專利名稱：升沉運動補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術領域：
本發(fā)明涉及升沉運動補償領域。尤其是本發(fā)明涉及升沉運動補償裝置，所述升沉運動補償裝置可以包括在升沉補償系統(tǒng)中。
背景技術：
升沉運動補償在許多活動中使用，其中船的升沉運動一主要是通過波浪感生一可能會削弱上述活動。例如，當從浮式鉆井鉆機實施鉆井作業(yè)時，鉆機的升沉被補償，以便得到減小的鉆頭上重量(鉆頭上的向下力)的變化。
升沉補償系統(tǒng)經(jīng)常在船上安裝的載荷裝卸系統(tǒng)、如纜索懸掛的載荷裝卸系統(tǒng)(例如起重機)中應用。在纜索懸掛的載荷裝卸系統(tǒng)中，載荷一般從纜索懸掛，且通常設置絞盤，以便放出或收起纜索。
這種纜索懸掛的栽荷裝卸系統(tǒng)例如應用于將載荷下放到水中(比如驅(qū)動設備)、從水中收回載荷(比如在打撈作業(yè)中)、將載荷放置在海底上(比如底盤)或放到海底設施(防噴器、井口設備)上、或?qū)⑤d荷放置/降低至井眼中(油井裝調(diào)設備、測井工具等)。
升沉補償另外例如應用在船上載荷裝卸系統(tǒng)中，所述裝卸系統(tǒng)用來建造和/或拆除海上結構(將上部結構放置在固定鉆機上)。
另一些具有升沉補償作用的載荷裝卸系統(tǒng)的例子是海底鋪管系統(tǒng)，和用于從地層中取出巖石樣品或科學海底作業(yè)的系統(tǒng)。
在US 65 95 494 (胡西曼(Huisman )專用提升設備)中公開了升沉補償系統(tǒng)。其中在被動式升沉補償系統(tǒng)中安裝了兩個補償裝置。每個補償裝置實施為活塞和缸體組件，所述組件在所述缸體中具有可變體積液壓室。在該現(xiàn)有技術文獻中，可變體積液壓室連接到蓄集部件的液壓室上，上述互連的液壓室裝有液壓流體。蓄集部件具有自由可滑動的分離活塞，所述活塞位于上述液壓室和氣體室之間，氣體室
5又連接到一排高壓氣體儲氣部件上。如該技術中已知的，氣體的壓力可以通過氣壓控制器進行控制，比如設定在所希望的水平處，并且在上述方式中可以控制補償裝置的可變體積液壓室內(nèi)的壓力。
在這個現(xiàn)有技術文獻中，升沉運動補償包括在懸掛纜索的載荷裝卸系統(tǒng)中，且各個補償裝置的活塞都支承活動的或"懸空的"滑輪，所述滑輪以這種方式導引纜索，以使船的升沉運動引起活塞在補償裝置的缸體內(nèi)振動。由此懸掛載荷的纜索的路線伸長和縮短，因此抵消至少一部分升沉運動。
在近海工業(yè)中另一種所用的已知載荷裝卸系統(tǒng)是懸垂吊桿
(nodding boom )系統(tǒng)，其中纜索滑輪安裝在吊桿上，所述吊桿在基底上樞轉(zhuǎn)。吊桿安裝成與船的升沉一起上下運動。補償裝置安裝在基底和吊桿之間，以便保持基本上恒定的纜索張力。
在許多已知應用中，升沉補償(也)用主動式升沉補償系統(tǒng)得到，其中主動式補償裝置的活塞相對于氣缸的振動通過一單元控制，所述單元根據(jù) 一 個或多個輸入信號用受控制的方式將高壓流體(氣體或液壓液)供應到補償裝置內(nèi)的一個或多個可變體積室，上述一個或多個輸入信號通過一個或多個合適的傳感器(例如垂直船運動傳感器(比如加速傳感器)、(纜索)力傳感器、補償裝置活塞位置傳感器等)得到。
另外眾所周知是將被動式和主動式升沉補償系統(tǒng)結合。
例如，在近海鉆井作業(yè)中，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，目前可用的升沉補償系統(tǒng)
不能令人滿意。例如，在鉆柱的下端處的升沉運動仍然使它不能使用
復雜的鉆井工具，比如定向鉆井工具，同時考慮其中這種鉆井經(jīng)濟上
可行的天氣窗(weather window )。
一般，市售升沉補償系統(tǒng)不提供最終得到升沉的補償作用的令人
滿意的"性能"。這例如限制了作業(yè)的速度、實施近海作業(yè)的允許天氣
窗、可以裝卸的載荷的尺寸和/或重量、對海底設備施加不希望有的約束等
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供改進的升沉運動補償系統(tǒng)，尤其是用于這種系統(tǒng)的改進的升沉運動補償裝置。
本發(fā)明提供一種升沉運動補償裝置，所述補償裝置包括氣缸和活塞，該活塞限定上述氣缸內(nèi)的可變體積流體室，其中上述活塞可以在所述氣缸內(nèi)振動，上述活塞設有摩擦式接合上述氣缸的密封件。補償裝置其特征在于，上述補償裝置還包括電機，所述電機使上述密封件相對于上述氣缸轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明設想在補償裝置的操作期間使密封件相對于氣缸轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)。
通過這種相對轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)運動所得到的效果是，即使當活塞在氣缸的縱向方向上瞬間不動，密封件和氣缸之間的摩擦作用也處在動態(tài)狀態(tài)。此外，即使當活塞振動時，摩擦力也基本上朝向切向方向。
在沒有所提出的回轉(zhuǎn)運動時，如所有已知補償裝置中那樣，活塞在氣缸內(nèi)的不動位置使密封件和氣缸之間的摩擦作用處于靜態(tài)狀態(tài)。當升沉運動推動上述已知補償裝置起響應時一通過活塞相對于氣缸的縱向運動一密封件"脫離"它在氣缸中的位置。在技術方面，發(fā)生從
"靜態(tài)摩擦"到"動態(tài)摩擦"的轉(zhuǎn)變，該轉(zhuǎn)變通稱為粘滑(stick-slip )。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變對升沉補償系統(tǒng)的性能有害。
通過使密封件相對于氣缸轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明實現(xiàn)不發(fā)生上述"轉(zhuǎn)變"，因為摩擦作用已處在動態(tài)狀態(tài)內(nèi)。另外摩擦力主要是在切向方向上，因此對活塞相對于氣缸的縱向運動具有有限的影響。
用于形成旋轉(zhuǎn)運動所用的電機可以是任何合適的設計，比如，包括電動機、液壓馬達、磁力電機等。合適的傳動組件可以裝備有電機，以便驅(qū)動補償裝置的轉(zhuǎn)動部件。
旋轉(zhuǎn)運動可以包括振動式旋轉(zhuǎn)運動，但由于構造原因優(yōu)選的是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動。
發(fā)明思想對被動式升沉補償裝置是有利的。尤其是設想其性能和效率在相對無風波浪狀態(tài)下顯著地改善優(yōu)于現(xiàn)有技術被動式升沉補償裝置。發(fā)明思想可以同等地適用于主動式升沉補償裝置，以便改善補償裝置的性能。尤其是它能更準確地補償升沉運動。
當應用在浮式近海鉆井鉆機上時，可以得到顯著改進的升沉補償裝置，比如產(chǎn)生較小的鉆頭上重量的變化。
本發(fā)明也可以描述為提供一種升沉運動補償裝置，所述補償裝置
包括沖壓件(ram)，所述沖壓件具有氣缸和活塞一活塞桿組件，所述活塞一活塞桿組件可相對于上述氣缸伸展和收縮，上述活塞一活塞桿組件摩擦式接合上述氣缸，其特征在于，上述補償裝置還包括電機，所述電機用于使至少上述活塞，優(yōu)選的是使上述活塞一活塞桿組件相對于上述氣缸旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還可描述為提供一種升沉運動補償裝置，所述補償裝置包括活塞和氣缸組件，其中可變體積流體室被上述活塞在氣缸中限定，上述可變體積室連接到蓄集部件上，上述活塞摩擦式接合上述氣缸，其特征在于，上述補償裝置還包括驅(qū)動組件，所述驅(qū)動組件用于當上述補償裝置在使用時提供上述活塞相對于上述氣缸的旋轉(zhuǎn)運動。
在優(yōu)選實施例中，電機布置成在升沉補償裝置操作期間使活塞在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)，且密封件安裝在上述活塞上，以便與上述活塞一起旋轉(zhuǎn)。
在另一個實施例中，電機布置成使氣缸旋轉(zhuǎn)，且活塞用于安裝成不可旋轉(zhuǎn)。可以設想例如一個實施例，其中流體導管貫穿活塞延伸，上述流體導管在上述補償裝置的外部，比如在遠處位置連接到高壓流體組件上。
在另一實施例中，密封件由密封件安裝座(carrier)承載，所述密封件安裝座可旋轉(zhuǎn)式安裝在上述活塞上，而上述電機布置成用于驅(qū)動上述密封件安裝座，以便使它繞活塞旋轉(zhuǎn)。
還可以設想，活塞在其中振動的氣缸是內(nèi)氣缸，所述內(nèi)氣缸可旋轉(zhuǎn)式安裝在外氣缸內(nèi)，且其中上述外氣缸用于安裝成不可旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還涉及包括如本文所公開的補償裝置的升沉補償系統(tǒng)。
如該技術中已知的，和在引言中所提到的一些例子，升沉補償系統(tǒng)可以包括懸掛載荷(鉆柱或其它鉆管、物體等)的纜索。升沉補償裝置可以接合在滑輪(或滑輪組件)上，該滑輪(或滑輪組件)導引上述纜索以改變纜索的路線以便得到升沉補償。
還設想直接把補償裝置放置在經(jīng)受升沉的一部分船和載荷本身之間，例如在一方面是鉆井井架中的游動滑車、吊桿或其它鉆井結構和另一方面是頂部驅(qū)動單元或其它懸掛鉆柱的其它懸掛單元之間。本發(fā)明還涉及包括如本文所公開的升沉補償系統(tǒng)的船。本發(fā)明還涉及包括如本文所公開的升沉補償系統(tǒng)的船載荷裝卸系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及包括如本文所公開的升沉補償系統(tǒng)的浮式鉆機鉆井系統(tǒng)。如上所述，升沉補償系統(tǒng)可以布置在一方面是船上的升沉鉆井結構和另一方面是鉆柱(或支承鉆柱的頂部驅(qū)動裝置)之間。升沉補償裝置還可以布置在鉆柱內(nèi)，比如在鉆柱的上端處。
本發(fā)明還涉及一種浮式鉆機鉆柱補償裝置，所述補償裝置用于放置在鉆柱或其它鉆管和鉆柱提升裝置之間，例如放置在頂部驅(qū)動裝置和提升裝置之間，上述頂部驅(qū)動裝置可用來支承和旋轉(zhuǎn)鉆柱，而上述提升裝置支承上述頂部驅(qū)動裝置。
本發(fā)明還涉及鋼絲繩測井系統(tǒng)，所述測井系統(tǒng)包括鋼絲繩纜索、相關的鋼絲繩絞盤、和一個或多個儀器，所述儀器合并到鋼絲繩中或者緊固到鋼絲繩上。帶有儀器的鋼絲繩被傳送到井眼內(nèi)，上述系統(tǒng)還包括如本文所公開的升沉補償系統(tǒng)。鋼絲繩測井 一般是由其檢驗油或氣井的方法，以便利用電子測量儀器確定它們的地質(zhì)、巖石物理或地球物理性能，上述電子測量儀器通過通稱為鋼絲繩纜索的(鎧裝鋼)纜索輸送到井眼中。
本發(fā)明還涉及包括升沉補償式鉆臺的浮式鉆井船，其中鉆臺可相對于船移動，以便補償船的升沉運動，其中如本文所公開的升沉補償系統(tǒng)布置在船和鉆臺之間。
本發(fā)明還涉及一種用于升沉運動補償?shù)姆椒ǎ绕涫茄a償船上載荷裝卸的升沉運動，其中利用如本文所公開的升沉運動補償裝置，及
9其中使上述密封件這樣相對于升沉補償裝置的氣缸旋轉(zhuǎn)，以便上述密 封件和氣缸之間的所述摩擦作用處于動態(tài)摩擦狀態(tài)。
得到改善的升沉運動補償裝置性能，尤其是克服現(xiàn)有技術補償裝 置的粘滑的一種可供選擇的方法是，提供把活塞密封件設計成靜水力 軸承，其中在活塞密封件和氣缸之間保持狹窄的間隙，且其中高壓流 體穿過活塞供應到間隙，以便形成靜水力軸承。然后活塞可以具有一
個或多個相對于活塞的外周邊凹陷的環(huán)形凹部(pocket)及一個或多 個在活塞內(nèi)(可能貫穿活塞桿延伸)的流體通道，所述流體通道連接 到高壓流體源，以便可以提供連續(xù)的流體流來保持活塞和氣缸之間的 間隙。照這樣，尤其是在活塞桿和氣缸上的端蓋之間設置另一靜水力 軸承時，得到基本上"無摩擦作用"的補償裝置。
應該理解到，補償裝置中的這種靜水力軸承設計不需要本文所述 的旋轉(zhuǎn)運動。靜水力軸承設計的缺點在于需要補償高壓流體在軸承中 損失的流量。在實際應用中設置一排一個或多個氣體尤其是空氣的儲 氣部件，且設置壓縮機進給氣體到軸承。


現(xiàn)在參照附圖所示的實施例更詳細說明根據(jù)本發(fā)明的補償裝置， 在附圖中
圖1示意示出裝備有按照本發(fā)明所述的補償裝置的浮式船的一部
分；
.圖2用剖視圖示出按照本發(fā)明所述的升沉補償裝置和補償系統(tǒng)的 第一實施例；
圖3用剖視圖示出按照本發(fā)明所述的升沉補償裝置的第二實施
例；
圖4用剖視圖示出按照本發(fā)明所述的升沉補償裝置的第三實施
例；
圖5示出裝備有按照本發(fā)明所述的補償裝置的浮式船的一部分； 圖6示出裝備有按照本發(fā)明所述的補償裝置的浮式鉆井鉆機系統(tǒng) 的一部分；圖7示出裝備有按照本發(fā)明所述的補償裝置的懸掛纜索的載荷裝 卸系統(tǒng)的浮式船；
圖8示出裝備有按照本發(fā)明所述的補償裝置的懸掛纜索的載荷裝 卸系統(tǒng)的浮式船；和
圖9用剖視圖示出按照本發(fā)明所述的升沉補償裝置和補償系統(tǒng)的 另一個實施例。
具體實施例方式
圖l示出船l，此處為了舉例說明起見，示出海上鉆井船或者油 井裝調(diào)船，所述船1在其上具有鉆井結構2，鉆柱3或其它鉆管(比 如立管)從上述鉆井結構2懸掛到海中。在這個實施例中，船l設置 有船井4，而鉆井結構實施為井架，所述井架布置在上述船井4附近。
船裝備有提升裝置。在這個實施例中，提供絞盤6用于放出和收 起纜索7。該纜索7在結構2中的滑輪組件8、 8a、 8b、 9和游動滑車 11上的滑輪組件10上導引。游動滑車11可相對于結構2向上或下運 動，這里沿著安裝在井架2上的一個或多個豎直導軌12引導。
為了實施鉆井作業(yè)，這里設置有頂部驅(qū)動單元20，所述頂部驅(qū)動 單元20可以支承由其懸掛的鉆柱，及給鉆柱施加旋轉(zhuǎn)運動，以便使鉆 柱下端處的鉆頭(未示出)旋轉(zhuǎn)。
在該實施例中，頂部驅(qū)動單元20還相對于結構2豎直地引導，主 要是為了抵銷由頂部驅(qū)動單元所施加的轉(zhuǎn)矩。這里頂部驅(qū)動單元20 安放在室中吊運車21中，所述室中吊運車21沿著井架2上的一個或 多個豎直導軌12導向。
頂部驅(qū)動單元20可以包括液壓電機和鉆柱夾緊裝置，上述液壓電 機用來給鉆柱施加轉(zhuǎn)矩，而上述鉆柱夾緊裝置用于夾緊和支承懸掛的 鉆柱。
在頂部驅(qū)動單元20和游動滑車11之間，放置有浮式鉆機鉆柱補 償裝置，所述補償裝置可用來補償船1的升沉。補償裝置30此處為被 動式升沉補償裝置。
基本上補償裝置30使游動滑車11能由于波浪(可能包括船的搖擺和/或傾斜)而向上和向下運動，而鉆柱3應保持不受上述升沉運動 的影響。這樣以便在鉆頭上具有盡可能小振動的情況下得到受控制的 重量。
在圖1中，僅是一個例子，還示出另一個升沉補償裝置22，所述 補償裝置22承載懸空的滑輪組件9。應該注意，在該圖1中，當提升 裝置用于鉆井之外的其它目的時，比如當利用該裝置來升起或降下與 鉆柱或類似物不同的穿過船井的載荷時，設置上述補償裝置22。應該 理解到，上述升沉補償裝置可以是主動式升沉補償裝置。
參見圖2-4,將更詳細討論這種升沉運動補償裝置的許多實施例。 其中每個升沉運動補償裝置都可以布置在圖1的補償裝置30的位置 處。
在圖2中，示出一種升沉補償系統(tǒng)(未按比例示出)，所述升沉補 償系統(tǒng)包括升沉運動補償裝置40。補償裝置40包括氣缸41,所述氣 缸41具有端蓋42、 43。布置在活塞桿45上的活塞44放置在氣缸41 內(nèi)，并可以在所述氣缸41內(nèi)縱向方向上振動。活塞桿45貫穿端蓋42 中具有周圍密封件46的開口延伸。
活塞44裝備有密封件48，所述密封件48圍繞活塞44的外周邊 延伸，該密封件封閉活塞44和氣缸41之間的間隙。該密封件48摩擦 式接合氣缸41的內(nèi)壁。
在活塞44和端蓋42之間，可變體積流體室49限定在氣缸41內(nèi)， 體積取決于活塞44的軸向位置。
在活塞44的另一側處，在氣缸41內(nèi)形成環(huán)境壓力室50，所述室 50比如通過開口 51與大氣連通。
圖2示出，室49通過導管52連接到高壓流體組件上，所述高壓 流體組件此處包括蓄集部件53，該蓄集部件53具有可變體積的液壓 室54和可變體積的氣體室55及在它們之間的間隔件(這里是自由滑 動的活塞56)。室49、 54和導管52充有液壓液體，而室55充有氣體。
室55又連接到一排一個或多個儲氣部件57上，所述儲氣部件57 優(yōu)選的是其中具有大的氣體體積。氣體在實際應用中可以是空氣或氮氣。
設置氣體壓力控制器58，以便如果希望的話設定和調(diào)節(jié)室55內(nèi) 的氣體壓力，并且照這樣設定室49內(nèi)的壓力。這個壓力在活塞/活塞 桿組件上產(chǎn)生向內(nèi)的力。
應該注意，高壓流體組件(或者其部件)可以遠離補償裝置40 設置，但也可以布置在共用載體上，比如安裝在游動滑車ll上或者懸 掛于其上。
圖1還示出，補償裝置40在其下端處裝備有連接器60，所述連 接器60用于將補償裝置連接到頂部驅(qū)動單元20上。此處連接器60 這樣設計，以便在鉆井系統(tǒng)的作業(yè)期間，氣缸41不繞其軸線旋轉(zhuǎn)。
活塞桿45附接到軸頸式連接器61上，所述軸頸式連接器61將補 償裝置連接到游動滑車11上。連接器61包括旋轉(zhuǎn)式軸承組件62，所 述軸承組件62在附接到游動滑車11上的連接器部分63和活塞桿45 之間。旋轉(zhuǎn)式軸承組件62能使活塞桿(及布置于其上的活塞)繞其縱 向軸線旋轉(zhuǎn)，而連接器部分63保持不旋轉(zhuǎn)。
安裝在上述不旋轉(zhuǎn)的連接器部分63上的是電機65，所述電機65 這里是具有可旋轉(zhuǎn)的輸出軸66的電動機或液壓馬達。在電機65和活 塞桿45之間的傳動裝置67能給活塞桿施加轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)運動。此處傳 動裝置設計成在軸上的齒輪68,所述齒輪68與固定在活塞桿45上的 齒輪69嚙合。應該理解到，可以設計許多其它的電機和傳動裝置布置 用來實現(xiàn)活塞桿45的轉(zhuǎn)動運動。
通過活塞桿45的旋轉(zhuǎn)，也使活塞44旋轉(zhuǎn)，并因此使安裝在上述 活塞44上的密封件48旋轉(zhuǎn)。建議在升沉補償系統(tǒng)作業(yè)期間，活塞44 并因此密封件48保持連續(xù)地轉(zhuǎn)動。
上述轉(zhuǎn)動運動所產(chǎn)生的效果是，密封件48和氣缸41之間(及還 有端蓋密封件46和活塞桿45之間)的摩擦作用是動態(tài)摩擦作用，即 使活塞在氣缸41的縱向方向上不動也是如此。這可以防止如在現(xiàn)有技 術被動式升沉補償系統(tǒng)中通常經(jīng)歷從靜態(tài)摩擦到動態(tài)摩擦的"急拉" 轉(zhuǎn)變。此外，密封件46、 48和具有端蓋42的氣缸41之間的摩擦力主要 是在切向方向上。這意味著有效地抵消活塞運動的在縱向方向上的摩 擦力矢量很小。
上述兩種情況(動態(tài)摩擦作用，主要是在切向方向上)，尤其是當 補償相當小的升沉運動時，造成顯著地改善了補償裝置40的性能。當 活塞44似乎是在氣缸41內(nèi)"無摩擦式，，滑動時，這種小升沉運動現(xiàn) 在可以被準確地補償。
應該注意，電機65在這里提供活塞44的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動。還可以 設想，電機65提供活塞44的振動式旋轉(zhuǎn)運動，比如在小于360。角的 范圍內(nèi)前后運動，同時允許角度不時地變動，以便避免密封件和/或氣 缸的不均勻或局部磨損。
圖3示出升沉運動補償裝置70，所述升沉運動補償裝置70具有 氣缸71、活塞72和活塞桿73,該活塞桿73具有穿過上述氣缸71的 端蓋74伸出的端部配件73a。可變體積流體室76限定在上述氣缸71 中活塞72和端蓋74之間。流體導管75將室76連接到合適的高壓流 體組件上，比如通過蓄集部件54、 55連接到一排一個或多個儲氣部件 57上，該儲氣部件57與圖2相同，裝有高壓氣體。
補償裝置70包括密封件78，所述密封件78在活塞72和氣缸71 的內(nèi)壁之間。這里密封件78由密封件安裝座79承載，所述密封件安 裝座79安裝成在上述活塞72上可旋轉(zhuǎn)。這里在活塞72和密封件安裝 座79之間設置有軸承組件80 (和一未示出的密封件)。這種布置允許 密封件安裝座79旋轉(zhuǎn)，而活塞和活塞桿組件本身不可旋轉(zhuǎn)。
這里電才幾81安裝在活塞一活塞桿組件遠離室76的這側處。電機 81驅(qū)動上述密封件安裝座79,這里所述密封件安裝座79作為電機的 軸承載小齒輪82，所述小齒輪82與安裝座79上的環(huán)形齒輪83嚙合。 該領域的技術人員應該意識到，其它電機和傳動裝置布置也可以用來 產(chǎn)生密封件安裝座79的旋轉(zhuǎn)運動。
在所示的實施例中，電機81是液壓馬達，同時撓性液壓管線84 連接到上述電機81。
14應該意識到，另外達到的效果是，隨著系統(tǒng)運行密封件78可以連 續(xù)地保持旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)振動。
圖4示出升沉運動補償裝置100具有內(nèi)氣缸101，所述內(nèi)氣缸101 可旋轉(zhuǎn)式安裝在外氣缸102內(nèi)，上述內(nèi)氣缸101這里由軸承103、 104 支承。外氣缸102用于用非旋轉(zhuǎn)的方式安裝，比如通過連接器106連 接到不旋轉(zhuǎn)的元件(如頂部驅(qū)動單元的主體)。
補償裝置100包括活塞107和活塞桿108，所述活塞桿108具有 端部配件108a，該活塞桿108穿過補償裝置的端蓋IIO伸出。密封件 109安裝在活塞107上?？勺凅w積流體室111設置成可通過導管112 連接到高壓流體源。導管112設置在補償裝置的不可旋轉(zhuǎn)部分，比如 氣缸102或端蓋110中，以便有助于上述連接。
電機115這樣布置，以^更它對內(nèi)氣缸101施加旋轉(zhuǎn)運動。這里電 機115固定在外氣缸102上，這里是固定在端蓋116上，處于一固定 位置。這里電機115裝備有可旋轉(zhuǎn)的小齒輪117，所述小齒輪117與 內(nèi)氣缸101上的環(huán)形齒輪118嚙合。
如現(xiàn)在將要理解的，補償裝置100可以這樣操作，以使電機115 驅(qū)動內(nèi)氣缸101，并因此驅(qū)動密封件109和內(nèi)氣缸101之間的相對旋 轉(zhuǎn)運動。
密封件120設置在內(nèi)氣缸101和外氣缸102之間合適位置處。 圖5示出圖1的栽荷提升系統(tǒng)的可供選擇的實施例，其中補償裝 置40位于提升結構(這里是井架2)和懸空的滑輪組件9之間。在這 個實施例中，可以設想纜索7直接支承頂部驅(qū)動裝置20，而不像圖1 那樣有一插入的補償裝置。
圖6示出浮式鉆井鉆機系統(tǒng)的一部分，所述浮式鉆井鉆機系統(tǒng)具 有游動滑車130和頂部驅(qū)動裝置135，上述游動滑車130可被纜索或 其它升/降裝置懸掛，而上述頂部驅(qū)動裝置135從上述游動滑車130懸 掛。在游動滑車130和頂部驅(qū)動裝置135之間是兩個補償裝置140， 所述兩個補償裝置140布置成倒V形，它們的下端連接到游動滑車110 上，而它們的兩個上端連接到共用連接器130上，頂部驅(qū)動裝置120從上述共用連接器130鉸接。按照本發(fā)明所述的兩個補償裝置140取 V形布置、基本上相對于由補償裝置所支承的構件的路線對稱的這種 布置提供一種實際上吸引人的解決方案。補償裝置140每個都具有保 持不可旋轉(zhuǎn)的活塞141，而氣缸142通過相關的電機143旋轉(zhuǎn)。軸承 布置在氣缸142和連接器144之間，所述連接器144連接到游動滑車 130上。
當以發(fā)明為特征的補償裝置相對于由其支承的構件的路線成一角 度布置時， 一般可以認為是有利的。
圖7示出補償裝置140在安裝起重機150的船中的應用。起重機 150具有吊桿151、上面纜索152和絞盤153、和載重纜索154、及相 關的絞盤155。這里補償裝置140布置成可動式支承滑輪組件156,這 里是布置在吊桿151上，纜索154沿著所述吊桿導向，所述纜索支承 起重鉤157。
圖8示出懸垂式吊桿的可供選擇的實施例。示出船200的一部分 具有起重臂210，所述起重臂210比如實施為A形構架，可相對于船 繞水平軸線211樞轉(zhuǎn)。絞盤212，在起重臂210 (的末端)上的滑輪組 件213上導向的纜索214支承載荷215，所述載荷215將通過起重機 上升和/或下降(比如，用于將載荷放置到海底216上)。為了得到升 沉補償，將補償裝置40布置在船和起重臂210之間。
圖9示出一種可供選擇的改進的升沉運動補償裝置300,其中用 不同方式避免了粘滑效應。補償裝置300具有氣缸301，所述氣缸301 具有端蓋302、 303。布置在活塞桿305上的活塞304放在氣缸301內(nèi)， 并可在所述氣缸301內(nèi)縱向方向上振動?；钊麠U305貫穿端蓋302中 帶有周圍密封件306的開口延伸。
在活塞304和端蓋302之間，在氣缸301內(nèi)限定可變體積流體室 309，體積取決于活塞304的軸向位置。
在活塞304的另一側處，在這個實施例中是在氣缸301內(nèi)形成室 310 (可能處在大氣壓下)。
圖9示出，室309通過導管315連接到高壓流體組件，這里所述
16高壓流體組件包括蓄集部件316，該蓄集部件316具有可變體積液壓 室317和可變體積氣體室318及在它們之間的間隔件(這里是自由滑 動的活塞319)。室309、 317和導管315裝有液壓液體，而室318裝 有氣體。
室318又連接到一排一個或多個儲氣部件320上，所述儲氣部件 320優(yōu)選的是其中具有大體積的氣體。氣體在實際應用中可以是空氣 或氮氣。
設置氣體壓力控制器322，以便如果希望的話設定和調(diào)節(jié)室318 內(nèi)的氣體壓力，并且用這種方式設定室309內(nèi)的壓力。該壓力在活塞 —活塞桿組件上產(chǎn)生向內(nèi)的力。
活塞304具有靜水力軸承，所述靜水力軸承相對于氣缸支承(基 本上是定心)活塞，其中在活塞304和氣缸301之間保持一狹窄的環(huán) 形間隙。將高壓流體，這里是液壓液體，從合適的流體源340穿過活 塞(通過管道325)供應到活塞上的靜水力軸承?；钊?04這里作為 例子具有一個或多個環(huán)形凹部，這里是錐形凹部330，所述錐形凹部 330相對于活塞的外周邊凹陷。導管325在活塞內(nèi)延伸，并貫穿活塞 桿。將連續(xù)的液流提供給靜水力軸承，以便保持在活塞和氣缸之間的 間隙。照這樣得到基本上"無摩擦的"補償裝置。
用于靜水力軸承的高壓流體源340可以包括氣體(空氣)源或液 壓液體源?？梢栽O想，將從靜水力軸承漏泄的液壓液體收集在補償裝 置300中(優(yōu)選的是收集在室310內(nèi))，并返回流體源340，以便產(chǎn)生 用于上述液體的"循環(huán)回路"?？梢栽O置壓力控制器，以便控制供應到 活塞上靜水力軸承的流體的壓力。
在一般作為圖3實施例的可供選擇的實施例，在附圖中未示出的 實施例中，可以設想在活塞上安裝密封件安裝座，以便允許密封件安 裝座相對于活塞的縱向振動，而與活塞本身的縱向振動無關。這也能 在密封件和氣缸之間形成動態(tài)摩擦狀態(tài)，并因此避免當活塞開始在縱 向上運動時靜態(tài)摩擦和動態(tài)摩擦之間的轉(zhuǎn)變。應該意識到，同樣可以 實現(xiàn)內(nèi)氣缸在外氣缸內(nèi)的縱向上振動的情況，這一般作為圖4實施例的可供選擇的實施方式。
關于上述情況，本發(fā)明也可以如此理解為提供一種升沉運動補償 裝置，所述升沉運動補償裝置包括氣缸和活塞，所述活塞限定上述氣 缸中可變體積流體室，其中上述活塞可以在上述氣缸內(nèi)振動，上述活 塞具有密封件，該密封件摩擦式接合上述氣缸，其特征在于，上述補 償裝置還包括電機，所述電機在上述密封件和上述氣缸之間施加相對 運動，而與上述活塞振動無關。
作為例子參見圖2補償裝置的實施例，應該理解，用于活塞和活 塞桿的同一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)可以在集成補償裝置中，所述補償裝置具有 兩個可變體積流體室，所述兩個可變體積流體室在上述氣缸內(nèi)，并被 活塞分開。這類補償裝置在主動升沉補償系統(tǒng)中通常使用，其中另外 為高壓流體組件做好準備，以便允許選擇性地將流體供應到上述可變 體積流體室中以及從可變體積流體室中排放流體，因此引起上述氣缸 內(nèi)的上述活塞的受控式振動以得到升沉補償。如本文前言中所述，這 類主動系統(tǒng)通常包括一個或多個為控制單元提供輸入信號的傳感器， 上述控制單元調(diào)整流體供應，并因此調(diào)整活塞的位置。這里密封件相 對于氣缸的運動與活塞振動無關對補償系統(tǒng)的性能也是有利的。
權利要求
1. 升沉運動補償裝置，包括缸體和活塞，所述活塞限定上述缸體中的可變體積流體室，其中上述活塞可以在上述缸體內(nèi)振動，上述活塞具有摩擦式接合上述缸體的密封件，其特征在于，上述補償裝置還包括電機，所述電機使上述密封件相對于上述缸體旋轉(zhuǎn)。
2. 按照權利要求1所述的補償裝置，其中上述電機布置成使上述 活塞旋轉(zhuǎn)，且其中上述密封件安裝在上述活塞上，以便與所述活塞一 起旋轉(zhuǎn)。
3. 按照權利要求l所述的補償裝置，其中上述電機布置成使上述 缸體旋轉(zhuǎn)，且其中上述活塞用于安裝成不可旋轉(zhuǎn)。
4. 按照權利要求l所述的補償裝置，其中上述密封件由密封件安 裝座承載，所述密封件安裝座可旋轉(zhuǎn)式安裝在上述活塞上，且其中上 述電機驅(qū)動上述密封件安裝座，以便繞活塞旋轉(zhuǎn)。
5. 按照權利要求3所述的補償裝置，其中缸體是內(nèi)缸體，所述內(nèi) 缸體可旋轉(zhuǎn)式安裝在外缸體內(nèi)，且其中上述外缸體用于安裝成不可旋 轉(zhuǎn)。
6. 升沉補償系統(tǒng)，包括按照上述權利要求中一個或多個所述的補 償裝置。
7. 按照權利要求6所述的升沉補償系統(tǒng)，還包括高壓流體組件， 所述高壓流體組件與上述可變體積流體室互連，并用于提供其中受控 制的流體壓力，可能恒定的流體壓力與活塞振動無關。
8. 按照權利要求7所述的升沉補償系統(tǒng)，其中所述高壓流體組件 包括一個或多個在其中存儲高壓氣體的儲氣部件。
9. 按照權利要求8所述的升沉補償系統(tǒng)，其中上述補償裝置的上 述可變體積流體室是與上述一個或多個儲氣部件互連的可變體積氣體 室。
10. 按照權利要求7所述的升沉補償系統(tǒng)，其中上述高壓流體組件包括蓄集部件，所述蓄集部件具有可變體積液壓室和可變體積氣體 室，及它們之間的間隔件，上述可變體積流體室與上述可變體積液壓 室互連并裝有液壓液體，而上述可變體積氣體室裝有高壓氣體。
11. 按照權利要求7和10所述的升沉補償系統(tǒng)，其中上述蓄集部 件的上述可變體積氣體室連接到上述一個或多個儲氣部件。
12. 按照權利要求6所述的升沉補償系統(tǒng)，其中上述補償裝置在 上述缸體內(nèi)具有兩個可變體積流體室并被上述活塞分開，設置高壓流 體組件允許可選擇性地供應流體到上述可變體積流體室和從所述可變 體積流體室排放流體，以便引起上述缸體內(nèi)的上述活塞的受控式振動 以得到升沉補償。
13， 一種船，包括按照上述權利要求其中一個或多個所述的升沉 補償系統(tǒng)。
14. 一種船載荷裝卸系統(tǒng)，包括按照上述權利要求其中一個或多 個所述的升沉補償系統(tǒng)。
15. —種浮式鉆機鉆井系統(tǒng)，包括按照上述權利要求其中一個或 多個所述的升沉補償系統(tǒng)。
16. 按照上述權利要求其中一個或多個所述的浮式鉆機鉆柱補償 裝置，并用于放置在鉆柱或其它鉆管與鉆柱提升裝置之間。
17. —種鋼絲繩測井系統(tǒng)，包括鋼絲繩纜索，相關的鋼絲繩絞盤、 及一個或多個待輸送到井眼中的儀器，上述系統(tǒng)還包括按照上述權利 要求其中一個或多個所述的升沉補償系統(tǒng)。
18. —種浮式鉆井船，包括升沉補償式鉆臺，其中鉆臺相對于船 可動，以便補償船的升沉運動，其中按照上述權利要求其中一個或多 個所述的升沉補償系統(tǒng)布置在船和鉆臺之間。
19. 用于升沉運動補償，尤其是補償船上載荷裝卸的升沉運動的 方法，其中利用按照上述權利要求其中 一個或多個所述的運動補償裝 置，且其中上述密封件制成相對于升沉補償裝置的缸體旋轉(zhuǎn)，這樣以 使密封件和缸體之間的上述摩擦作用處于動態(tài)摩擦狀態(tài)。
20. 升沉運動補償裝置，包括缸體和活畫，^^塞限定上迷缸體中的可變體積流體室，其中上述活塞可以在上述缸體內(nèi)振動，上述 活塞具有摩擦式接合上述缸體的密封件，其特征在于，上述補償裝置 還包括電機，所述電機在上述密封件和所述缸體之間施加相對運動， 而與上述活塞振動無關。
21. 按照權利要求20所述的升沉運動補償裝置，其中補償裝置用 于通過電機產(chǎn)生密封件相對于缸體的相對縱向振動，而與缸體內(nèi)活塞 的縱向振動無關。
22. 按照權利要求21所述的升沉運動補償裝置，其中上述密封件 安裝在密封件安裝座內(nèi)，所述密封件安裝座如此安裝在活塞上，以便 允許密封件安裝座相對于活塞的縱向振動，而與活塞本身的縱向振動 無關。
23. 升沉運動補償裝置，包括缸體和活塞，所述活塞限定上述缸 體中的可變體積流體室，其中上述活塞可以在上述缸體內(nèi)振動，其特 征在于，活塞設有靜水力軸承，所述靜水力軸承相對于缸體支承活塞。
全文摘要
一種用于補償升沉運動的升沉運動補償裝置(30、40、70、100、140、300)，包括氣缸(41)和活塞(44)，所述活塞(44)限定上述氣缸(41)中可變體積流體室(49)，其中上述活塞(44)可以在上述氣缸(41)內(nèi)振動，上述活塞(44)裝備有摩擦式接合上述氣缸的密封件(48)。補償裝置還包括電機(65)，所述電機(65)使上述密封件(48)相對于上述氣缸(41)旋轉(zhuǎn)，以便在密封件(48)和氣缸(41)之間得到動態(tài)摩擦狀態(tài)。在可能的實施例中，電機(65)布置成使上述活塞(44)旋轉(zhuǎn)，而密封件(48)安裝在上述活塞(44)上，以便與上述活塞(44)一起旋轉(zhuǎn)。
文檔編號B63B39/00GK101466591SQ200680054984
公開日2009年6月24日 申請日期2006年6月16日 優(yōu)先權日2006年6月16日
發(fā)明者J·羅登伯格, P·D·M·范德伊文迪耶克 申請人:Itrec有限責任公司