CN102712352B - 海底压力补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压力补偿系统，特别海底环境中的压力补偿系统，其包括：围绕空腔（3）的流体填充封罩（1）；第一压力补偿器（10），其具有第一腔室（11）和第二腔室（12），第一腔室（11）与空腔（3）流体连通；和第二压力补偿器（20），其具有第三腔室（21）和第四腔室（22）。在该系统中，第二压力补偿器（20）的第三腔室（21）与第一压力补偿器（10）的第二腔室（12）流体连通。

Description

海底压力补偿系统

技术领域

本发明涉及水下压力补偿系统。

背景技术

对于海底设备，将它们布置成能在特定压力的海水下可靠地工作可能是一项特殊的任务。用于电力或机械设备的海底封罩可分成两组，抗压封罩和压力补偿封罩。后者的特征是封罩被流体填充，封罩内的压力大约与环境压力相同或者比环境压力稍高。

通过压力补偿，任务是要维持封罩内有足够压力，例如以经受来自环境海水的压力。封罩内的压力可小于海水的压力，因此海底设备壳体或封罩只需要经受海水施加在封罩上的外部压力和封罩内维持的内部压力之间的压差。

为了提供适当的流体压力，在特定应用中，封罩内的液压流体由弹簧加压。

此外，海底设备在封闭壳体中的封装还可防止海水进入系统中。

发明内容

本发明致力于找到现有解决方案的替代方式。

此目标由独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本发明的有利改进和变型。

根据本发明，提供了一种压力补偿系统，特别是海底环境中的压力补偿系统，包括：围绕空腔的流体填充封罩；第一压力补偿器，其具有第一腔室和第二腔室，第一腔室与空腔流体连通；和第二压力补偿器，其具有第三腔室和第四腔室。该系统被设计成，第二压力补偿器的第三腔室与第一压力补偿器的第二腔室流体连通。

这允许更好地隔开来自环境海水的流体或围绕该系统的其它流体。

流体填充封罩的空腔内和第一腔室内使用的第一流体有可能是液体，例如油。

第二压力补偿器的第三腔室和第一压力补偿器的第二腔室内使用的第二流体也可以是液体，例如油，但可以是与第一流体不同的类型。

该系统可被设计成，环境海水既不被混合，第一流体或第二流体也不被混合。它们可由固体柔性壁隔开。

优选地，第一压力补偿器的第一腔室可通过第一波纹管（bellow）、隔板或袋状物与第一压力补偿器的第二腔室隔开。这同样可适用于第二压力补偿器，使得第三腔室可通过第二波纹管、隔板或袋状物与第四腔室隔开。

优选地，第一或第二压力补偿器的壳体可以是固体。波纹管可允许调节压力补偿器内腔室的体积，使第一腔室体积的增大导致第二腔室体积减小相同量。以相似方式，第三腔室体积的增大会导致第四腔室体积减小相同量。更为一般的是，一个共同的压力补偿器内的两个腔室的体积调节可以是相互的。

在一个优选实施例中，第一波纹管和/或第二波纹管可分别是无弹簧的。因此，弹簧不用来产生所需过压。实际上，第一波纹管和/或第二波纹管可皆具有带重量特别是静重的元件，以对流体产生所需过压。此元件可被相对于波纹管设置成，使得元件的重量产生使波纹管的行程降低的力。优选地，波纹管可被定向为使得波纹管的运动基本是在竖直方向上的，元件会被定位在波纹管的最竖直的位置，使得如果不存在流体来抵抗重力的话，重力会引起元件使波纹管塌陷。在波纹管内存在流体时，取决于其重量，元件会引起力在流体上，以致产生过压。

优选地，该系统可包括双壳设计，其中填充第一流体的流体填充封罩由另一流体填充封罩围住或封装，另一流体填充封罩围绕填充第二流体的另一空腔。

因此，封装的电力或机械设备可以受到两个壳的保护：如之前限定的流体填充封罩的内阻挡层，和由另一流体填充封罩的外阻挡层。这降低了泄漏风险。即使外阻挡层变得有裂缝，设备会由内阻挡层完全保护不受海水影响。

具有双壳设计的布置结构（由流体填充封罩和另一流体填充封罩提供）可允许恰好只有两个压力补偿器，用于两个流体填充封罩的压力和/或体积补偿的所述第一压力补偿器和所述第二压力补偿器。这对于具有四个波纹管作为压力补偿器的双壳解决方案是有利的。

压力补偿器可位于不同位置。例如，两个都可位于两个流体填充封罩外部。可替代地，两个都可位于外部的另一流体填充封罩内，使得甚至压力补偿器也受到该封罩的保护。这也是可行的，即第一压力补偿器可位于另一填充的封罩中，而第二压力补偿器可位于两个流体填充封罩外部。参照附图可以看出这方面和其它方面。

必须注意，已经参照不同主题描述了本发明的实施例。具体地，已经参照设备类型权利要求描述了一些实施例，而参照方法类型权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员会从上文和下文的描述得出，除非另外指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，关于不同主题的特征之间的任何组合，特别是设备类型权利要求的特征和方法类型权利要求的特征之间的任何组合也认为被本申请公开。

上文限定的本发明的各方面和另外方面通过后文将描述的实施例的例子是显然的，并参照实施例的例子来解释。

附图说明

仅仅出于示例的目的，现在将参照附图来描述本发明的实施例，附图中：

图1示意性地示出了两个封罩外部带两个压力补偿器的双阻挡层压力系统；

图2示意性地示出了两个压力补偿器位于周围封罩内部的一种双阻挡层压力系统；

图3示意性地示出了使用两个压力补偿器的单个阻挡层的压力系统。

附图中的图示是示意性的。注意，对于不同附图中相似或相同的元件，使用了相同的附图标记。

具体实施方式

现参照图1，用于海底作业的技术设备50简单地通过方框来示意性地表示。为了保护此技术设备50将其封装在双壳体中，即完全由流体填充封罩1围住，两者再由第二流体填充封罩2围住。第一填充封罩1由第一流体填充，而第二填充封罩2由第二流体填充。两种流体具体是液体，例如油基液体。

第二填充封罩2可由环境海水围绕，它在海底环境中可具有高压力。此外，海水对金属部件可能是侵蚀的。

第一压力补偿器10和第二压力补偿器20位于两个填充封罩1、2外部，两个补偿器还由海水围绕。

以简化方式，两个压力补偿器10、20都认为是圆柱体，一个圆柱体的底部有一个开口，另一圆柱体的底部也有一个开口。圆柱体本身可以是竖直安装的。

对于第一压力补偿器10而言，圆柱体底部的开口提供了通达压力补偿器10内的第一腔室11的入口，圆柱体顶部的开口可以进入第二腔室12。至于第二压力补偿器20，圆柱体底部的开口提供了通达压力补偿器20内的第三腔室21的入口，圆柱体顶部的开口可以进入第四腔室22。

圆柱体可以从两个侧面通过其开口由两种不同流体填充。流体通过不渗透性波纹管保持分离，在第一压力补偿器10情况下是第一波纹管13，在第二压力补偿器20情况下是第二波纹管23。

由于隔开的腔室11、12或21、22中的不同流体压力，波纹管13、23可自动地调节自身的体积和行程。

根据图1，波纹管13是由第一流体填充的袋状物或泡状物，限定第一腔室11。第一流体进入波纹管13会通过圆柱体底部的开口。圆柱体内部波纹管13的周围由第二流体填充，并限定第二腔室12，它通过圆柱体顶部的开口填充。

波纹管13具有一个机构，使第二流体的压力被维持以抵抗第一流体的压力。这是通过用于第一波纹管13的第一元件14，用于第二波纹管23的第二元件24实现的，元件14、24被附连到波纹管13、23的最竖直部分，并具有重量，使得在该重量上引起的重力会对第一腔室11内的第一流体（或第三腔室21内的流体）增加附加压力。

根据图1，第一压力补偿器10通过第一歧管40连接到流体填充封罩1，在下文中也被称作内封罩1。第一歧管40通过到内封罩1的阀门61连接到第一压力补偿器10底部的开口。因此，歧管40通过第一流体提供第一腔室11和内封罩1的空腔3之间的流体连通。第一歧管40可能会被布置成在外封罩2的基本最竖直的点穿过第二流体填充封罩2（下文中也称作外封罩2），并在内封罩1的基本最小竖直点连接到内封罩1。

第二压力补偿器20通过第二歧管41连接到第一压力补偿器10和外封罩2。第二歧管41连接到第二压力补偿器20的底部的开口，直接到第一压力补偿器10顶部的开口，并通过阀门62连接到外封罩2。因此，歧管41提供第三腔室21和第二腔室12之间的流体连通，另外通过第二流体提供第三腔室21和外封罩2的空腔4之间的流体连通。可能是第二歧管41被布置成在外封罩2的基本最竖直点穿过外封罩2，并在外封罩2的基本最小的竖直点终止。

而且，第二压力补偿器20顶部的开口与环境海水直接流体连通，使得周围的水可进入第四腔室22。

使用如上文限定的此系统，双阻挡层的方法还有双补偿器降低了泄漏的风险。此系统能够在外封罩2或在第二压力补偿器20有裂缝的情况下无负面影响地工作。因此，此系统是非常可靠的。

通过使用波纹管13、23，并通过使用元件14、24作为对波纹管13、23有影响的重量，可对波纹管13、23中的流体产生稍微的过压力。这具有优点，即使用弹簧来产生此过压是多余的。这是有利的原因是由于在内封罩1内部安装、工作的技术设备50的热损失，导致流体中的温度变化，因此造成体积变化，补偿器体积和波纹管13、23的行程可以是相当大的。但弹簧可能在产生过压时由于弹簧常数而较不平滑，一致。因此，由带有附加静重的波纹管来代替现有技术的弹簧可使压力补偿器的操作更加一致。

根据图1的系统具有特定优点，即例如为了维修或修理，可从外部容易地接近压力补偿器。

关于图1中的阀门61、62，可能需要另外的阀门，例如用于控制初始填充等。阀门61、62的方位可在两个封罩1、2的外部（例如为了更加容易地更换或修理）或在外封罩2的内部和内封罩1的外部。对于维修工作，可能需要阀门61、62。

下文将参照图2解释不同的解决方案，其中两个压力补偿器都安装在外封罩内部，提供额外保护。

之前描述的大部分内容也适用于图2。因而，在此仅聚焦于不同于图1之处。

根据图2的实施例，内封罩1、第一压力补偿器10和第二压力补偿器20位于外封罩2的内部。

第一压力补偿器10通过第一歧管40连接到填充流体的内封罩1。第一歧管40连接到第一压力补偿器10底部的开口，还连接到内封罩1底部的开口。因此，歧管40通过第一流体提供了第一腔室11与内封罩1的空腔3之间的流体连通。

第二压力补偿器20仅通过使第三腔室21的开口44到达该空腔4，经由第二歧管41连接到外封罩2内的空腔4。而且，第一压力补偿器10的开口43不连接到歧管，而是也端接于外封罩2内的空腔4。间接地，第三腔室21、空腔4和第二腔室12之间的流动路径提供第三腔室21和第二腔室12之间的流体连通。

而且，像之前一样，第二压力补偿器20顶部的开口与环境海水直接流体连通，使周围的水可以进入第四腔室22。为此，可能需要歧管或进入口42，使第二流体填充封罩2被穿透。

继续图3，现在用单个阻挡层方法描述一个实施例。

此方法与图2类似，不必具有外封罩2。第一压力补偿器10与之前相同方式通过第一歧管40连接到填充流体的内封罩1。

第二压力补偿器20通过第二歧管41连接到外封罩2内的空腔4。歧管41连接到第二压力补偿器20底部的开口，还在第一压力补偿器10顶部连接到第一压力补偿器10的开口。因此，第三腔室21和第二腔室12之间通过歧管41的流动路径提供第三腔室21和第二腔室12之间的流体连通。

而且，如之前一样，第二压力补偿器20顶部的开口与环境海水直接流体连通，使周围的水可以进入到第四腔室22。

图3的实施例可能是有利的，因为波纹管泄漏的可能性可能比例如由双重钢全焊接制成的壳体的泄漏要更高。

在所有实施例中，第一流体和第二流体有利地相协调或共存以实现“双壳体原理”。

Claims (9)

1.压力补偿系统，包括：

· 围绕空腔（3）的流体填充封罩（1），

· 第一压力补偿器（10），其具有第一腔室（11）和第二腔室（12），所述第一腔室（11）与所述空腔（3）流体连通，和

· 第二压力补偿器（20），其具有第三腔室（21）和第四腔室（22），

其中，所述第二压力补偿器（20）的第三腔室（21）与所述第一压力补偿器（10）的第二腔室（12）流体连通，

其中所述流体填充封罩（1）的空腔内和所述第一腔室（11）内使用的第一流体是液体，且其中所述第二压力补偿器（20）的第三腔室（21）和所述第一压力补偿器（10）的第二腔室（12）内使用的第二流体是液体，

其特征在于

所述第一压力补偿器（10）的第一腔室（11）通过第一波纹管（13）与所述第一压力补偿器（10）的第二腔室（12）隔开，所述第二压力补偿器（20）的第三腔室（21）通过第二波纹管（23）与所述第二压力补偿器（20）的第四腔室（22）隔开，并且

由第一流体填充的所述流体填充封罩（1）被另一流体填充封罩（2）围住，所述另一流体填充封罩（2）围绕着由第二流体填充的另一空腔（4），其中所述第二压力补偿器（20）的第三腔室（21）与所述另一流体填充封罩（2）的另一空腔（4）流体连通，使所述第一压力补偿器（10）和所述第二压力补偿器（20）可以执行两个流体填充封罩的压力和/或体积补偿。

2.根据权利要求1所述的压力补偿系统，其特征在于：

所述第一波纹管（13）和/或所述第二波纹管（23）皆具有带重量的元件（14，24），该元件（14，24）相对于波纹管（13，23）被设置成，使得所述元件（14，24）的重量产生降低所述波纹管（13，23）的行程的力。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的压力补偿系统，进一步包括：

第一歧管（40），用于将所述流体填充封罩（1）与所述第一腔室（11）相连，从而允许第一流体通过；和/或

第二歧管（41），用于将所述第三腔室（21）与所述第二腔室（12）相连，从而允许第二流体通过；和/或

到所述第四腔室（22）的进入口（42），以允许来自所述系统周围的环境第三流体通过。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的压力补偿系统，其特征在于：

所述第一压力补偿器（10）和所述第二压力补偿器（20）都被所述另一流体填充封罩（2）围住，并都被所述第二流体围绕。

5.根据权利要求4所述的压力补偿系统，其特征在于：

所述第一压力补偿器（10）的第二腔室（12）具有到所述另一流体填充封罩（2）的另一空腔（4）的第一开口（43），

所述第二压力补偿器（20）的第三腔室（21）具有到所述另一空腔（4）的第二开口（44），

从而所述第二压力补偿器（20）的第三腔室（21）与所述另一空腔（4）流体连通，所述第一压力补偿器（10）的第二腔室（12）与所述另一空腔（4）流体连通。

6.根据权利要求3所述的压力补偿系统，其特征在于：

所述第二歧管（41）额外地提供了连接（45），以允许所述第二流体的一部分通过，从而到达所述另一流体填充封罩（2）的另一空腔（4）。

7.根据权利要求1所述的压力补偿系统，其特征在于：所述压力补偿系统是在海底环境中的。

8.根据权利要求2所述的压力补偿系统，其特征在于：所述重量是静重。

9.根据权利要求3所述的压力补偿系统，其特征在于：所述环境第三流体是海水。