CN106661934A

CN106661934A - 海下力生成装置及方法

Info

Publication number: CN106661934A
Application number: CN201580024094.9A
Authority: CN
Inventors: J.甘布尔; R.古斯塔夫森; R.A.朱奇
Original assignee: Hydril USA Manufacturing LLC
Current assignee: Hydril USA Distribution LLC
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-05-10
Also published as: WO2015171842A1; US20150322978A1; NO20161650A1

Abstract

一种用于在水下生成力的水淹没装置。装置包括具有驱动柱塞(144)的活塞(138)的封壳(136)，活塞将封壳分成闭合室(140)和开放室(142)，开放室连接至低压接收体(160)，且容纳第一流体。装置还包括用于容纳与第一流体相比具有更低的压力的第一流体且经由第一阀(163A)与封壳的开放室选择性流体连通的低压接收体。此外，装置包括连接至封壳且经由第二阀(163B)与封壳的开放室选择性连通的控制模块(165)。第一阀和第二阀受控成使得每次仅低压接收体或控制模块中的一者与封壳的开放室流体连通。

Description

海下力生成装置及方法

技术领域

本文公开的主题的实施例大体上涉及方法和系统，并且更具体地涉及用于生成海下力(subsea force)的机构及技术。

背景技术

在过去几年间，随着化石燃料价格的增长，开发新的开采场地的兴趣极大地提高。然而，陆地开采场地的可用性有限。因此，本行业现在延伸至钻探似乎保有巨量化石燃料的离岸地点。

用于从离岸场地开采化石燃料的现有技术使用如图1中所示的技术。更具体而言，系统10包括具有卷筒14的船舶12，卷筒14将电力/通信缆线16供应至控制器18。Mux卷筒可用于传输电力和通信。一些系统具有软管卷筒来在压力下传送流体，或硬管(刚性导管)来在压力下传送流体，或以上两者。其它系统可具有带通信或线(引导)的软管来供应和操作海下功能。然而，这些系统的共同特征是其有限的操作深度。将在下文中论述的控制器18设置在海下，接近海床20或在海床20上。在此方面中，将注意的是，图1中所示的元件未绘制成成比例，且将不会从图1中推断出大小。

图1还示出了海下油井的井口22和进入海下油井的开采管路24。在开采管路24的一端处存在钻机(未示出)。各种机构(也未示出)用于使开采管路24(且隐含地，钻机)旋转以延伸海下油井。

然而，在正常钻井操作期间，非预期的事件可发生，这可破坏油井和/或用于钻孔的设备。一个此类事件为气体、油或其它油井流体从地下地层到油井中的非受控流动。此类事件有时称为"井涌"或"井喷"，且可在地层压力超过由钻孔流体柱施加至地层的压力时发生。该事件是不可预见的，且如果不采取措施来防止该事件，则油井和/或相关联的设备可受破坏。

可破坏油井和/或相关联的设备的另一个事件在于飓风或地震。这两种自然现象可破坏油井和相关联的设备的完整性。例如，由于在水面处的飓风产生的强风，故对海下设备供能的船舶或钻塔可开始漂移，导致破坏将油井连接到船舶或钻塔上的电力/通信缆线或其它元件。可破坏油井和/或相关联的设备的完整性的其它事件是可能的，这将由本领域的技术人员认识到。

因此，防喷器(BOP)可安装在油井的顶部上，以在以上事件中的一个威胁到油井的完整性的情况下密封油井。BOP常规地实施为阀，以在钻孔或完井操作期间防止封壳与钻杆之间的环形空间中或开放的孔(即，没有钻杆的孔)中的压力释放。图1示出了BOP26或28，其由通常称为POD的控制器18控制。防喷器控制器18控制蓄积器(accumulator)30关闭或打开BOP26和28。更具体而言，控制器18控制用于打开和关闭BOP的阀的系统。用于打开和关闭阀的液压流体通常由水面上的设备加压。加压的流体储存在水面和海下的蓄积器中来操作BOP。在海下储存在蓄积器中的流体还可用于自动剪切和/或在失去油井的控制时用于地锚功能。蓄积器30可包括容器(罐)，其储存一定压力下的液压流体，且提供必要的压力来打开和关闭BOP。来自蓄积器30的压力由管或软管32传送至BOP26和28。

如本领域的普通技术人员理解的那样，在深海钻探中，为了克服由BOP的操作深度处的海水生成的高流体静压力，蓄积器30必须首先充至高于环境海下压力的压力。典型的蓄积器充有氮，但随着预填充压力增大，氮效率降低，这增加了附加的成本和重量，因为海下需要更多的蓄积器来执行水面上的相同操作。例如，水面上的60升(L)蓄积器可在水面上具有24L的可用容积，但在3000m深的水处，可用容积小于4L。提供以下信息：海下深度的附加压力昂贵，用于提供高压的设备庞大，因为作为蓄积器30的一部分的罐的尺寸很大，且BOP的操作范围由操作深度处的填充压力与流体静压力之间的初始压差限制。

在此方面，图2示出了经由阀34连接到缸36上的蓄积器30。缸36可包括活塞(未示出)，其在活塞的一侧上的第一压力高于活塞的另一侧上的第二压力时移动。第一压力可为流体静压力加蓄积器30释放的压力，而第二压力可为流体静压力。因此，加压罐储存高压流体来操作BOP的使用使得海上钻井装置的操作昂贵，且需要大型部分的操纵。

仍参看图2，阀34可设在蓄积器30与缸36之间，以便控制从蓄积器30施加补充压力的时机。根据示例性实施例，补充压力例如可通过提供16个300L的瓶(各自携带一定压力下的氮)来由蓄积器30生成。图3示出了瓶50的此实例。图3示出了瓶50具有包括在一定压力下的氮的第一室52，以及由气囊或活塞56与第一室52分开的第二室54。第二室54连接到管32上，且包括液压流体。当控制器18指示蓄积器30释放其压力时，各个瓶50使用氮压力来使气囊56朝管32移动，使得补充压力经由管32提供至缸36。

因此，将期望的是提供避免前述问题和缺陷(即，低效率、关于水面高预填充压力的安全性问题、蓄积器的大尺寸和重量，等)的系统和方法。

发明内容

本技术的一个示例实施例提供了一种用于在水下生成力的水淹没装置(watersubmerged device)。该装置包括用于容纳处于低压下的一定量的第一流体的低压接收体(recipient)，以及具有驱动柱塞(ram)的活塞的外部封壳。活塞将外部封壳分成闭合室和开放室。开放室连接到低压接收体上，且容纳具有与第一流体相比具有更高的压力的第二流体。该装置还包括连接到外部封壳上的控制模块，以及定位在外部封壳与低压受体之间且具有开启位置和闭合位置的第一阀。第一阀在处于开启位置时开启外部封壳的开放室与低压接收体之间的流体连通，且在处于闭合位置时闭合外部封壳的开放室与低压接收体之间的流体连通。还包括第二阀，其定位在控制模块与外部封壳的开放室之间。第二阀在处于开启位置时开启控制模块与外部封壳的开放室之间的流体连通，且在处于闭合位置时闭合控制模块与外部封壳之间的流体连通。阀是可控制的，使得在第一阀开启时，第二阀闭合。

本技术的另一个实施例提供了一种用于在水下生成力的水淹没装置。该装置包括具有驱动柱塞的活塞的外部封壳，活塞将外部封壳分成闭合室和开放室。开放室连接到低压接收体上，且容纳第一流体。装置还包括用于容纳与第一流体相比处于更低的压力下的一定量的第二流体的低压接收体。低压接收体经由第一阀与外部封壳的开放室选择性流体连通。此外，装置包括控制模块，其连接到外部封壳上，且经由第一阀与外部封壳的开放室选择性连通。第一阀和第二阀是受控的，使得每次仅低压接收体或控制模块中的一者与外部封壳的开放室流体连通。

本技术的又一个实施例提供了一种通过在水淹没装置的外部封壳内侧移动活塞来生成力的方法，该活塞将外部封壳分成开放室和闭合室，外部封壳的闭合室容纳处于第一压力下的流体或气体。该方法包括利用在其中具有第一阀的流体管线将低压接收体流体地连接到外部封壳的闭合室上的步骤，低压接收体容纳低于第一压力的第二压力下的流体或气体，且第一阀最初处于闭合位置。此外，该方法包括利用在其中具有第二阀的流体管线将控制模块流体地连接到外部封壳的闭合室上，第二阀最初处于开启位置。此外，该方法包括闭合第二阀来使控制模块与外部封壳隔离，以及开启第一阀来允许外部封壳的闭合室与低压接收体之间的流体连通。此流体连通引起外部封壳的闭合室与低压接收体之间的压差，使得外部封壳的闭合室的流体或气体流至低压接收体，由此产生移动活塞的外部封壳的闭合室中的真空。

附图说明

并入且构成说明书的一部分的附图示出了一个或更多个实施例，且连同描述阐释了这些实施例。在附图中：

图1为常规海上钻井装置的示意图；

图2为用于基于蓄积器生成力的水淹没装置的示意图；

图3为用于产生补充压力的罐的示意图；

图4为根据示例性实施例的没有蓄积器的用于生成力的水淹没装置的示意图；

图5为示出根据示例性实施例的淹没装置内的压力关于流体体积的相关性的图表；

图6为示出作用于装置上的各种压力的水淹没装置的示意图；

图7为根据示例性实施例的用于基于蓄积器生成力的水淹没装置的示意图；

图8为示出根据示例性实施例的与体积相关的各种压力的图表；

图9为根据示例性实施例的用于生成力的水淹没装置的示意图；

图10为根据另一个示例性实施例的用于生成力的水淹没装置的示意图；

图11A和11B为根据本技术的一些实施例的将BOP连接到水淹没装置上的阀的示意图；

图12为示出根据示例性实施例的由生成力的方法执行的步骤的流程图；

图13为根据备选实施例的没有蓄积器的用于生成力的水淹没装置的示意图；以及

图14为根据图13中所示的备选实施例的具有蓄积器的用于生成力的水淹没装置的示意图。

具体实施方式

示例性实施例的以下描述提到了附图。不同图中的相同参考标号表示相同或类似的元件。以下详细描述不限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，关于BOP系统的技术和结构而论述了以下实施例。然而，接下来将论述的实施例不限于这些系统，而是可应用于在环境压力较高(诸如在海下环境中)时需要供应力的其它系统上。

说明书各处参考"一个实施例"或"实施例"意思是连同实施例描述的特定特征、结构或特点被包括在公开主题的至少一个实施例中。因此，说明书各处的各种位置出现的短语"在一个实施例中"或"在实施例中"不一定是指相同实施例。此外，特定特征、结构或特点可在一个或更多个实施例中以任何适合的方式组合。

如上文关于图2所述，蓄积器30由于氮在高压下的低效率而庞大。随着离岸场地的位置越来越深(在从水面到海床的距离变得越来越大的意义上)，基于氮的蓄积器变得低效，给定了初始填充压力与局部流体静压力之间的差异在室52的给定初始填充下减小，因此需要蓄积器的尺寸增大(需要使用16个320L的瓶)，且增加了花费来配置和保持蓄积器。

根据示例性实施例，如图4中所示的新颖布置可用于生成力F。图4示出了封壳36，其包括能够在封壳36内移动的活塞38。活塞38将封壳36分成由缸36和活塞38限定的室40。室40称为闭合室。封壳36还包括如图4中所示的开放室42。

两个室40和42中的压力可为相同的，即，海水压力(环境压力P_AMB)。室40和42两者中的环境压力P_AMB可通过允许海水自由进入这些室中来实现。因此，当活塞38的任一侧上没有压差时，活塞38静止。

当需要供应力来用于触动设备的一件时，与活塞38相关联的杆44必须移动。这可通过在活塞38的两侧上生成压力失衡来实现。

尽管图4中示出的示例性实施例描述了如何生成海下力而不使用蓄积器，然而，但如下文将论述的，根据另一个示例性实施例，蓄积器仍可用于供应补充压力。图4示出了封壳36(其可为缸)，其包括活塞38和连接到活塞38上的杆44。开放室42可连接到低压储存接收体60上。阀62可插入开放室42与低压接收体60之间，以控制开放室与接收体60之间的压力。低压接收体60可包括活塞61，其置于低压接收体60中，以在低压接收体60内滑动来将低压接收体60内的可压缩的流体与封壳36分开。低压接收体60可包括气囊或密封元件来替代活塞61。可压缩的流体(第一流体)例如可为空气。

低压储存接收体60可具有任何形状，且可由钢或能够经得起海水压力的任何材料制成。然而，当接收体在海平面处时，低压接收体内的初始压力为大约1atm或较低，以改善效率。在接收体降低到海床之后，接收体内的压力可变大，因为海平面将高压施加到接收体的壁上，因此压缩内侧的气体。除空气外的其它流体可用于填充低压接收体。然而，接收体60内的压力小于环境压力P_amb，其在4000m深度处为大约350atm。

如图4中所示，当不需要提供力时，闭合室和开放室两者中的压力为P_AMB，而接收体60内的压力为大约P_r=1atm。当需要施加到杆44上的力来用于促动钻塔中的设备的件时，阀62开启，使得开放室42可与低压储存接收体60连通。随后的压力变化在闭合室40、开放室42和接收体60中发生。当更多海水经由管64进入闭合室40时，由于活塞38开始在图4中从左移向右，故闭合室40保持在环境压力P_AMB下。开放室42中的压力在低压P_r经由阀42变得可用时减小，即，来自开放室42的海水(第二流体，其可为不可压缩的)移动到接收体60，以平衡开放室42与接收体60之间的压力。因此，压力失衡在闭合室40与开放室42之间实现，且该压力失衡触发活塞38的移动。

图5示出了对于闭合室40和接收体60的压力对体积的图表。闭合室40的压力在闭合室40的容积从初始小容积V1膨胀至最终较大容积V2时保持基本恒定(见曲线A)，而接收体60中的压力由于从开放室42接收到的液体而从大约1atm略微增大，如曲线B所示。

因此，根据示例性实施例，实现了较大的力F，而不使用在高压下的填充有氮的任何罐。因此，图4中所示的系统有利地提供了降低成本的解决方案来在低压接收体60例如在海平面处填充空气时生成力。此外，用于生成力的装置可具有小尺寸，因为低压接收体的尺寸相比于现有的蓄积器较小。在一个示例性实施例中，低压接收体可为具有250L的容积的不锈钢容器。图4中所示的装置的另一个优点在于可能容易地以此装置改造现有的深海钻塔。

根据图6中所示的示例性实施例，提供给了数字实例来认识低压接收体60的有效性。图6中所示的实例不旨在限制示例性实施例，而是仅向读者提供由低压接收体60生成的力的更好理解。图6示出了封壳36，其包括具有作用于其上的各种压力的活塞38。更具体而言，当开放室42与低压接收体60连通时，且作用于杆44上的压力为P_MUD(其为取决于应用的柱压力或井孔压力)时，闭合室40中的压力为P_AMB，开放室42中的压力为P_ATM。在该实例中计算的净力F_NET沿活塞的整个冲程是恒定的。这与常规装置的差别在于，当蓄积器中的活塞由于氮气膨胀时的损失压力而移动时，力减小。作为优选，恒定压力将确保足够的压力/力来在需要时切割钻杆。

假定P_AMB为4,500psi，P_ATM为14.5psi，P_MUD为15,000psi，D1为22英寸，且D2为5.825英寸，则净力F_NET由以下给定：F_NET = P_AMB(π/4 )[(D1)² - (D2)²] - P_MUD(π/4 )(D2)² = 1,298,850 lbf。假定P_ATM为4,500psi，则净开启力F_NET为-284,639 lbf。根据示例性实施例，环境压力(高压)可在200到400atm之间，且P_ATM(低压)可在0.5到10atm之间。

根据另一个示例性实施例，低压接收体60可如图7中所示连同基于氮的蓄积器使用。封壳36的闭合室40不但经由管64连接到海水，而且连接到能够供应补充压力的蓄积器30。当达到适当状态时，阀66可关闭对闭合室40的海水供应，且阀46可开启来允许来自蓄积器30的补充压力达到闭合室40。根据示例性实施例，来自蓄积器30的液压流体与来自闭合室40的海水混合。根据另一个示例性实施例，另一个活塞(未示出)将蓄积器30的液压液体与闭合室40内的海水分开。可选地，阀66在蓄积器30中的压力变得小于预设阈值时开启。随蓄积器30的容积变化的压力变化由图8中的形状C示出。因此，补充压力(曲线C)在活塞38移动时减小，在杆44上产生了减小的补充力。曲线C的轮廓由用于蓄积器30中的特定气体的状态的适当等式，取决于温度或热传递是否认作是恒定或可忽略的(即，气体的状态变化分别是等热还是绝热的)来给定。

然而，如本领域的普通技术人员已知那样，如图8中的曲线C所示，理想气体的压力和体积的乘积与气体温度成比例。因此，在常规蓄积器中，当罐的压力释放至特定装置时，压力随体积增大而减小。相反，闭合室40中的压力并未与如图5中的曲线A所示的该室中的容积增大成反比变化，即，在闭合室40的容积增大时，压力保持基本恒定。

然而，当来自蓄积器30的补充压力与低压接收体60的低压组合时，从闭合室40施加到活塞38上的压力具有图8中的曲线D所示的轮廓，即，随活塞38的移动略微降低的高压。根据示例性实施例，来自蓄积器30的压力P_AC可在低压储存接收体60变得触动之后释放，因此产生图8中的曲线E所示的压力轮廓。将注意的是，根据该轮廓，闭合室中的压力在阀62开启后为P_AMB，且在使来自蓄积器30的补充压力可用时增大至P_AMB + P_AC。

轮廓E中的图8中所示的压力尖峰可如接下来论述那样是有利的。回到图1，BOP示为包括两个元件26和28。元件28可为环形防喷器，而元件26可为柱塞防喷器(ram blowoutpreventer)。环形防喷器28为阀，其可安装在柱塞防喷器26上方，以密封管与井孔之间的环形空间，或如果不存在管，则密封井孔自身。环形防喷器并未切割(剪切)井孔中存在的管线或管，而是仅密封油井。然而，如果环形防喷器不能密封井孔或不足，则可触动柱塞防喷器。

柱塞防喷器可使用柱塞来密封具有或没有管的孔上的压力。如果孔包括管，则柱塞防喷器需要足够的力来剪切(切割)管和可在管旁边或内侧的任何缆线，使得油井完全闭合，以防止压力释放至油井外的环境。

因此，示例性实施例中论述的力提供装置可用于将必要的力提供至环形防喷器、柱塞防喷器、它们两者等。提供示例性实施例的力的其它应用可由本领域的技术人员构想出，例如，如将力施加到BOP组或采油树上的任何海下阀。

如本领域的技术人员将认识到那样，各种阀和导阀可加到各个室与低压接收体60和/或蓄积器30之间。图9和10中示出了示出低压接收体60的实施方式的两个示例性图表。然而，这些实例旨在便于读者理解，且不限制示例性实施例。图9示出了连接到管64且经由阀62连接到低压接收体60上的缸36。阀62连接到柱塞阀68上，柱塞阀68连接到引导蓄积器70上。引导蓄积器70例如可为2.5L的接收体。引导蓄积器70可经由联接件72连接到自动剪切阀导阀74和自动剪切臂导阀76上。端口I提供成将管线64连接至海水，且端口II连接到联接件72和自动剪切解除导阀上。在图10中所示的另一个示例性实施例中，柱塞阀68由连接到阀导阀74上的阀替换。

阀62在下文中参照图11A和11B更详细论述。图11A示出了经由梭阀67和阀62连接到低压接收体60上的封壳36。梭阀67可为弹簧偏压类型，以防止海水进入，且保持正确位置来通风。阀62(由Hydril(Houston, Texas, US)制造)可为3通2位阀，其为弹簧加载的来保持其位置。如图11A中所示，开放室42连接到总是对海水开启的阀62中的通风端口62a。然而，连接到低压接收体60上的阀62的端口62b受阻挡，以保持低压接收体60中的低压。当由外部导阀(未示出)作用时，阀的内部转轴移动压缩弹簧62c，阻挡通风端口62a，且使开放室42通向低压接收体60。在阀62由外部导阀引导时，其看起来如图11B中所示，其中允许了开放室42与低压接收体60之间的自由连通。图11A中所示的元件62e阻挡图10B中的通风端口62a。

根据图12中所示的示例性实施例，存在通过在水淹没装置的外部封壳内移动活塞来生成力的方法，活塞将外部封壳分成闭合室和开放室，且开放室经由具有阀的管与低压接收体连通，阀将开放室中的压力源与低压接收体分开，且低压接收体容纳一定量的第一流体。该方法包括将第一压力施加到闭合室和开放室的步骤1200，其中第一压力由装置的处于一定深度处的水的重量生成，将第二压力施加到低压接收体的第一流体上的步骤1210，第二压力低于第一压力，开启在开放室与低压接收体之间的阀使得来自开放室的第二流体移动到低压接收体中且压缩第一流体的步骤1220，以及通过在活塞上产生压力失衡来生成力的步骤1230。

根据示例性实施例，一个或更多个压力传感器可插入低压接收体60中来监测其压力。当压力传感器确定接收体60内的压力远离1atm时，通知钻塔的操作者该情况，使得操作者可依靠用于在紧急情况中关闭柱塞防喷器或替换接收体60的其它力生成器。作为备选，接收体60可设有液压设备(未示出)，其在传感器感测到接收体内的压力高于某一阈值时开始将水泵出接收体。在另一个示例性实施例中，液压设备可在阀62开启且柱塞防喷器闭合之后将水从接收体60泵出。注意，在接收体60填充有水之后，其不可用于生成力，除非低压在接收体60内重新形成。

根据另一个示例性实施例，一个以上的接收体60可同时地或按顺序使用，或它们的组合。此外，至少一个接收体60可连接到装置上，装置在阀62开启且海水进入接收体之后排空海水的接收体60。因此，根据该实施例，接收体60可多次重复使用。

根据另一个示例性实施例，(i)闭合室中的2000到4000m下的海水压力与(ii)接收体60内的大气压力之间的压差生成用于闭合柱塞防喷器的适合的力。然而，如果海床从海平面深过4000m，则适配器(例如，减压阀)可用于减小压差，使得柱塞防喷器不由过大的压差破坏。相反，如果海床离海面小于2000m，则压差可能不足以产生足够的力来闭合柱塞防喷器。因此，根据示例性实施例，蓄积器可用于供应流体静压力。然而，即使不使用蓄积器，只要开放室与低压储存接收体之间存在压差就可生成力。

现在参看图13和14，示出了备选实施例，其包括用于控制低压接收体160的促动的备选的阀系统。图13的系统类似于图4的系统，且包括容纳活塞138的缸136。活塞138附接到杆144上，杆144继而又附接到柱塞(未示出)上。在正常状态下，如图13中所示，活塞138朝缸136的左侧定位。然而，在紧急情况下，活塞138被推向右，从而也将杆144和柱塞驱动至右侧。在此发生时，柱塞剪切钻杆、线等，以闭合油井。还类似于上述实施例，低压接收体160保持在低压下。例如，低压接收体160可容纳空气，且具有大约1大气压的内部压力。

图13和14的活塞138可由低压接收体160促动，低压接收体160连接到缸136中的开放室142上，且由控制模块165控制。开放室142为杆144延伸穿过的缸136的一部分。控制模块165由通信线路167连接到一对阀163a,163b上。例如，通信线路167可为液压管线。如本领域的普通技术人员通常理解到的那样，控制模块165使用阀163b和梭阀169将流体供应至开放室142，梭阀169在蓝色的控制槽B与黄色的控制槽Y之间移动。阀163a和163b经由与开放室142共用的通信线路167或经由控制模块165的独立线路来连接到控制模块165上。

在正常操作状态下，阀163b开启，使得液压连通在缸136中的开放室142与控制模块165之间开启。这样连通允许经由控制模块165对开放室142中的压力的控制。另外在正常操作状态下，阀163a闭合，从而将低压室160与缸136的开放室142隔离开。

然而，在紧急情况中，可能期望使用低压接收体160来关闭柱塞。为了实现这个，阀163b可闭合，且然后阀163a可开启。当阀163b闭合时，阻止了开放室142与控制模块165之间的连通。相反，当阀163a开启时，开放室142与低压接收体之间的连通开启。

由于低压接收体160容纳具有低压且可压缩的空气，且缸136的开放室142容纳处于较高压力下的液压流体或其它流体，故由于系统在海下且经历一定深度处的流体静压力而在开放室142与低压接收体160之间存在压差。该压差促使开放室142中的流体能够朝低压接收体160流动且流入低压接收体160。在此发生时，流体抽空开放室142，产生朝柱塞拉动活塞138的真空，从而促使柱塞闭合。在活塞138移动时，闭合室140可填充有海水或液压流体，其可经由管164流入闭合室140中。因此，阀163a,163b连续地工作来首先闭合开放室142与控制模块165之间的通信线路167，且然后开启在开放室142与低压接收体160之间的通路。尽管不是必需的，但附加系列的阀或孔口171可置于阀163a,163b之间，以确保以适当的顺序，阀163b闭合且阀163a开启。

可选地，低压接收体160可包括活塞161，其置于低压接收体160中，以在低压接收体160内滑动，来将低压接收体160内的可压缩的流体与缸136分开。作为备选，低压接收体160可包括气囊或密封元件来替代活塞161。

图14中所示的实施例类似于图13中所示的实施例，只是图14进一步示出了经由管或软管132与缸136的闭合室140连通的蓄积器130。缸的闭合室140从开放室142在活塞138的另一侧上。还可存在定位在管或软管132中的蓄积器阀146。蓄积器130的一个目的在于加压闭合室140来有助于驱动活塞138(如果需要)。例如，蓄积器可包括容器(罐)，其储存比闭合室140的压力更高压力下的液压流体。当阀146开启时，压差在蓄积器130与闭合室140之间产生，以促使流体进入闭合室140且有助于驱动活塞。如果环境海水的压力高于蓄积器中的流体的压力，则闭合室还可经由管164接收海水。然而，如果环境海水的压力低于蓄积器130中的流体的压力，则管164可由阀166闭合。

公开的示例性实施例提供了一种用于以减少的能量消耗且在低成本下生成海下力的系统及方法。应当理解的是，该描述不旨在限制本发明。相反，示例性实施例旨在覆盖被包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的备选方案、改型和等同方案。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐释了许多特定细节，以便提供提出的发明的彻底理解。然而，本领域的技术人员将理解的是，各种实施例可在没有此特定细节的情况下实践。

尽管以特定组合在实施例中描述了本示例性实施例的特征和元件，但各个特征或元件可在无实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或以具有或没有本文公开的其它特征和元件的各种组合使用。

本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于在水下生成力的水淹没装置，该装置包括：

用于容纳处于低压下的一定量的第一流体的低压接收体；

具有驱动柱塞的活塞的外部封壳，所述活塞将所述外部封壳分成闭合室和开放室，所述开放室连接至所述低压接收体，且容纳与所述第一流体相比具有更高的压力的第二流体；

连接至所述外部封壳的控制模块；

定位在所述外部封壳与所述低压接收体之间且具有开启位置和闭合位置的第一阀，所述第一阀在处于所述开启位置时开启所述外部封壳的所述开放室与所述低压接收体之间的流体连通，且在处于所述闭合位置时闭合所述外部封壳的所述开放室与所述低压接收体之间的流体连通；

定位在所述控制模块与所述外部封壳的所述开放室之间的第二阀，所述第二阀在处于所述开启位置时开启所述控制模块与所述外部封壳的所述开放室之间的流体连通，且在处于所述闭合位置时闭合所述控制模块与所述外部封壳之间的流体连通；

其中阀是可控制的，使得在所述第一阀开启时，所述第二阀闭合。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

分隔物，其位于所述低压接收体中，且将所述低压接收体的内侧分成用于容纳所述第一流体的第一隔间和用于在所述第一阀开启时接收来自所述外部封壳的所述开放室的所述第二流体的第二隔间。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

在所述第一阀和所述第二阀之间且有助于按顺序开启和闭合所述第一阀和所述第二阀的顺序阀。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

蓄积器，其连接至所述外部封壳的所述闭合室，且容纳与所述外部封壳的所述开放室中的所述第二流体相比处于更高的压力的第三流体。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：

定位在所述外部封壳的所述闭合室与所述蓄积器之间的第三阀，所述第三阀具有开启位置和闭合位置，所述第三阀在处于所述开启位置时允许所述蓄积器与所述外部封壳的所述闭合室之间的流体连通，且在处于所述闭合位置时阻止所述蓄积器与所述外部封壳的所述闭合室之间的流体连通。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

将所述外部封壳的所述闭合室连接至所述外部封壳周围的环境海水的管。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

定位在所述管中且具有开启位置和闭合位置的第四阀，所述第四阀在处于所述开启位置时允许所述环境海水与所述外部封壳的所述闭合室之间的流体连通，且在处于所述闭合位置时阻止所述环境海水与所述外部封壳的所述闭合室之间的流体连通。

8.一种用于在水下生成力的水淹没装置，所述装置包括：

具有驱动柱塞的活塞的外部封壳，所述活塞将所述外部封壳分成闭合室和开放室，所述开放室连接至所述低压接收体，且容纳第一流体；

低压接收体，其用于容纳与所述第一流体相比处于更低的压力下的一定量的第二流体，且经由第一阀与所述外部封壳的所述开放室选择性流体连通；

控制模块，其连接至所述外部封壳，且经由第二阀与所述外部封壳的所述开放室选择性连通；

所述第一阀和所述第二阀受控成使得每次仅所述低压接收体或所述控制模块中的一者与所述外部封壳的所述开放室流体连通。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

分隔物，其位于所述低压接收体中，且将所述低压接收体的内侧分成用于容纳所述第二流体的第一隔间和用于在所述第一阀开启时接收来自所述外部封壳的所述开放室的所述第一流体的第二隔间。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

蓄积器，其容纳与所述外部封壳的所述闭合室中的所述第一流体相比具有更高的压力的第三流体，且经由第三阀与所述外部封壳的所述开放室选择性连通。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

将所述外部封壳的所述开放室连接至所述外部封壳周围的环境海水的管。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括：

14.一种通过在水淹没装置的外部封壳内侧移动活塞来生成力的方法，所述活塞将所述外部封壳分成开放室和闭合室，所述外部封壳的所述闭合室容纳处于第一压力下的流体或气体，所述方法包括：

利用在其中具有第一阀的流体管线将低压接收体流体地连接至所述外部封壳的所述闭合室，所述低压接收体容纳低于所述第一压力的第二压力下的流体或气体，且所述第一阀最初处于闭合位置；

利用在其中具有第二阀的流体管线将控制模块流体地连接至所述外部封壳的所述闭合室，所述第二阀最初处于开启位置；

闭合所述第二阀来将所述控制模块与所述外部封壳隔离开；以及

开启所述第一阀以允许所述外部封壳的所述闭合室与所述低压接收体之间的流体连通，该流体连通引起所述外部封壳的所述闭合室与所述低压接收体之间的压差，使得所述外部封壳的所述闭合室的所述流体或气体流至所述低压接收体，由此产生移动所述活塞的所述外部封壳的所述闭合室中的真空。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：

使所述外部封壳的所述开放室通向环境海水，使得环境海水可在所述流体或气体流出所述外部封壳的所述闭合室时进入所述外部封壳的所述开放室。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：

将蓄积器流体地连接至所述外部封壳的所述开放室，所述蓄积器具有与所述外部封壳的所述开放室中的流体压力相比处于更高的压力下的流体，使得所述蓄积器的流体进入所述外部封壳的所述开放室且有助于移动所述活塞。