具有鎖環的圓柱形殼體的制作方法
【專利摘要】一種壓力裝置包括第一端蓋、第二端蓋、連接至第一和第二端蓋的中空殼體、連接至第二端蓋的鎖環、連接至第一端蓋的第一接線端以及連接至第二端蓋的第二接線端。
【專利說明】具有鎖環的圓柱形殼體
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于并要求2012年3月20日向美國專利商標局提交的美國臨時申請第61/613，106號的優先權，其公開的全部內容通過引用的方式并入本申請。
【技術領域】
[0003]本發明涉及壓力殼體組件，并且更具體地涉及適于在水下環境中使用的壓力殼體組件。
【背景技術】
[0004]海底系統設計的一項主要挑戰是提供一種附接至傳輸電纜的一個大氣壓力的中空壓力容器，其可用于容置各種海底工程所需的部件，例如通信、國防、以及海洋石油和天然氣市場，這種壓力容器具備承受深海和超深海環境中流體靜壓的能力。將這種類型的壓力容器設計為氣密密封并耐蝕，而且必要時使壓力殼體能夠重新進入，被證實是重要的設計挑戰。在通信及控制系統中，通常將銅導體和/或光纖導體封裝或拼接在壓力容器中，銅導體和/或光纖導體連接至電纜。一項重要的挑戰是保持壓力容器殼體的結構完整性，同時為了組裝和部署，保持整體的重量盡可能的輕。目前已經采用了許多方法來解決這些技術問題。這些方法通常需要分離的機械部件或子組件螺栓連接或焊接在一起用以形成完整的壓力容器組件。這種焊接方法不允許在部署之前的制造、測試和處理期間根據需要重新進入到壓力容器內。螺栓連接殼體和蓋的方法需要相當多的高強度緊固件以及緊固件周圍額外的材料以將負荷轉移到殼體部件，導致殼體壁部厚度較大。
[0005]一些常規的技術/方法包括:
[0006]1.具有一個或多個螺栓連接的端蓋的全金屬壓力殼體；
[0007]2.具有通過內螺紋附接的端蓋的壓力殼體；
[0008]3.具有需要內軸向負荷端蓋支承結構的外部滑動外殼構造的壓力殼體；
[0009]4.具有焊接的殼蓋式結構的全金屬壓力殼體容器；
[0010]5.兩件式全金屬“蛤殼”型結構；
[0011]6.非金屬壓力容器殼體；以及
[0012]7.采用金屬和非金屬結構部件的混合壓力容器結構。
[0013]如果在任何關鍵的組裝環節遇到問題或者如果出現無法外部處理的其它問題，那么就需要重新進入到外殼內。本發明提供一種合理的裝置，其提供一種一個大氣壓的氣密密封的壓力容器，其能夠承受高流體靜壓的影響并且允許在任意時刻重新進入到壓力容器內以接近壓力容器的內部部件，而且在拆卸和重組的過程中不會損壞壓力容器的任何部件。
【發明內容】
[0014]本發明的示例性實施例解決了上述現有技術/方法的問題和/或缺點。盡管本發明不需要克服上述的全部缺點，但是本發明的示例性實施例可解決上述缺點，以及上述沒有提及的其它缺點，或雖不能克服上面列出的任何缺點卻仍提供了相對于現有技術的改進方法和提高。
[0015]本發明的一個實施例采用單個自支承滑動外殼，無需單獨的內支承結構，仍然可以支承每平方英寸數千磅的應用壓力。當壓力殼體外殼自身提供內部支承時，會減少部件的數量并增大壓力容器內部可用的空間。
[0016]該實施例的其它特征可包括簡易的螺紋封閉環，其無需使用多個緊固件且拖長組裝時間就可以將自支承滑動外殼固定就位。
[0017]本發明的另一個實施例為壓力裝置，其包括第一端蓋、第二端蓋、連接至第一和第二端蓋的中空殼體、連接至第二端蓋的鎖環、連接至第一端蓋的第一接線端以及連接至第二端蓋的第二接線端。
[0018]該實施例的其它特征可包括連接至第一和第二端蓋中至少一個的橋結構，連接至橋結構的電氣組件和/或光纖組件，接線端為鎧裝接線端，接線端為環氧樹脂壓蓋，接線端為穿入器，殼體為圓柱形，鎖環將第二端蓋與壓力裝置軸向對齊并定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1示出了組裝后的滑動圓柱壓力容器的示例實施例的等軸測視圖。
[0020]圖2A-2D示出了組裝后的滑動圓柱壓力容器的示例實施例的正投影圖。
[0021]圖3A-3E示出了滑動圓柱壓力殼體的示例實施例。
[0022]圖4A-4E示出了端蓋2的示例實施例的各種視圖。
[0023]圖5A-5E示出了端蓋5的示例實施例的各種視圖。
[0024]圖6A-6D示出了鎖環的示例實施例的各種視圖。
[0025]圖7A-7D示出了橋板的示例實施例的各種視圖。
[0026]圖8示出了接線端的示例實施例。
[0027]圖9示出了端蓋2和端蓋5子組件的示例實施例。
[0028]圖10示出了滑動圓柱壓力容器的示例實施例的等軸測分解視圖。
[0029]圖11示出了滑動圓柱壓力容器的示例實施例的截面圖。
[0030]圖12示出了 FEA壓力分析結果。
[0031]圖13A-13B示出了 FEA位移分析結果。
【具體實施方式】
[0032]下面詳細的描述被提供用于幫助讀者全面地理解本申請所述的方法、裝置和/或系統。本領域普通技術人員能夠想到本申請所述的系統、裝置和/或方法的各種變更、變型和等同物。為了更加清晰簡明，省略了熟知功能和結構的描述。
[0033]圖1示出了組裝后的滑動圓柱壓力容器的示例實施例的等軸測視圖。標識了一些主要的部件，并且在所示的示例中壓力容器的每一端連接至電纜I。該容器包括滑動圓柱壓力殼體3、第一端蓋2、第二端蓋5、端蓋鎖環4以及接線端33，例如鎧裝接線端、環氧樹脂壓蓋、穿入器等等。在該實施例中，接線端33在預包覆模制聚氨酯靴36的下面。這些部件的細節在后面的附圖中示出。容器被設計為在滑動圓柱壓力殼體3內部不需要內部壓力支承結構。而且，壓力容器被設計為提供全電纜斷裂強度軸向負載路徑，而且同時支承高壓力應用的縱向和徑向的負載需求。
[0034]圖2A-2D示出了組裝后的滑動圓柱壓力容器的示例實施例的正投影圖。圖2A示出了俯視圖，圖2C示出了側視圖，圖2B示出了端蓋2側的端視圖，圖2D示出了端蓋5側的端視圖。
[0035]圖3A-3E示出了滑動圓柱壓力殼體3的示例實施例。圖3A示出了側視剖視圖，圖3D示出了側視或俯視圖，圖3B示出了等軸測視圖，圖3C示出了端蓋2側的端視圖以及圖3E示出了端蓋5側的端視圖。滑動圓柱壓力殼體3由沉淀硬化不銹鋼制造，然而，其也可由其它材料制造，例如超級雙相合金、鈦或銅鈹合金。滑動圓柱壓力殼體3包含用于將端蓋2連接至滑動圓柱壓力殼體3的六個螺釘孔12、用于將端蓋2連接至滑動圓柱壓力殼體3的兩個銷釘孔11、用于將端蓋5連接至滑動圓柱壓力殼體3的兩個銷釘孔10以及兩個轉動扳鉗孔8。殼體的端蓋5側上還設有肩部9，以便當鎖環4緊固至端蓋5上時保持端蓋5靠著滑動圓柱壓力殼體3。滑動圓柱壓力殼體3可具有不同長度、直徑和厚度，以便容置不同類型的部件和組件，并最大化可使用的內部空間。
[0036]圖4A-4E示出了端蓋2的示例實施例的各種視圖。圖4A為外部端視圖，圖4B為側視圖，圖4C為內部端視圖，圖4D為側視剖視圖以及圖4E為等軸測視圖。端蓋2包含用于將端蓋2連接至滑動圓柱壓力殼體3的六個螺釘孔13、用于將接線端33連接至端蓋2的四個螺釘孔14以及用于將橋結構27連接至端蓋2的兩個螺釘孔17。端蓋2還包括用于將端蓋2連接至滑動圓柱壓力殼體3的兩個O形環槽15以及用于接線端33的貫穿孔16。氮氣或惰性氣體凈化插頭7從壓力殼體的外部延伸到低壓內部。端蓋2由沉淀硬化不銹鋼制造，然而，其也可由其它材料制造，例如超級雙相合金、鈦或銅鈹合金。
[0037]圖5A-5E示出了端蓋5的示例實施例的各種視圖。圖5A為內部端視圖，圖5B為側視圖，圖5C為外部端視圖，圖為側視剖視圖以及圖5E示出了等軸測視圖。端蓋5包含用于將端蓋5連接至滑動圓柱壓力殼體3的兩個銷釘21、用于將接線端連接至端蓋5的四個螺釘孔23以及用于將橋結構27連接至端蓋5的兩個螺釘孔18。端蓋5還包括用于在端蓋5和滑動圓柱壓力殼體3之間產生密封的O形環39的O形環槽19、用于附接至鎖環4的螺紋表面20以及用于接線端33的貫穿孔22。端蓋5由沉淀硬化不銹鋼制造，然而，其也可由其它材料制造，例如超級雙相合金、鈦或銅鈹合金。
[0038]圖6A-6D示出了鎖環4的示例實施例的各種視圖。圖6A為側視圖，圖6B為端視圖，圖6C為側視剖視圖，以及圖6D為等軸測視圖。鎖環4包括6個轉動扳鉗孔24以及用于附接至端蓋5的螺紋內表面25。鎖環4由沉淀硬化不銹鋼制造，然而，其也可由其它材料制造，例如超級雙相合金、鈦或銅鈹合金。鎖環4固定端蓋5并且不需要使用多個緊固件。鎖環4還將端蓋5與壓力容器軸向對齊并定位。
[0039]圖7A-7D示出了橋結構27的示例實施例的各種視圖。圖7A為俯視圖，圖7B為端視圖，圖7C為側視圖以及圖7D為等軸測視圖。橋結構27具有用于更好的裝配進滑動圓柱壓力殼體3內的圓形表面26以及可用于安裝光纖和/或電氣組件和部件的平坦共面表面30。橋結構27還具有用于安裝至端蓋2上的兩個安裝翼片/孔28和用于安裝至端蓋5上的兩個安裝翼片/孔29。橋結構27由不銹鋼制造，然而，其也可由其它材料制造，例如鋁或塑料。橋結構的長度可變化，這取決于滑動圓柱壓力殼體3的長度。在該實施例中，橋結構27不是設計為提供內部壓力支承。然而，在其它實施例中，橋結構27可提供內部壓力支承。此外，可在滑動圓柱壓力殼體3內部安裝多于一個的橋結構。
[0040]圖8示出了接線端33的示例實施例，其包含用以將接線端固定至端蓋的安裝法蘭32接線端和便于聚氨酯包覆模制粘接的槽37。接線端33還包含電纜入口 34和光纖饋通管31。接線端33由沉淀硬化不銹鋼制造，然而，其也可由其它材料制造，例如超級雙相合金、鈦或銅鈹合金。接線端被設計和構造為支承與容器一起使用的全電纜斷裂強度的電纜。
[0041]圖9示出了不包含滑動圓柱壓力殼體3的端蓋2和端蓋5子組件的示例實施例。該圖示出了安裝至端蓋的橋結構27以及安裝在端蓋5上的鎖環4。
[0042]圖10示出了滑動圓柱壓力容器的示例實施例的等軸測分解視圖。該圖示出了安裝在橋結構27上的組件35 (例如接合盤)以及安裝螺栓38，橋結構27裝配于滑動圓柱壓力殼體3內部。
[0043]圖11示出了滑動圓柱壓力容器的示例實施例的截面。在該組裝后的視圖中，預包覆模制聚氨酯靴36被示出螺栓連接至端蓋并且端蓋被示出螺栓連接至滑動圓柱壓力殼體
3。還示出了在端蓋與滑動圓柱壓力殼體3之間形成密封的O形環39。
[0044]圖12示出了 FEA壓力分析結果。FEA(有限元分析)示出了滑動圓柱壓力殼體3表面的流體靜壓的平均分布，表明沒有應力集中。該結果意味著本設計適用于全海洋壓力。
[0045]圖13A-13B示出了 FEA位移分析結果。FEA(有限元分析)位移結果示出了在全海洋壓力時幾乎沒有與壓力有關的變形。該結果意味著設計剛性，同時不會致使O形環損壞/漏損。
[0046]本發明的優點及有益效果可包括，但不限于以下:
[0047]1.新設計的特點是壓力殼體組件一旦組裝后，可以根據需要容易地實現重新進入，在拆裝和接下來的重裝期間無需損壞任何部件。
[0048]2.新設計為圓柱形，其是用于抵抗流體靜壓的優選幾何形狀，并可在結構上實現更加堅固的耐壓殼體。相比于非對稱的多邊形殼體，有限元分析(FEA)結果是更加可預測和可靠的。
[0049]3.新設計為滑動外殼構造，其不需要內部結構來支承端蓋軸向負荷，顯著地降低了整體重量，同時最大化了可使用的內部空間。
[0050]4.壓力容器殼體組件是簡易的，其使用緊固件和手工工具，無需使用特殊設備。
[0051]5.相比于全螺栓連接端蓋或具有相同內部空間的多邊形類盒體結構而言，減少了所使用緊固件的數量。
[0052]6.無需用于殼蓋式組件的焊接等封閉方式。
[0053]7.新設計在焊接時不會將材料強度下調至不可預測的值并且不會隨著焊接而改變基體金屬的耐蝕特性。
[0054]8.新設計不需要后續的焊后熱處理來恢復材料強度并且不需要對受熱影響的區域進行焊后檢查和檢測。
[0055]9.新設計是模塊化的，使得如果需要更長的殼體用于額外的內部空間，那么僅需要改變滑動圓柱部件的全長并在組件中進行替換。
[0056]10.相對于具有相同內部體積的多邊形盒體以及蓋型結構，新設計減少了水屏障密封總計整體長度。
[0057]11.新設計的所有主要部件是同軸的，增大了壓力容器組件拉伸負荷承載能力。
[0058]12.相比于內部體積相同并就耐受流體靜壓能力而言具有足以與圓柱形壓力容器相當的壁厚的多邊形壓力容器，新設計更輕。
[0059]13.新設計為壓力殼體內部的所有部件提供了改進的入口，而不具有不得不在五面“鞋盒”型容器較深的內部對部件進行操作的屏障。使用該滑動圓柱構思，不需要在端蓋之間使用笨重的結構支承，并且通過使圓柱沿著電纜滑動而離開其正常的組裝位置，內部部件就可以露出來，容易地接近到組件的所有六個側面。
[0060]14.相比于附接至電纜的中心偏移的“盒型”壓力容器而言，新設計更加能夠抵抗電纜的彎曲力和扭曲力。
[0061]15.新設計可容易地通過取消一個端蓋的方式轉變為電纜僅進入壓力殼體一個端部的單端封閉結構。
[0062]16.新設計是一種一個大氣壓的壓力容器并且其不從內部補償壓力而與流體靜壓的影響抗衡。這消除了需要提供內部壓力的部件及機構的需求。
[0063]如上所述，盡管上述的示例實施例為各種海底殼體，但一般性的發明構思并不限于此，其還可應用于其它類型的殼體。
【權利要求】
1.一種壓力裝置，包含: 第一端蓋； 第二端蓋; 連接至所述第一端蓋和第二端蓋的中空殼體； 連接至所述第二端蓋的鎖環； 連接至所述第一端蓋的第一接線端；以及 連接至所述第二端蓋的第二接線端。
2.如權利要求1的壓力裝置，進一步包含連接至所述第一端蓋和第二端蓋中至少一個的橋結構。
3.如權利要求2的壓力裝置，進一步包含連接至所述橋結構的光纖和電氣組件中的至少一個。
4.如權利要求1的壓力裝置，其中所述接線端為鎧裝接線端。
5.如權利要求1的壓力裝置，其中所述接線端為環氧樹脂壓蓋。
6.如權利要求1的壓力裝置，其中所述接線端為穿入器。
7.如權利要求1的壓力裝置，其中所述殼體為圓柱形。
8.如權利要求1的壓力裝置，其中所述鎖環將所述第二端蓋與所述壓力裝置軸向對齊并定位。
【文檔編號】H02G15/14GK104137369SQ201380003492
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年3月20日 優先權日:2012年3月20日
【發明者】E·金布雷爾, T·利喬拉斯, J·托特 申請人:Tgs地球物理（英國）有限公司