本发明涉及液压技术领域，具体涉及一种液压散热系统、隔水管悬挂装置液压系统及散热方法。
背景技术：
在遭遇台风等极端天气时海洋浮式钻井平台有时不能继续停留原位。如能提前精准预测台风路径，一般选择将隔水管自lmrp(下部隔水管总成)处断开并回收上甲板，然后使钻井平台驶向安全区域。在超深水海域将隔水管整体回收与台风后将其重新连接下放都将消耗数日的作业时间。同时回收或下放作业必须在较好的环境条件下进行。为了减少停工时间，并降低在恶劣环境下的操作风险，将全部或部分隔水管悬挂在钻井平台上并随之一起撤离是目前通用的方式，具有良好的经济与安全效益。
目前通用的隔水管悬挂方式有硬悬挂与软悬挂两种：硬悬挂是将隔水管串直接挂在隔水管卡盘上，隔水管串与钻井平台为刚性连接；软悬挂是将隔水管悬挂在隔水管张紧器上，隔水管串与平台为柔性连接(隔水管张紧器可视为空气弹簧)。这两种悬挂方式在现场应用均存在一定问题：采用硬悬挂时，隔水管串与平台刚性连接，平台运动加速度直接传递到隔水管串上，可能使隔水管出现动态压缩，导致隔水管屈曲失稳，还可能使隔水管顶端张力远大于隔水管湿重(表示带浮力块的隔水管在水中的重量，即干重减去浮力)，导致隔水管断裂落海；采用软悬挂时，虽然隔水管因平台升沉运动产生的动载显著减小，隔水管悬挂安全性提高，但是现场取隔水管并回接隔水管的作业难度很大，而如果不取出数根隔水管的话，隔水管串存在触底风险。
为了避免以上风险，研制了一种隔水管悬挂装置，通过节流和主动控制的方法可以在液压缸有限冲程的作用下，减小隔水管串因平台升沉运动产生的动载荷，而且现场取隔水管比较方便。但是，隔水管悬挂装置采用节流和主动控制的方法(具体来说，通过节流阀控制液压系统的压力，主动控制是指节流阀的开启关闭以及开启程度由控制系统来控制)，平台升沉运动会给液压系统输入能量，输入的能量将转换为液压油的发热，需要通过散热系统进行散热。如采用高压散热系统，一般为管式散热器，体积巨大、价格高昂，现场无法布置，因此采用合理的散热系统成为隔水管悬挂装置在现场成功应用的关键。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提供一种隔水管悬挂装置采用液压循环散热的方法，其目的是通过给液压系统的高温液压油降温，从而保证该系统能够顺利运行。而且通过这种方式，使得散热系统在低压回路中，能够避免使用高压管式散热器，保证该系统能够在平台上布置应用。
本发明首先提出一种液压散热系统，所述液压散热系统包括高压回路和低压回路，所述高压回路和低压回路分别与差动液压缸连接，其中，
所述高压回路包括高压蓄能器、节流阀块、高压溢流阀和第一单向阀，所述第一单向阀的流入端与所述差动液压缸的有杆腔连接，所述第一单向阀的流出端与所述节流阀块和所述差动液压缸的无杆腔均连接，所述节流阀块的另一端与所述高压蓄能器和高压溢流阀均连接；
所述低压回路包括低压蓄能器、冷却器、液压泵和第二单向阀，所述第二单向阀的流出端与所述差动液压缸的有杆腔连接，所述第二单向阀的流入端与所述低压蓄能器和所述冷却器均连接，所述冷却器与所述液压泵连接，所述液压泵与所述高压溢流阀连接。
根据本发明的一种实施方式，所述低压回路还包括低压溢流阀和油箱，所述油箱与所述高压溢流阀、所述液压泵和所述低压溢流阀均连接，所述低压溢流阀与所述低压蓄能器和所述第二单向阀均连接。
根据本发明的一种实施方式，所述油箱与所述低压溢流阀串联连接，所述液压泵和所述冷却器串联连接，所述油箱与所述低压溢流阀连接的线路与所述液压泵和所述冷却器连接的线路并联连接。
根据本发明的一种实施方式，所述高压回路还包括关断阀，所述关断阀的一端连接所述节流阀块，所述关断阀的另一端与所述第一单向阀和所述无杆腔均连接。
根据本发明的一种实施方式，所述液压散热系统还包括压力传感器，所述压力传感器设于和无杆腔连接的管路上。
根据本发明的一种实施方式，所述液压散热系统还包括控制单元，所述控制单元分别与所述压力传感器、节流阀块、高压溢流阀和低压溢流阀连接。
本发明还提出一种隔水管悬挂装置液压系统，所述液压系统包括差动液压缸和所述的液压散热系统，所述差动液压缸包括外筒和内筒，所述差动液压缸为中空结构，所述中空适于安装悬挂短节，所述悬挂短节的上端与所述差动液压缸的活塞杆连接，下端穿过所述差动液压缸，以与隔水管连接。
本发明还提出一种液压散热方法，包括：
将差动液压缸的有杆腔通过第二单向阀与低压回路连接，低压回路的液压油通过所述第二单向阀进入所述差动液压缸的有杆腔，所述低压回路的液压油为冷却液压油；
高压回路的液压油进入所述差动液压缸时通过第一单向阀使所述差动液压缸的有杆腔和无杆腔联通；从而使所述差动液压缸的有杆腔和无杆腔的液压油混合。
根据本发明的一种实施方式，在所述差动液压缸上行时所述有杆腔和无杆腔的液压油混合，在所述差动液压缸下行时低压液压油进入所述差动液压缸。
根据本发明的一种实施方式，所述差动液压缸的活塞往复运动时，在循环的上半周期，使部分液压油从所述高压回路的溢流阀进入所述低压回路，使所述低压回路的部分液压油进入所述差动液压缸的有杆腔；在循环的下半周期，将所述低压回路和所述高压回路隔离，使液压油在所述高压回路中循环。循环的整个周期内，液压泵和冷却器始终工作，从而降低低压回路中液压油的温度。
本发明的差动液压缸和半开式循环散热系统，将液压系统中的高温高压油液(液压缸吸收能量时产生)通过差动液压缸置换出一部分进入低压系统，并且可通过低压板式散热器对高温油液充分降温，能够保证系统长时间工作。本发明采用的差动液压缸半开式循环散热的方法，可避免了在高压液压系统中配置高压散热器，而是在低压系统中配置常规的板式散热器即可解决整个液压系统的散热问题，大大降低了散热器的体积和费用，并且散热效果良好。
附图说明
图1为本发明一实施例隔水管避台悬挂装置的系统流程图；
图2为本发明一实施例隔水管避台悬挂装置的散热系统发热功率曲线；
图3为本发明一实施例隔水管避台悬挂装置无杆腔的压力曲线；
图4a为本发明一实施例液压缸与悬挂短节连接剖视结构示意图；
图4b为本发明一实施例液压缸横剖面示意图；
附图标号：
1.差动液压缸，101.外筒，102.活塞，103.内筒，104.活塞杆，105.油缸法兰，2.悬挂短节，201.短节法兰，3.1，第二单向阀，3.2.第一单向阀，4.关断阀，5.压力传感器，6.节流阀块，7.高压蓄能器，8.高压溢流阀，9.油箱，10.液压泵，11.低压溢流阀，12.冷却器，13.低压蓄能器，14.控制单元。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
如图1所示，本发明首先提出一种液压散热系统，该散热系统用于对液压缸内液压油的发热及时散热。所述液压散热系统主要包括高压回路和低压回路，所述高压回路和低压回路分别与差动液压缸连接。
所述高压回路主要包括高压蓄能器7、节流阀块6、高压溢流阀8和第一单向阀3.2，所述第一单向阀3.2的流入端与所述差动液压缸1的有杆腔连接，所述第一单向阀3.2的流出端与所述节流阀块6和所述差动液压缸的无杆腔均连接，所述节流阀块6的另一端与所述高压蓄能器7和高压溢流阀8均连接。
所述低压回路主要包括低压蓄能器13、冷却器12、液压泵10和第二单向阀3.1，所述第二单向阀3.1的流出端与所述差动液压缸1的有杆腔连接，所述第二单向阀3.1的流入端与所述低压蓄能器13和所述冷却器12均连接，所述冷却器12与所述液压泵10连接，所述液压泵10与所述高压溢流阀8连接。
节流阀块6可如图1所示由一个节流阀和四个单向阀组成。差动液压缸1可为u型差动液压缸。
无杆腔通过第一单向阀3.2与有杆腔相连。
根据本发明的一种实施方式，所述低压回路还包括低压溢流阀11和油箱9，所述油箱9与所述高压溢流阀8、所述液压泵10和所述低压溢流阀11均连接，所述低压溢流阀11与所述低压蓄能器13和所述第二单向阀3.1均连接。
根据本发明的一种实施方式，所述油箱9与所述低压溢流阀11串联连接，所述液压泵10和所述冷却器12串联连接，所述油箱9与所述低压溢流阀11连接的线路与所述液压泵10和所述冷却器12连接的线路并联连接。
根据本发明的一种实施方式，所述高压回路还包括关断阀4，所述关断阀4的一端连接所述节流阀块6，所述关断阀4的另一端与所述第一单向阀3.2和所述无杆腔均连接。
关断阀4的p口(主进油口)与差动液压缸1无杆腔连接，a口(工作油口)与节流阀块6的p口(主进油口)连接。
根据本发明的一种实施方式，所述液压散热系统还包括压力传感器5，所述压力传感器设于和无杆腔连接的管路上。
节流阀块6的a口(工作油口)与高压蓄能器7连接，同时与高压溢流阀8的p口(主进油口)连接。高压蓄能器为活塞式蓄能器，其后端连接高压空气瓶。高压溢流阀8的a口与油箱9连接。液压泵10通过冷却器12与低压蓄能器13连接。低压蓄能器13通过第二单向阀3.1与差动液压缸1的有缸腔连接。低压溢流阀11的a口(工作油口)与冷却器12的出口连接，p口(主进油口)与油箱9连接。
高压蓄能器7后端连接的高压空气瓶体积较大，因此可认为在隔水管悬挂装置工作期间，高压蓄能器的压力基本保持恒定。
低压蓄能器的作用是保持压力基本恒定，并且当系统有渗漏时进行补油。
根据本发明的一种实施方式，所述液压散热系统还包括控制单元14，所述控制单元14分别与所述压力传感器5、节流阀块6、高压溢流阀8和低压溢流阀11连接。
控制单元14根据测得的压力及不同工况调节高压溢流阀8与低压溢流阀11的压力，同时当差动液压缸1的无杆腔压力超出限定值时，调节节流阀块6的开口大小使差动液压缸1的无杆腔压力维持在设定压力值不变。
差动液压缸1的有杆腔连接第一单向阀3.2和第二单向阀3.1，差动液压缸1的有杆腔和无杆腔通过单向阀第一3.2连接，差动液压缸的有杆腔通过第二单向阀3.1和低压回路连接，低压回路的液压油可通过第二单向阀3.1进入液压缸的有杆腔，高压回路的液压油进入液压缸时通过第一单向阀3.2使得有杆腔和无杆腔联通，从而在液压缸上行时有杆腔和无杆腔的液压油混合，在液压缸下行时低压液压油进入液压缸，实现了半开式循环——在循环的上半周期，部分液压油从高压回路的溢流阀进入低压回路，而在低压回路的部分液压油进入液压缸的有杆腔；在循环的下半周期，低压回路和高压回路隔离，液压油仅在高压回路中循环。
本发明装置的工作原理是：
如图2所示，曲线为隔水管悬挂装置液压系统的发热功率曲线；如图3所示，曲线为液压缸工作时无杆腔的压力曲线。
由于差动液压缸1的有杆腔和无杆腔之间通过单向阀3.2连接，因此该差动液压缸为单向差动(仅在活塞向上运动时差动，活塞下行时不差动)。
当液压缸下行，液压缸内的高压液压油流向液压系统，此时差动液压缸1的无杆腔和有杆腔之间不联通，液压缸无杆腔的高压液压油通过节流阀块6进入高压蓄能器7，高压蓄能器7充满后，剩余的高压液压油通过高压溢流阀8溢流进入油箱9，由于高压液压油经过节流阀块6，因此温度升高。散热系统中的液压油(为冷却液压油)通过第二单向阀3.1进入有杆腔。液压缸下行周期内，液压缸向液压系统输出能量，液压缸的高压液压油通过节流阀时发热，液压油温度升高。
当液压缸上行时，液压系统向液压缸输入能量，高压蓄能器7内的高压液压油通过节流阀块6进入液压缸。由于此时液压缸上行，因此单向阀3.1关闭，单向阀3.2打开，液压缸的有杆腔和无杆腔联通，有杆腔内和无杆腔之间的液压油混合。由于有杆腔内的液压油为冷却液压油，因此冷却液压油和高温液压油混合，将高温液压油冷却。
在这个工作周期内，高压液压油溢流到油箱9内，溢流的高压液压油为高温液压油。散热系统出口的液压油始终为冷却液压油，即液压油从油箱9内通过液压泵10打入冷却器12。当然溢流阀可以直接连通至液压泵。
散热系统处于全周期工作状态，活塞向上运动时，液压泵将油箱中的油经过冷却器冷却后，供给低压蓄能器；当活塞向下运动时，高压蓄能器达到最高压力时，会从溢流阀流出，将额外的高温油液排到油箱，同时低压蓄能器中的冷却油经单向阀3.1进入到差动液压缸1的有杆腔，完成一次系统冷却换油。
本发明还提出一种隔水管悬挂装置液压系统，所述液压系统包括差动液压缸1和所述的液压散热系统，如图4a、4b所示，所述差动液压缸1包括外筒101和内筒103，所述差动液压缸为中空结构，可看作u型结构，所述中空适于安装悬挂短节2，所述悬挂短节2的上端通过短节法兰201与所述差动液压缸的活塞杆104连接，下端穿过所述差动液压缸，以与隔水管连接。图中102为活塞，105为油缸法兰。
本发明还提出一种液压散热方法，包括：
将差动液压缸的有杆腔通过第二单向阀与低压回路连接，低压回路的液压油通过所述第二单向阀进入所述差动液压缸的有杆腔，所述低压回路的液压油为冷却液压油；
高压回路的液压油进入所述差动液压缸时通过第一单向阀使所述差动液压缸的有杆腔和无杆腔联通；从而使所述差动液压缸的有杆腔和无杆腔的液压油混合。
根据本发明的一种实施方式，在所述差动液压缸上行时所述有杆腔和无杆腔的液压油混合，在所述差动液压缸下行时低压液压油进入所述差动液压缸。
所述的差动液压缸半开式循环散热的方法，通过差动液压缸和半开式循环系统，使得低压回路的冷却液压油可以进入液压缸，并与高压回路的高温液压油混合，从而降低高压回路液压油的温度。
在液压缸活塞杆上下运动的一个周期内，液压油循环可分为上半周期和下半周期。
根据本发明的一种实施方式，所述差动液压缸的活塞往复运动时，在循环的上半周期，使部分液压油从所述高压回路的溢流阀进入所述低压回路，使所述低压回路的部分液压油进入所述差动液压缸的有杆腔；在循环的下半周期，将所述低压回路和所述高压回路隔离，使液压油在所述高压回路中循环。循环的整个周期内，液压泵和冷却器始终工作，从而降低低压回路中液压油的温度。
所述的半开式循环系统，差动液压缸的有杆腔和无杆腔之间通过单向阀连接(单向阀方向为从有杆腔到无杆腔)，差动液压缸的有杆腔通过单向阀和低压回路连接(单向阀方向为从低压回路到有杆腔)；低压回路的液压油可通过单向阀进入液压缸的有杆腔，高压回路的液压油进入液压缸时通过单向阀使得有杆腔和无杆腔联通；在液压缸上行时有杆腔和无杆腔的液压油混合，在液压缸下行时低压液压油进入液压缸。
本发明的悬挂装置用于在恶劣海况下悬挂隔水管，通过该悬挂装置可以降低隔水管随平台运动的加速度，由于该悬挂装置采用了主动控制 仅通过补偿消除峰值加速度的工作方法，因此在平台升沉运动周期中，平台向下加速度较大时，该悬挂装置的液压缸向上动作，液压系统输出能量，而平台向上加速度较大时，该悬挂装置的液压缸向下动作，液压系统吸收能量。由于在一个平台的运动周期中，液压系统输出的能量小于液压系统吸收的能量，因此会导致液压系统发热严重。
本发明所述的差动液压缸和半开式循环散热系统与液控系统联合工作，将液压系统中的高温高压油液(液压缸吸收能量时产生)通过差动液压缸置换出一部分进入低压系统，并且通过低压板式散热器对高温油液充分降温，保证系统长时间工作。本发明采用的差动液压缸半开式循环散热的方法，避免了在高压的液压系统中配置高压散热器，而是在低压系统中配置常规的板式散热器即可解决整个液压系统的散热问题，大大降低了散热器的体积和费用，并且散热效果良好。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
1.一种液压散热系统，其特征在于，所述液压散热系统包括高压回路和低压回路，所述高压回路和低压回路分别与差动液压缸连接，其中，
所述高压回路包括高压蓄能器、节流阀块、高压溢流阀和第一单向阀，所述第一单向阀的流入端与所述差动液压缸的有杆腔连接，所述第一单向阀的流出端与所述节流阀块和所述差动液压缸的无杆腔均连接，所述节流阀块的另一端与所述高压蓄能器和高压溢流阀均连接；
所述低压回路包括低压蓄能器、冷却器、液压泵和第二单向阀，所述第二单向阀的流出端与所述差动液压缸的有杆腔连接，所述第二单向阀的流入端与所述低压蓄能器和所述冷却器均连接，所述冷却器与所述液压泵连接，所述液压泵与所述高压溢流阀连接。
2.根据权利要求1所述的液压散热系统，其特征在于，所述低压回路还包括低压溢流阀和油箱，所述油箱与所述高压溢流阀、所述液压泵和所述低压溢流阀均连接，所述低压溢流阀与所述低压蓄能器和所述第二单向阀均连接。
3.根据权利要求2所述的液压散热系统，其特征在于，所述油箱与所述低压溢流阀串联连接，所述液压泵和所述冷却器串联连接，所述油箱与所述低压溢流阀连接的线路与所述液压泵和所述冷却器连接的线路并联连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的液压散热系统，其特征在于，所述高压回路还包括关断阀，所述关断阀的一端连接所述节流阀块，所述关断阀的另一端与所述第一单向阀和所述无杆腔均连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的液压散热系统，其特征在于，所述液压散热系统还包括压力传感器，所述压力传感器设于和无杆腔连接的管路上。
6.根据权利要求5所述的液压散热系统，其特征在于，所述液压散热系统还包括控制单元，所述控制单元分别与所述压力传感器、节流阀块、高压溢流阀和低压溢流阀连接。
7.一种隔水管悬挂装置液压系统，其特征在于，所述液压系统包括差动液压缸和权利要求1至6任一项所述的液压散热系统，所述差动液压缸包括外筒和内筒，所述差动液压缸为中空结构，所述中空适于安装悬挂短节，所述悬挂短节的上端与所述差动液压缸的活塞杆连接，下端穿过所述差动液压缸，以与隔水管连接。
8.一种液压散热方法，其特征在于，包括：
将差动液压缸的有杆腔通过第二单向阀与低压回路连接，低压回路的液压油通过所述第二单向阀进入所述差动液压缸的有杆腔，所述低压回路的液压油为冷却液压油；
高压回路的液压油进入所述差动液压缸时通过第一单向阀使所述差动液压缸的有杆腔和无杆腔联通；从而使所述差动液压缸的有杆腔和无杆腔的液压油混合。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述差动液压缸上行时所述有杆腔和无杆腔的液压油混合，在所述差动液压缸下行时低压液压油进入所述差动液压缸。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述差动液压缸的活塞往复运动时，在循环的上半周期，使部分液压油从所述高压回路的溢流阀进入所述低压回路，使所述低压回路的部分液压油进入所述差动液压缸的有杆腔；在循环的下半周期，将所述低压回路和所述高压回路隔离，使液压油在所述高压回路中循环；循环的整个周期内，液压泵和冷却器始终工作，从而降低低压回路中液压油的温度。
技术总结