相對于環境壓力調整介質壓力的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于相對于環境壓力調整介質壓力的設備，環境壓力在使用設備時通過與深度相關的海水壓力預定，其中海水壓力對補償器裝置起作用，補償器裝置允許可逆的長度變化或延伸率變化。
【背景技術】
[0002]資源的日益減少迫使在開采原材料和能量時較大的努力。這導致，必須在越來越大的海域深度實施用于輸送油和氣體的鉆孔。為了這樣的深水鉆孔的安全操作(其由鉆井平臺或鉆井船實施)，在海底上設置大規模的安全設備，其功能上配置給在鉆孔與鉆管或輸送管之間的過渡區域。重要的屬于這樣的深水鉆孔安全標準的設備部件在這里是所謂防噴器(Blowout Preventer)(BOP)。該設備在危險情況下導致鉆孔排出口、鉆管和/或輸送管的快速封閉。
[0003]為了確保防噴器的可靠的功能，必須提供具有相應高的工作壓力的用于液壓操縱的壓力液體。由于將具有足夠高工作壓力的壓力液體以足夠的量從水表面的鉆井平臺或鉆井船輸向相應深處的海底是特別困難的，現有技術(參見US 6 418 970 B1)在這些設備中在深海設備本身的地點利用對于操縱相應的深海設備所需要的液壓的工作壓力。因此借助于深海的周圍的壓力、亦即利用深海的高壓產生需要的液壓的工作壓力。活塞在缸體中利用深海的環境壓力被推動并且通過由此引起的活塞運動將壓力傳向壓力液體。
[0004]雖然在使用地點上通過工作壓力的產生或傳送形成優點，但已知的設備的運行特性不是令人滿意的。利用海水操作缸體裝置在多個不同的方面是成問題的。一方面存在這樣的危險，即因為沉積物粒子等的進入或因為與海水一起帶入的微生物而形成污染。另一方面由于極其腐蝕作用的海水產生損害。為了對付后者，在現有技術中需要的是，缸體裝置設有適合的襯套和/或由相應的耐腐蝕的材料制造，以便減小腐蝕和/或減小在活塞運動時由于沉積提高的摩擦系數。盡管存在這些措施，但仍產生因鹽水沉積、例如硬脂酸鉀導致的困難。
[0005]為了克服這些挑戰，在DE 10 201 009 276 A1中建議一種設備用于在壓力液體中傳送液壓的工作壓力以便壓力操縱深海設備、特別是深海鉆孔的設備。在缸體裝置中存在用于壓力液體的第一壓力室、用于改變該壓力室的容積的可移動的活塞裝置和至少一個第二壓力室。為了活塞裝置的在第一壓力室中產生工作壓力的運動，可用深海的環境壓力對第二壓力室加載。此外設置囊式蓄能器形式的、為缸體裝置配置的蓄壓器，其可移動的隔離元件將與海水連接的室與運動室隔離。操縱室包含操縱流體并且與第二壓力室相連接，以便借助于操縱流體對第二壓力室施加深海壓力。
【發明內容】
[0006]從該現有技術出發，本發明的目的在于，提供一種用于相對環境壓力調整介質壓力的設備，其特別在水下使用時證明是耐用的并且是制造成本低的以及在需要時可簡便地更換。
[0007]該目的的解決方案在于一種具有權利要求1的特征的設備。從各從屬權利要求2至12求得出本發明的有利的實施形式。
[0008]按照本發明設定，沿長度變化或延伸率變化的方向相繼地存在補償器裝置的至少兩個補償器元件。
[0009]通過補償器裝置至少部分地保護設備免受腐蝕的海水的作用。而且令人意想不到地表明，當由此昂貴的部分不發生與海水接觸并因此被保護時，這樣的補償器裝置是成本低的。此外通過兩個或更多個補償器元件的串聯導致冗余。此外這樣的補償器元件已證明是比由現有技術已知的囊式蓄能器更耐用的。
[0010]利用按照本發明的解決方案可以這樣調整介質壓力，使得能夠實現海水壓力相對于在連接到設備上的液壓的工作機器軸、特別是防噴器的流體回路中的液壓的工作壓力的補償。此外可以利用介質壓力的調整，以便利用海水壓力偏壓流體的工作回路的操作壓力，以便在需要情況下、例如在緊急狀況下將偏壓的并因此很高的工作壓力(其基本等于海水壓力)直接用于操縱所連接的工作機器軸。
[0011]將各相應的補償器元件有利地至少部分地構成彈簧彈性的或要么構成為彈性的并且從初始位置開始借助于海水壓力在一個方向上經歷長度變化或延伸率變化并且在去除海水壓力時以反向運動向該初始位置的方向復位。該實施形式即使在不同的海水壓力時也允許使用。因此設備也可在不同的深度上使用。此外補償元件的彈性允許設備的反復使用。
[0012]補償器裝置可以有利地由波紋管構成，并且各補償器元件由各單個依次相繼地設置的波紋管折疊部構成，所述波紋管折疊部至少部分地構成波紋管的壁。這樣的波紋管對于在深海中使用已證明是特別耐用的和長壽命的。另一優點是，設備也在很高的海水壓力時無缺點地起作用并且在這里不可能通過波紋管發生擴散。
[0013]在使用情況下波紋管的至少一個前面的封閉壁和/或一個壓力傳動裝置經受海水作用并且該封閉壁優選相對海水的進入點是朝向壓力傳動裝置的方向回縮的。這樣的前面的封閉壁能夠實現壓力傳動裝置相對海水的屏蔽。而且相對海水至少保護按照本發明的設備的部分。
[0014]特別有利地補償器裝置和/或壓力傳動裝置在位于共同的容納殼體內的具有海水壓力的海水室與具有介質壓力的介質室之間形成至少一個對介質密封的封閉。按這種方式介質室可靠地與海水室隔離。這不可能導致相應的介質的過界。因此防止各后接的單元(其只應當與介質而不與海水發生接觸)的損壞。
[0015]在一個作用鏈中并且優選沿容納殼體的縱向方向看，可以有利地在補償器裝置上鄰接壓力傳動裝置和接著鄰接介質室。這樣的結構是特別緊湊的并且有利地特征在于，在設備內的運動方向是一致的并且不必通過機械的或液壓的中間環節轉向。這樣的具有方向變化的力傳遞經常與能量損失相關聯，其在按照本發明的設備中被避免。
[0016]壓力傳動裝置可以具有雙活塞，該雙活塞以其一個活塞鄰接海水室并且以其另一活塞鄰接介質室。這樣的活塞的優點是，構成在兩個壓力室之間的中間室可以用于附加的密封。
[0017]有利地在雙活塞之間設置至少一個另外的第二介質室，其容納高壓介質。高壓介質可以是工作氣體、特別是氮氣(N2)，工作氣體處在一壓力下，其為至少1巴、進一步優選至少100巴、進一步優選至少200巴、進一步優選至少300巴、進一步優選400巴。
[0018]具有高壓介質的第二介質室的優點是永久連接于儲壓室。儲壓室可以同心包圍容納殼體。這樣的設置關于結構空間的有效的利用是有利的，因為它是特別緊湊的。通過連接擴寬的儲壓室，可以在較長的行程上提供較高的壓力。按這種方式，第一介質室中的介質不僅通過海水的環境壓力而且通過高壓介質的壓力被加載。第二介質室和/或儲壓室也可以在設備之外通過可連接于設備的第三構件構成，其例如為單獨的儲存器的形式。
[0019]在雙活塞之間可以設置至少一個另外的第三介質室，該第三介質室容納低壓介質、特別是真空。第二介質室和第三介質室可以由活塞分隔壁界定，活塞桿在該活塞分隔壁中可縱向移動地引導，雙活塞裝置的活塞分別固定在該活塞桿的端部區域上。通過低壓介質、特別是工作氣體、如氮氣(N2)、或真空，使活塞(其被加載海水的環境壓力)在對置的側面上卸壓。因此當從第一介質室排走介質時，活塞的運動受到較小的阻力或甚至不受到阻力。特別是第三介質室中的低壓介質處在一壓力下，其低于1巴、優選低于0.5巴。
[0020]波紋管、活塞和活塞分隔壁分別具有相同的最大外徑，該最大外徑等于容納殼體的均一的內壁直徑。按這種方式容納殼體可以構成管形的。因此容納殼體在制造上是特別成本低的并且相對于環境壓力影響是壓力穩定的。
[0021]至少雙活塞裝置的鄰近海水室的活塞相對于容納殼體的內壁借助于密封裝置密封。按這種方式避免海水侵入雙活塞裝置中。此外阻止介質或工作氣體從雙活塞裝置向海水的方向流出。
【附圖說明】
[0022]以下借助于在附圖中示出的實施例更詳細地說明本發明。其中:
[0023]圖1按照本發明的設備的透視的縱視圖，其部分剖開地示出，和
[0024]圖2圖1的波紋管的一部分的縱剖面圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1中示出用于相對于環境壓力調整介質壓力的設備1，在使用設備1時環境壓力通過與深度的海水壓力預定或確定。設備1基本上由兩個同心的管3、5構成，這兩個管在端側通過環形元件7、9被隔開距離地保持。在內管5(其構成容納殼體)中設置第一介質室，其通過端側的圓盤13封閉。在圓盤13中設置軸向鉆孔15用于將介質從第一介質室11導入后接的未更詳細示出的液壓回路(其包括連接的工作機器軸，其例如為防噴器的形式)。介質室11可通過雙活塞裝置19形式的壓力傳動裝置17被加載，壓力傳動裝置的在圖平面內右邊的活塞21鄰接第一介質室11。雙活塞裝置19在容納殼體5中可軸向移動地導向，其中容納殼體5的內壁23構成用于活塞21、27的滑動面25。雙活塞裝置19的在圖平面內左邊的活塞27作為前面的封閉壁29在設備的工作中可被海水加載。該封閉壁29相對海水的進入點31向壓力傳動裝置17的方向回縮。壓力傳動裝置17因此在位于共同的容納殼體5內的具有海水壓力的海水室33與具有介質壓力的介質室11之間制造出對介質密封的封閉。
[0026]在容納殼體5的內側上在左邊的活塞27與內管5的進入點31之間設置補償器裝置35。海水壓力作用到補償器裝置35上，其允許可逆的長度變化或延伸率變化。補償器裝置35由波紋管39構成。波紋管39由耐腐蝕的優質合金鋼材料構成。波紋管39在其一自由端上與內管5在進入點31的區域內焊接。波紋管39在另一端上在工作中以偏壓優選松地貼靠在左邊的活塞27的鄰接的正面的外圓周邊緣上。但優選設定，在波紋管39與管5的可配置給波紋管的內壁23之間附加注入支持液體，例如以乙醇化合物(乙二醇)的形式，其加固和因此支