CN110753781A

CN110753781A - 水下电力和通信模块

Info

Publication number: CN110753781A
Application number: CN201880040083.3A
Authority: CN
Inventors: 斯蒂格·弗雷德里克·马蒂森; 海恩·哈夫丹·芒努斯; 维达·尼古拉森; 埃吉尔·穆尔斯塔德·斯维尔维克
Original assignee: FMC Kongsberg Subsea AS
Current assignee: FMC Kongsberg Subsea AS
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2020-02-04
Anticipated expiration: 2038-06-06
Also published as: WO2018228890A1; NO343693B1; AU2018283227A1; EP3638873B1; CA3063501A1; BR112019025972A2; RU2759093C2; EP3638873A1; AU2018283227B2; US20200182003A1; RU2019143306A; RU2019143306A3; NO20170965A1; CN110753781B; US10822906B2

Abstract

本发明涉及一种用于控制水下油/气设施(1)的水下模块(2)的水下电力和通信模块(10)。该模块(10)包括：壳体(20)；第一外部连接器(30)，设置在壳体(20)的外部，其中，第一外部连接器(30)被配置为连接至水下模块(2)；以及控制装置(80)，包括设置在压力密封的隔室(25)内的电力供应电路(80a)和/或通信电路(80b)。穿透器装置(50)连接在第一外部连接器(30)和控制装置(80)之间。穿透器装置(50)包括印刷电路板(51)、第一密封装置(53)和第二密封装置(56)，其中，第一密封装置和第二密封装置用于封闭印刷电路板(51)的第一区域(A53)和第二区域(A56)。第一区域(A53)面向主隔室(25)，而第二区域(A56)面向在压力密封的主隔室(25)和壳体(20)的外部环境(OE)之间的压力平衡的隔室(46)。第一内部连接器(C80)连接至印刷电路板(51)的第一区域(A53)，其中，第一内部连接器(C80)进一步连接至控制装置(80)。第二内部连接器(C3x)连接至印刷电路板(51)的第二区域(A56)，其中，第二内部连接器(C3x)进一步连接至外部连接器(30)。导电轨(52a)设置在第一内部连接器(C80)和第二内部连接器(C3x)之间的印刷电路板(51)上。

Description

水下电力和通信模块

技术领域

本发明涉及一种用于控制水下油和/或气设施的水下模块的电力和通信模块。本发明还涉及用于控制这种水下油和/或气设施的控制系统以及用于安装控制系统或用于改变这种水下油和/或气设施的现有控制系统的方法。

背景技术

水下油和/或气设施通常包括许多水下模块，诸如，水下管汇、连接至它们相应的井口的采油树等。这些水下模块连接至顶部的(近海的或岸基的)控制中心，以用于在水下模块和顶部之间经由脐带缆传送电力和通信信号。

在图1中，示出了具有以采油树形式的水下模块2和脐带缆终端组件UTA的水下设施1。还示出了水下控制模块(SCM)。不同类型的跨接线(液压的/化学的和电的)在脐带缆终端组件和SCM之间直接连接或者经由水下模块2连接。

多年来已通过FMC技术制造和出售了图2中示出的水下控制模块(SCM)。SCM包含用于井中的水下采油树阀、节流阀以及还有井下阀的安全且高效的操作的电子设备、仪表设备和液压装置。SCM包括设置在SCM底部中的下刺入式连接器(stab connector)，该下刺入式连接器用于将SCM降低到设置在水下模块上的对应连接器上。SCM还包括用于经由电缆连接至其他水下设备的上连接器。SCM是大型的且笨重的(根据它的规格，大约为1400-2000kg)，并且在相对于水下模块降低和升高SCM期间需要缆线。

在图2和图3中示出了其他这种现有的水下控制模块。这些控制模块不用将液压控制流体传送至水下模块，它们仅传送电力和通信信号。在此，因为它们的重量在水中大约为200kg，所以在降低和升高期间也需要缆线操作。

现在参考图6，图6示意性地示出了现有技术的水下控制模块的内部结构。在此示出了控制模块包括壳体H、用于连接至水下电缆(通过ROV执行的连接/断开)的上ROV连接器、用于连接至水下模块(如上所述)的下刺入式连接器、设置有电子部件的1atm室，其中，电子部件经由配线和穿透器(例如，玻璃至金属的穿透器)连接至上连接器和下连接器。在压力平衡的流体室中设置了配线，变压器也位于该压力平衡的流体室中。

本发明的一个目的是提供以电力和通信模块的形式的水下控制模块，以用于控制可以通过ROV升高和降低的水下油/气设施的水下模块。这需要模块的重量在水中小于100kg，或者在空气中小于130kg。

为了实现这一点，一个目的是减小控制模块的物理尺寸，并从而减轻控制模块的重量。

本发明的另一目的是简化控制模块，并且同时改善控制模块的灵活性。

本发明的另一目的是使这种控制模块的制造工艺变得容易。

另一目的是改善来自这种控制模块内的电子部件的热传递。

另一目的是使用于模块的大部分工程作业能够在早期执行的设计和产品平台。因此，石油和/或天然气田的运营商可以从许多替代方案中订购控制模块(连同其他设备)。以此方式，可以消除现今行业中需要的大部分项目工程。

另一目的是去除控制模块内部的手动布线和电缆的钎焊。

发明内容

本发明涉及一种用于控制水下油/气设施的水下模块的水下电力和通信模块，其中，该模块包括：

-壳体，包括压力密封的主隔室；

-第一外部连接器，设置在壳体的外部，其中，第一外部连接器被配置为连接至水下模块；

-控制装置，包括设置在压力密封的隔室内的电力供应电路和/或通信电路；

-穿透器装置，连接在第一外部连接器和控制装置之间；

其特征在于，

穿透器装置包括：

-印刷电路板；

-第一密封装置，用于封闭印刷电路板的第一区域，其中，第一区域面向主隔室；

-第一内部连接器，连接至印刷电路板的第一区域，其中，第一内部连接器进一步连接至控制装置；

-第二密封装置，用于封闭印刷电路板的第二区域，其中，第二区域面向在压力密封的主隔室与壳体的外部环境之间的压力平衡的隔室；

-第二内部连接器，连接至印刷电路板的第二区域，其中，第二内部连接器进一步连接至外部连接器；

-导电轨，设置在第一内部连接器和第二内部连接器之间的印刷电路板上。

第一内部连接器和/或第二内部连接器可以是电连接至印刷电路板的连接器单元。

可替换地，第一内部连接器和/或第二内部连接器包括压配合连接接口，该压配合连接接口电连接至印刷电路板并集成至印刷电路板中。因为相应的区域面向它们各自的隔室，所以外部连接器和控制装置可以连接至它们的内部连接器，而无需任何钎焊或手动布线。在一个方面，壳体包括主壳体单元和连接器壳体单元；

-穿透器装置设置在主壳体单元和连接器壳体单元之间的隔室中；

-外部连接器通过连接器壳体单元设置。

在一个方面，主壳体单元由铝或铝合金制成。

在一个方面，水下控制模块包括：

-第一穿透器装置，连接在第一外部连接器和控制装置之间；

-第二穿透器装置，连接在第二外部连接器和控制装置之间；

-压力对准通道，通过第一穿透器装置的压力平衡的隔室和第二穿透器装置的压力平衡的隔室之间的壳体设置。

在一个方面，穿透器装置包括设置在压力平衡的隔室中的泄漏传感器，其中，泄漏传感器电连接至控制装置。

在一个方面，穿透器装置包括：

-第一中间密封装置，用于封闭印刷电路板的第一区域外部的第一中间区域，其中，第一中间区域面向第一中间隔室，第一中间隔室形成压力密封的主隔室与外部环境之间的附加阻挡层；

-压力传感器，用于感测第一中间隔室中的压力，其中，压力传感器电连接至控制装置。

在一个方面，穿透器装置包括：

-第二中间密封装置，用于封闭印刷电路板的第二区域外部的第二中间区域，其中，第二中间区域面向第二中间隔室，第二中间隔室形成压力密封的主隔室与外部环境之间的附加阻挡层。

本发明还涉及用于控制水下油/气设施的水下模块的控制系统，该控制系统包括：

-连接接口，设置在水下模块上；

-顶部控制模块；

-脐带缆，连接在顶部控制模块和连接接口之间；

-根据权利要求1所述的水下电力和通信模块，可释放地连接至连接接口。

在一个方面，控制设备包括具有另外的连接接口的另外的水下模块；

-另外的水下电力和通信模块，连接至另外的连接接口；

其中，水下电力和通信模块连接至该另外的水下电力和通信模块，以用于经由水下电力和通信模块在顶部控制模块和该另外的水下电力和通信模块之间提供通信。

根据本发明，实现了用于控制水下油/气设施的水下模块的水下电力和通信模块(控制模块)，其中，在水中的模块的重量最小是20kg，最大是90kg。因此，可以通过ROV升高和降低该模块。

此外，控制模块10内的设计和部件被标准化。因此，一些水下模块可以仅需要此类控制模块，其中，一个控制模块为水下模块提供足够大量的电力和通信带宽。其他水下模块可能需要更多带宽和/或更多电力。在此类情况下，附加的控制模块可以连接至这个其他水下模块。

可以在一个此类控制模块内提供冗余，即，在一个此类模块内存在两个独立的控制电路。可替换地，可以使两个独立的控制电路中的两个单独的控制模块提供冗余。如果控制模块中的一个出故障，则可以通过ROV相对快速地改变，因为标准化的设计允许存储此类控制模块。

本发明还涉及用于将设置在第一隔室中的第一电连接器与设置在第二隔室中的第二电导体电连接的穿透器装置，其中，穿透器装置包括：

-印刷电路板；

-第一密封装置，用于封闭印刷电路板的第一区域，其中，第一区域面向第一隔室，其中，第一电连接器连接至印刷电路板的第一区域；

-第二密封装置，用于封闭印刷电路板的第二区域，其中，第二区域面向第二隔室；其中，第二连接器连接至印刷电路板的第二区域；

-导电轨，设置在第一连接器和第二连接器之间的印刷电路板上。

第一隔室和第二隔室彼此分离。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施方式，其中：

图1示出了现有技术的油/气设施的一部分；

图2示出了现有技术的水下控制模块的侧视图；

图3a和图3b示出了现有技术的电力和通信模块的侧视图；

图4示出了根据本发明的控制模块的侧视图；

图5示出了集成了变压器的电缆；

图6示意性地示出了现有技术的控制模块的主要结构；

图7示出了图4的控制模块的主要结构；

图8示出了具有在图7中使用的内部和外部连接器的印刷电路板的顶视图；

图9示出了图8的印刷电路板和连接器的截面侧视图；

图10示出了具有内部和外部连接器的印刷电路板的替换实施方式的顶视图；

图11示出了图10的印刷电路板和连接器的截面侧视图；

图12至图17示出了根据发明的控制系统的不同的实施方式；

图18示出了穿透器装置的内部连接器的替换实施方式；

图19和图20示出了控制模块的两个实施方式的外部连接器；

图21至图27示出了用于连接至控制模块的辅助模块；

图28示出了连接至井下接口模块电气的控制模块；

图29示出了连接至高带宽水下仪器模块的控制模块；

图30示出了连接至电池模块和电机驱动器模块的控制模块；

图31示出了连接至安全模块的控制模块；

图32示出了连接至包含专有或专用连接接口的辅助模块的控制模块。

具体实施方式

在本文中使用的术语“穿透器装置”描述了一种装置，该装置用作使第一电导体与第二电导体电连接，而同时使围绕第一电导体的压力与围绕第二电导体的压力分离的目的。

现在参考图12。在此，示出了具有水下电力和通信模块10的水下控制系统100。电力和通信模块10在下文中称为“控制模块”10。控制模块10连接至水下模块2的连接接口2CI。水下模块2可以是管汇单元、采油树单元、水下脐带缆终端单元、配电模块(EDM)、管端管汇单元(PLEM)、增压站、立管基座(riser base)单元以及需要电力供应和/或需要发送传感器信号的其他水下模块。

控制模块10还经由脐带缆4连接至顶部控制模块3。在通常的水下设施1中，脐带缆4在脐带缆终端单元5中终止并且跨接线6连接在控制模块10和脐带缆终端单元5之间。应注意，跨接线6可以直接连接至控制模块10或者跨接线6可以经由水下模块2的连接接口2CI连接至控制模块10。

控制模块10提供了两个主要目的。首先，控制模块10控制电能供应至水下模块2和/或另外的水下模块2。电能经由脐带缆4从顶部控制模块3供应至控制模块10。可替换地，电能从例如水下电池的水下电源供应至控制模块10。因此，控制模块10包括接通或断开供应至水下模块2或另外的水下模块2的电力的控制电路。这将在以下进行进一步详细地描述。

其次，控制模块10提供顶部控制模块3和水下模块2之间的通信。控制模块10还可以提供与另外的水下模块2的通信或者与另外的控制模块10的通信，该另外的控制模块10连接至相同的水下模块10或者连接至另外的水下模块2。因此，控制模块10包括通信电路。这也将在以下进行进一步详细地描述。

现在参考图7、图8和图9。控制模块10包括壳体20，该壳体包括压力密封的主隔室25，在该主隔室中，控制装置通常示为虚线框80。在图7中，壳体的外部环境示为OE。

壳体20包括主壳体单元21和连接器壳体22。在本实施方式中，壳体20包括连接至主壳体单元21的下端的下连接器壳体单元22a和连接至主壳体单元21的上端的上连接器壳体单元22b。

控制模块10进一步包括设置在壳体20的外部上的第一外部连接器30。在本实施方式中，第一外部连接器30设置在下连接器壳体单元22a的下侧上。第一外部连接器30优选地是刺入式连接器，当控制模块10降低至连接接口2CI上时，该刺入式连接器连接至水下模块2的连接接口2CI。

控制模块10进一步包括设置在壳体20的外部上的第二外部连接器32。在本实施方式中，第二外部连接器32设置在上连接器壳体单元22b的上侧或顶侧上。可替换地，第二外部连接器32可以设置在壳体20的侧表面中的一个侧表面上。第二外部连接器32优选地是ROV连接器，其中，ROV用于将图12中(还在图1或图5中示出)的跨接线6的一端连接至ROV连接器。跨接线的第二端可以连接至水下模块2、连接至另外的水下模块2、或连接至另外的控制模块10。

在图7中，示出了下外部连接器30包括两个外部连接器30a、30b。在图7中，还示出了上外部连接器32包括两个外部连接器32a、32b。应注意，每个外部连接器30、32可包括多于两个的此类连接器。一些连接器可以是用于将电能传送至控制模块10的电连接器，其他连接器可以是用于从控制模块10传送电能的电连接器，其他连接器可以是用于传送通信信号的通信连接器。通常，一个连接器可包括多个连接引脚，通常为4个或12个，其中，一些引脚用于电力输入/输出并且一些引脚用于通信。

下穿透器装置50a设置在主壳体单元21和下连接器壳体单元22a之间的隔室40a中。控制电路80经由下穿透器装置50a连接至第一外部连接器30。对应的上穿透器装置50b设置在主壳体单元21和上连接器壳体单元22b之间的隔室40b中。控制电路80经由上穿透器装置50b连接至第二外部连接器32。优选地，下穿透器装置50a的尺寸和设计等于上穿透器装置50b。然而，连接器的数量和每个连接器的引脚可以不同。此外，如上所述，由于压力对准通道41b，因此只有一个穿透器装置需要压力传感器72。

如图7所示，控制装置80包括电力供应电路80a和通信电路80b。如上所述，电力供应电路80a经由连接器30、32中的一个或一些来接收电能并且经由其他连接器30、32中的一些来分配电能。通信电路80b提供了控制模块10与水下模块2、顶部控制模块3、另外的控制模块10和/或另外的模块2之间的通信。例如，控制装置80可以基于由连接至顶部控制模块3的用户接口的个人给出的控制信号或者基于从模块2中的传感器接收到的控制信号，接通或断开对模块2的特定部件(例如，电动机或电动阀)的电能供应。

应注意，模块10执行输入和输出模块的电流和电压的测量。为了安全起见、为了电力管理等，这些测量被记录。

优选地，主壳体单元21形成为由优选金属材料制成的两个本体，其中，压力密封的主隔室25作为在本体中的一者或两者中的腔提供。优选地，主壳体单元21和连接器壳体单元22由铝或铝合金制成。

如图7所示，从主壳体单元21的上端和下端至主隔室25设置了上下孔43。在制造期间使用这些孔43将控制电路80的部件插入主隔室25中。控制电路80和穿透器装置50之间的连接线83还位于这些孔43中。应注意，上下孔43被认为是压力密封的主隔室25的一部分。

在图7中示出了垂直中心线VL。设置了与该垂直中心线VL平行的刺入式连接器30，并且因此，当连接至水下模块2的连接接口2CI时，控制模块10平行于该垂直中心线VL来降低。如技术人员所知的，连接接口2CL可包括用于将连接器引导进至其正确位置的引导装置。

现在参考图8和图9，其中示出了穿透器装置50。穿透器装置50可以是下穿透器装置50a或者上穿透器装置50b。因此，在图8、图9中，连接器示为3x，意味着连接器可以是连接器30或者连接器32。

在图8a和图9中，穿透器装置50包括了示为阴影框的印刷电路板51。两个连接器C80和C3x以彼此呈一定距离地连接至印刷电路板51。这两个连接器C80和C3x被称为“内部连接器”，因为它们设置在壳体20内，与上述外部连接器30、32相反。两个连接器C80和C3x通过设置在第一内部连接器C80和第二内部连接器之间的印刷电路板51上的导电轨52a彼此连接。

印刷电路板51具有平坦表面A，优选地，该平坦表面A垂直于垂直中心线VL。

应注意，图8仅指定了两个内部连接器C80和C3x之间的相对定位。优选地，如图9所示，两个内部连接器C80和C3x连接至印刷电路板51的相对的侧表面，因此，导电引脚或配线52a设置在印刷电路板51的相对的侧表面之间。然而，还可以通过设置穿过印刷电路板51的合适的导电引脚或配线将两个内部连接器C80和C3x连接至相同的侧表面。

第一内部连接器C80经由配线83通过孔43连接至控制装置80。

第二内部连接器C3x经由连接器引脚52c连接至外部连接器3x。可替换地，可以使用配线。

穿透器装置50还包括第一密封装置53和第二密封装置56。

第一密封装置53封闭了印刷电路板51的第一区域A53。第一密封区域A53面向主隔室25。更具体地，第一区域A53面向主隔室25的孔43。第一内部连接器C80连接至印刷电路板51的第一区域A53。

第一密封装置53包括设置在主壳体单元21和印刷电路板51之间的第一密封元件53a以及设置在印刷电路板51和连接器壳体单元22之间的第二密封元件53b。

第二密封装置56封闭印刷电路板51的第二区域A56。第二密封区域A56面向压力密封的主隔室25和壳体20的外部环境OE之间的压力平衡的隔室46。第二内部连接器C3x连接至印刷电路板51的第二区域A56。应注意，隔室46与印刷电路板51的第二区域A56接触，即，在第一密封装置53的周围和外部。因此，在图9左侧中，第一密封装置53和第二密封装置56之间的空间(示为46a)也是隔室46的一部分。

第二密封装置56包括设置在主壳体单元21和连接器壳体单元22之间的第一密封元件56a以及设置在连接器壳体单元22和连接器3x之间的第二密封元件56b。因此，在图9中示出的优选实施方式中，第二密封装置56不与印刷电路板51本身接触。

如图9所示，外部连接器3x穿过连接器壳体单元22中的开口突出，其中，第二密封元件56b设置在连接器壳体单元22的开口中的外部连接器3x周围。

应注意，第二密封装置56设置在第一密封装置53的外部，其中，术语外部在此是指第二密封装置56比第一密封装置56更接近外部环境OE。以相同的方式，第一密封装置53设置在第二密封装置56的内部，其中，术语内部在此是指第一密封装置53比第二密封装置56更接近主隔室25。因此，第一密封装置53提供了主隔室25与外部环境OE之间的最内的阻挡层，而第二密封装置56提供了主隔室25与外部环境OE之间的最外的阻挡层。

在本实施方式中，压力密封的隔室25充满了气体，诸如，以1atm加压的氮气(N₂)。压力密封的主隔室25和壳体20的外部环境OE之间的压力平衡的隔室46充满了液体，一般是介电油。第一密封装置53和第二密封装置56和填充了液体的压力平衡的隔室46形成了压力补偿系统，该系统获得了当装置10从顶部降低至深度在海平面以下50-3000m的海床时，主隔室25内部的压力保持在1atm，而同时隔室46被补偿至OE压力等级。

穿透器装置50还包括设置在压力平衡的隔室46中的泄漏传感器70。在图8和图9的实施方式中，泄漏传感器70由沿着印刷电路板51的外周边缘的虚线示出。因此，泄漏传感器70与主壳体单元21和连接器壳体单元22之间的连接相邻。因此，如果第二密封装置56的第一密封元件56a泄漏，则该泄漏将很快被检测到，因为第一密封元件56a到泄漏传感器70的距离很近。泄漏传感器70可以包括一个连续的传感器元件或者位于外周边缘周围的彼此相邻的多个泄漏感测元件。泄漏传感器70例如，经由印刷电路板51上的导电轨、第一内部连接器C80和配线83或者经由到第一区域A53中的导电轨并然后经由直接连接在导电轨和控制壳体之间的独立的配线(未示出)，而电连接至控制装置80。如果控制电路80接收到来自泄漏传感器70的指示发生了泄漏的信号，则控制电路80可以将该信号进一步通信至顶部控制单元3。例如，泄漏传感器70可以是铜线，其中，当与水接触时，铜线的阻抗改变。

如上所述，本实施方式的控制装置10包括两个此类穿透器装置50a、50b，连接在第一外部连接器30和控制装置80之间的第一穿透器装置50a以及连接在第二外部连接器32和控制装置80之间的第二穿透器装置50b。在此，第一穿透器装置50a的第一内部连接器C80和第二穿透器装置50b的第一内部连接器C80将设置在主隔室25的相应孔43中，并且因此具有相同压力。

如图7和图9所示，在本实施方式中，压力对准通道41通过在第一穿透器装置50a的压力平衡的隔室46和第二穿透器装置50b的压力平衡的隔室46之间的壳体20设置。因此，这些压力平衡的隔室46也将具有相同压力。

现在参考图10和图11，其中示出了穿透器装置50的第二实施方式。同样，这个第二实施方式可以用作第一和第二穿透器装置50a、50b。该穿透器装置50的这个实施方式与前面参考图8和图9描述的实施方式相似，并且以下仅描述不同。

在图10和图11的实施方式中，穿透器装置50包括第一中间密封装置54，以用于封闭印刷电路板51的第一区域A53外部的第一中间区域A54，其中，第一中间区域A54面向第一中间隔室44，该第一中间隔室44在压力密封的主隔室25和外部环境OE之间形成附加阻挡层。因此，第一中间密封装置54提供了在第一密封装置53和第二密封装置56之间的第一中间阻挡层。

第一中间密封装置54还包括设置在主壳体单元21和印刷电路板51之间的第一密封元件54a以及设置在印刷电路板51和连接器壳体单元22之间的第二密封元件54b。

在第一中间隔室44中，压力传感器72被设置为用于感测第一中间隔室44中的压力。与泄漏传感器70相似，压力传感器72电连接至控制装置80。如果通过压力传感器72测量到隔室44中的不期望的压力，则关于该压力的信息被发送至顶部控制模块3。

穿透器装置50还包括第二中间密封装置55，以用于封闭印刷电路板51的第二区域A56外部的第二中间区域A55，其中，第二中间区域A55面向第二中间隔室45，该第二中间隔室在压力密封的主隔室25和外部环境OE之间形成附加阻挡层。

第二中间密封装置55还包括设置在主壳体单元21和印刷电路板51之间的第一密封元件55a以及设置在印刷电路板51和连接器壳体单元22之间的第二密封元件55b。第二中间密封装置55还包括设置在外部连接器3x和连接器壳体单元22之间的第三密封元件55c。

关于图10，最内的密封元件是第一密封装置53。第一中间密封装置54围绕第一密封装置53。第二中间密封元件55围绕第一中间密封装置54。第二密封装置56围绕第二中间密封元件55。

关于图10，最内的区域是第一区域A53。第一中间区域A54围绕第一区域A53，第二区域A56围绕第一中间区域A54，而第二中间区域A55围绕第二区域A56。

第一中间隔室44是充满了与主隔室25和孔43相同的气体的附加的1大气压隔室。第二中间隔室45充满了与隔室46相似的介电油。

在图11中，压力对准通道41示为通道41a。在图11中，另一压力对准通道41b示为下穿透器装置的隔室44和上穿透器装置的隔室44之间的通道。因此，这些第一中间隔室44也将具有相同的压力。因此，仅一个穿透器装置50需要压力传感器72。

在图8和图9的实施方式中，存在朝向海水的一个压力补偿的油阻挡层、隔室46。

在图10和图11的实施方式中，存在朝向海水的两个压力补偿的油阻挡层、隔室46和45。

现在参考图13，示出了图12中示出的控制系统100的替换实施方式。在此，油和/或气设施1包括了示出在初始水下模块2的右侧的另外的水下模块2。在此，另外的控制装置10连接至另外的水下模块2的连接接口2CI。另外的水下模块10连接至初始控制模块10。电力和通信信号经由初始控制装置10通过一个或多个另外的跨接线6传送至另外的控制装置10。应注意，另外的跨接线可以连接至装置10的第一连接器30(即，经由连接接口2CI)或第二连接器32以及连接至另外的装置10的第一连接器30(即，经由连接接口2CI)或第二连接器32。

现在参考图14，图14示出了图12中示出的控制系统100的替换实施方式。控制系统100在此包括连接至相同水下模块10的另外的控制模块10。另外的控制模块10在此可以用作冗余装置，或者用于热交换的目的。另外的模块10在此连接至脐带缆终端单元5。

现在参考图15，图15示出了图13中示出的控制系统100的替换实施方式。在此，存在连接至初始水下模块2的一个另外的控制模块10。另外的控制模块10在此将电力和通信供应至另外的水下模块2(图15中右侧的模块2)。在一些设施中，这将比从另外的水下模块2的控制模块至脐带缆终端组件5的跨界器6更优选。

现在参考图16，图16示出了具有连接至两个水下模块2中的每个的控制模块10的简单的三结构。

现在参考图17，图17基本对应于图16。在此，升压和降压变压器连接至脐带缆和跨接线的每端，以便减少脐带缆中的能量损失和由于通过跨接线的电力传输中的电压降导致的能量损失。

现在参考图18。在此，第二内部连接器C3x作为印刷电路板51中的压配合连接接口来连接。在此类实施方式中，可以将外部连接器30、32直接连接至印刷电路板51。以此方式，可以省去在图9和图11中的矩形框示出的连接器C3x，因为图9和图11的外部连接器3x可以直接连接至印刷电路板。

上述情况同样适用于第一内部连接器C80。因此，实现了直接完成至穿透器装置50a和50b的所有连接，而无需任何钎焊或手动布线。此外，如图18所示，导电轨52a也可以位于印刷电路板内，例如，通过使用两层印刷电路板材料。以此方式，组装好的印刷电路板51的上表面和下表面更平滑，以实现朝向密封装置53、54、55的更好密封。

在图19至图32中，一些参考标号绘制在将在后面更详细地描述的不同类型模块的连接器上。以下简单地描述这些连接器参考标号：

9：标准电力/通信初级侧：AC或DC水下场分布电压+以太网10：标准电力/通信次级侧：标准AC或DC水下场分布电压+以太网

11：光纤接口

12：传感器和低电压电力的标准数字接口。相同接口中的初级侧和次级侧。

13：传感器和低电压电力的标准数字接口。只有初级侧。

14：海水中的无线连接-内部以太网接口

15：来自UTH的电力/通信-在主脐带缆中的传输电压

16：仪表井下接口

17：混合接口；铜线供电和光纤通信

18：从逻辑求解器至SIL传感器的SIL级别接口

19：辅助专有或专用接口

20：初级高功率电池、中级消费者通信

21：模拟电机驱动器接口(3个电机相位以及旋转变压器位置反馈)

22：传感器或致动器(冗余的)

27：SIL传感器或SIL致动器

应注意，术语“初级”和“次级”在此是指关于冗余的两个独立的侧。

这些附图中，虚线示出通信线并且实线示出电力线或电力/通信线。

应注意，所有下连接器优选地是用于连接至水下模块的连接接口2CI的刺入式连接器，并且上连接器优选地是用于经由跨接线连接至水下模块或连接至控制模块10的ROV连接器。显然，这些模块中的一些具有上连接器和下连接器两者，而其他模块具有上连接器或下连接器。

现在参考图19和图20，其中示出了两个控制模块10。图19的控制模块10是冗余的控制模块，即，通过仅具有一个此类控制模块来提供冗余。图20的控制模块10是非冗余的控制模块，即，通过具有两个此类控制模块来提供冗余。

图21示出了包含变压器的变压器模块TM，该变压器用于在较高电压和较低电压之间变换功率(例如，以3kV AC输入且以900、600或230V输出)。

图22示出了井下接口电气模块DHIME并且图28示出了这个模块如何连接至控制模块10。模块DHIME连接至井下单元，例如，井下传感器。以此方式，模块10的硬件和软件接口可以被标准化，该标准化使得现场操作员能够利用相同模块支持来自不同的井下设备制造商的不同的井下设备。

图23示出了高带宽水下仪器模块HBSIM并且图29示出了这个模块如何连接至控制模块10。模块HBSIM在此经由用于将电力线和光纤通信线合并成一个共用跨接线的分线箱SB连接至控制模块10。模块HBSIM通常与基于光纤的井下传感器一起使用，该井下传感器通常需要比其他设备更多的电力和带宽。

图24示出了安全模块并且图31示出了这个安全模块如何连接至控制模块10。安全模块连接至安全关键水下系统内的SIL(安全完整性等级)传感器或SIL致动器，以用于从此类SIL传感器接收信息或者将信号发送至SIL致动器。以此方式，实现了该安全关键功能与非安全关键功能的分离，这在许多水下应用中是理想的。

图25示出了辅助模块并且图32示出了这个辅助模块如何连接至控制模块10。辅助模块连接至水下模块的专有连接接口或者专用连接接口。当具有专有连接接口的水下模块应该连接至使用上述控制模块10的控制系统100时，这个实例可以是相关的。例如，辅助模块可以包括转换器，该转换器用于将由控制模块使用的通信信号转换为由专有连接接口或专用连接接口使用的通信信号。与此类专有连接接口通信并且将电力供应至此类专有连接接口需要工程涉及，这将增加控制模块的成本。因此，通过将这个功能移到单独的模块中，控制模块10无需额外的工程设计。

图26示出了优选地包括可充电电池的电池模块。图27示出了包含用于控制电动机的电路的电机驱动器模块，即，用于将电能供应至电机并且用于从该电机接收传感器信号。

图30示出了以上的电池模块和以上的电机驱动器模块如何连接至控制模块10。应注意，电池模块和电机驱动器模块可以是连接至控制模块10的两个单独的模块，或者电池模块和电机驱动器模块可以组合成一个物理模块(如图30中的虚线所示)。在此，电机驱动器模块的下连接器连接至一个或多个电机M。上连接器连接至电池模块并且电池模块连接至控制模块10。

以上描述了几种类型的专用模块。一大优势在于即使控制模块10被标准化为具有标准接口的相对小的单元，所有必需的附加功能还可以通过使用多于一个的此类控制模块来提供，或者通过将此类控制模块与图21至图27中示出的以上的专用模块一起使用来提供。

当将图6的现有技术与图7的本发明进行比较时，尺寸明显减小。这也可以在图4中看出，其中，图4中的控制模块10与其他现有技术的控制模块并排示出。

Claims

1.一种用于控制水下油/气设施(1)的水下模块(2)的水下电力和通信模块(10)，其中，所述模块(10)包括：

-壳体(20)，包括压力密封的主隔室(25)；

-第一外部连接器(30)，设置在所述壳体(20)的外部，其中，所述第一外部连接器(30)被配置为连接至所述水下模块(2)；

-控制装置(80)，包括设置在所述压力密封的隔室(25)内的电力供应电路(80a)和/或通信电路(80b)；

-穿透器装置(50)，连接在所述第一外部连接器(30)和所述控制装置(80)之间；

其特征在于，

所述穿透器装置(50)包括：

-印刷电路板(51)；

-第一密封装置(53)，用于封闭所述印刷电路板(51)的第一区域(A53)，其中，所述第一区域(A53)面向所述主隔室(25)；

-第一内部连接器(C80)，连接至所述印刷电路板(51)的所述第一区域(A53)，其中，所述第一内部连接器(C80)进一步连接至所述控制装置(80)；

-第二密封装置(56)，用于封闭所述印刷电路板(51)的第二区域(A56)，其中，所述第二区域(A56)面向在所述压力密封的主隔室(25)与所述壳体(20)的外部环境(OE)之间的压力平衡的隔室(46)；

-第二内部连接器(C3x)，连接至所述印刷电路板(51)的所述第二区域(A56)，其中，所述第二内部连接器(C3x)进一步连接至所述外部连接器(30)；

-导电轨(52a)，设置在所述第一内部连接器(C80)和所述第二内部连接器(C3x)之间的所述印刷电路板(51)上。

2.根据权利要求1所述的水下电力和通信模块(10)，其中：

-所述壳体(20)包括主壳体单元(21)和连接器壳体单元(22)；

-所述穿透器装置(50)设置在所述主壳体单元(21)和所述连接器壳体单元(22)之间的隔室(40)中；

-所述外部连接器(30)通过所述连接器壳体单元(22)设置。

3.根据权利要求1或2所述的水下电力和通信模块(10)，其中，所述主壳体单元(21)由铝或铝合金制成。

4.根据上述权利要求中任一项所述的水下电力和通信模块(10)，其中，所述水下电力和通信模块(10)包括：

-第一穿透器装置(50a)，连接在所述第一外部连接器(30)和所述控制装置(80)之间；

-第二穿透器装置(50b)，连接在第二外部连接器(32)和所述控制装置(80)之间；

-压力对准通道(41)，通过所述第一穿透器装置(50a)的所述压力平衡的隔室(46)和所述第二穿透器装置(50b)的所述压力平衡的隔室(46)之间的所述壳体(20)设置。

5.根据上述权利要求中任一项所述的水下电力和通信模块(10)，其中，所述穿透器装置(50)包括设置在所述压力平衡的隔室(46)中的泄漏传感器(70)，其中，所述泄漏传感器(70)电连接至所述控制装置(80)。

6.根据上述权利要求中任一项所述的水下电力和通信模块(10)，其中，所述穿透器装置(50)包括：

-第一中间密封装置(54)，用于封闭所述印刷电路板(51)的所述第一区域(A53)外部的第一中间区域(A54)，其中，所述第一中间区域(A54)面向第一中间隔室(44)，所述第一中间隔室形成所述压力密封的主隔室(25)与所述外部环境(OE)之间的附加阻挡层；

-压力传感器(72)，用于感测所述第一中间隔室(44)中的压力，其中，所述压力传感器(72)电连接至所述控制装置(80)。

7.根据权利要求6所述的水下电力和通信模块(10)，其中，所述穿透器装置(50)包括：

-第二中间密封装置(55)，用于封闭所述印刷电路板(51)的所述第二区域(A56)外部的第二中间区域(A55)，其中，所述第二中间区域(A55)面向第二中间隔室(45)，所述第二中间隔室形成所述压力密封的主隔室(25)与所述外部环境(OE)之间的附加阻挡层。

8.一种用于控制水下油/气设施(2)的水下模块(2)的控制系统(100)，包括：

-连接接口(2CI)，设置在所述水下模块(2)上；

-顶部控制模块(3)；

-脐带缆(4)，连接在所述顶部控制模块(3)和所述连接接口(2CI)之间；

-根据权利要求1所述的水下电力和通信模块(10)，能释放地连接至所述连接接口(2CI)。

9.根据权利要求8所述的控制系统(100)，还包括：

-另外的水下模块(2)，具有另外的连接接口(2CI)；

-另外的水下电力和通信模块(10)，连接至所述另外的连接接口(2CI)；

其中，所述水下电力和通信模块(10)连接至所述另外的水下电力和通信模块(10)，以用于经由所述水下电力和通信模块(10)在所述顶部控制模块(4)和所述另外的水下电力和通信模块(10)之间提供通信。