海底裝置的壓力補償器的製作方法

2023-06-10 08:05:16

專利名稱：海底裝置的壓力補償器的製作方法
技術領域：
本發明涉及海底裝置的壓力補償器，其用於執行在圍繞海底裝置的環境介質和填充海底裝置的容積的液體介質之間的壓力補償。本發明還涉及包括這種壓力補償器的海底裝置。
背景技術：
由於能量需求的增加，海上石油和燃氣開採逐漸進行到更深水域。為了確保高效且安全的開採，處理設施被安裝在海床。這樣的海底設施能夠包括各種部件，包括泵、壓縮機等等以及運行它們的電網。電網可以例如包括海底變壓器、海底開關設備和海底變速驅動器。需要保護海底設施的部件以免受周圍海水的影響，在海水中能夠存在300 bar或更大的壓力(在3000m或更大的安裝深度處)。提出了兩種方案來處理這些高壓。能夠提供耐壓罩，其封閉出內部大氣壓力，從而使得能夠使用常規的電氣和機械部件。因為這樣的罩必須承受大的壓差，所以它們需要具有相對厚的壁並且因此是巨大且笨重的。另一個方案是使用加壓(或壓力補償)罩，其包括容積/壓力補償器，其平衡罩內的壓力與周圍海水中存在的壓力。加壓罩通常填充有液體，並且在加壓罩內運轉的部件被製成可在高壓下運轉。壓力/容積補償器補償填充罩的液體的容積變化，這種變化可能由於外部壓力和/或溫度的變化而產生。能夠通過內部加熱,例如由於電損耗,來導致溫度改變。壓力補償器可以包括金屬波紋管、橡膠波紋管、活塞或類似物。波紋管會具有如下缺點，即它們或者製造昂貴，或者其構造使得波紋管的行程長度受限。在後一情況下，用於大容積液體的壓力補償器也需要大容積。對於一些波紋管類型而言，波紋管需要具有大於被補償容積的尺寸三倍的尺寸。這導致了補償器系統的低容積利用率。此外，填充這樣的壓力補償器的液體自身必須被補償。這樣的補償器系統因此會是相對大且重的。在文獻W02010/034880A1中，公開了一種壓力補償器，其具有被第二波紋管腔圍繞的第一波紋管腔，第二波紋管腔繞第一波紋管腔形成閉合中間空間。因此獲得了雙重屏障來抵抗海水入侵，不過壓力補償能力與僅提供第一波紋管腔本身時相同。文獻W02011/088840A1公開了一種壓力補償系統，其實現了抵抗海水入侵的雙重屏障。理想的是提供一種用於海底裝置的壓力補償器，其能夠被容易地製造且具有成本效益。進一步理想的是，壓力補償器在運轉期間提供安全性並且具有長的使用壽命。理想的是減少壓力補償器的尺寸並且增加利用率。

發明內容
因此，需要避免上述至少一些缺點並且提供海底使用的改進的壓力補償器。通過獨立權利要求的特徵來滿足該需求。從屬權利要求描述了本發明的實施例。
本發明的實施例提供一種海底裝置的壓力補償器，其用於執行在圍繞海底裝置的環境介質和填充海底裝置的容積的液體介質之間的壓力補償。壓力補償器包括:至少一個外部波紋管；被外部波紋管封罩的第一腔；至少一個內部波紋管，所述內部波紋管被設置在第一腔內；以及，被內部波紋管封罩的第二腔。在外部波紋管和內部波紋管之間，限定補償容積。壓力補償器還包括從補償容積朝向海底裝置的容積的第一流體連接，第一流體連接被構造成使得在壓力補償器被安裝在海底裝置上時液體介質能夠在補償容積和海底裝置的容積之間流通。還提供與第二腔的第二流體連接，第二流體連接被構造成使得當壓力補償器被安裝在海底裝置上且浸沒在水下時環境介質能夠流入和流出第二腔。在這種構造中，外部波紋管和內部波紋管被設置成使得外部波紋管的擴張和內部波紋管的壓縮將導致補償容積的容積增加。與僅具有相同尺寸外部波紋管的壓力補償器相t匕，該壓力補償器因此可以實現補償容積的更大容積變化。此外，減少了液體介質的靜容積/死容積，這是因為能夠使用環境介質，具體地使用海水，通過第二流體連接填充第二腔，使得壓力補償器的利用率能夠增加。因為波紋管是柔性的並且能夠擴張/收縮，因此環境介質和液體介質之間的壓力差能夠被補償，即在補償容積內能夠平衡環境介質和液體介質的壓力。在實施例中，第二流體連接在第二腔和壓力補償器的外部之間。在實施例中，外部波紋管包括外部蓋板和具有兩個開口的波紋管部分。波紋管部分以不透液體方式在一個開口處被密封於外部蓋板並且在另一開口處被密封於安裝板。安裝板可以是外部波紋管的一部分，或者可以是海底裝置的一部分。作為示例，可以通過焊接來實現不透液體密封。波紋管部分可以具有圓筒形形狀且在頂部和底部具有開口。內部波紋管可以包括內部蓋板和具有兩個開口的波紋管部分，其中內部波紋管的波紋管部分可以以不透液體方式在一個開口處被密封於內部蓋板。在另一開口處，其可以被密封於安裝板或外部波紋管的外部蓋板。而且，波紋管部分可以具有圓筒形形狀且可在其頂部和底部具有開口，並且可以通過焊接實現不透液體密封。壓力補償器的構造可以使得外部蓋板和內部蓋板沿相應波紋管部分的軸向方向自由運動，外部蓋板的運動獨立於內部蓋板的運動。在這種構造中，能夠實現大的補償容積變化，且同時補償容積的絕對尺寸能夠保持較小。在實施例中，內部波紋管的波紋管部分被密封於安裝板，並且第二流體連接包括在安裝板內位於安裝板的由內部波紋管的波紋管部分包圍的區域內的一個或更多個開口。所述一個或更多個開口可以例如包括單個開口，該單個開口具有的直徑僅稍小於內部波紋管的波紋管部分的直徑。因此環境介質能夠容易地進入第二腔。在另一實施例中，外部波紋管包括外部蓋板，並且內部波紋管包括被密封於外部蓋板的波紋管部分，其中第二流體連接包括在外部蓋板內位於外部蓋板的由內部波紋管的波紋管部分包圍的區域內的一個或更多個開口。在這種構造中，即使壓力補償器(例如經由安裝板)被直接安裝到海底裝置的罩上，仍能有助於環境介質進入第二腔內。外部波紋管可以包括波紋管部分，波紋管部分被不透液體地密封於形成外部波紋管或海底裝置的一部分的安裝板，其中第一流體連接包括通過安裝板的流體通路。這樣，能夠例如當安裝板形成海底裝置的罩的一部分或被直接安裝於該罩時有助於海底裝置的容積和補償容積之間的液體介質的流動。
流體通路可以包括導管、管道、通道、管、管材或類似件或者由其構成，其包括通過安裝板的穿孔以便使得液體能夠從中流過。優選地，所述至少一個外部波紋管和/或所述至少一個內部波紋管是成形金屬波紋管。使用成形金屬波紋管可使得壓力補償器堅固並且進一步具有製造的成本效率。藉助壓力補償器的該構造，可減輕可能由於成形金屬波紋管的有限行程所導致的缺點，因為所述壓力補償器即使在使用具有有限行程的波紋管的情況下仍實現補償容積的大的改變以及高利用率。成形金屬波紋管可以包括波紋管部分，其由金屬板材製成且被成形為圓筒形形狀並且具有波紋。波紋的波峰可以沿圓筒形形狀的周向方向延伸，以便波紋管部分可以沿其軸向方向擴張/壓縮。因此波紋管可以被稱為波紋伸縮管(corrugated bellows)。在實施例中，所述至少一個外部波紋管包括第一外部波紋管和設置在第一外部波紋管內的第二外部波紋管。第一外部波紋管和第二外部波紋管限定第一中間容積。第一外部波紋管提供在第一中間容積和環境介質之間的不透液體密封，並且第二外部波紋管提供在第一中間容積和補償容積之間的不透液體密封。在這種構造中，在外部波紋管處可以提供抵抗環境介質的雙重屏障。每個外部波紋管能夠包括波紋管部分和蓋板，兩個波紋管部分均被安裝到相同安裝板。蓋板可以被構造成自由運動並且彼此獨立。這樣，能夠用液體填充中間容積，這樣抵抗環境介質和補償容積內的液體介質二者進行壓力補償。類似地，所述至少一個內部波紋管可以包括第一內部波紋管和設置在第一內部波紋管內的第二內部波紋管。第一內部波紋管和第二內部波紋管可以限定第二中間容積。第一內部波紋管可以提供在第二中間容積和補償容積之間的不透液體密封，並且第二內部波紋管可以提供在第二中間容積和環境介質之間的不透液體密封。每個第一和第二內部波紋管可以包括蓋板和波紋管部分，兩個波紋管部分均被安裝到外部波紋管的相同安裝板或外部波紋管(具體地是第二外部波紋管)的蓋板。兩個內部波紋管的蓋板同樣可以被構造成自由運動並且彼此獨立。因此，提供了當壓力補償器被安裝在海底時抵抗可填充第二腔的環境介質的入侵的雙重屏障。能夠用液體填充第二中間容積，該液體抵抗環境介質且抵抗補償容積內的液體介質被壓力補償。通過實施上述兩種構造，能夠實現抵抗環境介質密封補償容積的完整雙重屏障。如果與環境介質接觸的波紋管之一失效，環境介質將僅進入中間容積。在實施例中，壓力補償器可以包括設置在第一腔內的至少兩個內部波紋管，兩個內部波紋管中的每個封罩一個腔並且包括流體連接從而使得環境介質能夠流入相應腔內，所述至少兩個內部波紋管被設置成彼此相鄰。在一些應用中，這樣的構造可以進一步增大利用率。壓力補償器可以至少包括第三波紋管，該第三波紋管被設置在第二腔內並且封罩第三腔。第三流體連接可以被提供在補償容積和第三腔之間，第三流體連接被構造成使得液體介質能夠在補償容積和第三腔之間流通。在這種構造中使用壓力補償器能夠實現的補償容積的容積變化可以更大。當使用具有有限行程的成形金屬波紋管時，這是特別有利的。環境介質可以是海水，並且在壓力補償器被安裝在海底時外部波紋管可以在其外側與海水接觸。第二流體通路可以被構造成使得海水能夠流入第二腔內以便當壓力補償器被安裝在海底時用海水填充第二腔。可以使用液體，具體地使用電介質液體，例如油，來填充補償容積。另一實施例提供一種海底裝置，其包括封罩容積的罩，該容積被液體介質填充，以及上述任意構造的壓力補償器。壓力補償器的第一流體連接使得液體介質能夠在罩所封罩的容積和壓力補償器的補償容積之間流動。具體地，當使用具有成形金屬波紋管的壓力補償器的構造時，能夠以具有成本效率的方式實現海底裝置的容積的壓力補償且同時能夠減小壓力補償器的死容積的尺寸。壓力補償器的外部波紋管的波紋管部分可以具有圓筒形形狀，其直徑範圍在大約0.5m至大約2.5m之間。在未壓縮/未伸展狀態，波紋管部分可以進一步具有在大約0.5m至大約2.5m之間的高度。內部波紋管可以被定尺寸為使得內部波紋管封罩的容積與外部波紋管封罩的容積之比處於大約0.3至大約0.9的範圍內。除非另有說明，否則上述本發明實施例的特徵以及其他在下文解釋的特徵能夠彼此結合。


結合附圖從下述具體描述中進一步看出本發明的上述和其他特徵和優點。在附圖中，同樣的附圖標記指代同樣的元件。圖1是示出聯接到海底裝置的容積的現有技術壓力補償器的示意圖。圖2是示出根據本發明實施例的壓力補償器的示意圖。圖3是示出根據另一實施例的壓力補償器的示意圖。圖4A和圖4B是示出根據本發明實施例的壓力補償器的示意圖，其中提供了彼此相鄰設置的兩個內部波紋管。圖5A和圖5B是示出根據本發明實施例的壓力補償器的示意圖，其中第三波紋管被設置在內部波紋管內。圖6是示出根據實施例的壓力補償器的示意圖，其具有抵抗環境介質的雙重屏障。圖7A、圖7B和圖7C是示出根據實施例的壓力補償期間壓力補償器的不同狀態的
示意圖。圖8A和圖8B是示出壓力補償器的立體圖和立體剖視圖的示意圖，其是圖2實施例的具體實施方式
。圖9A和圖9B是分別示出了圖3實施例的壓力補償器的具體實施方式
的立體圖和剖視立體圖的示意圖。圖10是示出包括根據本發明實施例的壓力補償器的海底裝置的示意圖。
具體實施例方式在下文中，更具體地描述了附圖中所示的實施例。應該明白，下述說明僅是示意性的並非限制性的。附圖僅是示意性圖示，並且附圖中的要素不必要彼此成比例。圖1示出了包括常規壓力補償器101的海底系統100。現有技術壓力補償器101由單個波紋管構成，其限定了補償容積，該補償容積經由管103連接到海底罩102的內部容積。具體地，當在壓力補償器101內使用成形金屬波紋管時，波紋管的行程相當有限，導致針對壓力補償器所實現的給定容積變化，壓力補償器101具有較大絕對容積。因此，壓力補償器101需要大量空間並且由於其尺寸原因，其相當重。其需要被填充大容積的液體，其本身需要針對容積變化被補償。具體地，由於補償器的低利用率的原因，因此壓力補償器101的波紋管會需要具有比罩102內的被補償容積的三倍更大的尺寸。關於壓力補償器的總容積的利用率可以被定義成可實現的容積變化的比。圖2示出了根據本發明實施例的壓力補償器50的側剖視圖。壓力補償器50包括第一波紋管10，該第一波紋管10包括波紋管部分11，該波紋管部分11的上部被密封於蓋板12並且其下部被密封於安裝板13。可以通過將波紋管部分11焊接到相應板來提供不透液體密封。在安裝板13內，提供第一流體連接15。流體連接15提供在外部波紋管10封罩的容積和海底裝置的罩所封罩的容積之間的流體連通，壓力補償器50為此提供容積/壓力補償。第一流體連接15可以簡單的貫通連接，即:安裝板13的穿孔，或者其可以包括管、管子、管道、通道、導管或類似件。壓力補償器50還包括內部波紋管20，其被設置在由外部波紋管10封罩的腔內。內部波紋管20包括波紋管部分21，其被密封於內部波紋管20的內部蓋板22且被密封於外部波紋管10的外部蓋板12。同樣可以通過焊接來獲得波紋管部分21和相應蓋板之間的不透液體密封。在內部波紋管20封罩的第二腔24和壓力補償器50的外側之間提供第二流體連接25。第二流體連接25被構造成使得圍繞壓力補償器50的環境介質(例如海水)能夠通過第二連接25進入第二腔24內。由於在波紋管部分21的周界處提供的不透液體密封，海水不能進入被限定在內部波紋管20和外部波紋管10之間的補償容積14內。外部波紋管10封罩第一腔，其中設置內部波紋管20。由於在外部波紋管部分11和內部波紋管部分21的周界處提供的不透液體密封的原因，在相應的波紋管部分、外部蓋板12、內部蓋板22和安裝板13之間限定了容積。這種被限定的補償容積14可用於壓力補償，其能夠通過外部和內部波紋管的伸長和壓縮而顯著變化。使用液體，具體使用電介質液體來填充補償容積14，該液體能夠經由第一流體連接15進入和流出補償容積14。諸如海水的環境介質不能夠進入補償容積14。海底裝置的罩封罩其內可以設置例如電氣部件的容積。該容積與補償容積14經由第一流體連接15流體連通。如果海底罩的這個容積內的液體例如由於溫度上升而膨脹，則該液體能夠進入補償容積14。通過外部波紋管10的膨脹和/或內部波紋管20的壓縮，補償容積14增大，以便壓力補償器50能夠獲取附加液體而不會導致壓力的顯著增加。在另一示例中，如果圍繞壓力補償器50的環境壓力增加，例如當將安裝有壓力補償器50的海底裝置安裝在較大水深時，液體的容積將由於壓力增加以及/或者由於溫度減小而減小。能夠通過外部波紋管10的壓縮和內部波紋管20的伸長來補償液體的容積減小，從而導致減小的補償容積14。藉助柔性的波紋管部分11、21，環境介質的任意壓力變化均直接傳導到液體填充的補償容積14，以便液體的壓力平衡於環境介質的壓力。注意到，在補償容積14內可以保持少量過壓，例如通過偏置(預加載)波紋管等。例如可以通過蓋板的重量、通過向波紋管施加力的彈簧、通過使用波紋管作為彈簧或者通過任意其他手段來產生偏置。少量過壓將防止環境介質進入海底裝置的容積，因為液體的少量過壓將導致液體通過任何洩漏被推出。這還有助於探測洩漏。
在圖2的設置中，壓力補償器50具有內部波紋管和外部波紋管二者的補償能力，而不需要除了外部波紋管10本身之外的更大空間。而且，補償容積14內所需的液體容積相對較小，同時能產生相對較大的容積改變。圖2的壓力補償器50因此能夠使用成形金屬波紋管，其製造簡單且具有成本效率，同時針對海底裝置的特定容積所需的壓力補償器的總體尺寸能夠保持相對較小。在這裡描述的實施例中，外部波紋管10和內部波紋管20是成形金屬波紋管，不過應該意識到所述構造還可以用於其他波紋管類型。可以通過使用金屬板材且其周界邊緣被焊接在一起以形成圓筒來製造成形金屬波紋管10、20。可以通過液壓成形金屬板材或圓筒來獲得對應的波紋管部分，例如通過針對波紋管部分的所需形狀使用模板來實現。另一種可能是使用滾壓技術，其中金屬圓筒被機械變形從而形成波紋管部分的波紋。能夠根據金屬圓筒的直徑來決定波紋是通過液壓成形還是通過滾壓來提供。對於較大直徑，例如大於1200mm的直徑，可以通過滾壓來形成波紋，而低於這個直徑可以液壓成形所述波紋。因此，成形波紋管還可以被稱為波紋伸縮管。相比於通過焊接來形成波紋的被焊接的波紋管，波紋伸縮管在海底應用中能夠更可靠，它們更不易於被侵蝕並且在反覆的壓縮/伸長循環期間具有更長的預期壽命。成形金屬波紋管可以具有在其各自長度的大約10%至大約20%之間的行程長度，從而得到在大約20%至大約40%之間的總行程長度。例如，由於其操作相對性，波紋管可以各拉伸或壓縮15%。成形金屬波紋管的固有彈性常數可以用於產生在補償容積14內部的上述的少量過壓。壓力補償器50的外部波紋管可以例如具有在大約0.5m至大約2.5m之間的直徑。注意到這些僅是示例，並且可以提供具有其他直徑波紋管的壓力補償器。其餘附圖示出了壓力補償器50的變型，其在下文中被更具體地闡述。因而，以上論述和解釋同等地應用於下述實施例。在圖3的實施例中，內部波紋管20沒有被密封到蓋板12，而是被密封到安裝板
13。因此，在安裝板13內提供第二流體連接25。第二流體連接25現在處於壓力補償器50的下側，其能夠對於壓力補償器50被連接朝向的海底裝置的某些構造有利。圖4A和圖4B示出了壓力補償器50的實施例，其中提供兩個內部波紋管20、30且其彼此相鄰。在圖4A中，兩個內部波紋管20、30被密封於外部波紋管10的外部蓋板12。對於每個內部波紋管20、30，提供第二流體連接25、35。每個內部波紋管還包括其自身的內部蓋板22、32，其能夠獨立於彼此運動。應該明白，可以以其他構造提供多於兩個，例如三個、四個、五個等等的內部波紋管。在圖4B中，兩個內部波紋管20、30被密封於安裝板13。因此，該構造類似於圖3的構造，不過具有兩個內部波紋管。應該明白，這種構造還可以具有多於兩個的內部波紋管並且圖4a和圖4b的構造可以結合，例如通過使得一個或更多個波紋管密封於蓋板12並且使得一個或更多個波紋管密封於安裝板13。在圖5a和圖5b的構造中，壓力補償器50還包括第三波紋管40，其被設置在由內部波紋管20封罩的腔24內。此外，在第三波紋管40封罩的腔44和補償容積14之間提供第三流體連接45。在圖5a和圖5b的兩種實施例中，第三波紋管40被密封於內部波紋管20的內部蓋板22且在蓋板22內以開口形式提供第三流體連接45。圖5a的構造對應於圖2的構造，而圖5b的構造對應於圖3的構造。在兩種構造中，第三波紋管40還增加了藉助於壓力補償器50所能實現的容積變化。這是由於壓縮或延伸第三波紋管40的可能性造成的，因而增加或減小了第三波紋管封罩的腔的容積。因為該腔與補償容積14流體連通，所以其允許填充補償容積14和海底裝置的容積的液體具有較大容積變化。圖6示出了一種實施例，其構造對應於圖3的構造。在圖6的實施例中，實現了雙重屏障設計。外部波紋管10包括第一外部波紋管61和第二外部波紋管62，其各自具有波紋管部分和外部蓋板。在這些波紋管部分、外部蓋板和安裝板13之間限定外部中間容積63。其密封於補償容積14並且密封於圍繞壓力補償器50的環境介質。類似地，內部波紋管20包括第一內部波紋管71和第二內部波紋管72。第二內部波紋管72被設置在第一內部波紋管71內，每個波紋管包括內部蓋板。在內部蓋板和第一、第二內部波紋管71、72的波紋管部分以及安裝板13之間，限定了內部中間容積73。補償容積14內的液體現在被雙重屏障保護免於接觸圍繞壓力補償器50的環境介質或者可進入內部波紋管20的第二腔24的環境介質。通過第一內部波紋管61或第二內部波紋管72洩漏的環境介質因此相應地將被限制在外部中間容積63或內部中間容積73內，並且不會進入補償容積14。應該清楚，這樣的雙重屏障構造還可以在上述或下文進一步所述的任意其他實施例中被提供。圖7a至圖7c相對於圖3的構造示出了壓力補償器50的操作。圖7a示出了平衡操作狀態，其可以例如實現於包括壓力補償器50的海底裝置被安裝在海底處於標稱操作深度時。內部波紋管20和外部波紋管10均具有被壓縮或拉伸的能力，並且補償容積14內的液體相比於圍繞壓力補償器50並進入第二腔24的海水(SW)可以具有少量過壓。從圖7a所示的狀態開始，現在在圖7b中示出環境壓力下降或溫度增加從而導致海底裝置內的液體容積增加的情況。由於容積膨脹，所以液體通過第一流體連接15進入補償容積14，其導致外部波紋管10的拉伸並且導致內部波紋管20的壓縮，如箭頭所示。隨著第二腔24的容積減小，海水通過第二流體連接25被推出。補償容積14內部的液體壓力沿箭頭方向向外部蓋板和內部蓋板施加力，這通過環境介質的壓力施加給這些板的力來平衡。因此，壓力補償器50在環境介質的壓力和補償容積14內的壓力(如果提供上述偏壓加載的壓力則除去該偏壓加載的壓力)之間提供壓力平衡。因為通過補償液體的容積差來實現壓力平衡，所以壓力補償器50還可以被稱為「容積補償器」。在圖7c中，示出了海底裝置內的液體容積減小的情況，這例如是由於環境壓力的增加或者是由於液體溫度的減小。因此，液體從補償容積14通過第一流體連接15流入海底裝置的容積。相應地，通過如箭頭所示外部波紋管10的壓縮和內部波紋管20的擴張來減小補償容積。內部波紋管20的擴張導致海水通過第二流體連接25進入第二腔24。而且，通過改變補償容積14，液體壓力均衡於環境壓力。圖8a和圖8b示出了圖2構造中的壓力補償器50的具體實施方式
。在圖8a的立體圖中，能夠看到第二流體連接25包括在外部蓋板12內的多個開口。此外，第一流體連接15以來自安裝板13的管或軟管形式來提供。這還能夠從圖Sb的立體剖視圖中看出，其更具體地分別示出了外部波紋管10和內部波紋管20的波紋管部分11和21。在蓋板12內提供多個開口有助於環境介質進入內部波紋管20的第二腔24內。圖9a和圖9b示出了圖3構造中的壓力補償器50的具體實施方式
。能夠從圖9a的立體圖看出，外部蓋板12不具有開口，其可以例如防止碎屑進入第二腔24。圖9b的立體剖視圖示出了安裝板具有開口從而提供第二流體連接25。開口被內部波紋管20的波紋管部分21圍繞，其尺寸基本對應於內部波紋管部分21的直徑。因此環境介質向第二波紋管20圍繞的第二腔內的流動是基本不受限制的。第一流體連接15同樣被設置成通過安裝板13，其在圖9的示例中被實施成管或軟管。注意到，在上述所有構造中，通過安裝板13的穿孔來實現第一流體連接15，當然還可以想到在其他位置提供第一流體連接，例如通過蓋板12。因為蓋板12在壓力補償期間運動，所以有利的是在安裝板13內提供第一流體連接。圖10示出了根據本發明實施例的海底裝置80。海底裝置80包括封罩容積82的罩81，使用液體，具體地電介質液體來填充該容積82。電氣部件83浸沒在液體填充的容積82內。海底裝置80還包括壓力補償器50。注意到雖然在圖10中壓力補償器50具有如圖2所示的構造，不過這裡描述的任意壓力補償器50的構造可以用於海底裝置80內。容積82中的液體能夠通過第一流體連接15進入壓力補償器50的補償容積14。當被安裝在海底時圍繞海底裝置80的環境介質90 (具體地海水)能夠經由第二流體連接25進入內部波紋管20的第二腔24。安裝板13能夠是金屬板，其是壓力補償器50的一部分，具體地是外部波紋管10的一部分。在其他構造中，安裝板13可以是海底裝置80的罩81的一部分，其可以具體地是罩81的壁。在一些構造中，因此可例如通過將安裝板13栓接或焊接到壁上而將安裝板13安裝到罩81的壁，而在另一些構造中，波紋管部分11可以被直接焊接到罩81的壁。第一流體連接15可以是安裝板13和罩81的相應壁內的簡單開口，即通過材料層將補償容積14分離於容積82的穿孔。如上所述，其他實施例可以使用管或管材將補償容積14連接到容積82。在操作中，安裝板13是大體靜止的，因為其被安裝到海底裝置的罩，而蓋板在容積補償期間運動。外部蓋板12和內部蓋板22獨立於彼此運動，並且在操作期間大體沿相反方向運動，如參考圖7a至圖7c所表明的。上述實施例提供一種壓力補償器，其製造具有成本效率且同時提供高利用率並且僅具有有限尺寸和重量。壓力補償器的利用率可以增加到大約60%或更多。同時能夠減少未使用液體的體積。由於成形金屬波紋管能夠應用到壓力補償器中，因此對侵蝕的抵抗性和延長的使用壽命是所能實現的進一步優點。
權利要求
1.一種海底裝置的壓力補償器，用於執行在圍繞所述海底裝置(80)的環境介質和填充所述海底裝置的容積(82)的液體介質之間的壓力補償，該壓力補償器(50)包括: 至少一個外部波紋管(10)； 被所述外部波紋管(10)封罩的第一腔； 至少一個內部波紋管(20 )，所述內部波紋管被設置在所述第一腔內； 被所述內部波紋管(20)封罩的第二腔(24)； 在所述外部波紋管(10)和所述內部波紋管(20)之間限定的補償容積(14); 從所述補償容積(14)朝向所述海底裝置(80)的所述容積(82)的第一流體連接(15)，所述第一流體連接(15)被構造成使得所述液體介質能夠在所述補償容積(14)和所述海底裝置的所述容積(80)之間流通；以及 與所述第二腔(24)的第二流體連接(25)，所述第二流體連接(25)被構造成使得所述環境介質能夠流入和流出所述第二腔(24)。
2.根據權利要求1所述的壓力補償器，其中所述外部波紋管(10)包括外部蓋板(12)和具有兩個開口的波紋管部分(11)，所述波紋管部分(11)在一個開口處被不透液體地密封於所述外部蓋板(12)並且在另一開口處被不透液體地密封於安裝板(13)，該安裝板(13)形成所述外部波紋管或所述海底裝置的一部分。
3.根據權利要求2所述的壓力補償器，其中所述內部波紋管(20)包括內部蓋板(22)和具有兩個開口的波紋管部分(21)，其中所述內部波紋管(20)的所述波紋管部分(21)在一個開口處被不透液體地密封於所述內部蓋板(22 )並且在另一開口處被不透液體地密封於所述安裝板(13)或所述 外部波紋管(10)的外部蓋板(12)中的一者。
4.根據權利要求3所述的壓力補償器，其中所述內部波紋管的波紋管部分被密封於所述安裝板(13)，並且其中所述第二流體連接(25)包括在所述安裝板(13)內位於所述安裝板由所述內部波紋管(20)的波紋管部分(21)包圍的區域內的一個或更多個開口。
5.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，其中所述外部波紋管(10)包括外部蓋板(12)，並且其中所述內部波紋管(20)包括被密封於所述外部蓋板(12)的波紋管部分(21)，其中所述第二流體連接(24)包括在所述外部蓋板(12)內位於所述外部蓋板由所述內部波紋管(20 )的波紋管部分(21)包圍的區域內的一個或更多個開口。
6.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，其中所述外部波紋管包括波紋管部分，該波紋管部分被不透液體地密封於形成所述外部波紋管或所述海底裝置的一部分的安裝板(13)，其中所述第一流體連接(15)包括通過所述安裝板(13)的流體通路。
7.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，其中所述至少一個外部波紋管(10)是成形金屬波紋管。
8.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，其中所述至少一個內部波紋管(20)是成形金屬波紋管。
9.根據權利要求7或8所述的壓力補償器，其中所述成形金屬波紋管(10、20)包括由金屬板材形成為圓筒形形狀所製成的且具有波紋的波紋管部分(11、21)，所述波紋具有沿所述圓筒形形狀的周向方向延伸的波峰。
10.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，其中所述至少一個外部波紋管(10)包括第一外部波紋管(61)和設置在所述第一外部波紋管內的第二外部波紋管(62)，其中所述第一外部波紋管(61)和所述第二外部波紋管(62)限定第一中間容積(63)，其中所述第一外部波紋管(61)提供在所述第一中間容積(63)和所述環境介質之間的不透液體密封，並且其中所述第二外部波紋管(62)提供在所述第一中間容積(63)和所述補償容積(14)之間的不透液體密封。
11.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，其中所述至少一個內部波紋管(20)包括第一內部波紋管(71)和設置在所述第一內部波紋管內的第二內部波紋管(72)，其中所述第一內部波紋管和所述第二內部波紋管限定第二中間容積(73)，其中所述第一內部波紋管(71)提供在所述第二中間容積(73)和所述補償容積(14)之間的不透液體密封，並且其中所述第二內部波紋管(72)提供在所述第二中間容積(73)和所述環境介質之間的不透液體密封。
12.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，包括設置在所述第一腔內部的至少兩個內部波紋管(20、30)，所述兩個內部波紋管中的每個封罩一個腔並且包括流體連接(25,35)以使得環境介質能夠流入到相應腔內，所述至少兩個內部波紋管被設置成彼此相鄰。
13.根據 前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，還包括: 至少第三波紋管(40)，該第三波紋管被設置在所述第二腔(24)內並且封罩第三腔(44)，以及 在所述補償容積(14)和所述第三腔(44)之間的第三流體連接(45)，所述第三流體連接被構造成使得所述液體介質能夠在所述補償容積(14)和所述第三腔(44)之間流通。
14.根據前述權利要求中任一項所述的壓力補償器，其中所述環境介質是海水，其中在所述壓力補償器被安裝在海底時所述外部波紋管(10)在其外側與所述海水接觸，並且其中所述第二流體連接(25)被構造成使得海水能夠流入所述第二腔(24)內以便當所述壓力補償器被安裝在海底時用海水填充所述第二腔。
15.一種海底裝置，包括: 封罩容積(82)的罩(81)，該容積(82)被液體介質填充；以及 根據權利要求1-14中任一項所述的壓力補償器(50)，所述第一流體連接(15)使得所述液體介質能夠在所述罩所封罩的所述容積(82)和所述壓力補償器(50)的所述補償容積(14)之間流動。
全文摘要
本發明涉及海底裝置的壓力補償器，其用於執行在圍繞所述海底裝置的環境介質和填充所述海底裝置的容積的液體介質之間的壓力補償。該壓力補償器具有至少一個外部波紋管和被所述外部波紋管封罩的第一腔。其還具有至少一個內部波紋管，所述內部波紋管被設置在所述第一腔內；以及被所述內部波紋管封罩的第二腔。在所述外部波紋管和所述內部波紋管之間限定補償容積，所述補償容積提供有與所述海底裝置的所述容積的流體連接。
文檔編號H05K5/06GK103188904SQ201210582120
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者A.斯克傑特尼, B.J.維格斯特蘭 申請人:西門子公司