[发明专利]海底装置的压力补偿器

说明书

技术领域

本发明涉及海底装置的压力补偿器，其用于执行在围绕海底装置的环境介质和填充海底装置的容积的液体介质之间的压力补偿。本发明还涉及包括这种压力补偿器的海底装置。

背景技术

由于能量需求的增加，海上石油和燃气开采逐渐进行到更深水域。为了确保高效且安全的开采，处理设施被安装在海床。这样的海底设施能够包括各种部件，包括泵、压缩机等等以及运行它们的电网。电网可以例如包括海底变压器、海底开关设备和海底变速驱动器。需要保护海底设施的部件以免受周围海水的影响，在海水中能够存在300 bar或更大的压力（在3000m或更大的安装深度处）。

提出了两种方案来处理这些高压。能够提供耐压罩，其封闭出内部大气压力，从而使得能够使用常规的电气和机械部件。因为这样的罩必须承受大的压差，所以它们需要具有相对厚的壁并且因此是巨大且笨重的。

另一个方案是使用加压（或压力补偿）罩，其包括容积/压力补偿器，其平衡罩内的压力与周围海水中存在的压力。

加压罩通常填充有液体，并且在加压罩内运转的部件被制成可在高压下运转。压力/容积补偿器补偿填充罩的液体的容积变化，这种变化可能由于外部压力和/或温度的变化而产生。能够通过内部加热，例如由于电损耗，来导致温度改变。

压力补偿器可以包括金属波纹管、橡胶波纹管、活塞或类似物。波纹管会具有如下缺点，即它们或者制造昂贵，或者其构造使得波纹管的行程长度受限。在后一情况下，用于大容积液体的压力补偿器也需要大容积。对于一些波纹管类型而言，波纹管需要具有大于被补偿容积的尺寸三倍的尺寸。这导致了补偿器系统的低容积利用率。此外，填充这样的压力补偿器的液体自身必须被补偿。这样的补偿器系统因此会是相对大且重的。

在文献WO2010/034880A1中，公开了一种压力补偿器，其具有被第二波纹管腔围绕的第一波纹管腔，第二波纹管腔绕第一波纹管腔形成闭合中间空间。因此获得了双重屏障来抵抗海水入侵，不过压力补偿能力与仅提供第一波纹管腔本身时相同。

文献WO2011/088840A1公开了一种压力补偿系统，其实现了抵抗海水入侵的双重屏障。

理想的是提供一种用于海底装置的压力补偿器，其能够被容易地制造且具有成本效益。进一步理想的是，压力补偿器在运转期间提供安全性并且具有长的使用寿命。理想的是减少压力补偿器的尺寸并且增加利用率。

发明内容

因此，需要避免上述至少一些缺点并且提供海底使用的改进的压力补偿器。

通过独立权利要求的特征来满足该需求。从属权利要求描述了本发明的实施例。

本发明的实施例提供一种海底装置的压力补偿器，其用于执行在围绕海底装置的环境介质和填充海底装置的容积的液体介质之间的压力补偿。压力补偿器包括：至少一个外部波纹管；被外部波纹管封罩的第一腔；至少一个内部波纹管，所述内部波纹管被设置在第一腔内；以及，被内部波纹管封罩的第二腔。在外部波纹管和内部波纹管之间，限定补偿容积。压力补偿器还包括从补偿容积朝向海底装置的容积的第一流体连接，第一流体连接被构造成使得在压力补偿器被安装在海底装置上时液体介质能够在补偿容积和海底装置的容积之间流通。还提供与第二腔的第二流体连接，第二流体连接被构造成使得当压力补偿器被安装在海底装置上且浸没在水下时环境介质能够流入和流出第二腔。

在这种构造中，外部波纹管和内部波纹管被设置成使得外部波纹管的扩张和内部波纹管的压缩将导致补偿容积的容积增加。与仅具有相同尺寸外部波纹管的压力补偿器相比，该压力补偿器因此可以实现补偿容积的更大容积变化。此外，减少了液体介质的静容积/死容积，这是因为能够使用环境介质，具体地使用海水，通过第二流体连接填充第二腔，使得压力补偿器的利用率能够增加。因为波纹管是柔性的并且能够扩张/收缩，因此环境介质和液体介质之间的压力差能够被补偿，即在补偿容积内能够平衡环境介质和液体介质的压力。

在实施例中，第二流体连接在第二腔和压力补偿器的外部之间。

在实施例中，外部波纹管包括外部盖板和具有两个开口的波纹管部分。波纹管部分以不透液体方式在一个开口处被密封于外部盖板并且在另一开口处被密封于安装板。安装板可以是外部波纹管的一部分，或者可以是海底装置的一部分。作为示例，可以通过焊接来实现不透液体密封。波纹管部分可以具有圆筒形形状且在顶部和底部具有开口。