NO851884L

NO851884L - DEVICE FOR INDUCTIVE TRANSFER OF ENERGY AND DATA.

Info

Publication number: NO851884L
Application number: NO851884A
Authority: NO
Inventors: Konrad Wilke; Michael Schroeder; Michael Sterzenbach
Original assignee: Licentia Gmbh
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1985-11-12
Also published as: DE3417455C2; EP0160990B1; EP0160990A2; DE3417455A1; EP0160990A3

Description

Oppfinnelsen angår en innretning til induktiv over £cr i i.y av energi og data som angitt i innledningen til patentkrav The invention relates to a device for inductive over £cr i i.y of energy and data as stated in the introduction to patent claims

For overvåkning av langstrakte strukturer, eksempelvisFor monitoring elongated structures, for example

en rørstreng som fører fra et skip 'til havbunnen, og hvor den samlede anordning kan tjene til transport av hydrokarboner eller mineraler, behøves tallrike målestasjoner. Med disse bestemmes særlig ved store vanndybder rørstrengens retning og eventuelt de mekaniske spenningspåkjenn inger i bestemte rørav-snitt. Målestasjonene kan enkeltvis være forbundet med en sen-tral stasjon via kabler eller av sparehensyn tilkobles en fel-les kabel som formidler energi og kommandoer til de enkelte stasjoner (jfr. publikasjon fra firma SPERRY, publ. nr. N 510 - 2M/AA/1.76). For anordninger av denne art medfører de elektriske forbindelser som behøves på hver enkelt målestasjon, en betraktelig forringelse av driftssikkerheten. a string of pipes leading from a ship to the seabed, and where the overall device can serve to transport hydrocarbons or minerals, numerous measuring stations are needed. These are used to determine, particularly at great water depths, the direction of the pipe string and possibly the mechanical tension stresses in specific pipe sections. The measuring stations can be individually connected to a central station via cables or, for reasons of economy, a common cable is connected which transmits energy and commands to the individual stations (cf. publication from the company SPERRY, publ. no. N 510 - 2M/AA/ 1.76). For devices of this kind, the electrical connections that are needed at each individual measuring station lead to a considerable deterioration in operational reliability.

Sluttelig er det i tysk patentsøknad P 34 02 386.0 fore-slått å gjøre overføringen av energi og data sikrere ved at der anvendes en pluggbar transformator hvis plugg- og stikkon-taktdel er oppbygget av dynamoblikk og forsynt med magnetisk adskilte spoler. Dermed muliggjøres en sikker overføring uavhen-gig av tilstanden av metalliske kontaktflater. Finally, in German patent application P 34 02 386.0, it is proposed to make the transmission of energy and data more secure by using a pluggable transformer whose plug and plug contact part is made up of dynamo and provided with magnetically separated coils. This enables a safe transfer regardless of the condition of the metallic contact surfaces.

Oppfinnelsens oppgave er å skaffe en ytterligere forenkling av data- og energioverføring langs en med ikke-metalliske forbindelser utført rørstreng eller langs bare en mekanisk forbindelse under bibehold av minst like god sikkerhet. The task of the invention is to provide a further simplification of data and energy transmission along a pipe string made with non-metallic connections or along only a mechanical connection while maintaining at least as good security.

Denne oppgave blir løst ved de trekk som er angitt som karakteristiske i patentkrav 1. This task is solved by the features indicated as characteristic in patent claim 1.

Med denne induktive overføring blir det oppnådd at over-før ingsledningen for data og energi blir oppbygget allerede i og med sammenstikningen av de enkelte rørstykker til en rør-ledning og blir sikret med de låseelementer som allerede finnes på sammenkoblingsstedene. I motsetning til den kjente anordning behøves ingen radial avretting. With this inductive transfer, it is achieved that the transmission line for data and energy is already built up with the jointing of the individual pipe pieces into a pipe line and is secured with the locking elements that are already present at the connection points. In contrast to the known device, no radial straightening is required.

På tegningen er et utførelseseksempel på oppfinnelsen anskueliggjort. An embodiment of the invention is illustrated in the drawing.

Fig. 1 viser en kobl ingsanordning for en induktiv data-overføring, og Fig. 1 shows a coupling device for an inductive data transfer, and

fig. 2 viser en rørkobling med transformatorelementene.fig. 2 shows a pipe connection with the transformer elements.

Ut fra koblingsanordningen på fig. 1 kan det ses at en trefaset vek sel spenn ing uttatt fra en transformator blir like-rettet i en blokk 1 og så tilført en vekselretter 2. Vekselretterens frekvens er valgt slik at tapene er minimale ved til-strekkelig overført effekt. Frekvensen kan f.eks. være 16 1/3 Hz. Primærviklingen 3 på en transformator U er forbundet med vekselretterens utgang. Den vekselspenning som tas ut på transformatorens sekundærvikling 4, blir i en utgangslikeretter 5 omformet til en likespenning som i en ytterligere blokk 6 blir omformet til batterispenningen. En konstantstrøm koblingsblokk 7 sørger for en konstant ladestrøm til batteriet 8. For blind-strømkompensasjon er der parallelt med sekundærvik1 i ngen 4 Based on the coupling device in fig. 1 it can be seen that a three-phase AC voltage taken from a transformer is rectified in a block 1 and then supplied to an inverter 2. The frequency of the inverter is chosen so that the losses are minimal with sufficient transmitted power. The frequency can e.g. be 16 1/3 Hz. The primary winding 3 of a transformer U is connected to the output of the inverter. The alternating voltage which is taken out on the secondary winding 4 of the transformer is transformed in an output rectifier 5 into a direct voltage which in a further block 6 is transformed into the battery voltage. A constant current connection block 7 ensures a constant charging current to the battery 8. For reactive current compensation, there is parallel with secondary winding 1 in no 4

på transformatoren ti koblet en seriekobling av en induktivitet 9 og en kondensator 10. Denne energioverføringsvei til støtte for batteriet 8 blir samtidig utnyttet til overføring av koblingssignaler i begge retninger. Signaloverføringen er ordnet slik at der blir overført logiske tilstander (f.eks. av en potensialfri kontakt). Til dette er der på sendesiden anordnet en innkoblingskontakt 11 hvis koblingstilstand via en FM-modulator 12, vekselretteren 2 og transformatoren li blir overført til en FM-demodulator 13 på mottagersiden, hvor utgangskontak-ten så blir tilkoblet tilsvarende ved hjelp av en tidsstyre-enhetblokk 14. a series connection of an inductance 9 and a capacitor 10 is connected to the transformer 10. This energy transmission path to support the battery 8 is simultaneously utilized for the transmission of switching signals in both directions. The signal transmission is arranged so that logical states are transmitted (e.g. by a potential-free contact). For this, a switch-on contact 11 is arranged on the transmitter side, whose switching state via an FM modulator 12, the inverter 2 and the transformer li is transferred to an FM demodulator 13 on the receiver side, where the output contact is then connected accordingly by means of a timing control unit block 14.

For å gjøre det mulig å kontrollere f.eks. logiske kob-lingstUstander på sendesiden er der anordnet en aktiv tilbake-melding. I og med opptreden av et utgangssignal på FM-dernodula-toren 13 blir der aktivert en tidsstyreenhet 15 hvorved den logiske tilstand etter et på forhånd fastlagt tidsrom kommer til en FM-modulator 16. Tilbakemeldingssignalet går videre over transformatoren ti til en FM-demodulator 17 og en tilbakemeldingskontakt på sendesiden. To make it possible to control e.g. logical connection conditions on the sending side, there is an active feedback message. With the appearance of an output signal on the FM denodulator 13, a time control unit 15 is activated, whereby the logic state after a predetermined period of time reaches an FM modulator 16. The feedback signal goes on via the transformer ten to an FM demodulator 17 and a feedback contact on the sending side.

Fig. 2 viser i større målestokk forbindelsen mellom siste riserrør 20 og enderøret 21 hos et brønnhode. Med en ring 22 festet i flensen på riserrøret 20 blir der før tilkoblingen til røret 21 fiksert en transformatorring 23 som samtidig dan-ner tetningsring. Transformatorringen 23 har en i kunstharpiks innstøpt spole 24 og pakningsringer 25. I den overforliggende flate på enderøret 21 er der innlagt en likeledes omstøpt mot-spole 26. Ledninger 27 til data- og energioverføring er tilkoblet spolen 24 og ført ut gjennom flensforbindelsen . Etter påsetning av riserrøret 20 på enderøret 21 blir et rørstykke 28 som vanlig beveget nedover på hydraulisk vei og øver med en skiveformet flate 29 på et utskiftbart trykkstykke 30 trykk på en motliggende flate på en pal 32 som kan svinges om en aksel 31 og med tilsvarende utformede flater 33, 34 trykker flensene på rørene 20, 21 sammen. Trykkstykker 30 og paler 32 er anordnet stjerneformig fordelt rundt flensen i innbyr-des avstand. Fig. 2 shows on a larger scale the connection between the last riser pipe 20 and the end pipe 21 of a wellhead. With a ring 22 fixed in the flange of the riser pipe 20, before the connection to the pipe 21, a transformer ring 23 is fixed which at the same time forms a sealing ring. The transformer ring 23 has a coil 24 embedded in synthetic resin and sealing rings 25. In the overlying surface of the end tube 21, a counter-coil 26, which has also been recast, is inserted. Wires 27 for data and energy transmission are connected to the coil 24 and led out through the flange connection. After placing the riser pipe 20 on the end pipe 21, a pipe piece 28 is moved downwards hydraulically as usual and exerts pressure with a disk-shaped surface 29 on a replaceable pressure piece 30 on an opposite surface on a pawl 32 which can be pivoted about an axle 31 and with corresponding designed surfaces 33, 34 press the flanges of the pipes 20, 21 together. Pressure pieces 30 and piles 32 are arranged star-shaped and distributed around the flange at a distance from each other.

I ferdigmontert tilstand blir energi og kobllngskomman-doer over utvendig langs riserrøret 20 forløpende ledning 27 levert til spolen 24, overført induktivt til motspolen 26 og via enderøret 21 som kjernemateriale, eksempelvis til elek-trisk manøvrerte ventiler anvendt til stengning eller åpning av en oljestrømning gjennom riserrøret. Utførelsen av slike koblingskommandoer blir som beskrevet i forbindelse med fig. 1 likeledes induktivt tilbakemeldt over de samme overførings-midler til kommandostedet. In the fully assembled state, energy and connection commands are delivered over the line 27 running externally along the riser pipe 20 to the coil 24, transferred inductively to the counter coil 26 and via the end pipe 21 as core material, for example for electrically operated valves used to close or open an oil flow through the rice pipe. The execution of such switching commands is as described in connection with fig. 1 likewise inductively reported back over the same transmission means to the command post.

Claims

1. Device for the inductive transmission of energy and data, where a three-phase supply voltage' after rectification is transmitted via an inverter and a transformer to support a battery and switching signals are transmitted in both transmission directions, preferably at the connection point of a pipeline to the connecting piece of pipe, and where there is a mains device on the secondary side of the transformer, characterized in that each pipe head is shaped like a transformer (U), with a coil (26) inserted in it and the pipe (26) itself serving as a transformer core, and that where in the mains device there is a rectification of the transmitted alternating voltage, a transformation into battery voltage and a transmission of logic signals.

2. Device as stated in claim 1, characterized by a constant current connection connected downstream of the mains device's output.

3. Device as stated in claim 1, characterized by reactive current compensation on the secondary side of the transformer.

4. Device as stated in claim 1, characterized in that signals are delivered by transferring the logical state of a potential-free contact from the sending side to the secondary side of the transformer.

5. Device as stated in claim 4, characterized in that for checking the logical states of a potential-free feedback contact on the receiving side, a return transmission to the sending side is arranged.

6. Device as specified in claims 4 and 5, characterized in that FM modulators and demodulators are arranged for the transmission of the signals.