直接作用式补偿液缸及其隔水管张紧器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋石油天然气钻采装备技术领域，涉及一种直接作用式补偿液缸， 本发明还涉及一种直接作用式隔水管张紧器。
【背景技术】
[0002] 隔水管张紧器作为深水油气勘探的重要设备，其功能主要是对浮式平台（钻井 船）与隔水管之间的相对运动进行补偿，隔水管张紧器的性能是影响海上钻完井作业经济 性与安全性的重要因素。
[0003]目前，浮式钻井隔水管张紧器主要有两种形式：一种是通过钢丝绳与隔水管连接 的形式，简称钢丝绳式隔水管张紧器；另一种是通过液缸直接与隔水管连接的形式，简称直 接作用式隔水管张紧器。由于钢丝绳式张紧器存在操作维修费用高，占用平台面积大，重心 垂直位置高等缺点，直接作用式张紧器使用更为广泛。直接作用式张紧器主要特点如下：
[0004] 1)为适应波浪浪高的影响，补偿液缸的设计通常为15米左右，对长行程液缸运行 的稳定性有严格的要求；2)隔水管张紧器承担整个隔水管系统的重量，通常超过800吨，由 于管线、液压油等因素的制约，张紧器压力一般限制在21MPa以内，导致补偿液缸直径大， 再考虑波浪的时间周期，蓄能器和补偿液缸之间的液体流量在补偿运动时可达到3000L/ min。由此看来，液缸与蓄能器的接口设计是较重要的一环。
[0005] 如图1所示是现有的一种直接作用式隔水管张紧器结构，蓄能器和补偿油缸分 开，蓄能器和补偿油缸之间用胶管连接形成流道，由于在补偿过程中流量较大，胶管中的流 速也较大；并且安装在隔水管上的补偿油缸与安装在平台甲板上的蓄能器中间的胶管很 长，所以造成补偿油缸和蓄能器之间能量交换时，长距离管路与较快的管内流速导致的能 量损失也非常可观，影响补偿效果。同时，也会加剧胶管内壁磨损与胶管老化，影响了胶管 使用寿命。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种直接作用式补偿液缸，解决了现有技术中直径大、行程 长、流量大和重量重的问题。
[0007] 本发明的另一目的是提供一种直接作用式隔水管张紧器，解决了现有技术中补偿 液缸和蓄能器液体交换的能量损失大，补偿液缸直径和重量超大的问题。
[0008] 本发明所采用的技术方案是，一种直接作用式补偿液缸，包括外缸筒，外缸筒内腔 下段固定安装有一个内缸筒，内缸筒与外缸筒为一体固定，
[0009] 外缸筒上端安装有上端盖，外缸筒上部壁上开有低压气体通道，外缸筒内腔上段 设置有活塞，在内缸筒圆壁中设置有高压液体通道，高压液体通道设置有高压接口；
[0010] 在内缸筒内圆中套装有导向套和弹簧，弹簧下端与导向套上端面顶接，弹簧上端 与活塞下端面顶接；内缸筒下端内圆通过螺纹与缸套套接，缸套和内缸筒的下端面通过各 个紧固螺栓共同与下端盖固定连接；
[0011] 活塞向下连接有活塞杆，活塞杆向下依次穿过内缸筒上端沿的轴心孔、弹簧、导向 套、缸套和下端盖的轴心孔。
[0012] 本发明所采用的另一技术方案是，一种直接作用式隔水管张紧器，利用上述的补 偿液缸，在补偿液缸的外圆上固定安装有安全阀组和活塞式蓄能器，补偿液缸靠近活塞杆 的端部两侧分别设置有一个高压接口，每个高压接口分别通过一根硬导管与合流器的两个 进口端连通，合流器的出口端通过安全阀组与活塞式蓄能器连通；
[0013] 活塞式蓄能器的气压腔端部设置有高压气体接口，高压气体接口与甲板上的高压 气瓶组连通；补偿液缸塞腔靠近端部设置有低压气体接口，低压气体接口与甲板上的低压 气瓶组连通；补偿液缸塞腔缸体外端面固定安装有上提环，上提环与张紧器固定支架铰接， 补偿液缸的活塞杆端头铰接有下提环，下提环与隔水管的张紧环铰接。
[0014] 本发明的有益效果是，结构简单、易于操作和维护，将蓄能器和补偿液缸集成，蓄 能器和补偿液缸之间的通道采用硬导管连接代替胶管，有效的防止胶管老化引起的管线破 裂、失效等问题，确保隔水管张紧器安全、可靠运行；采用"补偿液缸+蓄能器+安全阀"设 计，结合补偿系统实现对隔水管系统提供近于恒定的张力，并能够高效的补偿浮式钻井平 台的升沉运动，提升了油缸直接作用式张紧器的工作性能，并减少原来直接作用式张紧器 补偿液缸的能量损失，同时减少了占用的甲板空间，为海洋浮式钻井平台（钻井船）钻井作 业提供有效的安全保障。
【附图说明】
[0015] 图1是现有技术的直接作用式隔水管张紧器示意图；
[0016] 图2是本发明直接作用式隔水管张紧器整体结构示意图；
[0017] 图3是本发明中的补偿液缸内部结构示意图。
[0018] 图中，1.补偿液缸，2.活塞式蓄能器，3.安全阀组，4.合流器，5.硬导管，6.固定 支架，7.高压气体接口，8.低压气体接口，9.上提环，10.下提环，11.外缸筒，12.活塞杆， 13.弹簧，14.导向套，15.内缸筒，16.高压液体通道，17.高压接口，18.缸套，19.密封圈， 20.防尘圈，21.下端盖，22.紧固螺栓，23.活塞，24.上端盖，25.低压气体通道；
[0019] 30.补偿油缸，31.胶管，32.隔水管，33.张紧环，34.平台，35.井架，36.蓄能器， 37.高压气瓶组，38.低压气瓶组。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0021] 参照图1，现有技术的一种直接作用式海洋平台隔水管张紧器结构是，包括在平台 34上的井架35两边分别设置有一套蓄能器36、高压气瓶组37及低压气瓶组38,在平台34 下表面隔水管32两侧分别设置有一个补偿油缸30,每侧的补偿油缸30塞腔与低压气瓶组 38连通，每侧的蓄能器36 -端与高压气瓶组37连通，每侧的蓄能器36另一端通过胶管31 与该侧的补偿油缸30连通；每侧的补偿油缸30活塞杆与张紧环33铰接。
[0022] 参照图2,本发明的整体结构是，
[0023] 在补偿液缸1的外圆上固定安装有安全阀组3和活塞式蓄能器2,通过紧固件将 三者固定安装集成为一体，补偿液缸1靠近活塞杆的端部两侧（沿直径对称）分别设置有 一个高压接口 17,每个高压接口 17分别通过一根硬导管5与合流器4的两个进口端连通， 合流器4的出口端通过安全阀组3与活塞式蓄能器2连通；也就是说，液体经由补偿液缸1 端部两侧出口流出，经过两根硬导管5形成两股高压液压油，进入合流器4后合流成一股再 通过安全阀组3进入活塞式蓄能器2的液压腔；
[0024] 活塞式蓄能器2的气压腔端部设置有高压气体接口 7,高压气体接口 7与甲板上的 高压气瓶组37连通；补偿液缸1塞腔靠近端部设置有低压气体接口 8,低压气体接口 8与甲 板上的低压气瓶组38连通；补偿液缸1塞腔缸体外端面固定安装有上提环9,上提环9与张 紧器固定支架铰接，补偿液缸1的活塞杆12端头铰接有下提环10,下提环10与隔水管32 的张紧环33铰接。
[0025] 平台34随着波浪做升沉运动时，该补偿液缸1与隔水管32铰接，活塞式蓄能器2 提供的液体压力使补偿液缸1支撑隔水管32的重量，由于活塞式蓄能器2和高压气瓶组37 的管线连接，使得活塞式蓄能器2类似一个"空气弹簧"。当平台34随着波浪周期性的升沉 运动时，补偿液缸1以同样的周期补偿平台34的运动，进而保证了隔水管32的张力近似恒 定，达到补偿的目的。位于补偿液缸1塞腔端部的低压气体接口 8通过软管与平台34上的 低压气瓶组38连接，形成有效的气体交换通道，补偿液缸1塞腔端部的压力和低压气瓶组 38压力相同。
[0026] 鉴于现有的补偿油缸30的直径大、行程长、流量大和重量重，本发明的补偿液缸1 相对于传统的补偿油缸30进行了结构创新，能够更好的满足了张紧器补偿的使用工况。
[0027]