专利名称：激励方向控制阀的螺线管的线圈的制作方法
技术领域：
本发明涉及激励方向控制阀的螺线管的线圈。
背景技术：
海底烃生产控制系统中的井生产流体控制阀典型地由液压致动器操作。典型地通过由以电的方式操作的螺线管的电枢操作的方向控制阀(DCV)(其为小型液压阀)来实现对通往阀致动器的液压流体的控制。井联合体控制系统具有相当大量的DCV，它们各自需要典型地通过脐带而来源于水面功率源的电功率。为了最大程度地降低脐带的成本，最大程度地减小联合体的功率消耗是重要的。有意使供应给当前系统中的DCV的电功率对于操作DCV以及将它们保持在它们的运行位置上来说绰绰有余，这主要是保证阀将可靠地运行。但是这会导致功率有相当大的浪费。本发明最大程度地减少这种浪费，并且由于功率消耗降低而具有减小控制系统中的热应カ的额外优点。在下者中描述了监测或测试螺线管的已知形式EP-A-2053289、US-A-6917203、GB-A-2110373、US-A-5153522、US-A-5796201、US-A-6211665、US-A-6326898、US2006/0285265、US-A-5245501、DE-A-3624231和 US-A-5241218。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了ー种激励方向控制阀的螺线管的线圈的方法，该方法包括用电压来激励线圈；控制所述电压且检测在螺线管的电枢在第一位置和第二位置之间运动时在线圈中的电流，在第一位置上，螺线管被操作，而在第二位置上，螺线管不被操作；以及将增加了裕度的那个电流用作操作电流来激励螺线管的线圈。根据本发明另一方面，提供了一种用于激励方向控制阀的螺线管的线圈的组件，该组件包括用于用电压来激励线圈的器件，以及控制器件，其用于控制所述电压且检测在螺线管的电枢在第一位置和第二位置之间运动时在线圈中的电流，在第一位置上，螺线管被操作，而在第二位置上，螺线管不被操作；以及将增加了裕度的那个电流用作操作电流来激励螺线管的线圈。可通过这样的方式来控制所述电压増加电压；检测电枢何时从所述第二位置运动到所述第一位置；减小电压且检测电枢何时从所述第一位置运动到所述第二位置；增加电压且检测电枢何时从所述第二位置运动到所述第一位置；以及使电压减小到通过线圈的电流为所述操作电流时所处的水平。在这种情况下，在检测到电枢已经从所述第二位置运动到所述第一位置之后且在减小所述电压之前，可使所述电压増加到最大电压。优选地，通过检测线圈的电感的变化引起的通过线圈的电流的波动来检测电枢的运动，线圈的电感的变化由这种运动引起。优选地，通过对用于螺线管的驱动电路所施加的电压进行脉宽调制来控制所述电压。方向控制阀可为海底烃生产控制系统的方向控制阀。在这种情况下，所述电压可由海底控制模块的海底电子模块中的处理器器件控制。
图Ia是显示了用于激励DCV螺线管的线圈的项目的方框图；图Ib是显示了本发明的一个实施例中的用于激励DCV螺线管的线圈的项目的方框图； 图2显示了在实施例的运行中出现的电压和电流波形；以及图3是结合了本发明的海底烃生产控制系统的示意图。
具体实施例方式图Ia示出了用于操作和控制海底烃井的生产控制系统中的DCV的组件。井控制系统可包括典型地容纳在海底电子模块(SEM)中的许多处理器，它们中的至少ー个将控制井中的所有DCV，DCV与SEM—起容纳在安装在井树上的海底控制模块(SCM)中。典型地，通过这样的方式来操作DCV:根据来自处理器3的控制信号(开/关)而用功率驱动器2接通的DC功率供应来激励DCV的螺线管I的线圈。如图Ib中针对本发明的一个实施例所显示的那样，图Ia的组件补充有呈电流传感器4形式的电流感测电路，处理器3中存在经修改的软件，该软件通过脉宽调制(PWM)来控制功率驱动器2，以对螺线管线圈提供可变的输出，以代替图Ia的功率驱动器2的简单的开/关控制。功率驱动器2典型地是简单的晶闸管，但不是简单地关闭和开启它来操作螺线管，而是处理器在线路5上产生脉宽调制控制，以提供本发明的实施例所需的可变的电压。图2显示在处理器3中的经修改的软件的控制下，如何通过借助于PWM改变所施加的电压(上面的图表)来改变DCV螺线管的线圈中的电流(下面的图表)，以通过确定用于保持DCV被操作的最小“保持”电流来实现用于保持DCV被操作的最优功率节约。由处理器3中的软件控制的操作模式如下。当需要操作DCV吋，对螺线管线圈施加全工作电压6，从而因为线圈的电感的原因，导致电流以指数的方式上升到最大值7，这由线圈的电阻所确定。在电流上升期间，螺线管操作DCV (DCV的螺线管从第一位置运动到第二位置，在第一位置上，螺线管不被操作，在第二位置上，螺线管被操作)，从而在电流中导致波动8，因为螺线管线圈的电感在螺线管的电枢运动时会改变。当达到最大电流7且处理器3知道螺线管已经被操作时(即根据电流波动8和电流，它们两者都被图Ib的电流传感器4感测到)，减小电压以及因此减小电流，直到电枢从第二位置运动到第一位置且螺线管“回动(drop out)”，从而导致另ー个电流波动9，这被感测到且被馈送给处理器，处理器记录在那时的电流的值。通过对在回动电流处记录的电流增加小的増量或“裕度”，处理器3建立和记录保持螺线管被操作所需的最小电流。通过在服务中预期的环境条件下对DCV螺线管特性进行实验性测试来建立这个“裕度”，并且将其编程到处理器3中。当回动电流被处理器检测到时，再次对螺线管线圈施加全电压，从而在螺线管操作时导致有电流波动10，这被处理器检测到(从而确保螺线管已经再次被操作)，然后处理器使螺线管线圈中的电流降低到之前作为最小“保持”电流11而建立的值。因而，实现了巨大的功率节约，因为最小“保持”电流典型地比全电压下的正常电流少70%。使用电压的PWM作为电流控制的方法不是关键，而是它大体在功率上比模拟功率控制(例如具有来自处理器的模拟输出的简单的串联晶闸管电路)更高效，而且还更易于用处理器产生，因为它本质上是数字的。參照图3，这个图示意性地显示了结合了本发明的海底烃生产控制系统。在海底控制模块(SCM) 12中存在海底电子模块(SEM) 13和液压控制模块(HCM) 14。SCM 12由脐带15从顶侧主控制台(MCS) 16 (例如在水面平台处)供给电功率、控制信号和液压功率。控制信号由SEMl3处理，然后SEM 13控制HCM 14中的螺线管操作的液压方向控制阀(DCV)Dl_Dn，液压方向控制阀又操作多个液压装置(例如致动器)，以控制海底烃生产井。海底控制系统位于井树处，SCM 12通过分配单元17而连接到脐带15上，分配单元17通过电缆18来对SEM 13提供电功率和控制信号，以及通过馈送件19来对HCM 14提供液压功率。SEM 13通过电缆20来控制HCM 14中的DCV Dl-Dn0根据本发明，SEM 13包括用于确定DCV Dl-Dn的最小“保持”电流的处理器3，为了清楚而省略了电流传感器4和驱动器2。使用本发明的优点 一般通过这样的方式来实现关于被操作的螺线管的功率节约以与螺线管线圈串联的方式插入电阻器，螺线管线圈具有使电阻器短路的一对触头，当螺线管被激励时，触头被螺线管打开。因而螺线管被以全电压和电流激励，以及然后电流降低到大于“回动”电流的水平，从而节约功率。但是，在海底井上的螺线管操作的DCV必须是非常可靠的，并且关于使用节约功率的短路电阻器方法的固有问题在于，触头的失效将把电阻器留在螺线管电路中，并且然后将在开始时没有足够的电压和电流来操作螺线管。因而，不认为这个简单的技术足够可靠来在海底井DCV上采用。本发明的方法可使用现有硬件与软件，而仅增加非常可靠的小型固态电流感测装置就可实现该功能，并且典型地节约在典型的井上的多个DCV的功率需求的70%。
权利要求
1.ー种激励方向控制阀的螺线管的线圈的方法，所述方法包括用电压来激励所述线圈；控制所述电压且检测在所述螺线管的电枢在第一位置和第二位置之间运动时在所述线圈中的电流，在所述第一位置上，所述螺线管被操作，而在所述第二位置上，所述螺线管不被操作；以及将增加了裕度的那个电流用作操作电流来激励所述螺线管的所述线圏。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，通过这样的方式来控制所述电压増加所述电压；检测所述电枢何时从所述第二位置运动到所述第一位置；减小所述电压且检测所述电枢何时从所述第一位置运动到所述第二位置；増加所述电压且检测所述电枢何时从所述第二位置运动到所述第一位置；以及使所述电压减小到通过所述线圈的电流为所述操作电流时所处的水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在检测到所述电枢已经从所述第二位置运动到所述第一位置之后且在减小所述电压之前，将所述电压增加到最大电压。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过检测所述线圈的电感的变化引起的通过所述线圈的电流的波动来检测所述电枢的运动，所述线圈的电感的变化由这种运动引起。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过对用于所述螺线管的驱动电路所施加的电压进行脉宽调制来控制所述电压。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方向控制阀是海底烃生产控制系统的方向控制阀。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电压由海底控制模块的海底电子模块中的处理器器件控制。
8.一种用于激励方向控制阀的螺线管的线圈的组件，所述组件包括用于用电压来激励所述线圈的器件，以及控制器件，其用于控制所述电压且检测在所述螺线管的电枢在第一位置和第二位置之间运动时在所述线圈中的电流，在所述第一位置上，所述螺线管被操作，而在所述第二位置上，所述螺线管不被操作；以及将増加了裕度的那个电流用作操作电流来激励所述螺线管的所述线圏。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述控制器件适于増加所述电压；检测所述电枢何时从所述第二位置运动到所述第一位置；减小所述电压且检测所述电枢何时从所述第一位置运动到所述第二位置；増加所述电压且检测所述电枢何时从所述第二位置运动到所述第一位置；以及使所述电压减小到通过所述线圈的电流为所述操作电流时所处的水平。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述控制器件适于在检测到所述电枢已经从所述第二位置运动到所述第一位置之后且在减小所述电压之前，使所述电压増加到最大电压。
11.根据权利要求8至10中的任ー项所述的组件，其特征在于，所述控制器件使得通过检测所述线圈的电感的变化引起的通过所述线圈的电流的波动来检测所述电枢的运动，所述线圈的电感的变化由这种运动引起。
12.根据权利要求8至11中的任ー项所述的组件，其特征在于，所述控制器件适于通过对用于所述螺线管的驱动电路所施加的电压进行脉宽调制来控制所述电压。
13.根据权利要求8至12中的任ー项所述的组件，其特征在于，所述方向控制阀是海底烃生产控制系统的方向控制阀。
14.根据权利要求13所述的组件，其特征在于，所述控制器件包括海底控制模块的海底电子模块中的处理器器件。
全文摘要
本发明涉及激励方向控制阀的螺线管的线圈。一种激励方向控制阀(1)的螺线管的线圈的方法包括用电压来激励线圈；控制所述电压且检测在螺线管的电枢在第一位置到第二位置之间运动时在线圈中的电流，在第一位置上，螺线管被操作，而在第二位置上，螺线管不被操作；以及将增加了裕度的那个电流用作操作电流来激励螺线管的线圈。
文档编号F16K31/02GK102650346SQ20121005284
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月22日 优先权日2011年2月22日
发明者J·R·戴维斯, M·斯托克斯 申请人:韦特柯格雷控制系统有限公司