CN109195900B - 可移动直列式升沉补偿器 - Google Patents

Abstract

可移动直列式升沉补偿器(100)，其设有用于将补偿器(100)从负荷承载装置悬挂的连接装置(19)和用于承载有效负荷(101)的连接装置(19)，其中补偿器(100)包括无源升沉补偿器部件和可能的有源升沉补偿器部件，并且设有传感器布置，其中补偿器(100)进一步包括至少一个致动器(10)，其在操作中水平取向并且包括具有水平行程的致动器活塞杆(13)，活塞杆间接连接到绳索装置(18)，其中绳索装置(18)在一端通过连接装置(19)(例如，垫板孔眼)连接到海面上的船只(102)或有效负荷(101)中的至少一个，其结合有具有弯曲表面的装置，绳索装置在具有弯曲表面的装置处被悬挂，用于将船只(102)或有效负荷(101)的竖直移动转换成致动器活塞杆(13)补偿负荷(101)的水平移动。

Description

可移动直列式升沉补偿器

技术领域

可移动直列式升沉补偿器是一种安装工具，其设计用于在近海环境中在有效负荷的敏感安装/升降期间补偿竖直升沉运动。竖直升沉源通常由涌浪引起，这些涌浪导致浮动物体(如安装船只和驳船，但不限于此)竖直上下移动。可移动直列式升沉补偿器设计用于在空气和水中操作。可移动直列式升沉补偿器是一种结合了弹簧隔离原理的直列式工具，并且可与有源气缸控制一起使用，以产生有效的补偿效果。

背景技术

如果有源控制发生故障，则该工具会像传统的气液联动弹簧阻尼装置(gas-over-hydraulic fluid spring-dampening device)一样操作。在海上施工期间，高且重的结构将由配备具有高承载能力的大型起重机的昂贵工作船降低。结构必须从固定或浮动的物体上提升，并放置在固定或浮动的位置、顶部或海底。起重机吊臂可以大大增加由涌浪和风产生的工作船、驳船和供应船只的不规则运动，因此即使在涌浪均匀的情况下，也难以或不可能在猛烈的船只和起重机运动期间通过起重机载运敏感结构并将它们降低到海底。由于工作船的日常运营成本非常高，因此每次延误都会产生巨大的额外成本。因此，在不太有利的天气中及在浪涌均匀的情况下，同样会强烈要求进行各种工作而不损坏要移动的结构。现有技术的补偿装置，例如起重机安装的有源升沉补偿器，具有非常高的资金成本并且具有若干弱点，其中最大的弱点在于没有移动性、激浪区域穿越性能不足、钢丝绳疲劳、缺乏无源备用系统、高动力需求和缺乏重型升降机型号。

存在有许多现有技术的无源(PHC)和有源(AHC)升沉补偿器，例如US20080251980、US 20150362039、US 20080105433。本发明与传统PHC单元之间的主要区别在于，本发明使用装有一个或多个绳索装置的滚筒作为长度延伸装置，而传统PHC使用液压致动器作为长度延伸装置。与AHC相比，现有技术和本发明之间的差异之一例如是可移动直列式升沉补偿器是一种可移动补偿器，其与无源备用系统一起直列式使用，以在安装有效负荷的情况下进入海底。传统有源补偿器通常没有无源备用系统，并始终保持在船只的顶部上。

US 3743249A描述了一种用于维持缆线中的恒定张力的设备。该设备包括：气缸/活塞组件；滚筒，其为螺旋形状，用以与活塞位置无关地保持缆线中的张力；和齿条齿轮，其用作将活塞的纵向位移转换成缆线滚筒的旋转的装置。

GB 2187159 A描述了一种具有滑轮组和补偿器的升降设备，补偿器连接到一个滑轮组，以防止运动(如海浪运动)从滑轮组传递到承载的负荷。流体致动的增压器活塞-气缸组件与补偿器互连，以允许在补偿器的相同移动范围内承载更大的负荷。

US2015/129529A1描述了一种具有有源升沉补偿的船用升降设备，其包括主底盘、具有升降柱的驱动组件，升降柱包括齿条、小齿轮和马达。基于传感器检测的升沉运动，控制电路命令驱动组件使升降柱平移。

与AHC相比，现有技术和本发明之间的差异之一例如是，可移动直列式升沉补偿器是一种移动式补偿器，其与无源备用系统一起直列式使用，以在安装有效负荷的情况下进入海底。传统有源补偿器通常没有无源备用系统，并始终保持在船只的顶部上。

现有技术的主要缺点是：永久性安装(即非移动式)设备中的高投资约束(而通常每年仅有几周需要)，高安装成本，高维护成本(特别是与起重机钢丝绳的疲劳有关的成本)，由于快速动态性导致的差激流区穿过性能、差的共振保护、高动力需求，以及缺乏现有重型升降机型号。

发明内容

在独立权利要求中给出了本发明的主要特征。在从属权利要求中给出了本发明的附加特征。

可移动直列式升沉补偿器基本上是无源升沉补偿器，其在传统上是直列式工具，具有可选地增加的有源部件以提高性能。可移动直列式升沉补偿器包括连接到一个或多个气体蓄积器的一个或多个致动器，这些蓄积器可以是双作用型蓄积器，其进一步连接到一个或多个气体储罐。

可移动直列式升沉补偿器自然地被深度补偿，并且允许有效使用可用的泵进行有源致动器控制。像温度变化和负荷变化的影响由有源补偿系统处理。

致动器的有源控制用于补偿升沉运动。有源控制由传感器进行控制，其中最重要的是活塞位置传感器或滚筒角度传感器、加速度计和钢丝绳速度传感器，即通过计算机进行控制，其使得补偿器能够通过使用控制阀、气体增压器、压力增强器等单独地增大或减小储罐和蓄积器中的气体压力。当补偿器在空中时，关于钢丝绳速度的信息通过无线信号传递到补偿器，而在补偿器浸没时，通过声学传输传递到补偿器。

可移动直列式升沉补偿器可以在几种不同的模式下操作，具有可变的刚度和阻尼，有或没有对致动器的有源控制，以及有或没有对各种气体体积中的压力水平的有源控制。可移动直列式升沉补偿器是能量有效的，因为补偿器的无源部分承载了有效负荷重量的整个负荷，并且有源控制的液压马达仅需要补偿气体压缩效应和摩擦，与静态力相比，这通常是力的最多15％，并且通常要少得多。还使用了能量再生，使得仅摩擦和液压泵中的漏油和机械损失促使能量消耗。当不需要对致动器的有源控制时，可移动直列式升沉补偿器可以使用有源系统对内部电池组充电。此外，海底声学通信和顶部无线通信允许控制和监测补偿器，机载传感器允许用户在完成提升之后验证性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：移动式结构，相同容量下成本更低，长波浪周期下的良好性能，短波浪周期下的更好性能，优秀的激浪区穿越性能，非常适合共振保护，减少钢丝绳磨损，低能耗，降低的提升高度要求，不要求翻转。

与先前申请相比新的本专利申请的主要特征是：

-水平设计

-增加行程对所需的提升高度

-无需翻转补偿器(从水平到竖直)

-更简单的无源深度补偿

-新的蓄积器设计，更有效且更便宜的构造

新的致动器设计允许补偿器的水平构造，这提供了两个很大的益处。一、补偿器的伸长可以很长，而不增加补偿器的有效竖直长度。二、消除了补偿器从船甲板上的水平位置到竖直位置(悬挂在起重机的吊钩中)的麻烦翻转，因为当从船只甲板上提起时就准备就绪。另外值得注意的是，通过该致动器设计，可以使用非常简单、有效且廉价的无源深度补偿。与现有技术相比，该改进的气体蓄积器设计允许以更低的成本实现更简单的构造。

附图说明

图1示出了具有绳索装置的滚筒、齿条齿轮以及致动器活塞是如何连接的。略去了大多数的其它细节。

图2示出了可移动直列式升沉补偿器的更详细版本，其中没有示出两个滚筒设计、蓄积器和储罐。

图3示出了两个滚筒可移动直列式升沉补偿器的俯视图，没有蓄积器和储罐。

图4示出了无源可移动直列式升沉补偿器的示意图。

图5示出了有源可移动直列式升沉补偿器的示意图。

图6示出了可变直径的可移动直列式升沉补偿器滚筒。

图7示出了从水平面观察的基于压缩设计的致动器，其中在致动器杆上具有水平安装的滑轮。未显示气体储罐和蓄积器。

图8示出了从水平面观察的基于张力设计的致动器，在致动器杆上具有水平安装的滑轮。未显示气体储罐和蓄积器。

图9示出了从竖直平面观察的基于压缩设计的致动器，在致动器杆上具有水平安装的滑轮。未显示气体储罐和蓄积器。

图10示出了用于基于压缩系统的简化液压回路。

图11示出了基于张力系统的简化液压回路。

图12示出了从水平面观察的基于压缩设计的致动器，在气缸上具有水平安装的滑轮。与竖直安装相比的优点是，降低了提升高度要求，并且不需要翻转。基于压缩设计还允许更紧凑的设计(可以使用更多的致动器气缸)。未显示气体储罐和蓄积器。注意，可以略微修改滑轮布置，以使两根钢丝绳共线。

图13示出了从竖直平面观察的基于压缩设计的致动器，其在气缸具有水平安装的滑轮。未显示气体储罐和蓄积器。注意，滑轮位置仅用于说明目的，并且可以放置得更高或更低，如果需要，在有效负荷连接处具有滑轮组也是可行的。

图14示出了从水平面观察的基于张力设计的致动器，在气缸上具有竖直安装的滑轮。由于没有屈曲效应，因此基于张力设计可以使用更小的活塞杆，其成本更低。由于同样的原因，此类设计的深度补偿也更便宜。缺点是需要更大的水平空间。未显示气体储罐和蓄积器。注意，可以略微修改滑轮布置，以使两根钢丝绳共线。

图15示出了从水平面观察的基于张力设计的致动器，在气缸上具有竖直安装的多落式滑轮。多落式设计可以在不增加水平长度的情况下增加伸长长度。未显示气体储罐和蓄积器。注意，可以略微修改滑轮布置，以使两根钢丝绳共线。

图16示出了从竖直平面观察的基于张力设计的致动器，在气缸上具有竖直安装的滑轮。显示了支撑腿以及提升点。注意，滑轮位置仅用于说明目的，其可以放置得更高或更低，如果需要，在有效负荷连接处具有滑轮组也是可行的。

图17示出了深度补偿致动器。深度补偿由直径与活塞杆相同的尾杆执行。

图18示出了用于基于压缩的系统的简化液压回路。请注意，致动器简化为一个气缸。

图19示出了基于张力的系统的简化液压回路。请注意，致动器简化为一个气缸。

图20示出了可移动直列式升沉补偿器在顶部升降机中的布置，其中它位于驳船上的有效负荷的正上方。

图21示出了可移动直列式升沉补偿器在海底升降机中的布置，其中它位于有效负荷(以矩形标示)的正上方。

图22是永久性顶部安装的现有技术的有源升沉补偿器的图示。

具体实施方式

以下章节将描述根据本发明的可移动直列式升沉补偿器(100)如何在离岸海底升降机的不同阶段期间工作。示出了一种可能应用，其中假设有效负荷(101)最初位于安装船只(102)旁边的驳船(103)上，如图20所示。有效负荷(101)必须由船只(102)取料。然后，有效负荷(101)需要穿过激浪区域。接下来，有效负荷(101)下降到更深的水域，最后有效负荷(101)降落在海床(106)上，如图21所示。这里，有效负荷(101)应该相对于海底(106)静止。

在提升操作的不同阶段期间，对于功能有不同的要求。在第一阶段中，即从浮动船只(101)提升位于浮动驳船(103)上的有效负荷(101)，如果可移动直列式升沉补偿器(100)可以补偿运动，使得可移动直列式升沉补偿器(100)的下部与驳船(103)的甲板之间的相对运动为零(除绞盘卷绕之外)，则是有益的。此功能需要三个事项：

1.驳船(103)甲板的速度

2.起重机吊钩的速度

3.绞盘速度(即钢丝绳卷绕速度)

第一要求由无线MRU(105)处理，MRU是运动参考单元的缩写，其放置在驳船(103)甲板上，优选地靠近有效负荷(101)。第二要求由可移动直列式升沉补偿器(100)内的加速度计处理，或由位于船只(102)上或起重机中的MRU(104)处理。最终的要求通常由起重机计算机给出，并且通过空中以无线方式传输到或者在浸没时通过声学信号传输到可移动直列式升沉补偿器(100)。

基于上述信息，集成到可移动直列式升沉补偿器(100)中的计算机能够控制致动器(10)，使得在起重机绞盘没有卷绕出钢丝绳的情况下，可移动直列式升沉补偿器(100)的下部与驳船(103)甲板之间的相对运动接近零。计算机将考虑到卷绕，以不会给起重机操作员造成任意延迟。

在从驳船(103)甲板成功连接和提升有效负荷(101)之后，有效负荷(101)必须穿过激浪区域(即，空气和海洋之间的边界)，其中应用不同的要求。该阶段的特征在于快速动态，其中发生因砰击和浮力引起的不可预测的力，其最适合于无源升沉补偿器，可移动直列式升沉补偿器(100)基本上是这样的补偿器。关闭有源致动器(10)控制，通过使用控制阀(CV)将刚度和阻尼调节到最佳可能的设置。在实际穿过激浪区域期间，由于作用在有效负荷(101)上的浮力，使得致动器(10)的平衡位置倾向于朝向内部位置移动。通过以下方式之一调整内部气体压力来补偿这种影响：

1.向周围环境释放气体

2.将气体从气体蓄积器(30、70)输送到压力较低的储罐

3.通过利用气体增压器(160)，将气体从气体蓄积器(30、70)输送到压力更高的储罐

基于致动器(10)的平衡位置的变化，由车载计算机自动执行调节。

在穿过激浪区域后的一定距离处，可移动直列式升沉补偿器(100)将经常切换到具有较小阻尼的较软设置。这样做是为了防止升降布置中的共振。如果单独的无源系统不足以避免共振，那么致动器(10)可以通过关闭控制阀来锁定或者由计算机主动控制以防止共振。

从浅水输送到深水期间的温度下降影响到致动器(10)的平衡位置。随着可移动直列式升沉补偿器(100)降低到深水中，水温常常趋于降低。这会影响致动器(10)的平衡，因为所有气体体积中的气体压力由于温度降低而减小。可移动直列式升沉补偿器(100)通过将来自其中一个储罐的较高压力的气体通过控制阀传送到气体蓄积器(30)或通过将气体从较低压力的储罐通过气体增压器(160)或压力增强器(141)和控制阀(CV)传送到气体蓄积器(30)，来补偿这一点。第二个且也是最重要的影响是水压增加。

在提升操作的最后阶段、即着陆阶段期间，通过声学命令、水压触发或ROV再次启用有源致动器(10)控制，以确保可移动直列式升沉补偿器(100)的下端和海床(106)之间的相对速度最小。机载计算机使用机载加速度计、位置传感器(90)或滚筒角度传感器(91)以及来自船只(102)的关于钢丝绳卷绕的声学传输信号，来有源控制致动器(10)至高的精度并且没有起重机操作员滞后。水压传感器(间接测量距离)也可用于改善控制信号。

补偿器的能量源可以是电池组，或者是通过脐带式管缆连接到补偿器的船只上的能量源。

所示的草图或附图旨在示出本发明的原理，其中具有多个蓄积器和储罐的多种变型可以利用以获得相同结果。

根据本发明的一个实施例，可移动直列式升沉补偿器包括最少一个滚筒、最少一个第一致动器(包括气缸和位于气缸内的活塞，活塞适于相对于气缸往复运动)、最少一个齿轮和小齿条(其将滚筒和第一致动器活塞链接在一起，并将滚筒和齿轮的旋转运动转换成齿条和第一致动器活塞的直线运动)。该实施例进一步包括用于滚筒以允许滚筒旋转的轴承装置、将轴承装置连接到第一致动器的结构装置/框架(轴承装置与第一致动器相对于彼此不可移动)、最少一个第一蓄积器(其在杆侧或活塞侧流体连接第一致动器)、最少一个绳索装置(其在一端连接到滚筒，而另一端连接到连接装置)，和最少一个第二连接装置(其附接绳索装置或补偿器上的固定点中的任一个)。

加速度计(92)可以测量可移动直列式升沉补偿器(100)的位置，该位置受到船只(102)的移动的影响。滚筒角度感器(91)可以测量有效负荷(101)的移动。如果有效负荷(101)不静止，则液压流体输送装置(180)将推动或制动第二致动器(40)中的活塞(42)，使得有效负荷(101)的净移动将为零。通信装置(145)将来自船只的关于起重机绞盘卷绕的信号传送到可移动直列式升沉补偿器(100)，使得这种效果可以快速地结合到液压流体输送装置(180)的动作中。

可移动直列式升沉补偿器(100)可以包括感测布置或装置，例如至少一个滚筒角度感器(91)，在图5中示出了可选放置，例如布置在滚筒(16)上、在第一致动器(10)中、在第二致动器(40)中、在第一蓄积器(30)中或在压力增强器(170)中。基于来自这些传感器(91)中的至少一个的直接或间接测量结果，以及来自加速度计(92)和/或水压传感器(93)和/或通信装置(145)的测量结果，可移动直列式升沉补偿器(100)将能够计算液压流体输送装置(180)应如何操作，以在压力增强器(170)中的液压流体体积和第二蓄积器(60)中的另一液压流体体积之间输送液压流体，以持续地具有在至少一个连接装置(19)和海床(106)之间的净零相对运动。

当驳船(103)处的有效负荷(101)连接到可移动直列式升沉补偿器(100)时，作用在滚筒(16)上的扭矩增加到几乎承载有效负荷(101)的负荷(约为静态重量的90％)。当起重机操作员需要时，可以执行快速压力增加以从驳船(103)迅速提升有效负荷(101)(即，比正常起重机速度更快)，以便降低驳船(103)甲板和升空后的有效负荷(101)之间接触的风险，该压力增加通过从第二储罐(T2)注入气体执行或通过使用液压流体输送装置(180)执行。然后，重新定位驳船(103)，并且有效负荷(101)准备好穿过激浪区域。在穿过激浪区域阶段中，可移动直列式升沉补偿器(100)以无源模式操作，除了因环境干扰(诸如浮力增加和/或温度变化)而进行平衡调整(预设想要的平衡角度(或“行程”))之外，不对滚筒(16)进行主动控制。在穿过激浪区域之后，通过连接第一储罐(T1)，减小可移动直列式升沉补偿器(100)的刚度。这对于提供良好的共振保护至关重要。在下降阶段期间，泵(180)可用于通过利用可移动直列式升沉补偿器(100)中的液压流体流来为能量源(144)充能，该能量源适于向可移动直列式升沉补偿器(100)供及动力。滚筒(16)的平衡角度(或“行程”)由气体输送装置(140)保持，该气体输送装置调节可移动直列式升沉补偿器(100)中的不同气体体积的压力。着陆阶段模式基于水深激活，或者被ROV激活(ROV转动可移动直列式升沉补偿器(100)上的开关)。在此阶段期间，有效负荷(101)的升沉运动将接近零，并且可以安全地安装。升沉运动部分地由无源弹簧(即，第一蓄积器(30)中的气体体积和第一储罐(T1)中的气体体积)补偿，并且部分地通过液压流体输送装置(180)补偿，其将流体通过压力增强器(170)转移入和转移出第二致动器(40)。

可移动直列式升沉补偿器(100)设有用于将补偿器(100)从负荷承载装置悬挂的连接装置(19)，和用于承载有效负荷(101)的连接装置(19)。补偿器(100)包括无源升沉补偿器部件和可能的有源升沉补偿器部件，并且设置有传感器布置，其中补偿器(100)进一步包括在操作中水平取向的至少一个致动器(10)，该致动器(10)包括具有水平行程的致动器活塞杆(13)，活塞杆(13)间接连接到绳索装置(18)，“间接”应理解为绳索装置(18)不是直接连接到活塞杆，而是通过连接在活塞杆端部的元件而连接在滑轮处，或者连接到与活塞杆通过齿条小齿轮相连的滚筒，其中绳索装置(18)在一端通过连接装置(19)(例如，挡板)连接到海面上的船只(102)或有效负荷(101)中的至少一个，其结合有弯曲装置/具有弯曲表面的装置，绳索装置在弯曲装置/具有弯曲表面的装置处悬挂以将船只(102)或有效负荷(101)的竖直移动转换为致动器活塞杆(13)的水平移动以补偿负荷(101)。可移动直列式升沉补偿器(100)包括有源部件，该有源部件是自支撑的并且不与船只(102)连接。自支撑应理解为补偿器具有不必联接到船只的有源部分。

图1示出了滚筒(16)的旋转如何通过齿条(14)和齿轮(15)转换成直线运动。齿条(14)在每一端连接到活塞(12、42)。所示的两个绳索装置(18)分别连接到起重机吊钩和有效负荷(101)。有效负荷(101)的重量在滚筒(16)上产生扭矩，该扭矩作为线性力通过小齿轮(15)传递到齿条(14)。当滚筒(16)逆时针旋转时，“行程”增加，当滚筒(16)顺时针旋转时，“行程”减小。致动器(10、40)可以带或不带填料箱，在任意情况下它们都可以补偿水压，因为它们在杆(齿条(14))或活塞(12、42)或两者上具有相等的面积。来自无源系统和有源系统的压力施加到致动器(10、40)，以抵消来自滚筒(16)扭矩的力。

图2示出了从侧面观察的可移动直列式升沉补偿器(100)的两个滚筒(16)版本，而图3示出了从顶部观察的两滚筒(16)版本。未显示蓄积器、储罐和其它部件。两个滚筒版本使得可以易于获得在可移动直列式升沉补偿器(100)的中间的重心，并且它不会随着滚筒(16)角度而改变。每个滚筒(16)使用两个致动器(10、40)，但是如果使用额外的小齿轮(15)来获得正确的旋转方向(即滚筒应彼此相反地旋转)，则总共仅使用两个致动器(10、40)似乎是可行的。来自滚筒(16)的绳索装置(18)使用结构装置(81)连接在一起，并且具有安装的连接装置(19)，使得即可以连接钩环。结构装置(80)在致动器(10、40)和用于支撑滚筒(16)轴(83)的轴承装置(17)之间形成刚性连接。如果不需要长“行程”，则可以将起重机吊钩或有效负荷(101)连接到替代的连接装置(82)。

图4示出了无源可移动直列式升沉补偿器(100)的示意图。为简单起见，仅示出了一个滚筒(16)，但是可以使用多于一个滚筒。当向连接装置(19)施加力时，滚筒(16)的顺时针旋转使得一个或多个绳索装置(18)从滚筒(16)上卷开。小齿轮(15)连接到滚筒(16)，并将滚筒(16)的旋转运动转换成齿条(14)的直线运动。齿条(14)又连接到位于两个致动器(10、40)内的两个活塞(12、42)。一个致动器上的活塞侧应连接到另一个致动器上的杆侧。这可以通过两种方式完成，图4中所示的方式适合于滚筒(16)的顺时针旋转(以增加扭矩)，而相反的方式适合于滚筒(16)的逆时针旋转(以增加扭矩)。导管装置将两个致动器(40、10)通过阀装置(CV1)连接到第一蓄积器(30)。阀装置(CV1)用于阻挡或部分阻挡液压流体从致动器(10、40)流到第一蓄积器(30)。第一蓄积器(30)容纳活塞(32)，活塞(32)将液压流体与气体分离。导管装置还将第一蓄积器(30)的气体侧通过阀装置(CV4、CVB1)连接到第一储罐(CV4)，阀装置可以独立地关闭、部分关闭或完全打开。第一储罐(T1)可用作储气容器，或可用以增加第一蓄积器(30)的气体体积。第二储罐(T2)用于储存高压气体。

气体输送装置(140)包括压力增强器(141)，其连接到泵(142)、连接到马达(143)、连接到能量源(144)，气体输送装置(140)用于在第一蓄积器(30)、第一储罐(T1)、第二储罐(T2)和周围环境之间输送气体。即使在存在负压差的情况下，气体输送装置(140)也能够输送气体。阀装置(CV6、CV5、CVB2)用于控制气体流入和流出气体输送装置(140)。滚筒角度传感器(91)可以位于致动器(10、40)中的一个或两个、第一蓄积器(30)或滚筒(16)上，用于测量可移动直列式升沉补偿器(100)的作为滚筒(16)的角度的函数的“行程”。

图5示出了有源可移动直列式升沉补偿器(100)的示意图。为简单起见，仅示出了一个滚筒(16)，但是可以使用多于一个滚筒。当向连接装置(19)施加力时，滚筒(16)的顺时针旋转使得一个或多个绳索装置(18)从滚筒(16)上卷绕开。小齿轮(15)连接到滚筒(16)并将滚筒(16)的旋转运动转换成齿条(14)的直线运动。齿条(14)又连接到位于两个致动器(10、40)内的两个活塞(12、42)。一个致动器的活塞侧通过阀装置(CV1)连接到第一蓄积器(30)。阀装置(200)用于阻挡或部分阻挡液压流体从致动器(10、40)流到第一蓄积器(30)。第一蓄积器(30)包括活塞(32)，其将液压流体与气体分离。导管装置还将第一蓄积器(30)的气体侧通过阀装置(CV4、CVB1)连接到第一储罐(CV4)，阀装置可以独立地关闭、部分关闭或完全打开。第一储罐(T1)可用作储气容器，或用以增加第一蓄积器(30)的气体体积。第二储罐(T1)用于储存高压气体。另一致动器(在该示例中为40)的杆或活塞侧或两者通过导管装置连接到压力增强器(170)。压力增强器由两个气缸(173、174)、活塞(172)和杆(171)组成。它用于以与活塞(172)和杆(171)的面积比相等的比率增加液压流体输送装置(180)的流速。液压流体输送装置(180)通过导管装置连接到第二蓄积器(60)，该第二蓄积器(60)包含由活塞(62)分离的油和气体。液压流体输送装置(180)由马达(181)提供动力，马达(181)从能量源(144)获得能量，能量源(144)可以是电池组或位于船只(3)上的能量源。基于来自滚筒角度感器(91)、加速度计(92)和/或水压传感器(94)和/或通信装置(110)的测量结果，控制液压流体输送装置(180)。通信装置(145)将关于起重机运动和/或起重机绞盘卷绕的信息传送到可移动直列式升沉补偿器(100)。

图6示出了随旋转角度而具有可变直径的滚筒(16)。可变直径可以显着减少对气体体积的需求，因为通过以与压缩期间气体压力变化相同的方式改变力矩臂可以实现几乎恒定的扭矩。结果接近随着旋转角度具有恒定扭矩，这显着提高了无源系统的性能，并减少了有源系统的能量需求。

图7和图9示出了基于压缩的可移动直列式升沉补偿器(100)致动器(10)的实施例，其具有附接到致动器杆(13、21)的水平滑轮(25、26)，其中所有主要子部件均由从上面和侧面观察，它没有描绘蓄积器、储罐或其它部件。图8示出了一种类似的但基于张力的设计。水平滑轮(25、26)减小了可移动直列式升沉补偿器(100)的竖直尺寸，因为其它滑轮(27、28、29)可以进一步向上安装，因此减小了可移动直列式升沉补偿器的最小竖直尺寸(100)。

致动器(10)包括有源致动器气缸(20)和无源致动器气缸(11)，它们彼此共线及水平。

有源致动器气缸(20)包括连接到第一活塞(23)的第一中空活塞杆(21)、连接到第二活塞(22)的第二中空活塞杆(24)，其中第二中空活塞杆(24)和第二活塞(22)同心地安装在第一中空活塞杆(21)内并固定到有源致动器气缸(20)的一端。有源致动器气缸(20)具有三个分离的体积，标记为V3、V4和V5。V3位于第一中空活塞杆(21)的内部、第二活塞杆(24)的内部、第二活塞(22)的顶部以及致动器气缸(20)的端部之间，并且填充有液压流体。V4位于第一中空活塞杆(21)的内部、第二活塞杆(24)的外部、第二活塞(22)的底部和第一活塞(23)以及致动器的端部和致动器气缸(20)的内径之间，并且填充有低压气体(包括真空)。V5位于第一中空活塞杆(21)的外部、第一活塞(23)的顶部以及致动器气缸(20)的端部和内径之间，并且填充有液压流体。

无源致动器气缸(11)包括连接到活塞杆(13)的第三活塞(12)，并且具有两个体积，标记为V1和V2，其中V1在活塞侧，V2在杆侧。根据无源致动器气缸(11)工作在张力模式还是压缩模式，这些体积被不同地填充，其中当工作在压缩模式时，V1填充液压流体，V2填充油或填充低压气体(包括真空)，而当工作在张力模式时，V2填充液压流体，V1填充油或填充低压气体(包括真空)。两个体积中的至少一个连接到气体蓄积器(30)。

有源和无源致动器气缸(11、20)具有相等的行程长度，活塞杆(13、21)接合在一起，并且应该优选具有相同的直径以消除水压效应。在活塞杆(13、21)之间的连接区域中，安装一组致动器滑轮(25、26)。

致动器进一步包括框架(80)，框架(80)将两个致动器气缸(10、20)以刚性连接方式连接在一起。框架(80)可以部分地由储罐和蓄积器组成以减轻重量。框架(80)还装配有连接装置(19)，其用于将可移动直列式升沉补偿器(100)连接到位于船只(102)上的起重机等等，其中连接装置(19)可位于可移动直列式升沉补偿器(100)的重心处，或位于如图9所示的其它位置处。框架(80)还支撑三个辅助滑轮(27、28、29)，其用于支撑绳索装置(18)，例如钢丝绳、纤维绳、皮带、链条等等，将致动器滑轮(25、26)连接到下部的连接装置(19)，下部的连接装置又连接到有效负荷(101)。绳索装置(18)穿过致动器滑轮(25、26)和辅助滑轮(27、28、29)，其一端连接到固定点，例如框架(80)，另一端通过下部的连接装置(19)连接到有效负荷(101)。相对于可移动直列式升沉补偿器(100)降低有效负荷(101)使得致动器滑轮(25、26)水平移动，方向(即，朝向或远离有源致动器气缸(20))取决于可移动直列式升沉补偿器(100)是基于压缩还是基于张力。有效负荷(101)的降低将导致气体蓄积器(30)中的压力增加。取决于所使用的下落次数，作用在致动器(10)上的力是绳索装置(18)中力的至少两倍。

图10和11非常相似，并示出了基于压缩和基于张力的可移动直列式升沉补偿器(100)的简化液压回路。它们都描述如下：

-致动器(10)，其包括有源致动器气缸(20)和无源致动器气缸(11)，它们的纵向轴线共线

-有源致动器气缸(20)包括连接到第一活塞(23)的第一中空活塞杆(21)、连接到第二活塞(22)的第二中空活塞杆(24)，其中第二中空活塞杆(24)和第二活塞(22)同心地安装在第一中空活塞杆(21)内并固定到有源致动器气缸(20)的一端，有源致动器气缸(20)具有三个分开的体积，标记为V3、V4和V5；V3位于第一中空活塞杆(21)的内部、第二活塞杆(24)的内部、第二活塞(22)的顶部以及致动器气缸(20)的端部之间，并填充有液压流体；V4位于第一中空活塞杆(21)的内部、第二活塞杆(24)的外部、第二活塞(22)的底部和第一活塞(23)以及致动器气缸(20)的端部和内径之间，并且填充有低压气体(包括真空)；V5位于第一中空活塞杆(21)的外部、第一活塞(23)的顶部以及致动器气缸(20)的端部和内径之间，并填充有液压流体

-无源致动器气缸(11)包括连接到活塞杆(13)的第三活塞(12)，并具有两个体积，标记为V1和V2，其中V1位于活塞侧，V2位于杆侧，根据无源致动器气缸(11)工作在张力模式还是压缩模式，这些体积被不同地填充，其中在工作在压缩模式时，V1填充有液压流体，V2填充油或填充低压气体(包括真空)，当工作在张力工作时，V2填充液压流体，V1填充油或填充低压气体(包括真空)，两个体积中的一个连接到气体蓄积器(30)

-位置测量装置，用于配准第三活塞(12)的位置

-气体蓄积器(30)，其特征在于分离流体的第四活塞(32)，包含两个体积，标记为V6和V7，其中如果以压缩模式操作，则V6连接到无源致动器气缸(11)中的V1，并且如果以张力模式操作，V6连接到无源致动器气缸(11)中的V2，通过适配有控制阀(CV1)的导管装置，并填充液压流体，其中V7填充气体

-气体增压器(160)，其可以是单作用型或双作用型，在气体和驱动侧之间有或没有面积差异，包括可以是基于液压或基于气体的驱动它的装置

-适用于储气的多个储罐(T1、T2，......、TN)

-V3和V5之间的导管装置，其适配有液压泵(P)，其适于在任意方向上在分别的体积之间输送压力油；适配有控制阀(CV2、CV3)和气体蓄积器(190)，其适用于当可移动直列式升沉补偿器(100)用于无源模式时，处理泵泄漏并且提供低流量限制

-V7和储罐体积(T1、T2，...、TN)之间的导管装置，其适配有控制阀(CVA1、CVA2，...、CVAN)，用于调节连接到V7的体积

-所有的气体体积(V7、T1、T2，......、TN)、气体增压器(160)以及周围环境之间的导管装置，其适配有控制阀(CV4、CV5、CV6、CVB1、CVB2，...、CVBN)，控制阀适用于所有体积中的升降压力调节，以及从周围环境填充压力或向周围环境释放压力。

可移动直列式升沉补偿器(100)的特征还在于：适于测量可移动直列式升沉补偿器(100)的竖直运动的感测装置；适于测量一个或多个体积中的压力的一个或多个感测装置；计算机，其适于基于来自感测装置的输入控制泵(P)、气体增压器(160)和控制阀(CV)；通信装置，其适于在船只(102)和可移动直列式升沉补偿器(100)之间传递信号，优选地在海底情况下采用声学通信，在空中情况下采用无线通信，具有电池组或用于能量供应的脐带式管缆。

温度降低和水压增加由可移动直列式升沉补偿器(100)以不同的方式处理：

1、图17中所示的致动器(10)是无源深度补偿的，其通过使尾杆(84)穿过具有与致动器杆(13)相同直径的致动器气缸(11)而有效地抵消水压效应。

2、图18和图19中所示的可移动直列式升沉补偿器(100)具有有源深度补偿系统，其调节致动器活塞(12)的两侧上的压力，从而消除水压效应。该系统由机载计算机控制，并且在许多情况下可以提供比无源深度补偿更好的性能，但是无源版本更强大且更简单。

图12和13示出了基于压缩的可移动直列式升沉补偿器(100)致动器(10)的实施例，其中水平滑轮(25)附接到致动器杆(13)，所有主要子部件从上方和从侧面观察。它没有描绘蓄积器、储罐或其它部件。与基于张力设计相比，基于压缩设计允许在水平方向上更紧凑的可移动直列式升沉补偿器(100)，因为致动器气缸(11)可以彼此部分地相邻。水平滑轮(25)减小了可移动直列式升沉补偿器(100)的竖直尺寸，因为其它滑轮(27)可以进一步向上安装，因此减小了可移动直列式升沉补偿器(100)的最小竖直尺寸。

致动器(10)包括：最少两个致动器气缸(11)，每个致动器气缸(11)具有致动器活塞(12)和致动器杆(13)，致动器杆(13)在一端连接到致动器活塞(12)，而在另一端连接到水平滑轮(25)；框架(80)，其将致动器气缸相对于彼此锁定就位，并且为滑轮(27)提供支撑并且在不使用时(即，放置在船只甲板上)用作可移动直列式升沉补偿器(100)的支撑；至少两个绳索装置(18)(即钢丝绳、纤维绳、链条、皮带等等)，其在一端附接到固定点(例如框架(80))，并且在另一端连接到有效负荷(101)，并且并穿过致动器滑轮(25)和其它滑轮(27)；连接装置(19)，其用于将可移动直列式升沉补偿器(100)通过连接装置(19)连接到起重机和有效负荷(101)，连接装置(19)附接到框架(80)，框架(80)附接到所述最少两个绳索装置(18)。致动器气缸(11)各自具有两个体积，第一体积(V+)用于延伸致动器杆(13)，第二体积(V-)可用于例如有源深度补偿或端部阻尼。第一体积(V+)通常连接到双作用型气体蓄积器，并且通常填充油。

当张力施加到绳索装置(18)时，力将通过致动器滑轮(25)作用在致动器杆(13)上，该力又通过致动器活塞(12)作为压力传递到第一体积(V+)。该图示出了绳索装置(18)的构造，与致动器气缸(11)的行程相比，其使绳索装置(18)的移动加倍。这可以通过增加绳索装置(18)的落数来增加。另外，作用在致动器气缸(11)上的力是绳索装置(18)中的力的两倍。

图14至16示出了基于张力的可移动直列式升沉补偿器(100)致动器(10)的实施例，其中竖向滑轮(25)连接到致动器杆(13)，所有主要子部件都编号，它没有描绘出蓄积器、储罐或其它部件。与基于压缩设计相比，基于张力设计允许使用更小直径的致动器杆(13)。实现多落式也较容易，因此容易增加下部连接装置(19)(即连接到有效负荷(101))的移动和致动器杆(13)的移动之间的比率。作用在致动器气缸(11)上的力也以相同的比率倍增。单落式设计如图14所示，多落式设计如图15所示。

致动器(10)包括：最少两个致动器气缸(11)，每个致动器气缸(11)具有致动器活塞(12)和致动器杆(13)，致动器杆在一端连接到致动器活塞(12)，在另一端连接到致动器滑轮(25)；框架(80)，其将致动器气缸相对于彼此锁定就位以及为滑轮(27)提供支撑；至少两个绳索装置(18)(即钢丝绳、纤维绳、链条、皮带等等)，其在一端附接到固定点(例如框架(80))，在另一端连接到有效负荷(101)，并且穿过致动器滑轮(25)和其它滑轮(27)；连接装置(19)，其用于将可移动直列式升沉补偿器(100)连接到起重机。致动器气缸(11)每个具有两个体积：第一体积(V+)，其用于例如有源深度补偿或端部阻尼；和第二体积(V-)，其用于退回致动器杆(13)。第二体积(V-)通常连接到双作用型气体蓄积器，并且通常填充油。

当张力施加到绳索装置(18)时，力将通过致动器滑轮(25)作用于致动器杆(13)，该力又通过致动器活塞(12)作为压力传递到第二体积(V-)。

图17示出了具有无源深度补偿的致动器气缸(11)。致动器气缸(11)具有：活塞(12)，其连接到活塞杆(13)；和尾杆(84)，两个杆(13、84)具有相同的直径，从而当外部压力施加到杆(13、84)时，净力将为零。该原理可用在任意实施例中。

图18和19非常相似，示出了基于压缩和基于张力的可移动直列式升沉补偿器(100)的简化液压回路。它们都描述如下：

-液压致动器(10)，包括：最少两个致动器气缸(11)，其包括致动器杆(13)，致动器杆(13)连接到致动器活塞(12)并且从致动器活塞(12)向外延伸穿过致动器气缸(11)的一端，适于相对于其往复运动；致动器滑轮(25)，其安装在致动器杆(13)的一端，适于向绳索装置(18)施加力；第一致动器体积(V+)，其位于致动器活塞(12)和致动器气缸(11)的活塞侧之间，且在基于压缩设计情况下被填充油，在基于张力设计情况下被填充气体(任意压力下，包括真空)；第二致动器体积(V-)，其位于致动器活塞(12)和致动器气缸(11)的杆侧之间，并且在基于张力设计情况下被填充油，在基于压缩设计情况下被填充气体(任意压力下，包括真空)；位置测量装置，其用以配准致动器活塞(12)的位置

-双作用型气体蓄积器(70)，包括：第一气缸(71)；环形活塞(72)，环形活塞(72)同心地安装在第一气缸(71)内并适于相对于其往复运动，其中当环形活塞(72)处于零行程时，环形活塞(72)的下端与第一气缸(31)的下端位于同一侧；第一内部气缸(73)，其与环形活塞(72)的上端同心地安装，并固定到环形活塞(72)的上端；第二内部气缸(74)，其同心地安装在第一气缸(71)内并固定到第一气缸(71)的下端，抵靠第一气缸(71)的下端形成防泄漏连接，并且抵靠环形活塞(72)形成防泄漏密封；内部活塞(78)，其同心地安装在第二内部气缸(74)内，抵靠第二内部气缸(74)形成防泄漏密封，其中内部活塞(78)的下端与环形活塞(78)的下端处于相同水平面上；第三内部气缸(75)，其同心安装在第一气缸(71)内，并固定到内部活塞(78)的上端且固定到气缸连接器(76)，气缸连接器(76)将第三内部气缸的(75)与第一内部气缸(73)以刚性连接接合；填料箱(77)，其安装在第二内部气缸(74)的顶部，以与第一内部气缸(73)形成防泄漏连接，气缸连接器(76)具有允许流体自由流到气缸连接器(76)的任一侧的开口，第二内管配备有输送装置，用于将流体从双作用型气体蓄积器(70)的外部输送到第一内管和第二内管之间的体积(V10)；第一体积(V8)，其位于环形活塞(72)的下端、第一气缸(71)的下端之间和第二内部气缸(74)的外部之间；第二体积(V9)，其位于内部活塞的下端(78)、第一气缸(71)的下端和第二内部气缸(74)的内部之间；第三体积(V10)，其位于环形活塞(72)的上端、第二内部气缸(74)的外部、第一内部气缸(73)的内部和填料函的下端之间；第四体积(V11)，其包含双作用型蓄积器(70)的未被任意部件占据的剩余体积或任意其它体积

-气体增压器(160)，其可以是单作用型或双作用型，在气体侧和驱动侧之间有或没有面积差异，包括可以是基于液压或基于气体的驱动它的装置

-适用于储气的许多储罐(T1、T2，......、TN)

-用于基于压缩设计的在第一致动器体积(V+)和第一体积(V8)之间的导管装置，和用于基于张力设计的在第二致动器体积(V-)和第一体积(V8)之间的导管装置，适配有控制阀(CV1)

-在第二体积(V9)和第三体积(V10)之间的导管装置，其适配有液压泵(P)，适于在任意方向上在各个体积之间输送压力油

-在第四个体积(V11)和储罐体积(T1、T2，...、TN)之间的导管装置，适配有控制阀(CVA1、CVA2，...、CVAN)，以用于调节连接到第四体积(V11)的体积大小

-在第一致动器体积(V+)和任意数目的储罐体积(T1、T2，...、TN)之间的导管装置(对于基于张力设计)，在第二致动器体积(V-)和任意数目的储罐体积(T1、T2，...、TN)之间的导管装置(对于基于压缩设计)，其适配有控制阀(CVC1、CVC2，...、CVCN)，以用于调节连接到致动器的体积大小

-所有气体体积(V4，V+(对于基于张力设计)，V-(对于基于压缩设计)、T1、T2，...、TN)、气体增压器(160)以及周围环境之间的导管装置，适配有控制阀(CV4)、CV5、CV6、CVB0、CVB1、CVB2，......、CVBN)，适于所有体积中的升降压力调节，以及适于从周围环境填充压力或向周围环境释放压力。

图20示出了在从驳船(103)提升有效负荷(101)期间的可移动直列式升沉补偿器(100)。适于将运动数据传送到可移动直列式升沉补偿器(100)的无线MRU(105)与内部MRU或第二外部MRU(104)结合使用，并结合绞盘卷绕数据的传输以计算致动器杆(13)的速度，从而确保除了绞盘卷绕之外，可移动直列式升沉补偿器(100)的下端与驳船(103)甲板之间的相对运动接近于零，这使得能够实现可移动直列式升沉补偿器和有效负荷之间的安全且有效连接以及安全升空。通过储罐(T1、T2，......、T3)和双作用型气体蓄积器(30)之间的气体传递来调节致动器(10)的压力，以匹配实际的有效负荷重量。

图21示出了在有效负荷(101)的海底提升期间的可移动直列式升沉补偿器(100)。在大多数情况下，在从激浪区域到着陆之前的短时间内，可移动直列式升沉补偿器(100)处于无源模式，即泵对系统没有影响(自由流动)。可移动直列式升沉补偿器(100)可以通过几种方式进入有源模式，例如，基于水深、时间、转动ROV开关或通过声学通信。在有源模式中，可移动直列式升沉补偿器(100)将使可移动直列式升沉补偿器(100)的下端与海床(106)之间的相对运动最小化，以确保安全且受控的着陆。绞盘卷绕数据优选地通过声学通信或通过脐带式管缆传送到可移动直列式升沉补偿器(100)，以消除起重机操作员滞后。

可移动直列式升沉补偿器(100)还具有：适于测量可移动直列式升沉补偿器(100)的竖直运动的感测装置；适于测量一个或多个体积中的压力的一个或多个感测装置；适于基于来自感测装置的输入控制的泵(P)、气体增压器(160)和控制阀(CV)的计算机；适于在船只(102)和可移动直列式升沉补偿器(100)之间传递信号的通信装置，优选在海底情况中采用声学通信，在空中情况下采用无线通信，具有电池组或用于供电的脐带式管缆。

Claims (41)

1.一种可移动直列式升沉补偿器(100)，其设有用于将所述补偿器(100)从负荷承载装置悬挂的连接装置和用于承载有效负荷(101)的连接装置，

其特征在于，所述补偿器(100)包括无源升沉补偿器部件和可能的有源升沉补偿器部件，其中所述补偿器(100)进一步包括至少一个第一致动器(10)，所述第一致动器(10)在操作中水平取向并且包括具有水平行程的致动器活塞杆(13)，所述致动器活塞杆间接连接到绳索装置(18)，其中所述绳索装置(18)在一端通过连接装置连接到海面上的船只(102)或有效负荷(101)中的至少一个，并且结合有具有弯曲表面的装置，其中绳索装置悬挂到所述弯曲表面处以便将船只(102)或有效负荷(101)的竖直移动转换成所述致动器活塞杆(13)的水平移动，以补偿所述负荷(101)。

2.根据权利要求1所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述连接装置是垫板孔眼。

3.根据权利要求1所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述补偿器包括自支撑且不与所述船只(102)连接的有源部件。

4.根据权利要求3所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，结合在所述补偿器中的元件处于固定位置并且处于彼此固定关系，因为所述元件直接或间接地固定到框架(80)。

5.根据权利要求4所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，绳索装置(18)包括钢丝绳、纤维绳、链带等等。

6.根据权利要求5所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述补偿器包括至少一个气体蓄积器(30)，所述至少一个气体蓄积器包括气缸(31)、将油/液压流体与气体分离的活塞(32)，所述活塞(32)在所述致动器(10)的杆侧或活塞侧流体连接到所述致动器(10)。

7.根据权利要求6所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述致动器(10)包括：水平取向的致动器气缸；和致动器活塞(12)，其位于所述气缸内，并适于相对于所述气缸往复运动；和活塞杆(13)，其连接到所述致动器活塞(12)，并向外延伸并穿过所述致动器气缸的一端。

8.根据权利要求7所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述补偿器(100)进一步包括用于阻挡或部分阻挡致动器和蓄积器之间的油/液压流体的流动的阀装置。

9.根据权利要求8所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述补偿器进一步包括最少一个气体储罐(T1、T2，...、TN)，所述至少一个气体储罐通过导管装置连接到气体蓄积器的气体侧，所述导管装置适配有控制阀(CVA1、CVA2，...、CVAN、CVB0、CVB1，...、CVBN、CV4)，以用于调节蓄积器中的气体体积。

10.根据权利要求9所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中，所述致动器包括最少两个水平安装的致动器气缸，其中每个致动器气缸包括连接到致动器活塞(12)的致动器活塞杆(13)。

11.根据权利要求10所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，弯曲装置/具有弯曲表面的装置是最少一个致动器滑轮(25)，

其中致动器滑轮(25)连接在所述致动器活塞杆(13)的端部。

12.根据权利要求11所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中两个水平安装的致动器气缸包括无源致动器气缸(11)和有源致动器气缸(20)。

13.根据权利要求12所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中第一致动器气缸是无源致动器气缸(11)，其中活塞(12)将气缸分成两个体积，标记为V1和V2，其中V1位于活塞侧，V2位于杆侧，根据所述无源致动器气缸(11)工作在张力模式还是工作在压缩模式，所述体积被不同地填充，其中当工作在压缩模式时，V1填充液压流体并通过导管装置连接到所述气体蓄积器(30)，并且V2填充油或填充低压气体或真空，其中当工作在张力模式时，V2填充液压流体并通过导管装置连接到所述气体蓄积器(30)，并且V1填充油或填充低压气体或真空；

其中第二致动器气缸是有源致动器气缸(20)，包括活塞杆(21)，并且所述无源致动器气缸(11)具有水平的共线纵向轴线，其中相应的活塞杆(13，21)在连接点处与致动器滑轮(25、26)以刚性连接固定在一起；

进一步包括位置测量装置，用于配准所述活塞(12)的位置；

其中气体蓄积器(30)具有分离两个标记为V6和V7的体积的活塞(32)，其中如果工作在压缩模式，则V6通过导管装置连接到所述无源致动器气缸(11)中的V1，而如果工作在张力模式，则V6通过导管装置连接到所述无源致动器气缸(11)中的V2，所述导管装置适配有控制阀(CV1)，V6填充液压流体，并且V7填充气体；

所述致动器(10)包括框架(80)，所述框架(80)以刚性连接方式将元件接合在一起，其中所述框架(80)可以部分地由储罐和蓄积器构成以减轻重量，所述框架(80)还配备有用于将所述补偿器(100)连接到位于船只(102)上的起重机的连接装置，其中所述连接装置可位于所述补偿器(100)的重心处或位于其它位置，所述框架(80)还支撑三个辅助滑轮(27、28、29)，所述三个辅助滑轮用于支撑绳索装置(18)，绳索装置将所述致动器滑轮(25、26)连接到下部的连接装置，而下部的连接装置进而连接到所述有效负荷(101)，所述绳索装置(18)穿过所述致动器滑轮(25、26)和所述辅助滑轮(27、28、29)，在一端连接到固定点，而在另一端通过下部的连接装置连接到所述有效负荷(101)，使有效负荷(101)相对于所述补偿器(100)下降使得所述致动器滑轮(25、26)水平移动，方向取决于所述补偿器(100)是基于压缩还是基于张力；

进一步包括集成在所述补偿器(100)中的加速度计，适于测量竖直运动；

进一步包括通信装置，适于将来自船只(102)的数据传送到所述补偿器(100)；

进一步包括液压马达(P)，其是可逆的，适于基于来自位置传感器(90)、所述加速度计的测量数据和来自船只(102)的测量数据来致动所述有源致动器气缸(20)。

14.根据权利要求13所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述固定点是框架(80)。

15.根据权利要求13所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述通信装置在空中情况下进行无线通信，而在浸入水中情况下进行声学通信。

16.根据权利要求13所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述自船只(102)的数据为命令和绞盘卷绕速度。

17.根据权利要求13所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述来自船只(102)的测量数据为绞盘卷绕速度。

18.根据权利要求13所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，绳索装置(18)是钢丝绳、纤维绳、带或链条。

19.根据权利要求13所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中所述有源致动器气缸(20)包括连接到第一活塞(23)的第一中空活塞杆(21)、连接到第二活塞(22)的第二中空活塞杆(24)，其中所述第二中空活塞杆(24)和所述第二活塞(22)同心地安装在所述第一中空活塞杆(21)内，并且固定到所述有源致动器气缸(20)的一端，所述有源致动器气缸(20)具有三个分离的体积，标记为V3、V4和V5；V3位于所述第一中空活塞杆(21)的内部、所述第二活塞杆(24)的内部、所述第二活塞(22)的顶部以及所述致动器气缸的端部之间，并填充液压流体；V4位于所述第一中空活塞杆(21)的内部、所述第二活塞杆(24)的外部、所述第二活塞(22)和所述第一活塞(23)的底部以及所述致动器气缸的端部和内径之间，并且填充低压气体(包括真空)；V5位于所述第一中空活塞杆(21)的外部、所述第一活塞(23)的顶部以及所述致动器气缸的端部和内径之间，并填充有液压流体；

进一步包括在V3和V5之间的导管装置，该导管装置适配有液压泵(P)，适于在任意方向上在相应的体积之间输送压力油，该导管装置适配有控制阀(CV2、CV3)和气体蓄积器(190)，适于在所述补偿器(100)用于无源模式时，处理泵泄漏并提供低流量限制；

进一步包括适于储气的多个储罐(T1、T2，......、TN)；

进一步包括在V7和储罐体积(T1、T2，......、TN)之间的导管装置，该导管装置适配有控制阀(CVA1、CVA2，......、CVAN)，以用于调节连接到V7的体积大小；

进一步包括在所有的气体体积(V7、T1、T2，......、TN)、气体增压器(160)以及周围环境之间的导管装置，该导管装置适配有控制阀(CV4、CV5、CV6、CVB1、CVB2，...、CVBN)，适于在所有体积中的升降压力调节，以及适于从周围环境填充压力或向周围环境释放压力。

20.根据权利要求19所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括：

第一MRU(105)，其布置在起重机的前端处；和/或

第二MRU(104)，其布置在有效负荷(101)附近，适于将无线信号发送到所述补偿器(100)，以改善对所述有源致动器气缸(20)的控制。

21.根据权利要求19所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，致动器滑轮的安装方向可以是水平的或竖直的。

22.根据权利要求21所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中所述气体蓄积器是双作用型气体蓄积器。

23.根据权利要求22所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中所述致动器滑轮适于向所述绳索装置(18)施加力，其中所述绳索装置通过连接装置及最少一个辅助滑轮(26)连接到有效负荷(101)，其中所述致动器滑轮(25)和绳索装置(18)的数目是最少一个，没有上限；

其中所述框架(80)可以用作连接装置的锚固点，以将所述补偿器(100)连接到起重机或类似的机器；

进一步包括第一致动器体积(V+)，其位于所述致动器活塞(12)和所述致动器气缸的活塞侧之间，对于基于压缩设计填充油，而对于基于张力设计填充气体或真空；进一步包括第二致动器体积(V-)，其位于所述致动器活塞(12)和所述致动器气缸的杆侧之间，对于基于张力设计填充油，并且对于基于压缩设计填充气体或真空；

进一步包括位置测量装置，用以配准所述致动器活塞(12)的位置；

其中所述气体蓄积器是双作用型气体蓄积器(70)，包括：第一气缸(71)；环形活塞(72)，其同心地安装在所述第一气缸(71)内并适于相对于所述第一气缸往复运动，其中当所述环形活塞(72)处于零行程时，所述环形活塞(72)的下端与所述第一气缸(71)的下端位于同一侧；第一内部气缸(73)，其同心安装并且固定到所述环形活塞(72)的上端；第二内部气缸(74)，其同心地安装在所述第一气缸(71)内并且固定到所述第一气缸(71)的下端，抵靠所述第一气缸(71)的下端形成防泄漏连接以及抵靠所述环形活塞(72)形成防泄漏密封；内部活塞(78)，其同心地安装在所述第二内部气缸(74)内，抵靠所述第二内部气缸(74)形成防泄漏密封，其中所述内部活塞(78)的下端位于与所述环形活塞(72)的下端相同的水平面处；第三内部气缸(75)，其同心地安装在所述第一气缸(71)内，并固定到内部活塞(78)的上端和固定到气缸连接器(76)，所述气缸连接器将所述第三内部气缸(75)与所述第一内部气缸(73)以刚性连接接合；填料箱(77)，其安装在所述第二内部气缸(74)的顶部，与所述第一内部气缸(73)形成防泄漏连接，所述气缸连接器(76)具有允许流体自由流到所述气缸连接器(76)的任一侧的开口，所述第二内管配备有用于输送流体的装置，诸如钻进管壁的喷枪，用于将流体从双作用型气体蓄积器(70)的外部输送到所述第一内管和所述第二内管之间的体积(V3)；

进一步包括第一体积(V8)，其位于所述环形活塞(72)的下端、所述第一气缸(71)的下端和所述第二内部气缸(74)的外部之间；

进一步包括第二体积(V9)，其位于所述内部活塞(78)的下端、所述第一气缸(71)的下端和所述第二内部气缸(74)的内部之间；

进一步包括第三体积(V10)，其位于所述环形活塞(72)的上端、所述第二内部气缸(74)的外部、所述第一内部气缸(73)的内部和所述填料箱的下端之间；

进一步包括第四体积(V11)，其包含所述双作用型蓄积器(70)中的未被任意部件占据的剩余体积或任意其它体积；

进一步包括适于储气的多个储罐(T1、T2，......、TN)；

进一步包括在基于压缩设计情况下在所述第一致动器体积(V+)和所述第一体积(V1)之间的导管装置，以及在基于张力设计情况下在所述第二致动器体积(V-)和所述第一体积(V8)之间的导管装置；

进一步包括适于测量所述补偿器(100)的竖直运动的感测装置；

进一步包括适于测量一个或多个体积中的压力的一个或多个感测装置；

进一步包括适于根据来自所述感测装置的输入来控制所述泵(P)和所述控制阀(CV)的计算机；

进一步包括通信装置，其适于在所述船只(102)和所述补偿器(100)之间传送绞盘卷绕数据和其它信号；

进一步包括电池组或用于能量供应的脐带式管缆。

24.根据权利要求23所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述连接装置为垫板孔眼。

25.根据权利要求23所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述位置测量装置为激光位置传感器、直线位置传感器或超声位置传感器。

26.根据权利要求23所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中，所述通信装置在海底情况下进行声学通信，而在空中情况下进行无线通信。

27.根据权利要求23所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括：

气体增压器(160)，所述气体增压器可以是单作用型或双作用型，在气体侧和驱动侧之间具有或不具有面积差异，包括能够是基于液压或基于气体的驱动它的装置；

进一步包括在基于张力设计情况下在所述第一致动器体积(V+)和任意数目的储罐体积(T1、T2，...、TN)之间的导管装置，而在用于基于压缩设计情况下在所述第二致动器体积(V-)和任意数目的储罐体积(T1、T2，...、TN)之间的导管装置，所述导管装置适配有控制阀(CVC1、CVC2，...、CVCN)，以用于调节连接到所述致动器的体积大小；

进一步包括在所有的气体体积、所述气体增压器(160)和周围环境之间的导管装置，所述导管装置适配有控制阀(CV4、CV5、CV6、CVB0、CVB1、CVB2，......、CVBN)，适用于所有的体积中的升降压力调节，以及从周围环境填充压力或向周围环境释放压力。

28.根据权利要求27所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括：

第一MRU(105)，其布置在起重机的前端；和/或

第二MRU(104)，其布置在有效负荷(101)附近。

29.根据权利要求27所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括

尾杆(84)，所述尾杆(84)安装到所述致动器活塞(12)并且暴露于外部压力，所述尾杆(84)具有与所述致动器活塞杆(13)相同的直径。

30.根据权利要求9所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中弯曲装置/具有弯曲表面的装置是与小齿轮和齿条相互作用的最少一个滚筒(16)；

其中所述齿条(14)集成在所述活塞杆(13)中并与所述小齿轮(15)相互作用，以将所述滚筒(16)和所述小齿轮(15)的旋转运动转换成所述齿条(14)和所述致动器活塞(12)的直线运动；

包括固定到所述框架(80)且用于所述滚筒(16)的轴承装置(17)，以允许所述滚筒(16)旋转。

31.根据权利要求30所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

包括在另一端的连接装置，其适于将所述绳索装置(18)固定到海面上的船只(102)和有效负荷(101)中的至少一个；

进一步包括最少一个第二连接装置，其附接到所述绳索装置(18)或所述补偿器(100)上的固定点，适于将所述绳索装置(18)或所述补偿器(100)固定到海面上的船只(102)和有效负荷(101)中的至少一个。

32.根据权利要求31所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中所述补偿器(100)进一步包括用于高压气体的最少第二储罐(T2)；

进一步包括气体输送装置(140)，其包括压力增强器(141)，被连接到泵(142)、连接到马达(143)、连接到能量源(144)，用以在第一蓄积器(30)、第一储罐(T1)、所述第二储罐(T2)和周围环境之间输送气体；

进一步包括滚筒角度传感器(91)，其可位于所述第一蓄积器(30)、所述致动器(10、40)中的一个或两者中或位于所述滚筒(16)上。

33.根据权利要求31或32所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，

其中补偿器进一步包括最少一个第二致动器(40)，其包括气缸(41)和活塞(42)，其中所述活塞(42)连接到所述齿条(14)并适于相对于所述齿条(14)往复运动。

34.根据权利要求33所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括将所述第二致动器(40)连接到所述第一致动器(10)的导管装置。

35.根据权利要求33所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中补偿器进一步包括最少一个加速度计(92)。

36.根据权利要求33所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中补偿器进一步包括用于海水压力的最少一个压力传感器(100)。

37.根据权利要求33所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括第二蓄积器(60)，其由气缸(61)和活塞(62)组成，通过导管装置连接到所述气体输送装置(140)。

38.根据权利要求33所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括阀装置(CV6、CV5、CVB2、CV7)，用以控制气体流入和流出气体输送装置(140)。

39.根据权利要求33所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括：

通信装置(145)。

40.根据权利要求37所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，进一步包括

最少一个压力增强器(170)，其通过导管装置连接到所述第二致动器(40)并通过导管装置连接到所述第二蓄积器(60)，包括两个气缸(173、174)、活塞(172)和杆(171)，

最少一个液压输送装置(180)，其通过导管装置连接到所述压力增强器(170)和所述第二蓄积器(60)。

41.根据权利要求40所述的可移动直列式升沉补偿器(100)，其中所述滚筒(16)具有随角度可变的直径。

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