【正文】 機(jī)電工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）參考文獻(xiàn)譯文 設(shè)計(jì)題目 : SY10 型水下作業(yè)系統(tǒng)液壓源設(shè)計(jì) 譯文題目 : 海底液壓裝置控制系統(tǒng) 院 系： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級： 機(jī)制 F0707 學(xué)生姓名： 劉曉輝 學(xué) 號： 20214050810 指導(dǎo)教師 ： 袁夫彩 教師職稱 ： 副教授 譯 文 出 處 ： James ， Spring and Hubert ,Kongwood .SUBSEA HYDRAULIC CONTROL SYSTEM[P].US， US6192680B1， 20210227 附 件： ； 。 指導(dǎo)教師評語： 簽名： 年 月 日 1 附件 1：外文資料翻譯譯文 海底液壓裝置控制系統(tǒng) 發(fā)明者 : 詹姆斯 .布魯格曼 。 胡本特 .埃爾金，金伍德 。 馬克 .梅里特 ,來自德克薩斯州（美國） 代理 : 瓦勒構(gòu) .夏福爾 , 休斯頓，德克薩斯州（美國） 專利號： US6192680B1 專利授權(quán)日期： 20210227 圖 1 10— 海底液壓控制系統(tǒng) 12， 14— 液壓流儲存器 13， 15— 密封箱 16， 20— 活塞 18， 22— 絕緣裝置 24， 26— 液壓流 28， 38， 42， 44， 46， 50， 54，55， 56， 60， 62— 液 壓流管道 30， 72— 液壓泵 31— 蓄電池 32， 48— 減壓閥 36，40， 70— 單向閥 34— 二位二通電磁換向閥 56， 58— 二位三通電磁換向閥 80— 電子控制系統(tǒng) 74— 水下電機(jī) 44 2 圖 2 摘要 ： 海底液壓控制系統(tǒng) 10 是通過液壓流來控制水下作業(yè)裝置，它通常是會有一個(gè)開啟端口和一個(gè)閉合端口的防噴器，海底液壓控制系統(tǒng)包括一個(gè)儲存定量的液壓流的液體儲存器 12 和一個(gè)將海水與經(jīng)過加壓后和靜水壓頭相同壓力的液壓流分離的液體分隔器 16。液壓流供應(yīng) 管道 42 連接著液體儲存器和水下作業(yè)裝置，液體排出管道 44 連接著水下作業(yè)裝置和液壓流儲存器 14。排放管道 38 從液體儲存器一直延伸到作業(yè)系統(tǒng)外表面。深海液壓泵定期的從液體儲存器中抽出液體到水中。這樣的一種發(fā)明的方法給水下作業(yè)裝置提供了一個(gè)可靠的驅(qū)動作業(yè)并且適合在超過六千英尺的深海下控制水下作業(yè)裝置。 關(guān)鍵詞：海底液壓控制系統(tǒng) 。 水下液壓源 。 液體儲存器 。 水下作業(yè)裝置 。 靜水壓頭 海底液壓控制系統(tǒng) 發(fā)明涉及領(lǐng)域 這個(gè)發(fā)明是與水下作業(yè)裝置有關(guān)的液壓控制系統(tǒng)。更確切的說，該發(fā)明是在六千英尺或者更深的深 海下控制水下作業(yè)裝置的液壓控制系統(tǒng)。該液壓控制系統(tǒng)能夠?yàn)樗伦鳂I(yè)裝置提供開啟端口啟動壓力或閉合端口的閉合壓力。 發(fā)明背景 那些從事在碳?xì)浠衔锟碧叫袠I(yè)的人們意識到在離岸深海礦井中發(fā)現(xiàn)碳?xì)浠衔? 3 的比例正在上升，包括哪些在位于離海面六千英尺或者是更深的深海礦井。海底防噴器(BOPS)和相關(guān)的控制設(shè)備依靠的是一個(gè)液壓源來驅(qū)動水下作業(yè)裝置。因?yàn)楹芏噙@種設(shè)備都必須在兩個(gè)方向上動作，所以這種設(shè)備由液壓流提供啟動或者閉合裝置的壓力來控制操作。在緊急情況下，用液壓控制系統(tǒng)來操作設(shè)備是很重要的，特別是在設(shè)備需要開啟或閉合動作 的緊急情況下。 當(dāng)水下作業(yè)裝置處于相對淺水區(qū) 2021 或 3000 英尺深的海水下，運(yùn)作水下作業(yè)裝置的可靠動力源通常是由一組蓄電池來提供，這些蓄電池通常是用氮?dú)馓崆俺潆姟Ｃ總€(gè)蓄電池是一個(gè)密封的容器，里面充滿加壓封裝的氮?dú)?，這樣的一組蓄電池里的液體相互流通為運(yùn)作水下作業(yè)裝置提供能量源。一旦加壓的液流被從系統(tǒng)表面的其他動力源抽進(jìn)蓄電池之后，氮?dú)饩统蔀榭捎玫膭恿υ催\(yùn)作水下作業(yè)裝置。一旦水下蓄電池開始啟用，額外的液壓流就通過細(xì)軟管和相對較窄的管道流動，為水下作業(yè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)提供動力源。當(dāng)像上面討論的蓄電池系統(tǒng)在陸地合一下相對 較淺的海域使用中有很好的功用，但是在深于 6000 英尺的深海下，使用這樣的蓄電池就會遇到很大的問題。氮?dú)獾某潆婋妷簤毫Ρ仨氃黾拥侥軌蚩朔o水壓頭的壓力影響。和其他氣體一樣，氮?dú)庠谝蚋叨仍黾悠渌軌毫σ苍黾拥那闆r下擴(kuò)散能力減弱。另外，在一萬海里或者更深的的水下作業(yè)裝置的內(nèi)部就會溫度降低，在低溫和高壓下氮?dú)獾獨(dú)廒呌陲柡停缘獨(dú)鈱⑹U(kuò)散性和對設(shè)備的作用壓力。其結(jié)果就是，大量的蓄電池就被用在一萬英尺的深海處提供較強(qiáng)的液流給海底防噴器，盡管在海面或者淺海海底防噴器可能是用較少的蓄電池來供能。 在深海，儲存在蓄電池里 的液壓能源再加上來自周圍海水的靜水壓頭的壓力值可能在幾千個(gè)大氣壓。例如，在一萬英尺的深海下，儲存的壓力可能是 5000 個(gè)大氣壓，加上 4450 個(gè)大氣壓的靜水壓頭的壓力值，總共是 9450 個(gè)大氣壓。在這樣的高壓下，蓄電池里的氮?dú)饩蜁兊煤艿托?，因?yàn)榈獨(dú)獾牧鲃有宰兊煤懿睢Ｓ捎谶\(yùn)作設(shè)備的的液壓流的容量的要求，所需的蓄電池?cái)?shù)量就會顯著增加。大量的蓄電池就需要更多的液壓流來運(yùn)作水下作業(yè)裝置，同時(shí)也意味著總共所需的碳?xì)浠衔锏臄?shù)量的增加。 本文所闡述的發(fā)明可以彌補(bǔ)之前的一些發(fā)明的缺點(diǎn)，本文也會揭露一種經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的水下作業(yè)裝 置的深海液壓裝置控制系統(tǒng)。 發(fā)明 綜述 一個(gè)靠液體壓力來時(shí)水下作業(yè)裝置運(yùn)作的系統(tǒng)時(shí)使用這個(gè)系統(tǒng)周圍海水提供的靜水壓頭來操作的。深海液體儲存器是用來儲存一定量的液壓流，其儲存的液壓流有可能 4 高于 80加侖?；钊蛘咂渌粋€(gè)靠液壓壓力來使水下井口裝置運(yùn)作的系統(tǒng)是使用這個(gè)系統(tǒng)周圍的海水提供的靜水壓頭來操作的。深海液壓液體流存儲器是用來存儲一定數(shù)量的液壓液流，其存儲的液壓流有可能高于 80加侖?；钊蛘咂渌囊后w分隔器將存儲器里的液壓流和海水分離開來，同時(shí)給液體加壓為了抵消因深度增加而給通常應(yīng)用于 6000英尺以下的液體分隔 器帶來的壓力增加值。液壓流供應(yīng)管道連接著液體存儲器和整個(gè)水下作業(yè)裝置的第一個(gè)以及第二個(gè)液體供應(yīng)口。液壓流儲存器是用來儲存從設(shè)備中流入的液壓流，液體排出口聯(lián)結(jié)著設(shè)備和液壓流儲存器。排放管道從液壓流儲存器一直延伸到系統(tǒng)的外表面 ,作為一個(gè)暫時(shí)的存儲器來存儲從裝置中排出的沒有通過靜水壓頭加壓的液壓流。深海液壓泵從液壓流儲存器中抽出液流。從更恰當(dāng)?shù)囊饬x上講，液壓流是一個(gè)以水為基礎(chǔ)的液體流，而深海液壓泵把液壓流儲存器中的液體直接抽到海水中。 深海液壓裝置電子控制系統(tǒng)將會用來有選擇性的控制液壓流從儲存器中流向第一和第二液 體供應(yīng)口。深海裝置調(diào)節(jié)器將會被用來沿著液體供應(yīng)管道調(diào)節(jié)從貯存器中流向水下作業(yè)裝置的液壓流的壓力。液體供應(yīng)管道將從裝置外表面一直延伸到液體儲存器中，它為液體儲存器提供液壓流的供應(yīng)與補(bǔ)給。 根據(jù)此發(fā)明方法，一定數(shù)量的液壓流被儲存在液體儲存器中，而這部分的液壓流和海水分開了，并且會被自動加壓以抵消海水的靜水壓頭的壓力。液體儲存器和裝置的第一和第二個(gè)液體輸入口相連，一旦驅(qū)動裝置，液壓流就會被輸送到液體儲存器中。排放管道是用來把液流從儲存器中排放到海水中。而在儲存器中的液體會被定期的抽出，這些液體會被的直接抽到水中是 因?yàn)橐簤毫魇且运疄橹?，在緊急情況下，被海水的靜水壓頭加過壓的液壓流存儲裝置的能源，可以驅(qū)動包含輸送管道和剪切錘等水下作業(yè)裝置。 為使用海水的靜水壓頭來為液壓流提供能源的此類裝置提供靠給液體流加壓來操作水下作業(yè)裝置的液壓能源是此類發(fā)明的目標(biāo)之一。 其 另一個(gè)目標(biāo)就是設(shè)計(jì)出一個(gè)深海液壓裝置，此裝置使用液壓儲存器和從儲存器一直延伸到裝置外表面海水中的排放管道。當(dāng)控制系統(tǒng)開始運(yùn)作，液壓流就會因?yàn)楹Ｋ膲毫楸粔旱剿伦鳂I(yè)裝置中，再從水下作業(yè)裝置中被送到儲存器中，當(dāng)儲存器中被注滿液壓流之后，深海液壓泵就會把液壓流又重新 抽到海水中。液壓流就會沿著從裝置表面到儲水槽的供應(yīng)管道被重新輸送到儲存器中。 此 發(fā)明的 第一個(gè)特征是該 控制系統(tǒng)被用在深海六千英尺甚至更深的海中。此深海 5 液壓裝置控制系統(tǒng)在深海中其并沒有受靜水壓頭的 影響，與此相反靜水壓頭卻被用作為液壓流提供能量。另一個(gè)相關(guān)的 是此控制系統(tǒng)并沒有受深海下六千英尺低溫的影響。 其第二 個(gè)特征是液壓流對水下作業(yè)裝置的壓力可以很容易的被調(diào)節(jié)器控制。電子控制系統(tǒng)被用來控制液流從儲存器到水下作業(yè)裝置和從水下作業(yè)裝置到液壓流儲存器的各種壓力閥。 其第三個(gè)特征是海水的靜水壓頭可以被用來運(yùn)作水下作業(yè)裝 置。 其第四個(gè)特征是從液壓流儲存器被抽出的液體可能會被輸入到儲存器中，這樣就可以避免占用液壓流供應(yīng)管道。 此深海液壓裝置控制系統(tǒng)可以被同時(shí)用來為打開和閉合的，位于深海六千英尺甚至更深的水下作業(yè)裝置提供液流壓力是此發(fā)明最顯著的優(yōu)勢。并且與之前的設(shè)備相比其消耗又顯著減少。其另一個(gè)顯著的優(yōu)勢就是此深海液壓裝置控制系統(tǒng)又可以很容易的被重現(xiàn)設(shè)計(jì)，因而不僅僅是液壓流，海水都可以被用來為水下作業(yè)裝置提供液壓，這樣可以很大程度的減少儲水槽和從海水表面到儲水槽的供應(yīng)管道。 其第三優(yōu)勢是此深海液壓裝置控制系統(tǒng)可以很可靠地用的來 運(yùn)作水下作業(yè)裝置，甚至在用控制系統(tǒng)到裝置外表面的流送管沒有連接好的緊急情況下。 以上和其他更多的此發(fā)明的目標(biāo)，特征和優(yōu)勢將會在以下的細(xì)節(jié)說明中變得更加清晰明顯，對于附圖中的數(shù)字將會有詳細(xì)的解釋說明。 對于附圖的簡要 說明 圖 1 是根據(jù)此發(fā)明而畫的水下作業(yè)裝置的簡草圖。 圖 2 是對于在 圖 1 中出現(xiàn)的在水下作業(yè)裝置被驅(qū)動閉合的情況下的控制系統(tǒng)局部簡圖。 附圖的詳細(xì) 說明 圖 1 是一個(gè)深海液壓裝置控制系統(tǒng)根據(jù)此發(fā)明為了運(yùn)作水下作業(yè)裝置的一個(gè)具體情況的簡圖。在以下討論的具體模型中，假設(shè)水下作業(yè)裝置是一個(gè)被置于深 海一萬英尺的一個(gè)海底防噴器。此發(fā)明中的控制系統(tǒng)將會被用來操作不同類型的水下作業(yè)裝置，包括輸送管道和剪切錘，環(huán)形 海底防噴器 ，水棧上的各種閥 ,淺水升降器 和通斷器。正如圖 1中所示，水下作業(yè)裝置模型被簡單的展示為一個(gè)可移動的活塞 P 在一個(gè)凹箱 H 中。凹箱包括了一個(gè)閉合的端口 CP 線 和一個(gè)開啟的端口 OP 線 .支桿 R 從凹箱中伸出連接著 6 活塞。根據(jù)發(fā)明，閉合端口中的液壓流把活塞由圖 1中所示的位置一直推到圖 2中所示的右邊位置，這樣把支桿 R 置于一個(gè)閉合的狀態(tài)。打開端口中的被加壓的液體流把活塞由圖 2中所示的位置一直推會到圖 1中所示的左 邊位置，這樣把支桿 R 置于一個(gè)打開的狀態(tài)。 控制系統(tǒng) 10包含液體儲存器 12和液壓流儲存器 14。如圖 1 中所示的應(yīng)用情況，首先假設(shè)的液體儲存器 12和液壓流儲存器 14都處于相同的一萬英尺的深度。液體儲存器 12包含可以在在凹箱里活動的活塞或者其他的液體分隔器。常規(guī)絕緣裝置 18為移動的活塞和凹箱的內(nèi)側(cè)提供不間斷的密封絕緣接合。如圖 1 所示，凹箱的上端是打開的，因此活塞 16受海水的靜水壓頭作用，該靜水壓頭在一萬英尺的深度下大概是 4450個(gè)大氣壓?；钊?16將在液體儲存器中的液流和海水隔開，同時(shí)將靜水壓頭的壓力轉(zhuǎn)化為為液體 流的壓力。 液壓流將在水下作業(yè)裝置被驅(qū)動后先后兩次通過液體供應(yīng)管道 28 供應(yīng)到液體儲存器 12 中。普通的液壓泵將會在海水表面使用高于 4450 個(gè)大氣壓強(qiáng)的壓力通過體供應(yīng)管道 28 把液體抽到液體儲存器 12 中。如圖中 31 所示安裝在裝置外表面的蓄電池，能夠不斷為液體儲存器 12 的液流提供供應(yīng)與補(bǔ)給。沿著供應(yīng)管道 28 的液體壓力將會被減壓閥 32 降低。圖 1 中所示的 二位二通電磁換向閥 34 是在關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)被一種來自MUX 電控系統(tǒng)的電控信號驅(qū)動時(shí)，控制閥將按順序切換到打開狀態(tài)，為儲存器 12 提供高壓液壓流。在 二位二通電磁換向閥 34 和儲存器 12 之間安裝的普通的單向閥 36 是為了確保液壓流一旦充滿儲存器 12，將不會經(jīng)供應(yīng)管道 28 流到裝置外表面。 密封箱 13必須把海水與液壓流 24 密封好，盡管當(dāng) 密封箱 內(nèi)部的液體與外面液體的壓力相同時(shí)管道 38 在正常情況下與外界不會有很大的壓力差。 另一方面，包括 密封箱 15 的水下液壓儲存器 14 必須能夠承受海水靜壓頭和儲存器14 內(nèi)壓力較低的液壓流的壓力差。如圖 1 所示， 密封箱 15 是完全密封的，因此壓力不會等于水下液壓流的壓力。一條排放管道 38 從液體儲存器 14 延伸到裝置外表面，單向閥 40 是為確保液壓流沿著排放管道 38 從液體儲器 14 流向裝置外面。在裝置外表面的排放管道 38 與大氣相連，因此，液體儲存器 14 上端的壓力大致是 0 個(gè)大氣壓。另外一種液體分隔器，如活塞 20 就是用來將 密封箱 15 底部的液壓流 26 與 密封箱 15 上部的空氣隔開。密封裝置 22 在保證活塞在 密封箱 15 內(nèi)壁來回移動的密封良好。在另一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，活塞 20 可能用不到。 7 壓力在 4450個(gè)大氣壓的液壓流 24 沿著連接著液體儲存器 12 于水下作業(yè)裝置的液體供應(yīng)