在活塞304的另一侧处，在这个实施例中是在气缸301内形成室310(可能处在大气压下)。
图9示出，室309通过导管315连接到高压流体组件，这里所述高压流体组件包括蓄集部件316，该蓄集部件316具有可变体积液压室317和可变体积气体室318及在它们之间的间隔件(这里是自由滑动的活塞319)。室309、317和导管315装有液压液体，而室318装有气体。
室318又连接到一排一个或多个储气部件320上，所述储气部件320优选的是其中具有大体积的气体。气体在实际应用中可以是空气或氮气。
设置气体压力控制器322，以便如果希望的话设定和调节室318内的气体压力，并且用这种方式设定室309内的压力。该压力在活塞—活塞杆组件上产生向内的力。
活塞304具有静水力轴承，所述静水力轴承相对于气缸支承(基本上是定心)活塞，其中在活塞304和气缸301之间保持一狭窄的环形间隙。将高压流体，这里是液压液体，从合适的流体源340穿过活塞(通过管道325)供应到活塞上的静水力轴承。活塞304这里作为例子具有一个或多个环形凹部，这里是锥形凹部330，所述锥形凹部330相对于活塞的外周边凹陷。导管325在活塞内延伸，并贯穿活塞杆。将连续的液流提供给静水力轴承，以便保持在活塞和气缸之间的间隙。照这样得到基本上“无摩擦的”补偿装置。
用于静水力轴承的高压流体源340可以包括气体(空气)源或液压液体源。可以设想，将从静水力轴承漏泄的液压液体收集在补偿装置300中(优选的是收集在室310内)，并返回流体源340，以便产生用于上述液体的“循环回路”。可以设置压力控制器，以便控制供应到活塞上静水力轴承的流体的压力。
在一般作为图3实施例的可供选择的实施例，在附图中未示出的实施例中，可以设想在活塞上安装密封件安装座，以便允许密封件安装座相对于活塞的纵向振动，而与活塞本身的纵向振动无关。这也能在密封件和气缸之间形成动态摩擦状态，并因此避免当活塞开始在纵向上运动时静态摩擦和动态摩擦之间的转变。应该意识到，同样可以实现内气缸在外气缸内的纵向上振动的情况，这一般作为图4实施例的可供选择的实施方式。
关于上述情况，本发明也可以如此理解为提供一种升沉运动补偿装置，所述升沉运动补偿装置包括气缸和活塞，所述活塞限定上述气缸中可变体积流体室，其中上述活塞可以在上述气缸内振动，上述活塞具有密封件，该密封件摩擦式接合上述气缸，其特征在于，上述补偿装置还包括电机，所述电机在上述密封件和上述气缸之间施加相对运动，而与上述活塞振动无关。
作为例子参见图2补偿装置的实施例，应该理解，用于活塞和活塞杆的同一旋转驱动系统可以在集成补偿装置中，所述补偿装置具有两个可变体积流体室，所述两个可变体积流体室在上述气缸内，并被活塞分开。这类补偿装置在主动升沉补偿系统中通常使用，其中另外为高压流体组件做好准备，以便允许选择性地将流体供应到上述可变体积流体室中以及从可变体积流体室中排放流体，因此引起上述气缸内的上述活塞的受控式振动以得到升沉补偿。如本文前言中所述，这类主动系统通常包括一个或多个为控制单元提供输入信号的传感器，上述控制单元调整流体供应，并因此调整活塞的位置。这里密封件相对于气缸的运动与活塞振动无关对补偿系统的性能也是有利的。

Claims (22)

1.升沉运动补偿装置，包括缸体和活塞，所述活塞限定上述缸体中的可变体积流体室，其中上述活塞可以在上述缸体内振动，上述活塞具有摩擦式接合上述缸体的密封件，
其特征在于，上述补偿装置还包括电机，所述电机使上述密封件相对于上述缸体旋转。
2.按照权利要求1所述的补偿装置，其中上述电机布置成使上述活塞旋转，且其中上述密封件安装在上述活塞上，以便与所述活塞一起旋转。
3.按照权利要求1所述的补偿装置，其中上述电机布置成使上述缸体旋转，且其中上述活塞用于安装成不可旋转。
4.按照权利要求1所述的补偿装置，其中上述密封件由密封件安装座承载，所述密封件安装座可旋转式安装在上述活塞上，且其中上述电机驱动上述密封件安装座，以便绕活塞旋转。
5.按照权利要求3所述的补偿装置，其中缸体是内缸体，所述内缸体可旋转式安装在外缸体内，且其中上述外缸体用于安装成不可旋转。
6.升沉补偿系统，包括按照上述权利要求中一个所述的补偿装置。
7.按照权利要求6所述的升沉补偿系统，还包括高压流体组件，所述高压流体组件与上述可变体积流体室互连，并用于提供其中受控制的流体压力。
8.按照权利要求7所述的升沉补偿系统，其中所述高压流体组件包括一个或多个在其中存储高压气体的储气部件。
9.按照权利要求8所述的升沉补偿系统，其中上述补偿装置的上述可变体积流体室是与上述一个或多个储气部件互连的可变体积气体室。
10.按照权利要求7所述的升沉补偿系统，其中上述高压流体组件包括蓄集部件，所述蓄集部件具有可变体积液压室和可变体积气体 室，及它们之间的间隔件，上述可变体积流体室与上述可变体积液压室互连并装有液压液体，而上述可变体积气体室装有高压气体。
11.按照权利要求10所述的升沉补偿系统，其中，所述高压流体组件包括一个或多个在其中存储高压气体的储气部件，上述蓄集部件的上述可变体积气体室连接到上述一个或多个储气部件。
12.按照权利要求6所述的升沉补偿系统，其中上述补偿装置在上述缸体内具有两个可变体积流体室并被上述活塞分开，设置高压流体组件允许可选择性地供应流体到上述可变体积流体室和从所述可变体积流体室排放流体，以便引起上述缸体内的上述活塞的受控式振动以得到升沉补偿。
13.一种船，包括按照权利要求6-12其中一个所述的升沉补偿系统。
14.一种船载荷装卸系统，包括按照权利要求6-12其中一个所述的升沉补偿系统。
15.一种浮式钻机钻井系统，包括按照权利要求6-12其中一个所述的升沉补偿系统。
16.按照权利要求15所述的浮式钻机钻井系统，其中，所述升沉补偿系统布置在船上的升沉钻井结构和钻柱之间，或布置在船上的升沉钻井结构和支承钻柱的顶部驱动装置之间。
17.一种钢丝绳测井系统，包括钢丝绳缆索，相关的钢丝绳绞盘、及一个或多个待输送到井眼中的仪器，上述系统还包括按照权利要求6-12其中一个所述的升沉补偿系统。
18.一种浮式钻井船，包括升沉补偿式钻台，其中钻台相对于船可动，以便补偿船的升沉运动，其中按照权利要求6-12其中一个所述的升沉补偿系统布置在船和钻台之间。
19.用于补偿船上载荷装卸的升沉运动的方法，其中利用按照权利要求1-5其中一个所述的升沉运动补偿装置，且其中上述密封件制成相对于升沉补偿装置的缸体旋转，这样以使密封件和缸体之间的上述摩擦作用处于动态摩擦状态。 
20.升沉运动补偿装置，包括缸体和活塞，所述活塞限定上述缸体中的可变体积流体室，其中上述活塞可以在上述缸体内振动，上述活塞具有摩擦式接合上述缸体的密封件，其特征在于，上述补偿装置还包括电机，所述电机在上述密封件和所述缸体之间施加相对运动，而与上述活塞振动无关。
21.按照权利要求20所述的升沉运动补偿装置，其中补偿装置用于通过电机产生密封件相对于缸体的相对纵向振动，而与缸体内活塞的纵向振动无关。
22.按照权利要求21所述的升沉运动补偿装置，其中上述密封件安装在密封件安装座内，所述密封件安装座如此安装在活塞上，以便允许密封件安装座相对于活塞的纵向振动，而与活塞本身的纵向振动无关。 
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