用于電氣組件的壓力抵抗殼的制作方法
【專(zhuān)利摘要】用于電氣組件的壓力抵抗殼。一種用于電氣組件的壓力抵抗殼被提供。所述壓力抵抗殼適于在海底應(yīng)用中使用。陶瓷殼本體收容所述電氣組件。所述陶瓷殼本體具有第一開(kāi)口和第二開(kāi)口,所述第一開(kāi)口和第二開(kāi)口分別由第一金屬蓋和第二金屬蓋來(lái)閉合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于電氣組件的壓力抵抗殼
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電氣組件的壓力抵抗殼,尤其熔絲或熔絲元件。其進(jìn)一步涉及海底電氣組件和海底熔絲。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)上,在近海石油和天然氣生產(chǎn)中使用石油平臺(tái)。在近海石油平臺(tái)的操作中,可能需要安裝水下電子儀器(例如)用于海底采油樹(shù)或者海底爆裂防止器的控制功能。更近以來(lái),將處理設(shè)施重新安置到洋底。例如,海底裝置可以包括處理設(shè)備,諸如電力驅(qū)動(dòng)的泵、壓縮機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備以及類(lèi)似物。海底處理設(shè)施可以包括電力網(wǎng)以及控制、監(jiān)控、和通信系統(tǒng)。需要確保所安裝的設(shè)備即使在傳開(kāi)于高達(dá)1000、2000或者甚至3000米水深處的高壓下也可靠地工作,其中,海底裝置可以位于該水深處。
[0003]海底裝置的設(shè)備可以包括放置在允許使用標(biāo)準(zhǔn)組件的耐壓罐中的組件,諸如泵和電子儀器。采用這樣的配置的問(wèn)題在于罐需要具有相當(dāng)?shù)谋诤瘢瑥亩謸踝「邏?。進(jìn)一步,由于罐的內(nèi)部和外部之間的大的壓力差,向罐內(nèi)部的組件的電連接難于實(shí)現(xiàn)。改進(jìn)通過(guò)利用加壓外殼而獲得,其中,例如,通過(guò)使用液體填充罐和提供壓力補(bǔ)償器,內(nèi)部壓力與外部壓力匹配。盡管這樣的配置解決了所需要的罐壁厚和高壓力差的問(wèn)題,但是,這樣的系統(tǒng)限制了標(biāo)準(zhǔn)組件的使用。特別地,眾多常規(guī)的電氣組件不適于在高達(dá)300巴的壓力下運(yùn)行。結(jié)果,需要開(kāi)發(fā)新的方案,其是成本和勞動(dòng)力密集的。
[0004]期望的是,在加壓的海底應(yīng)用中能夠使用某些標(biāo)準(zhǔn)電氣組件,并且避免開(kāi)發(fā)海底適用組件的成本和努力。由于以上原因,還期望的是,避免使用耐壓罐以用于提供大氣環(huán)境,因?yàn)檫@樣的罐是重的并且在生產(chǎn)上昂貴。由于他們的體積和重量,用于這樣的罐的運(yùn)輸和安裝成本同樣是過(guò)多的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]因此,存在對(duì)提高海底應(yīng)用中的電氣組件的可用性的需求,并且尤其存在對(duì)改進(jìn)壓力抵抗外罩的需求。
[0006]這種需求通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征滿(mǎn)足。獨(dú)立權(quán)利要求描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0007]實(shí)施例提供了壓力抵抗殼,其用于電氣組件,尤其是熔絲或熔絲元件,壓力抵抗殼適于在海底應(yīng)用中使用。壓力抵抗殼包括陶瓷殼本體,其用于收容電氣組件,陶瓷殼本體具有第一開(kāi)口和第二開(kāi)口。用于閉合陶瓷殼本體中的第一開(kāi)口的第一金屬蓋被提供,第一金屬蓋在第一開(kāi)口處與陶瓷殼本體形成不透流體密封。另外,用于閉合陶瓷殼本體中的第二開(kāi)口的第二金屬蓋被提供,第二金屬蓋在第二開(kāi)口處與陶瓷殼本體形成不透流體密封。陶瓷殼本體提供第一金屬蓋和第二金屬蓋之間的電氣絕緣,其中,每個(gè)金屬蓋提供電氣連接,用于電氣接觸在壓力抵抗殼內(nèi)的電氣組件。壓力抵抗殼適于安裝在海底應(yīng)用中,其中,在壓力抵抗殼外的外界壓力比在壓力抵抗殼內(nèi)的內(nèi)部壓力高。壓力抵抗殼適于將預(yù)限定的內(nèi)部壓力維持成在內(nèi)部壓力和外界壓力之間高達(dá)至少10巴的壓力差。[0008]尤其地,壓力抵抗殼可以配置成具有預(yù)限定的內(nèi)部壓力,所述預(yù)限定的內(nèi)部壓力在約I巴和約5巴之間的范圍中,所述壓力抵抗殼并且配置成將所述預(yù)限定的內(nèi)部壓力維持成在內(nèi)部壓力和外界壓力之間高達(dá)至少10巴的壓力差。外界壓力可以例如是當(dāng)海底應(yīng)用安裝在海底(在洋底處)時(shí),傳開(kāi)于海底應(yīng)用(或設(shè)備)的壓力補(bǔ)償外罩內(nèi)的壓力。壓力補(bǔ)償外罩意味著外罩內(nèi)的壓力基本上等于外罩外的壓力,即外罩內(nèi)的壓力被平衡到周?chē)K械膲毫?。?dāng)暴露于在10巴到約100巴、200巴或甚至300巴的范圍內(nèi)的外界壓力時(shí),壓力抵抗殼可以例如配置成維持預(yù)限定的內(nèi)部壓力。
[0009]利用陶瓷殼本體可以具有優(yōu)點(diǎn):好的電氣絕緣能夠提供在第一和第二金屬蓋之間,而同時(shí),陶瓷的殼本體的大小和重量能夠保持為小。
[0010]尤其地,陶瓷材料能夠能夠以重量比金屬外罩顯著少地展示出好的壓力抵抗性。電氣組件(其不能暴露于高壓力)能夠安裝在殼中并且殼能夠安裝在海底應(yīng)用中,因?yàn)槠涫蔷o湊的并且僅需要小的空間量。海底應(yīng)用自身可以因而被壓力補(bǔ)償,這導(dǎo)致海底應(yīng)用整體上緊湊的大小。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的電氣組件可以被使用,專(zhuān)門(mén)的海底適用的電氣組件的研發(fā)能夠被避免,這減少了所需要的研發(fā)努力和成本。因?yàn)榻饘偕w可以被用于接觸電氣組件,根據(jù)在高壓力差下使用這樣的連接器的密封問(wèn)題,通過(guò)連接器的供給由此可以不做要求。
[0011]在實(shí)施例中,不透流體密封可以是金屬密封,尤其通過(guò)焊接或釬焊(銅焊)形成的金屬密封。不透流體密封能夠防止外部媒介的侵入,諸如電介質(zhì)流體,海底應(yīng)用的壓力補(bǔ)償殼能夠使用所述電介質(zhì)流體填充。海底應(yīng)用可以例如是變壓器,尤其用于輔助電源、海底開(kāi)關(guān)設(shè)備、海底可變速度驅(qū)動(dòng)或類(lèi)似物的變壓器。由于所述壓力抵抗性,預(yù)限定的內(nèi)部壓力能夠維持甚至高達(dá)更大的水深度。預(yù)限定的內(nèi)部壓力可以例如是在I和5巴之間的范圍中的壓力,其可以接近大氣壓力,例如在I和1.5巴之間。標(biāo)準(zhǔn)電氣組件的使用能夠因而允許。
[0012]在實(shí)施例中,陶瓷熔絲本體是圓柱形陶瓷管,第一和第二開(kāi)口在陶瓷管的相對(duì)的第一和第二端處敞開(kāi)。通過(guò)使用這樣的形狀以用于壓力抵抗殼,能夠達(dá)到良好的壓力抵抗性,而同時(shí),有助于壓力抵抗殼的組裝。尤其地,將電氣組件插入到壓力抵抗殼中以及電氣組件電氣接觸能夠使用這樣的配置以徑直向前的方式執(zhí)行。
[0013]陶瓷殼本體中的第一和第二開(kāi)口的邊緣可以被金屬化。尤其地,繞每個(gè)開(kāi)口的連續(xù)的連續(xù)圓周區(qū)域能夠被金屬化。尤其地,陶瓷殼本體可以包括金屬覆層。金屬化的區(qū)域可以通過(guò)如下應(yīng)用形成:將難熔金屬涂到陶瓷表面上并且燒結(jié)陶瓷殼本體以將難熔金屬層結(jié)合到陶瓷體中。金屬覆層可以之后被應(yīng)用到燒結(jié)的金屬層(例如通過(guò)鍍鎳)。
[0014]在實(shí)施例中,陶瓷殼本體上的金屬化的區(qū)域可以通過(guò)在這些區(qū)域處將金屬層釬焊到陶瓷殼本體上形成。陶瓷殼本體可以因而包括在第一和第二開(kāi)口的每一個(gè)處的釬焊結(jié)
口 ο
[0015]通過(guò)在第一和第二開(kāi)口的邊緣處提供金屬化,密封結(jié)合能夠形成,所述密封結(jié)合對(duì)于重復(fù)加熱循環(huán)可以保持這樣。這允許將相應(yīng)的金屬蓋結(jié)合到相應(yīng)的開(kāi)口的邊緣并形成不透流體密封,其能夠抵擋住高壓力差。
[0016]在實(shí)施例中,圓柱形陶瓷管的第一或第二端中的至少一個(gè)的端面被金屬化,優(yōu)選地圓柱形陶瓷管的第一或第二端中的兩者的端面都被金屬化,金屬化的端面提供金屬化的環(huán)面,所述金屬化的環(huán)面鄰接相應(yīng)的第一或第二金屬蓋。金屬化當(dāng)然可以延伸到其他區(qū)域,例如延伸到圓柱形陶瓷管的外壁。由于金屬蓋鄰接金屬化的環(huán)面,金屬密封能夠形成在陶瓷殼本體和相應(yīng)的金屬蓋之間,例如通過(guò)將相應(yīng)的金屬蓋焊接或釬焊到金屬化的環(huán)面。
[0017]不透流體密封中的至少一個(gè)特別地借助將相應(yīng)的金屬蓋釬焊到相應(yīng)開(kāi)口的金屬化的邊緣而通過(guò)焊接形成,優(yōu)選地不透流體密封中的兩者都特別地借助將相應(yīng)的金屬蓋釬焊到相應(yīng)開(kāi)口的金屬化的邊緣而通過(guò)焊接形成。焊接或釬焊能夠形成金屬密封,所述金屬密封能夠抵擋住外部壓力和壓力抵抗殼內(nèi)的壓力之間的大的壓力差。壓力抵抗殼可以適于將預(yù)限定的內(nèi)部壓力維持成高達(dá)至少100、200或甚至300巴的壓力差。如上所述,預(yù)限定的內(nèi)部壓力可以在I和5巴之間的范圍中,其可以接近一個(gè)大氣壓。優(yōu)選地,壓力抵抗殼適于將預(yù)限定的內(nèi)部壓力維持成在約I到約200巴的范圍內(nèi)的壓力差。
[0018]在另外的實(shí)施例中,不透流體密封中的至少一個(gè)可由在相應(yīng)的第一或第二金屬蓋和陶瓷殼本體之間的螺紋連接或螺旋連接形成。這樣的配置可以進(jìn)一步有助于壓力抵抗殼的組裝。作為示例,螺紋可以被提供在蓋中并且第二匹配螺紋可以被提供在相應(yīng)的開(kāi)口處的陶瓷殼本體的邊緣處。陶瓷殼本體處的螺紋可以是陶瓷螺紋,或其可以是例如通過(guò)以上所述的過(guò)程(尤其通過(guò)在殼邊緣上提供金屬化的層并且將螺紋釬焊或焊接到其中)固定到開(kāi)口的邊緣的金屬螺紋。
[0019]在另外的實(shí)施例中,不透流體密封可以通過(guò)陶瓷殼本體和相應(yīng)的金屬蓋之間的密封墊形成。金屬蓋可以通過(guò)金屬法蘭固定到陶瓷殼本體。金屬蓋和陶瓷殼本體的相應(yīng)的端中的每一個(gè)可以提供有法蘭,并且兩個(gè)法蘭都可以通過(guò)緊固構(gòu)件朝彼此緊固,所述緊固構(gòu)件諸如螺絲、螺栓和螺母、鉗、鉚釘或類(lèi)似物。金屬法蘭可以以任意以上描述的方式固定到陶瓷殼本體,例如通過(guò)釬焊。
[0020]壓力抵抗殼在實(shí)施例中可以包括支承元件,所述支承元件安置在陶瓷殼本體中并且適于支承陶瓷殼本體中的電氣組件。特別地,其可以提供在電氣組件和陶瓷殼本體之間的間隔。借由支承元件,電氣組件可以被保護(hù)免受震動(dòng)或免受振動(dòng)。
[0021]第一和第二金屬蓋中的至少一個(gè)可以包括在相應(yīng)的金屬蓋的側(cè)部上的連接元件,所述連接元件面向壓力抵抗殼的內(nèi)部。連接元件可以提供與電氣組件的電氣接觸。連接元件可以從一種組中選擇,所述一種組包括:螺旋連接、夾緊元件、以及壓入式連接器。作為示例,螺旋連接可以包括金屬蓋中的凹部,所述凹部具有內(nèi)螺紋,電氣元件旋入到所述凹部中。壓入式連接器可以包括在相應(yīng)的金屬蓋中的凹部,和柔性接觸彈簧,電氣組件被推入到凹部中以用于獲得電氣接觸。
[0022]壓力抵抗殼可以至少部分地以氮?dú)狻?br>
SFs (六氟化硫)、沙子、硅膠或電介質(zhì)液來(lái)填充,或壓力抵抗殼可以以這些的組合來(lái)填充。電
氣組件和壓力抵抗殼之間的電氣絕緣可以因而被改進(jìn)。此外,電氣組件可以被冷卻(例如通過(guò)借由沙子、硅膠或電介質(zhì)液而將熱量從電氣組件傳輸?shù)綁毫Φ挚箽さ谋?。此外,如果熔絲或熔絲元件安裝在壓力抵抗殼中,填充到壓力抵抗殼中的介質(zhì)可以在熔絲被觸發(fā)時(shí)防止電弧或可以加快滅弧。此外,通過(guò)提供對(duì)熔絲或熔絲元件的冷卻,熔絲觸發(fā)處的電流可以增加。
[0023]在實(shí)施例中,第一或第二金屬蓋中的至少一個(gè)包括測(cè)試端口,所述測(cè)試端口適于允許將氣體輸入到壓力抵抗殼中。測(cè)試端口可以是金屬蓋中的通孔并且可以例如用于測(cè)試不透流體密封的質(zhì)量。作為示例,借由測(cè)試端口,諸如是氦氣的氣體可以被填充到殼的內(nèi)部,并且檢測(cè)壓力抵抗殼的外側(cè)的氣體可以用于針對(duì)泄漏而測(cè)試壓力抵抗殼。
[0024]用于制作陶瓷殼本體的陶瓷材料可以例如是氧化鋁、氧化鋯或類(lèi)似物。
[0025]本發(fā)明的另外的實(shí)施例提供海底電氣組件以用于海底應(yīng)用,其包括:任意以上所描述配置的壓力抵抗殼;以及電氣組件,其安置在壓力抵抗殼中。
[0026]安置在壓力抵抗殼中的電氣組件可以從一種組中選擇,所述一種組包括:熔絲,尤其低或中電壓熔絲、熔絲元件,尤其低或中電壓熔絲元件、以及電涌放電器。應(yīng)該清楚,其他電氣組件也可以被安置在壓力抵抗殼中,諸如電氣電路(包括半導(dǎo)體元件或類(lèi)似物)。
[0027]電氣組件可以具有兩個(gè)電氣端子,一個(gè)電氣端子連接到第一金屬蓋并且另一電氣端子連接到第二金屬蓋。因此,能夠有助于電氣組件的接觸,因?yàn)槊恳粋€(gè)金屬蓋可以充當(dāng)用于電氣組件的端子。
[0028]電氣組件的電氣端子可以借由柔性連接條、金屬帶或壓入式連接器來(lái)連接到第一或第二金屬蓋。因而可以有助于壓力抵抗殼內(nèi)的電氣組件的安裝和蓋的閉合,同時(shí)能夠確保與蓋(其剛剛被閉合)的良好電氣接觸。
[0029]作為示例,金屬帶可以被旋到熔絲的端子上并到金屬蓋上。由于金屬帶的長(zhǎng)度,電氣組件能夠被插入到壓力抵抗殼中并且能夠開(kāi)始與第二蓋接觸,所述第二蓋已經(jīng)安裝到陶瓷殼本體。金屬帶之后能夠被折疊起來(lái)并且另一金屬蓋能夠閉合并安裝到陶瓷殼本體(例如通過(guò)將其釬焊或焊接到金屬化的層)。
[0030]另一金屬蓋可以借由螺紋連接、夾緊元件、壓入式連接器或其他裝置連接到電氣組件,如上所述。
[0031]同樣,海底電氣組件的壓力抵抗殼可以至少部分地以氮?dú)?、SF6、硅膠或電介質(zhì)液、或其組合來(lái)填充。
[0032]另外的實(shí)施例提供了用于海底應(yīng)用的海底熔絲,其包括根據(jù)任意以上概述配置的壓力抵抗殼和安置在壓力抵抗殼中的熔絲元件或熔絲形式的電氣組件。熔絲元件的熔絲具有兩個(gè)電氣端子,所述兩個(gè)電氣端子中的一個(gè)電氣連接到第一金屬蓋并且所述兩個(gè)電氣端子中的另一個(gè)電氣連接到第二金屬蓋。在實(shí)施例中,海底熔絲可以是低或中電壓海底熔絲(即具有安置在壓力抵抗殼中的低或中電壓熔絲或熔絲元件)。同樣,如上所概述的,海底熔
絲的壓力抵抗殼可以以氮?dú)?、SFs、沙子、硅膠或電介質(zhì)液填充。
[0033]以上描述的本發(fā)明的實(shí)施例的特征以及還沒(méi)有解釋的以下的那些特征能夠互相組合,除非指示相反。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0034]本發(fā)明的之前的和其他的特征以及優(yōu)點(diǎn)結(jié)合附圖根據(jù)下面的具體描述將變得更加明顯。在附圖中,相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。
[0035]圖1是示意圖,其示出了海底電氣組件的截面?zhèn)纫晥D,所述海底電氣組件具有根據(jù)本發(fā)明的壓力抵抗殼。
[0036]圖2是根據(jù)實(shí)施例的海底電氣組件的部分截面?zhèn)纫晥D的示意圖,其圖示了將電氣組件安裝到金屬蓋的可能性。[0037]圖3是示意圖,其示出了根據(jù)另外的實(shí)施例的海底電氣組件的截面?zhèn)纫晥D。【具體實(shí)施方式】
[0038]在下面,在所附附圖中圖示的實(shí)施例更具體地被描述。應(yīng)該清楚,下面的描述僅是說(shuō)明性的并且是非限制性的。附圖僅是示意表示,并且附圖中的元件不必然互相成比例。
[0039]圖1示意性地示出了海底電氣組件10,所述海底電氣組件10包括壓力抵抗殼11和安置在壓力抵抗殼11內(nèi)的電氣組件12。海底電氣組件12能夠安裝在具有壓力補(bǔ)償外罩的海底應(yīng)用中,諸如變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備、海底可變速度驅(qū)動(dòng)、或類(lèi)似物。壓力補(bǔ)償意味著這樣的海底應(yīng)用的外罩以電介質(zhì)液來(lái)填充,并且這樣的海底應(yīng)用的外罩被提供有壓力(或體積)補(bǔ)償器,借由此,周?chē)K耐獠繅毫碗娊橘|(zhì)液的內(nèi)部壓力之間的壓力平衡被完成。如果在這樣的海底應(yīng)用中安裝并且位于洋底,基本上等于洋底處的水壓力的壓力作用在海底電氣組件10上。由于殼11是抗壓力的,其能夠維持預(yù)限定的內(nèi)部壓力,例如接近一個(gè)大氣壓的壓力(諸如1.5巴)。因此,適于在大氣壓力處運(yùn)行的電氣組件12能夠安裝在壓力抵抗殼11中并且因而能夠用在海底應(yīng)用中。
[0040]壓力抵抗殼11包括陶瓷殼本體20,所述陶瓷殼本體20在圖1的示例中具有圓柱形。注意的是,在其他實(shí)施例中,陶瓷殼本體20的形狀可以不同,其可以具有帶兩個(gè)開(kāi)放面的長(zhǎng)方體形,或類(lèi)似形狀。使用陶瓷殼本體具有優(yōu)點(diǎn):陶瓷材料是非常有壓力抵抗性的并且具有極好的電氣絕緣性能。提供良好的壓力抵抗性和良好的隔離性能的任意陶瓷材料(諸如氧化鋁、氧化鋯、或類(lèi)似物)可以用于形成陶瓷殼本體。
[0041]在圖1的實(shí)施例中,壓力抵抗殼11包括第一金屬蓋31和第二金屬蓋32,所述第一金屬蓋31和第二金屬蓋32閉合圓柱形陶瓷殼本體20的兩端處的開(kāi)口。金屬蓋31和32被焊接到(尤其被釬焊到)陶瓷殼本體20的相應(yīng)的開(kāi)口的邊緣處。
[0042]為此目的,陶瓷殼本體中的第一和第二開(kāi)口的邊緣被金屬化。在圖1中,上部開(kāi)口的邊緣處的金屬層21和下部開(kāi)口的邊緣處的金屬層22被提供在陶瓷殼本體20上。
[0043]在圖1中,相應(yīng)的開(kāi)口的邊緣是環(huán)形平面,陶瓷殼本體20在所述環(huán)形平面處終結(jié)。這種環(huán)形平面至少部分地覆蓋有圓周連續(xù)的金屬化層。如圖1中所圖示的,金屬化層21和22而且可以從端面延伸到陶瓷殼本體20的側(cè)壁。這可以有助于將相應(yīng)的蓋焊接或釬焊到金屬層,所述金屬層覆蓋陶瓷殼本體20的邊緣。
[0044]陶瓷殼本體20上的金屬化的層21和22可以以不同的方式形成。相應(yīng)的金屬化的層可以被釬焊到陶瓷材料上。作為示例,可以通過(guò)應(yīng)用moli —錳混合物到陶瓷殼本體20并且在高溫下燒結(jié)陶瓷殼本體20而執(zhí)行moli —錳金屬化。按這種方式浸透的區(qū)域之后可以鍍鎳。這樣,可以得到潤(rùn)界面,其能夠有助于將相應(yīng)的金屬蓋焊接到陶瓷殼本體20的金屬化的邊緣。另一可能性是在陶瓷殼本體20的邊緣上沉積金屬或金屬合金。使用陰極弧離子源,鈦可以例如沉積在陶瓷材料上。這些和其他技術(shù)可以被使用,從而在陶瓷殼本體20上提供金屬化的層21、22。
[0045]壓力抵抗殼11包括在相應(yīng)的金屬蓋31、32和陶瓷殼本體20之間的不透流體密封41、42。不透流體密封41、42通過(guò)將相應(yīng)的金屬蓋31、32焊接(尤其釬焊)到對(duì)應(yīng)的金屬化的層21、22來(lái)形成。釬焊操作形成金屬的不透流體密封41、42。這導(dǎo)致蓋31、32固定到陶瓷殼本體20,以及能夠抵擋住相當(dāng)大的壓力差的密封。由于金屬化的層21、22在圓周方向是連續(xù)的,當(dāng)兩個(gè)蓋31、32都被釬焊到陶瓷殼本體20時(shí),圓柱形殼完全密封。
[0046]如上所提及的,壓力抵抗殼11內(nèi)的壓力可以在I和5巴(例如接近1.5巴)之間的范圍中調(diào)整。當(dāng)安裝在壓力補(bǔ)償?shù)暮5讘?yīng)用內(nèi)并且部署在海底裝置中時(shí),圍繞壓力抵抗殼11的外界壓力和壓力抵抗殼11內(nèi)的內(nèi)部壓力之間的壓力差將發(fā)生。海底裝置可以位于如下深度處:所述深度高達(dá)海平面以下1000、2000、或甚至3000米,例如在1000和3000米水深的范圍中。例如,在3000米深度處,圍繞海底應(yīng)用的海水中的壓力約為300巴,這導(dǎo)致約300巴的圍繞壓力抵抗殼11的對(duì)應(yīng)的外界壓力。外界壓力和內(nèi)部壓力之間的壓力差因而也接近300巴。不透流體金屬密封41和42允許壓力抵抗殼11抵擋住這樣高的壓力差,并且允許壓力抵抗殼11即使在這樣的安裝深度處維持預(yù)限定的內(nèi)部壓力。取決于金屬化的層21、22的類(lèi)型和質(zhì)量以及用其形成的不透流體金屬密封41、42的類(lèi)型和質(zhì)量,壓力抵抗殼11能夠適于抵擋住在I和100巴、I和200巴、或者甚至I和300巴之間的范圍中的壓力差。電氣組件12因而能夠在接近大氣壓力處運(yùn)行,即使海底電氣組件10在以上所提及的水深處安裝在加壓環(huán)境中。
[0047]金屬蓋31和32可以進(jìn)一步適于提供與電氣組件12的電氣連接。電氣組件12具有電氣端子13和14,以用于電氣組件的電氣接觸。在圖1的示例中,電氣端子14使用螺紋栓37借由螺紋連接機(jī)械地固定并且電氣連接到金屬蓋32。電氣端子13另一方面借由金屬帶35連接到第一金屬蓋31。金屬帶35通過(guò)第一螺栓34附連到金屬蓋31并且借由第二螺栓36附連到電氣端子13。
[0048]在圖1的實(shí)施例中,金屬蓋31和32電氣連接到電氣組件12并且因而他們自身充當(dāng)用于海底電氣組件10的電氣端子。到海底應(yīng)用的連接能夠通過(guò)連接元件33和38來(lái)提供,海底電氣組件10安裝在所述海底應(yīng)用中,所述連接在圖1的示例中實(shí)施為螺旋連接。應(yīng)該清楚,連接元件33和38可以以不同方式實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闅け倔w20由陶瓷材料制成,良好的電氣絕緣被提供在兩個(gè)金屬蓋31和32之間,充當(dāng)電氣端子。壓力抵抗殼11的簡(jiǎn)單和有效的配置因而能夠達(dá)到。
[0049]在其他實(shí)施例中,還可以想到,例如通過(guò)提供穿透器或通過(guò)在相應(yīng)的金屬蓋中的連接器(其供給穿過(guò)金屬蓋的導(dǎo)體而不電氣接觸金屬蓋)來(lái)不將金屬蓋31、32電氣連接到電氣組件12。這樣,電氣組件12的電氣絕緣可以被改進(jìn),盡管金屬蓋31、32的設(shè)計(jì)將更復(fù)雜。
[0050]圖1示處了組裝狀態(tài)中的壓力抵抗殼11,其中,金屬帶35如示意性圖示的被折疊起來(lái)。因此,在組裝期間,當(dāng)金屬蓋31還沒(méi)有閉合時(shí),金屬帶35能夠被附著到電氣組件12的上部端子13并且附著到金屬蓋31。這樣的配置給出在蓋被安裝之前連接螺栓的入口。因而有助于組裝。
[0051]提供在電氣組件12的端子和金屬蓋31、32之間的電氣連接的其他可能性當(dāng)然可以被想到并且可以用在海底電氣組件10中。示例是如圖2中所圖示的壓入式連接器。壓入式連接器包括相應(yīng)的金屬蓋(在圖2的示例中為金屬蓋31)中的凹部。柔性接觸彈簧50被提供在凹部中。為了電氣接觸電氣組件12的端子13并為了提供機(jī)械安裝,端子13被壓入金屬蓋31的凹部中,其中,所述端子13通過(guò)柔性彈簧50來(lái)保持和電氣接觸。柔性彈簧50可以在電氣組件12的縱向方向上施加力到端子13,這確保良好的電氣接觸并將電氣組件12固定在位。在其他配置中,柔性彈簧50可以在朝向電氣端子13的中央的徑向方向上施加力,其類(lèi)似地確保了良好的電氣接觸并且將電氣組件12固定在位。[0052]用于提供與電氣組件12的電氣連接的其他連接元件也可以被使用,諸如夾緊元件或類(lèi)似物。壓入式連接器具有優(yōu)點(diǎn):電氣組件12能夠容易地被安裝并且連接器能夠被用在金屬蓋31、32兩者中,因?yàn)殡姎饨M件12在閉合金屬蓋時(shí)將自動(dòng)地被接觸和保持在位。
[0053]可選地,支承元件25能夠被提供在壓力抵抗殼11內(nèi)以用于支承電氣組件12。在圖1的示例中,支承元件25具有環(huán)形盤(pán)的形狀,這將電氣組件12固定在其位置中,因而確保電氣組件12和壓力抵抗殼11的側(cè)壁之間的間隔。
[0054]壓力抵抗殼11能夠至少部分地以介質(zhì)23來(lái)填充。介質(zhì)可以例如是沙子、硅膠、電介質(zhì)液、或其他材料。尤其地,電氣組件12和陶瓷殼本體20之間的間隔能夠以所述介質(zhì)來(lái)填充。所述介質(zhì)可以提供更佳的熱傳導(dǎo),因而冷卻電氣組件12。此外,例如如果電氣組件12被實(shí)施為熔絲或熔絲元件,其可以減少或防止電弧。
[0055]壓力抵抗殼11可以全部地或部分地以介質(zhì)23來(lái)填充。在其他實(shí)施例中,其可以全部地或部分地以氣體來(lái)填充(尤其以氮?dú)狻F6、空氣、或類(lèi)似氣體)。
[0056]在圖1的實(shí)施例中,壓力抵抗殼11部分地以氣體來(lái)填充和以介質(zhì)23來(lái)填充。支承元件25提供將壓力抵抗殼11分離成兩個(gè)隔間,其中的一個(gè)以介質(zhì)23來(lái)填充并且其中的另一個(gè)以氣體來(lái)填充。尤其地,分隔空間包括電氣組件12的主要本體(或主要部分),所述分隔空間以介質(zhì)23來(lái)填充。氣體填充的分隔空間能夠確保內(nèi)部壓力維持幾乎恒定,并且所述介質(zhì)填充的分隔空間能夠確保電氣組件12的冷卻和電氣隔離。
[0057]在海底電氣組件10的組裝之后,能夠測(cè)試金屬密封41、42的緊密性。為此目的,金屬蓋31包括測(cè)試端口 39。測(cè)試端口包括經(jīng)由蓋31到達(dá)壓力抵抗殼11的內(nèi)部中的通道。借由測(cè)試端口,氣體(諸如氦氣)可以被注入到壓力抵抗殼11中。為了檢查密封41和42的緊密性,從壓力抵抗殼11泄漏的氦氣能夠以適當(dāng)?shù)难b置被檢測(cè)。如果無(wú)氦氣泄漏被檢測(cè)
至IJ,壓力抵抗殼能夠部分地或全部地以另外氣體(諸如以上所提及的氮?dú)?、SFe、或空氣)來(lái)
填充,并且測(cè)試端口能夠例如以如圖1中所圖示的螺栓來(lái)閉合。注意的是,測(cè)試端口是可選的。
[0058]電氣組件12可以是簡(jiǎn)單的組件(諸如熔絲或熔絲元件),或者其可以是包括電氣電路或類(lèi)似物的更復(fù)雜的組件。電涌放電器可以例如被安裝在壓力抵抗殼11的內(nèi)部,以用于防止海底應(yīng)用中過(guò)量的電流。需要在接近大氣壓力處運(yùn)行的任意類(lèi)型的電氣組件能夠從壓力抵抗殼11受益。壓力抵抗殼11因而允許在海底應(yīng)用中使用寬泛范圍的標(biāo)準(zhǔn)電氣組件。
[0059]圖3示出了圖1的海底電氣組件10的修改,并且因此,以上關(guān)于圖1給出的解釋對(duì)應(yīng)地應(yīng)用到圖3的海底電氣組件10。在圖3的示例中,電氣組件12是熔絲元件。壓力抵抗殼11因而可以以在熔絲殼中通常使用的材料(諸如沙子)來(lái)填充。因此,必要地,圖3的海底應(yīng)用組件10是海底熔絲,所述海底熔絲能夠用在高壓環(huán)境中。
[0060]此外,第二金屬蓋32借由螺紋或螺旋連接被固定到陶瓷殼本體20。尤其地,內(nèi)螺紋被提供在金屬蓋32上,并且外螺紋被提供在陶瓷殼本體20的端部。陶瓷殼本體上的外螺紋可以在與以上所描述的過(guò)程相類(lèi)似的過(guò)程中(例如通過(guò)金屬化和釬焊)被提供。其他配置當(dāng)然也是可以想到的。作為示例,陶瓷殼本體20可以包括內(nèi)螺紋,其中金屬蓋32被旋入所述內(nèi)螺紋。金屬蓋31、32和陶瓷殼本體20之間的不透流體密封還可以通過(guò)釬焊來(lái)提供,如關(guān)于圖1所描述的。在圖1中,熔絲元件的電氣端子13、14到相應(yīng)的金屬蓋的連接僅是示意性圖示的。任意以上提及的裝置可以用于這些連接。對(duì)于金屬蓋中的一個(gè),電氣端子可以簡(jiǎn)單地焊接或釬焊到金屬蓋的內(nèi)表面的凸起上,如所說(shuō)明的。另一端子可以通過(guò)接觸元件接觸另一金屬蓋,所述接觸元件有助于壓力抵抗殼的組裝(諸如金屬帶)。
[0061]以上所描述的實(shí)施例的特征能夠被組合。圖1的海底電氣組件10可以例如提供有一個(gè)或兩個(gè)用螺絲固定的蓋子(如圖3中所示),或可以包括作為電氣組件12的熔絲元件。圖3的海底電氣組件10可以提供有兩個(gè)金屬蓋31、32,所述兩個(gè)金屬蓋31、32被焊接或釬焊到陶瓷殼本體20,例如如在圖1中的。金屬蓋和陶瓷殼本體之間的不透流體密封也可以通過(guò)密封墊來(lái)形成,所述密封墊用于每個(gè)實(shí)施例的一個(gè)或兩個(gè)金屬蓋。法蘭可以提供在陶瓷殼本體的相應(yīng)的端處和金屬蓋處,并且法蘭可以例如通過(guò)夾緊元件、螺栓和螺母、鉚釘、或其他緊固裝置來(lái)彼此夾緊。
[0062]總之,緊湊的壓力抵抗殼被提供,其能夠收容電氣組件(諸如標(biāo)準(zhǔn)熔絲)并且其提供甚至在高外部壓力處的不透流體密封。由于緊湊的大小和在高壓力下運(yùn)行的可能性,壓力抵抗殼允許在運(yùn)行于大水深處的海底應(yīng)用中使用標(biāo)準(zhǔn)電氣組件。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力抵抗殼,用于電氣組件(12),特別地用于熔絲或熔絲元件,以允許在海底應(yīng)用中使用電氣組件,壓力抵抗殼(11)包括: -陶瓷殼本體(20),其用于收容電氣組件(12),陶瓷殼本體(20)具有第一開(kāi)口和第二開(kāi)口, -第一金屬蓋(31),其用于閉合陶瓷殼本體(20)中的第一開(kāi)口,第一金屬蓋(31)在第一開(kāi)口處與陶瓷殼本體形成不透流體密封(41 ), -第二金屬蓋(32),其用于閉合陶瓷殼本體(20)中的第二開(kāi)口,第二金屬蓋(32)在第二開(kāi)口處與陶瓷殼本體形成不透流體密封(42 ), 其中,陶瓷殼本體(20)提供在第一金屬蓋(31)和第二金屬蓋(32)之間的電氣絕緣,并且其中,每個(gè)金屬蓋提供電氣連接(34,37),用于電氣接觸在壓力抵抗殼(11)內(nèi)部的電氣組件(12),以及 其中,壓力抵抗殼(11)配置成具有預(yù)限定的內(nèi)部壓力,所述預(yù)限定的內(nèi)部壓力在約I巴和約5巴之間的范圍中,所述壓力抵抗殼(11)并且配置成將所述預(yù)限定的內(nèi)部壓力維持成在內(nèi)部壓力和外界壓力之間高達(dá)至少10巴的壓力差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓力抵抗殼,其中,陶瓷殼本體(20)是圓柱形陶瓷管,第一和第二開(kāi)口在所述陶瓷管的相對(duì)的第一和第二端處敞開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的壓力抵抗殼,其中,陶瓷殼本體(20)中的第一和第二開(kāi)口的邊緣被金屬化。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3的壓力抵抗殼,其中,圓柱形陶瓷管的第一或第二端中的至少一個(gè)的端面被金屬化,優(yōu)選地圓柱形陶瓷管的第一或第二端中的兩者的端面都被金屬化,金屬化的端面提供金屬化的環(huán)面,所述金屬化的環(huán)面鄰接相應(yīng)的第一或第二金屬蓋(31,32)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼,其中,不透流體密封(41,42)中的至少一個(gè)特別地借助將相應(yīng)的金屬蓋(31,32)支撐到相應(yīng)開(kāi)口的金屬化的邊緣而通過(guò)焊接形成,優(yōu)選地不透流體密封(41,42)中的兩者都特別地借助將相應(yīng)的金屬蓋(31,32)支撐到相應(yīng)開(kāi)口的金屬化的邊緣而通過(guò)焊接形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼,其中,不透流體密封(41,42)中的至少一個(gè)由在相應(yīng)的第一或第二金屬蓋(31,32)和陶瓷殼本體(20)之間的螺紋連接(60)或螺旋連接形成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼,還包括支承元件(25),所述支承元件(25)安置在陶瓷殼本體(20)中并且適于支承陶瓷殼本體(20)中的電氣組件(12),特別地,適于提供在電氣組件(12)和陶瓷殼本體(20)之間的間隔。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼,其中,第一或第二金屬蓋(31,32)中的至少一個(gè)包括在相應(yīng)的金屬蓋的側(cè)部上的連接元件,所述連接元件面向壓力抵抗殼(11)的內(nèi)部以用于提供與電氣組件的電氣接觸,連接元件優(yōu)選地從一種組中選擇,所述一種組包括:螺旋連接(34,37)、夾緊元件、以及壓入式連接器(50)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼,其中,壓力抵抗殼(11)以氮?dú)?、SF6、沙子、硅膠或電介質(zhì)液、或這些的組合來(lái)至少部分地填充。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼,其中,第一或第二金屬蓋(31,32)中的至少一個(gè)包括測(cè)試端口(39),所述測(cè)試端口(39)適于允許將氣體輸入到壓力抵抗殼(11)中。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼,其中,壓力抵抗殼(11)配置成:即使包括電氣組件的壓力抵抗殼安裝在海底應(yīng)用中,也允許使用在接近大氣壓力處運(yùn)行的電氣組件(12),所述海底應(yīng)用位于洋底并且具有壓力補(bǔ)償外罩。
12.—種用于海底應(yīng)用的海底電氣組件(10),包括根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼(11)和安置在壓力抵抗殼中的電氣組件(12)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的海底電氣組件,其中,安置在壓力抵抗殼(11)中的電氣組件(12)從包括:熔絲,尤其低或中電壓熔絲、熔絲元件,尤其低或中電壓熔絲元件、以及電涌放電器的一種組中選擇。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的海底電氣組件,其中,電氣組件(12)具有兩個(gè)電氣端子(13,14),一個(gè)電氣端子(13)連接到第一金屬蓋(31)并且另一電氣端子(14)連接到第二金屬蓋(32)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的海底電氣組件,其中,電氣組件(12)的電氣端子(13,14)中的一個(gè)借由柔性連接條、金屬帶(35)或壓入式連接器(50)而連接到第一或第二金屬蓋。
16.一種用于海底應(yīng)用的海底熔絲,包括根據(jù)權(quán)利要求1-11中的任一項(xiàng)所述的壓力抵抗殼(11)和熔絲元件或熔絲形式的電氣組件(12 ),所述電氣組件(12 )設(shè)置在壓力抵抗殼中并且具有兩個(gè)電氣端子(13,14),所述電氣端子中的一個(gè)電氣連接到第一金屬蓋(31)并且另一電氣端子電氣連接到第二金屬蓋(32)。
【文檔編號(hào)】H01H85/165GK103765543SQ201280042558
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月30日
【發(fā)明者】O.博厄 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司