專利名稱：用于在限定容積中保持流體壓力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在限定的容積中保持流體壓力，并且同時記錄從該容積中排出的流體作為泄漏或消耗的結(jié)果的方法。
本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)閥，用于在限定的容積中保持壓力，并且同時記錄從該容積中排出的流體作為泄漏或消耗的結(jié)果，該閥包括一個閥殼體，具有一第一腔構(gòu)成所述容積并與閥出口連通，一活塞設(shè)置在腔中，受到一偏置彈簧在第一方向的作用，該活塞經(jīng)一操作桿與閥本體合作，用于打開和關(guān)閉位于閥入口與腔的上游端之間的通道。閥本體向著關(guān)閉位置在與活塞相反的方向上被彈簧加載，使得當(dāng)活塞在腔中的第一壓力下的平衡位置時，閥關(guān)閉，只當(dāng)腔中的壓力降低到第一壓力以下時打開。
這樣一種方法所關(guān)心的是與用于海底的油氣生產(chǎn)用的旋轉(zhuǎn)機(jī)器的操作相關(guān)，保持壓力狀態(tài)的控制和在這種機(jī)器中的機(jī)械密封中可能的泄漏。典型的機(jī)器是多相泵、濕氣體壓縮機(jī)、注水泵、放置分離器等。這樣的機(jī)械密封例如用于在轉(zhuǎn)動軸的情況下處理液體與阻擋液體之間的密封，并且密封作用時常伴隨具有來自一種純阻擋液體的液壓的過壓，該阻擋液體的壓力是例如比環(huán)境壓力高10-20巴，該環(huán)境壓力通常是處理液體的壓力。機(jī)械密封通常具有一定的阻擋液體泄漏到處理液體中。操作一些時間以后，海底裝置中阻擋液體的消耗由于機(jī)械密封的磨損而增加，并且有必要對旋轉(zhuǎn)機(jī)器進(jìn)行維修。在此方面，重要的是連續(xù)控制阻擋液體的消耗，以便有計(jì)劃地及時地更換。
在安裝在海床并且采用一種阻擋液體進(jìn)行潤滑和冷卻的旋轉(zhuǎn)機(jī)器中，壓力調(diào)節(jié)通常從平臺或一生產(chǎn)船上發(fā)生。壓力由平臺或生產(chǎn)船甲板上的一液壓單元(HPU)控制。該壓力設(shè)置在一固定的壓力，或者基于來自于海床的機(jī)器和過程的壓力信號而改變。這樣的一系統(tǒng)具有一低的響應(yīng)，并且只被用于HPU和海底裝置之間相對短的距離。這樣一系統(tǒng)由于靜水頭和一最小的壓力，還將在較大的海洋深度具有限制，低于該最小壓力該系統(tǒng)不能調(diào)節(jié)。
還有已知的其它海底調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其中一壓力調(diào)節(jié)作用在海底起作用。這些已知的方法相對復(fù)雜，需要較大空間，該方法包括一個系統(tǒng)，其中有許多閥，抵抗處理壓力的補(bǔ)償器伸縮軟管等。
本發(fā)明的目的是提供一種方法和一種裝置，包括一種非常簡單的與相關(guān)種類的機(jī)械密封有關(guān)的壓力監(jiān)測和壓力調(diào)節(jié)，并且其解決上面討論的問題，即在旋轉(zhuǎn)機(jī)器本身進(jìn)行調(diào)節(jié)。
上述目的由一種前面提到的方法實(shí)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明其特征在于該流體從壓力調(diào)節(jié)閥供給，該閥設(shè)置有一裝置，當(dāng)其中的壓力到低于一第一值時，打開以向該容積供給流體，并且當(dāng)該容積中的壓力達(dá)到一高于第一值的預(yù)定的第二值時，切斷流體供給，來自于調(diào)節(jié)閥的一壓力脈沖從而被記錄，并且傳送壓力脈沖的頻率被監(jiān)測，并且用作發(fā)生流體泄漏和/或消耗的測量。
所述的目的還由一種前面提到的調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)，其特征在于該閥設(shè)置有一裝置，其使得只在第一腔中為第二壓力時閥本體移動到通道的關(guān)閉位置，該壓力實(shí)質(zhì)上高于第一壓力，使得在閥每次打開以后，在閥出口處出現(xiàn)不同的壓力增加。此壓力增加能夠記錄為不同的壓力脈沖，即使較高的第二壓力不立即達(dá)到。
在本發(fā)明中，所述監(jiān)測通過記錄壓力脈沖而簡單地執(zhí)行，該脈沖在每次調(diào)節(jié)閥打開用于向相關(guān)的容積供給流體，即阻擋液體時產(chǎn)生。壓力脈沖適合于由一標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器記錄，該傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的阻擋油路中。在同一海底結(jié)構(gòu)上有幾臺旋轉(zhuǎn)機(jī)器的情況下，可以使用一公共的臨時管纜用于從所述平臺或生產(chǎn)船上供給阻擋油。這被連接到閥入口，并且具有不變的供給壓力，比閥出口處的出口壓力值高?；趬毫γ}沖頻率，可以監(jiān)測密封狀態(tài)和用于阻擋液體消耗的補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明的此閥裝置只包括一個閥殼體，構(gòu)成一比現(xiàn)有技術(shù)簡單得多并且更緊湊的解決方案。
本發(fā)明將在下面結(jié)合實(shí)施例并參照附圖作詳細(xì)的描述。其中

圖1表示一種已知的壓力調(diào)節(jié)閥的縱向剖面；圖2表示本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)閥的第一實(shí)施例的縱向剖面；圖3表示放大比例的圖2中的閥的一個部分A，只是其處于另一操作步驟；和圖4表示本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)閥的另一實(shí)施例的縱向剖面。
在不同的圖中，相應(yīng)的部件和元件標(biāo)以相同的標(biāo)號。
在本發(fā)明中，一標(biāo)準(zhǔn)的壓力調(diào)節(jié)閥被設(shè)置成保持給定的下游壓力P1，其被作為起點(diǎn)。這種公知形式的閥1如圖1所示。該閥包括一個閥殼體2，該殼體具有一圓柱形的第一腔3，其與閥出口4相連通，和一個活塞5其可移動地設(shè)置在腔3中。該活塞5經(jīng)一操作桿6與閥本體7合作，用于打開和關(guān)閉位于閥入口9與腔3的上游端之間的通道8。閥本體7固定在操作桿6上，并且可滑動地設(shè)置在閥殼體2的空腔10中。在閥的關(guān)閉位置，閥本體7?？吭陂y座11上，閥本體由返回彈簧12作用而向著其關(guān)閉位置。
如圖所示，活塞5受一預(yù)壓彈簧13的作用，該彈簧被放置在形成活塞的彈簧支架14上，該彈簧支架可在空腔15中平行于活塞5移動，該空腔15與通道16連通，在操作中，該通道與構(gòu)成一參考壓力的環(huán)境壓力相連。
當(dāng)閥如圖1定位時，活塞5經(jīng)通道16受環(huán)境壓力的作用，和來自彈簧13的偏置力的作用，處于向上的方向。在向下的方向時，活塞5受來自腔3的流體的壓力作用，并且受到來自返回彈簧12的壓力的作用，這些力經(jīng)操作桿6傳遞到活塞5。腔3中的壓力自動調(diào)節(jié)，使得向上的力和向下的力相等。當(dāng)腔3中的壓力下降，使得此平衡被破壞時，活塞5將被向上壓，并尋求恢復(fù)平衡，閥本體7受壓迫而離開其座11，并且打開將流體供入到腔3。閥本體7的座11的直徑相對于活塞5要小。假設(shè)上述所需的下游壓力P1，即閥出口4的壓力，與閥本體5的上游流體壓力壓差不是很大，腔3的壓力，以及閥出口的壓力能夠保持穩(wěn)定在值P1，采用此公知的閥的方式。
圖1的閥的一改進(jìn)的實(shí)施例如圖2所示，并且構(gòu)成本發(fā)明的調(diào)節(jié)閥的第一實(shí)施例。
如開頭時提到的，根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)閥設(shè)置有一裝置，其使得閥只在第一腔中為第二壓力(P2)時關(guān)閉，該壓力實(shí)質(zhì)上高于第一壓力(P1)。這在圖2所示的改進(jìn)的閥20中實(shí)現(xiàn)，該閥在起始點(diǎn)被設(shè)置成打開，當(dāng)下游壓力降到值P1以下時用于供給流體。該閥設(shè)置有一裝置，用上游流體壓力在活塞5上施加一個增加的向上的力。這引起下游壓力必須在施加到活塞5上的向上和向下的力平衡之前，增加到一較高的值。該閥20繼而當(dāng)下游壓力已經(jīng)達(dá)到一較高的值P2時關(guān)閉。
正如圖3所示，其以較大的比例示出了圖2中的閥的一個部分A，所述裝置首先包括一本體21，其設(shè)置在第一腔3中，并且在腔3的上游端固定到閥的殼體2。本體21包括一通常關(guān)閉的第二腔22，其經(jīng)閥本體7與閥入口9連通(見圖2)。而且，通過起動該裝置，依賴于第二腔中的壓力，在預(yù)壓彈簧23的力的作用下，為該裝置提供第二腔22與第一腔3之間的流體連通，設(shè)置一個元件24，通過起動連接裝置，從彈簧23向活塞5傳遞力，使得閥只在第二腔22中的壓力增加到引起所述起動的值P2時關(guān)閉。由于此起動，彈簧23的偏置力被傳送到活塞5，下面詳細(xì)說明。
產(chǎn)生連接的裝置包括一個套筒25，其可滑動地安裝在本體21的導(dǎo)向部分，一個環(huán)形密封圓盤26與套筒25上的一周邊密封表面27合作，并且受彈簧23的作用向著關(guān)閉位置。彈簧力傳送元件24包括一蓋狀本體，其在下端與活塞5螺紋連接，并且具有一個上底部28，通過連接裝置的所述起動，形成一個用于套筒25和彈簧23的抵靠表面。如圖所示，蓋24的側(cè)壁設(shè)置有開口29，形成所述流體連接的一部分，該流體連接由連接裝置25，26，27的起動形成。
操作桿6通過本體21中心的位于第二腔22下面的一窄的引導(dǎo)件30。在此引導(dǎo)件中的泄漏非常小，該泄漏對于實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用是不重要的，下面詳細(xì)描述。
作用在活塞5上的向上的力的所述增加被產(chǎn)生，在于當(dāng)閥打開時進(jìn)入到腔3中的流體必須流經(jīng)第二腔22，然后來自彈簧23的向上的力被傳送到活塞5。在起點(diǎn)的腔22被關(guān)閉，在于來自彈簧23的力將密封圓盤26壓靠在套筒25的密封表面27上。
為了進(jìn)入第二腔或者出口腔3，流體必須從密封表面27向上壓彈簧加載的密封圓盤26。這只在流體已經(jīng)向上壓套筒25以后，使得其保持與蓋24的底部28的下側(cè)接觸。由于該蓋防止套筒25進(jìn)一步向上移動，腔22中的壓力將增加，直到足夠高，以將彈簧加載的密封圓盤26向上壓，使得流體能夠進(jìn)一步流入到出口腔3。此狀態(tài)如圖3所示。當(dāng)密封圓盤不與密封表面27接觸時，來自彈簧23的壓力將經(jīng)蓋24傳送到活塞5。在此狀態(tài)下，在閥再次關(guān)閉之前，腔3中的壓力必須升高到值P2。因此，壓力值P1和P2之間的差值直接由彈簧23的偏置力決定。
壓力值P1和P2的選取較佳地是使得它們接近制造者所需的壓力范圍的外限，作為機(jī)器中機(jī)械密封的操作范圍。通常為了調(diào)節(jié)閥的壽命，每單位時間內(nèi)的起動次數(shù)盡可能地小。為此，使機(jī)械密封具有一打開的連接到一相對較大的彈性的緩沖量。此緩沖量在每次打開閥時，供給有一給定的流體量，使得當(dāng)起動頻率減小時能夠同時測量流體的消耗量。緩沖容積的大小必須平衡，依賴于想要記錄的相對于泄漏量的改變的頻率。
根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)閥的另一實(shí)施例如圖4所示。在此實(shí)施例中，前面提到的本發(fā)明的目的由根據(jù)圖1的調(diào)節(jié)閥的簡單改進(jìn)實(shí)現(xiàn)。如果相關(guān)的機(jī)械密封依賴于被保持在一穩(wěn)定水平的流體壓力，則此方法也需要設(shè)法使阻擋流體的供給壓力保持在一穩(wěn)定水平。
根據(jù)圖1的公知的調(diào)節(jié)閥的需要的改進(jìn)是閥本體7的密封表面面積增加，但是不增加腔3上游的橫截面。因此圖4示出一閥35，其具有一個帶有一相對大的面積的密封表面的閥本體36，或者換句話說其中增加了座37的橫截面，而腔3上游通道的橫截面相對小。所述改進(jìn)引起閥本體36從座37升起，使得壓力調(diào)節(jié)閥打開需要在閥本體上比以前有更大的力。因此，采用同樣的偏置或預(yù)壓彈簧13，腔3中的壓力將落到比以前閥打開之前低的水平。當(dāng)調(diào)節(jié)閥已處于打開位置，閥本體36上下的壓力接近相等。因此向關(guān)閉位置壓閥本體36的力被大大減小。這意味著，只當(dāng)腔3中的壓力升高到座的橫截面被增加之前調(diào)節(jié)閥將要保持的值以后，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉。
如果預(yù)先假定座的橫截面的增加是閥的唯一改進(jìn)，以及想要保持相同的壓力值P1和P2，則彈簧31的預(yù)壓必須增加，并且座37的橫截面必須適合于調(diào)節(jié)閥的供給壓力與所需壓力P1之間的壓差。
權(quán)利要求
1.一種在限定的容積中保持流體壓力，并且同時記錄從該容積中排出的流體量作為泄漏或消耗的結(jié)果的方法，其特征在于該流體從壓力調(diào)節(jié)閥供給，該閥設(shè)置有一裝置，當(dāng)其中的壓力到低于一第一值(P1)時，打開以向該容積供給流體，并且當(dāng)該容積中的壓力達(dá)到一高于第一值(P1)的預(yù)定的第二值(P2)時，切斷流體供給，來自于調(diào)節(jié)閥的一壓力脈沖被記錄，并且傳送壓力脈沖的頻率被監(jiān)測，并且用作發(fā)生流體泄漏和/或消耗的測量。
2.一種調(diào)節(jié)閥，用于在限定的容積中保持壓力，并且同時記錄從該容積中排出的流體量作為泄漏或消耗的結(jié)果，該閥(20，35)包括一個閥殼體(20)，具有一第一腔(3)構(gòu)成所述容積，并與閥出口(4)連通，和一個活塞(5)設(shè)置在腔(3)中，受到一偏置彈簧(13)和一參考壓力在第一方向的作用，該活塞經(jīng)一操作桿(6)與閥本體(7)合作，用于打開和關(guān)閉位于閥入口(9)與腔(3)的上游端之間的通道(8)，閥本體(7)向著關(guān)閉位置在與活塞(5)相反的方向上被彈簧加載，使得當(dāng)活塞在腔(3)中的第一壓力(P1)下的平衡位置時，閥關(guān)閉，只當(dāng)腔(3)中的壓力降低到第一壓力(P1)以下時打開，其特征在于，閥(20，35)設(shè)置有一裝置，只在第一腔(3)中為實(shí)質(zhì)上高于第一壓力(P1)的第二壓力(P2)時，引起閥本體(7)移動到該通道(8)的該關(guān)閉位置，使得在閥每次打開以后，在閥出口(4)出現(xiàn)一不同的壓力脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種調(diào)節(jié)閥，其特征在于所述裝置設(shè)置成利用上游流體壓力，在所述第一方向在活塞(5)上施加一個增加的向上的力，使得在第一腔(3)中的壓力降低到低于第一壓力(P1)時，在活塞(5)再回到平衡位置以及閥(20)關(guān)閉以前，必須增加到一實(shí)質(zhì)上較高的第二壓力(P2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種調(diào)節(jié)閥，其特征在于所述裝置包括一本體(21)，其在第一腔(3)的上游端固定到閥的殼體(2)，本體(21)包括一通常關(guān)閉的第二腔(22)，其經(jīng)閥本體(7)與閥入口(9)連通，一裝置(25，26，27)，依賴于第二腔(22)中的壓力，通過起動該裝置，在預(yù)壓彈簧(23)的力的作用下，提供第二腔(22)與第一腔(3)之間的流體連通，一個元件(24)，通過起動連接裝置(25，26，27)，從彈簧(23)向活塞(5)傳遞力，使得閥(20)只在第二腔(22)中的壓力增加到由彈簧(23)的偏置力決定的引起所述起動的所述第二壓力(P2)時關(guān)閉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一種調(diào)節(jié)閥，其特征在于所述產(chǎn)生連接的裝置包括一個套筒(25)，其可滑動地安裝在本體(21)的一導(dǎo)向部分，一個環(huán)形密封元件(26)與套筒(25)上的一周邊密封法蘭(27)合作，并且受彈簧(23)向著關(guān)閉位置的作用，力的傳送元件(24)包括一蓋狀本體，其固定在活塞(5)上，并且具有一個底部(28)，通過連接裝置(25，26，27)的所述起動，形成一個用于套筒(25)和彈簧(23)的抵靠表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的一種調(diào)節(jié)閥，其特征在于所述閥本體(36)具有一相對大的面積，而閥本體(36)下游所述通道的橫截面相對較小，并且活塞(5)的偏置彈簧(31)的偏置力被選擇，使得閥(35)在所需的第一和第二壓力值(P1，P2)時關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求2-6中任一項(xiàng)的一種調(diào)節(jié)閥，其特征在于所述閥出口(4)連接到相對大的彈性緩沖容積，在每次閥(20，35)打開時，該容積被供給有給定的流體量，由于閥的起動頻率降低，使得流體的消耗能夠同時被測量。
全文摘要
一種在限定的容積(3)中保持流體壓力，并且同時記錄從該容積中排出的流體量作為泄漏或消耗的結(jié)果的方法和一種調(diào)節(jié)閥。該流體從壓力調(diào)節(jié)閥(20)供給，該閥(20)設(shè)置有一裝置(5－7，22－26)，當(dāng)其中的壓力到低于一第一值(P1)時，打開以向該容積(3)供給流體，并且當(dāng)該容積(3)中的壓力達(dá)到一高于第一值(P1)的預(yù)定的第二值(P2)時，切斷流體供給。因此，在調(diào)節(jié)閥(20)每次打開以后，在閥出口出現(xiàn)一不同的壓力脈沖。此壓力增加作為壓力脈沖被記錄，并且傳送壓力脈沖的頻率被監(jiān)測，并且用作發(fā)生所述被供給流體泄漏和/或消耗的測量。
文檔編號G01M3/32GK1433515SQ01810744
公開日2003年7月30日 申請日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月5日
發(fā)明者尼爾斯·T·奧特斯塔 申請人:法默工程公司