[发明专利]用于水下应用的可变速驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及用于水下(subsea)设施、水下容器或水下运载器的可变速 驱动器(VSD)。此外，本发明还涉及水下设施、水下容器和水下运载 器。

背景技术

就涉及到本发明的而言，水下设施、容器和运载器通常被用来在位 于海床的井口处勘探和开采气田和油田。这里，可变速驱动器用于需要 通过电动机进行平移或旋转运动的应用中。

用于这样的水下设施、容器和运载器的现有技术的可变速驱动器使 用了常见的基于绝缘栅双极晶体管(IGBT)的电压控制的交流/交流 (AC/AC)变换器，该变换器包括整流器、由电容器组缓冲的直流环节 (DC link)、以及逆变器。

不利的是，电容器对于环境压力敏感。因此，现有技术的水下应用 必须采用等于大约1013hPa(1atm)的标准大气压的内部气压来提供压 力补偿。典型地，AC/AC变换器及其控制电子装置被放置在专门的壳体 内，以保持压力补偿的体积小一些。只有该壳体内部必须保持在标准大 气压下。因为该壳体必须是抗压的，以便抵抗水下环境或周围的主容器 的过压，所以会发生一些结构问题。安全地承受该压力需要厚的壁(取 决于压力和壳体的尺寸，该壁厚可达到100mm以上)和/或支撑杆，这 会占用太多空间，并且会对该壳体的密封(特别是对进出该壳体的电连 接贯穿接头)提出较高的先决条件。另外，变换器电路需要复杂的冷却 系统，以将废热从其壳体内消散掉。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种在一开始提到的那种类型的可变速 驱动器，其具有较低结构需求。本发明的另一个目的是提出一种相应的 水下设施、水下容器和水下运载器。

通过包括权利要求1中所给出特征的可变速驱动器、包括权利要求 10中所给出特征的水下设施、包括权利要求11中所给出特征的水下容 器、以及包括权利要求12或13中所给出特征的水下运载器，该问题得 以解决。

本发明提出了一种用于水下设施、水下容器或水下运载器的可变速 驱动器，包括AC/AC变换器，该AC/AC变换器具有电流控制的无电容 器的直流环节。这不仅减少了变换器中电子部件的数目，因而减小了失 效的可能性。而且，由于根据本发明没有采用对压力敏感的电容器，所 以用于压力补偿的复杂措施可以被完全省略掉，或者至少仅被限制到变 换器的控制电子装置。因此，变换器可以被暴露在过压下，特别是水下 环境压力下。该变换器可以被装备有任何类型的功率开关，例如晶闸管、 金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、以及绝缘栅双极晶体管。

优选地，所述直流环节包括平滑电感。平滑电感典型地用于高功率、 电流控制的直流环节。该直流环节可包括其它的耐压部件。

特别地，所述直流环节可仅仅包括所述电感。这样，可变速驱动器 就具有简单的设计和低的失效可能性，并且仅占用很小的空间。

在优选的实施例中，至少所述变换器被布置在液密的壳体内。该壳 体优选地用液体填满。因为液体是几乎不能被压缩的，所以该液体用来 在所有面上支撑该壳体以抵抗任意外部压力。因此，该壳体自身即使是 在高外部压力下(例如，在深海中)也几乎是不可压缩的，而且变换器 部件间接地暴露于外部压力中。因为该原因，壳体的结构复杂性被大大 降低了。由于在壳体内侧和外侧之间的低压差，密封件和装配件(特别 是贯穿接头的密封件和装配件)可以更简单，并且更加可靠。另外，该 液体可用作冷却液，用以将来自变换器电路的废热消散到壳体的外侧。 因此，冷却系统的复杂性也被降低了。由于结构需求比现有技术要低， 所以通过该实施例，紧凑而重量轻的可变速驱动器是可能的。

有利地，用电绝缘液体将所述壳体填满。在这种情况下，无需采取 预防措施来阻止变换器裸露的电触点之间的短路。举例而言，该液体可 以是油。

优选地，所述壳体的壁具有最大10mm的厚度(特别地，最大5mm 的厚度)。因此，该壳体具有低的热容量和高的热导性，以用于有效地 消散废热。除此之外，在水下应用中，它需要更少的材料和更小的空间。 通常，所述壳体的壁仅需要具有承受正常操作和工作状况的设计厚度。

通过位于所述壳体内侧的体积补偿器(volume compensator)，由泄 漏导致的故障可被延迟。该体积补偿器通过在壳体内提供轻度过压，从 而在特定的一段时间中阻止外部液体侵入变换器壳体。