DE2110196A1 - Autonomous facility for storing and using electrical energy - Google Patents
Autonomous facility for storing and using electrical energyInfo
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Description
Autonome Einrichtung für Speicherung und Nutzung elektrischer EnergieAutonomous facility for storing and using electrical energy
Die Erfindung betrifft eine autonome Vorrichtung aur Speicherung und Nutzung elektrischer Energie, die eine große Funktionssicherheit gewährleisten soll« The invention relates to an autonomous storage device and use of electrical energy, which should ensure a high level of functional reliability "
Es sind Vorrichtungen bekanntf die die Fernsteuerung von ein oder mehreren sekundären Installationen oder Aggregaten von einer Haupt- oder Steuerinstallation aus sicherstellen. In gewissen Fällen ist das Sekundäraggregat bzw. der Sekundärposten sehr weit vom Hauptaggregat entfernt und man kann aus praktischen Gründen gezwungen sein, keinerlei materielle Kabelverbindung zwischen den verschiedenen Installationen vorzusehen. Die Verbindungen werden dann durch die ÜbertragungThere are known devices for the remote control of one or more secondary ensure installations or aggregates of a main or pilot installation. In certain cases, the secondary unit or the secondary post is very far away from the main unit and for practical reasons it may be necessary not to provide any material cable connection between the various installations. The connections are then made through the transfer
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akustischer und/oder elektromagnetischer Wellen hergestellt, wobei die Wahl der Transmissionsart vom Medium, in welchem die Installationen sich befinden, abhängt.acoustic and / or electromagnetic waves produced, the choice of the type of transmission from the medium in which which installations are located depends.
Prinzipiell gibt es keine besondere Schwierigkeit bei der Versorgung der Haupt- oder Steuerinstallatlon mit Energie, die ja in sämtlichen Fällen leicht zugänglich ist. Dagegen wird es problematisch, wenn man die Sekundärinstallationen, wenn sie schwierig zugänglich sind, mit Energie versorgen soll oder wenn es notwendig wird, diese Installationen mit einer autonomen Energiequelle zu versehen,. die deren Funktion über ganz beachtliche Zeiträume, beispielsweise mehrere Jahre, ermöglicht»In principle, there is no particular difficulty in supplying the main or control installation with energy, which is easily accessible in all cases. On the other hand, it becomes problematic if the secondary installations, when they are difficult to access, need to be supplied with energy or when it becomes necessary to use them To provide installations with an autonomous energy source. their function over considerable periods of time, for example several years, made possible »
Eine erste Möglichkeit bestände darin, der Selaindärinstallation, wenn sie an ihren Ort gebracht wird, eine Sammlerbatterie .für elektrische Energie zuzuordnen, deren Leistung ausreichen würde, um die Funktionsautonomie der Sekundärinstallation während der gewünschten Periode sicherzustellen. Diese Lösung ist beim jetzigen Stand der !Technik aber absolut nicht in Betracht zu ziehen, da Platzbedarf und Gewicht der Energiequelle unzulässig groß würden und diese darüberhinaus sehwer zu handhaben und an ihren Ort zu bringen wäre.A first possibility would be to use the Selaindary installation, when it is brought to its location, a collector battery. for electrical energy to be allocated to its output would be sufficient to the functional autonomy of the secondary installation ensure during the desired period. With the current state of the art, this solution is absolute not to be taken into account, since the space requirement and weight of the energy source would be unacceptably large and this would also be difficult to handle and bring to their place.
Die Entwicklung oder Bereitstellung autonomer Leistungsgeneratoren wie z.B. der Isotopenstromgeneratoren, der Brennstoffzellen etc. scheint eine besser geeignete Lösung zu liefern. Tatsächlich können diese einen geringen Platzbedarf aufweisende! Generatoren Betriebsdauern von mehreren Jahren haben. Man erkennt also deren Bedeutung, die sie für die Speisung von Installationen, welche sich an schwer zugänglichen Orten befinden,mit Energie haben. Diese Installationen können beispielsweise selbsttätige meteorologische Hochgebirgeatationen sein; die folgenden Erläuterungen werden allerdings nur beispielsweise - als Anwendungen mit Bezug auf Sekundärinstallationen gegeben, die von einer Haupt-The development or provision of autonomous power generators such as the isotope power generators, the Fuel cells etc. seem to be a more suitable solution to deliver. In fact, they can take up little space! Generators operating times of several Years have. So you can see their importance, which they have for the supply of installations, which are difficult to access Places are located with energy. These installations can, for example, be automatic meteorological high mountain atations be; however, the following explanations are given by way of example only - as related applications on secondary installations, which are supported by a main
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installation aua ferngesteuert sind und Bohrlochköpfen zugeordnet sind, welche auf Tiefen, die mehrere hundert Meter erreichen können, eintauchen und die auch schwierig zugang· lieh sind.Installation aua are remotely controlled and are assigned wellheads which are at depths that are several hundred meters can reach, immerse themselves and which are also difficult to access · borrowed.
Im Übrigen ist in diesem belBpielsweiaen Anwendungefall der Fortfall materieller Verbindungen wischen der Hauptinetallation und der oder den Sekundärinstallationen wichtig, da diese materiellen Verbindungen der Grund von oft erheblichen Störungen sind (Hindernis im Wassers Zeitverlust bei einem Bruch, Notwendigkeit eines Überwacliungs- und Wartungsbetriebs etc.) sind. Hire Investitionskosten sind nicht mehr vernachlässigbar. Incidentally, in this belBpielsweiaen Anwendungefall the omission of material connections wipe the Hauptinetalla tion and the one or more secondary installations important because these material compounds of the reason of the often considerable disturbances (obstacle in the water's loss of time at a fraction, need for Überwacliungs- and maintenance operation etc .) are. Hire investment costs are no longer negligible.
Leider liefern die zur Zeit verfügbaren Isotopenstromgeneratoren nur geringe elektrische Leistungen ( etliche zig Watt) und können nicht zur direkten Speisung von Organe betätigenden Elementen verwendet werden, wie z.Bf von Schiebern eines in Produktion stehenden Bohrlochkopfes, bei denen es notwendig ist, über Leistungen von etlichen tausend Watt zu verfügen. Es ist jedoch möglich, einen autonomen Elektrogenerator zu verwenden, um die Energie einem Akkumulator ^zuzuführen, der diese Energie speichert und es dann ermöglicht, die gespeicherte Energie zur Betätigung von Organen zu verwenden, bei denen erhebliche Leistungen erforderlich sind.Unfortunately, the currently available isotopic power generators provide only very small electrical outputs (several tens of watts) and can not be used for direct supply of organs actuating elements such as f of slides of a standing in production wellhead where it is necessary on services of several a thousand watts. However, it is possible to use an autonomous electric generator to feed the energy to an accumulator ^ which stores this energy and then makes it possible to use the stored energy to operate organs that require considerable power.
Eines der Ziele der Erfindung besteht darin, eine autonome Einrichtung zum Speichern und Nutzen elektrischer Energie zu schaffen, wobei ein relativ schwacher autonomer Leistungsgenerator verwendet wird, der aber über lange Zeitdauern zu arbeiten In der Lage ist, beispielsweise ein Ieotopenelektrpgenerator oder eine Brennstoffzelle.One of the objects of the invention is to provide an autonomous device for storing and utilizing electrical energy using a relatively weak autonomous power generator but capable of operating for long periods of time , such as an Ieotope generator or a fuel cell.
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Auch soll erfindungsgemäß eine autonome Vorrichtung zum Speichern und Nutzen elektrischer Energie der oben angegebenen Art vorgeschlagen werden, welche Organe zur selbsttätigen überwachung einer günstigen Funktion der Vorrichtung sowie gegebenenfalls Sicherheitsorgane aufweist, um die mit dieser Vorrichtung ausgestattete Installationsanordnung zu regelnf wobei diese Sicherheitsorgane eo ausgelegt sind, daß sie im Tmlle eines Versageng der Energieproduktionssinrichtung das Verbringen in Sicherheitsstellung auslösen.""According to the invention, an autonomous device for storing and using electrical energy of the type specified above is to be proposed, which has organs for automatic monitoring of a favorable function of the device and possibly safety organs to regulate the installation arrangement equipped with this device f , these safety organs being designed that in the event of a failure of the energy production facility they trigger the transfer to the safety position. ""
Die erfindungsgemäße autonome Vorrichtung zum Speichern und Nutzen der elektrischen von einem autonomen Generator geringer Leistung gelieferten Energie, die es ermöglicht, mit elektrischem Strom eine mit wenigstens einem zu steuernden Organ ausgestattete Installation zu speisen, wobei dieses eine Sicherheitsstellung aufweist, und mit Einrichtungen zi^r Steuerung dieses Organs zeichnet sich aus in Kombination durchThe autonomous device according to the invention for storing and Take advantage of the electrical energy supplied by an autonomous generator of low power, which makes it possible to use electrical Power to feed an installation equipped with at least one organ to be controlled, this being a safety position has, and with facilities zi ^ r control this organ is characterized by in combination
a) eine Hauptsammlerbatterie *(Akkumulator) fttr elektrische Energie,a) a main collector battery * (accumulator) fttr electrical power,
b) Einrichtungen zur Verbindung dieses Generators mit der Hauptbatterie, um das laden der letzteren durch einen elektrischen von diesem Generator gelieferten Strom zu ermöglichen,b) Means to connect this generator to the main battery in order to charge the latter by an electrical supplied by this generator Enable electricity
c) Einrichtungen zur Verbindung dieses Hauptakkumulators mit diesem zu steuernden Organ, wodurch es möglich wird, diesem Organ einen Steuerstrom zuzuführen, wobei die Verbindungseinrichtungen durch die Steuereinrichtungen dieses Organs betätigt sind,c) Means for connecting this main accumulator to this organ to be controlled, which makes it possible is to supply this organ with a control current, the connecting devices by the control devices this organ are operated,
d) Betätigungseinrichtungen, die so ausgebildet sind, daß sie periodisch diese Verbindungseinrichtungen betätigen, derart, daß die Ladung dieses Sammlers oder dieser Batterie oberhalb eines festgelegten Wertes gehalten wird, der ausreicht, um notwendigenfalls das zu steuernde Organ in Sicherheit se teilung au "bringen,d. Control devices designed so that they periodically operate these connecting devices, so that the charge of this collector or this Battery is kept above a specified value, which is sufficient to control the if necessary Bring the organ to a safe division,
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e) Einrichtungen zur Regelung des durch diesen Generator gelieferten Stroms, die so ausgebildet sind, daß sie einen Impuls für anomale Werte dieses Stroms liefern unde) devices for regulating the current supplied by this generator, which are designed so that they provide an impulse for anomalous values of this current and
f) Sicherheitseinrichtungen, die mit den Regeleinrichtungen und mit den Betätigungseinriohtungen verbunden sind und so ausgelegt sind, daß sie bei Empfang dieses Bbpulses einerseits die Steuereinrichtungen dieses Organs betätigen, um letzteres in seine Sicherheitsstellung zu bringen und andererseits auf diese Betätigungseinrichtungen einwirken, um die Verbindungseinrichtungen offen su halten und den Ladestrom dieses Hauptsammlere bzw. dieser Hauptbatterie zu unterbrechen.f) Safety devices associated with the control devices and are connected to the actuating devices and are designed so that, upon receipt of this Bbpulse on the one hand actuate the control devices of this organ in order to move the latter into its safety position to bring and on the other hand to act on these actuating devices to the connecting devices keep su open and the charging current of this main collector or interrupt this main battery.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, daß die Yerbindungseinrichtungen dieses Generators mit dem Hauptsammler als Mehrwegverbindungen ausgebildet sind, von denen jede wenigstens ein Spercherzwischenelement für die elektrische vom Generator gelieferte Energie umfaßt, wobei die Verbinüungseinrichtungen ;jedes Zwischenelement einerseits mit dem Generator und andererseits mit dem Hauptaammler verbinden.. um die Ladung des letzteren mit einem durch dieses Zwischenolement gelieferten Strom zu ermöglichen; und daß diese Betätiguageeinrichtungen ein ProgrammierungB-element umfa aen, daa in der Lage ist, periodisch und getrennt die Verbindung jedes Zwischenelementes einerseits mit dem Generator und andererseits mit der Hauptsammlerbatterie entsprechend einem Verblnelungsprogramra zu verbinden, das gewählt sein kann aus einer Gruppe unterschiedlicher Programme, welche nach Belieben dieses Programmierungöelement zu liefern in der Lage ist und daß Regeleinrichtungen für den von jedem Zwischenelement gelieferten Strom mit dienen Batätigungaeinrlchtungen verbunden und in der tage sind, ein Signal zu liefern, wenn eine Anomalie an wenigstens einem diener Wege auftritt, wobei das Signal diese Betätigungsoinrichtungen betätigt und denjenigen Weg auo dem ijfcromlnreia auösohni tefc, The invention is characterized according to an advantageous embodiment characterized in that the connection devices of this generator with the main collector are designed as multi-way connections each of which has at least one intermediate barrier element for the electrical energy supplied by the generator, the connecting means, each intermediate element connect on the one hand with the generator and on the other hand with the main collector .. to charge the latter with one to enable current supplied by this intermediate element; and that these actuating devices are a programming element include that is able to periodically and separately the connection of each intermediate element on the one hand with the Generator and on the other hand to connect to the main collector battery according to a Verblnelungsprogramra that is selected can be from a group of different programs, which this programming element can deliver at will is able and that regulating devices for the by everyone Power supplied by the intermediate element with power supply units connected and able to deliver a signal if an anomaly occurs in at least one of the pathways, whereby the signal actuates these actuating devices and that way auo dem ijfcromlnreia auösohni tefc,
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an dem die Anomalie aufgetreten ist und das Programm dieses Programraierungselementes modifiziert= um die Ladung der Hauptsammlerbatterie über die übrigen Wege zu ermöglichen.on which the anomaly occurred and the program modified this programming element = by the load of the To enable main collector battery via the other ways.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung soll nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen An example embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which
Figur 1 das Prinzipschaltbild einer autonomen Vorrichtung zur Energieerzeugung 3eigt;FIG. 1 shows the basic circuit diagram of an autonomous device for generating energy 3 tilts;
Figur 2 gibt schematiaeh eine Ausführungsform nach der Erfindung wieder;FIG. 2 schematiaeh shows an embodiment according to FIG Invention again;
und die Figuren 3, 4 und 5 zeigen -verschiedene Lade- und Entladeprogramme für die Hilfabatterien-and Figures 3, 4 and 5 show -different charging and discharging programs for the auxiliary batteries-
Im folgenden wird, lediglich als Ausführungsbeißplolj, die Verwendung der Vorrichtung nach der Erfindung zur Speisung mit elektrischer Energie von Betätigungsorganen in Betracht gezogen, die an einem getauchten in Produktion stehenden Bohrlochkopf vorgesehen sind und eine akustische Sende-Eurpfängereinrichtung beliebiger bekannter Art umfaßt und die von einer Haupt installation, die beispielsv/eise an der Oberfläche auf einer Schwimminstallation vorgesehen iats aus ferngesteuert ist und mehrere Kilometer vom Bohrlochkopf entfernt sich befinden kann. In diesem Fall kann es sich bei den zu steuernden Organen um Schieberventile handeln, wobei man wünscht, daß ;jedes Vertagen an den Aggregaten aus offensichtlichen Sicherheitsgründen zum Schließen der Schieberventile führt«, derart? daß eine unkontrollierte Produktion vermieden wird.In the following, the use of the device according to the invention for supplying electrical energy to actuators is considered, which are provided on a submerged wellhead in production and which comprises an acoustic transceiver device of any known type and which is of a main installation, which beispielsv / else on the surface on a floating installation provided iat s of remotely controlled and several kilometers from the well head can be removed. In this case, the organs to be controlled can be slide valves, whereby it is desired that; any postponement of the units leads to the closing of the slide valves for obvious safety reasons. " that uncontrolled production is avoided.
Figur 1 zeigt schematiach eine autonome Installation für Speicherung und Nutzung elektrischer Energie, welche von einem autonomen Generator verminderter HetütuaK beLripielöv/eise einem Ifioboyenntrouiiieitoratoi' oder einr>r Brennstoffsoilo gespeist istu Figure 1 shows schematiach an autonomous installation for the storage and use of electrical energy, which is fed by an autonomous generator of reduced HetütuaK beLripielöv / eise an Ifioboyenntrouiiieitoratoi 'or a> r fuel silo and the like
BADBATH
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Der elektrische Generator geringer Leistung ist bei 1 dargestellt und besteht beispielsweise aus einem Isotopenstromgenerator, der eine elektrische Leistung von 25 Watt bei einer Stromstärke in einer Größenordnung von OV3A liefert. Dieser Generator ist über ein Kabel 6 und einen Unterbrecher 4 mit einer bei 2 scheraatisch dargestellten elektrischen Sammlerhilfsbatterie verbunden. Diese Batterie ist selbst mit einer Hauptbatterie 5 aus elektrischen Akkumulatoren großer leistung über ein Kabel 7 und einen Unterbrecher 5 verbunden. Die Batterie 3 liefert de© Last« oder ¥erbraucherkreis 8 die für ihn notwendige Energie Über das Kabel 9.The low-power electrical generator is shown at 1 and consists, for example, of an isotope current generator which delivers an electrical power of 25 watts at a current strength of the order of magnitude of O V 3A. This generator is connected via a cable 6 and an interrupter 4 to an electrical auxiliary collector battery shown schematically at 2. This battery is itself connected to a main battery 5 made up of large-capacity electric accumulators via a cable 7 and an interrupter 5. The battery 3 supplies the load or consumer circuit 8 with the energy it needs via the cable 9.
Die Verwendung einer Hilfsbatterle 2 rechtfertigt sieb, aus der Tatsache, daß der Generator 1 die Hauptbatterie 3 nicht direkt apeiaen kann,. Wie den Fachleuten an sich bekannt, sind die Ladezustände (Stromwertf "Ladezeit etc.) Funktionen der Kapazität der zu ladenden Batterie. Man verwendet somit wenigstens eine Hilfshatterie, deren Kapazitätswert derart gewählt wurde, daß einerseits ihr Entladestrom verträglich mit dem Ladestrom der Hauptbatterie ist und andererseits ihr Ladestrom verträglich oder kompatibel mit dem Wert des Stromes ist, den der autonome elektrische Generator liefern kann.The use of an auxiliary battery 2 justifies itself from the fact that the generator 1 cannot operate the main battery 3 directly. As is known to those skilled in the art, the states of charge (current value f "charging time, etc.) are functions of the capacity of the battery to be charged. At least one auxiliary battery is used, the capacity value of which has been selected so that, on the one hand, its discharge current is compatible with the charge current of the main battery and on the other hand, their charging current is compatible or incompatible with the value of the current to the autonomous electric generator can deliver.
Selbstverständlich, wenn der Wert der Kapazität der Haupt batterie 3 sehr hoch liegt, kann dies dazu führen, eine Vielzahl in Reihe geschalteter Hilfshatterien 2 su verwenden, damit den La&ebedlngungea jeder Batterie genügt wird; das Arbelte prinzip der Anordnung wird nicht beeinflußt. Of course, if the value of the capacity of the main battery 3 is very high, this may result in the use of a plurality of auxiliary batteries 2 connected in series in order to satisfy the charge requirements of each battery; the Arbelte principle of the arrangement is not affected.
Die Arbeitsweise ist einfach. Schließt man den Unterbrecher 4-, so liefert der Generator 1 der Hilfsbatterie 2 eine elektrische Energiej die gespeichert wird. Wird die Batterie 2 geladen, so öffnet man den Unterbrecher 4, schließt dann den Unterbrecher 5, derart, daß die in der Hilfsbatterie 2 gespeicherte Energie in die Hauptbatterie 3 Übertragen werden kann.The way it works is simple. If you close the breaker 4-, the generator 1 supplies the auxiliary battery 2 with electrical energy which is stored. If the battery 2 is charged, so one opens the breaker 4, then closes the breaker 5 in such a way that the stored in the auxiliary battery 2 Energy can be transferred to the main battery 3.
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Der so beschriebene Zyklus wird regelmäßig wiederholt und man sammelt so in der Batterie 3 die zum Speisen des Verbraucher«- kreiees notwendige Leistung.The cycle described in this way is repeated regularly and man thus collects in the battery 3 the food for the consumer «- Kreiees necessary performance.
Figur 2 zeigt scheraatisch eine autonome Vorrichtung zum Speichern und Nutzen von Energie? die dazu bestimmt iet, die Organe eines getauchten Produktionskopfes zu steuern, der mit einemFIG. 2 schematically shows an autonomous storage device and use of energy? which is intended to control the organs of a submerged production head that is connected to a
Akustischen (Ultraschall) ferngesteuerten Sender-Empänger ausgestattet ist.Acoustic (ultrasonic) remote controlled transmitter-receiver Is provided.
In dieser Figur unterscheidet man im wesentlichen 3 Kreise;In this figure, a distinction is made essentially between 3 circles;
den gestrichelt dargestellten Leistungs- oder Verbraucherkreis, the power or consumer circuit shown in dashed lines,
" den Ladekreis j der elektrische Energie liefert und in stark ausgezogenen durchlaufenden Linien dargestellt ist,"the charging circuit j which supplies electrical energy and in is shown in solid continuous lines,
und den in dünnen Linien dargestellten Sicherheitskreis„and the safety circuit shown in thin lines "
Der Leistungskreie umfaßt eine Hauptbatterie 3 aus elektrischen Akkumulatoren großer Leistung, Diese Batterie 5 speist mit Energie den FernsteuerungsSender-Empfänger 9 über das Kabel 10 sowie alle die elektronischen Einrichtungen, die später beschrieben werden und dazu dienen, die Arbeitsweise der Vorrichtung sicherzustellen. Aus Gründen einer klaren Darstellung in der Figur ist allein das die Hauptbatterie 3 mit dem Sender-Empfänger 9 verbindende Kabel 10 dargestellt.The power circuit includes a main battery 3 from electrical Large capacity accumulators, this battery 5 supplies the remote control transceiver 9 with energy via the Cable 10 as well as all of the electronic devices which will be described later and which serve to make the operation of the Ensure device. For the sake of clarity in the figure, that alone is the main battery 3 Cable 10 connecting to the transmitter-receiver 9 is shown.
Die Batterie 3 speist so Antriebselemente 8 zur Betätigung nicht dargestellter Organe des Bohrlochkopfes, insbesondere von Schieberventilen. Aus Gründen einer vereinfachten Darstellung iet ein einziges Motorelement dargestellt, welches zwei unterschiedliche Stellungen einnehmen kann, beispielsweise eine öffnungsstellung (0), die erhalten wird, wenn die Erregung über das Kabel 11 und den Unterbrecher 12 erfolgt und eine Schließstellung (F), wenn die Erregung über das Kabel 13 und den Unterbrecher 14 erfolgt. Kalibrierungseleoente 15 und 16 für den elektrischen Strom schützen das Element 8 gegen unbeabsichtigte zu hohe Stromwerte.The battery 3 thus feeds drive elements 8 for actuating organs, not shown, of the wellhead, in particular of slide valves. For the sake of a simplified representation, a single motor element is shown which can occupy two different positions, for example an open position (0), which is obtained when the Excitation via the cable 11 and the interrupter 12 takes place and a closed position (F) when the excitation is via the cable 13 and the interrupter 14 takes place. Calibration elements 15 and 16 for the electrical current protect the element 8 against unintentional excessive current values.
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Die Unterbrecher 12 und 14 werden von einem Betätigungsorgan 17 aus betätigt., wenn, letzteres über das Kabel 18 ein entsprechendes Steuersignal empfängt, welches durch den IPernsteuerungssender-Empfanger 9 geliefert wurde, nachdem von der Hauptinstalliition eine Befehlsnachricht erhalten wurde* Das Betätigungsorgan 1? kann auch über das Kabel 33 Steuersignale empfangen«, die von einem später beschriebenen Sicherheitssystem geliefert v/erden, Nachdem nach Empfang eines durch eines der Kabel 18 oder 33 Übertragenen Steuersignals die Operation ausgelöst ist, ist das Organ 17 in der Lage, an den Sender-Empfänger 9 über das Kabel 35 ein kodiertes Signal zu übertragen, welches den neuen Zustand des betreffenden Antriebselementee 8 angibt.,The interrupters 12 and 14 are actuated by an actuator 17. When the latter receives a corresponding control signal via the cable 18, which has been supplied by the remote control transmitter-receiver 9 after a command message has been received from the main installation * The actuator 1? can also receive, via cable 33, control signals supplied by a security system described later -Receiver 9 to transmit a coded signal via the cable 35, which indicates the new state of the drive element 8 concerned.,
Der Ladekreie für die Hauptbatterie 3 umfaßt eine autonome Isotopenquelle geringer Leistung 1 (beispielsweise 25 Watt), welche einen elektrischen Gleichstrom geringer Stromstärke (beispielsweise in der Größenordnung von 300 mA) liefert. Der vom Generator 1 gelieferte elektrische Strom wird auf einem konstanten Wert durch- einen Stromregler 19 gehalten, der so ausgelegt ist, daß er das Vorhandensein eines Kurzschlusses im Entladekreia des Generators 1 ermittelt. Eine Vorrichtung 20, die angibt, daß der Kreis offen ist, ist in Reihe in den Entladekreis des Generators 1 gelegt und ermöglicht ea, das Fehlen von vom Generator 1 abgegebenen. Strons au ermitteln. Eine Strommeßvorrichtung 21 ist ebenfalls in Reihe in den Entladekreis des Generatora 1 gelegt * Die Brauchbarkeit der Einrichtungen 19, 20 und 21 wird weiter unten angegeben. Der Ausgang der Strommeßvorrichtun/? 21 ist mit drei parallel geschalteten Kreisen verbunden (diese 2ahl ist nicht als begrenzend anzusehen). Jeder dieser Kreise umfaßt einen Unterbrecher (Unterbrecher Aa1 4b, 4c) und, in Reihe geschaltet mit jedem dieser Unterbrecher CacMum-Nickel-Hilfsaldrumulaboren 2af 2b«. bzw, 2c. Dieao Akkumulatoren werden durch den CIc? no ve. fco.c 1 in weiter unten angegebener Weise geladen«,The charging circuit for the main battery 3 comprises an autonomous isotope source of low power 1 (for example 25 watts), which supplies an electrical direct current of low current strength (for example of the order of 300 mA). The electrical current supplied by the generator 1 is kept at a constant value by a current regulator 19 which is designed such that it determines the presence of a short circuit in the discharge circuit of the generator 1. A device 20, which indicates that the circuit is open, is placed in series in the discharge circuit of the generator 1 and enables ea, the absence of output from the generator 1. Determine currents au. A current measuring device 21 is also placed in series in the discharge circuit of the generator 1 * The usefulness of the devices 19, 20 and 21 is indicated below. The output of the current measuring device /? 21 is connected to three circuits connected in parallel (this number is not to be regarded as limiting). Each of these circuits comprises a breaker (breaker Aa 1 4b, 4c) and, connected in series with each of these breakers, CacMum-Nickel auxiliary aldrum laboratories 2a f 2b «. or, 2c. The batteries are operated by the CIc? no ve. fco.c 1 loaded in the manner specified below «,
1 0 9 8 3 9 / 1 U 5 , Μ ommPA. 1 0 9 8 3 9/1 U 5, Μ ommPA.
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Sobald die Energie in den Akkumulatoren 2a 2b.; 2c gespeichert ist, überträgt man sie in die Hauptbatterie 3 über Kabel 7a 7b, 7c und Unterbrecher 5a, 5b v baw, 5c., indem man über die Regler 22, 23 "bzw.- 24 im wesentlichen die durch.die Akkumulatoren 2a., 2b und 2c' gelieferte Stromstärke konstant hält; ein Stromdetektor 28, dessen Zweck später erläutert werden wird, ist in Reihe zwischen diese Regler und die Hauptbatterie 3 geschaltet« As soon as the energy in the accumulators 2a 2b. ; 2c is stored, it transmits it in the main battery 3 via cables 7a 7b, 7c and breakers 5a, 5b v BAW, 5c., By using the controls 22, 23 "bzw.- 24 is substantially the durch.die accumulators 2a. , 2b and 2c 'constant; a current detector 28, the purpose of which will be explained later, is connected in series between these regulators and the main battery 3 "
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist einfach und entspricht der in Figur 1 gegebenen vereinfachten Schemadarsteilung»The method of operation of the device is simple and corresponds to the simplified schematic division given in FIG.
Ein taktgeber 25 betätigt unter regelmäßigen Inteuryallen über das Kabel 26 eine Programmiereinrichtung 27, die, indem aie nacheinander periodisch das Schließen der Unterbrecher 4a, 4b und 4c steuert, für das Laden der Hilfssaramler oder -ai'fcumulatoren 2a, 2b und Zc/sorgt; der Taktgeber 25 betätigt ioi übrigen die Unterbrecher 5a, 5b und 5c* derarts daß jeder von ihnen in öffnungsstellung während des Ladens der entsprechenden Hilfsbatterie 2a» 2b.oder 2c ist, Nach einer Variante kann die Steuerung der Unterbrecher 5a9 5b und 5o durch die Programmiereinrichtung 27 vorgenommen werden. Das Laden der Batterien 2a„ 2b und 2c erfolgt bei einer Stromstärke, deren Wert verträglich mit dem Ladestrom für diese Batterie«, und mit dem vom Generator 1 gelieferten Wert des Stromes ist, Diese Ladung erfolgt beispielsweise β Stunden lang mit einem Strom von 0s3 A«, Nach dar Ladung wird jede der Hilfobabter-ien in die Hauptbatterie durch Schließen des entsprechenden Unterbrechers 5as 5b, bzw. 5c entladens wobei der entsprechende Unterbrecher 4a, 4b oder 4c vorher geöffnet wurde. Diese Entladung erfolgt »riihx-eäd eines kürseren Zeltraumn, jedoch bei einem größeren Strom* der mit den. Ladest rom ctar Hauptbafcterifc 3 und miL- dem Entladestrom der Hiliabatterien In* 2b und 2c ' beispielweise 35 Min. lang 1,7 A) verti/Uglich Ist.A clock generator 25 activates a programming device 27 at regular intervals via the cable 26, which by aie periodically controls the closing of the interrupters 4a, 4b and 4c one after the other, ensures the loading of the auxiliary alarms or accumulators 2a, 2b and Zc /; the clock generator 25 is operated ioi rest of the switches 5a, 5b and 5c * such s that each of them is in the open position during the loading of the respective auxiliary battery 2a '2b.oder 2c According to a variant the control of the breaker 5a 9 5b and 5o, by the programming device 27 can be made. Batteries 2a, 2b and 2c are charged at a current intensity whose value is compatible with the charging current for this battery "and with the current value supplied by generator 1. This charging takes place for β hours, for example, with a current of 0 s 3 A "represents After charging, each of the Hilfobabter-ien in the main battery by closing the corresponding breaker 5a s 5b, and 5c s discharged with the corresponding breakers 4a, 4b or 4c has been opened before. This discharge takes place in a cooler tent room, but with a greater current * that with the. Charge current ctar main battery 3 and with the discharge current of the Hilia batteries In * 2b and 2c 'for example 35 min. 1.7 A) is possible.
BADBATH
10 9 8 3 9/114B 10 9 8 3 9/114 B.
Die Verwendung mehrerer Hilfsbatterien 2a, 2b, 2c ermöglicht es, ein Lade- und Entladeprogramm für diese Batterien zu etablieren, sodaß in jedem Augenblick der Generator 1 nur eine einzige Hilfebatterie lädt und die Ladung der Hauptbatterie 3 nur durch eine einzige Hilfsbatterie erfolgt.The use of several auxiliary batteries 2a, 2b, 2c allows it is to establish a charging and discharging program for these batteries, so that the generator 1 only a single auxiliary battery charges and the main battery charge 3 is only done by a single auxiliary battery.
Figur 3 zeigt das normale Lade- und Entladeprogramm für die drei Hilfsbatterien als Funktion der Zeit t, wobei die Ladeperioden in voll ausgezogenen Segmenten und die Entladeperioden in unterbrochenen Segmenten dargestellt sind.FIG. 3 shows the normal charging and discharging program for the three auxiliary batteries as a function of time t, the charging periods being shown in solid segments and the discharging periods being shown in interrupted segments.
Die Steuerung der Antriebselemente 8 muß unter völlig gesicherten Bedingungen erfolgen, d.h. jedes verzögerte Versagen in der Energieproduktionseinrichtung muB automatisch dafür sorgen«, daß die Elemente 8 in den Sicherheitszustand gebracht werden. Für den Fall, wo das Element 8 ein Schieber eines Produktionskopfes ist, ist der Sicherheitszustand derjenige des Schließens des Ventils. Andererseits muß die Energieproduktionseinrichtung in jedem beliebigen Augenblick ferngeregelt werden können.The control of the drive elements 8 must take place under completely safe conditions, i.e. every delayed failure in the energy production facility must be automatic ensure «that the elements 8 are brought into the safety state will. In the case where the element 8 is a slider of a production head, the safety state is that closing the valve. On the other hand, the energy production facility can be remotely controlled at any moment.
Im folgenden sollen die verschiedenen Regel- und Sicherheiteeinrichtungen untersucht werden, die in der Vorrichtung nach Täer Erfindung, wie sie in Figur 2 dargestellt iet, verwirklicht sind.The following describes the various control and safety devices be investigated, which is realized in the device according to Taer invention, as shown in Figure 2 iet are.
Der Stromregler 19 kann von der üblichen Iransistorbauart sein. Er umfaßt im übrigen einen Kurzschlußdetektor, der bei Auftreten eines Kurzschlußstromes Im Entladekreis dee Generators 1 ein Signal liefert, welches über das mit dem Sender 9 verbundene Kabel 29 fernübertragen und an dem auf der Oberflächeninstallation befindlichen Steueraggregat angezeigt wird.The current regulator 19 can be of the usual transistor type. It also includes a short-circuit detector, which occurs when of a short-circuit current in the discharge circuit of the generator 1 supplies a signal which is connected to the transmitter 9 via the Cable 29 remotely transmitted and attached to the one on the surface installation located control unit is displayed.
Die Vorrichtung 20 ist eine Einrichtung zur Offenkreieermlttlung und kann von an sich bekannter Bauart sein und liefert bei offenem Kreis ein Signal, welches über das mit dem Sender-The device 20 is a device for determining open space and can be of a known type and, when the circuit is open, delivers a signal which is transmitted via the
109839/1 UB ^109839/1 UB ^
Empfänger 9 verbundene Kabel 30 an die Hauptinstallation übertragen wird, wo die Information zur Anzeige gebracht wird. Auf diese Weise kann man aus der Entfernung die günstige Arbeitsweise des Generators 1 regeln.Receiver 9 connected cable 30 is transmitted to the main installation, where the information is displayed. This way you can work from a distance of generator 1.
Die Strommeßvorrichtung 21 ermöglicht es, den Ladestrom der Hilfseammler zn messen. Für Werte dieses Stroms, die kleiner als ein erster vorbestimmter Wert I1 sind {beispielsweise I1 β 200 mA)« oder für Werte dieses Stromes größer als ein zweiter vorbestimmter Wert Ig (beispielsweise Ig «0,4 A) erzeugt dieBe Vorrichtung ein Signal, welches über das Kabel 31 anThe current measuring device 21 makes it possible to measure the charging current of the auxiliary Ammler zn. For values of this current which are smaller than a first predetermined value I 1 (for example I 1 β 200 mA) «or for values of this current which are greater than a second predetermined value Ig (for example Ig« 0.4 A), the Be device generates a signal , which via the cable 31 to
k eine Sicherheitseinrichtung 32 übertragen wird, die dann einerseits ein über das Kabel 33 an das Betätigungsorgan 17 übertragenes Signal9 welches für das Verbringen des Motorelementes 8 in SicherheitsBteilung (Schließstellung der Ventile) unter Schließen des Unterbrechers 14 und andererseits ein über das Kabel 34 übertragenes Signal liefert, das für das Stillsetzen des Taktgebers 25 sorgt, welcher die Unterbrecher 5a, 5b, 5c öffnet, wobei der Taktgeber 25 dann an die Vorrichtung 27 ein Signal zur öffnung der Unterbrecher 4a, 4b und 4c und sum Auß»rbetriebsetzen der Regler 22, 23 und 24 liefert. Auf diese Weise werden, wenn aus irgend einem Grunde der Generator 1 nicht mehr in der Lage ist, Energie zu liefern (Versagen, Verschleiß etc«) oder wenn ein Kurssschluß im Entladekreis diesesk a safety device 32 is transmitted, which then, on the one hand, a signal 9 transmitted via the cable 33 to the actuating element 17, which is for bringing the motor element 8 into the safety division (closed position of the valves) with the closing of the interrupter 14 and, on the other hand, a signal transmitted via the cable 34 which provides for the stopping of the clock 25, which opens the interrupters 5a, 5b, 5c, the clock 25 then sending a signal to the device 27 to open the interrupters 4a, 4b and 4c and to shut down the controller 22, 23 and 24 returns. In this way, if for any reason the generator 1 is no longer able to deliver energy (failure, wear and tear, etc.) or if a course closes in the discharge circuit, this
) Generators auftritt, die zu betätigenden Organe in Sicherheitsstellung gebracht, bevor die Ladung der Hauptbatterie 3 unter die Schwelle abgesunken ist, die es ermöglicht, sämtliche am Bohrlochkopf vorgeeehenen Organe in Slcherheits-. stellung zu bringen. An der Hauptinstallation empfängt man dann einerseits das durch das Betätigungsorgan 17 gelieferte Signal, wobei angezeigt wird, daß die Motorelemente 8 in Sicherheits8teilung verbracht werden, wobei dleeee Signal auf den Sender 9 über das Kabel 35 und von dort an die Hauptinstallation übertragen wird, welche andererseits in der vorher angegebenen Weise ein vom Organ 20 stammendes Signal empfängt, welches darüber informiert, daß der Sntladekreie des Generators 1 offen ist.) Generator occurs, the organs to be actuated in the safety position brought before the charge of the main battery 3 has dropped below the threshold that allows all organs at the wellhead in safety. position. One receives at the main installation then on the one hand the signal supplied by the actuator 17, which indicates that the motor elements 8 in Safety division will be spent, with the signal on the transmitter 9 via the cable 35 and from there to the main installation is transmitted, which on the other hand, a signal originating from the organ 20 in the manner indicated above receives, which informs that the Sntladekreie of generator 1 is open.
1 0 9 8 3 9 / 1 U 51 0 9 8 3 9/1 U 5
-ι?- 2110136-ι? - 2110136
Die Regler 22, 23» 24 für den Entladestrom der Hilfssamraler 2a, 2b, 2c aind von an sich bekannter Art. Io übrigen sind sie so ausgelegt, daß sie das Entladen der Hauptbatterie in die Hilfesammler (beispielsweise vermittels Dioden, die in Reihe in den Eiitladekreis der Hilfsbatterlen geschaltet sind) verhindern, 33er Entladeatrom der Batterien ist durch diese Regler auf einen vorbestimmten Wert I* {beispielsweise I- κ 1,7 A) festgelegt.The regulators 22, 23 »24 for the discharge current of the auxiliary samplers 2a, 2b, 2c aind of a kind known per se. The rest of them are designed to prevent the main battery from discharging into the Help collector (for example by means of diodes connected in series are switched into the charging circuit of the auxiliary batteries), 33 discharge atrom of the batteries is through this regulator to a predetermined value I * {for example I- κ 1.7 A) set.
Ermittlung eines Entladefehlere einer Hilfsbatterie 2a, 2b, 2c, wird über die Strommeßvorrichtung 28 vorgenommen, die fttr einen Stromwert kleiner als ein vorbeetimmter Wert {beispielsweise I- * 1,4 A) ein Signal erzeugt, welches über das Kabel auf die Programmiervorrichtung 27 übertragen wird. Diese Vorrichtung wirkt über das Kabel 37 auf den Ladekreis der Hilfa-., batterie 2a, 2b oder 2c, fttr die ein Intladefehler festgestellt wurde, indem ein Verriegelungssignal für den entsprechenden Unterbrecher 4a, 4b oder 4c in öffnungsstellung geliefert wird und steuert ebenfalls über das Kabel 38, unter Einwirkung auf den entsprechenden Regler 22, 23 oder 24 das Außerbetrlebstellen dieses Reglers. Gleichzeitig geht die Vorrichtung in einen neuen Programm!erungszustand für den Itadeeyklus der Haupt habt er Ie über, wobei nur die sswei verbleiben« den Hilfshatterien verwendet werden. Dieser neue Zyklus ist in Figur 4 dargestellt, wo angenommen wurde, daß die Batterie 2a ausgefallen ist. Wenn eine »weite Hilfsbatterie ausfallen würde, so würde das !Dadeprogramm nooh durch die Einrichtung 27, wie Pigur 5 zeigt, modifiziert, wo angenommen wurde, daß die Batterien 2a und, 2b außer Gebrauch sind.A discharge error of an auxiliary battery 2a, 2b, 2c is determined via the current measuring device 28, which generates a signal which is transmitted to the programming device 27 via the cable and a current value smaller than a predetermined value (for example I- * 1.4 A) will. This device acts via the cable 37 on the charging circuit of the auxiliary., Battery 2a, 2b or 2c, fttr which an loading error was detected by delivering a locking signal for the corresponding breaker 4a, 4b or 4c in the open position and also controls via the Cable 38, acting on the corresponding controller 22, 23 or 24, the deactivation of this controller. At the same time, the device goes into a new program! Erungszustand for Itadeeyklus the main did he Ie over, with only the sswei remain "used the auxiliary Had Rien. This new cycle is shown in Figure 4, where it was assumed that the battery 2a has failed. If another auxiliary battery were to fail, the Dade program would nooh be modified by the device 27, as Pigur 5 shows, where it was assumed that the batteries 2a and 2b are out of use.
Wen» sämtliche Hilfsbatterien ausfallen würden, würde die ^ Programmierungseinrichtung 27, nachdem der letzte Regler 22, 23 oder 24 ausgeschaltet wurde, ein Signal erzeugen, welches über des Kabel 39-die Sicherheitseinrichtung 32 betätigt, welche wie vorher angegeben wirkt, um die Motorelemenfce 8 a Sieherheitseteilung zu bringen»If "all the auxiliary batteries fail, the ^ Programming device 27, after the last controller 22, 23 or 24 has been switched off, generate a signal which The safety device 32 is actuated via the cable 39, which acts as indicated above to control the motor element 8 to bring a security division »
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Bine in das Betätigungsorgan 17 eingeschlossene Sicherheitseinrichtung wirkt auf den Steuerkreis für tlafj Motorelement für den Fall, wo dessen Erregung sich in übermäßiger Weise beispielsweise über eine vorbestimtate Dauer t^ hinaus (beispielsweise t.j =e 10 Sek.) verlängern würde. Pur den Fall, wo die verlängerte Erregung auf das Kleben des Unterbrechers an seinen Kontakten bei der Ausführung eines in öffnungsstellungbringens des Motorelementes 8 zurückzuführen ist, unterbricht diese Sicherheitseinrichtung die Erregung des Motorelementes 8 und sorgt für das Verriegeln des Unterbrechers in seiner Öffnungastellung. Auf diase Welse kann allein ein Schließvorgang für das entsprechende Schieberventil noch aus- ^ geführt werden, jede Betätigung oder Steuerung zum öffnen, wird unmöglich infolge der Yerriegelung des Unterbrechers 12.A safety device enclosed in the actuating member 17 acts on the control circuit for tlafj motor element for the case where his excitation is excessive, for example beyond a predetermined duration t ^ (for example t.j = e 10 sec.). Just in case the prolonged excitement of sticking the breaker to its contacts when performing an open position of the motor element 8 is due, this safety device interrupts the excitation of the motor element 8 and ensures that the interrupter is locked in its open position. This catfish can only be one Closing process for the corresponding slide valve can still be carried out, every actuation or control to open it impossible due to the interlocking of the interrupter 12.
Für den Pail, wo die verlängerte Erregung zurückzuführen ist auf das Klebenbleiben des Unterbrechers 14 an seinen Kontakten bei der Ausführung eines in Schließstellungbringens des Motorelementes 8 unterbricht diese Vorrichtung die Erregung des Motorelementes 8 und sorgt für das Verriegeln der Unterbrecher 12 und 14 in ihrer öffnungssteilung, derart, daß es nicht mehr möglich wird, die Operation des Motorelementes 8 zu steuern.For the pail where the prolonged excitement is due to the sticking of the breaker 14 to its contacts during the execution of a closing position of the Motor element 8, this device interrupts the excitation of the motor element 8 and ensures that the interrupter is locked 12 and 14 in their opening division, such that it it is no longer possible to control the operation of the motor element 8.
Detektoren, wie z.B. 41 (Figur 2) sorgen für die überwachung " gewisser Parameter, wie z.B. des Drucks oder der Temperatur im Bohrloch. Diese Detektoren an sich bekannter Bauart sind so ausgelegt, daß sie ein Signal dann liefern, wenn der geregelte Parameter für die Funktionsweise des Bohrlochkopfes kritische Werte erreicht. Dieses durch das Kabel 42 auf die Sicherheitseinrichtung 32 übertragene Signal sorgt dafür, daß die Motorelemente 8 in Sicherheitsstellung gebracht werden. Andererseits kann der Wert der durch die Detektoren gemessenen Parameter gegebenenfalls an die Hauptinstallation an der Oberfläche über den Sender-Empfänger 9 übertragen werden.Detectors such as 41 (Figure 2) provide monitoring "certain parameters, such as pressure or temperature in the borehole. These detectors of known type are designed so that they deliver a signal when the regulated Parameters for the functioning of the wellhead reached critical values. This through the cable 42 to the The signal transmitted to the safety device 32 ensures that the motor elements 8 are brought into the safety position. On the other hand, the value of the parameters measured by the detectors can, if necessary, be transferred to the main installation transmitted on the surface via the transceiver 9 will.
109839/1145 .109839/1145.
Andere Sicherungen können an der mit Bezug auf Figur 2 beschriebenen Vorrichtung zusätzlich vorgesehen werden. So kann man "beispielsweise die Speisung sämtlicher elektronischer Sicherheits- oder Regeleinrichtungen mit elektrischem Strom regeln, beispielsweise mit Hilfe eines Stromdetektors, der dann, wenn die Stromstärke anomale Werte erreicht (ru schwacher oder au starker Strom) auslöst, daß die Motorelemente 8 in Sicherheitsstel3.img gebracht werden.Other fuses can also be provided on the device described with reference to FIG. So can one "for example the supply of all electronic Regulate safety or control devices with electrical current, for example with the help of a current detector, the when the current intensity reaches abnormal values (ru weak or au strong current) triggers the motor elements 8 be brought to Sicherheitsstel3.img.
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