深水防喷器系统的黑匣子的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种深水防喷器系统的黑匣子，黑匣子包括内舱、外舱和鼠笼型固定支架；内舱包括内舱壳体、内舱法兰平盖、主固态硬盘和备份固态硬盘；外舱为分体式结构包括固定外舱壳体、移动外舱壳体、外舱法兰平盖、固定外舱隔热层和移动外舱隔热层；鼠笼型固定支架包括支撑梁和圆形顶盖；支撑梁沿圆形顶盖的圆周均匀分布；支撑梁的顶端与圆形顶盖通过螺栓相连，支撑梁的底端焊接在固定外舱壳体的法兰上；圆形顶盖与移动外舱壳体通过弹簧和尼龙绳相连。本发明黑匣子内的电子元器件数量少，发热量低；可保证黑匣子内的固态硬盘在深水防喷器系统正常工作时顺利散热，在深水防喷器系统发生事故且平台倾覆时，可先经受高温再经受高压作用而不损坏。
【专利说明】深水防喷器系统的黑匣子
【技术领域】
[0001]本发明属于深水钻探设备安全防护领域，具体地，涉及一种深水防喷器系统的黑匣子。
【背景技术】
[0002]随着海洋石油开发事业的迅速发展，现代海洋石油勘探开发的范围已经从近海、浅海逐步向远海、深海区域进军。随着作业水深的日益增加，面临的环境越来越复杂，大大提高了海洋石油钻探开发的难度。深水防喷器是海洋钻井中最重要的安全屏障，一旦失效，将引起灾难性的后果。例如，2010年4月20日，位于墨西哥湾的深水地平线号(De印waterHorizon)海洋钻井平台密西西比海底峡谷(Mississippi Canyon) 252号1-01井发生井喷爆炸，并引发大火，平台在燃烧了 36小时后，沉入了墨西哥湾，造成11人死亡，17人受伤，大面积海域受到严重污染。由于深水防喷器系统随海洋钻井平台一同沉入海中，大量关键数据随之消失，为事故原因调查带来很多困难。
[0003]因此，借鉴飞机黑匣子和船用黑匣子的开发经验，研制一套深水防喷器系统的黑匣子，可实时保存防喷器系统工作中的数据与声音文件。飞机黑匣子和船用黑匣子的工作时间一般为数小时至数十个小时，黑匣子内电子元器件发热量不大；然而，深水防喷器系统的黑匣子在钻井周期内连续不停地工作数个月，在黑匣子舱体隔热层隔热作用下，电子元器件发出的热量积聚舱内无法散出，使舱内温度升高至电子元器件工作的上限温度，从而造成黑匣子无法正常工作。
【发明内容】
[0004]为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种深水防喷器系统的黑匣子。
[0005]为实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0006]一种深水防喷器系统的黑匣子，包括内舱、外舱和鼠笼型固定支架；
[0007]内舱，包括:内舱壳体、内舱法兰平盖、主固态硬盘和备份固态硬盘；
[0008]内舱壳体为圆筒形，底端带有法兰，内舱壳体与内舱法兰平盖通过螺栓紧固连接；内舱壳体外侧的顶端安装有水下信标；内舱法兰平盖上设有两个螺纹孔，两个螺栓孔内分别安装有第一水下耐高压电接头和第二水下耐高压电接头；内舱内安装有主固态硬盘和备份固态硬盘，主固态硬盘通过四根防震弹簧固定在内舱壳体的内壁和内舱法兰平盖上，备份固态硬盘通过四根防震弹簧固定在内舱壳体的内壁和内舱法兰平盖上；主固态硬盘上安装有第一散热片，主固态硬盘与第一散热片紧密贴合在一起，备份固态硬盘上安装有第二散热片，备份固态硬盘和第二散热片紧密贴合在一起，主固态硬盘与第一水下耐高压电接头通过第三信号电缆相连；备份固态硬盘与第二水下耐高压电接头通过第四信号电缆相连；
[0009]外舱为分体式结构，包括:固定外舱壳体、移动外舱壳体、外舱法兰平盖、固定外舱隔热层和移动外舱隔热层；[0010]固定外舱壳体为底端带有法兰的圆柱形壳体，固定外舱壳体的顶端带有倒钩，固定外舱壳体与外舱法兰平盖通过螺栓紧固连接；固定外舱壳体内设有固定外舱隔热层，内舱下部固化在固定外舱隔热层内；
[0011]外舱法兰平盖上开有两个螺纹孔，两个螺纹孔内分别安装第一电接头和第二电接头；第一水下耐高压电接头和第二水下耐高压电接头与第一电接头和第二电接头分别通过第一信号电缆和第二信号电缆相连接；
[0012]第一电接头和第二电接头外侧分别安装有第一硬盘接口电路模块和第二硬盘接口电路模块，第一硬盘接口电路模块和第二硬盘接口电路模块分别通过第一 USB数据线和第二 USB数据线与深水防喷器系统的主控站相连，主控站通过音频数据线与麦克风相连；
[0013]移动外舱壳体内设有移动外舱隔热层，移动外舱隔热层内设有空腔，该空腔的形状与内舱上部的形状相同，移动外舱壳体的底端外侧均布八个棘爪，棘爪向下移动插入倒钩时，可使固定外舱壳体和移动外舱壳体固定在一起；
[0014]鼠笼型固定支架，包括:十六根支撑梁和圆形顶盖；十六根支撑梁沿圆形顶盖的圆周均匀分布；支撑梁的顶端与圆形顶盖通过螺栓相连，支撑梁的底端焊接在固定外舱壳体的法兰上；圆形顶盖与移动外舱壳体通过八根弹簧和四根尼龙绳相连。
[0015]相对于现有技术，本发明的有益效果如下:将声音采集处理模块和硬盘接口电路模块外置在深水防喷器系统的黑匣子外，黑匣子内的电子元器件数量少，发热量低；黑匣子舱体为具有分体式隔热层的双层结构，可保证黑匣子内的固态硬盘在深水防喷器系统正常工作时顺利散热，在深水防喷器系统发生事故且平台倾覆时，可先经受高温再经受高压作用而不损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是深水防喷器系统的黑匣子结构示意图；
[0017]图2是散热情况下的深水防喷器系统的黑匣子三维结构图；
[0018]图3是隔热情况下的深水防喷器系统的黑匣子三维结构图；
[0019]图中，1、主控站，2、音频数据线，3、麦克风，4、第一 USB数据线，5、第二 USB数据线，6、外舱法兰平盖，7、第一硬盘接口电路模块，8、第二硬盘接口电路模块，9、第一电接头，10、第二电接头，11、内舱法兰平盖，12、第一水下耐高压电接头，13、第二水下耐高压电接头，14、主固态硬盘,15、备份固态硬盘,16、第一散热片，17、第二散热片，18、固定外舱壳体,19、移动外舱壳体，20、鼠笼型固定支架，21、弹簧，22、尼龙绳，23、棘爪，24、倒钩，25、第一信号电缆，26、第二信号电缆，27、第三信号电缆，28、第四信号电缆，29、内舱壳体，30、固定外舱隔热层，31、移动外舱隔热层，32、水下信标，33、内舱，34、外舱，35、螺栓，36、支撑梁，37、圆形顶盖，38、防震弹簧。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，深水防喷器系统的黑匣子，包括内舱33、外舱34和鼠笼型固定支架20。
[0021 ] 内舱33，包括:内舱壳体29、内舱法兰平盖11、主固态硬盘14和备份固态硬盘15。
[0022]内舱壳体29为圆筒形，底端带有法兰，内舱壳体29与内舱法兰平盖11通过十六套螺栓35紧固连接；内舱壳体29外侧的顶端安装有水下信标32 ；内舱法兰平盖11上设有两个螺纹孔，两个螺栓孔内分别安装有第一水下耐高压电接头12和第二水下耐高压电接头13。内舱33内安装有主固态硬盘14和备份固态硬盘15,主固态硬盘14通过四根防震弹簧38固定在内舱壳体29的内壁和内舱法兰平盖11上，备份固态硬盘15也通过四根防震弹簧38固定在内舱壳体29的内壁和内舱法兰平盖11上，起到防震作用。主固态硬盘14上安装有第一散热片16，主固态硬盘14与第一散热片16紧密贴合在一起，两者之间涂抹导热硅脂；备份固态硬盘15上安装有第二散热片17，备份固态硬盘15和第二散热片17紧密贴合在一起，两者之间涂抹导热硅脂；主固态硬盘14与第一水下耐高压电接头12通过第三信号电缆27相连；备份固态硬盘15与第二水下耐高压电接头13通过第四信号电缆28相连。内舱壳体29和内舱法兰平盖11均由310S不锈钢制造，可承受30MPa外压。
[0023]外舱34为分体式结构,包括:固定外舱壳体18、移动外舱壳体19、外舱法兰平盖
6、固定外舱隔热层30和移动外舱隔热层31。
[0024]固定外舱壳体18为底端带有法兰的圆柱形壳体，固定外舱壳体18的顶端带有倒钩24，固定外舱壳体18与外舱法兰平盖6通过螺栓紧固连接；固定外舱壳体18内设有固定外舱隔热层30，内舱33下部固化在固定外舱隔热层30内。
[0025]外舱法兰平盖6上开有两个螺纹孔，两个螺纹孔内分别安装第一电接头9和第二电接头10 ;第一水下耐高压电接头12和第二水下耐高压电接头13与第一电接头9和第二电接头10分别通过第一信号电缆25和第二信号电缆26相连接。
[0026]第一电接头9和第二电接头10外侧分别安装有第一硬盘接口电路模块7和第二硬盘接口电路模块8，第一硬盘接口电路模块7和第二硬盘接口电路模块8分别通过第一USB数据线4和第二 USB数据线5与深水防喷器系统的主控站I相连，主控站I通过音频数据线2与麦克风3相连。麦克风3用于米集深水防喷器系统工作中的各种声音信息。
[0027]移动外舱壳体19内设有移动外舱隔热层31，移动外舱隔热层31内设有空腔，该空腔的形状与内舱33上部的形状相同，并且该空腔与内舱33间隙配合，缝隙量小于0.2毫米，移动外舱壳体19可沿着内舱壳体29的上部上下滑动。移动外舱壳体19的底端外侧均布八个棘爪23，棘爪23向下移动插入倒钩24时，可使固定外舱壳体18和移动外舱壳体19固定在一起。
[0028]鼠笼型固定支架20，包括:十六根支撑梁36和圆形顶盖37 ;十六根支撑梁36沿圆形顶盖37的圆周均匀分布；支撑梁36的顶端与圆形顶盖37通过螺栓相连，支撑梁36的底端焊接在固定外舱壳体18的法兰上；圆形顶盖37与移动外舱壳体19通过八根弹簧21和四根尼龙绳22相连。
[0029]固定外舱壳体18、移动外舱壳体19和外舱法兰平盖6均由316L不锈钢制造，固定外舱隔热层30和移动外舱隔热层31由纳米级微孔隔热材料固化成型，固定外舱隔热层30和移动外舱隔热层31可保证深水防喷器系统的黑匣子在承受1000摄氏度高温一小时，260摄氏度高温十小时后，主固态硬盘14和备份固态硬盘15仍可正常工作。
[0030]主固态硬盘14和备份固态硬盘15均为22针，第一水下耐高压电接头12和第二水下耐高压电接头13均为22针,第一电接头9和第二电接头10均为22针,第一信号电缆25、第二信号电缆26、第三信号电缆27和第四信号电缆28均为22芯。
[0031]深水防喷器系统工作时，中央控制单元的可编程逻辑控制器PLC实时采集防喷器系统的温度、压力、流量、位移、电压、电流数据，主控站I从PLC读入发生变化的上述数据，通过第一 USB数据线4和第一信号电缆25和第三信号电缆27，写入黑匣子内的主固态硬盘14上；同时，主控站I将麦克风3采集到的声音信息以同样方式写入黑匣子内的主固态硬盘14上；每隔十分钟，系统将主固态硬盘14上写入的新数据复制到备份固态硬盘15上；两块固态硬盘可保存最新的七天数据，七天以前数据被定时删除。
[0032]当深水防喷器系统正常工作时，四根尼龙绳22被拉紧，黑匣子的移动外舱壳体19上的八根弹簧21被压缩，此时固定外舱壳体18与移动外舱壳体19完全打开，主固态硬盘14和备份固态硬盘15产生的热量可经过第一散热片16和第二散热片17、内舱壳体29传入周围空气中，从而降低内舱33内部温度，如图2所示。
[0033]当油井发生井喷且平台发生火灾时，四根尼龙绳22被迅速烧断，在八根弹簧21作用下，移动外舱壳体19迅速下移,棘爪23插入倒钩24中，固定外舱壳体18和移动外舱壳体19紧紧固定在一起。固定外舱隔热层30和移动外舱隔热层31形成一个封闭隔热层，保护内舱33内的主固态硬盘14和备份固态硬盘15不因高温烧毁，如图3所示。
[0034]当深水防喷器系统的黑匣子随海洋平台沉入海中，尽管外舱34因高压损坏，但是内舱壳体29、内舱法兰平盖11，以及水下第一耐高压电接头12和第二水下耐高压电接头13均可承受30MPa外压，可保护主固态硬盘14和备份固态硬盘15不因高压损坏。搜寻人员可根据水下信标32发出的信号，搜索到黑匣子，依据记录在主固态硬盘14和备份固态硬盘15上的数据，进一步查找深水防喷器系统的事故原因。
[0035]由上述结构可知，采集并处理声音信息的电路模块不是位于黑匣子内，而是由麦克风3和主控站I采集并处理声音信息，同时主固态硬盘14和备份固态硬盘15的第一硬盘接口电路模块7和第二硬盘接口电路模块8不是位于黑匣子内，而是外置于黑匣子的外舱法兰平盖6上，从而大大减少了安装于黑匣子内舱33内的电子元器件数量，降低了发热量及内舱33内的温度，保证主固态硬盘14和备份固态硬盘15可正常工作。
[0036]通过使用上述分体式双层舱体结构，可保证黑匣子内的固态硬盘在深水防喷器系统正常工作时可顺利散热，在深水防喷器系统发生事故且平台倾覆时，可先经受高温再经受高压作用而不损坏。
【权利要求】
1.一种深水防喷器系统的黑匣子，包括内舱、外舱和鼠笼型固定支架；其特征在于: 内舱，包括:内舱壳体、内舱法兰平盖、主固态硬盘和备份固态硬盘； 内舱壳体为圆筒形，底端带有法兰，内舱壳体与内舱法兰平盖通过螺栓紧固连接；内舱壳体外侧的顶端安装有水下信标；内舱法兰平盖上设有两个螺纹孔，两个螺栓孔内分别安装有第一水下耐高压电接头和第二水下耐高压电接头；内舱内安装有主固态硬盘和备份固态硬盘，主固态硬盘通过四根防震弹簧固定在内舱壳体的内壁和内舱法兰平盖上，备份固态硬盘通过四根防震弹簧固定在内舱壳体的内壁和内舱法兰平盖上；主固态硬盘上安装有第一散热片，主固态硬盘与第一散热片紧密贴合在一起，备份固态硬盘上安装有第二散热片，备份固态硬盘和第二散热片紧密贴合在一起，主固态硬盘与第一水下耐高压电接头通过第三信号电缆相连；备份固态硬盘与第二水下耐高压电接头通过第四信号电缆相连；外舱为分体式结构，包括:固定外舱壳体、移动外舱壳体、外舱法兰平盖、固定外舱隔热层和移动外舱隔热层； 固定外舱壳体为底端带有法兰的圆柱形壳体，固定外舱壳体的顶端带有倒钩，固定外舱壳体与外舱法兰平盖通过螺栓紧固连接；固定外舱壳体内设有固定外舱隔热层，内舱下部固化在固定外舱隔热层内； 外舱法兰平盖上开有两个螺纹孔，两个螺纹孔内分别安装第一电接头和第二电接头；第一水下耐高压电接头和第二水下耐高压电接头与第一电接头和第二电接头分别通过第一信号电缆和第二信号电缆相连接； 第一电接头和第二电接头外侧分别安装有第一硬盘接口电路模块和第二硬盘接口电路模块，第一硬盘接口电路模块和第二硬盘接口电路模块分别通过第一 USB数据线和第二USB数据线与深水防喷器系统的主控站相连，主控站通过音频数据线与麦克风相连； 移动外舱壳体内设有移动外舱隔热层，移动外舱隔热层内设有空腔，该空腔的形状与内舱上部的形状相同，移动外舱壳体的底端外侧均布八个棘爪，棘爪向下移动插入倒钩时，可使固定外舱壳体和移动外舱壳体固定在一起； 鼠笼型固定支架，包括:十六根支撑梁和圆形顶盖；十六根支撑梁沿圆形顶盖的圆周均匀分布；支撑梁的顶端与圆形顶盖通过螺栓相连，支撑梁的底端焊接在固定外舱壳体的法兰上；圆形顶盖与移动外舱壳体通过八根弹簧和四根尼龙绳相连。
2.根据权利要求1所述的深水防喷器系统的黑匣子，其特征在于: 主固态硬盘和备份固态硬盘均为22针，第一水下耐高压电接头和第二水下耐高压电接头均为22针，第一电接头和第二电接头均为22针，第一信号电缆、第二信号电缆、第三信号电缆和第四信号电缆均为22芯。
3.根据权利要求1或2所述的深水防喷器系统的黑匣子，其特征在于: 主固态硬盘与第一散热片紧密贴合在一起，两者之间涂抹导热硅脂；备份固态硬盘上安装有第二散热片，备份固态硬盘和第二散热片紧密贴合在一起，两者之间涂抹导热硅脂。
4.根据权利要求1-3所述的深水防喷器系统的黑匣子，其特征在于: 固定外舱壳体、移动外舱壳体和外舱法兰平盖均由316L不锈钢制造，固定外舱隔热层和移动外舱隔热层由纳米级微孔隔热材料固化成型。
5.根据权利要求1-4所述的深水防喷器系统的黑匣子，其特征在于: 内舱壳体和内舱法兰平盖均由310S不锈钢制造，可承受30MPa外压。
6.根据权利要求1-5所述的深水防喷器系统的黑匣子，其特征在于: 移动外舱壳体内的空腔与内舱间隙配合，缝隙量小于0.2毫米，移动外舱壳体可沿着内舱壳体的上部上 下滑动。
【文档编号】G11B33/14GK103632410SQ201310699027
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】蔡宝平, 刘永红, 许宏奇, 刘增凯, 陈艳东, 纪仁杰, 张云卫, 范谦, 马云鹏, 展宝成 申请人:中国石油大学(华东)