ПОДВОДНАЯ СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ
UNDERWATER SYSTEM FOR PRESSURE COMPENSATION

Область техники
Изобретение относится к подводным системам компенсации давления.
Уровень техники
Для подводного оборудования может ставиться специальная задача его исполнения таким образом, чтобы оно могло надежно функционировать под заданным давлением морской воды. Подводные кожухи для электротехнического или механического оборудования могут быть разделены на две группы, на кожухи, устойчивые к высокому давлению, и кожухи с компенсацией давления. Последние отличаются тем, что кожух заполнен текучей средой, и давление внутри кожуха является приблизительно таким же, как в окружающей среде, или немного выше.
С компенсацией давления связана задача поддержания достаточного давления внутри кожуха, например, чтобы противостоять давлению морской воды окружающей среды. Давление внутри кожуха может быть меньше, чем давление морской воды, таким образом, корпус или кожух подводного оборудования должны противостоять только перепаду давления между внешним давлением, прикладываемым к кожуху морской водой, и внутренним давлением, которое поддерживается внутри этого кожуха.
Чтобы обеспечить соответствующее давление текучей среды, в некоторых применениях внутри кожуха создается избыточное давление гидравлической текучей среды с помощью пружины.
Кроме того, инкапсуляция подводного оборудования в закрытом корпусе также может предотвращать проникновение морской воды в систему.
Сущность изобретения
Данное изобретение ставит задачу найти альтернативу существующим решениям.
Эта цель достигнута посредством независимых пунктов формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают выгодные развития и модификации изобретения.
В соответствии с изобретением, обеспечена система для компенсации давления, в частности для компенсации давления в подводной среде, содержащая заполненный текучей средой кожух, окружающую полость, первый компенсатор давления, имеющий первую камеру и вторую камеру, причем первая камера находится в сообщении по текучей среде с полостью, и второй компенсатор давления, имеющий третью камеру и четвертую камеру. Система сконструирована так, что третья камера второго компенсатора давления находится в сообщении по текучей среде со второй камерой первого компенсатора давления.
Это обеспечивает возможность лучшего отделения текучей среды от морской воды окружающей среды или других текучих сред, окружающих систему.
Первая текучая среда, используемая внутри полости заполненного текучей средой кожуха и внутри первой камеры, возможно, может быть жидкостью, например нефтью.
Вторая текучая среда, используемая внутри третьей камеры второго компенсатора давления и второй камеры первого компенсатора давления, также, возможно, может быть жидкостью, например нефтью, но может отличаться от первой текучей среды.
Система может быть сконструирована так, что ни морская вода окружающей среды, ни первая текучая среда или вторая текучая среда не будут смешиваться. Они будут разделены сплошными гибкими стенками.
Предпочтительно, первая камера первого компенсатора давления может быть отделена от второй камеры первого компенсатора давления посредством первого сильфона, диафрагмы или эластичного баллона. То же самое можно применять ко второму компенсатору давления, чтобы третья камера могла быть отделена от четвертой камеры посредством второго сильфона, диафрагмы или эластичного баллона.
Предпочтительно корпуса первого или второго компенсаторов давления могут быть сплошными. Сильфоны могут обеспечивать возможность регулирования объема камер внутри компенсатора давления, например, увеличение объема первой камеры приводит к уменьшению объема второй камеры на такую же величину. Подобным образом, увеличение объема третьей камеры приводит к уменьшению объема четвертой камеры на такую же величину. В более общем смысле, регулирования объемов двух камер в пределах одного общего компенсатора давления могут иметь взаимно обратную величину.
В предпочтительном варианте осуществления каждый из первого сильфона и/или второго сильфона может быть беспружинным. Таким образом, чтобы создавать требуемое избыточное давление, пружина не используется. Вместо этого, каждый из первого сильфона и/или второго сильфона может иметь элемент с весом, в частности с собственным весом, чтобы создавать требуемое избыточное давление для текучей среды. Этот элемент может быть выполнен относительно сильфона так, что вес элемента даст в результате силу, уменьшающую ход сильфона. Предпочтительно сильфоны могут быть ориентированы так, что движение сильфона будет происходить по существу в вертикальном направлении, элемент может быть расположен в самом вертикальном положении сильфона, так что сила тяжести заставит элемент сплющивать сильфон, если там не присутствует никакая текучая среда, чтобы противостоять силе тяжести. С присутствующей внутри сильфона текучей средой элемент, в зависимости от его веса, будет прикладывать силу к этой текучей среде так, чтобы создавалось избыточное давление.
Предпочтительно, система может содержать конструкцию с двойной оболочкой, в которой заполненный текучей средой кожух, который заполнен первой текучей средой, заключен или инкапсулирован посредством заполненного текучей средой дополнительного кожуха, при этом дополнительный заполненный текучей средой кожух окружает дополнительную полость, заполненную второй текучей средой.
Таким образом, находящееся внутри электротехническое или механическое оборудование может быть защищено двумя оболочками: внутренним барьером посредством заполненного текучей средой кожуха, как определено выше, и внешним барьером посредством дополнительного заполненного текучей средой кожуха. Это уменьшает риск утечки. Даже если внешний барьер даст трещины, оборудование будет полностью защищено от морской воды внутренним барьером.
Исполнение с конструкцией с двойной оболочкой - обеспечиваемой заполненным текучей средой кожухом и дополнительным заполненным текучей средой кожухом - может позволить иметь как раз только два компенсатора давления, упомянутый первый компенсатор давления и упомянутый второй компенсатор давления, для компенсации давления и/или объема обоих заполненных текучей средой кожухов. Это выгодно для решения с двойной оболочкой с четырьмя сильфонами в качестве компенсаторов давления.
Компенсаторы давления могут быть расположены в различных местоположениях. Например, оба могут быть расположены снаружи обоих заполненных текучими средами кожухов. В качестве альтернативы, оба могут быть расположены внутри внешнего дополнительного заполненного кожуха, чтобы даже компенсаторы давления были защищены этим кожухом. Также может оказаться возможным, что первый компенсатор может быть расположен внутри дополнительного заполненного кожуха, тогда как второй компенсатор может быть расположен снаружи обоих заполненных текучими средами кожухов. Эти и другие аспекты можно рассмотреть относительно чертежей.
Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны в отношении различных объектов изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны в отношении патентного притязания на тип устройства, тогда как другие варианты осуществления описаны в отношении патентного притязания на тип способа. Однако специалист в данной области техники сможет подобрать из приведенного выше и последующего описания, если не заявляется другое, в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих к одному типу объекта изобретения, также любую комбинацию из признаков, относящихся к различным объектам изобретения, в частности из признаков патентного притязания на тип устройства и признаков патентного притязания на тип способа, все это рассматривается как раскрытые, связанные с данной заявкой.
Аспекты, определяемые выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения станут очевидными из примеров варианта осуществления, которые будут описаны ниже и будут объясняться в отношении примеров варианта осуществления.
Краткое описание чертежей
Теперь будут описаны варианты осуществления изобретения, только посредством примера, в отношении прилагаемых чертежей, на которых:
фиг.1: схематично показывает систему с избыточным давлением с двойным барьером, с двумя компенсаторами давления снаружи обоих кожухов;
фиг.2: схематично показывает систему с избыточным давлением с двойным барьером, в которой два компенсатора давления расположены внутри окружающего кожуха;
фиг.3: схематично показывает систему с избыточным давлением с единственным барьером, использующую два компенсатора давления.
Иллюстрации на чертежах являются схематичными. Следует отметить, что для подобных или идентичных элементов на различных чертежах используются одинаковые позиционные обозначения.
Подробное описание изобретения
Обращаясь теперь к фиг.1, отметим, что техническое оборудование 50 для подводной работы схематично обозначается просто прямоугольником. Чтобы защитить это техническое оборудование 50, оно инкапсулировано в двойной оболочке, то есть полностью заключено в заполненный текучей средой кожух 1, и оба они снова заключены во второй заполненный текучей средой кожух 2. Первый заполненный кожух 1 заполнен первой текучей средой, тогда как второй заполненный кожух 2 заполнен второй текучей средой. Обе текучие среды представляют собой, в частности, жидкости, например, основанные на нефти.
Второй заполненный кожух 2 может быть окружен морской водой окружающей среды, которая может иметь высокое давление в подводной среде. Кроме того, морская вода может быть агрессивной по отношению к металлическим деталям.
Снаружи двух заполненных кожухов 1, 2 расположены первый компенсатор 10 давления и второй компенсатор 20 давления, снова оба окруженные морской водой.
Упрощенным образом, оба компенсатора 10, 20 давления, как полагают, являются цилиндрами с отверстием у основания цилиндра и отверстием у основания цилиндра. Сам цилиндр может быть установлен вертикально.
Сосредотачиваясь на первом компенсаторе 10 давления, отметим, что отверстие у основания цилиндра обеспечивает доступ в первую камеру 11 внутри компенсатора 10 давления, а отверстие у вершины цилиндра обеспечивает доступ во вторую камеру 12. Относительно второго компенсатора 20 давления, отверстие у основания цилиндра обеспечивает доступ в третью камеру 21 внутри компенсатора 20 давления, а отверстие у вершины цилиндра обеспечивает доступ в четвертую камеру 22.
Цилиндр может быть заполнен с обеих сторон через его отверстия двумя различными текучими средами. Текучие среды будут содержаться разделенными посредством непроницаемого сильфона, первого сильфона 13 в случае первого компенсатора 10 давления и второго сильфона 23 в случае второго компенсатора 20 давления.
Сильфоны 13, 23 могут сами автоматически регулироваться по объему и ходу благодаря различному давлению текучих сред в разделенных кожухах 11, 12 или 21, 22.
В соответствии с фиг.1, сильфон 13 может быть эластичным баллоном или блистером, заполненным первой текучей средой, определяющим первую камеру 11. Доступ в сильфон 13 для первой текучей среды может быть обеспечен с помощью отверстия в нижней части цилиндра. Окружение сильфона 13 внутри цилиндра заполнено второй текучей средой и определяет вторую камеру 12, которую заполняют с помощью отверстия у вершины цилиндра.
Сильфон 13 может иметь механизм, который поддерживает давление второй текучей среды в зависимости от давления первой текучей среды. Это реализуется посредством первого элемента 14 для первого сильфона 13 (и второго элемента 24 для второго сильфона 23), при этом элемент 14, 24 прикреплен к самой вертикальной секции сильфона 13, 23 и имеет вес, так что сила тяжести, вызываемая этим весом, добавляет дополнительное давление, оказываемое на первую текучую среду внутри первой камеры 11 (или текучую среду внутри третьей камеры 21).
В соответствии с фиг.1, первый компенсатор 10 давления подсоединен через первый трубопровод 40 к заполненному текучей средой кожуху 1, также называемому в дальнейшем внутренним кожухом 1. Первый трубопровод 40 подсоединен к отверстию у основания первого компенсатора 10 давления через вентиль 61 во внутренний кожух 1. Таким образом, трубопровод 40 обеспечивает сообщение по текучей среде между первой камерой 11 и полостью 3 внутреннего кожуха 1 посредством первой текучей среды. Возможно, первый трубопровод 40 может быть выполнен с возможностью проникать во второй заполненный текучей средой кожух 2 - также в дальнейшем называемый внешним кожухом 2 - по существу у наибольшей вертикальной точки внешнего кожуха 2, и может быть подсоединен к внутреннему кожуху 1 по существу у наименьшей вертикальной точки внутреннего кожуха 1.
Второй компенсатор 20 давления подсоединен через второй трубопровод 41 к первому компенсатору 10 давления и к внешнему кожуху 2. Второй трубопровод 41 подсоединен к отверстию у основания второго компенсатора 20 давления непосредственно к отверстию у вершины первого компенсатора 10 давления и через вентиль 62 к внешнему кожуху 2. Таким образом, трубопровод 41 обеспечивает сообщение по текучей среде между третьей камерой 21 и второй камерой 12 и дополнительно сообщение по текучей среде между третьей камерой 21 и полостью 4 внешнего кожуха 2 посредством второй текучей среды. Возможно, второй трубопровод 41 может быть выполнен с возможностью проникать во внешний кожух 2 по существу у наибольшей вертикальной точки внешнего кожуха 2 и заканчиваться по существу у наиболее минимальной вертикальной точки внешнего кожуха 2.
Кроме того, отверстие у вершины второго компенсатора 20 давления находится в прямом сообщении по текучей среде с морской водой окружающей среды, так что окружающая вода может входить в четвертую камеру 22.
С такой системой, как определено выше, подход двойного барьера, а также двойные компенсаторы уменьшают риск утечки. Эта система может быть в состоянии функционировать без оказания отрицательных воздействий даже в случае трещин во внешнем кожухе 2 или во втором компенсаторе 20 давления. Поэтому эта система очень надежна.
Путем использования сильфонов 13, 23 и путем использования элементов 14, 24 в качестве весов, оказывающих воздействие на сильфоны 13, 23, в текучей среде в сильфонах 13, 23 может быть произведено небольшое избыточное давление. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что использование пружин для создания такого избыточного давления является лишним. Это выгодно, потому что вследствие тепловых потерь от технического оборудования 50, смонтированного и приводимого в действие во внутреннем кожухе 1, приводящих к изменениям температуры и, следовательно, объема в текучей среде, объем компенсатора и ход сильфона 13, 23 могут быть значительными. Но пружины могут быть менее плавными и однородными в создании избыточного давления из-за коэффициента жесткости пружины. Поэтому замена пружин предшествующего уровня техники сильфоном с приданным собственным весом может привести к более равномерной работе компенсаторов давления.
Система в соответствии с фиг.1 имеет определенное преимущество, заключающееся в том, что к компенсаторам давления можно легко получать доступ снаружи, например, для технического обслуживания или текущего ремонта.
Относительно вентилей 61, 62 на фиг.1, могут понадобиться дополнительные вентили, например, для управления начальным заполнением и т.д. Местоположение вентилей 61, 62 может находиться снаружи обеих камер 1, 2 - например, для более легкой замены или ремонта - или внутри внешнего кожуха 2 и снаружи внутреннего кожуха 1. Вентили 61, 62 могут быть необходимы для работы по техническому обслуживанию.
В дальнейшем объясняется другое решение со ссылкой на фиг.2, на которой оба компенсатора давления установлены внутри внешнего кожуха, что обеспечивает дополнительную защиту.
Большая часть приведенного выше описания также применяется к фиг.2. Поэтому можно сосредоточиться просто на различиях при сравнении с фиг.1.
В соответствии с вариантом осуществления фиг.2, внутренний кожух 1, первый компенсатор 10 давления и второй компенсатор 20 давления расположены внутри внешнего кожуха 2.
Первый компенсатор 10 давления подсоединен через первый трубопровод 40 к внутреннему, заполненному текучей средой кожуху 1. Первый трубопровод 40 подсоединен к отверстию у основания первого компенсатора 10 давления, а также подсоединен к отверстию у основания внутреннего кожуха 1. Таким образом, трубопровод 40 обеспечивает сообщение по текучей среде между первой камерой 11 и полостью 3 внутреннего кожуха 1 посредством первой текучей среды.
Второй компенсатор 20 давления подсоединен через второй трубопровод 41 к полости 4 внутри внешнего кожуха 2, просто при наличии отверстия 44 третьей камеры 21 в эту полость 4. Кроме того, отверстие 43 первого компенсатора 10 давления не соединено с патрубком, но также заканчивается в полости 4 внутри внешнего кожуха 2. Косвенно, путь прохождения потока между третьей камерой 21, полостью 4 и второй камерой 12 обеспечивает сообщение по текучей среде между третьей камерой 21 и второй камерой 12.
Кроме того, как и прежде, отверстие у вершины второго компенсатора 20 давления находится в сообщении по текучей среде с морской водой окружающей среды, так что окружающая вода может входить в четвертую камеру 22. Для этого может требоваться трубопровод или впускное отверстие 42, чтобы проникать во второй заполненный текучей средой кожух 2.
Переходя к фиг.3, отметим, что теперь описывается вариант осуществления подхода с единственным барьером.
Этот подход подобен фиг.2, но без внешнего кожуха 2. Первый компенсатор 10 давления подсоединен таким же образом, как прежде, через первый трубопровод 40 к внутреннему, заполненному текучей средой кожуху 1.
Второй компенсатор 20 давления подсоединен через второй трубопровод 41 к полости 4 внутри внешнего кожуха 2. Трубопровод 41 подсоединен к отверстию у основания второго компенсатора 20 давления, а также к отверстию первого компенсатора 10 давления у вершины первого компенсатора 10 давления. Таким образом, путь прохождения потока между третьей камерой 21 и второй камерой 12 через трубопровод 41 обеспечивает сообщение по текучей среде между третьей камерой 21 и второй камерой 12.
Кроме того, как и прежде, отверстие у вершины второго компенсатора 20 давления находится в прямом сообщении по текучей среде с морской водой окружающей среды, так что окружающая вода может входить в четвертую камеру 22.
Вариант осуществления фиг.3 может быть выгодным, потому что вероятность утечки в сильфоне может быть выше, чем вероятность утечки в оболочке, сделанной, например, из стали, полученной дуплекс-процессом и являющейся цельносварной.
Во всех вариантах осуществления, первая текучая среда и вторая текучая среда благоприятно являются совместимыми, чтобы выполнять "основные принципы двойной оболочки".