本發(fā)明涉及一種用于補償介質(zhì)的體積變化的壓力補償器以及一種制造壓力補償器的方法。本發(fā)明還涉及一種包括這種壓力補償器的電接觸裝置，特別是連接器或端接組件。

背景技術(shù)：

由于能源需求增加，海上石油和天然氣生產(chǎn)正在進入更深的水域。為了確保從海底井有效和安全地生產(chǎn)烴，正在海底安裝處理設(shè)施。這種海底設(shè)施可以包括一系列部件，包括泵、壓縮機等以及用于為這些部件提供電力的電網(wǎng)。電網(wǎng)例如可以包括海底變壓器、海底開關(guān)設(shè)備和海底可變速驅(qū)動器(VSD)。海底設(shè)施的這些部件可以安裝在3000m或更大的水深處，使得它們暴露于高達或甚至超過300巴的壓力。為了保護這些部件免受腐蝕性海水的影響并且處理這種海底環(huán)境中存在的高壓，這些部件設(shè)置有海底外殼。

為了提供相對緊湊和輕質(zhì)的外殼，可以使用壓力補償外殼(也稱為加壓外殼)，其包括使外殼中的壓力與環(huán)境海水中存在的壓力平衡的體積/壓力補償器。壓力補償外殼通常填充有液體，并且在壓力補償外殼內(nèi)操作的部件被制成為能夠在高壓下操作。壓力/體積補償器補償填充外殼的液體的體積變化，該變化可能由于環(huán)境壓力和/或溫度的變化而發(fā)生。溫度變化可以通過在海底位置處的部署和內(nèi)部加熱造成，例如由于電氣損失。

壓力補償器可以包括金屬波紋管、橡膠波紋管、活塞等。作為示例，文獻EP2501608A1公開了一種壓力補償系統(tǒng)，其實現(xiàn)了對抗海水進入的雙重屏障。

此外，文獻EP2610881B1公開了一種利用兩個波紋管的特定布置的構(gòu)造，從而增加補償體積并且保持死體積小。因而，可以實現(xiàn)具有改進的可靠性的單屏障構(gòu)造。

這種構(gòu)造通常具有相當(dāng)大尺寸的移動部件。由于它們的尺寸和形狀，它們通常不適于集成到緊湊電氣裝置中，諸如電連接器、端接組件等。因此，如果這種裝置包括需要壓力補償?shù)某溆腕w積，則包圍該體積的壁通常由彈性材料制成，以便為體積補償和壓力平衡提供所需的靈活性。然而，這樣的材料(例如彈性體等)通常遭受如下問題，即在一定時間之后，海水可能滲透通過由這種材料制成的屏障。因此，屏障后面的電介質(zhì)可能隨著時間的推移而被海水的侵入污染。因而，希望以緊湊的方式為這種電連接裝置提供壓力補償，而沒有海水進入的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，需要改進對海底裝置的壓力補償，特別是對于不遭受海水?dāng)U散或滲透的緊湊型壓力補償器。

這種需要通過獨立權(quán)利要求的特征來滿足。從屬權(quán)利要求描述了本發(fā)明的實施例。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種用于補償介質(zhì)的體積變化的壓力補償器。壓力補償器包括包圍第一體積的第一補償器部分和包圍第二體積的第二補償器部分。第一體積和第二體積流體連通。第一補償器部分包括第一波紋管部，并且第二補償器部分包括第二波紋管部。壓力補償器還包括可移動元件，第一波紋管部和第二波紋管部機械地耦接到該可移動元件，使得可移動元件在預(yù)定方向上(或沿著預(yù)定軸線)的移動導(dǎo)致波紋管部之一的壓縮以及波紋管部中的另一波紋管部的膨脹。第一補償器部分和第二補償器部分被構(gòu)造成使得可移動元件在預(yù)定方向上(或沿著預(yù)定軸線)的移動導(dǎo)致第一體積的體積變化和第二體積的體積變化。第二體積的體積變化與第一體積的體積變化不同。

在這種構(gòu)造中，可以實現(xiàn)相對緊湊的壓力補償器，因為波紋管壓縮/膨脹經(jīng)由兩個波紋管部均耦接到的可移動元件發(fā)生，因而允許使用固定端壁。第一體積和第二體積可以由可移動元件分離，并且流體連通可以通過或越過/圍繞可移動元件發(fā)生。因此，有助于這種壓力補償器的密封，因為不需要將位于可移動元件的一側(cè)上的第一體積朝向位于可移動元件的另一側(cè)上的第二體積密封。因而，可以避免密封到可移動元件(通常這相當(dāng)困難)。

第一體積和/或第二體積例如可以與待被壓力補償?shù)捏w積流體連通，諸如連接器、終端組件等的內(nèi)部體積。流體連通可以經(jīng)由相應(yīng)的流動通道發(fā)生。

在一個實施例中，第一波紋管部具有比第二波紋管部的外周長(或周界)更大的外周長，特別是周界。當(dāng)移動可移動元件時，第一體積的體積變化可以大于第二體積的體積變化。通過這種不同尺寸的波紋管部，在可移動元件移動時移位的體積因而對于第一補償器部分和第二補償器部分可以不同。在其他實施例中，第一波紋管部和第二波紋管部可以具有相似的周界，并且在可移動元件移動時的不同位移可以以不同的方式實現(xiàn)，例如通過使用布置在其中一個體積中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)(諸如波紋管或伸縮結(jié)構(gòu))。

在一個實施例中，第一補償器部分具有第一端壁，并且第二補償器部分具有第二端壁。第一端壁和第二端壁可以具有固定的距離?？梢苿釉梢韵鄬τ诘谝欢吮诤偷诙吮诳梢苿?，特別是在第一端壁與第二端壁之間。第一端壁和第二端壁可以被認為是形成固定端壁，因為它們相對于要使用壓力補償器的裝置是固定的，特別是其被安裝到的該裝置上。

可移動元件可以具有環(huán)形形狀?？梢苿釉械拈_口可以提供第一體積與第二體積之間的流體連通。這種開口可以是由環(huán)形物提供的中心開口，或者可以以環(huán)形形狀(例如在環(huán)形物的外部)設(shè)置專用開口。

可移動元件例如可以具有中心開口，并且其可以被構(gòu)造成允許圓柱形結(jié)構(gòu)穿過中心開口的布置。第一體積與第二體積之間的流體連通然后可以通過形成在圓柱形結(jié)構(gòu)與可移動元件之間的開口發(fā)生。這可以是環(huán)形開口，或者其可以由環(huán)形段提供，例如在可移動元件與圓柱形結(jié)構(gòu)(物理)接觸的情況下。這種構(gòu)造可允許在緊湊電氣裝置中使用壓力補償器，因為裝置的部分可以穿過壓力補償器。

第一補償器部分和第二補償器部分可以具有圓柱形形狀，并且第一補償器部分和第二補償器部分可以同軸地布置在與預(yù)定方向平行的軸線上。

壓力補償器還可以包括引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，并且可移動元件可以具有軸承表面，該軸承表面抵靠引導(dǎo)結(jié)構(gòu)以在其移動期間平行于預(yù)定軸線引導(dǎo)可移動元件。這種構(gòu)造可以通過避免超出范圍的移動來防止對壓力補償器的波紋管部分的損壞。此外，可移動元件的質(zhì)量可以由引導(dǎo)結(jié)構(gòu)支承。此外，通過這種引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，可以防止可移動元件在補償移動期間的交叉鎖定。特別地，可移動元件的直徑與軸承表面的寬度的比率可以選擇得足夠低，以便防止這種交叉鎖定。

在一個實施例中，可移動元件可以包括提供軸承表面的軸承環(huán)。軸承環(huán)可以成形為使得至少部分地與第一波紋管部或第二波紋管部重疊。

可移動元件可以包括耦接凸緣。其還可以包括附接(例如螺栓連接或焊接)到耦接凸緣的這種軸承環(huán)。因而可以有助于可移動元件的組裝。

此外，通過提供重疊，可以實現(xiàn)軸承表面的寬度不會增加壓力補償器的總長度，從而提供緊湊的設(shè)計?？梢允馆S承表面更寬而不影響波紋管在補償器中的封裝，同時保持低直徑與寬度比，從而防止交叉鎖定。此外，通過在波紋管部上構(gòu)造具有相應(yīng)重疊的軸承表面，軸承表面可以用作行程止動件，從而防止波紋管部的過度壓縮。如果第一波紋管部和第二波紋管部具有不同的周界，則軸承環(huán)優(yōu)選地與較小的波紋管部重疊。

引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以包括補償器殼體。第一補償器部分和第二補償器部分可以布置在補償器殼體中。軸承表面可以包括抵靠補償器殼體的內(nèi)表面的可移動元件的外周表面。因而，可以實現(xiàn)可移動元件的精確和有效的引導(dǎo)，同時保持緊湊的設(shè)計。

附加地或可替代地，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以包括布置在第一補償器部分和/或第二補償器部分內(nèi)部的(圓柱形)結(jié)構(gòu)。軸承表面可以包括可移動元件的內(nèi)表面，特別是內(nèi)徑表面，其抵靠引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外表面。應(yīng)當(dāng)清楚的是，內(nèi)表面(特別是內(nèi)徑表面)不一定需要是連續(xù)的，而是例如可以具有凹部或凹口，例如用于允許第一體積與第二體積之間的流體連通。

此外，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以包括柔性材料或由柔性材料構(gòu)成，特別是彈性體材料，相應(yīng)的軸承表面抵靠該柔性材料。作為示例，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以設(shè)置有剛性支承結(jié)構(gòu)和柔性材料層。通過柔性材料，可以抑制由于振動等導(dǎo)致的可移動元件的位移，并且可以防止引導(dǎo)結(jié)構(gòu)與軸承表面之間的硬碰撞。

在特定示例中，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的軸承表面或互補表面可以具有被定向為基本上平行于可移動元件的移動方向(即朝向預(yù)定方向)的脊。這些脊可鄰接相應(yīng)的另一表面。這些脊可以由柔性材料制成，并且它們可以成形為在壓縮下逐漸增加彈簧剛度。因而可以實現(xiàn)可移動元件的橫向移動的有效抑制。

在一個實施例中，第一補償器部分具有第一環(huán)形端壁，并且第二補償器部分具有第二環(huán)形端壁?？梢苿釉哂协h(huán)形形狀并且布置在第一環(huán)形端壁與第二環(huán)形端壁之間并且可相對于其移動。第一環(huán)形端壁和第二環(huán)形端壁和可移動元件彼此同軸地布置。第一端壁和第二端壁和可移動元件可以被構(gòu)造成布置在圓柱形結(jié)構(gòu)上或允許圓柱形結(jié)構(gòu)穿過其中。預(yù)定方向或軸線(可移動元件沿著其移動)例如可以平行于或?qū)?yīng)于圓柱形結(jié)構(gòu)的中心軸線。在這種構(gòu)造中，可以實現(xiàn)緊湊的設(shè)計，因為海底電連接裝置(諸如電連接器)的一部分可以穿過壓力補償器。由于壓力補償器的構(gòu)造，不需要將可移動元件密封到圓柱形結(jié)構(gòu)。而是，流過或通過可移動元件的流體流(例如，在可移動元件與圓柱形結(jié)構(gòu)之間)可以允許提供上述流體連通。由于環(huán)形端壁可以是固定的，它們可以以相對簡單的方式密封到圓柱形結(jié)構(gòu)。在其他構(gòu)造中，一個端壁或兩個端壁可以不需要密封到圓柱形結(jié)構(gòu)，例如用于允許流體連通通過在圓柱形結(jié)構(gòu)與相應(yīng)端壁之間的空間。這種流體連通可以朝向相應(yīng)裝置的體積或腔室發(fā)生，對于該體積或腔室，壓力補償器提供體積補償和壓力平衡。

特別地，第一端壁和/或第二端壁可安裝到圓柱形結(jié)構(gòu)或裝置上的相對于圓柱形結(jié)構(gòu)或裝置固定的位置，特別是可安裝到圓柱形結(jié)構(gòu)的形式為經(jīng)絕緣的導(dǎo)體穿過第一端壁和第二端壁和可移動元件。

在一個實施例中，第一波紋管部和第二波紋管部是圓柱形波紋管部，每個波紋管部在一端安裝到可移動元件，而在另一端安裝到相應(yīng)的第一補償器部分的端壁或第二補償器部分的端壁。第一波紋管部具有比第二波紋管部更大的直徑，并且第一波紋管部和第二波紋管部和可移動元件同軸地布置在端壁之間。

作為示例，波紋管部可以在每個端部處設(shè)置有凸緣，并且可以螺栓連接到相應(yīng)的端壁和可移動元件。在其他實施例中，它們可以焊接或焊合到端壁/可移動元件。

特別地，波紋管部可以是金屬波紋管部。因此，可以防止不希望的介質(zhì)(諸如海水)通過這種波紋管部的擴散或滲透。

在特定構(gòu)造中，每個波紋管部可由可折疊的波紋管元件制成，其包括在其相應(yīng)邊緣處焊接在一起的多個金屬盤。因而可以實現(xiàn)波紋管部的緊湊且可靠的構(gòu)造，同時提供對海水進入的改進的屏障。

第一體積和第二體積可以填充有電介質(zhì)，特別是電介質(zhì)液體或凝膠。粘性介質(zhì)(諸如油或凝膠)可以提供支承并且還可以抑制高加速度，從而防止由于振動等對壓力補償器的損害。此外，這種電介質(zhì)液體或凝膠通常與可能存在于腔室中的電氣部件相容，對于該腔室，壓力補償器例如向絕緣或暴露的導(dǎo)體提供體積和壓力補償。

第一體積和第二體積可以形成次級體積的一部分(即，與其流體連通)，并且第一波紋管部和第二波紋管部可以提供朝向初級體積的分離。初級體積也可以填充有電介質(zhì)液體或凝膠。作為示例，補償器殼體與第一波紋管部和第二波紋管部之間的空間可以填充有這種電介質(zhì)液體或凝膠。

壓力補償器可以被構(gòu)造成在海底裝置的腔室與高壓環(huán)境之間提供壓力平衡。特別地，壓力補償器可以被構(gòu)造成可操作至至少200巴、優(yōu)選至少300巴、更優(yōu)選至少450巴的壓力。其可以被構(gòu)造成在至少2000m、優(yōu)選至少3000m的水深處可操作。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種用于在水下或在潮濕或嚴酷環(huán)境中使用的電連接裝置。電連接裝置包括殼體、殼體中填充有電介質(zhì)的腔室、以及圓柱形結(jié)構(gòu)，特別是經(jīng)絕緣的導(dǎo)體或銷，或布置在殼體中的圓柱形通道。電連接裝置還包括根據(jù)上述實施例和構(gòu)造中的任一個而構(gòu)形的壓力補償器。壓力補償器圍繞圓柱形結(jié)構(gòu)或圓柱形通道被布置在殼體中。壓力補償器的第一體積和第二體積與腔室流體連通。從而為腔室提供壓力補償。通過壓力補償器的這種設(shè)計，可以將補償器布置在圓柱形結(jié)構(gòu)或通道周圍，使得可以實現(xiàn)非常緊湊的電連接裝置。此外，由于使用波紋管部代替膜，可以改善防止海水進入第一體積和第二體積并因此進入腔室的保護。

在一個實施例中，電接觸裝置是連接器的連接器部件(特別是插頭部分)、電纜端接組件、電纜密封套或用于連接器的接口單元，例如耦接在連接器部件與電纜端接組件之間的耦接部件。電連接裝置特別可以是海底連接器的插頭部件，其具有由所述殼體形成的插頭主體，其中梭銷布置在插頭主體中。通過壓力補償器進行壓力補償?shù)那皇铱梢晕挥诓孱^主體中的梭銷的后面(在插頭部件的未配合狀態(tài))。

在一個實施例中，壓力補償器布置在殼體中，從而為次級體積提供壓力補償，壓力補償器還在次級體積與初級體積之間提供液密屏障。電連接裝置還可包括至少一個另外的壓力補償器，其構(gòu)造成當(dāng)安裝在海底時提供初級體積與包圍電接觸裝置的周圍介質(zhì)之間的壓力平衡。該另外的壓力補償器例如可以是膜或隔膜壓力補償器，然而在其他實施例中，其可以是根據(jù)上述實施例中的任一個構(gòu)造的壓力補償器。因而可以實現(xiàn)防止海水進入的雙重屏障，同時保持緊湊的構(gòu)造。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供一種壓力補償組件，其包括根據(jù)上述實施例中的任一個構(gòu)造的第一壓力補償器。壓力補償組件還包括根據(jù)任何上述實施例中的任一個構(gòu)造的第二壓力補償器。壓力補償組件具有第一腔室，該第一壓力補償器與該第一腔室流體連通，從而提供壓力補償。第一壓力補償器布置在第二腔室中，并且第二壓力補償器與第二腔室流體連通，從而提供對第二腔室的壓力補償。這種構(gòu)造可以實現(xiàn)針對環(huán)境介質(zhì)的進入的雙重屏障。

第一壓力補償器和第二壓力補償器可以同軸地布置在平行于預(yù)定方向的軸線上。在一些實施例中，它們可以布置成使得第一壓力補償器的波紋管部與第二壓力補償器的波紋管部重疊。它們例如可以布置成使得第一壓力補償器布置在第二壓力補償器內(nèi)。雖然這種解決方案在沿著預(yù)定軸線的縱向方向上相對緊湊，但是在橫向方向上需要更多的空間。

在其他實施例中，第一壓力補償器和第二壓力補償器可以布置在平行于預(yù)定方向的軸線上，使得第一壓力補償器的波紋管部不與第二壓力補償器的波紋管部重疊(即，在徑向方向上沒有重疊)。在這種構(gòu)造中，壓力補償組件的橫向尺寸可以保持相對小。

電連接裝置和壓力補償組件可以各自構(gòu)造成在高壓環(huán)境中、特別是在至少2000m、優(yōu)選至少3000m的水深處可操作。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供一種制造壓力補償器的方法。該方法包括以下步驟：提供包括第一波紋管部的第一補償器部分，該第一補償器部分包圍第一體積；提供包括第二波紋管部的第二補償器部分，該第二補償器部分包圍第二體積；以及提供可移動元件，其中第一體積和第二體積通過或圍繞可移動元件流體連通。該方法包括將第一波紋管部和第二波紋管部機械地耦接到可移動元件的進一步步驟，使得可移動元件在預(yù)定方向上(或沿著預(yù)定軸線)的移動導(dǎo)致波紋管部之一的壓縮以及波紋管部中的另一個波紋管部的膨脹。第一補償器部分和第二補償器部分被構(gòu)造成使得可移動元件在預(yù)定方向上(或沿著預(yù)定軸線)的移動導(dǎo)致第一體積的體積變化和第二體積的體積變化，第二體積的體積變化不同于第一體積的體積變化。

通過這種方法，可以實現(xiàn)具有與上述進一步相似的優(yōu)點的壓力補償器。可以執(zhí)行該方法以便獲得上述實施例或構(gòu)造中的任一個中的壓力補償器。

應(yīng)當(dāng)理解，上述特征和下面將要說明的特征不僅可以用于所示的各個組合，而且可以以其他組合或單獨使用，而不脫離本發(fā)明的范圍。

附圖說明

根據(jù)結(jié)合附圖閱讀的以下具體實施方式，本發(fā)明的前述和其他特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓力補償器的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓力補償器的透視截面?zhèn)纫晥D。

圖3A和圖3B是處于兩種不同補償狀態(tài)的圖2的壓力補償器的透視截面?zhèn)纫晥D。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括壓力補償器的電連接裝置的側(cè)截面的示意圖。

圖5A和圖5B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的壓力補償器的透視截面圖的示意圖。

圖6A和圖6B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的壓力補償器的透視截面圖的示意圖。

圖7A和圖7B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的壓力補償器的截面圖的示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的包括壓力補償器的壓力補償組件的側(cè)截面圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括壓力補償器的壓力補償組件的側(cè)截面圖。

具體實施方式

在下文中，更詳細地描述了附圖中所示的實施例。應(yīng)當(dāng)清楚的是，以下描述僅是說明性的而非限制性的。附圖僅是示意性表示，并且附圖中的元件不一定彼此成比例。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓力補償器100，其包括第一補償器部分10和第二補償器部分20。第一補償器部分10包括機械地耦接到可移動元件30的第一波紋管部11，并且第二補償器部分20包括機械地耦接到可移動元件30的第二波紋管部21。第一補償器部分10還包括端壁15并且包圍第一體積12。第二補償器部分20還包括端壁25并且包圍第二體積22。在可移動元件30中，提供流動通道31，第一體積12和第二體積22經(jīng)由該流動通道31處于流體連通?？梢苿釉?0提供在第一體積12與第二體積22之間的分離。

端壁15、25相對于要針對其使用壓力補償器100的裝置是固定的。在本示例中，設(shè)置殼體45，而端壁15、25安裝到該殼體45。殼體45可以是專用的補償器殼體，且因而形成壓力補償器100的一部分，或者它可以形成安裝有壓力補償器100的裝置的一部分，例如電連接器或端接組件的殼體。

可移動元件30在平行于軸線40的預(yù)定方向上能夠在端壁15、25之間(往復(fù))移動，該軸線40是壓力補償器100沿其延伸的縱向軸線。可能的移動由圖1中的箭頭指示。端壁15、25和可移動元件30可以具有盤形或環(huán)形形狀，并且可以同軸對準，使得軸線40為中心軸線。

壓力補償器100被構(gòu)造成使得當(dāng)可移動元件30沿著軸線40在箭頭之一的方向上移動時，體積12的體積變化不同于體積22的體積變化。因此，第一補償器部件10和第二補償器部件20中可用的(或所包圍的)總體積改變。在圖1的示例中，如果可移動元件30在向右的方向上移動，則體積12增加的量大于體積22減小的量，使得總體上發(fā)生體積增加。另一方面，如果可移動元件30朝向左方向移動，則體積12減小的量大于體積22增加的量，使得總體積減小。因此，壓力補償器100可以通過允許可移動元件30在相應(yīng)方向上的移動來調(diào)節(jié)填充第一體積12和第二體積22的介質(zhì)的總體積。

在圖1的示例中，這是通過使第一波紋管部11在周向上的周長大于第二波紋管部21的周長來實現(xiàn)的。特別地，其具有比第二波紋管部21更大的外周和更大的直徑。

可以想到用于實現(xiàn)不同體積變化的其他構(gòu)造。作為示例，在一些實施例中，第一波紋管部11和第二波紋管部21可以具有相同的周界，并且可移動元件30移動時的體積位移的差異可以通過在體積之一中提供一元件以改變被位移的介質(zhì)的量來實現(xiàn)，該元件如另一波紋管元件、伸縮元件等。

在圖1中，壓力補償器100為填充腔室42的介質(zhì)提供壓力補償，該介質(zhì)可以是“次級體積”。該介質(zhì)例如可以是電介質(zhì)液體或凝膠。如果介質(zhì)填充腔室42例如由于溫度變化而膨脹或收縮，則相應(yīng)的介質(zhì)可以通過設(shè)置在端壁15中的流動通道16進入或離開第一體積12(附加地或可選地，對應(yīng)的流動通道26可以設(shè)置在端壁25中)。此外，填充體積12、22的介質(zhì)本身可以改變其體積(例如由于上述溫度變化)，因此可能需要體積補償。

當(dāng)腔室42和/或體積12、22中的介質(zhì)膨脹時，壓力將增加，這繼而將向右推動可移動元件30。因而，組合的體積12、22增加，從而適應(yīng)介質(zhì)的膨脹并且平衡壓力。因而，可移動元件30的移動得以補償了體積變化，并且使體積12、22內(nèi)部的壓力與其外部的壓力平衡。類似地，如果介質(zhì)由于溫度變化而收縮，則體積將通過可移動元件30向左移動而減小。注意，不僅可以適應(yīng)由于壓力和溫度變化引起的體積變化，而且可以適應(yīng)由諸如連接器進入腔室42的銷之類的部件的位移引起的體積變化。

波紋管部11、21與殼體45之間的體積13、23可以類似地填充有介質(zhì)，諸如電介質(zhì)液體或凝膠，或者當(dāng)安裝在海底時，它們可以填充有如海水的環(huán)境介質(zhì)。填充這些體積的介質(zhì)可以在可移動元件30移動時流動通過或圍繞可移動元件30，或者可移動元件30可以包括用于允許這種介質(zhì)流動的專用流動通道。此外，組合的體積13、23在可移動元件30移動時類似地改變，其中的介質(zhì)體積可能由于溫度變化而改變，這可以通過以下所適應(yīng)：允許介質(zhì)通過端壁15中的流動通道17和/或端壁25中的流動通道27而流出或流入這些體積13、23。介質(zhì)可以與用于適應(yīng)這些體積變化的另一壓力補償器處于流體連通，或者可以提供朝向周圍環(huán)境的流動通道，使得海水例如可以流入和流出這些體積。介質(zhì)例如可以流入腔室41或初級體積，其可以再次相對于環(huán)境介質(zhì)(諸如海底環(huán)境中的海水)進行壓力補償。

應(yīng)該清楚的是，構(gòu)造也可以顛倒，使得體積13和23分別構(gòu)成例如第二體積和第一體積，其中腔室41形成次級體積，壓力補償器100為該次級體積提供壓力補償。這些體積然后被外壁45，端壁15、25，第一波紋管部11和第二波紋管部21和可移動元件30包圍。甚至在其他構(gòu)造中，可以不設(shè)置這樣的殼體45，并且壓力補償器100可以簡單地設(shè)置在腔室內(nèi)部或者可以直接設(shè)置在海底環(huán)境中。

圖2示出了圖1的壓力補償器100的具體實施方式。因此，上述說明同樣適用。在圖2中，端壁15、25是具有中心開口的環(huán)形端壁。此外，可移動元件30具有帶中心開口的環(huán)形形狀。

此外設(shè)置圓柱形結(jié)構(gòu)50。圓柱形結(jié)構(gòu)50可以形成壓力補償器100的一部分，或者可以形成其中安裝有壓力補償器100的電連接裝置的一部分。圓柱形結(jié)構(gòu)50例如可以以簡單圓柱(例如殼或套筒)的形式實現(xiàn)，或者如圖2的示例中作為絕緣導(dǎo)體實現(xiàn)。端壁15安裝并密封到圓柱形結(jié)構(gòu)50上。第二端壁25的中心開口的內(nèi)徑大于圓柱形結(jié)構(gòu)50的外徑，從而在圓柱形結(jié)構(gòu)50與端壁25之間設(shè)置環(huán)形環(huán)形通道。該環(huán)形通道26提供了流動通道，介質(zhì)可以通過該流動通道可以進入及離開第一體積12和第二體積22。端壁25可以安裝到或固定到電連接裝置的另一部分，在其中壓力補償器100例如安裝到殼體。在其他實施例中，流動通道26可以不同地設(shè)置，例如通過僅開放的環(huán)形部分，或通過壁25中的通孔。

類似地，可移動元件30具有中心開口，該中心開口的直徑大于圓柱形結(jié)構(gòu)50的外徑。因此，流動通道31由形成在可移動元件30與圓柱形結(jié)構(gòu)50之間的環(huán)形流動通道提供，并且允許流體在第一體積12與第二體積22之間流動。同樣，流動通道31可以不同地構(gòu)造，其例如可以僅由開放的環(huán)形區(qū)段提供，或者其可以由通孔或其他開口提供可移動元件30。

在這種構(gòu)造中，在可移動元件30與圓柱形結(jié)構(gòu)50之間不需要密封。這是有益的，因為在固定部件與移動部件之間提供密封通常在技術(shù)上是有挑戰(zhàn)性的，特別是當(dāng)需要確保操作有延長的時間段時，諸如海底設(shè)備的數(shù)十年。如圖2所示的壓力補償器的構(gòu)造允許圓柱形結(jié)構(gòu)50通過壓力補償器而不需要這種密封。因此，可以獲得壓力補償器100的非常緊湊的構(gòu)造，同時保持復(fù)雜度相對低，從而能夠?qū)崿F(xiàn)相對長的壽命。此外，壓力補償器100在兩端具有固定端壁，連接器的其他部件可以安裝及密封到該端壁，從而便于將壓力補償器100安裝在例如海底連接器或海底終端組件中。

圖3A示出了圖2的壓力補償器100，其中第一波紋管部11處于壓縮狀態(tài)，其中組合的體積12、22相對較小?？梢钥闯觯谝缓洼^大直徑的波紋管部11被壓縮，而第二和較小直徑的波紋管部21膨脹。由這些波紋管部包圍的總體積因此低于圖2所示的狀態(tài)。在圖3B中，壓力補償器100處于膨脹狀態(tài)，在其中可移動元件30向右移動，第一波紋管部11被膨脹并且第二波紋管部21被壓縮?？梢钥闯觯蓧毫ρa償器100包圍的組合體積12、22大于圖2所示的狀態(tài)。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的包括壓力補償器的電連接裝置200。壓力補償器100可以如上所述構(gòu)造，因此上述說明同樣適用。在圖4的示例中，電連接裝置200是連接器部件，特別是海底連接器的插頭部分。插頭部分具有殼體80和梭銷81，該梭銷81在與互補的連接器部件(插座部件，未示出)配合時被向內(nèi)推動。插塞部分包括具有外表面51的圓柱形結(jié)構(gòu)50。插塞部分具有腔室42或次級體積，壓力補償器100為其提供壓力補償。

壓力補償器100包括第一端壁15，其安裝到圓柱形結(jié)構(gòu)50，并且包括朝向次級體積42的流動通道16。如上所述，流動通道16也可以設(shè)置為圓柱形結(jié)構(gòu)50與端壁15之間的環(huán)形開口。第二端壁25安裝并密封到圓柱形結(jié)構(gòu)51上。第一波紋管部11和第二波紋管部21在一端安裝到相應(yīng)的端壁15、25上，在另一端安裝到可移動元件30上。在圖4中，示出了壓縮狀態(tài)，其中較大直徑的波紋管部11被壓縮，因而組合的體積12、22相對較小?？梢苿釉?0現(xiàn)在可向左行進以增加組合的體積，從而壓縮第二波紋管部21并使第一波紋管部11膨脹。

可移動元件30還具有抵靠圓柱形結(jié)構(gòu)50的外表面51的軸承表面33。因此，可移動元件30以及因此波紋管部11、21被支承并防止橫向運動。在可移動元件30中，用于允許體積12、22之間的流體連通的流動通道31通過專用開口提供，但也可以以任何上述方式提供。

壓力補償器100將腔室42并因而將次級體積與腔室41分離，并因而分離初級體積。因而，初級體積也隨著可移動元件30的移動而改變。該體積變化由彈性元件61適應(yīng)，彈性元件61提供腔室與初級體積41之間的體積補償和壓力平衡以及圍繞電連接裝置200的環(huán)境介質(zhì)。彈性元件61可以是彈性體膜。作為示例，當(dāng)安裝在海底時，海水可以通過流動通道62進入腔室60，并且彈性元件61可以提供海水與初級體積41之間的壓力平衡。

波紋管部11、22由金屬制成。因此，即使海水穿過彈性元件61進入初級體積41(例如由于擴散或滲透)，波紋管部11、21也為海水形成不可滲透的屏障，從而保護次級體積42免于海水進入。在其他實施例中，采用金屬波紋管(可以如本文所述地構(gòu)造)或任何其他壓力補償器的另一壓力補償器可以被用來代替彈性元件61。在其他構(gòu)造中，可以不設(shè)置初級體積41，并且波紋管部11、21可直接暴露于環(huán)境介質(zhì)，例如海水。

每個波紋管部11、21在兩端可以設(shè)置有凸緣，通過該凸緣而螺栓連接到相應(yīng)的端壁和可移動元件。密封可以通過O形環(huán)密封件進行，諸如彈性體或金屬O形環(huán)密封件。在其他實施例中，相應(yīng)的波紋管部的一個或兩個端部可焊接或焊合到端壁和/或可移動元件。

在圖4中，可移動元件30通過軸承表面33抵靠內(nèi)部圓柱形結(jié)構(gòu)50。在圖5A的實施例中，軸承表面33設(shè)置在可移動元件30的外徑部分，以用于支承可移動元件30在其外圓周處例如抵靠殼體45(例如參見圖1)。軸承表面33抵靠殼體45，該殼體45構(gòu)成沿著預(yù)定軸線40引導(dǎo)可移動元件30的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。由于這種引導(dǎo)和支承，可移動元件30的橫向移動受到限制，因此增加了壓力補償器100抵抗振動等的阻力。

圖5B是圖5A的圓圈區(qū)域的放大圖，并且更詳細地示出了可移動元件30。可移動元件30由的一件式耦接凸緣提供，第一波紋管部11和第二波紋管部21被附接到該耦接凸緣。耦接凸緣成形為提供軸承表面33。其具有圓柱形部分，該圓柱形部分的外表面提供軸承表面33。為清楚起見，未示出引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該引導(dǎo)結(jié)構(gòu)例如為圓柱形殼體45，其在軸承表面33處支承該耦接凸緣。軸承表面33在軸向方向上的寬度與可移動元件30的直徑相比足夠?qū)?，以便防止可移動元?0在相應(yīng)的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)(例如，殼體45)中的交叉鎖定。

在圖6A中，可移動元件30由耦接凸緣34和軸承環(huán)35組成。圖6B是圖6A的環(huán)繞區(qū)域的放大圖。同樣，兩個波紋管部11、21附接到耦接凸緣34。軸承環(huán)35(具有圓柱形部分的形狀)安裝到耦接凸緣34。軸承環(huán)35與第二波紋管部21重疊。這允許緊湊的構(gòu)造，因為設(shè)置在軸承環(huán)35的外圓周上的軸承表面33對壓力補償器100的軸向延伸沒有貢獻。此外，軸承環(huán)35的寬度可以進一步延長，以改進防止在圓柱形殼體45內(nèi)部交叉鎖定的保護，而不影響補償器100的總軸向延伸。軸承環(huán)35可構(gòu)造成具有允許軸承環(huán)35通過鄰接端壁25而用作行程止動件的寬度。因而避免了第二波紋管部21的壓縮。軸承環(huán)35可以通過焊接接頭36附接到耦接凸緣34，或者可以螺栓連接到其上或類似方式。

圖7A示出了壓力補償器100的另一實施例，其可以與任何前述的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)和軸承表面一起使用。在圖7A的示例中，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)再次由殼體45提供。殼體45具有剛性結(jié)構(gòu)46和由柔性材料制成的結(jié)構(gòu)47。軸承表面33抵靠柔性材料。因此，可以有效地抑制可移動元件30的高加速度，并且可以避免局部加速度，該局部加速度由(在振動期間可能發(fā)生的)引導(dǎo)結(jié)構(gòu)與可移動元件的軸承表面之間的碰撞所導(dǎo)致。

圖7B示出了在圖7A中指示的平面中截取的橫截面的放大圖?？梢钥闯觯嵝圆牧系慕Y(jié)構(gòu)47可以設(shè)置有從表面突出的脊48。這些脊例如可以基本上平行于軸向方向?qū)?。脊可以為軸承表面33提供漸進的緩沖。柔順材料的這些樣條(spline)或脊(ridge)也可以直接施加到剛性結(jié)構(gòu)46上。脊或樣條48還通過逐漸停止位移來保護可移動元件40抵抗振動。

此外，可以附加地或可替代地通過用粘性介質(zhì)(諸如油或凝膠)填充波紋管部內(nèi)部和/或外部的體積來提供對振動的抑制。這樣，可以提供支承并且可以抑制高加速度。

盡管圖5、6和7示出了各個實施例，在這些實施例中軸承表面33是抵靠引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的外表面，但是應(yīng)當(dāng)清楚，這些實施例的特征同樣適用于其他構(gòu)造，例如，在其中軸承表面33是抵靠引導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外表面(諸如圖4所示的圓柱形結(jié)構(gòu)50的外表面51)的內(nèi)表面的構(gòu)造。

圖8示出了壓力補償組件300，其包括具有任何上述構(gòu)造的壓力補償器100。特別地，壓力補償器100包括第一端壁15和第二端壁25，第一波紋管部11和第二波紋管部21，以及可移動元件30。圍繞該第一壓力補償器，提供第二壓力補償器350，其包括第一波紋管部311和第二波紋管部321以及可移動元件330。第二壓力補償器可以采用相同的端壁15、25，但在其他實施例中可以采用單獨的端壁。因此，在這種構(gòu)造中，可以實現(xiàn)防止海水進入的雙重屏障。作為示例，內(nèi)部可移動元件30可以由圓柱形結(jié)構(gòu)50支承，而外部可移動元件330可以抵靠圓柱形殼體(未示出)。第一壓力補償器例如可以針對次級體積提供壓力補償，而第二壓力補償器可以針對初級體積提供壓力補償器，如關(guān)于圖1和圖4所解釋的。在該示例中，第二壓力補償器350基本上形成圍繞第一壓力補償器100的腔室。被壓力補償?shù)某蚯皇业牧鲃油ǖ涝趫D8中未示出。

圖9示出了壓力補償組件300的另一實施例。腔室42或次級體積由第一壓力補償器100進行壓力補償，該第一壓力補償器100包括端壁15、25，波紋管部11、21以及可移動元件30。第一壓力補償器布置在腔室41或初級體積中?？梢苿釉?0可以由殼體45和/或圓柱形結(jié)構(gòu)50支承及引導(dǎo)。

還提供了第二壓力補償器350，其包括壁的端部315、325，波紋管部311、321以及可移動元件330。第二壓力補償器350與腔室41或初級體積流體連通?？梢钥闯觯谝粔毫ρa償器和第二壓力補償器沿著軸線40布置，使得第一補償器和第二補償器的波紋管部11、21和311、321在徑向方向上不重疊。因此，可以實現(xiàn)具有相對低的徑向延伸的緊湊布置。在第二壓力補償器的外部，例如可以存在諸如海水之類的介質(zhì)。

圖8和圖9中所示的任何壓力補償器可以根據(jù)上面進一步概述的任何實施例和構(gòu)造來構(gòu)形。

圖8和圖9的兩個壓力補償組件300通過使用金屬波紋管來實現(xiàn)對抗海水進入的雙重屏障，這可以改善采用這些構(gòu)造的電連接裝置的可靠性和壽命。

雖然本文公開了具體實施例，但是可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下進行各種改變和修改。本實施例在所有方面都被認為是說明性的而非限制性的，并且落入所附權(quán)利要求的含義和等同范圍內(nèi)的所有改變旨在被包括在其中。