CN108278226A - 一种活塞式深海用水下蓄能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及深海石油钻采技术领域，特别涉及深海作业的液压控制设备，是一种活塞式深海用水下蓄能器。在圆柱形缸体的两端分别螺纹固定液腔端盖和气腔端盖；在圆柱形缸体的内部滑动配合有动活塞；动活塞将缸体分为液腔、气腔、真空腔和海水腔四个腔，巧妙的利用海水自身的静水压力，使蓄能器在深海工作时不受静水压力影响，提高水下蓄能器有效液的排出和工作效率，减少结构尺寸和降低制造成本，从而满足深海油气开发需要。

Description

一种活塞式深海用水下蓄能器
技术领域
本发明涉及深海石油钻采技术领域，特别涉及深海作业的液压控制设备，是一种活塞式深海用水下蓄能器。
背景技术
随着我国经济的快速发展，油气资源的需求与日俱增，陆地油气资源储备已无法满足需求，我国油气勘探开发已开始由陆地、浅水到深水海域转移，这对深海钻采设备使用的蓄能器提出更高要求。随着水深的增加，由于静水压力的影响，蓄能器所受压力逐渐增大而有效容积逐渐减小，进而导致蓄能器所排出的有效液量越来越小，工作效率越来越低，同时增大了零件尺寸。当达到一定水深时，常规蓄能器将不再适用。为了满足深海钻采设备正常工作需要，需开发新的水下蓄能器。
发明内容
本发明的目的：为了克服海水静水压力对蓄能器有效容积的影响，提高水下蓄能器有效液的排出，利用海水静水压力为深海作业的水下液压设备提供充足的能量，提高了工作效率，降低了结构尺寸和制造成本。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种活塞式深海用水下蓄能器，主要由液腔端盖、缸体、密封丝堵、导向环Ⅰ、导向环Ⅱ、导向环Ⅲ、海水过滤器、气腔端盖、保护帽、单向充气阀、动活塞组成；其特征在于：所述圆柱形缸体的一端螺纹固定液腔端盖，另一端螺纹固定气腔端盖；所述液腔端盖有与液腔连通的液腔通孔，液腔通孔外端设置有锥形内螺纹；所述气腔端盖外端面中心处有沉头槽，沉头槽中心有与气腔连通的气腔通孔，气腔通孔外端固定有单向充气阀，在气腔端盖外端面螺钉固定有保护帽；所述圆柱形缸体与阶梯型动活塞滑动配合，阶梯型动活塞小直径段与缸体形成真空腔，缸体有与真空腔连通的真空腔通孔，在真空腔通孔外端固定有密封丝堵；所述圆柱形缸体与阶梯形动活塞滑动配合，动活塞大直径端部与缸体和气腔端盖共同形成海水腔，缸体有与海水腔连通的海水腔通孔，在海水腔通孔外端连接有海水过滤器，海水过滤器可用海水补偿器替换；所述动活塞与气腔端盖滑动配合共同形成气腔。
所述动活塞为一端封闭一端开口的阶梯型筒形结构。
所述气腔端盖内端孔内径与动活塞小直径段内径相同，气腔端盖内端外径与动活塞大直径段内径相同。
在液腔端盖与缸体之间有密封垫片和密封圈；在气腔端盖与缸体之间有密封垫片和密封圈；在动活塞小直径段与缸体之间有密封圈和导向环Ⅲ，动活塞大直径段与缸体之间有密封圈和导向环Ⅰ；动活塞与气腔端盖内端之间有密封圈和导向环Ⅱ。
真空腔通孔端部有凹槽。
根据本发明一种活塞式深海用水下蓄能器的结构原理，能衍生2种不同的形式：一种形式在气腔内加弹簧，即在动活塞的内端面上固定有压缩弹簧。利用弹簧压缩后储存能量的原理与气体压缩后储存能力原理相同。另一种形式在气腔内同时加入弹簧和充入一定压力的气体。2种形式的活塞式深海水下蓄能器都能利用海水的静水压力，增加弹簧后，可提高活塞的反应速度。
本发明的有益效果：本发明活塞式深海用水下蓄能器，通过动、静活塞将缸体分为液压腔、真空腔、海水腔和气腔，巧妙利用海水自身的静水压力，使蓄能器在深海工作时不受海水静水压力的影响，提高了蓄能器的有效液量排出和工作效率，降低了结构尺寸和制造成本。
附图说明
图1是本发明一种活塞式深海用水下蓄能器结构剖面示意图，是预充压状态示意图；
图2是本发明一种活塞式深海用水下蓄能器结构示意图，是蓄能状态示意图。
图3是本发明一种活塞式深海用水下蓄能器结构示意图，是释放状态示意图。
图4是水下生产设施单口井液压控制系统中低压控制原理图。
图5是气腔内增加弹簧的一种活塞式深海用水下蓄能器结构示意图；
图中：1.液腔端盖；2.缸体；3.密封丝堵；4.真空腔通孔；5.真空腔；6.压力补偿器；7.海水腔通孔；8.海水腔；9.气腔端盖；10.螺钉；11.沉头槽；12.保护帽；13.充气阀；14.充气孔；15.导向环Ⅰ；16.导向环Ⅱ；17.动活塞；18.气腔； 19.导向环Ⅲ；20.液腔；21.液腔通孔；22.弹簧；23.油箱；24.脐带缆；25.水下分配单元；26.水下蓄能器；27.电液换向阀；28.水下工作设备；29.回油管路
具体实施方法
本发明不受下述实施实例的限制，可以根据本发明的技术方案和实际情况来确定具体的实施方式。下面结合图1对本发明作一下描述。上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布局方向来确定的。
如图1所示，本发明一种活塞式深海用水下蓄能器，主要由液腔端盖1、缸体2、密封丝堵3、导向环Ⅰ15、导向环Ⅱ16、导向环Ⅲ19、海水过滤器6、气腔端盖9、保护帽12、单向充气阀13、动活塞17组成；其特征在于：所述圆柱形缸体2的两端分别螺纹固定液腔端盖1和气腔端盖9；所述液腔端盖1有与液腔20连通的液腔通孔21，所述液腔通孔21外端设置有锥形内螺纹；所述气腔端盖9外端面中心处有沉头槽11，所述沉头槽11中心有与气腔18连通的气腔通孔14，所述气腔通孔14外端固定有单向充气阀13，在所述气腔端盖9外端面螺钉10固定有保护帽12；所述圆柱形缸体2与阶梯型动活塞17滑动配合，所述阶梯型动活塞17小直径段与缸体2形成真空腔5，所述缸体2有与真空腔5 连通的真空腔通孔4，在所述真空腔通孔4外端固定有密封丝堵3；所述圆柱形缸体2与阶梯形动活塞17滑动配合，所述动活塞17大直径端部与缸体2和气腔端盖9共同形成海水腔8，所述缸体2有与海水腔8连通的海水腔通孔10，在所述海水腔通孔7外端连接有海水过滤器6，海水过滤器6也可用海水补偿器替换；所述动活塞17与气腔端盖9滑动配合共同形成气腔18。
如图1所示，所述动活塞17为一端封闭一端开口的阶梯型筒形结构。所述气腔端盖9内端孔内径与动活塞17小直径段内径相同，所述气腔端盖9内端外径与动活塞17大直径段内径相同。在所述液腔端盖1与缸体2之间有密封垫片和密封圈；在所述气腔端盖1与缸体2之间有密封垫片和密封圈；在所述动活塞 18小直径段与缸体之间有密封圈和导向环Ⅲ19，动活塞18大直径段与缸体之间有密封圈和导向环Ⅰ15；所述动活塞18与气腔端盖9内端之间有密封圈和导向环Ⅱ16。真空腔通孔4端部有凹槽。
一种活塞式深海用水下蓄能器的工作状态分为：预冲压状态、蓄能状态和释放状态。
预充压状态，如图1所示：一种活塞式深海用水下蓄能器放入海底前，打开充气阀13、密封丝堵3、海水过滤器6和保护帽12，通过气腔端盖9中的充气孔14向气腔18充入预充气体，推动活塞17向下移动，活塞17下移挤压真空腔 5内的气体全部通过通孔4排除，旋紧密封丝堵3。继续向气腔18内充入气体达到预充压，然后关闭充气阀，完成预充压。
蓄能状态，如图2和图4所示：水上液压动力单元HPU出口的液压液通过主脐带缆24输送到水下液压分配单元SDU25后，再向水下控制单元SCM中的水下蓄能器26冲压蓄能。由于活塞式深海用水下蓄能器下放安装过程中，因海水静水压力作用，海水经过海水过滤器6，由海水腔通孔7进入海水腔8内。在充压蓄能过程中，由液腔通孔21向液腔20充入压力液，克服静水压力和预充压力推动动活塞17向上移动，并压缩气腔20和海水腔8，达到蓄能器工作压力，完成蓄能过程。
释放状态，如图3和图4所示：当水下液压设备28需要深海用水下蓄能器提供能量时，控制油路换向阀27换向，压力液由液腔20通过液腔通路21和电液换向阀27，进入水下工作设备28油路中，使水下设备28进行工作。水下设备28排除的低压油液通过回油管路29回到HPU。
本发明的原理是：
本发明一种活塞式深海用水下蓄能器的工作原理是：在蓄能器初始状态时气腔内充入气体达到预充压，此时动活塞17处于最下端并排尽真空腔5空气使其形成真空。工作过程中外部油路通过液压通孔21进入液压液，液压液推动动活塞17向上移动，此时真空腔5体积逐渐增大，海水腔8和气腔18体积逐渐减小；此时海水腔压力等于外部海水静水压力，气腔18压力逐渐增大，海水腔8压力和气腔18压力共同平衡液腔20压力。当液腔20压力波动时，气腔18和海水腔 8压力可以同时对液腔20压力进行补偿调节。
实施例2，如图5所示。一种活塞式深海用水下蓄能器衍生形式与实施例1 基本相同，不同点是：实施例2气腔18内加入弹簧力代替预充气体压力，或者气腔18内既充压力又安装弹簧。

Claims (6)

1.一种活塞式深海用水下蓄能器，主要由液腔端盖(1)、缸体(2)、密封丝堵(3)、导向环Ⅰ(15)、导向环Ⅱ(16)、导向环Ⅲ(19)、海水过滤器(6)、气腔端盖(9)、保护帽(12)、单向充气阀(13)、动活塞(17)组成；其特征在于：所述圆柱形缸体(2)的一端螺纹固定液腔端盖(1)，其另一端螺纹固定气腔端盖(9)；液腔端盖(1)有与液腔(20)连通的液腔通孔(21)，液腔通孔(20)外端设置有锥形内螺纹；所述气腔端盖(9)外端面中心处有沉头槽(11)，沉头槽(11)中心有与气腔(18)连通的气腔通孔(14)，气腔通孔(14)外端固定有单向充气阀(13)，在气腔端盖(9)外端面螺钉(10)固定有保护帽(12)；所述圆柱形缸体(2)与阶梯型动活塞(17)滑动配合，阶梯型动活塞(17)小直径段与缸体(2)形成真空腔(5)，缸体(2)有与真空腔(5)连通的真空腔通孔(4)，在真空腔通孔(4)外端固定有密封丝堵(3)；所述圆柱形缸体(2)与阶梯形动活塞(17)滑动配合，动活塞(17)大直径端部与缸体(2)和气腔端盖(9)共同形成海水腔(8)，缸体(2)有与海水腔(8)连通的海水腔通孔(10)，在海水腔通孔(7)外端连接有海水过滤器(6)，海水过滤器(6)可用海水补偿器替换；所述动活塞(17)与气腔端盖(9)滑动配合共同形成气腔(18)。
2.根据权利要求1所述一种活塞式深海用水下蓄能器，其特征在于：所述动活塞(17)为一端封闭一端开口的阶梯型筒形结构。
3.根据权利要求1所述一种活塞式深海用水下蓄能器，其特征在于：所述气腔端盖(9)内端孔内径与动活塞(17)小直径段内径相同，气腔端盖(9)内端外径与动活塞(17)大直径段内径相同。
4.根据权利要求1或4所述一种活塞式深海用水下蓄能器，其特征在于：在液腔端盖(1)与缸体(2)之间有密封垫片和密封圈；在气腔端盖(1)与缸体(2)之间有密封垫片和密封圈；在动活塞(18)小直径段与缸体之间有密封圈和导向环Ⅲ(19)，动活塞(18)大直径段与缸体之间有密封圈和导向环Ⅰ(15)；动活塞(18)与气腔端盖(9)内端之间有密封圈和导向环Ⅱ(16)。
5.根据权利要求1所述一种活塞式深海用水下蓄能器，其特征在于：真空腔通孔(4)端部有凹槽。
6.根据权利要求1所述一种活塞式深海用水下蓄能器另一种衍生结构形式，其特征在于：还包括弹簧，在动活塞(17)内端面上有压缩弹簧(22)。
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