CN104819287B - 压力容器的穿透器隔离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压力容器的穿透器隔离装置。该隔离装置用于与压力容器的穿透器一起使用。该隔离装置由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且优选地包括：中央筒形部、下部的内凸缘部和上部的外凸缘部。筒形部具有适于容纳穿透器的上部的较大直径部分的内径。下部的内凸缘部耦接至中央筒形部的下部并且形成用于容纳穿透器的下部的较小直径部分的孔。上部的外凸缘部耦接至中央筒形部的上部并且可包括时钟孔。高性能热塑性塑料可以是30％的玻璃填充的PEEK或自定义锥形螺母可以被设置为将穿透器固定在压力容器内部的锥形凹口中。

Description

压力容器的穿透器隔离装置

技术领域

本发明总体上涉及海面下压力容器，并且更具体地涉及用于这种压力容器的穿透器隔离装置的设计。

背景技术

穿透器通常是连接器，用于透过海面下压力容器的外壁传递信号，并且穿透器被设计成以保持连接器和压力容器之间的压力密封的方式进行安装。具有铝连接器主体的连接器通常用在该海面下压力容器的壁上以减轻电化学腐蚀。然而，这样的连接器具有有限的寿命和有限的鲁棒性。在一个备选解决方案中，在压力容器上或者在连接器主体上使用涂层，以便使压力容器材料与连接器主体材料隔离。然而，这种涂层具有有限的寿命并且因此具有的效力时间有限。另外，涂层可与压力容器和连接器之间的密封件产生额外的问题，例如密封件可能会干扰压力容器和连接器之间安装的O形环或其他类型的密封垫。在另一个备选的解决方案中，压力容器可以是由非铝电化惰性材料(non-aluminum galvanicallynoble materials)制备。然而，这样的电化惰性耐腐蚀金属材料，例如，不锈钢、铬镍铁合金、钛，与铝相比更重而且更昂贵。高效的海面下无人水下运载工具(一个类型的海面下压力容器)的设计需要将总重量尽可能地最小化。

常规的连接器具有预定尺寸，该预定尺寸或者限制压力容器壁的厚度或者需要压力容器内部上的埋头孔。容纳商业现货连接器的壁厚不能满足设计用于深海应用的压力容器。此外，埋头孔的使用会导致应力局部集中埋头孔所在的压力容器壁中，可能导致金属疲劳并且随之缩短这样的压力容器的寿命。

因此，本领域需要用于减少穿过海面下压力容器的壁的穿通器(例如，连接器)处的电化腐蚀的影响的改进的系统和方法。

发明内容

根据一个或多个实施方式，隔离装置是为在高压环境中与安装在压力容器中的穿透器一起使用而设置的。隔离装置是由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成的并且包括中央筒形部和内部的下凸缘部。中央筒形部具有适于容纳穿透器的上部的内径。内部的下部的内凸缘部耦接至中央筒形部的下部并且形成用于容纳穿透器的下部的孔，穿透器的下部具有比其上部的直径更小的直径。隔离装置可以进一步包括耦接至中央筒形部的上部上的上部的外凸缘部。更进一步地，上部的外凸缘部可包括用于容纳与压力容器的外表面上的凹口(recess)配合的销的至少一个时钟孔(clocking aperture)以防止当穿透器被固定到压力容器时隔离装置旋转。

隔离装置可包括安装在中央筒形部的外表面上的狭槽(slot)中的压力密封件和/或安装在下部的内凸缘部的下表面上的狭槽中的压力密封件。压力密封件均可包括O形环。具有低蠕变特的高性能热塑性塑料可以是约30％玻璃填充的聚醚醚酮或

根据本公开的另一实施方式，系统被设置用于穿透器与压力容器之间的电介质隔离。系统包括隔离装置和自定义螺母。隔离装置是由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且包括中央筒形部和下部的内凸缘部。中央筒形部具有适于容纳穿透器的上部的内径。下部的内凸缘部耦接至中央筒形部的下部并且形成用于容纳穿透器的下部的孔，穿透器的下部具有比其上部的直径更小的直径。自定义螺母具有内螺纹通孔和适合于安装在压力容器的外壁的内表面上的锥形凹部内的锥形肩部。自定义螺母和穿透器被配置为通过将穿透器的下部上的螺纹与自定义螺母的内部上的螺纹相咬合并且旋转自定义螺母而偏向彼此。优选地，隔离装置还包括耦接至中央筒形部的上部的上部的外凸缘部。更进一步地，上部的外凸缘部可包括用于容纳与压力容器的外表面上的凹口相匹配的销的至少一个时钟孔以防止当穿透器被固定到压力容器时隔离装置旋转。

在这个实施方式中，隔离装置同样可包括安装在中央筒形部的外表面上的狭槽中的压力密封件和/或安装在下部的内凸缘部的下表面上的狭槽中的压力密封件。压力密封件均可包括O形圈。具有低蠕变性的高性能热塑性塑料可以是约30％玻璃填充的聚醚醚酮或

根据本公开的另一实施方式，提供一种方法用于在穿透器与压力容器之间安装隔离装置。隔离装置安装到穿透压力容器的外壁的孔中，隔离装置由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且包括中央筒形部和下部的内凸缘部，中央筒形部具有适合于容纳穿透器的上部的内径，下部的内凸缘部耦接至中央筒形部的下部并且形成用于容纳穿透器的下部的孔。随后，穿透器被安装到由隔离装置的中央筒形部形成的孔中，穿透器的下部具有比其上部的直径更小的直径，穿透器的下部在其下部的远端部分上具有螺纹。随后，将安装构件从外壁的内侧安装到穿透器的螺纹。最终，安装构件被拧紧以将隔离装置和穿透器固定在孔中。在另一实施方式中，隔离装置可进一步包括耦接至中央筒形部的上部上并且包括至少一个时钟孔的外凸缘部。该另一实施方式包括：在拧紧安装构件的步骤之前将至少一个时钟销安装通过至少一个时钟孔并且进入到压力容器中的凹口的步骤。

此外，本发明包括根据下列各条款的实施方式：

条款1.一种用于在高压环境中与穿透器一起使用的隔离装置，该隔离装置包括：中央筒形部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且具有适于容纳穿透器的上部的内径；以及下部的内凸缘部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且耦接至中央筒形部的下部，下部的内凸缘部形成用于容纳穿透器的下部的孔，穿透器的下部具有比其上部更小的直径。

条款2.根据条款1所述的隔离装置，还包括：上部的外凸缘部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且耦接至中央筒形部的上部。

条款3.根据条款2所述的隔离装置，其中上部的外凸缘部包括用于容纳与压力容器的外表面上的凹口配合的销的至少一个时钟孔以防止当穿透器被固定到压力容器时隔离装置旋转。

条款4.根据条款1所述的隔离装置，还包括：安装在中央筒形部的外表面上的狭槽中的压力密封件。

条款5.根据条款4所述的隔离装置，其中压力密封件包括O形环。

条款6.根据条款1所述的隔离装置，还包括：安装在下部的内凸缘部的下表面上的狭槽中的压力密封件。

条款7.根据条款6所述的隔离装置，其中压力密封件包括O形环。

条款8.根据条款1所述的隔离装置，其中具有低蠕变性的高性能热塑性塑料是约30％玻璃填充的聚醚醚酮。

条款9.根据条款1所述的隔离装置，其中具有低蠕变性的高性能热塑性塑料是

条款10.一种用于高压环境中穿透器与压力容器之间电介质隔离的系统，该系统包括：隔离装置包括：中央筒形部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且具有适合于容纳穿透器的上部的内径；以及下部的内凸缘部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且耦接至中央筒形部的下部，下部的内凸缘部形成用于容纳穿透器的下部的孔，穿透器的下部具有比其上部更小的直径，穿透器的下部在其下部的远端部分上具有螺纹；以及自定义螺母，具有内螺纹通孔和适合于安装在压力容器的外壁的内表面上的锥形凹部内的锥形肩部，自定义螺母和穿透器被配置为通过将穿透器的下部上的螺纹与自定义螺母的内部上的螺纹相咬合并且旋转自定义螺母而偏向彼此。

条款11.根据条款10所述的系统，所述隔离装置还包括：由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且耦接至中央筒形部的上部的上部的外凸缘部。

条款12.根据条款10所述的隔离装置，其中上部的外凸缘部包括用于容纳与压力容器的外表面上的凹口配合的销的至少一个时钟孔以防止当穿透器被固定到压力容器时隔离装置旋转。

条款13.根据条款10所述的系统，其中所述隔离装置进一步包括安装在中央筒形部的外表面上的狭槽中的压力密封件。

条款14.根据条款13所述的系统，其中压力密封件包括O形环。

条款15.根据条款10所述的系统，其中所述隔离装置进一步包括安装在下部的内凸缘部的下表面上的狭槽中的压力密封件。

条款16.根据条款15所述的系统，其中压力密封件包括O形环。

条款17.根据条款10所述的系统，其中具有低蠕变性的高性能热塑性塑料是约30％玻璃填充的聚醚醚酮。

条款18.根据条款10所述的系统，其中具有低蠕变性的高性能热塑性塑料是

条款19.一种用于将隔离装置安装在穿透器和压力容器之间的方法，包括以下步骤：将隔离装置安装到穿透压力容器的外壁的孔中，隔离装置由具有低蠕变性的热塑性塑料形成并且包括中央筒形部和下部的凸缘部，中央筒形部具有适于容纳穿透器的上部的内径，下部的内凸缘部耦接至中央筒形部的下部并且形成用于容纳穿透器的下部的孔；将穿透器安装到由隔离装置的中央筒形部形成的孔中，穿透器的下部具有比其上部的直径更小的直径，穿透器的下部在其下部的远端部分上具有螺纹；将安装构件从外壁的内侧安装到穿透器的螺纹；并且拧紧安装构件以将隔离装置和穿透器固定在孔中。

条款20.根据条款19所述的方法，其中隔离装置还包括耦接至中央筒形部的上部的上部的外凸缘部，上部的凸缘部包括至少一个时钟孔并且该方法还包括在拧紧步骤之前将至少一个时钟销安装通过至少一个时钟孔并且进入到压力容器的凹口中的步骤。

已讨论的特征、功能和优点可以在各实施方式中独立实现，但也可以与其他实施方式组合来实现，其进一步的细节可参照以下的书面说明和附图来理解。

附图说明

通过示例方式给出以下详细说明，并不旨在仅将本公开内容限制为本发明，结合附图将得到更好的理解，其中：

图1示出了目前优选的实施方式的包括穿透器隔离装置的深海使用的压力容器的透视图；

图2示出了图1的压力容器的顶部的特写图；

图3示出了图1的压力容器的截面图；

图4示出了图1的压力容器的特写截面图；

图5示出了优选的实施方式的穿透器隔离装置的特写截面图；

图6示出了安装在不适合于深海使用的压力容器中的目前优选的实施方式的穿透器隔离装置的特写截面图；以及

图7是示出了怎样将目前优选的实施方式的穿透器隔离装置安装在压力容器中。

具体实施方式

在本发明中，贯穿示出本公开内容的各种示例性实施方式的附图，相同的参考标号指代相同元件。

现在参照附图并且具体地参照图1，图1示出了压力容器100，其可以是例如海面下压力容器，该压力容器包括用于安装穿透器隔离装置的多个通孔(或孔)110。示出了安装在压力容器100中的具有相关的穿透器隔离装置120、130的两个这样的穿透器140、150。各穿透隔离装置120、130由具有既定的低蠕变性能的高性能热塑性塑料形成。这样的高性能热塑性塑料的实例包括30％玻璃填充的聚醚醚酮(PEEK)和优选地，尽管穿透隔离装置120或130是由高性能热塑性塑料机械加工的，但如本领域普通技术人员容易认识到的，其他方法同样可以用来形成该装置。材料的主要特点是材料具有高抗压强度、低蠕变并且用作绝缘体。穿透隔离装置120、130用于使相关的穿透器140、150与压力容器100在其任何外表面(即，当压力容器100浸没时暴露于海水的表面)处绝缘以防止电化腐蚀。换言之，各个穿透隔离装置120、130提供相关的穿透器140、150和压力容器100之间的电介质隔离。如以下论述的，一个或多个O形环或其他类型的密封件可额外用在穿透隔离装置120、130与相关的穿透器140、150之间和/或用在穿透隔离装置120、130与压力容器100之间，以提供压力密封并且进一步防止在内部表面电化腐蚀。

图2是压力容器100的上部的特写图。两个小孔210可优选地定位于与各通孔110相邻的区域的周边上的压力容器上。各个穿透器隔离装置120可包括其凸缘部上的大量的浅孔220。当穿透器隔离装置120/130安装在通孔110中时，销(未示出)可以被暂时插入通过两个孔220并且然后插入小孔210(现在在穿透器隔离装置120、130下面)以将穿透器隔离装置120、130保持成静态的(不移动)位置，同时(如以下所述)安装相关穿透器140、150。这可防止在安装相关的穿透器140或150时穿透器隔离装置120或130时针地转动，即旋转运动。穿透器140、150可以是商业现货(COTS)的装置，例如，不锈钢连接器，例如，选自的穿板式连接器插座的变形金刚系列、其他已知的金属压力容器穿透器或者乃至用于密封容器100中的未使用孔的空塞子。穿透器隔离装置120、130中的孔220是可选择的并且仅有助于穿透器的安装。此外，如本领域技术人员将容易理解的，孔210的数目是任意的并且在一些情况下单个孔210就足够了。同样地，尽管在图2中示出的每个穿透器隔离装置120、130中有十二个孔220，但孔220的数目同样是任意的并且在一些情况下单个孔220就足够了。

现在参照图3，压力容器100的截面图示出了安装在通孔110中的穿透器140，以及压力容器100的外表面与穿透器140之间的穿透器隔离装置120。特别设计的安装螺母310和相关的金属垫圈320优选地用于将穿透器140固定在通孔110中。

图4是图3的上部的特写，并且示出了怎样将穿透器140安装在通孔110中的另外的细节。优选地，穿透器140具有与自定义安装螺母310配合的螺纹部分360。优选地，通孔110的内部350是锥形向外的以容纳自定义安装螺母310，该内部350包括锥形主体部330和外凸缘340。通孔110的内部的锥形和安装螺母310的锥形减少了当通道是埋头孔时深海应用中可能产生的应力并且在穿透器140的螺纹部分上使用的是常规的螺母和垫圈。然而，如本领域技术人员容易理解的，一些应用(例如，较浅深度处的应用)可能不需要由自定义安装螺母310提供额外的应力减低并且在此情况下埋头孔可被取代为锥形内部350和常规的构件也可以用于固定穿透器140。

如图5中的细节所示，穿透器隔离装置120包括中央筒形部530与下部面向内的凸缘部520和上部面向外的凸缘部510。穿透器隔离装置120同样可以包括第一狭槽505和/或第二狭槽515，用于与O形环或其他类型的压力密封装置一起使用以帮助压力密封。中央筒形部530和下部凸缘部520的尺寸被设置为紧密配合在图4中示出的穿透器装置140的外凸缘部140，同时上部凸缘部510的尺寸被设置为保持穿透器装置140和压力容器100之间的间距。上部凸缘部510在穿透器装置140和压力容器100之间没有直接接触的情况下防止暴露于海水的区域中可能出现的电化腐蚀(例如，由于电化电流跨隔离不同的金属的绝缘体)。由于以上确定的高性能热塑性塑料的使用，穿透器隔离装置120提供了优异的密封界面表面。此外，这样的高性能热塑性塑料的使用同样提供了通过简单地改变穿透器隔离装置120的大小来容纳穿透器形状因子变化(即，不同尺寸的穿透器或具有不同构造的穿透器)的能力，与在压力容器100中重新加工孔相比是一种显著降低了成本的解决方案。

再参照图4，穿透器隔离装置120安装在压力容器100的外壁中的通孔110中。通孔110被配置为匹配穿透器隔离装置120的外部尺寸。压力密封装置，如O形环，可用于确保穿透器隔离装置120和压力容器100之间的完全压力密封。在目前优选的实施方式，使用两个O形环，一个在狭槽505中并且一个在狭槽515中(图5)。如本领域技术人员将容易理解的，在备选的实施方式中可以使用为本领域技术人员所知的其他类型的压力密封装置(例如，密封垫)并且在一些情况下，根据包括特定期望的压力水平的环境可能不需要使用压力密封装置。压力密封装置同样可以用于确保穿透器140和穿透器隔离装置120之间的完全压力密封。例如，的穿板式连接器插座变形金刚系列使用两个O形环，如通过图4中的O形环430和440示出的。选取各个压力密封件以在使用的预期深度处提供完全的压力屏障。如图4中可见的，穿透器140可直接接触穿透器隔离装置120以下的压力容器100，但因为海水不渗透到压力密封件下所以此处没有出现电化腐蚀。

现在参考图6，一些应用即，即，在相对浅的深度，可以允许更薄的压力容器100的外壁500。在此情况下，穿透器140可以固定到使用传统的安装构件的压力容器，例如，如通常设有穿透器140的安装构件。这样的安装构件包括垫圈620和六角安装螺母610。

现在参照图7，通过首先将穿透器隔离装置120放置到围绕特定的通孔110周围的通道(channel)来将穿透器140安装在压力容器100(步骤710)。优选地，穿透器隔离装置120包括安装在通道505和515中的O形圈(图5)。然后，穿透器140被插入穿透器隔离装置120的孔中(步骤720)。进一步地，安装构件(例如，图4中的螺母340和垫圈320或图6中的螺母610和垫圈620)从压力容器100的内部耦接至穿透器140的螺纹上(步骤730)。然后，可选临时时钟销放置在穿透器隔离装置120中的一个或多个孔220中并且穿过该孔以匹配穿透器隔离装置120下的压力容器100中的孔(步骤740)。最终，安装构件被紧紧的固定以确保保持压力密封(步骤750)。此时可移去临时时钟销。

尽管已参考优选实施方式和其各个方面具体示出并描述了本公开内容，但本领域中的普通技术人员可以理解在不背离本公开的精神和范围的前提下可进行各种改变和修改。旨在将所附权利要求解释为包括本文所描述的实施方式、上述的备选方案、以及其等同配置。

Claims (10)

1.一种用于在高压环境中使用的隔离安装装置，包括安装螺母、穿透器隔离装置和穿透器，所述穿透器包括：

下部，

上部，所述穿透器的下部比上部具有更小的直径，以及

螺纹部，在所述下部的远端处并且用于与所述安装螺母配合，所述穿透器隔离装置包括：

中央筒形部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且具有适于容纳所述穿透器的上部的内径；

下部内凸缘部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且耦接至所述中央筒形部的下部，所述下部内凸缘部形成用于容纳所述穿透器的下部的孔；以及

所述安装螺母，具有被配置为安装在锥形通孔内的锥形主体部以及外凸缘，并且所述安装螺母被配置为与所述穿透器的所述螺纹部配合。

2.根据权利要求1所述的隔离安装装置，还包括：

上部外凸缘部，由具有低蠕变性的高性能热塑性塑料形成并且耦接至所述中央筒形部的上部。

3.根据权利要求2所述的隔离安装装置，其中，所述上部外凸缘部包括用于容纳与压力容器的外表面上的凹口配合的销的至少一个时钟孔，以防止在将所述穿透器固定到所述压力容器时所述穿透器隔离装置旋转。

4.根据权利要求1所述的隔离安装装置，还包括：

安装在所述中央筒形部的外表面上的狭槽中的压力密封件。

5.根据权利要求4所述的隔离安装装置，其中，所述压力密封件包括O形环。

6.根据权利要求1所述的隔离安装装置，还包括：

安装在所述下部内凸缘部的下表面上的狭槽中的压力密封件。

7.根据权利要求6所述的隔离安装装置，其中，所述压力密封件包括O形环。

8.根据权利要求1所述的隔离安装装置，其中，具有低蠕变性的所述高性能热塑性塑料是30％玻璃填充的聚醚醚酮。

9.一种用于将隔离安装装置安装在穿透器与压力容器之间的方法，所述穿透器包括：

下部，

上部，所述穿透器的下部比上部具有更小的直径，以及

螺纹部，在所述下部的远端处并且用于与安装螺母配合，所述方法包括以下步骤：

将隔离安装装置安装到穿通压力容器的外壁的锥形孔中，所述隔离安装装置由具有低蠕变性的热塑性塑料形成并且包括中央筒形部和下部内凸缘部，所述中央筒形部具有适于容纳穿透器的上部的内径，所述下部内凸缘部耦接至所述中央筒形部的下部并且形成用于容纳所述穿透器的下部的孔；

将所述穿透器安装到由所述隔离安装装置的所述中央筒形部形成的孔中；

将安装螺母从所述外壁的内侧安装到所述穿透器的螺纹上，所述安装螺母具有锥形主体部、外凸缘，并且被配置为与所述穿透器的所述螺纹部配合；并且

拧紧所述安装螺母以将所述隔离安装装置和所述穿透器固定在所述锥形孔中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述隔离安装装置还包括上部外凸缘部，所述上部外凸缘部耦接至所述中央筒形部的上部，所述上部外凸缘部包括至少一个时钟孔，并且所述方法还包括步骤：在所述拧紧的步骤之前安装至少一个时钟销通过所述至少一个时钟孔并且进入到所述压力容器的凹口中。