专利名称：用于在限定容积中保持流体压力的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在限定的容积中保持流体压力，并且同时记录从该容积中排出的流体作为泄漏或消耗的结果的方法。
本发明还涉及一种调节阀，用于在限定的容积中保持压力，并且同时记录从该容积中排出的流体作为泄漏或消耗的结果，该阀包括一个阀壳体，具有一第一腔构成所述容积并与阀出口连通，一活塞设置在腔中，受到一偏置弹簧在第一方向的作用，该活塞经一操作杆与阀本体合作，用于打开和关闭位于阀入口与腔的上游端之间的通道。阀本体向着关闭位置在与活塞相反的方向上被弹簧加载，使得当活塞在腔中的第一压力下的平衡位置时，阀关闭，只当腔中的压力降低到第一压力以下时打开。
这样一种方法所关心的是与用于海底的油气生产用的旋转机器的操作相关，保持压力状态的控制和在这种机器中的机械密封中可能的泄漏。典型的机器是多相泵、湿气体压缩机、注水泵、放置分离器等。这样的机械密封例如用于在转动轴的情况下处理液体与阻挡液体之间的密封，并且密封作用时常伴随具有来自一种纯阻挡液体的液压的过压，该阻挡液体的压力是例如比环境压力高10-20巴，该环境压力通常是处理液体的压力。机械密封通常具有一定的阻挡液体泄漏到处理液体中。操作一些时间以后，海底装置中阻挡液体的消耗由于机械密封的磨损而增加，并且有必要对旋转机器进行维修。在此方面，重要的是连续控制阻挡液体的消耗，以便有计划地及时地更换。
在安装在海床并且采用一种阻挡液体进行润滑和冷却的旋转机器中，压力调节通常从平台或一生产船上发生。压力由平台或生产船甲板上的一液压单元(HPU)控制。该压力设置在一固定的压力，或者基于来自于海床的机器和过程的压力信号而改变。这样的一系统具有一低的响应，并且只被用于HPU和海底装置之间相对短的距离。这样一系统由于静水头和一最小的压力，还将在较大的海洋深度具有限制，低于该最小压力该系统不能调节。
还有已知的其它海底调节系统，其中一压力调节作用在海底起作用。这些已知的方法相对复杂，需要较大空间，该方法包括一个系统，其中有许多阀，抵抗处理压力的补偿器伸缩软管等。
本发明的目的是提供一种方法和一种装置，包括一种非常简单的与相关种类的机械密封有关的压力监测和压力调节，并且其解决上面讨论的问题，即在旋转机器本身进行调节。
上述目的由一种前面提到的方法实现，根据本发明其特征在于该流体从压力调节阀供给，该阀设置有一装置，当其中的压力到低于一第一值时，打开以向该容积供给流体，并且当该容积中的压力达到一高于第一值的预定的第二值时，切断流体供给，来自于调节阀的一压力脉冲从而被记录，并且传送压力脉冲的频率被监测，并且用作发生流体泄漏和/或消耗的测量。
所述的目的还由一种前面提到的调节阀实现，其特征在于该阀设置有一装置，其使得只在第一腔中为第二压力时阀本体移动到通道的关闭位置，该压力实质上高于第一压力，使得在阀每次打开以后，在阀出口处出现不同的压力增加。此压力增加能够记录为不同的压力脉冲，即使较高的第二压力不立即达到。
在本发明中，所述监测通过记录压力脉冲而简单地执行，该脉冲在每次调节阀打开用于向相关的容积供给流体，即阻挡液体时产生。压力脉冲适合于由一标准的压力传感器记录，该传感器安装在旋转机器的阻挡油路中。在同一海底结构上有几台旋转机器的情况下，可以使用一公共的临时管缆用于从所述平台或生产船上供给阻挡油。这被连接到阀入口，并且具有不变的供给压力，比阀出口处的出口压力值高。基于压力脉冲频率，可以监测密封状态和用于阻挡液体消耗的补偿。根据本发明的此阀装置只包括一个阀壳体，构成一比现有技术简单得多并且更紧凑的解决方案。
本发明将在下面结合实施例并参照附图作详细的描述。其中
图1表示一种已知的压力调节阀的纵向剖面；图2表示本发明压力调节阀的第一实施例的纵向剖面；图3表示放大比例的图2中的阀的一个部分A，只是其处于另一操作步骤；和图4表示本发明压力调节阀的另一实施例的纵向剖面。
在不同的图中，相应的部件和元件标以相同的标号。
在本发明中，一标准的压力调节阀被设置成保持给定的下游压力P1，其被作为起点。这种公知形式的阀1如图1所示。该阀包括一个阀壳体2，该壳体具有一圆柱形的第一腔3，其与阀出口4相连通，和一个活塞5其可移动地设置在腔3中。该活塞5经一操作杆6与阀本体7合作，用于打开和关闭位于阀入口9与腔3的上游端之间的通道8。阀本体7固定在操作杆6上，并且可滑动地设置在阀壳体2的空腔10中。在阀的关闭位置，阀本体7停靠在阀座11上，阀本体由返回弹簧12作用而向着其关闭位置。
如图所示，活塞5受一预压弹簧13的作用，该弹簧被放置在形成活塞的弹簧支架14上，该弹簧支架可在空腔15中平行于活塞5移动，该空腔15与通道16连通，在操作中，该通道与构成一参考压力的环境压力相连。
当阀如图1定位时，活塞5经通道16受环境压力的作用，和来自弹簧13的偏置力的作用，处于向上的方向。在向下的方向时，活塞5受来自腔3的流体的压力作用，并且受到来自返回弹簧12的压力的作用，这些力经操作杆6传递到活塞5。腔3中的压力自动调节，使得向上的力和向下的力相等。当腔3中的压力下降，使得此平衡被破坏时，活塞5将被向上压，并寻求恢复平衡，阀本体7受压迫而离开其座11，并且打开将流体供入到腔3。阀本体7的座11的直径相对于活塞5要小。假设上述所需的下游压力P1，即阀出口4的压力，与阀本体5的上游流体压力压差不是很大，腔3的压力，以及阀出口的压力能够保持稳定在值P1，采用此公知的阀的方式。
图1的阀的一改进的实施例如图2所示，并且构成本发明的调节阀的第一实施例。
如开头时提到的，根据本发明的调节阀设置有一装置，其使得阀只在第一腔中为第二压力(P2)时关闭，该压力实质上高于第一压力(P1)。这在图2所示的改进的阀20中实现，该阀在起始点被设置成打开，当下游压力降到值P1以下时用于供给流体。该阀设置有一装置，用上游流体压力在活塞5上施加一个增加的向上的力。这引起下游压力必须在施加到活塞5上的向上和向下的力平衡之前，增加到一较高的值。该阀20继而当下游压力已经达到一较高的值P2时关闭。
正如图3所示，其以较大的比例示出了图2中的阀的一个部分A，所述装置首先包括一本体21，其设置在第一腔3中，并且在腔3的上游端固定到阀的壳体2。本体21包括一通常关闭的第二腔22，其经阀本体7与阀入口9连通(见图2)。而且，通过起动该装置，依赖于第二腔中的压力，在预压弹簧23的力的作用下，为该装置提供第二腔22与第一腔3之间的流体连通，设置一个元件24，通过起动连接装置，从弹簧23向活塞5传递力，使得阀只在第二腔22中的压力增加到引起所述起动的值P2时关闭。由于此起动，弹簧23的偏置力被传送到活塞5，下面详细说明。
产生连接的装置包括一个套筒25，其可滑动地安装在本体21的导向部分，一个环形密封圆盘26与套筒25上的一周边密封表面27合作，并且受弹簧23的作用向着关闭位置。弹簧力传送元件24包括一盖状本体，其在下端与活塞5螺纹连接，并且具有一个上底部28，通过连接装置的所述起动，形成一个用于套筒25和弹簧23的抵靠表面。如图所示，盖24的侧壁设置有开口29，形成所述流体连接的一部分，该流体连接由连接装置25，26，27的起动形成。
操作杆6通过本体21中心的位于第二腔22下面的一窄的引导件30。在此引导件中的泄漏非常小，该泄漏对于实现调节作用是不重要的，下面详细描述。
作用在活塞5上的向上的力的所述增加被产生，在于当阀打开时进入到腔3中的流体必须流经第二腔22，然后来自弹簧23的向上的力被传送到活塞5。在起点的腔22被关闭，在于来自弹簧23的力将密封圆盘26压靠在套筒25的密封表面27上。
为了进入第二腔或者出口腔3，流体必须从密封表面27向上压弹簧加载的密封圆盘26。这只在流体已经向上压套筒25以后，使得其保持与盖24的底部28的下侧接触。由于该盖防止套筒25进一步向上移动，腔22中的压力将增加，直到足够高，以将弹簧加载的密封圆盘26向上压，使得流体能够进一步流入到出口腔3。此状态如图3所示。当密封圆盘不与密封表面27接触时，来自弹簧23的压力将经盖24传送到活塞5。在此状态下，在阀再次关闭之前，腔3中的压力必须升高到值P2。因此，压力值P1和P2之间的差值直接由弹簧23的偏置力决定。
压力值P1和P2的选取较佳地是使得它们接近制造者所需的压力范围的外限，作为机器中机械密封的操作范围。通常为了调节阀的寿命，每单位时间内的起动次数尽可能地小。为此，使机械密封具有一打开的连接到一相对较大的弹性的缓冲量。此缓冲量在每次打开阀时，供给有一给定的流体量，使得当起动频率减小时能够同时测量流体的消耗量。缓冲容积的大小必须平衡，依赖于想要记录的相对于泄漏量的改变的频率。
根据本发明的调节阀的另一实施例如图4所示。在此实施例中，前面提到的本发明的目的由根据图1的调节阀的简单改进实现。如果相关的机械密封依赖于被保持在一稳定水平的流体压力，则此方法也需要设法使阻挡流体的供给压力保持在一稳定水平。
根据图1的公知的调节阀的需要的改进是阀本体7的密封表面面积增加，但是不增加腔3上游的横截面。因此图4示出一阀35，其具有一个带有一相对大的面积的密封表面的阀本体36，或者换句话说其中增加了座37的横截面，而腔3上游通道的横截面相对小。所述改进引起阀本体36从座37升起，使得压力调节阀打开需要在阀本体上比以前有更大的力。因此，采用同样的偏置或预压弹簧13，腔3中的压力将落到比以前阀打开之前低的水平。当调节阀已处于打开位置，阀本体36上下的压力接近相等。因此向关闭位置压阀本体36的力被大大减小。这意味着，只当腔3中的压力升高到座的横截面被增加之前调节阀将要保持的值以后，调节阀关闭。
如果预先假定座的横截面的增加是阀的唯一改进，以及想要保持相同的压力值P1和P2，则弹簧31的预压必须增加，并且座37的横截面必须适合于调节阀的供给压力与所需压力P1之间的压差。
权利要求
1.一种在限定的容积中保持流体压力，并且同时记录从该容积中排出的流体量作为泄漏或消耗的结果的方法，其特征在于该流体从压力调节阀供给，该阀设置有一装置，当其中的压力到低于一第一值(P1)时，打开以向该容积供给流体，并且当该容积中的压力达到一高于第一值(P1)的预定的第二值(P2)时，切断流体供给，来自于调节阀的一压力脉冲被记录，并且传送压力脉冲的频率被监测，并且用作发生流体泄漏和/或消耗的测量。
2.一种调节阀，用于在限定的容积中保持压力，并且同时记录从该容积中排出的流体量作为泄漏或消耗的结果，该阀(20，35)包括一个阀壳体(20)，具有一第一腔(3)构成所述容积，并与阀出口(4)连通，和一个活塞(5)设置在腔(3)中，受到一偏置弹簧(13)和一参考压力在第一方向的作用，该活塞经一操作杆(6)与阀本体(7)合作，用于打开和关闭位于阀入口(9)与腔(3)的上游端之间的通道(8)，阀本体(7)向着关闭位置在与活塞(5)相反的方向上被弹簧加载，使得当活塞在腔(3)中的第一压力(P1)下的平衡位置时，阀关闭，只当腔(3)中的压力降低到第一压力(P1)以下时打开，其特征在于，阀(20，35)设置有一装置，只在第一腔(3)中为实质上高于第一压力(P1)的第二压力(P2)时，引起阀本体(7)移动到该通道(8)的该关闭位置，使得在阀每次打开以后，在阀出口(4)出现一不同的压力脉冲。
3.根据权利要求2的一种调节阀，其特征在于所述装置设置成利用上游流体压力，在所述第一方向在活塞(5)上施加一个增加的向上的力，使得在第一腔(3)中的压力降低到低于第一压力(P1)时，在活塞(5)再回到平衡位置以及阀(20)关闭以前，必须增加到一实质上较高的第二压力(P2)。
4.根据权利要求3的一种调节阀，其特征在于所述装置包括一本体(21)，其在第一腔(3)的上游端固定到阀的壳体(2)，本体(21)包括一通常关闭的第二腔(22)，其经阀本体(7)与阀入口(9)连通，一装置(25，26，27)，依赖于第二腔(22)中的压力，通过起动该装置，在预压弹簧(23)的力的作用下，提供第二腔(22)与第一腔(3)之间的流体连通，一个元件(24)，通过起动连接装置(25，26，27)，从弹簧(23)向活塞(5)传递力，使得阀(20)只在第二腔(22)中的压力增加到由弹簧(23)的偏置力决定的引起所述起动的所述第二压力(P2)时关闭。
5.根据权利要求4的一种调节阀，其特征在于所述产生连接的装置包括一个套筒(25)，其可滑动地安装在本体(21)的一导向部分，一个环形密封元件(26)与套筒(25)上的一周边密封法兰(27)合作，并且受弹簧(23)向着关闭位置的作用，力的传送元件(24)包括一盖状本体，其固定在活塞(5)上，并且具有一个底部(28)，通过连接装置(25，26，27)的所述起动，形成一个用于套筒(25)和弹簧(23)的抵靠表面。
6.根据权利要求2的一种调节阀，其特征在于所述阀本体(36)具有一相对大的面积，而阀本体(36)下游所述通道的横截面相对较小，并且活塞(5)的偏置弹簧(31)的偏置力被选择，使得阀(35)在所需的第一和第二压力值(P1，P2)时关闭。
7.根据权利要求2-6中任一项的一种调节阀，其特征在于所述阀出口(4)连接到相对大的弹性缓冲容积，在每次阀(20，35)打开时，该容积被供给有给定的流体量，由于阀的起动频率降低，使得流体的消耗能够同时被测量。
全文摘要
一种在限定的容积(3)中保持流体压力，并且同时记录从该容积中排出的流体量作为泄漏或消耗的结果的方法和一种调节阀。该流体从压力调节阀(20)供给，该阀(20)设置有一装置(5－7，22－26)，当其中的压力到低于一第一值(P1)时，打开以向该容积(3)供给流体，并且当该容积(3)中的压力达到一高于第一值(P1)的预定的第二值(P2)时，切断流体供给。因此，在调节阀(20)每次打开以后，在阀出口出现一不同的压力脉冲。此压力增加作为压力脉冲被记录，并且传送压力脉冲的频率被监测，并且用作发生所述被供给流体泄漏和/或消耗的测量。
文档编号G01M3/32GK1433515SQ01810744
公开日2003年7月30日 申请日期2001年6月5日 优先权日2000年6月5日
发明者尼尔斯·T·奥特斯塔 申请人:法默工程公司