CN106465558A - 压力补偿器和电气连接装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于补偿介质的体积变化的压力补偿器。该压力补偿器具有第一补偿器部分和第二补偿器部分。该第一补偿器部分包围第一体积，并且该第二补偿器部分包围第二体积。第一体积和第二体积是流体连通的。第一补偿器部分包括第一波纹管部，并且第二补偿器部分包括第二波纹管部。还提供了可移动元件，第一波纹管部和第二波纹管部机械地耦接到该可移动元件，使得可移动元件沿着预定轴线的移动导致波纹管部之一的压缩以及另一个波纹管部的膨胀。

Description

压力补偿器和电气连接装置

技术领域

本发明涉及一种用于补偿介质的体积变化的压力补偿器以及一种制造压力补偿器的方法。本发明还涉及一种包括这种压力补偿器的电接触装置，特别是连接器或端接组件。

背景技术

由于能源需求增加，海上石油和天然气生产正在进入更深的水域。为了确保从海底井有效和安全地生产烃，正在海底安装处理设施。这种海底设施可以包括一系列部件，包括泵、压缩机等以及用于为这些部件提供电力的电网。电网例如可以包括海底变压器、海底开关设备和海底可变速驱动器(VSD)。海底设施的这些部件可以安装在3000m或更大的水深处，使得它们暴露于高达或甚至超过300巴的压力。为了保护这些部件免受腐蚀性海水的影响并且处理这种海底环境中存在的高压，这些部件设置有海底外壳。

为了提供相对紧凑和轻质的外壳，可以使用压力补偿外壳(也称为加压外壳)，其包括使外壳中的压力与环境海水中存在的压力平衡的体积/压力补偿器。压力补偿外壳通常填充有液体，并且在压力补偿外壳内操作的部件被制成为能够在高压下操作。压力/体积补偿器补偿填充外壳的液体的体积变化，该变化可能由于环境压力和/或温度的变化而发生。温度变化可以通过在海底位置处的部署和内部加热造成，例如由于电气损失。

压力补偿器可以包括金属波纹管、橡胶波纹管、活塞等。作为示例，文献EP2501608A1公开了一种压力补偿系统，其实现了对抗海水进入的双重屏障。

此外，文献EP2610881B1公开了一种利用两个波纹管的特定布置的构造，从而增加补偿体积并且保持死体积小。因而，可以实现具有改进的可靠性的单屏障构造。

这种构造通常具有相当大尺寸的移动部件。由于它们的尺寸和形状，它们通常不适于集成到紧凑电气装置中，诸如电连接器、端接组件等。因此，如果这种装置包括需要压力补偿的充油体积，则包围该体积的壁通常由弹性材料制成，以便为体积补偿和压力平衡提供所需的灵活性。然而，这样的材料(例如弹性体等)通常遭受如下问题，即在一定时间之后，海水可能渗透通过由这种材料制成的屏障。因此，屏障后面的电介质可能随着时间的推移而被海水的侵入污染。因而，希望以紧凑的方式为这种电连接装置提供压力补偿，而没有海水进入的风险。

发明内容

因此，需要改进对海底装置的压力补偿，特别是对于不遭受海水扩散或渗透的紧凑型压力补偿器。

这种需要通过独立权利要求的特征来满足。从属权利要求描述了本发明的实施例。

根据本发明的实施例，提供了一种用于补偿介质的体积变化的压力补偿器。压力补偿器包括包围第一体积的第一补偿器部分和包围第二体积的第二补偿器部分。第一体积和第二体积流体连通。第一补偿器部分包括第一波纹管部，并且第二补偿器部分包括第二波纹管部。压力补偿器还包括可移动元件，第一波纹管部和第二波纹管部机械地耦接到该可移动元件，使得可移动元件在预定方向上(或沿着预定轴线)的移动导致波纹管部之一的压缩以及波纹管部中的另一波纹管部的膨胀。第一补偿器部分和第二补偿器部分被构造成使得可移动元件在预定方向上(或沿着预定轴线)的移动导致第一体积的体积变化和第二体积的体积变化。第二体积的体积变化与第一体积的体积变化不同。

在这种构造中，可以实现相对紧凑的压力补偿器，因为波纹管压缩/膨胀经由两个波纹管部均耦接到的可移动元件发生，因而允许使用固定端壁。第一体积和第二体积可以由可移动元件分离，并且流体连通可以通过或越过/围绕可移动元件发生。因此，有助于这种压力补偿器的密封，因为不需要将位于可移动元件的一侧上的第一体积朝向位于可移动元件的另一侧上的第二体积密封。因而，可以避免密封到可移动元件(通常这相当困难)。

第一体积和/或第二体积例如可以与待被压力补偿的体积流体连通，诸如连接器、终端组件等的内部体积。流体连通可以经由相应的流动通道发生。

在一个实施例中，第一波纹管部具有比第二波纹管部的外周长(或周界)更大的外周长，特别是周界。当移动可移动元件时，第一体积的体积变化可以大于第二体积的体积变化。通过这种不同尺寸的波纹管部，在可移动元件移动时移位的体积因而对于第一补偿器部分和第二补偿器部分可以不同。在其他实施例中，第一波纹管部和第二波纹管部可以具有相似的周界，并且在可移动元件移动时的不同位移可以以不同的方式实现，例如通过使用布置在其中一个体积中的相应结构(诸如波纹管或伸缩结构)。

在一个实施例中，第一补偿器部分具有第一端壁，并且第二补偿器部分具有第二端壁。第一端壁和第二端壁可以具有固定的距离。可移动元件可以相对于第一端壁和第二端壁可移动，特别是在第一端壁与第二端壁之间。第一端壁和第二端壁可以被认为是形成固定端壁，因为它们相对于要使用压力补偿器的装置是固定的，特别是其被安装到的该装置上。

可移动元件可以具有环形形状。可移动元件中的开口可以提供第一体积与第二体积之间的流体连通。这种开口可以是由环形物提供的中心开口，或者可以以环形形状(例如在环形物的外部)设置专用开口。

可移动元件例如可以具有中心开口，并且其可以被构造成允许圆柱形结构穿过中心开口的布置。第一体积与第二体积之间的流体连通然后可以通过形成在圆柱形结构与可移动元件之间的开口发生。这可以是环形开口，或者其可以由环形段提供，例如在可移动元件与圆柱形结构(物理)接触的情况下。这种构造可允许在紧凑电气装置中使用压力补偿器，因为装置的部分可以穿过压力补偿器。

第一补偿器部分和第二补偿器部分可以具有圆柱形形状，并且第一补偿器部分和第二补偿器部分可以同轴地布置在与预定方向平行的轴线上。

压力补偿器还可以包括引导结构，并且可移动元件可以具有轴承表面，该轴承表面抵靠引导结构以在其移动期间平行于预定轴线引导可移动元件。这种构造可以通过避免超出范围的移动来防止对压力补偿器的波纹管部分的损坏。此外，可移动元件的质量可以由引导结构支承。此外，通过这种引导结构，可以防止可移动元件在补偿移动期间的交叉锁定。特别地，可移动元件的直径与轴承表面的宽度的比率可以选择得足够低，以便防止这种交叉锁定。

在一个实施例中，可移动元件可以包括提供轴承表面的轴承环。轴承环可以成形为使得至少部分地与第一波纹管部或第二波纹管部重叠。

可移动元件可以包括耦接凸缘。其还可以包括附接(例如螺栓连接或焊接)到耦接凸缘的这种轴承环。因而可以有助于可移动元件的组装。

此外，通过提供重叠，可以实现轴承表面的宽度不会增加压力补偿器的总长度，从而提供紧凑的设计。可以使轴承表面更宽而不影响波纹管在补偿器中的封装，同时保持低直径与宽度比，从而防止交叉锁定。此外，通过在波纹管部上构造具有相应重叠的轴承表面，轴承表面可以用作行程止动件，从而防止波纹管部的过度压缩。如果第一波纹管部和第二波纹管部具有不同的周界，则轴承环优选地与较小的波纹管部重叠。

引导结构可以包括补偿器壳体。第一补偿器部分和第二补偿器部分可以布置在补偿器壳体中。轴承表面可以包括抵靠补偿器壳体的内表面的可移动元件的外周表面。因而，可以实现可移动元件的精确和有效的引导，同时保持紧凑的设计。

附加地或可替代地，引导结构可以包括布置在第一补偿器部分和/或第二补偿器部分内部的(圆柱形)结构。轴承表面可以包括可移动元件的内表面，特别是内径表面，其抵靠引导结构的外表面。应当清楚的是，内表面(特别是内径表面)不一定需要是连续的，而是例如可以具有凹部或凹口，例如用于允许第一体积与第二体积之间的流体连通。

此外，引导结构可以包括柔性材料或由柔性材料构成，特别是弹性体材料，相应的轴承表面抵靠该柔性材料。作为示例，引导结构可以设置有刚性支承结构和柔性材料层。通过柔性材料，可以抑制由于振动等导致的可移动元件的位移，并且可以防止引导结构与轴承表面之间的硬碰撞。

在特定示例中，引导结构的轴承表面或互补表面可以具有被定向为基本上平行于可移动元件的移动方向(即朝向预定方向)的脊。这些脊可邻接相应的另一表面。这些脊可以由柔性材料制成，并且它们可以成形为在压缩下逐渐增加弹簧刚度。因而可以实现可移动元件的横向移动的有效抑制。

在一个实施例中，第一补偿器部分具有第一环形端壁，并且第二补偿器部分具有第二环形端壁。可移动元件具有环形形状并且布置在第一环形端壁与第二环形端壁之间并且可相对于其移动。第一环形端壁和第二环形端壁和可移动元件彼此同轴地布置。第一端壁和第二端壁和可移动元件可以被构造成布置在圆柱形结构上或允许圆柱形结构穿过其中。预定方向或轴线(可移动元件沿着其移动)例如可以平行于或对应于圆柱形结构的中心轴线。在这种构造中，可以实现紧凑的设计，因为海底电连接装置(诸如电连接器)的一部分可以穿过压力补偿器。由于压力补偿器的构造，不需要将可移动元件密封到圆柱形结构。而是，流过或通过可移动元件的流体流(例如，在可移动元件与圆柱形结构之间)可以允许提供上述流体连通。由于环形端壁可以是固定的，它们可以以相对简单的方式密封到圆柱形结构。在其他构造中，一个端壁或两个端壁可以不需要密封到圆柱形结构，例如用于允许流体连通通过在圆柱形结构与相应端壁之间的空间。这种流体连通可以朝向相应装置的体积或腔室发生，对于该体积或腔室，压力补偿器提供体积补偿和压力平衡。

特别地，第一端壁和/或第二端壁可安装到圆柱形结构或装置上的相对于圆柱形结构或装置固定的位置，特别是可安装到圆柱形结构的形式为经绝缘的导体穿过第一端壁和第二端壁和可移动元件。

在一个实施例中，第一波纹管部和第二波纹管部是圆柱形波纹管部，每个波纹管部在一端安装到可移动元件，而在另一端安装到相应的第一补偿器部分的端壁或第二补偿器部分的端壁。第一波纹管部具有比第二波纹管部更大的直径，并且第一波纹管部和第二波纹管部和可移动元件同轴地布置在端壁之间。

作为示例，波纹管部可以在每个端部处设置有凸缘，并且可以螺栓连接到相应的端壁和可移动元件。在其他实施例中，它们可以焊接或焊合到端壁/可移动元件。

特别地，波纹管部可以是金属波纹管部。因此，可以防止不希望的介质(诸如海水)通过这种波纹管部的扩散或渗透。

在特定构造中，每个波纹管部可由可折叠的波纹管元件制成，其包括在其相应边缘处焊接在一起的多个金属盘。因而可以实现波纹管部的紧凑且可靠的构造，同时提供对海水进入的改进的屏障。

第一体积和第二体积可以填充有电介质，特别是电介质液体或凝胶。粘性介质(诸如油或凝胶)可以提供支承并且还可以抑制高加速度，从而防止由于振动等对压力补偿器的损害。此外，这种电介质液体或凝胶通常与可能存在于腔室中的电气部件相容，对于该腔室，压力补偿器例如向绝缘或暴露的导体提供体积和压力补偿。

第一体积和第二体积可以形成次级体积的一部分(即，与其流体连通)，并且第一波纹管部和第二波纹管部可以提供朝向初级体积的分离。初级体积也可以填充有电介质液体或凝胶。作为示例，补偿器壳体与第一波纹管部和第二波纹管部之间的空间可以填充有这种电介质液体或凝胶。

压力补偿器可以被构造成在海底装置的腔室与高压环境之间提供压力平衡。特别地，压力补偿器可以被构造成可操作至至少200巴、优选至少300巴、更优选至少450巴的压力。其可以被构造成在至少2000m、优选至少3000m的水深处可操作。

根据本发明的另一实施例，提供了一种用于在水下或在潮湿或严酷环境中使用的电连接装置。电连接装置包括壳体、壳体中填充有电介质的腔室、以及圆柱形结构，特别是经绝缘的导体或销，或布置在壳体中的圆柱形通道。电连接装置还包括根据上述实施例和构造中的任一个而构形的压力补偿器。压力补偿器围绕圆柱形结构或圆柱形通道被布置在壳体中。压力补偿器的第一体积和第二体积与腔室流体连通。从而为腔室提供压力补偿。通过压力补偿器的这种设计，可以将补偿器布置在圆柱形结构或通道周围，使得可以实现非常紧凑的电连接装置。此外，由于使用波纹管部代替膜，可以改善防止海水进入第一体积和第二体积并因此进入腔室的保护。

在一个实施例中，电接触装置是连接器的连接器部件(特别是插头部分)、电缆端接组件、电缆密封套或用于连接器的接口单元，例如耦接在连接器部件与电缆端接组件之间的耦接部件。电连接装置特别可以是海底连接器的插头部件，其具有由所述壳体形成的插头主体，其中梭销布置在插头主体中。通过压力补偿器进行压力补偿的腔室可以位于插头主体中的梭销的后面(在插头部件的未配合状态)。

在一个实施例中，压力补偿器布置在壳体中，从而为次级体积提供压力补偿，压力补偿器还在次级体积与初级体积之间提供液密屏障。电连接装置还可包括至少一个另外的压力补偿器，其构造成当安装在海底时提供初级体积与包围电接触装置的周围介质之间的压力平衡。该另外的压力补偿器例如可以是膜或隔膜压力补偿器，然而在其他实施例中，其可以是根据上述实施例中的任一个构造的压力补偿器。因而可以实现防止海水进入的双重屏障，同时保持紧凑的构造。

根据本发明的另一实施例，提供一种压力补偿组件，其包括根据上述实施例中的任一个构造的第一压力补偿器。压力补偿组件还包括根据任何上述实施例中的任一个构造的第二压力补偿器。压力补偿组件具有第一腔室，该第一压力补偿器与该第一腔室流体连通，从而提供压力补偿。第一压力补偿器布置在第二腔室中，并且第二压力补偿器与第二腔室流体连通，从而提供对第二腔室的压力补偿。这种构造可以实现针对环境介质的进入的双重屏障。

第一压力补偿器和第二压力补偿器可以同轴地布置在平行于预定方向的轴线上。在一些实施例中，它们可以布置成使得第一压力补偿器的波纹管部与第二压力补偿器的波纹管部重叠。它们例如可以布置成使得第一压力补偿器布置在第二压力补偿器内。虽然这种解决方案在沿着预定轴线的纵向方向上相对紧凑，但是在横向方向上需要更多的空间。

在其他实施例中，第一压力补偿器和第二压力补偿器可以布置在平行于预定方向的轴线上，使得第一压力补偿器的波纹管部不与第二压力补偿器的波纹管部重叠(即，在径向方向上没有重叠)。在这种构造中，压力补偿组件的横向尺寸可以保持相对小。

电连接装置和压力补偿组件可以各自构造成在高压环境中、特别是在至少2000m、优选至少3000m的水深处可操作。

根据本发明的另一实施例，提供一种制造压力补偿器的方法。该方法包括以下步骤：提供包括第一波纹管部的第一补偿器部分，该第一补偿器部分包围第一体积；提供包括第二波纹管部的第二补偿器部分，该第二补偿器部分包围第二体积；以及提供可移动元件，其中第一体积和第二体积通过或围绕可移动元件流体连通。该方法包括将第一波纹管部和第二波纹管部机械地耦接到可移动元件的进一步步骤，使得可移动元件在预定方向上(或沿着预定轴线)的移动导致波纹管部之一的压缩以及波纹管部中的另一个波纹管部的膨胀。第一补偿器部分和第二补偿器部分被构造成使得可移动元件在预定方向上(或沿着预定轴线)的移动导致第一体积的体积变化和第二体积的体积变化，第二体积的体积变化不同于第一体积的体积变化。

通过这种方法，可以实现具有与上述进一步相似的优点的压力补偿器。可以执行该方法以便获得上述实施例或构造中的任一个中的压力补偿器。

应当理解，上述特征和下面将要说明的特征不仅可以用于所示的各个组合，而且可以以其他组合或单独使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

根据结合附图阅读的以下具体实施方式，本发明的前述和其他特征和优点将变得更加显而易见。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1是示出根据本发明的实施例的压力补偿器的示意图。

图2是根据本发明的实施例的压力补偿器的透视截面侧视图。

图3A和图3B是处于两种不同补偿状态的图2的压力补偿器的透视截面侧视图。

图4是示出根据本发明的实施例的包括压力补偿器的电连接装置的侧截面的示意图。

图5A和图5B是示出根据本发明的另一实施例的压力补偿器的透视截面图的示意图。

图6A和图6B是示出根据本发明的另一实施例的压力补偿器的透视截面图的示意图。

图7A和图7B是示出根据本发明的另一实施例的压力补偿器的截面图的示意图。

图8是根据本发明的另一实施例的包括压力补偿器的压力补偿组件的侧截面图。

图9是根据本发明的实施例的包括压力补偿器的压力补偿组件的侧截面图。

具体实施方式

在下文中，更详细地描述了附图中所示的实施例。应当清楚的是，以下描述仅是说明性的而非限制性的。附图仅是示意性表示，并且附图中的元件不一定彼此成比例。

图1示出了根据本发明的实施例的压力补偿器100，其包括第一补偿器部分10和第二补偿器部分20。第一补偿器部分10包括机械地耦接到可移动元件30的第一波纹管部11，并且第二补偿器部分20包括机械地耦接到可移动元件30的第二波纹管部21。第一补偿器部分10还包括端壁15并且包围第一体积12。第二补偿器部分20还包括端壁25并且包围第二体积22。在可移动元件30中，提供流动通道31，第一体积12和第二体积22经由该流动通道31处于流体连通。可移动元件30提供在第一体积12与第二体积22之间的分离。

端壁15、25相对于要针对其使用压力补偿器100的装置是固定的。在本示例中，设置壳体45，而端壁15、25安装到该壳体45。壳体45可以是专用的补偿器壳体，且因而形成压力补偿器100的一部分，或者它可以形成安装有压力补偿器100的装置的一部分，例如电连接器或端接组件的壳体。

可移动元件30在平行于轴线40的预定方向上能够在端壁15、25之间(往复)移动，该轴线40是压力补偿器100沿其延伸的纵向轴线。可能的移动由图1中的箭头指示。端壁15、25和可移动元件30可以具有盘形或环形形状，并且可以同轴对准，使得轴线40为中心轴线。

压力补偿器100被构造成使得当可移动元件30沿着轴线40在箭头之一的方向上移动时，体积12的体积变化不同于体积22的体积变化。因此，第一补偿器部件10和第二补偿器部件20中可用的(或所包围的)总体积改变。在图1的示例中，如果可移动元件30在向右的方向上移动，则体积12增加的量大于体积22减小的量，使得总体上发生体积增加。另一方面，如果可移动元件30朝向左方向移动，则体积12减小的量大于体积22增加的量，使得总体积减小。因此，压力补偿器100可以通过允许可移动元件30在相应方向上的移动来调节填充第一体积12和第二体积22的介质的总体积。

在图1的示例中，这是通过使第一波纹管部11在周向上的周长大于第二波纹管部21的周长来实现的。特别地，其具有比第二波纹管部21更大的外周和更大的直径。

可以想到用于实现不同体积变化的其他构造。作为示例，在一些实施例中，第一波纹管部11和第二波纹管部21可以具有相同的周界，并且可移动元件30移动时的体积位移的差异可以通过在体积之一中提供一元件以改变被位移的介质的量来实现，该元件如另一波纹管元件、伸缩元件等。

在图1中，压力补偿器100为填充腔室42的介质提供压力补偿，该介质可以是“次级体积”。该介质例如可以是电介质液体或凝胶。如果介质填充腔室42例如由于温度变化而膨胀或收缩，则相应的介质可以通过设置在端壁15中的流动通道16进入或离开第一体积12(附加地或可选地，对应的流动通道26可以设置在端壁25中)。此外，填充体积12、22的介质本身可以改变其体积(例如由于上述温度变化)，因此可能需要体积补偿。

当腔室42和/或体积12、22中的介质膨胀时，压力将增加，这继而将向右推动可移动元件30。因而，组合的体积12、22增加，从而适应介质的膨胀并且平衡压力。因而，可移动元件30的移动得以补偿了体积变化，并且使体积12、22内部的压力与其外部的压力平衡。类似地，如果介质由于温度变化而收缩，则体积将通过可移动元件30向左移动而减小。注意，不仅可以适应由于压力和温度变化引起的体积变化，而且可以适应由诸如连接器进入腔室42的销之类的部件的位移引起的体积变化。

波纹管部11、21与壳体45之间的体积13、23可以类似地填充有介质，诸如电介质液体或凝胶，或者当安装在海底时，它们可以填充有如海水的环境介质。填充这些体积的介质可以在可移动元件30移动时流动通过或围绕可移动元件30，或者可移动元件30可以包括用于允许这种介质流动的专用流动通道。此外，组合的体积13、23在可移动元件30移动时类似地改变，其中的介质体积可能由于温度变化而改变，这可以通过以下所适应：允许介质通过端壁15中的流动通道17和/或端壁25中的流动通道27而流出或流入这些体积13、23。介质可以与用于适应这些体积变化的另一压力补偿器处于流体连通，或者可以提供朝向周围环境的流动通道，使得海水例如可以流入和流出这些体积。介质例如可以流入腔室41或初级体积，其可以再次相对于环境介质(诸如海底环境中的海水)进行压力补偿。

应该清楚的是，构造也可以颠倒，使得体积13和23分别构成例如第二体积和第一体积，其中腔室41形成次级体积，压力补偿器100为该次级体积提供压力补偿。这些体积然后被外壁45，端壁15、25，第一波纹管部11和第二波纹管部21和可移动元件30包围。甚至在其他构造中，可以不设置这样的壳体45，并且压力补偿器100可以简单地设置在腔室内部或者可以直接设置在海底环境中。

图2示出了图1的压力补偿器100的具体实施方式。因此，上述说明同样适用。在图2中，端壁15、25是具有中心开口的环形端壁。此外，可移动元件30具有带中心开口的环形形状。

此外设置圆柱形结构50。圆柱形结构50可以形成压力补偿器100的一部分，或者可以形成其中安装有压力补偿器100的电连接装置的一部分。圆柱形结构50例如可以以简单圆柱(例如壳或套筒)的形式实现，或者如图2的示例中作为绝缘导体实现。端壁15安装并密封到圆柱形结构50上。第二端壁25的中心开口的内径大于圆柱形结构50的外径，从而在圆柱形结构50与端壁25之间设置环形环形通道。该环形通道26提供了流动通道，介质可以通过该流动通道可以进入及离开第一体积12和第二体积22。端壁25可以安装到或固定到电连接装置的另一部分，在其中压力补偿器100例如安装到壳体。在其他实施例中，流动通道26可以不同地设置，例如通过仅开放的环形部分，或通过壁25中的通孔。

类似地，可移动元件30具有中心开口，该中心开口的直径大于圆柱形结构50的外径。因此，流动通道31由形成在可移动元件30与圆柱形结构50之间的环形流动通道提供，并且允许流体在第一体积12与第二体积22之间流动。同样，流动通道31可以不同地构造，其例如可以仅由开放的环形区段提供，或者其可以由通孔或其他开口提供可移动元件30。

在这种构造中，在可移动元件30与圆柱形结构50之间不需要密封。这是有益的，因为在固定部件与移动部件之间提供密封通常在技术上是有挑战性的，特别是当需要确保操作有延长的时间段时，诸如海底设备的数十年。如图2所示的压力补偿器的构造允许圆柱形结构50通过压力补偿器而不需要这种密封。因此，可以获得压力补偿器100的非常紧凑的构造，同时保持复杂度相对低，从而能够实现相对长的寿命。此外，压力补偿器100在两端具有固定端壁，连接器的其他部件可以安装及密封到该端壁，从而便于将压力补偿器100安装在例如海底连接器或海底终端组件中。

图3A示出了图2的压力补偿器100，其中第一波纹管部11处于压缩状态，其中组合的体积12、22相对较小。可以看出，第一和较大直径的波纹管部11被压缩，而第二和较小直径的波纹管部21膨胀。由这些波纹管部包围的总体积因此低于图2所示的状态。在图3B中，压力补偿器100处于膨胀状态，在其中可移动元件30向右移动，第一波纹管部11被膨胀并且第二波纹管部21被压缩。可以看出，由压力补偿器100包围的组合体积12、22大于图2所示的状态。

图4示出了根据本发明的实施例的包括压力补偿器的电连接装置200。压力补偿器100可以如上所述构造，因此上述说明同样适用。在图4的示例中，电连接装置200是连接器部件，特别是海底连接器的插头部分。插头部分具有壳体80和梭销81，该梭销81在与互补的连接器部件(插座部件，未示出)配合时被向内推动。插塞部分包括具有外表面51的圆柱形结构50。插塞部分具有腔室42或次级体积，压力补偿器100为其提供压力补偿。

压力补偿器100包括第一端壁15，其安装到圆柱形结构50，并且包括朝向次级体积42的流动通道16。如上所述，流动通道16也可以设置为圆柱形结构50与端壁15之间的环形开口。第二端壁25安装并密封到圆柱形结构51上。第一波纹管部11和第二波纹管部21在一端安装到相应的端壁15、25上，在另一端安装到可移动元件30上。在图4中，示出了压缩状态，其中较大直径的波纹管部11被压缩，因而组合的体积12、22相对较小。可移动元件30现在可向左行进以增加组合的体积，从而压缩第二波纹管部21并使第一波纹管部11膨胀。

可移动元件30还具有抵靠圆柱形结构50的外表面51的轴承表面33。因此，可移动元件30以及因此波纹管部11、21被支承并防止横向运动。在可移动元件30中，用于允许体积12、22之间的流体连通的流动通道31通过专用开口提供，但也可以以任何上述方式提供。

压力补偿器100将腔室42并因而将次级体积与腔室41分离，并因而分离初级体积。因而，初级体积也随着可移动元件30的移动而改变。该体积变化由弹性元件61适应，弹性元件61提供腔室与初级体积41之间的体积补偿和压力平衡以及围绕电连接装置200的环境介质。弹性元件61可以是弹性体膜。作为示例，当安装在海底时，海水可以通过流动通道62进入腔室60，并且弹性元件61可以提供海水与初级体积41之间的压力平衡。

波纹管部11、22由金属制成。因此，即使海水穿过弹性元件61进入初级体积41(例如由于扩散或渗透)，波纹管部11、21也为海水形成不可渗透的屏障，从而保护次级体积42免于海水进入。在其他实施例中，采用金属波纹管(可以如本文所述地构造)或任何其他压力补偿器的另一压力补偿器可以被用来代替弹性元件61。在其他构造中，可以不设置初级体积41，并且波纹管部11、21可直接暴露于环境介质，例如海水。

每个波纹管部11、21在两端可以设置有凸缘，通过该凸缘而螺栓连接到相应的端壁和可移动元件。密封可以通过O形环密封件进行，诸如弹性体或金属O形环密封件。在其他实施例中，相应的波纹管部的一个或两个端部可焊接或焊合到端壁和/或可移动元件。

在图4中，可移动元件30通过轴承表面33抵靠内部圆柱形结构50。在图5A的实施例中，轴承表面33设置在可移动元件30的外径部分，以用于支承可移动元件30在其外圆周处例如抵靠壳体45(例如参见图1)。轴承表面33抵靠壳体45，该壳体45构成沿着预定轴线40引导可移动元件30的引导结构。由于这种引导和支承，可移动元件30的横向移动受到限制，因此增加了压力补偿器100抵抗振动等的阻力。

图5B是图5A的圆圈区域的放大图，并且更详细地示出了可移动元件30。可移动元件30由的一件式耦接凸缘提供，第一波纹管部11和第二波纹管部21被附接到该耦接凸缘。耦接凸缘成形为提供轴承表面33。其具有圆柱形部分，该圆柱形部分的外表面提供轴承表面33。为清楚起见，未示出引导结构，该引导结构例如为圆柱形壳体45，其在轴承表面33处支承该耦接凸缘。轴承表面33在轴向方向上的宽度与可移动元件30的直径相比足够宽，以便防止可移动元件30在相应的引导结构(例如，壳体45)中的交叉锁定。

在图6A中，可移动元件30由耦接凸缘34和轴承环35组成。图6B是图6A的环绕区域的放大图。同样，两个波纹管部11、21附接到耦接凸缘34。轴承环35(具有圆柱形部分的形状)安装到耦接凸缘34。轴承环35与第二波纹管部21重叠。这允许紧凑的构造，因为设置在轴承环35的外圆周上的轴承表面33对压力补偿器100的轴向延伸没有贡献。此外，轴承环35的宽度可以进一步延长，以改进防止在圆柱形壳体45内部交叉锁定的保护，而不影响补偿器100的总轴向延伸。轴承环35可构造成具有允许轴承环35通过邻接端壁25而用作行程止动件的宽度。因而避免了第二波纹管部21的压缩。轴承环35可以通过焊接接头36附接到耦接凸缘34，或者可以螺栓连接到其上或类似方式。

图7A示出了压力补偿器100的另一实施例，其可以与任何前述的引导结构和轴承表面一起使用。在图7A的示例中，引导结构再次由壳体45提供。壳体45具有刚性结构46和由柔性材料制成的结构47。轴承表面33抵靠柔性材料。因此，可以有效地抑制可移动元件30的高加速度，并且可以避免局部加速度，该局部加速度由(在振动期间可能发生的)引导结构与可移动元件的轴承表面之间的碰撞所导致。

图7B示出了在图7A中指示的平面中截取的横截面的放大图。可以看出，柔性材料的结构47可以设置有从表面突出的脊48。这些脊例如可以基本上平行于轴向方向对准。脊可以为轴承表面33提供渐进的缓冲。柔顺材料的这些样条(spline)或脊(ridge)也可以直接施加到刚性结构46上。脊或样条48还通过逐渐停止位移来保护可移动元件40抵抗振动。

此外，可以附加地或可替代地通过用粘性介质(诸如油或凝胶)填充波纹管部内部和/或外部的体积来提供对振动的抑制。这样，可以提供支承并且可以抑制高加速度。

尽管图5、6和7示出了各个实施例，在这些实施例中轴承表面33是抵靠引导结构的内表面的外表面，但是应当清楚，这些实施例的特征同样适用于其他构造，例如，在其中轴承表面33是抵靠引导结构的外表面(诸如图4所示的圆柱形结构50的外表面51)的内表面的构造。

图8示出了压力补偿组件300，其包括具有任何上述构造的压力补偿器100。特别地，压力补偿器100包括第一端壁15和第二端壁25，第一波纹管部11和第二波纹管部21，以及可移动元件30。围绕该第一压力补偿器，提供第二压力补偿器350，其包括第一波纹管部311和第二波纹管部321以及可移动元件330。第二压力补偿器可以采用相同的端壁15、25，但在其他实施例中可以采用单独的端壁。因此，在这种构造中，可以实现防止海水进入的双重屏障。作为示例，内部可移动元件30可以由圆柱形结构50支承，而外部可移动元件330可以抵靠圆柱形壳体(未示出)。第一压力补偿器例如可以针对次级体积提供压力补偿，而第二压力补偿器可以针对初级体积提供压力补偿器，如关于图1和图4所解释的。在该示例中，第二压力补偿器350基本上形成围绕第一压力补偿器100的腔室。被压力补偿的朝向腔室的流动通道在图8中未示出。

图9示出了压力补偿组件300的另一实施例。腔室42或次级体积由第一压力补偿器100进行压力补偿，该第一压力补偿器100包括端壁15、25，波纹管部11、21以及可移动元件30。第一压力补偿器布置在腔室41或初级体积中。可移动元件30可以由壳体45和/或圆柱形结构50支承及引导。

还提供了第二压力补偿器350，其包括壁的端部315、325，波纹管部311、321以及可移动元件330。第二压力补偿器350与腔室41或初级体积流体连通。可以看出，第一压力补偿器和第二压力补偿器沿着轴线40布置，使得第一补偿器和第二补偿器的波纹管部11、21和311、321在径向方向上不重叠。因此，可以实现具有相对低的径向延伸的紧凑布置。在第二压力补偿器的外部，例如可以存在诸如海水之类的介质。

图8和图9中所示的任何压力补偿器可以根据上面进一步概述的任何实施例和构造来构形。

图8和图9的两个压力补偿组件300通过使用金属波纹管来实现对抗海水进入的双重屏障，这可以改善采用这些构造的电连接装置的可靠性和寿命。

虽然本文公开了具体实施例，但是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改变和修改。本实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，并且落入所附权利要求的含义和等同范围内的所有改变旨在被包括在其中。

Claims (16)

1.一种用于补偿介质的体积变化的压力补偿器，包括：

第一补偿器部分(10)和第二补偿器部分(20)，其中所述第一补偿器部分(10)包围第一体积(12)，并且所述第二补偿器部分(20)包围第二体积(22)，其中所述第一体积(12)和所述第二体积(22)流体连通，

其中所述第一补偿器部分(10)包括第一波纹管部(11)，并且所述第二补偿器部分(20)包括第二波纹管部(21)，所述压力补偿器还包括：

可移动元件(30)，所述第一波纹管部(11)和所述第二波纹管部(21)机械地耦接到所述可移动元件，使得所述可移动元件(30)在预定方向上的移动导致所述波纹管部之一的压缩以及所述波纹管部中的另一波纹管部的膨胀，

其中所述第一补偿器部件(10)和所述第二补偿器部件(20)被构造成使得所述可移动元件(30)在所述预定方向上的移动导致所述第一体积(12)的体积变化以及所述第二体积(22)的体积变化，所述第二体积(22)的体积变化不同于所述第一体积(12)的体积变化。

2.根据权利要求1所述的压力补偿器，其中所述第一波纹管部(11)具有比所述第二波纹管部(21)的周界更大的周界，当移动所述可移动元件(30)时，所述第一体积(12)的体积变化大于所述第二体积(22)的体积变化。

3.根据权利要求1或2所述的压力补偿器，其中所述第一补偿器部件(10)具有第一端壁(15)，并且所述第二补偿器部件(20)具有第二端壁(25)，其中所述第一端壁(15)和所述第二端壁(25)具有固定的距离，所述可移动元件(30)能够相对于所述第一端壁和所述第二端壁移动。

4.根据前述权利要求中任一项所述的压力补偿器，其中所述可移动元件(30)具有环形形状，其中所述可移动元件(30)中的开口提供在所述第一体积(12)与所述第二体积(22)之间的所述流体连通。

5.根据前述权利要求中任一项所述的压力补偿器，其中所述可移动元件(30)具有中心开口，并且被构造成允许圆柱形结构(50)布置成穿过所述中心开口，使得在所述第一体积(12)与所述第二体积(22)之间的所述流体连通能够通过开口发生，所述开口形成在所述圆柱形结构(50)与所述可移动元件(30)之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的压力补偿器，还包括引导结构(45，50)，所述可移动元件(30)具有抵靠所述引导结构(45，50)的轴承表面(33)，从而在所述可移动元件的移动期间在所述预定方向上引导所述可移动元件。

7.根据权利要求6所述的压力补偿器，其中所述可移动元件(30)包括轴承环(35)，所述轴承环(35)提供所述轴承表面(33)，所述轴承环(35)被成形为至少部分地与所述第一波纹管部(11)或所述第二波纹管部(21)重叠。

8.根据权利要求6或7所述的压力补偿器，其中所述引导结构包括补偿器壳体(45)，所述第一补偿器部分(10)和所述第二补偿器部分(20)至少部分地布置在所述补偿器壳体(45)中，所述轴承表面(33)包括所述可移动元件(30)的外周表面，所述可移动元件(30)的所述外周表面抵靠所述补偿器壳体(45)的内表面。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的压力补偿器，其中所述引导结构包括布置在所述第一补偿器部件(10)和/或所述第二补偿器部件(20)内部的结构(50)，所述轴承表面(33)包括所述可移动元件(30)的内表面，所述可移动元件(30)的所述内表面抵靠所述结构(50)的外表面(51)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的压力补偿器，其中所述第一补偿器部分(10)具有第一环形端壁(15)，并且所述第二补偿器部分(20)具有第二环形端壁(25)，并且其中所述可移动元件(30)具有环形形状、被布置在所述第一环形端壁(15)与所述第二环形端壁(25)之间并且能够相对于所述第一环形端壁和所述第二环形端壁移动，所述第一环形端壁(15)和所述第二环形端壁(25)彼此同轴设置，其中所述第一端壁(15)和所述第二端壁(25)和所述可移动元件(30)被构造成布置在圆柱形结构(50)上或允许圆柱形结构穿过。

11.根据前述权利要求中任一项所述的压力补偿器，其中所述第一波纹管部(11)和所述第二波纹管部(21)是圆柱形波纹管部，每个波纹管部均在一端处被安装到所述可移动元件(30)并且在另一端处被安装到相应的所述第一补偿器部分(10)的端壁(15)和所述第二补偿器部分(20)的端壁(25)，所述第一波纹管部(11)具有比所述第二波纹管部(21)更大的直径，所述第一波纹管部(11)和所述第二波纹管部(21)和所述可移动元件(30)被布置在所述端壁(15，25)之间。

12.一种用于在水下或在潮湿或严酷环境中使用的电连接装置，包括：

壳体(45，80)，

在所述壳体(45，80)中的填充有电介质的腔室(42)，

布置在所述壳体(45，80)中的圆柱形结构(50)或圆柱形通道，

根据权利要求1-11中任一项所述的压力补偿器(100)，其中所述压力补偿器(100)被布置在所述壳体(45，80)中并围绕所述圆柱形结构(50)或圆柱形通道，所述压力补偿器(100)的所述第一体积(12)和所述第二体积(22)与所述腔室(42)流体连通，从而为所述腔室(42)提供压力补偿。

13.根据权利要求12所述的电连接装置，其中所述电连接装置(200)是连接器部件、电缆端接组件、电缆密封套或用于连接器的接口单元。

14.根据权利要求12或13所述的电连接装置，其中所述压力补偿器(100)被布置在所述壳体(45，80)中，从而为第一腔室(42)提供压力补偿，所述压力补偿器还提供在所述第一腔室(42)与第二腔室(41)之间的液密屏障，所述电连接装置还包括至少一个另外的压力补偿器(61，350)，所述至少一个另外的压力补偿器被构造成当所述电连接装置(200)安装在海底时，在所述第二腔室(41)与围绕所述电连接装置(200)的环境介质之间提供压力平衡。

15.一种压力补偿组件，包括根据权利要求1至11中任一项所述的第一压力补偿器(100)和根据权利要求1至11中任一项所述的第二压力补偿器(350)，其中所述组件(300)还包括第一腔室(42)，所述第一压力补偿器(100)与所述第一腔室(42)流体连通以提供压力补偿，其中所述第一压力补偿器(100)被布置在第二腔室(41)中，并且其中所述第二压力补偿器(350)与所述第二腔室(41)流体连通以提供所述第二腔室的压力补偿。

16.一种制造压力补偿器的方法，包括以下步骤：

提供包括第一波纹管部(11)的第一补偿器部分(10)，所述第一补偿器部分(10)包围第一体积(12)；

提供包括第二波纹管部(21)的第二补偿器部分(20)，所述第二补偿器部分(21)包围第二体积(22)；

提供可移动元件(30)，其中所述第一体积(12)和所述第二体积(22)通过或围绕所述可移动元件(30)流体连通；以及

将所述第一波纹管部(11)和所述第二波纹管部(21)机械地耦接到所述可移动元件(30)，使得所述可移动元件(30)在预定方向上的移动导致所述波纹管部之一的压缩以及所述波纹管部中的另一波纹管部的膨胀，

其中所述第一补偿器部件(10)和所述第二补偿器部件(20)被构造成使得所述可移动元件(30)在所述预定方向上的移动导致所述第一体积(12)的体积变化以及所述第二体积(22)的体积变化，所述第二体积(22)的体积变化不同于所述第一体积(12)的体积变化。