CN101015108A - 电力控制和供应系统 - Google Patents

Abstract

一种向远程电气装置供应电能的系统。该系统包括AC/DC电压转换器，其连接到交流电压源上以将来自交流电压源的交流电压转换成位于第一位置的直流高压输出。所述AC/DC电压转换器包括多个AC/DC电压转换器部件，所述AC/DC电压转换器部件在其输入侧并联连接到交流电压源，并且在其输出侧串联连接到导电体。所述导电体延伸至位于远程位置的多个电压转换器，其具有与导电体串联连接的输入和向电气装置提供适当电压的输出。

Description

电力控制和供应系统

技术领域

电力控制和供应系统包括位于第一位置的供应及控制组件，和与远程装置相关联的位于远程位置的控制及致动组件。脐带在供应及控制组件和控制及致动组件之间延伸并使其相互连接以向所述控制及致动组件供应直流电压。电力控制和供应系统例如可以在油气生产中使用并且可以与陆上油井或海上油井一起使用。与海上油井一起使用时，供应及控制组件设置在位于海面的平台上或船上，并且控制及致动组件位于海面以下的远程位置处，例如海底。脐带在海下从供应直流电压的供应及控制组件延伸到远程海下的控制及致动组件。海下控制及致动组件经适当的连接缆连接至各个电气装置，例如电机、电力致动器和类似设备。

背景技术

典型地，海下工具(例如，控制系统和致动器)为液压控制和驱动的。但是，液压供给管线是庞大而昂贵的。另外，液压设备，例如海面上的泵，是庞大的并且占据平台上或船上的大量空间。解决由液压设备所引发问题的一个方法是使用电动的海下工具。因此，需要用于海下工具的电力控制及动力供应系统。

现有技术中的电力控制及供应系统包括位于海面的供电系统，其通过海下电缆向海底传输交流电压。交流电压的振幅和频率可选，以使例如连接至海下电缆端部的海下工具能够接收用于它们操作的适当的供电电压。每个海下工具连接至单独的海下电缆。另外，经由单独的海下电缆实现了海面与海底之间的数据传输。

参考图1(A)，其显示了现有技术的控制及供应系统1，其具有带合适电压源的电压供应及控制装置和布置在海面4上的多路复用器装置7。电压供应3经由海下电缆5将交流电压直接传输给布置在海平面以下的控制及致动装置6。控制及致动装置6经连接缆8连接到合适的电气装置2或电气单元9。电气单元9可以由一组电气装置2构成，例如其布置成树状结构且在共用基座上进行控制和驱动。

提供数据传输电缆10以在电压供应及控制装置3和控制及致动装置6之间传输数据和控制信号。数据传输电缆10优选地包括同轴导线。

通常，最大600VAC的交流电压沿海下电缆5传输。为了以240VAC和合适的功率向合适的电气装置供电，对于合适的导线来说，在长度例如为50km的海下电缆中需要至少1 75mm²的横截面积。

控制及致动装置6包括至少一个电机致动装置11和控制系统12。如电气装置2的各种电机可以在海下使用以驱动用于在海底生产油气的阀、BOPs(防爆器)和类似设备。

如图1(A)中显示的现有技术的控制及供应系统的一个缺点是必须使用昂贵的海下电缆。例如，为了经由从海面向下延伸30至50km到海下电气装置的海下电缆向海下电气装置提供240VAC的电压，所述海下电缆必须具有100-200mm²的横截面积。另外，还需要数据传输线，以使海下电缆必须具有相当大的直径，从而极为昂贵。

在上述实例中，已经假设240VAC的电压对于海下电气装置来说是足够的。然而，现在已经发现，例如，为了能够驱动诸如需要更大功率的伺服电机等的某些海下电气装置，例如在最长一分钟的时间内关闭油气生产中的阀，需要更高的电压。其中这种电气装置必须供以更大的电压，海下电缆的横截面积需要更进一步地增大。

另外，在实践中已经发现，当启动作为电气装置的伺服电机时，特别是需要更大功率的伺服电机时，即使利用缓慢的启动过程，返回信号也会经海下电缆传输给表面上的供电及控制装置，以电缆端部的短路指示出伺服电机的启动过程。这导致自动防止短路的所有系统被切断。

另外，利用在先描述的现有技术中的控制及供应系统，总系统的输出功率效率仅为27％。

图1(B)中显示了另一种已知的控制及供应系统，其沿海下电缆5传输交流电压。但是，在这种情况下，传输最大10,000VAC的电压，其在控制及致动装置6之前通过适当的变压器13降低到电气装置所需的电压值。而且，利用这种现有技术中的系统，单独的数据传输导线10提供为同轴电缆或类似电缆。根据图1(B)的控制及致动装置6需要昂贵的功率电容器14，以便适当地对降低的交流电压进行平滑。另外，利用这种现有技术的系统，如利用根据图1(A)的系统，需要功率因数校正装置以降低系统的视在功率从而获得用于总系统的适当效率。这种校正装置非常复杂且通常相当昂贵，它们通常由电容器或类似装置构成。

利用根据图1(B)的现有技术的系统，对用于海底电气装置的适当电压值和功率来说，50km长的海下电缆中的导线横截面积至少为75mm²，或者利用功率因数补偿，50km长的海下电缆中的导线横截面积至少为26mm²。

然而，即使先前提及的现有技术中的系统完全扩展，效率通常小于70％，并且长度为30km或50km的海下电缆中的导线横截面积分别为大约16或26mm²。

人们已经使用转换装置将高压(DC或AC)转换成低压(DC或AC)。如果在输入侧具有高压，通常很难相应转换为另一电压，这是因为转换装置的相应部件不具有足够高的击穿强度。此外，在传输大功率的情况下，即使功率损耗只有10或20％，转换装置中产生的热量也是相当多的。为了能够排出转变为热量的功率损耗，必须提供相应的冷却设备。这使得转换装置更为昂贵并且由于附加的冷却设备而变得更大。但是，介电强度大于1000V，例如3000或6000V的部件，在市场上没有销售，或其在技术上很难实现。但是如果这种转换器适用于这种直流高压，假如转换器失效，整个系统将会崩溃。另外，即使效率比较高，转换装置也将具有损耗功率，其在局部产生相当多的热量。该热量可能损坏转换装置中的某些部件。为了避免这种损坏，需要具有高成本的复杂冷却系统。

本发明克服了现有技术中的缺陷。

发明内容

电力控制和供应系统包括位于第一位置的供应及控制组件，和与一个或多个远程电气装置相关联的位于远程位置的控制及致动组件。脐带在供应及控制组件和控制及致动组件之间延伸并使其相互连接，以向所述控制及致动组件提供电压。位于第一位置的供应及控制组件包括连接至AC/DC电压转换器的交流电压源。AC/DC电压转换器将来自交流电压源的交流电压转换为在第一位置输出的高直流电压。AC/DC电压转换器包括多个AC/DC电压转换器部件，在其输入侧与交流电压源并联连接，在其输出侧与脐带串联连接。脐带延伸至控制及致动组件和位于远程位置的相关联的远程电气装置。尽管可以使用DC/AC电压转换器，但是控制及致动组件优选包括DC/DC电压转换器。DC/DC电压转换器包括多个DC/DC电压转换器部件，其具有与脐带串联连接的输入和向一个或多个远程电气装置提供降低的直流电压的输出。脐带的长度典型地为至少1千米。

电力控制和供应系统还可以包括用于在所述脐带上传输数据信号的数据通信组件。数据通信组件可以包括连接至脐带的第一数据耦合装置，并允许利用与第一频率范围相关的信号经由脐带和远程电气装置进行通信，同时将动力经由所述脐带供应给电气装置。与一个或多个AC/DC转换器部件相关的时钟频率可以相对于彼此进行相移，从而将时钟噪音从第一频率范围转换到第二频率范围。此外，控制及致动组件还可以包括用于在脐带上传输数据信号的数据通信组件。数据通信组件可以包括连接至脐带的第二数据耦合装置，并允许利用与第一频率范围相关的信号经由脐带和控制及供应组件进行通信，同时将动力经由所述脐带供应给电气装置。优选地，与一个或多个DC/DC电压转换器部件相关的时钟频率可以相对于彼此进行相移，从而将时钟噪音从所述第一频率范围转换到所述第二频率范围。在第一位置和远程位置可以使用滤波器以去除在脐带上传输的噪音。优选地，通过滤波器降低或消除了与至少第二频率范围相关的噪音。

电力控制和供应系统还包括连接至AC/DC电压转换器的第一控制器，其允许控制所述AC/DC电压转换器的一个或多个功能，以及连接至DC/DC电压转换器的第二控制器，其允许控制所述DC/DC电压转换器的一个或多个功能。第一数据耦合装置连接到第一控制器以允许第一控制器将数据耦合到脐带或从其上分离数据，第二数据耦合装置连接到第二控制器以允许第二控制器将数据耦合到脐带或从其上分离数据。

控制及致动组件电气连接到所述一个或多个电气装置上，用于优选地供应直流电压。一类电气装置可以包括用于阀、阻气门和其他闭合元件的致动器。所述致动器包括位于远程位置由第二直流电压提供动力的电动机。旋转主轴连接到电动机，并且致动器元件适于在沿前进旋转方向转动的旋转主轴作用下沿进给方向发生轴向移动。外壳围绕电动机、旋转主轴和致动器元件设置。第一锥形弹簧连接到旋转主轴和外壳，以使所述第一锥形弹簧可操作地防止旋转主轴沿与前进旋转方向相反的方向移动。致动器还包括电气致动系统，其可操地释放所述第一锥形弹簧，从而允许旋转主轴沿与前进旋转方向相反的方向移动。所述系统还包括紧急释放单元，其可操作地使致动器元件在直流电压中断时沿与供给方向相反的方向移动。

致动器还包括位置传感器，其可操作地确定致动器元件的轴向位置。出于冗余目的，旋转主轴可以连接有两个电动机。

本发明的实施例，优选地实现为具有显著降低的尺寸(横截面积)和成本的海下脐带。在至少一些实施例中，经由海下脐带传输直流电压供应而不是交流电压供应，使得所述脐带中的电缆尺寸减小、成本降低。另外，本发明的实施例优选地允许在维持稳定电力供应的同时，将高电压和大功率供应给海下电气装置。

所述电力控制和供应系统提供了几个优点，例如，在无需增加脐带电缆尺寸的情况下在较长的海下距离内提供动力、更高的功率传递效率、冗余以及成本优势。

因此，根据本发明的系统以其简单性和较高的效率(至少70％)作为特征，借此，仅通过显著减少海下脐带中导线的横截面积就可以获得明显的成本节约。

本发明的系统不需要单独的电缆以像现有技术中那样在电力供应及控制组件和控制及致动组件之间传输数据。

根据本发明，另一个优点在于，可以将电压频率以简单的方式调制到在脐带中传输的直流电压上，以用于数据传输。这尤其是在电力供应及控制组件和控制及致动组件中的每一个都具有至少一个数据调制装置的情况下进行。在至少一些实施例中，在控制及致动组件中使用的数据调制装置可以设置在DC/DC或DC/AC转换器部件的后面。

总之，该系统提供了许多优点，例如快速响应、消除液压液体、不向海洋中倾倒流体(对环境无害)以及在致动器、阀和阻气门上执行实时诊断的能力。在海面上消除了对液压动力装置的需求，并且海面设备通常更为紧凑。

因此，本发明的目的是改进供电系统，这样，即使在大功率要求的情况下，也能够以可靠的方式和合理的价格提供稳定的高压，而不再需要用于例如热量耗散的任何附加部件。本发明的目的是向远程(例如，海下)电气装置提供供电系统，这样，利用小结构和低成本，确保了向远程电气装置进行远距离供电。此外，供电系统是稳定、高效和冗余的。

还应当指出，由于传输给电气装置的直流电压的原因，细(横截面)脐带电缆导电体是可能的，尤其是在同轴电缆用作脐带的时候；这些细脐带使电缆连接成本明显降低。特别地，当与电气装置的距离在千米范围(例如，50千米)内并且同轴电缆还可同时用于传输数据时，将节省大量的成本。

昂贵的电容器，例如电解滤波电容器，不再是为平滑输出侧的直流电压所必需的。另外，功率因数补偿可以直接在控制及致动组件的位置处进行。例如，起到该校正作用的适当装置可以包括在DC/DC或DC/AC转换器部件中或者其集成电路中。此外，DC/DC或DC/AC转换器部件的高频时钟控制同时确保了输入侧的直流电压以全宽取样，借此可以获得高效率。

本发明的其他目的和优点将通过下文的说明变得显而易见。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的具体实施方式，其中：

图1(A)-(B)是不同现有技术的控制及供应系统的示意图；

图1(C)是根据本发明实施例的电力控制和供应系统的示意图；

图2是根据如图1(C)中所示的本发明实施例的控制及供应系统的框图；

图3显示了供应及控制组件的实施例的示意图；

图4显示了在初级侧上以时钟控制并且用作转换器部件的回扫转换器的实施例的电路原理图；

图5是根据本发明实施例的直流电压转换装置的实施例的框图；

图6显示了用作图5中开关式干线电源的推挽转换器的电路原理图；

图7显示了全桥式推挽转换器的电路；

图8显示了半桥式推挽转换器的电路；

图9是沿根据本发明实施例的致动器系统剖开的纵向剖视图，所述致动器系统连接到诸如闸门阀的控制装置；

图10显示了图9中的致动器系统沿图11中交线II-II剖开的纵向剖视图；

图11是图10中致动器系统的前视图；

图12是沿图11中直线IV-IV剖开的剖视图；

图13是根据本发明实施例的致动器系统的前视图；

图14是沿图13中直线A-C剖开的剖视图；

图15显示了线性控制装置的纵向剖视图，其中局部视图中为一体化的路径测量装置；

图16显示了细部“X”的放大视图；

图17显示了细部“Y”的放大视图；

图18显示了电路图；

图19显示了根据本发明实施例的致动装置的基本要素的图示，其带有两个单独的电机和相关控制装置；

图20显示了根据本发明实施例的致动装置的外壳盖的前视图；

图21显示了沿图20中直线IV-IV剖开的剖视面；

图22显示了从隔离装置的第一实施例上方看的平面图；

图23显示了沿图22中直线II-II剖开的剖视图，具有局部显示的喷射阀；

图24显示了分别沿图22或23中的直线III-III剖开的剖视图；

图25显示了根据本发明实施例的阀门系统的特定实施例的纵向剖视图，其具有阀和相关的电化学致动器；

图26显示了根据本发明实施例的旋转调节装置的纵向剖视图，其可拆卸地连接到致动器装置；

图27显示了根据如图26中所示的本发明实施例的旋转调节装置的示例性实现方式的放大视图；

图28显示了根据本发明实施例的致动装置的纵向剖视图，其包括位于流体入口一侧的节流装置；

图29显示了沿图31中的直线III-III剖开的剖视图；

图30是沿泵装置实施例剖开的纵向剖视图；

图31显示了根据本发明实施例构造的海下生产系统的一个实施例的视图；

图32是图31中的海下生产系统的海面电气设备的一个实施例的示意图；

图33是图31中的海下生产系统的海下电气设备的一个实施例的示意图；以及

图34是图31中的海下生产系统的海下流量控制设备的一个实施例的示意图。

具体实施方式

本发明涉及向尤其是油气工业中的远程电气装置提供电力并对该远程电气装置进行控制的方法、组件和系统。本发明容许不同形式的实施例。本发明的特定实施例将在附图中显示并详细描述，应当理解，本发明公开的内容涉及本发明原理的范例，但是不应将本发明限制在此处所显示的附图和描述的内容中。

特别是，本发明不同的实施例提供了电力控制和供应系统的许多不同的结构和操作方法，其每个都可用于对油或气井进行钻井、完工、生产或维修。本发明的实施例还提供了许多使用本发明的电力控制及供应系统的方法。应当充分认识到，下文所讨论实施例的不同教导可以单独或以任意合适的组合进行使用，从而获得希望的结果。此处所描述的电动致动器可以被用于油气开采和生产的设备中使用的任意液压驱动的致动器所取代。

在随后的说明中，分别在说明书和附图中以相同的参考数字对相似部分进行标注。附图不必按比例绘制。本发明的一些特征以放大或示意的方式进行显示，并且出于清楚、简明的目的，可以不对传统元件的一些细节进行显示。

电力控制及供应系统20的一个实施例可以根据于2003年4月29日提交、标题为“控制及供应系统”、序列号为10/415,510的美国专利申请进行构造，该申请要求于2001年10月30日提交的PCT申请PCT/EP01/12547的权益，后者要求于2000年10月30日提交的DE 20018560.8(1600-08400；OTE-030339)的优先权，所有这些申请特别在此全部引入。

首先参照图1(C)，电力控制及供应系统20包括位于第一位置42处的电力供应及控制组件30，延伸至第二远程位置50并且将供应及控制组件30与控制及致动组件40相连的脐带44，所述控制及致动组件40与位于远程位置50处的远程组件25相关联。与现有技术不同，电力控制及供应系统20将直流电压经脐带44传输给控制及致动组件40，而不是现有技术中的交流电压。控制及致动装置40经连接缆26连接至远程组件25的适当的电气装置46或电气单元24。电气单元24可以由一组电气装置46，例如，如下所述的海下位置处的致动器、传感器及控制系统构成。

位于第一位置42处的供电及控制装置30包括至少一个AC/DC转换器48，其将来自交流电压源32的适当的交流电压转换成直流电压。在控制及致动装置40的远程位置50处，类似地设置有用于将直流电压转换成电气装置46或电气单元24所需要的直流或交流电压的DC/DC或DC/AC转换器34。优选地，转换器34为DC/DC转换器以向远程组件25提供直流电压。

可以使用用于系统20的简单电压源，其还可用于其他应用，这是因为交流电压源32连接到供应及控制组件30上，优选提供三相交流电压。

当转换器34实现为DC/DC转换器时，通过脐带44传输的高直流电压适当地转换成供给位于远程位置50处的远程组件25的适当装置所需要的直流电压。在这方面应当注意，当从第一位置42向位于远程位置50处的远程组件25的装置46、24供给直流电压时，利用这些装置进行的适当的数据交换被简化，这是因为适当的数据信号能够以简单的方式调制到直流电压信号上。

由于控制及致动装置40的远程区域50中的DC/DC或DC/AC转换器34，直流电压相应地转换成组件25的电气装置46，例如电机、致动器和类似设备所需的直流或交流电压值，例如，具有适当频率的240V或300V电压。

电力控制及供应系统20能够经由长的海下脐带44传输直流电压，借此，仅在脐带44的端部发生将交流电压转换成直流电压，或反之亦然，将直流电压转换成交流电压。利用直流电压和相应的直流电流，只有有效功率经脐带44进行传输，并且没有视在功率。这意味着功率因数为1。由于沿脐带44进行直流电压传输，即使在高压情况下，与利用此前的现有技术系统进行交流电压传输相比，只存在微小的损耗。

另外，利用直流电压传输，脐带44中的导线只需很小的横截面积，其仅为传输交流电压用的横截面积的1/10或更少。

因此根据本发明，直流电压通过脐带44传输，相应地没有出现高频电压传输，这样，用于数据传输的信号能够以简单的方式调制到直流电压上。数据传输可以通过多路复用器装置52及适当的电缆耦合器54进行。多路复用器装置52可以将不同的数据通道连接到电缆耦合器54。例如，每个数据通道可以与不同的用户界面计算机相关。因此，不同计算机的使用者能够将命令、数据等经由多路复用器装置82传输给控制及致动组件40。在控制及致动组件40的远程区域50处适当地发生数据解调。

电力控制及供应系统20可以例如在油气钻井、完工、生产及维修中使用，并且可以与陆上油井或海上油井一起使用。电力控制及供应系统在井源组件远离电源32时，例如当井源组件与电源32相距许多公里时尤为有利。由于在海下工作所导致的更为恶劣的环境，电力控制及供应系统20在海上油井上使用时更为有利。尽管下列实施例以海上油井作为实例进行描述，但是应当理解，本发明的电力控制及供应系统20也可用于陆上油井。下面将相对于海下生产系统对电力控制及供应系统20和控制及致动组件40的至少一种实现方式进行描述。

图36显示了根据本发明实施例的海下生产系统3000。海下生产系统3000应用在允许从海底进行诸如天然气和石油的物质的受控提取。由于海上平台和海下生产系统3000的操作位置原因，使可靠性变得非常重要。在系统3000的整个寿命期间，海下生产系统3000停工时间的成本代表了相当数量的金钱(达数百万美元)。如在此所描述的，海下生产系统3000以高可靠性设计，这使得海下生产系统3000能够在深海中和长的离开(stepout)距离处应用。

在至少一些实施例中，海下生产系统3000包括电动生产闸门阀3002和电动阻气门3006。海下生产系统3000还包括电动环形闸门阀3004和电动化学喷射阀3008。海下生产系统3000还包括海下电气控制模块3010和功率调节及通信模块3012。在至少一些实施例中，海下生产系统3000的部件为图1C中所显示的控制及致动组件40的典型代表。

电动生产闸门阀3002打开和关闭以允许气体或液体以受控方式流经海下生产系统3000。另外，电动阻气门3006通过调节流经其中的流量对流经海下生产系统3000的气体或液体的流量进行控制。电动环形闸门阀3004打开和关闭以允许气体或液体流经海下生产系统3000的环状通路。电动化学喷射阀3008打开和关闭以使化学制剂能够喷射到海下生产系统3000下方的地层中。

海下电气控制模块3010作为海底生产系统3000的电气部件和例如调制解调器等通信部件之间的界面。例如，海下电气控制模块3010可以经由功率调节及通信模块3012(例如，在海下电气控制模块3010和海下生产系统3000的其它部件之间可以应用以太网协议)接收来自海面的命令。海下电气控制模块3010可以应用一或多个电路板，其提供用于电机和其他电气装置的控制功能。所述电路板可以包括处理器，其接收数据(例如，指示由海面提供的功率的数据)并控制电机和其他电气装置。在至少一些实施例中，海下电气控制模块3010应用固态器件并且独立于诸如螺线管等可动机械部件。海下电气控制模块3010还可以监视传感器数据并向海面传输传感器数据。这可以按照海面需要和/或以预定方式完成。海下电气控制模块3010还可以向海面传输命令。例如，海下电气控制模块3010可以要求从海面提供更大或更小的功率(例如，根据来源于电机和其他电气装置的负载数据)。海下电气控制模块3010还可以查询(poll)传感器并记录传感器数据，其可周期性地传送给海面。

功率调节及通信模块3012对经由脐带3200提供给海下生产系统3000的电气部件的功率进行调节。在至少一些实施例中，功率调节及通信模块3012抽取一小部分来自海面的功率以向电气部件(例如，海下电气控制模块3010)供电，即使在阀和阻气门不工作时，所述电气部件也在工作。在响应于命令或请求以操作阀或阻气门中，所述功率调节及通信模块3012使来自脐带的功率值“急剧增大”。功率调节及通信模块3012以与海下电气控制模块3010相协调的方式进行工作，从而以提供所需稳定功率的方式向致动器(例如，电机)提供动力。

为了向海下生产系统3000提供电能，在海面位置3024处设置有AC/DC转换器3022。例如，在平台3020上可以设置有AC/DC转换器3022。AC/DC转换器3022实现为多个AC/DC转换器部件3026，其将所供交流功率3028的一部分转换为直流电压3016。在至少一些实施例中，平台3020的部件表示电力控制及供应系统20。由AC/DC转换器部件3026转换的总直流电压3016(例如，3000到6000V)经脐带3014传送给海下生产系统3000。在至少一些实施例中，脐带3014包括同轴电缆3200。如图35所示，同轴电缆3200可以实现为位于同轴电缆3200的内导体中的光纤电缆3210。即使海下生产系统3000远离海面位置3024(例如，120英里或以上)，光纤电缆3210也能够进行高速数据通信(例如，命令和传感器数据)。同轴电缆3200还包括通过电介质或其他绝缘体3206与内导体3208隔开的外导体3204。同轴电缆3200还包括外护套3202。脐带3014还可以形成一或多个管道，其将化学制剂传送到海下生产系统3000(例如，处理地层的化学制剂)。

在至少一些实施例中，功率调节及通信模块3012可以实现为DC/DC或DC/AC转换器，以将来自脐带的直流电压转换成适当的电压。DC/DC或DC/AC转换器包括多个转换器部件，其将总直流电压的一部分转换成海下生产系统3000的电气部件(例如，电动阀3002、3004和3008，电动阻气门3006，功率调节及通信模块3012的部件，和海下电气控制模块3010)所使用的较小的电压。

一旦海下生产系统3000定位在其预定的位置(例如，在海底上)处，海下生产系统3000的可靠运行取决于几个因素。第一，海下生产系统3000需要可靠的电源。尽管与交流电压相比，水分更可能干扰直流电压，但是本发明的实施例经脐带3014传送直流功率(例如，直流电压3016)。在海下传送直流电压而不是交流电压的一些好处包括更小的衰减、更细的导线和简化的数据通信。因此，本发明实施例的重点是侧重费用低廉并且可靠的水下生产系统，其能够定位在与传统水下生产系统(例如，图1A和1B的系统)相比距离供电海面位置3024更深或更远的位置处。使用基于直流电压传输的电动部件还提供了潜在的环境、健康、成本及可靠性优点(与液压驱动部件相比)。例如，如果实现为液压驱动部件的海下生产系统定位在离海面位置更深或更远的位置处，则操作液压系统所需的压力增加。这导致液压部件上更大的磨损，以及更大的液压泄漏可能性。相比而言，当海下生产系统3000定位在距离供电海面位置3024更深或更远的位置时，海下生产系统3000的可靠性基本上不受影响。

在至少一些实施例中，在海面位置处通过监视器3030(例如，计算机)和/或海下控制模块3010监视电动部件(例如，生产闸门阀3002、阻气门3006、环形闸门阀3004和化学喷射阀3008)。通过消除液压系统，与打开和关闭阻气门和阀相关的滞后时间(例如，蓄能器充电所需时间)减少。而且，由于对参数进行监视及对电气命令进行传输所使用的速度原因，控制精度大大提高(与液压致动相比)。

作为海下生产系统3000如何运转的一个实例，操作者可以使用监视器3030接收传感器数据，所述传感器数据指示出流经海下生产系统3000的流体压力或者已经减少的流体量。作为响应，操作者可以输入命令来增加电动阻气门3006的打开程度。可选地，海下控制模块3010可以接收传感器数据，其指示流体压力，并且作为响应将请求传送给供电海面位置3024。所述命令(或请求)使位于海面位置3024处的AC/DC转换器将一定量的交流功率3028转换成直流电压3016，其经脐带3014传送给海下生产系统3000。在至少一些实施例中，位于海面的处理器接收命令(或请求)并且根据诸如脐带长度和电动阻气门的功耗等几个因素确定在海下传输的功率值。海下生产系统3000的功率调节模块3012将来自脐带3014的直流电压3016转换成用于电动阻气门3006的合适的电压。海下电气控制模块3010可以监视电动阻气门3006的运转(例如，通过监视由电动阻气门3006提供的电动机负载数据)。例如，如果电动阻气门3006需要更大的功率进行运转，海下控制模块3010就会控制功率调节模块3012提供更大的功率。如果没有更大的功率可用，则海下控制模块3010命令位于海面位置3024处的AC/DC转换器3022经脐带3014传送更大的直流功率。该请求可以由海下控制模块3010产生并且经功率调节及通信模块3012的部件传送。该请求可以经由例如同轴电缆3200传送。特别地，光纤电缆3210可以在海面位置3024和海下生产系统3000之间传送通信数据。此外，通信数据可以经由同轴电缆3200的导体3204和3208传送。

当电动阻气门3006允许增大流量时，流经海下生产系统3000的流体压力增加。海面位置3024处的操作者或海下控制模块3010可以监视该压力(例如，使用基于传感器的数据)直到获得希望的流体压力为止。其后，操作者或海下控制模块3010控制电动阻气门3006停止。操作者或海下控制模块3010还可以控制位于海面位置3024处的AC/DC转换器3022来停止交流功率3028的转换。因此，功率使用和功率转换受到监视并且高效进行。由AC/DC转换器3022转换而来的任何额外功率都被功率调节及通信模块3012所耗散。因此，功率调节及通信模块3012、海下电气控制模块3010和海面处的处理器控制海下功率传输及过多能量耗散的时间和多少。

在至少一些实施例中，海下生产系统3000的电气部件和/或机电部件可能是冗余的。以该方式，海下生产系统3000的可靠性得到提高。而且，在至少一些实施例中，海下生产系统不依赖于液压系统、电池和蓄能器。

现在参考图2，其显示了用于海上油井的根据本发明的电力控制及供应系统60的另一个实施例。电力控制及供应系统60包括布置在海面64上方的平台或船62上的电力供应及控制组件70，和位于海面64以下，例如海底66处的控制及致动组件80。这些组件由海下脐带68连接。电力供应及控制组件70连接到交流电压源78，其优选提供三相交流电压。

电力供应及控制组件70包括至少一个AC/DC转换器72和数据调制装置74。海面控制装置76控制AC/DC转换器72和数据调制装置74。另外，电力供应及控制组件70连接到数据传输装置82，其可远离供应及控制组件70定位，但其仍然是控制及供应系统70的一部分。整个系统60的控制及其监视可以通过数据传输装置82进行。

在系统60的各个单元之间显示的箭头以箭头方向显示电压或数据的传输，因此，一般而言，双向数据传输是可能的。

控制及致动组件80定位在海面64以下，例如位于海底66上。它包括数据调制装置84，其用于对通过海下脐带68传输的数据进行解调，而且当这种数据沿反向从控制及致动组件80传输到供应及控制组件70时，所述数据调制装置84用于将合适的数据调制到通过海下脐带68传输的电压上。

紧接着数据调制装置84，控制及致动组件80包括电压转换器86。例如，电压转换器86可以包括DC/DC电压转换器或DC/AC电压转换器。利用电压转换器86，通过海下脐带68传输的直流电压转换为适当的直流或交流电压。为了避免出现大电流，以及在出现时对尤其是海底上的相关电气装置造成的损坏，在电压转换器86上可以设置过流控制装置88。

在将直流电压转换为适当的电压之后，适当电压的电感传送到电压测量装置90。该电感通过由两个线圈铁心94、96构成的变压器92传送。在至少一些实施例中，线圈铁心94、96可以是半线圈铁心。气隙98形成在线圈铁心94、96之间。

耦合控制装置108、110用于数据交换。例如，耦合控制装置110可以允许电压测量装置90与海下电子模块112进行通信。电子模块112可以包括用于控制位于海面以下、特别位于海底上的设备的各个部件的电子设备，所述部件例如阀、防爆器、致动器和类似设备。通常，适当的电子设备在电子模块中是冗余的。

电压测量装置90可以测量适当电压的振幅。在一些实施例中，电压测量装置90可以实现为电压分路调节器100。电压分路调节器100提供了适当电压的合适的静态和/或动态稳定性。为了直接从电气装置46、24朝供应及控制组件70的方向传送数据，电压测量装置90和电压分路调节器100可以为双向的。

由于电压分路调节器100的原因，系统80例如可以在电气装置46、24启动之前满电压运转，借此，电压分路调节器100进行动态负载调节，随后可以将电压减小到合适的低值。稳定的适当电压随后传送到海下电压源102，各个电气装置46或单元24经电连接缆26连接至所述电压源。

通过使用普通的电连接器，对于所有被连接部分来说，将它们从海下回收并捞回以例如对它们进行维护并随后再次使用是可能的。根据本发明的实施例，可以实现例如海下脐带和海下装置之间的非固定(即，可拆的)连接。

控制及致动组件80利用通过海下脐带68传输的直流电压进行运转。只在直流电压已经通过长的海下脐带68传输之后，该直流电压才通过位于海底66上的适当的转换器86转换为较低的直流电压或交流电压。在海面64上方，三相交流电压由AC/DC转换器72转换成例如3000-6000V范围之内的输出电压。该电压值取决于系统60的功率要求。

然后，直流电压通过海下脐带68中的同轴导线传输。此外，数据信号可以经由适当的数据调制装置74，例如调制解调器或类似装置调制到直流电压上。因为同轴导线表现出衰减和电噪音方面的优化特性，至少100-600kBaud的高速数据传输速率是可能的。然而，本发明的实施例不局限于同轴导线，以及可以实现的其他现有或将来的导线。

在海底66或海面64以下，利用适当的数据调制装置84，还是例如调制解调器对数据信号进行解调。然后，直流电压通过转换器86转换为例如频率为20kHz、电压为300V的矩形波。该电压被传送到各个电气装置46、24。仅需要很小的滤波，从而不需要大的电解电容器。变压器92利用由气隙98隔开的两个线圈铁心99、96将转换器86的电压转换为适当的电压值。线圈铁心94、96可以彼此互换、彼此隔开并且对称形成。变压器92提供电感耦合。

变压器92可以如此实现，使得两个铁心94、96之间的气隙98例如在毫米范围内(例如1-5毫米)。另外，可以使用不对海水114化学侵蚀敏感的用于线圈铁心94、96的适当材料，例如布置成防腐蚀变压器钢板或封装有用于适当线圈铁心材料的磁粉混合物的塑料。

为了将数据连接到控制及致动组件80或连接来自于其的数据，控制及致动组件80的数据调制装置84可以定位在电压转换器86之前。因此，数据可以连接到或来自于直流电压。在至少一些实施例中，数据可以经由数据调制装置106和104、并进一步经由另一个数据调制装置84从测量装置90传送到用于电压供应调节的电压供应及控制装置70。

使用用于所需电压值和功率的适当的计算公式，对于例如使用根据本发明的控制及供应系统60的50km长的海下脐带来说，导线横截面积仅为大约2mm²。这与现有系统相比是充分减小的横截面积。

另外，由于相对于直流电压的简单的调制和解调，以及同轴电缆的使用，使得高速传输速率是可能的。通过根据本发明的系统60中的所用装置，可以实现稳定的供给电压和系统的高可靠性。利用无需其他控制装置的简单实施例，电压测量装置90可以连接到电气装置46、24，用于测量其供给电压。

由于根据本发明的带有电压分路调节器100的电压测量装置90，使用例如齐纳二极管240配置(如图6-8)获得的电压稳定性不再是必需的，因为所供电压已经达到静态、动态稳定。

为了沿海下脐带68进行直流电压和电信号传输，脐带可有利地由同轴导线形成。它们表现出衰减和抗辐射噪音方面的优化特性，并且它们能够实现至少100-600kBaud的高速数据传输速率。另外，沿海下脐带68的双向数据传输也可以简单地进行。

由于根据本发明的使用直流电压或直流电流的应用以及可能导致海下脐带68中导线的小横截面积，使得对于每个电气装置46、24来说，在海下脐带68中设置分开的连接导线也是可能的。与此相关必须指出的是，电气单元24，例如单个电动机或单个致动器也可以为适当的树状结构或成组的电动机、致动器或其他电气装置。

可以实现适当简单的数据(还是多通道)连接，这是因为系统60具有用于数据传输的多路复用器装置82。多路复用器装置82可以将不同的数据通道连接到控制器76。例如，每个数据通道可以与不同的用户界面计算机相关。因此，不同计算机的使用者能够将命令、数据等经由多路复用器装置82传输给控制及致动组件80。

图3显示了电力供应及控制组件70的电路原理图，其公开在于2004年3月12日提交、标题为“通用供电系统”、序列号为10/489,573的美国专利申请中，该美国专利申请要求于2002年9月18日提交的PCT/EP02/10471的权益，后者要求于2001年9月19日提交的DE 20115471.9(1600-09300；OTE-030452)的优先权；和公开在于2004年3月12日提交、标题为“通用供电系统”、序列号为10/489,583的美国专利申请中，该美国专利申请要求于2002年9月18日提交的PCT/EP02/10468的权益，后者要求于2001年9月19日提交的DE 20115473.0(1600-09500；OTE-030454)的优先权，所有这些文献特别在此全部引入作为参考。电力供应及控制组件70接收来自交流电源78(参见图2)的交流功率。所述交流电源可以包括交流电压为380V的三相电源。如图所示，电力供应及控制组件70可以包括具有多个AC/DC转换器部件122的AC/DC转换器72，其经由各自的输入端124并联连接至导线120。

由于AC/DC转换器部件122的这种连接方式，这些部件122中的每一个只能在AC/DC转换器72的输出侧上产生某一百分比的电压。如果在输出侧75上产生的直流电压总计为例如6000V，则该直流电压可以通过例如20个转换器部件122产生，其中每个转换器部件具有300V的输出电压。提供30、40或50个转换器部件122也是可能的，这些转换器部件122中的每一个都在输出侧75上提供各自百分比的所需直流电压。

在最简单的情况下，转换器部件122都具有相同类型的结构设计，以使在n个转换器部件122的情况下，每个转换器部件122产生1/n百分比的所需输出电压，该电压来自施加给输入侧的交流电压。

由于使用多个或大量AC/DC转换单元122，每个单独的转换单元122只负责提供输出侧上所需要的特定数量的电压。如果所有的转换单元122具有相似的结构，则每个单独的转换单元例如只提供1/n所需输出电压。

AC/DC转换器部件122可以包括开关式电源126，并且特别地，回扫转换器130在初级侧以时钟控制并作为开关式电源126。

在输出侧75上，各个转换器部件122经各自的输出端132彼此串联连接，并且它们连接到脐带68和连接线134上。经连接线134，位于远程位置的控制及致动组件80具有供给到其上的电能。在供应及控制组件70的AC/DC转换器72和控制及致动组件80之间，用于耦合数据信号输入/输出的装置136附加地连接到脐带68和连接线134。用于耦合数据信号输入/输出的装置136用于传送各自的数据信号或者用于耦合输出数据信号，所述数据信号来源于控制及致动组件80或与之相连的单元。数据信号传输还通过连接线134和脐带68实现。

在图3中，只显示了一个控制及致动组件80。通常，多个控制及致动组件80具有供应到其上的电能以及经由连接线134和脐带68的来自根据本发明的供应及控制组件70的数据。这种控制及致动组件80包括电气装置46(先前所述的)，例如位于现场的致动器，其位于远程和/或不易接近。该致动器控制例如流体管线单元，例如阀、闭合装置、限流器、泵及类似装置等，以使进入并沿着流体管线的流量受到控制并且在紧急情况，例如泄漏、管线断裂或类似情况下关闭，还使得流体、流量或各自单元的参数受到监视和控制。所述流体通常从各自的流体源在高压下供入管线并且沿所述管线例如从海底向海面传送。因为这种流体通常包含侵蚀性或有害于环境的成分，借助于根据本发明的供电系统实现的供电和远程控制具有很大的优点。

关于这点，各个致动器的远程控制可以经由借助于耦合数据信号输入/输出的装置136而建立的通信连接进行。

供应及控制组件70的所有单元，如果需要还包括控制及致动组件80，适于由控制器76进行控制和/或调节。另外，可以对各个单元的参数进行相关监视。在图3中，控制器76经由以虚线表示的连接线连接到各个单元，从而控制、调节和/或监视所述单元。

开关式电源126和回扫转换器130可以分别以集成电路实现。这些集成电路直接包括各自的其他单元，例如功率因数控制装置140，欠压检测装置142或过压监视装置144。为了使说明简化，图3中仅在具有一个AC/DC转换部件122的情况下显示了这些附加的单元。但是通常，它们是所有AC/DC转换部件122的构成部件。

图4显示了作为开关式电源126的回扫转换器130的简化实施例。回扫转换器130包括变压器92，其具有连接至输入终端124的初级绕组和连接至输出终端132的次级绕组。在这两个绕组之间存在有效的磁耦合。变压器92起磁能存储器的作用。当功率晶体管152形式的开关装置150关闭时，初级绕组中的电流将增大并且能量将存储在变压器92中。当开关装置150打开时，位于次级绕组侧的所存能量将经二极管156提供给滤波电容器154。因此，储能经由输出终端132输出。在至少一些实施例中，开关装置150设计为MOS管(MOSFET，功率金属氧化物半导体场效应晶体管)152。另外，可以将开关装置150设计为双MOS管(BIMOSFET)或功率晶闸管。

各反激转换器130具有串联连接至连接线134的输出终端132，参考图3。

为了驱动或时钟控制开关装置150，即功率晶体管152，在反激转换器130中设置有脉宽调制装置160。脉宽调制装置160产生脉宽调制信号，其时钟周期比根据测量的输出电压实际值进行控制。为此，在反激转换器130输出端测量的实际电压值被从各自的期望值减去，并且该差值经由反激转换器130的控制放大器供应给脉宽调制装置160。这里，反激转换器130的控制放大器的输出电压与锯齿波电压进行比较，所述锯齿波的频率确定了反激转换器130的时钟频率。根据该比较的结果，开关装置150接通或断开，使期望的输出电压以这种方式进行调整。最大输出电压通常分别由开关装置150和相应的功率MOS管的击穿电压所限定。

脉宽调制装置160，特别是适于控制或调节的脉宽调制装置160，能够以适当的方式驱动反激转换器130或开关式干线电源126的开关装置150。

该脉宽调制装置160能够产生一系列的脉冲，其适于相对于它们的宽度和/或高度和/或频率进行变化。频繁使用的脉冲调制装置是脉宽调制装置160。该脉宽调制装置160产生脉宽调制信号，其时钟周期比可以根据测量的输出电压实际值进行控制。所述测量的输出电压实际值减去期望值，并且该差值可以经由反激转换器130的控制放大器供应给脉宽调制装置160。

这里，反激转换器130的控制放大器的输出电压可以与锯齿波电压进行比较，其频率确定了开关式干线电源126的开关频率或时钟频率。根据该比较结果，开关晶体管150接通或断开，借此，可以对期望的输出电压进行调整。

开关装置150的时钟频率可以在千赫范围内，特别是在数百千赫范围内，以使开关装置150获得足够快的时钟频率，与此相关，获得相对低的反激转换器130的耗散功率。例如，反激转换器为已知的，其时钟频率在20kHz-200kHz之间。但是，更低和更高的时钟频率也是可能的。

为了避免必须提供用于转换器部件122的单独的冷却装置，特别是在高功率值的情况下，这种转换器部件122可以彼此隔开的关系布置。但是，该空间距离非常小，使得其通常仅相当于一个转换器部件的尺寸。

就转换器部件122，尤其是作为这种部件的反激转换器130而言，还应当注意，这种转换器部件122中的每一个应当相对于其电压适于单独控制或调节。转换器部件122的输入在每个转换器部件中并联布置，使得电压供应，及由此而来的电流和功率完全分离。由此可见，不考虑输出电压，系统的总功率也可以根据要求改变。因此，完全自由地选择功率及输出电压是可能的。由于使用多个转换器部件122，可以额外获得输出电压和功率极其准确和精确的控制，因为每个转换器部件独立于另一个部件，仅控制其自己的范围。

如果转换器部件122之一失效，电力供应仍然可以确保(冗余)，因为另一个转换器部件122被以适当的方式驱动，以使失效的转换器部件的电力故障将在输出侧上补偿，从而。由于多个转换器部件122的输出侧上电压的较小提高将导致总输出电压相当大的增加，因此其中每个仍然运转的转换器部件122需在各个范围内进行极小的调整。

就每个转换器部件，尤其是反激转换器130而言，有可能省却附加的部件，即实现为例如作为集成电路的这种转换器部件122，所述集成电路包括除了现有的反激转换器130以外的其他元件，例如，功率因数控制装置、欠压检测装置、过压监视装置以及所谓的“软起动”等类似装置。

返回到图3，至少交流电源和/或AC/DC转换器和/或用于耦合数据信号输入/输出的装置136可以具有与之相关的控制器76，以使根据本发明的供电系统的各个单元可以被更为有效地监视、控制或调节，如果需要。该控制器76还可以例如检测用作反激转换器130的转换器部件122之一是否已经失效。如果检测到此类失效，另一个反激转换器130可以被驱动，以使它们补偿这一个反激转换器130的失效，因为例如略高一些的输出电压通过其他反激转换器130中的每一个进行传送。

就这方面而言，控制器76也可以控制脉宽调制装置。

控制器76不仅可单独用作监视目的，还有可能利用它建立供电系统的各单元之间的通信连接。这尤其是在各个单元布置在彼此相距较远和/或难以接近的地点处的情况下是有利的。借助于该通信连接，物理检查或维修可限制在极少的情况中，或者限于有问题的单元必须被替换的情况中。

为了监视、控制和可选择地调节供电系统60的所有装置以及可能还包括的经脐带连接68的电气装置，控制器76可以至少分配给交流电压源和/或AC/DC转换装置和/或数据信号耦合/分离装置，并且还可可选地分配给电气装置。这种控制器76生成智能供应系统，其控制和/或调节大量参数。在测量中可以看到驱动控制器76的实例，其中，所述控制器76不仅相对于它们的输出电压来控制反激转换器130，而且相对于它们的功能监视所述反激转换器130。例如，如果一个反激转换器130失效，消息可以由控制器76发送至相应的监视装置，其一个或可能反激转换器130中的哪一个已经失效或功能减弱。同时，控制器76能够控制剩下的反激转换器130，以使其补偿电压失效。相应的消息也可以被发送。在多个反激转换器130失效之后，根据本发明的系统还可以通过控制器76发送相应的修复请求，借此，将使供电系统全部的操作性能确保，直到修复时为止。

控制器76还可以检测供电系统中以及可选的由该系统供电的电气装置中的其他可能的缺陷。例如，电气装置可以经由数据信号连接可选择地接通和断开、在其操作中受控或者以其他方式受影响。

为了同时允许通过控制器76对不同的装置和电气装置进行直接查询，经控制器76可以建立与供电系统的各个装置以及可选择地与电气装置之间的通信连接。

与产生例如6000V电压的AC/DC转换器相比，这种转换器部件122易于操作和维护。这里每个转换器部件的耗散热量通常很低，从而可以省却单独的冷却装置。如果转换器部件122布置成彼此较为接近，即使在大功率情况下，将例如冷却空气在转换器部件122上方传导的简单冷却装置也将是足够的。与已知转换器相比，用于冷却AC/DC转换器72的成本充分降低。

如果转换器部件122之一失效，输出电压将只减少1/n部分，这样，剩下的n-1个转换器部件122仍将提供用于电气设备的足够高的电压。只有当多个转换器部件122失效时，才可能有必要至少部分更换该部件122。在任何情况下，如果多个转换器部件122之一失效，仍然可以保证的是，供给电气装置的电压仍将足够高以允许其运转(提供冗余)。

滤波器装置170可以布置在AC/DC转换器和电气装置之间，如果有必要，以使由AC/DC转换器产生的直流电压可以更进一步地平滑。

在一些电气装置的情况下，在除了电压馈送外还额外提供信号连接时，经证明是有利的。为了避免给电气装置提供附加电缆连接的必要，用于耦合数据信号输入/输出的装置136可以连接到脐带连接器上，这种用于耦合数据信号输入/输出的装置特别定位在滤波器装置170和电气装置之间。一方面，这种用于耦合数据信号输入/输出的装置136可以用于将各自的数据信号耦合到数据连接中，用于例如控制电气装置或向其提供信息。在相反的方向上，接收到的来源于电气装置的数据可以从脐带连接器中分离出来，并且用于例如通过适当的单元，例如计算机等监视电气装置。

就此而言，必须重视的是，基于输出侧直流电压的数据传输与其中电气装置由交流电压供给的情况相比，具有更少的干扰和更高的速度。

脐带连接器上的干扰频率也大约在时钟频率的范围之内，在使用100kHz时，其产生较高的干扰频率。这种高干扰频率通常不影响供电系统或电气装置的部件。

如果该干扰频率转换至甚至更高的频率范围中，至少一些时钟控制的开关式电源可以相对于彼此在它们的时钟频率内进行相位移动。可以确信，每个单独的反激转换器130可保持固有频率，即，例如100kHz的时钟频率。因此，利用该频率，直流电流在次级侧送入电缆。如果所述时钟控制的供给通过单个转换单元的相位移动(例如，在每个供应时刻仅以1纳秒移动)而变换的话，人们将获得100kHz×n的系统截止频率(即，次级侧上的干扰截止频率)，n为相对于其时钟频率进行相位移动的反激转换器130的数目。例如，如果n等于30，可获得的系统截止频率为3MHz。同时，干扰电压输出值减少到单个单元干扰电压的1/n。

当数据传输经由电缆连接与电能供应同时进行时，这种系统截止频率的变换尤其具有相当多的优点。为此，根据本发明可以提供数据信号耦合/去耦装置。这种装置用于提供例如传送到电气装置上的数据，并且将供电系统的电气装置或其它单元接收到的数据分离出来。

因为相应的数据信号传输通常在几十千赫兹的范围内进行，所以由系统截止频率产生的可能残余干扰远离所有的数据传输带宽。不再需要用于平滑输出电压的例如通过滤波电解电容器的麻烦的滤波，并且可以在几乎不受干扰的脐带连接线上获得尽可能快的安全数据传输。

为了使数据传输更为安全，简单的滤波装置170可以布置在AC/DC转换装置和电气装置之间。但是，根据本发明，该装置只用于过滤数据传输中的残余干扰，即，等于几十千赫，例如50kHz。

在AC/DC转换器72后面，滤波装置170设置在脐带68中。滤波装置170过滤超出几十千赫频率范围的干扰，该干扰可能乱扰经由脐带68的数据传输。

数据信号耦合/去耦装置136布置在滤波装置170和至少一个控制及致动组件80之间，所述控制及致动组件80由具有直流电压和大功率的供应及控制组件70供能。相应的数据信号经该装置136耦合到脐带68中，或者从控制及致动组件80经脐带68传送的数据信号由该装置136分离出来。因此，经由脐带68高速(几十千赫兹)进行无干扰数据传输是可能的。这里应当注意，系统20的截止频率可以通过单个转换器部件122的时钟控制频率转换到兆赫范围内，以使所述截止频率远离所有的数据传输带宽，由此使可靠的数据传输以高速进行成为可能。

控制及致动组件80例如可以包括致动器，因此不言而喻，可以经由脐带68给一些控制及致动组件80供给功率和数据。这种致动器例如用来控制沿着流体管线的装置。分别用于其致动的相应的装置和致动器通常布置在远程位置，该位置很难到达，或者不可通行且受到限制。流体可以在高压下流入或通过流体管线，以使例如一个装置是紧急关闭单元，其在流体管线发生泄漏的情况下防止侵蚀性或有害于环境的流体排入环境中。由致动器致动的其他装置是阀、节流阀、泵等。通常，所述致动器需要更多电力，这是因为流体在高压下并可能以大的流量流过流体管线或流入其中。还可能在流入过程中，即基本在流体源头处，提供相应的关闭装置，以防止流体不受控制地流入环境中。

当然，当致动器和由其控制的装置的相应参数，例如阀位置、关闭装置、泵装置等，可以通过通信连接进行查询和监视时，在这里会非常有利。

通信连接的控制和所有装置的监视经控制器76进行，其与所有的相应装置和控制及致动组件80相连。

使用控制器76，可以利用相关电压对控制及致动组件80的功率进行精确调节，并且利用大量反激转换器130进行调节操作。此外，控制器76可以按照每个反激转换器130的时钟控制来控制相移，从而产生输出系统20极高的截止频率，其允许经由相应的连接器134在整个长的脐带距离上，甚至在脐带的小横截面的情况下，高速进行无干扰数据传输。

如果一个或多个反激转换器130发生故障，控制器76可以操作来调节由其余的反激转换器130所提供的输出电压，以在AC/DC转换器72输出侧上仍然为相应的控制及致动组件80提供足够的电压和功率供应。

根据有利的实施例，开关式干线电源的最大输出电压如此选择，使得它不会超过开关式干线电源的各个部件，尤其是开关装置150的击穿电压以下的极限值，以保持与击穿电压的安全间隔。

如上文已经提到的，反激转换器130属于在初级侧上以时钟控制的转换器。就此而言，它在反激转换器130提供多个电流隔离且受控的输出电压时是有利的。

这种输出电压调节尤其是在一个或几个转换装置失效时特别有利。例如，如果在上述30个转换装置中有一个失效，则输出电压只减少200V。

该系统还可保持运转并且可以给电气装置提供足够的功率。此外，由于每个转换单元的输出电压的可调性，有利地，经由所有剩余的转换装置对损失的200V进行再调节也是可能的。因为每个剩余的转换装置只产生损失电压200V的最小量，输出电压每次只增加一点。转换单元在此可以如此设计，例如在正常操作期间，所有的转换单元都工作时，该单元仅输出(作为输出电压)可以由它们产生的最大输出电压的一部分。因此，再调整范围相对较大，以使几个转换装置也失效时不会使系统崩溃。

现在参考图5，控制及致动组件80的转换装置86(参见图2)优选地为具有多个DC转换单元180的DC转换装置，所述DC转换单元180的形式为开关式电源182。转换装置86可以根据于2004年3月12日提交、标题为“直流电压转换装置”、序列号为10/489,453的美国专利申请进行构造，该美国专利申请要求于2001年10月30日提交的PCT/EP01/12547的权益，后者要求于2000年10月30日提交的DE 20018560.8(1600-09400；OTE-030453)的优先权，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。开关式电源182在输入侧上一个接一个连接，并且经由带有脐带68的连接线184连接至供应及控制组件70的输出侧。提供直流电压的供应及控制组件70位于距离控制及致动组件80的远程位置；脐带68的长度在这里可以为几千米，例如50，60千米或以上。

滤波装置190设置在直流电压转换单元180的上游。滤波装置190特别过滤用于与供应及控制组件70(图2所示)的直流电压源通信连接所需要的频率范围。滤波操作可以例如在高达50kHz的频率范围内进行。

直流电压转换单元180和相应的开关式电源182分别在它们的输出侧上彼此并联并从而与连接线186连接。连接线186通向诸如致动器等至少一个电气装置46。

致动器46可以与控制流体流入管线或在该流体管线内流动的装置一起运行。这种装置可以包括，例如阀、用于诸如泄漏、管线破损等的紧急情况下的关闭装置、节流阀和泵等。这些装置和指派给它们的致动器46可以布置在难以到达的崎岖地形中。这些装置和致动器46也可以布置在水下。流体可以在高压下流入管道并且沿其引导。此外，流体可能具有侵蚀性或污染环境，这样，对液流的相应监视和控制尤为重要。

致动器46以及直流转换装置86可以布置在海面以下。脐带连接线184可以延伸至水面直到供应及控制组件70。致动器46还可以布置在地面上难以到达的位置处，并且从远程位置进行控制和监视。

图2中显示的耦合控制装置108、110用于数据交换。如图2所示，海下电子模块或控制器112可以包括用于控制位于海平面下、尤其是海底上的设备的各个部件的电子设备，例如阀、防爆器、致动器和类似设备。通常，适当的电子设备冗余地包含在控制器112中。控制器112可至少分配给直流电压转换装置86，用于监视、控制及调节相应的直流转换单元180。该控制器还可以监视、控制或调节控制及致动组件80的其他部件。

为了将相应的数据传送给供应及控制组件70及另外分配给该电源的装置，可以设置数据耦合/去耦装置84。该装置布置在滤波装置190上游，并位于滤波装置190和供应及控制组件70之间。相应的数据信号例如可以通过控制器112经数据耦合/去耦装置84耦合到连接线184上和从接线184中分离出来。因此在供应及控制组件70和控制及致动组件80之间建立起通信连接。该通信连接是双向的，以使数据可以沿两个方向经连接线184交换。

由于使用多个转换单元180以及单元180的配置，每个单元180只对由供应及控制组件70供给的大直流电压的一部分进行转换。例如，如果6000V的直流电压从供应及控制组件70作为输入提供给控制及致动组件80，假如这些单元都具有相同的结构并且具有n个转换单元180的话，则每个转换单元180将只需转换输入电压的1/n。例如，如果n为30，则每个转换单元将只需转换200V。转换单元的相应部件的击穿强度通常远大于200V，从而在这方面不存在风险。

在输出侧上，根据转换单元180的设计以及利用连接至电缆连接线186的相应布线，例如提供用于致动器装置46的300V的直流电压值是可能的。

当然，可以使用不同数量的转换单元180。转换单元180还可以具有不同的结构，例如，每个转换单元将不同数量的输入电压转换成相应的输出电压。然而，出于维护和修理的考虑，使所有的转换单元180具有相同设计则更为有利。

此外，当一个、两个、三个乃至更多个转换单元180失效时，可通过转换单元180的数目确保，不必担心对电气装置的电压供给完全失效，这是因为仍然可以工作的转换单元180可以受时钟控制在输入侧接收更多电压并且将该输入电压转换成所需的输出电压。

因此，本发明的目的是提供一种直流转换器86，其结构简单并且能够可靠地、甚至在大功率情况下转换高直流电压，通过这样的方式，转换器86的可靠性得以提高并且可以省却具有高成本的冷却系统。

如图5所示，直流转换器86可以包括多个直流转换器部件180，所述直流转换器部件180中的每一个在输入侧上串联连接至控制及供电组件70，并且在输出侧上并联连接至电缆连接线186，从而提供用于电气装置46的转换直流电压。

在至少一些实施例中，转换单元180可以彼此隔开，以使它们不会在其生热过程中相互影响，并且每个转换单元180可因此单独冷却。

根据转换单元的数量和设计，输入侧上可以具有大约1kV-10kV，尤其是3kV-8kV的直流电压。应当再次指出，如果转换单元180的数目或者它们的相应结构因此匹配的话，甚至可以对具有相应大功率的更高的输入电压进行转换。应该注意的是，每个转换单元180的部件的击穿强度至少高至使得将要由转换单元180转换的输入电压值小于击穿强度。

为了实现高效的转换单元180，从而只产生少量热量，并且因而确保高可靠性、从经济角度上讲有利于制造与操作，则相应的直流电压转换单元180可以设计为时钟控制的开关式电源126。与例如线性控制电源182相比，时钟控制的开关式电源126提供了以下优点，例如更小的尺寸、更低的噪音、降低的平滑需要以及增大的输入电压范围。

这种时钟控制的开关式电源126的各种实现方式是已知的。可以实现的第一小类分为在次级侧上进行时钟控制和在初级侧上进行时钟控制的开关式干线电源126。在所述两个重要的类型中，可能使电流不断流入开关式干线电源126的存储电容器或者电流只在特定的时间步骤放电，以使所讨论的转换器称为前馈转换器或反激转换器130。为了获得紧凑而可靠的部件，开关式干线电源126例如可以实现为反激转换器130。该反激转换器130可以优选地在初级侧上进行时钟控制，从而获得输入、输出侧之间的电流隔离，并且其可以是单相或推挽转换器。单相转换器在本文中是有利的，这是因为它们通常只需要一个电源开关作为时钟开关装置150。

该电源开关150例如可以实现为功率MOS管或双MOS管。另外，尤其是在涉及千瓦范围内的大功率值时，晶闸管也可以用作时钟控制的开关装置150。

上述开关式干线电源126，尤其是在高功率值的情况下具有许多优点，例如较低的耗散功率、减小的重量、减小的体积、无噪音产生、更少的平滑费用以及更大的输入电压范围。开关式干线电源126，尤其还包括反激转换器130，使用于各种应用领域中，例如微波炉、计算机、用于荧光灯的电子适配设备、工业和娱乐电子设备、屏幕、心脏减颤器等。反激转换器130还出色地适用于在输出侧上需要大功率的应用领域中。

开关式电源182可以分成初级时钟控制和次级时钟控制的开关式电源182。次级时钟控制的开关式电源182包括，例如降压和升压转换器。但是，为了实现输入和输出之间的电隔离，初级时钟控制的开关式电源182，和特别是反激转换器130可以根据本发明用作转换单元。这种反激转换器130也称作隔离变压器。

图6-8为描述在于2004年3月12日提交、名称为“直流转换器”、序列号为10/489,584的美国专利申请中，该申请要求于在2002年9月18日递交的PCT/EP02/10469的权益，后者要求2001年9月19日递交的DE20115474.9(1600-09600；OTE-030455 US)的优选权，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。

图6显示出用作开关式干线电源182的推挽转换器238的简化实施例。该推挽转换器238具有与另一推挽转换器238或根据图5的开关式干线电源182串联连接的输入端子192和194。在输入侧上，推挽转换器238可包括齐纳二极管240和输入电容器196。这两个部件彼此并联连接，并且与变压器92的初级绕组并联连接。

齐纳二极管240可用本身已知的方式由多个晶体管和负载电阻组成。

变压器92的初级绕组具有与之相连的开关装置200。

该开关装置200在图6中被显示为简单的开关。然而实际上，这种开关装置200由一或多个开关晶体管222、224、226和228实现，例如与图7和8对比；这种开关晶体管可以是功率MOS管、双MOS或晶闸管。

初级绕组磁耦合于变压器92的次级绕组。

次级绕组连接于推挽转换器238的输出终端206和212。二极管202和负载204在初级绕组104和输出终端206之间串联连接。该负载204例如根据图7和8可以是电感208。

所有推挽转换器238或根据图5的开关式干线电源182的输出终端206彼此并联连接，并且连接至连接线186。另一输出终端212也彼此并联连接连接至地线214。

在推挽转换器238的输出侧上，平滑电容210并联于变压器92的次级绕组。

在图7和8中详细地显示了根据图6的各推挽转换器238进行，在全桥式推挽转换器242的一种情况下和在半桥式推挽转换器244的另一种情况下，推挽转换器242和244都以各自的电路来显示。用于全桥式和半桥式推挽转换器242、244的这些电路本身已知。所示电路与已知电路不同之处在于，推挽转换器在输入侧上和输出侧上的各自的连接方式不同，即在于各自的终端串联连接在输入侧上，并且并联连接在输出侧上的事实。

此外，每个推挽转换器238或242在输入侧上的齐纳二极管240并联连接到变压器92的初级绕组。

该齐纳二极管240充当各推挽转换器238的输入侧负载，用于在连接或附加连接于各自电气装置46、24之前，相对于已有的电压和能量给系统提供电力。只要电气装置46、24尚未连接或附加连接，系统中的各自的能量由齐纳二极管240消耗并转化为热量。当随后附加连接电气装置46、24时，在每个推挽转换器238中产生能量分配，且其仅占仍由齐纳二极管240转化为热量的能量的很小比率。

由于采用大量齐纳二极管240并且它们彼此间隔开布置的事实，在所述齐纳二极管240中转化为热量的电能不会导致直流转换器86过热，但是，根据转换器布置的位置，它可以作为废热直接排放至空气或水中。这样可省去复杂而昂贵的冷却系统。

当远程组件25的电气装置46不再需要电能时，它们将被切断，即与系统分离。随后，所有能量在原位再次由齐纳二极管240转化为热量。如果随后所讨论的电气装置46或其他电气装置46不再连接或附加连接，该系统总体上可降至低电压运转，例如3000V或更小。之后，下降的电压仍为一直运转的直流转换器86中的控制器或其它单元的功能所需要。

在根据图7的全桥式推挽转换器242中，全部四个开关晶体管222、224、226、228集成在开关装置200中。开关晶体管222、224、226、228成对配合，用于影响变压器92的推挽起动，推挽时钟周期比为1∶1。

在输出侧上设置有各自的二极管202，并且在输入侧上设置有多个输入电容器196。

如图8所示的脉冲调制装置230可用于起动各开关晶体管222、224、226、228。该脉冲调制装置230输出一系列脉宽和/或脉高和/或频率可变的脉冲，从而对开关晶体管222、224、226和228进行时钟控制。

为了清楚起见，脉冲调制装置230未显示在图6和7中。

如前所述，存在一些需要高电压和高功率的电气装置。如果功率和电压在电气装置46接通时突然需要但仍不可用，则动力及供应组件70可能会因为由这种突然需求或大功率引起的反馈而崩溃。为了避免这种崩溃和负反馈，时钟控制的开关式干线电源182在其输入侧上具有负载240，该负载并联连接到该开关式干线电源182的变压器92。

根据本发明的直流转换器86是这样构思的，在接通或供给电气装置46之前，原有的控制和致动组件80中的电压和功率至少增加至电气装置46需要的值。直到电气装置46实际运转为止，电压经负载240降低且功率作为耗散功率而转化为热量。仅当电气装置46需要电能时，电能才经过负载240供应给电气装置46。

对于该直流电源，稳定负荷和恒定负载总是可辨别的，即各自的功率分配在原位发生，并且不再反馈给供应及控制组件70。

如上所述，负载240可实现为齐纳二极管240，从当需要时，使电压和功率可在电气装置需要之前仅在短时间内快速达到期望值。以这种方式，全电压和全功率可在几毫秒内达到并被齐纳二极管240消耗。当电压和功率已经完全达到时，电气装置46仅进行连接或附加连接。然后将电压和功率供给至电气装置46，只有剩余电压经过齐纳二极管240降低并且只有很小百分比的功率(几个百分比)在那里消耗。如果电气装置随后被切断的话，则整个电压将再次经齐纳二极管240下降并且所述齐纳二极管240将消耗系统中的全功率。继而，电压和功率可降低至较低值。如果无电气装置被连接或附加连接的话，降低后的值足以为系统中例如监视和控制装置的各部件供电。

如果由根据本发明的直流转换器86进行的部件供电不是必需的，则该电压和功率还可完全切断或降低为零。一旦电气装置再次存在需求，电压和功率重又在几毫秒内增大。

在一些实施例中，齐纳二极管240可实现为场效应晶体管或负载电阻的形式。此外，齐纳二极管240还保证每个转换器部件182中已经转化为热量的耗散功率的良好热耗散。所述热量不再在窄范围内局部产生而是在许多部位产生，以使热量可以直接释放到空气中或水中等等。单独的冷却系统不是必需的。

此外，齐纳二极管240可具有极陡峭的极限特征，从而在必要时更进一步稳定输出电压。如果齐纳二极管240s和各自的转换器部件具有相同类型的结构设计，它还保证将相同的电流强度分配给每个部件。电压稳定在最多波动2、3或5％的范围。

在至少一些实施例中，为了增加过滤器184的截止频率，直流转换装置86的开关式电源182可以相对于彼此以移相方式进行时钟控制。

关于这点，为了产生相应的低低度谐频，如果n是直流电压转换装置86的开关式电源182的数目，则相邻开关式电源182的每一个时钟控制中的相位差可以是1/n。因此，相位差使得第n+1个开关式电源182将再次与第一个开关式电源182(周期相位差)同相。

直流转换器86的开关式干线电源182能够以相移方式进行时钟控制，从而特别是在沿供应及控制组件70的方向进行通信连接的情况下移动时钟干涉的截止频率。

这种推挽转换器182可设计为半桥式或全桥式推挽转换器232。特别对于最大功率，开关式电源182可设计为全桥式推挽转换器232。

这种输入例如几百伏电压的转换器部件180目前可以在市场上买到，而在输入侧上几千或数千伏的转换器部件根本无法获得或着至少非常昂贵且复杂。

根据单个转换器部件180的功率，转换器部件180在输出侧上的并联连接产生系统的总功率。根据期望的总功率，从而可以选择转换器部件180的数目和结构设计。这样，整个系统可容易地适应给定的要求。

为了满足关于干线波动控制和负载控制、朝小型化发展的趋势以及减少耗散功率之期望的要求，转换器部件180可实现为时钟控制的开关式干线电源182。与传统的供电单元相比，这种时钟控制的开关式干线电源182在有些情况下具有高于90％的效率、体积和重量降低达到60％及电压稳定性小于1-2％，它们只需少量的滤波装置，并且其性价比更为有利。

当开关式干线电源182在初级侧上进行时钟控制从而使输出侧和输入侧电流隔离时，其可被认为是有利的。

开关式干线电源182可实现为推挽转换器188，从而可使用开关式干线电源182，其还良好地适于大功率值。该推挽转换器182可实现为半桥式或全桥式推挽转换器。

开关式干线电源182可包括开关晶体管222、224、226和228，特别是MOS管或双MOS管，以使在初级侧上进行时钟控制的开关式干线电源182的变压器能够以简单的方式进行电切换。在这方面，应注意这一事实，例如对于全桥式推挽转换器来说，四个这种开关晶体管222、224、226和228分别成对连接。

开关晶体管222、224、226和228能够以推挽方式进行时钟控制，其时钟周期比为1∶1，从而获得推挽转换器中变压器的低电流消耗。

为了获得输出侧上可能的最少量的谐波，直流转换器86的开关式干线电源182可进行同步时钟控制。

为了相应地控制开关晶体管，开关式电源可包括用于开关晶体管222、224、226和228的时钟控制的脉冲调制装置，该脉冲调制装置提供一序列可变宽度和/或高度和/或频率的脉冲来对开关晶体管222、224、226和228进行时钟控制。

为了启动各个开关式干线电源182的开关装置，同时特别是对控制器进行控制或调节，开关式干线电源182可具有脉冲调制装置，其输出一序列具有可变宽度和/或高度和/或频率的脉冲，从而对所述开关装置，甚至是定义出该开关装置的开关晶体管222、224、226和228进行时钟控制。

用于相应地切换开关式电源的变压器的开关装置可例如被设计为开关晶体管，特别是功率MOS管或双MOS管。还可能的是将开关装置设计为晶闸管。

在推挽转换器中，使用至少两个以推挽方式运转的开关晶体管222、224、226和228。有利地，还可能的是，利用1∶1的时钟比以推挽模式运转。这意味着，每两个开关晶体管222、224、226和228经过交替的相同时间间隔进行切换。

为了获得尽可能平滑的输出电压，且具有相对小量的谐波，该直流转换装置86的开关式电源182能够以同步的方式进行时钟控制。这意味着，所有开关式电源182以相同的时钟频率进行时钟控制。

在这一方面为了确保无干扰的通信连接传输并且基本上完全同时扫描输出侧上的直流电压，开关式电源的时钟频率可处于10kHz至大于1MHz的范围内，特别是处于50kHz至300kHz的范围内。

在这方面，每个开关式电源182可例如通过改变占空因数而对其输出电压进行再调节，特别是在直流电压转换装置86的另一个开关式电源182出现故障的情况下。

在最简单的情况下，开关式电源182的输出电压的再调节可通过改变开关晶体管的占空因数进行。

为了能够经电缆连接线沿直流电压源的方向传输数据，即无干扰且高速地进行传输，直流电压转换装置86可包括设置在输入侧上游的滤波装置190。

与滤波装置190相关，应附带一提的是这种装置特别用于过滤通信连接至直流电压源的频率范围。这意味着，仅低于例如50kHz的较低频率范围被过滤。因此，相对简单且便宜的滤波器就足够了。

为了消除干扰频率，尤其是从通信连接所需频率范围内消除干扰频率，直流转换器86可在这种直流转换器86之前在其输入侧上设置滤波装置190。这一滤波装置190特别用于过滤低于大约50kHz的频率范围。

为了以简单的方式且仅在滤波之后实现适当的通信连接，用于耦合数据信号输入/输出的装置84、136可沿直流电源的方向连接在所述滤波装置190的上游。

应附带一提的是，直流转换器86与直流电压源之间的滤波装置190可例如通过较小的电容器实现，这是因为由于单个转换器部件以相移方式进行时钟控制这一事实使得系统的截止频率非常高。

为了实时监视、控制和调节直流电压转换装置86的相应部件，控制器112可至少分配给直流电压转换装置86及其部件。然而，控制器112还可控制由具有直流电压的转换装置供电的电气装置，并可同样地监视它们的功能并执行该装置的控制和调节。

根据本发明使用的控制器112可在其监视功能方面设计成使其监视例如单个的开关式电源，报告直流电压换装置86中相应的开关式电源的故障以及所述开关式电源的位置，并且在预定数量的开关式电源发生故障的情况下发送警报信息。控制器的相应信息可通过同轴电缆线传输至远程定位的直流电压源，并因此可在那里显示。

控制器112可至少与直流转换器86及其部件相连，从而以这样的方式设计直流转换器86，使得所述直流转换器86，必要时还有连接其上的电气装置46可被自动控制和监视。该控制器112可例如检测转换器部件的故障并且需要时还检测所述转换器部件的位置。该信息可通过通信连接线以及用于耦合数据信号输入/输出的装置84、136传输至直流电源及其相关元件。在那里，信息能够以适当的方式显示在再现装置，例如屏幕或类似物上。如果相应数目的转换器部件失效，维修需求可通过控制器附加地供给。

电缆连接线68可包括至少一根同轴电缆，以使在即使传输大功率且如果电压和数据同时进行传输的情况下，所述电缆连接线也可形成具有小的横截面，借此可以特别是在长距离情况下节省成本。由于通过同轴电缆传输的电压是直流电压，将只出现线路损耗，而由交流电压传输引起的附加衰减损耗得以避免。

再参见图1(C)，电气装置46或电气单元24可以是设置在远程组件25中的致动器、传感器、电动机以及其他电动设备的组合。远程组件25可包括具有海下采油树的海下井头组件。举例来说，显示并描述在特别在此结合作为参考的美国专利6039119中的带有其中所描述的卷轴树(spool tree)的井口装置可与本发明的实施例一起使用。该海下采油树还可以是双孔树。电气装置46可以是操作例如阀、阻气门及其它装置的装置，其用于通过海下系统控制流体流动。在优选的实施例中，电动海下系统消除了液压致动阀的使用。因此，海下组件25的控制和操作可全部由电动控制。一个全电气化的系统提供有许多有利之处，例如快速响应、排除液压流体、无流体排泄到海中(对环境无害)以及能够实现对组件25的致动器、阀以及阻气门的实时诊断。在海面上，省去了对液压动力装置的需求，并且海面设备可组装得更为紧凑。

下列实施例描述了可与本发明的电力控制和供应系统60一起使用的示例性的电气装置46和电气单元24。

现在参见图9，其中显示了远程海下组件25的电气装置46的剖视图。该电气装置46是根据于2002年11月12日提交、名称为“致动装置”，序列号为10/276204的美国专利申请构造出的致动器系统250，该申请要求于2001年5月7日递交的PCT/EP01/05156的权益，后者要求2000年5月11日递交的DE20008415.1(1600-07500；OTE-030295)的优先权，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。致动器系统250通过法兰壳体286以闸门阀的形式安装到控制装置252。致动器系统250包括横向以法兰连接到控制装置252一侧的系统外壳254，其具有沿轴向256滑动安装的致动器元件260，以允许在伸展位置262与收缩位置264之间切换。致动器元件260连接于往复设置在控制装置252中的阀滑块258，从而该阀滑块258可沿移动方向276移动。

在伸展位置262中，致动器元件260延伸从而使得阀滑块258在控制装置252的滑块孔270中滑动至一个位置，在那里通过阀门252和阀滑块258打开横流孔272。在其收缩位置264中，阀滑块252通过阀门252闭合流孔272。至少一个复位弹簧266安装在控制装置252的另一侧上，以使致动器系统250在复位方向268上受到压力负载。连接缆280将控制及致动组件80和致动器系统250连接。连接缆280用于控制致动器系统250，并且用于数据传输。

现在参考图10，其中显示了致动器系统250的纵向剖视图。在图10的上半部分，致动器元件260被显示处于其收缩位置264中，而在被轴线256分隔开的下半部分中，致动器元件260被显示处于如图9所示的伸展位置262中。

外壳254是两部件系统，具有可移除地附接于外部壳体部分284的内部外壳部分282。外部壳体部分284容纳着包括电动机292，例如直流伺服电动机的动力组件290，其连接到驱动组件294上，所述驱动组件294可包括标准的离合器一制动器组合或者可选地包括无传统齿轮的所谓柔轮驱动。应当理解，电动机292优选地采用直流电压，但也可采用交流电压。动力由海下电源102通过例如线186的连接缆供给电动机292。连接套筒298在一端上连接到驱动组件294，并且在其相对端连接到滚珠螺母306。形式为滚珠丝杠312的旋转主轴310悬浮在滚珠螺母306中，并适于沿轴向256相对于该滚珠螺母移动。驱动组件294转动连接套筒298，且该转动传递给滚珠螺母306，使得旋转主轴310相对于滚珠螺母306平移。

位置传感器295设置在外端部284上，以检测主轴310的纵向位置。位置传感器295从外壳端部284伸出并且定位在传感器帽316内部，其可分离地连接到外壳端部284。传感器295将检测例如旋转主轴310的各纵向位置，据此其确定致动器元件260的位置。

在旋转主轴310侧面上的端部处，致动器元件260连接到旋转支座338。从旋转支座338径向伸出的是两个相互对置的导向凸耳342，它们接合在转动套管330中的相应导向槽344中，并沿轴向256由这些槽引导。通过接合在导向槽中，导向凸耳使得旋转支座338以及继而旋转主轴310以及转动套管330刚性地连接于彼此。

锥形弹簧318允许连接套筒298在前进方向320中转动，而防止沿相反方向的任何转动。第二锥形弹簧332设置在壳体324和旋转套筒330之间。在其一个卷绕端部，锥形弹簧332与拉紧套筒356的内表面接触，其接合于由张紧电动机364转动的齿轮362。张紧电动机364设置于壳体324和系统外壳254之间，并且可独立于电动机292进行控制以转动拉紧套筒356。张紧电动机364连接于控制及致动组件80。

形式为扭力弹簧的复位弹簧366连接于拉紧套筒356，以当该张紧电动机364转动拉紧套筒356时，它拉紧复位弹簧366，为拉紧套筒356产生必需的回复力。张紧电动机364、拉紧套筒356、锥形弹簧332以及复位弹簧366的组合构成了紧急释放单元370，其使得致动器元件260在致动器系统250的电源故障情况下自动回复到它的收缩位置264中。

操作中，该致动器元件260通过操作电动机292沿移动方向276移动，其通过驱动组件294转动连接套筒298和滚珠螺母306。当滚珠螺母306转动时，旋转主轴310或滚珠丝杠312沿轴向256移动，其通过旋转支座338沿伸展位置262的方向移动致动器元件260。旋转主轴310的相应纵向运动由位置传感器295监视。如图2所示，当致动器元件260处于伸展位置262中时，阀252打开，允许气体、油或类似物的勘探或抽吸得以进行。

与电动机292的运转同时进行或在此之前进行，张紧电动机364转动齿轮362，由此旋转拉紧套筒356，使得锥形弹簧332放松而复位弹簧366张紧。如果被设计为步进电动机的张紧电动机364由控制及致动组件80供给相应的保持电流时，其将保持其位置，拉紧套筒356也将如此。复位弹簧366存储有试图克服张紧电动机364的保持力来转动拉紧套筒356的能量。

如果致动器元件260被移动，张紧电动机364的保持力被在控制及致动组件80中的适当控制降低。然后这将释放锥形弹簧332，使由复位弹簧366的回复能量提供动力能够旋转套筒330，来相对于壳体324沿相反的方向转动。凭借旋转套筒330和旋转主轴310之间由导引槽342和导向凸耳344提供的刚性连接，旋转主轴310和滚珠螺母306可朝向电动机292反转，从而连接于旋转主轴310的致动器元件260移回到其收缩位置264中(见图9)。在此方面的主要因素是由复位弹簧366施加在致动器元件260上的回复力，因为其必不可少，这个力通过转回拉紧套筒356并相应释放锥形弹簧332而使致动器元件260和旋转主轴310复位。

在同时还有电力故障的情况下，张紧电动机364中的保持力下降，导致致动器系统250在复位弹簧366、锥形弹簧332以及拉紧套筒356的作用下紧急关闭。如上所述，复位弹簧366回转拉紧套筒356，释放锥形弹簧332，以使该转动套管330可相对于壳体324转动。其余关闭过程以与致动器系统250的正常关闭操作相同的方式进行。

图11是图10中致动器系统250沿外部壳体端部284和传感器帽316的方向观察时的正视图。图10显示了沿图11中直线II-II的剖视图。更详细地显示在图12中的四个补偿器372围绕图11中的位置传感器295以同心设置方式安装。图12显示了沿图11中直线IV-IV的剖视图。补偿器372定位在相对于电动机292成径向结构的外部壳体端部284内。这些补偿器372用于补偿相对于致动器系统250的完全充油状态的容积与压力变化，即它们补偿由系统动作和温度波动引起的体积变化。

现在参见图13和14，致动器系统250还可包括外部起动的紧急致动组件378，其根据于2002年11月14日提交、名称为“致动装置”、序列号为10/276201的美国专利申请，该申请要求于2001年5月7日递交的PCT/EP01/05158的权益，该PCT申请要求于2000年5月11日递交的DE20008414.3的优先权(1600-07400；OTE-030297)，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。紧急致动器378包括辅助耳轴380，带有径向对置的轴销381，用于从致动器系统250外侧与例如带有海下机械手或类似工具连接。辅助耳轴380可邻接于位置监视传感器295定位。图13显示出系统250的端视图，而图14显示出沿图13中直线A-C的纵向剖视图。

电动机292和张紧电动机364每个都分别具有朝向耳轴380突出的电动机轴382或张紧电动机轴404。电动机轴382具有形式为带离合机构390的自由转动齿轮388，因而组成定向离合单元392。自由转动齿轮388与安装在耳轴380一端上的驱动齿轮395啮合，集电环联接器394插在它们之间。

张紧电动机轴404连接于支承张紧齿轮414的套筒螺母406。如图13可见，张紧齿轮414经由驱动齿轮395和中间齿轮418由耳轴380的转动而旋转。因此，耳轴380的旋转带动电动机轴382和张紧电动机轴404旋转。

辅助耳轴380、驱动齿轮395、自由转动齿轮388、张紧齿轮414以及张紧电动机轴404的组合得以形成，紧急致动器组件378借此形成，在供给电动机292或张紧电动机364的电力中断或其它问题干扰致动器系统250的正常运转时，致动器元件260可移动到其上述工作位置276。

紧急致动器组件378及其部件在正常运行期间保持空转备用状态而无需任何其它技术条件，即它们不以任何方式移动。如果在紧急情况下致动器元件260被紧急致动器组件378打开，辅助耳轴380沿适当的方向转动，在这种情况下还借助于自由转动齿轮388和离合机构390转动电动机292，其结果是致动器元件260移入其如上所述的伸展位置262。

同时，借助于中间齿轮418和张紧齿轮414，该张紧电动机364被设定为启动紧急释放单元370。紧急释放单元370设计成使得在张紧电动机轴404仅仅几百转之后，锥形弹簧332和复位弹簧366被张紧，并且凭借集电环联接器416，张紧电动机404上的任何进一步的扭矩作用得以防止。

如果在紧急情况下致动器系统250必须用于闭合致动器元件260，该辅助耳轴380沿相反方向转动。只需仅仅几圈就可触发紧急释放单元370。之后该单元370按照如上所述工作，电动机292不随之转动，因为在此情况下自由转动机构再次被起动。

图15示出了如美国专利申请10/344921所描述的位置测量传感器295的一个实施例，该申请递交于2003年2月18日，名称为“测量覆盖路径的方法和装置”，其要求于2001年8月17日递交的PCT/EP01/09513的权益，该PCT要求在2000年8月18日递交的EP00117841.7的优先权(1600-07700；OTE-030305)，所有这些申请特别在此全部结合作为参考。为了在这种相对于壳体的线性控制装置情况下确定控制元件相对于壳体的位置，控制元件的一端可连接有弹簧元件，其远离该控制元件的端部连接有测力装置，该测力装置将对应于从弹簧元件传递至测力装置的作用力的电信号传送至评估装置。这意味着线性控制装置因路径测量装置被结合在后者之中这一事实而具有显著区别。相应地，线性控制装置中的路径测量装置可具有与下述位置监视传感器相同的特征。

特别是在油气回收的情况下，使用了多个线性控制装置。这种线性控制特别在油和/或气回收的情况下用于操作阀、阻气门或类似物，并且具有至少一个线性可移动地安装在壳体和与该壳体相关的驱动装置中的控制元件。控制元件可以是可转动安装在相应螺母中的滚珠轴。螺母与相应的驱动装置移动连接并且将由此引起的螺母的转动转化为滚珠轴的纵向运动。

位置监视传感器295具有简单、坚固且可靠的结构，并且尤其适于远程和不易达到的区域中的应用。例如，应用的一个方面是使用位置监视传感器295，用于油和/或气生产用装置的线性致动器元件260。相应的装置称作致动器、BOPs(防爆器)和阀等，它们是油气生产中所必需的。在这种情形下，位置监视传感器295的应用区域不局限于在陆地使用，但是由于对压力或其他不利的环境影响不敏感，尤其是在水中的使用也是可能的。这类似地用于地下使用。

现在参见图14，位置监视传感器295位于辅助耳轴380下面并且可操作地连接至电动机292的电动机轴382，其可沿推进旋转320的方向转动。用于连接缆186的连接的插塞式连接器384紧挨位置传感器295定位，并且与其位于电动机盖或端部284中的同一凹槽内，通过该方式，数据可以传输到位置监视传感器和致动器系统250或从其上接收，并且电能可以提供给动力组件290。

现在参见图15-17，其显示了位置监视传感器295的放大图，所述传感器为根据本发明的路径测量装置的一个实例。位置监视传感器295位于线性驱动装置450中，其具有至少一个操作部件452，其可沿纵向方向256前后移动。操作元件452优选地为滚珠轴，其可转动安装在滚珠旋转螺母中。在滚珠旋转螺母利用图15中部分显示的驱动装置450转动时，操作元件452相应旋转，并且由于相对于滚珠旋转螺母沿纵向方向256的旋转，操作元件452沿纵向方向进行移动。

如图15所示，操作元件452在一端454与位置监视传感器295的弹簧元件456相连。弹簧元件456在管道458中由驱动装置450引导并以其和操作元件452相对的端部与相应的测力装置460相连，测量装置460为电测量导体的形式。由操作元件452施加到弹簧元件456上的作用力通过测力装置460和相应的电测量导体转换为相应的电压。

弹簧元件456可特别进行选择，以使其正比于施加的保持力进行伸张，这样，测力装置460的信号评估和致动器元件260的移动和位置的相应确定被简化。

通常，由于弹簧元件具有软阻尼特性，相应的振动、冲击等在不对测力装置460有影响的情况下被传送。

这种弹簧元件456可以从相应的材料中根据要求选择具有相应的弹簧常数。因为与弹簧元件456连接并经后者与测力装置460连接，致动器元件260可以仅进行受限的运动。基本上讲，运动范围由弹簧元件456和最大伸缩量决定，其可以由后者进行评估。

弹簧元件可以跟随移动对象的弯曲路径，例如圆形，并且相应地，可以确定移动对象沿该路径的位置。

测力装置460可以包括多个电导线，其根据施加到它们上的作用力改变其电阻。这意味着，电导线的电阻变化对应于由弹簧元件456传递的作用力，并且该作用力与弹簧元件452的变形并且因此与致动器元件260的纵向移动的位置成正比。

测力装置460的导线彼此并联，并且可以进行并联乃至串联的电切换。所述导线形成电阻，其为桥接电路的一部分，如图18所示。该桥接电路的另一电阻462也由多根电导线构成，并且该另一电阻462对应于由测力装置460的电导线形成的电阻，并用于温度补偿。

为了能够以简单的方式确定该电导体460中的电阻变化，电导体460可以连接在桥接电路，例如所谓的惠斯通电桥中，并且在该桥接电路中形成至少一个电阻器，可以利用这种桥进行高精度的测量，借此，还可以得到用于致动器元件260位置确定的高精度。

为了补偿导体460基于温度改变的电阻变化，以使后者不会导致移动对象位置的错误确定，该桥接电路可以具有与由测力装置460形成的电阻类似的另一电阻。例如，如果测力装置460由多根导线组成，则该另一电阻以类似的方式制成。当然，和测力装置460相反，它不承受来自弹簧元件456的相应张力。

为了以简单方式补偿线状导体460中导线的某些统计不规则性，例如直径偏差、材料特性变化等，导体460可以具有多根彼此并联放置的电导线。以这种方式，确定了单个导线相应的统计偏差，并且产生在其整个测量范围内精确测量的测力装置460。

导线可以为单个的导线或由弯曲铺设的单个导线构成。

测力装置460具有至少一个导电的特别是线状的导体，其电阻取决于沿纵向方向施加在其上的作用力。这种导体还可以由不同材料制成，其例如可相对于使用位置监视传感器295的环境条件而选择。以这种方式，位置监视传感器295还可以在侵蚀性介质、水下、压力下、真空下等情况下使用，基本不受限制。因为位置监视传感器295的简单结构，各个部件不存在损耗和磨损，使得使用寿命极高。

作为测力装置的这样的电导体460在导体上施加相应张力的情况下改变其电阻，并且该电阻变化可以经相应的应力或电流变化被检测，并估算为评估装置468中的信号。

可以相应地制造测力装置460以便将弹簧元件456施加的张力转换为电信号。如果后者具有至少一个电测量导体的话，可以看作是这种测力装置460的简单实例，其电阻根据施加到测量导体上的作用力而改变。

偏移装置464和放大器466与由导线形成的电阻相连。来自放大器466的相应信号可以在评估装置468的输出单元上输出，在这种情况下，该评估装置468还可以具有微分器，致动器元件260随时间改变的相应位置值可以由所述微分器求微分，因此，可以确定致动器元件260的速度以及给定情况下的加速度。

弹簧元件456的偏转零点可以由偏移装置464调整。例如，弹簧可以加预应力2％-5％，以便形成用于致动器元件260运动的可测量零点。与该预应力相关的应力值利用偏移装置464设定为零值。

电压供应和用于电压供应的导线和评估装置的导线及评估单元相连。

在线性控制装置的情况下，其具有通过螺杆运动线性向前移动的控制元件，如果控制元件的相应旋转没有传送给弹簧元件并因此导致弹簧元件的应力或作用力则是有利的，其不会由控制元件的线性运动所引起。为此，例如，至少位于弹簧元件和控制元件之间的连接器可以具有旋转分离装置。只有控制元件的线性运动利用该旋转分离元件传递给弹簧元件，并且该旋转由旋转连接装置所接收。

根据图15-18的弹簧元件456经连接器470、472分别与控制元件452、电测量导体460相连。连接器470为旋转分离装置468。旋转分离装置468防止制成滚珠轴的操作元件452的旋转传递给弹簧元件456。旋转分离装置468可由例如旋入操作元件452端部的螺杆制成，并且其可旋转地固定安装在连接器470中，而不是弹簧元件456的纵向元件中。

图16对应于图15用“X”表示的部分的放大视图，图17为图15的用“Y”表示的部分的放大视图。

图16中特别显示了弹簧元件456与连接器472的连接。这连接至电测量导体460，其与弹簧元件456相反的端部固定到线性控制装置476的壳体474的固定点处。相应的连接导线经焊点连接到电测量导体460，其形成桥接电路480，参见图18。

为了能够通过相关的应力变化很容易地检测相应的电阻变化，电测量导体460可以连接为桥接电路如所谓的惠斯通电桥中的电阻器。

根据本发明，通过使用桥接电路和电导线460作为测力装置而产生简单电气结构，其在评估装置468的情况下同样只需简单装置。例如，与微处理器等装置相连的放大器466和/或微分器和/或评估装置468是仅有的必需的电子部件。如果例如在其运动期间的致动器元件260的速度或加速度确定省去的话，可以将微分器省去。另外，如果后者由软件支持的话，可以使用其他评估装置的配置。

被测信号从桥接电路480经放大器466传送给评估装置468用于进一步处理。

该桥接电路的一个支路接地；见“0”并且另一个支路接在电源正极上。

在操作中，致动器元件260的线性运动可以由于在致动器元件260运动期间，保持力由弹簧元件456施加的事实而测量。当然，该作用力很小不会造成阻碍，或者只是略微阻碍元件260的期望运动。由弹簧元件456施加的保持力传递给作为测力装置460的导电体。导电体460例如具有多根导线，其电阻值在张力沿导线纵向方向施加的情况下发生变化。电阻值变化由在电阻上减少的相应电压变化所决定，根据所施加的作用力，该电阻变化并且因而相关的电压也发生变化。如果由弹簧元件456施加在致动器元件260上的作用力由通过相应计算的电阻变化所决定的话，假如弹簧元件456的相应参数(弹簧常数)已知的话，弹簧456的偏移以及因而致动器元件260的位置可以简单地由所述作用力所确定。

致动器元件260克服可弹性伸缩的保持元件456的阻力沿大体线性的路径移动，使保持元件456中产生的保持力相对于致动器元件260所经过的路径进行测量，并且使对应于保持元件456的信号从测力装置460传送给评估装置468，对应于保持元件456的致动器元件260所覆盖的路径由那里确定。

弹簧元件456在致动器元件260移动的情况下伸长，弹簧元件456中产生的保持力在最简单的情况下与致动器元件260所覆盖的路径成正比。保持力通过弹簧元件456向测力装置460传递并在其中测量。对应于保持力并因此对应于致动器元件260所覆盖路径的相应电信号由与测力装置460相连的评估装置468接收。

用作位置监视传感器295的部件简单、经济地设计。这些部件不发生磨损，这是因为，例如在部件之间或部件和其他对象之间没有摩擦。位置监视传感器295与其所处介质、现场条件、振动、冲击等无关。

现在参见图19-21，其中示意性显示了用于启动致动系统250的双冗余致动器480。双冗余致动器480根据于2003年3月29日提交、标题为“致动装置”、序列号为10/415,419的美国专利申请进行构造，该美国专利申请要求于2001年10月30日提交的PCT/EP01/12551的权益，后者要求于2000年10月30日提交的DE 20018564.0(1600-08200；OTE-030327)的优先权，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。双冗余致动器480包括动力组件290，其具有两个分开的电动机292a、292b。电动机292优选为直流伺服电动机，并且两者在必要处都彼此独立地使用以使驱动轴382旋转。如图20-21最佳示出，当驱动轴382旋转时，旋转主轴310沿调节方向482移动，因此使连接到其上的致动元件260也发生移动。致动元件260用于例如关闭或打开作为控制装置252的阀，如图9所示，其由致动系统250的双冗余致动器480驱动。

伺服电动机292a、292b可以各自电连接到专用的电动机控制装置484或486上。这些装置484、486适当地包括微处理器、存储装置以及为控制所需的其他部件，例如控制器112。用于控制伺服电动机292a、292b的适当软件程序存储在电动机控制装置484、486中。每个电动机292可以是单个的并且基本上彼此独立。

每个电动机控制装置484、486可以经由适当的连接部件487、488分别连接到双冗余致动器480上(例如参见图20)。另外，每个电动机控制装置484、486连接到适当的电源，例如电源102上。

为了向致动装置250的彼此独立的电动机292提供电能，，至少两个分开的电连接部件487、488布置在壳体254上，尤其是布置在与电动机292邻接的壳盖488上。适当的电压供给以及数据交换或控制信号交换可以经由这些电连接部件487、488实现。每个电连接部件487、488可以提供给电动机292，即伺服电动机中之一。就此而言，还可能使每个电连接部件487、488分配给步进电动机364。还可能为步进电动机364提供分开的电连接部件。

根据本发明，存在这种可能性，即可以彼此独立地控制两个电动机292以对驱动轴382进行单独驱动。在这种情况下，切实可行的是以空载方式操作电动机292之一，而另一个电动机对驱动轴382进行驱动。

但是，为了能够在必要时向驱动轴382传递较高的转矩，并因此利用较高的作用力使致动元件260沿调节方向482移动，两个电动机292(伺服电动机)可以同时运转。

在这种情况下，为了避免例如由于不同电动机特性或由于取代在同时运转期间提供相互支持，而以分开的电源为两个电动机292供电构造所造成的电动机292使驱动轴382发生相移旋转，伺服电动机292可特别通过它们相关联的电动机控制装置484、486利用软件进行同步。

因为一个伺服电动机292用作主驱动电动机，且另一个用作随动电动机，可以实现简单类型的同步和控制。

如果每个伺服电动机292都为直流电动机的话，尤其对于传递大扭矩来说是有利的。

图20显示了根据本发明的双冗余致动器480的装置壳体284(见图21)的壳盖490的前视图。壳盖490还可以是副壳体的端部，参见图21，其可拆卸地连接到壳体254的其余部分上。

特别地，用于伺服电动机292a、292b的电力供应和控制的连接部件487、488布置在壳盖490中。更小的盖子492布置在壳盖490的中心处，该更小的盖子492覆盖壳盖490的壶形凸起，再次参见图21，其中设置有位置传感器295。

为了进一步监视根据本发明的致动装置250，尤其是从远程监视所述致动装置250，位置传感器295可以分配给驱动轴382。利用传感器295，可以发现例如致动元件260已经被调节多远，它是否已经返回其初始位置等。

图21显示了沿附带有连接部件488的图20中直线IV-IV剖开的剖视图。

驱动装置290的两个伺服电动机292a、292b沿驱动轴382的纵向方向276一个布置在另一个后面。驱动轴382延伸邻近于位置传感器295。传感器295用于测量驱动轴382的旋转，并因此用于确定致动元件260沿调节方向482的进给。由于电动机292沿驱动轴382的纵向方向276一个布置在另一个后面，因此可以看到特别简单且节省空间的布置。

驱动轴382终止于传动装置494，其例如可以是不具有传统齿轮的柔轮(flex spline)齿轮箱。旋转套筒496经由传动装置494由驱动轴382转动，旋转套筒496可旋转地刚性连接到作为进给装置314一部分的滚珠螺母306。进给装置314的其他部分由旋转主轴310构成，其为往复滚珠轴。

主轴头340布置在旋转主轴310的一端，其从滚珠螺母306伸出。致动元件260在其与旋转主轴310相对的一侧连接到主轴头340上。旋转套筒496相对于围绕该旋转套筒496的保持套筒326可旋转地支撑在滚珠轴承358中。旋转套筒496在其面向传动装置494的端部插入到环形法兰300中。

所述控制装置484、486经受沿与调节方向482的相反方向的作用力，为了避免控制装置484、486经致动元件260和旋转主轴310或电动机292上的往复滚珠轴的反作用，旋转套筒496可以由与进给旋转方向相反的第一盘簧318固定在环形法兰300上，所述环形法兰300可旋转地刚性布置在壳体254中。进给旋转方向在这里与用于调节致动元件260的往复滚珠轴或沿调节方向482的旋转主轴310的转动相对应。

尽管当致动装置250的控制失效时，为了能够沿与调节方向482相反的方向使致动元件260复位，保持套筒326在其一端可以可旋转地刚性连接到横向壁296上，借此，保持套筒326在其另一端经第二盘簧332沿与进给旋转方向相反的方向可旋转地刚性连接到导向套筒330，致动元件260连接到往复滚珠轴，所述往复球轴被支撑以用于纵向位移，但是可在导向套筒330中刚性旋转。如果该第二盘簧332在为致动装置250通常提供的控制失效期间释放的话，由于经致动元件260传递以及作用在待驱动的控制装置252上的作用力的原因，导向套筒330可以沿与进给旋转方向相反的方向旋转。通过该旋转，旋转主轴310在往复滚珠螺母306中并沿与调节方向482相反的方向返回，直到致动元件260再次设置在其初始位置为止。

在这方面，为了防止致动元件260本身在移动时沿与调节方向482相反的方向转动，用于互连的主轴头340可以布置在致动元件260和往复滚珠轴之间。通过该主轴头340使致动元件260与往复滚珠轴旋转分离。

为了将用于保持套筒326和导向套筒330的可旋转刚性连接的第二盘簧332紧紧缠绕到它们上，弹簧332可以驱动连接到至少一个电动机292。尤其是在调节往复滚珠轴和致动元件260之前，通过用于缠绕盘簧332的电动机292的适当致动，使保持套筒326和导向套筒330之间形成充分可旋转的刚性连接。

如上所述，为了能够相对于导向套筒330进行适当的导向和保持，主轴头340可以包括径向向外伸出的至少一个导向元件497，其与在导向套筒330中沿调节方向482移动的纵向导向装置499相接合。

当两个电动机364都失效时，为了仍然能够释放第二盘簧332，扭力弹簧366可以布置在夹紧套筒499和环形法兰336之间，扭力弹簧366能够在用于缠绕第二盘簧332的夹紧套筒499旋转期间拉紧。因此，在电动机364之一的电源失效期间，如果夹紧套筒499不再由其保持在第二盘簧332缠绕的位置处，扭力弹簧366使夹紧套筒499向回旋转到至少使第二盘簧332释放的程度能够解除保持套筒326和导向套330筒之间的可旋转刚性连接。

为了能够细微且精确地控制夹紧套筒499的旋转，第一和第二电动机364a、364b可以为步进电动机。电动机292和364可以由直流或交流电压供电，优选为直流电压。

第一盘簧318缠绕在环形法兰300和旋转套筒496的外侧。弹簧318用于沿与旋转套筒496的进给旋转方向相反的旋转方向，即旋转主轴310和致动元件260通过其沿调节方向482移动的旋转方向，提供环形法兰300和旋转套筒496之间的可旋转刚性连接。

环形法兰300大体同轴地伸到轴382，分别从横向壁296驱动旋转主轴310。壁296布置在壳体254附近，其中所述壳体可拆卸地连接到副壳体284。

保持套筒326a可旋转地刚性连接到相对于环形法兰300径向向外的横向壁296。通过将保持套筒326a的一端旋入横向壁296中实现了可旋转地刚性连接。保持套筒326a延伸一直到其端部，所述端部与横向壁296背离。保持套筒326a在这个所述端通过滚珠轴承258相对于导向套筒330可旋转地支撑。第二盘簧332缠绕在保持套筒326a以及导向套筒330的外侧。

导向套筒330延伸到壳盖334，致动元件260穿过该壳盖334。导向套330筒具有纵向导向装置497，其沿调节方向482延伸并且导向元件498接合在其中。导向元件498从主轴头340径向向外伸出。

在纵向导轨497附近，导向套筒330插入到从壳盖334内侧伸出的环形法兰336中。夹紧套筒499由位于环形法兰336的外侧上以及保持套筒326的外侧上的适当轴承可旋转地支撑。夹紧套筒499在其面向驱动装置290的端部通过螺纹连接可拆卸地连接到齿环491。齿环491具有作为齿系统493的内齿，其与齿轮362a、362b啮合。齿轮362a可以通过第一电动机364a转动，并且另一个齿轮362b通过第二电动机364b转动。电动机364优选为步进电动机。

为了能够将合适的电动机364容纳在壳体254中适宜的位置处，电动机364可以驱动连接到夹紧套筒499，挡块495从所述夹紧套筒499径向向内伸出，所述挡块495可移动连接到第二盘簧332的大致一个端部。由于夹紧套筒499的配置，电动机292可以相对于第二盘簧332远程定位。这里，所述配置优选地实现为使得壳体254中的可用空间得到最优化利用。

为了能够将致动装置250布置得较为紧凑且具有小的外部尺寸，夹紧套筒499能够可旋转地支撑在保持套筒326的外侧上及接合在壳体254中的环形法兰336的外侧上，借此，环形法兰336从壳盖334内侧向外伸出。

由于电动机364a驱动齿轮362，其与尤其是夹紧套筒499一端上的齿相接合，从而可以看出电动机364a和夹紧套筒499之间简单的驱动连接。

为了实现同样与夹紧套筒499的驱动相关的冗余，可以布置另一个尤其是与第一电动机364a直径上相对的电动机364b，通过该电动机364b可以驱动与所述齿啮合的齿轮362。这样，夹紧套筒499可选地由第一或第二电动机364a、364b驱动，尤其是当一个电动机失效使用另一个的时候。

挡块495大致通过中心径向向内伸到夹紧套筒499的，并且挡块495可以连接至第二盘簧332的一端，以根据旋转套筒496的旋转，使第二盘簧332可以大体缠绕在保持套筒326和导向套筒330上。

扭力弹簧366布置在夹紧套筒499和环形法兰336之间。当夹紧套筒499旋转以缠绕第二盘簧332时，弹簧366可以夹紧在环形法兰336和旋转套筒496之间。

下文根据图19-23对双冗余致动器480的功能进行描述。

因为伺服电动机292a、292b安装在驱动轴382上，它们可以单独或组合使用。尤其是当伺服电动机292a、292b之一替换另一个时出现了单个的应用。尤其是当较高的转矩传递到驱动轴382上时提供两个伺服电动机292a、292b的共同致动，所述驱动轴382可以达到由一个伺服电动机所传递转矩的两倍。

两个伺服电动机292a、292b经分开的供给电缆连接线487、488及部分图示出的连接线489连接到它们各自的电动机控制装置484、486。伺服电动机292a、292b之一或两个电动机可以经由这些控制装置和分别供向电动机控制装置484、486以及伺服电动机292a、292b的电力来驱动并控制。

因为伺服电动机292a、292b之一连接作为主驱动电动机，另一个连接为随动电动机，并且两个电动机通过软件实现对驱动轴382的共用同步驱动，所以电动机控制装置484、486需特别制成。

电动机364a、364b可以是步进电动机，其也布置为两个，以便替换失效、损坏和类似情况的步进电动机之一。还是在这种情况下，步进电动机364a、364b通过专用供电电缆487、488和专用电动机控制装置484、486进行彼此独立的控制。

通过使用至少两个电动机292a、292b，确保了当一个电动机失效时，另一个电动机继续对驱动轴382进行驱动，以便使旋转主轴310和致动元件260适当地沿调节方向482移动。致动装置250的所有其他部件以普通数量设置，只有电动机292的数目加倍。根据本发明，第二驱动轴也不是必需的，第二电动机作用在所述第二驱动轴上并且通过其控制旋转主轴310和致动元件260。因此，根据本发明的全部致动装置250的尺寸相对于先前所述的致动装置250来说基本没有改变。可选地，例如，如果需要较高驱动力的话，两个电动机292则同时使用。

如果由于两个步进电动机364a、364b失效使第二盘簧332不可能释放的话，盘簧332通过扭力弹簧366释放，其在缠绕位于夹紧套筒499和环形法兰336之间的用于可旋转地刚性连接导向套330和保持套筒326a的第二盘簧332时拉紧。

另外，根据本发明的致动装置250起到如下作用：

滚珠螺母306通过驱动轴382的旋转而旋转穿过旋转套筒496。因为滚珠螺母306沿相对于壳体254的轴向方向固定，当滚珠螺母306转动时，旋转主轴310沿调节方向482移动。因为致动元件260经主轴头340连接到旋转主轴310上，使致动元件260与旋转主轴310同时移动。致动元件260的位移可以经位置传感器295进行测量。

为了获得高质量和高效率的轴承机构，其同时以简单的方式可逆向移动，旋转套筒496可以由驱动轴经传动装置494驱动，旋转套筒496可旋转地刚性连接到进给装置314的滚珠螺母306，借此，形成为用于沿调节方向移动的往复滚珠轴的旋转主轴310可旋转地支撑在滚珠螺母306中。这样，电动机292的驱动力经旋转套筒496传递给滚珠螺母306。滚珠螺母306与旋转套筒496一起旋转，利用适当的转动，往复滚珠轴310沿调节方向482移动，因此致动元件260也是如此。取代在先描述的滚珠丝杆传动，将滚柱丝杠传动类似应用在此也是可能的。

从控制装置484、486(未显示)的方向即沿与调节方向482相反的方向施加给致动元件260的作用力经由第一盘簧318从旋转套筒496传递给环形法兰300，并因此传递给壳体254。

为了沿与调节方向382相反的方向重新复位致动元件260，第二盘簧332经挡块495释放，盘簧332将导向套筒330和保持套筒326a沿与进给旋转方向相反的方向刚性可旋转地固定在一起。当第二盘簧332释放时，导向套筒330可以沿与进给旋转方向相反的方向转动，借此，导向套330上的旋转经主轴头340的导向元件497进行传递，对应于旋转主轴310的反向旋转。

现在参考图22，其中显示了另一个电气装置46，即，具有隔离装置501和喷射阀502的电动喷射阀500，如于2001年10月30日提交、标题为“隔离装置”、序列号为10/415,696的美国专利申请中所描述的，该美国专利申请要求于2001年10月30日递交的PCT/EPO1/12548的权益，后者要求于2000年10月30日提交的DE 20018562.4(1600-08700；OTE-030329)的优先权，所有这些文献特别在此整体引入作为参考。隔离装置501包括由各个相互连接的副壳体547、548、549和550构成的装置壳体503。副壳体547封装包括两个电动机509和510在内的驱动装置505，所述两个电动机布置在其上设置有蜗杆517的蜗杆轴519的两端。副壳体547还可以包括紧急释放装置526，其可以由另一个电动机532驱动。连接部件514和连接缆186将电动机509和510与远程布置的控制装置512和513或控制器112相连。电动机509、510和532可以由直流和交流电压供电，优选为直流电压。

现在参见图23，其中显示了沿图22中直线II-II剖开的剖视图，包括具有相应喷射阀壳体561的喷射阀502。喷射阀502通过螺纹套筒580连接到隔离装置501上，并且包括提供液压泵563和阀装置564的球阀586之间的流体连通的连接管线562。隔离截止阀507接合连接管线562，使得泵563和阀564之间的连接中断。将隔离截止阀507移出隔离装置，使隔离截止阀507的滑动器开口585移动进入连接管线562，从而允许通过连接管线562进行流体连通。

隔离截止阀507布置在操作部件506的端部，其布置在活塞壳体571的内部并且连接至轴部572。活塞壳体571包括径向延伸的端部法兰576，其支撑弹簧装置565的一个端部577。弹簧装置565的另一端支撑在密封主体593上。弹簧装置推动操作元件进入起始位置574，其中法兰576的端部临近于旋入副壳体549中的锁紧螺母573。

副壳体549连接到封闭丝杠539的副壳体548。丝杠539由螺母540形成，在这种情况下，旋转的滚柱螺母以及旋转主轴504在一起形成行星滚柱丝杠。在面向操作部件506的其端部569处，旋转主轴504插入分别位于操作元件506或轴部572的端部570处的孔中，并且利用螺栓固定其中。螺母540可旋转，但是轴向固定在轴承套筒542的内部。

与端部569相对，旋转主轴504的另一端部568从螺母540伸出，并且在那里还由小直径轴承套筒542的一部分所围绕。在该部分的外部，轴承套筒542经滚针轴承544可旋转地安装在副壳体548中。轴承轴535穿过轴承套筒542，其端部568插入到旋转主轴504的端部543中并固定地保持在其中。在图23中，旋转主轴504表示为处于其起始位置566，即，尽可能远地沿远离喷射阀502的方向穿过螺母540。

轴承轴535布置在轴承套筒536中，其经花键联接连接到蜗轮518。蜗轮518是球面蜗轮并与蜗杆517啮合。轴承套筒536经滚针轴承544可旋转地安装在副壳体547中。与副壳体548相对的副壳体547的端部由端板559可拆卸地密封。副壳体550可拆卸地连接到端板559，并且封闭位置传感器295。端板559还包括电气通道567，以在连接部件514和副壳体547内的装置之间提供电气连接。连接缆186将海底电源102连接到电动喷射阀500。

现在参见图24，其中显示了分别沿图22和23中的直线III-III剖开的剖视图。副壳体547基本上由其中形成有中心孔554的中心主体553构成。在该孔中，图23的轴承套筒536可选转地安装。蜗轮518经由棘轮形式的花键轴连接部件537固定连接到轴承套筒536。该蜗轮以其外齿轮与蜗杆517的相应外齿轮以同样的方式相啮合。蜗杆517布置在大约切向于中心孔554延伸的蜗杆轴519上。

蜗杆轴519的轴端520、521分别利用滚珠轴承533或滚柱轴承534可旋转地安装。驱动装置505的电动机509、510与蜗杆轴519的每个端部520、521相连。电动机509直接主动地与轴端520或电动机轴522相连，并且可拆卸地安装在位于中心主体553中的电动机开口555内。另一个电动机505也可拆卸地固定在电动机开口556中。两个电动机505、509的同步运行可以利用软件实现，并且至少一个电动机作为主驱动电动机，另一个电动机作为随动电动机以提供可以被相应齿轮箱装置传输的高扭矩和高转速。

电动机轴522的一个端部525沿支撑套筒527的狭窄部分伸出电动机509。电动机轴522延伸超出支撑套筒527进入隔离套筒528中，其经由锥形弹簧529连接到支撑套筒527，所述锥形弹簧529限制了隔离套筒相对于支撑套筒向一个方向的转动。利用其端部之一530，锥形弹簧529与分离套筒531接合，其可相对于隔离套筒528和支撑套筒527可旋转地安装。分离套筒531主动连接到步进电动机532的驱动轴上，所述步进电动机532布置在电动机开口555延伸方向中的侧壳体596内。侧壳体596由盖582可拆卸地密封。

现在参考图25，其中显示了另一个电气装置46，即阀系统601的具体实施例的纵向剖视图，所述阀系统如于2001年10月30日提交、标题为“阀系统”、序列号为10/467,112的美国专利申请中所描述的，该美国专利申请要求于2001年10月30日提交的PCT/EPO1/12550的权益，后者要求于2001年2月8日提交的DE 20012168.4(1600-08900；OTE-030331)的优先权，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。阀系统601包括阀体602和纵向滑板603，所述纵向滑板603设置在阀块15的阀容纳凹槽16中。电化学驱动器609与阀系统601的纵向滑板603相关。

电化学驱动器609具有气体发生器662，当电荷经相应的进给管路供应时，所述气体发生器662产生气体，特别是氢气。电荷通过连接缆向海下电压源102供应。电力供应可以是直流或交流电压，优选为直流电压。所产生的气体在气体发生器662的内部产生过压，致动器的放电元件658可以通过该过压沿阀块615的方向移动。放电元件658经波纹管元件661与气体发生器662相连。

放电元件658在位于远离气体发生器662的放电装置的端部处与支持板657可拆卸地相连。纵向滑板603可拆卸地连接到支持板657的中部并且可移动地安装在壳盖619中。纵向滑板603的连接端部613伸入到壳体617的内部620中并在那连接到支持板657上。纵向滑板603从其连接端613一直延伸到其输入端614，所述输入端614与阀容纳凹槽616底部中的进给管路604相连。

阀块615具有入口通道624、625和出口通道626、627。纵向孔610和入口通道624、625及出口通道626、627之间的流体连通由纵向滑板630的线性位置控制。在图25中，纵向滑板603显示为位于其出口位置，其中供给管路604经滑板603的纵向孔610和连接管路611、612以及中心主体628的通道631、632与出口通道626、627流体连通。

纵向滑板603通过电化学驱动器609移动到流体进给位置653(见图25中虚线表示)。在流体进给位置653，纵向滑板603的连接管路611、612与节流元件637的环行通道646对准。节流元件637包括节流部件638和导向体640，所述节流部件638具有中心孔639。节流元件637经连接管路611、612提供供给管路604和入口通道625、626之间的流体连通。

氢气在电化学驱动器609中利用电荷产生。放电元件658利用支持板657沿进给管路604方向通过相应的过压放电。类似地，纵向滑板603移动到流体进给位置653。在后者位置中，供给管路604经纵向孔610和连接管路611、612连接到入口605、606并经后者连接到入口通道624、625。液压液体供应给处于该流体进给位置653的致动装置。

现在参考图26，其中显示了另一个电气装置46，即旋转调节装置701的纵向剖视图，所述旋转调节装置701如于2001年10月30日提交、标题为“旋转调节装置”、序列号为10/415,511的美国专利申请中所描述的，该美国专利申请要求于2001年10月30日提交的PCT/EPO1/12554的权益，后者要求于2000年10月30日提交的DE 20018548.9(1600-08300；OTE-030332)的优先权，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。旋转调节装置701设计为安装到致动器装置725的安装模块707和法兰。致动器装置725包括至少一个电动机743，所述电动机743利用滚珠螺母746驱动滚珠丝杆744，所述滚珠螺母746可以通过电动机743转动。旋转滚珠螺母746使滚珠丝杆744的往复滚珠轴745沿致动器装置725的纵向方向复位。连接到往复滚珠轴745的操作元件724因此复位，并且因而同样地旋转调节装置701的进给元件722也复位。电动机743可以由直流或交流电压供电，优选为直流电压。连接缆186可以延伸至连接部件709，其连接到电动机743。

进给元件722以这样的方式安装在旋转调节装置701的旋转套筒704的纵向孔723中，使得其可以移动。旋转套筒704可旋转地安装在轴承套筒705内，其可拆卸地连接到致动器装置725。旋转套筒704如此安装使得它可以转动但不能相对于轴承套筒705轴向移动。

为了将操作元件724的线性运动转换为旋转套筒704相对于轴承套筒705的旋转运动，传动装置706布置在两者之间作为起动装置702。传动装置706包括进给元件722、作为啮合元件716的啮合销717、滚珠轴承或滚柱轴承720、旋转套筒704中的导向槽711、712以及轴承套筒705中的导向槽713、714。

如图27所示，轴承套筒705的导向槽713、714沿纵向方向715直线延伸，而轴承套筒705中的导向槽711、712沿纵向方向715，尤其是以螺旋方式对角延伸。啮合销717将弹簧轴承套筒734的纵向槽739、740与其最外侧端部735、736接合。这些纵向槽沿轴承套筒705的环形法兰726的方向开放。在环形法兰726的区域内，弹簧轴承套筒734还具有终端法兰737，当弹簧轴承套筒734位于图26所示的端位置738时，所述终端法兰与环形法兰726相接触。在终端法兰737和卡圈729的环形法兰730之间具有作为弹簧元件733的压缩弹簧。该弹簧沿与操作元件724的调节方向相反的方向将压力施加给旋转调节装置701的起动装置702。

利用致动器装置725的操作元件724使进给元件722沿卡圈729的方向移动，导致作为啮合元件716的啮合销717沿导向槽711、724向它们的端部移动，所述端部朝向卡圈729。同时，啮合销717沿紧密连接到致动器装置725上的轴承套筒705的线性导向槽713、714移动。因为当啮合销717沿导向槽713、714移动时旋转套筒704的另一个导向槽711、712的螺旋形式，并且因为啮合销717同时与导向槽711、712接合，因此旋转套筒704以相应的角度旋转。转动角随后由导向槽711、712相对于导向槽713、714的倾斜路径而产生。

为了支持调节元件703返回到图25和27所示的弹簧轴承套筒734的端位置，在卡圈729的环形法兰730和弹簧轴承套筒734的终端法兰737之间具有压缩弹簧733。当啮合销717沿卡圈729的方向移动时，弹簧轴承套筒734被带动；所述啮合销的端部735、736与纵向槽739、740的端部741、742相接触，所述纵向槽739、740形成在弹簧轴承套筒734中。

现在参考图28，其中显示了另一个电气装置46，即根据于2003年9月4日提交、标题为“致动装置”、序列号为10/415,418的美国专利申请中所描述的致动装置801，该美国专利申请要求于2001年10月30日提交的PCT/EPO1/12549的权益，后者要求于2000年10月30日提交的DE 20018563.2(1600-08800；OTE-030328)的优先权，所有这些申请特别在此全部引入作为参考。致动装置801显示为装在装置壳体803中，所述装置壳体803连接到包括节流壳体851的节流装置802上，所述节流壳体851具有流体入口859和流体出口860。电连接部件813利用电连接缆186将致动装置801连接到远程设置的控制及致动组件80，用于向电动机508、509供电，所述电动机508、509由直流或交流电压供电，优选为直流电压。

节流装置802还包括位于流体入口859和流体出口860之间的节流腔室858，其容纳有通道套筒863，所述通道套筒863具有多个贯穿的通道开口885。在节流壳体851中与流体出口860相对延伸有节流元件孔857，其中节流元件862如此安装从而可沿轴向方向移动。节流元件862包括节流套筒864，其可轴向设置在覆盖通道开口885的位置和不覆盖通道开口的位置之间，从而控制流体在流体入口859和流体出口860之间的流动。节流元件862的轴向位移可由致动元件806控制。

致动元件806连接到旋转主轴804，其通过螺纹螺母825的旋转而移动，所述旋转主轴可旋转地安装在所述螺纹螺母中作为往复滚珠丝杆或往复滚柱轴。旋转主轴804和螺纹螺母825(滚珠螺母或滚柱螺母)构成传动装置807的一部分，经由其连接有致动元件806以用于调节目的。

螺纹螺母825以固定防止旋转的方式保持在轴承套筒826中，并且通过支撑轴承829可旋转。在面向致动元件806的螺纹螺母825的一个端部827布置有由蜗轮817构成的外齿828，所述蜗轮817构成蜗轮副815的一部分并且与作为蜗轮副815的补充部分的蜗杆816的相应外齿的齿828相啮合。

在根据本发明的示例性实施例中的蜗轮817由球面蜗轮构成，其外齿与圆柱形蜗杆816的相应外齿相啮合。蜗杆816布置为蜗杆轴818上的蜗轮副815的附加部分。蜗杆816和蜗轮817构成作为传动装置807一部分的传送单元810，借此，该传送单元810构成自锁传送单元。蜗杆轴818利用其两个轴端819、820可拆卸地与电动机808、809相连，构成致动装置801的驱动装置805。电动机808、809为伺服电动机，尤其是直流伺服电动机。

因此，致动装置801包括由两个伺服电动机808、809构成的电力驱动装置。该伺服电动机808、809可通过相应的连接缆和它们的控制装置811、812远程控制。当起动一个电动机或以同步操作方式起动两个电动机时，该电动机驱动蜗杆轴818并因此驱动蜗杆816。该蜗杆816与附属的蜗轮817相啮合。蜗杆和蜗轮构成自锁蜗轮副，其至少与沿节流装置方向的旋转主轴804的进给方向相反地锁定。蜗轮副的自锁状态只能通过施加来自伺服电动机808、809的释放扭矩来解除。

尤其是与作为传动装置807附加部分的滚柱螺纹的相互作用中，蜗轮副容易产生高速传动并允许高扭矩传动。齿轮传动可以根据要求通过相应地选择蜗杆、蜗轮、螺母和旋转主轴来选定。当与蜗轮以固定防止转动的方式直接相连的螺纹螺母825转动时，旋转主轴804沿致动装置的方向相应延伸和沿相反的方向缩回。致动元件806在其设置有相应节流元件的自由端连接有旋转主轴804。带有节流元件的致动元件与邻近于致动装置801的节流壳体相接合，其中它们用于改变流体入口和流体出口之间的流体通道。

现在参见图30，其中显示了另一个电气装置46，即用于海底阀的致动装置，其依照提交于2003年7月17日、标题为“泵装置”的德国专利申请No.DE20311033，该申请特别在此引入作为参考。在图30中显示了沿本发明泵装置901的一个实施例的纵向剖视面。泵装置901包括电动传动装置905，其由可旋转但不轴向移动安装的主轴螺母910和可轴向移动但不转动的螺纹轴911构成。主轴螺母910固定到旋转座915，其利用一组倾斜的滚柱轴承可旋转地安装在泵壳935中。

旋转座915连接到由齿轮919驱动的谐波传动装置913。齿轮919与刚性设置在驱动轴921上的齿轮920相接合，所述驱动轴921通过两个同步或异步电动机形式的电动机909转动。电动机909可以由直流或交流电压供电，优选为直流电压。工作的电动机909使齿轮920转动，其通过谐波传动装置913接合并转动齿轮919和旋转座915。旋转座915的旋转还使主轴螺母910转动，其使螺纹轴911发生轴向移动。位置传感器295可以监视螺纹轴911的轴向位置。连接部件907使电动机909与延伸至海下电源102的连接缆186连接。

螺纹轴911可拆卸地连接到活塞961，其如此安装以能够在活塞汽缸单元903的活塞腔923中轴向移动。活塞腔923具有汽缸底板930，其中形成有基本彼此平行的入口孔926和排放孔927。朝入口孔方向弹簧偏置的单向阀928设置在入口孔926前面的活塞腔923的一侧，类似地，朝活塞961方向弹簧偏置的单向阀929设置在排放孔927前面的活塞腔923的一侧。

如果活塞961向左移动，单向阀928在活塞腔923中由相应的负压打开，并且液压液体904通过入口孔926进入活塞腔923。如果活塞961向右移动，活塞腔923中的液压液体通过打开的单向阀929压入排放孔927中。

入口孔926通向缓冲槽931，所述缓冲槽931大体上围绕汽缸底板930并用于存储可通过供给管道933供应的液压液体。供给管道933可以通过卡口连接机构957连接至液压液体供给管道958。卡口连接机构957同样用于连接排放管934，其从排放孔927延伸通过缓冲槽931，并且其然后后进一步朝阀902的方向延伸。

排放管934在其延伸于卡口连接机构957和阀902之间的部分上具有至少一个分支供给管936，其上连接有作为液压液体的压力储存装置的蓄能器937。在一个实施例中，该蓄能器包括多个贝氏弹簧938，其并联和/或串联地堆置。由于贝氏弹簧938的配置，使蓄能器937用作压力储存装置。通过适当设定蓄能器的大小，阀和现有的泵可以在长时间内不需要维护地运转，借此，由于提供有蓄能器，泵可以间歇运转。

作为一个实例，阀902假设需要大约1kbar的压力。泵装置901为可操作地产生1.4kbar的流体压力。因此，蓄能器937将液压液体保持在大约1.4kbar。因此，泵装置901不需要运转直到蓄能器中的压力损失高于大约0.4kbar为止。只有当压力降到小于1.0kbar时，泵才再次开始工作并使蓄能器再储能。

在一些实施例中，设置有安全泄压阀942，例如井下安全阀，以防止泵装置901内的压力超过预设极限。靠近缓冲槽931和/或汽缸底板930，第一支管939和第二支管940从排放管934和/或排放孔927分出来。第一支管939延伸到压力开关941为止，根据液压液体的压力，所述压力开关941将电信号传递给致动器944。例如用于步进电动机的致动器944具有驱动轴，在其一端设置有与凸轮盘946相接合的小齿轮945，所述凸轮盘945利用滚柱轴承965可旋转地安装在旋转座915的外周956上。凸轮盘946具有分配给小齿轮945的齿轮装置和带有安全泄压阀942的控制推杆947的至少一个控制凸轮948。

安全泄压阀942设计为可机械控制的单向阀943。如果滚柱950运转到控制凸轮948上的话，安全泄压阀942被控制推杆947打开。打开的阀942允许第二支管940和通向缓冲槽931的回流管955之间的流体连通。因此，不对环境产生排放，并且同样地，不存在相应的污染物或反馈到达远程位置，例如从海底到海面。

反转装置952，例如类似于钟表的卷簧或盘簧953，分配给致动器944。反转装置952如此布置移当致动器944失效并且安全阀942打开时，使凸轮盘946通过卷/盘簧的张力自动回转，从而通过阀元件朝向闭合位置的弹簧偏置以及特别是通过作为反转装置952的卷/盘簧的反向扭矩确保了安全阀942的闭合。

现在参见图31，其显示了本发明的另一个实施例。电控海下生产系统1000包括海面平台1010和一或多个海下采油树1020。海面平台1010对应于如图1(C)显示和描述的第一位置42，并且海下采油树1020对应于如图1(C)显示和描述的远程位置50。海下采油树1020包括经由来自海下配电台1030的导电体1050连接的电气控制箱1080，所述海底配电台1030经由电气控制脐带1040，例如脐带68，电气连接到海面平台1010。海下采油树1020还包括生产出口1090，其通过管道1060和生产立管1070向海面平台1010发送采出液。海下采油树1020优选地只利用来自海面平台1010的电气控制输入进行操作，以操作树上的电气装置46，例如致动器，但是当需要时，也可以包括液压及电液控制系统。

现在参见图32，其显示了生产系统1000的一些表面安装部件的示意图。主控制站1100包括信道A 1102和信道B 1104，每个信道分别由表面通信控制单元1106、1108产生。主控制站1100通过连接部件1110和1112，例如控制器76与平台控制系统进行通信，并且通过硬连线且光学隔离的接口与高压转换器1120，例如转换器72进行通信。高压转换器1120抽取来自平台不间断电源1114，例如双三相电源78，并且给电力脐带1040，例如脐带68内部的至少四个导体1122、1124、1126和1128提供隔离的直流电源。脐带1040连接至设置于平台1010上的机械吊轨1132。

电力脐带1040携带电能并从平台1010向配电台1030进行通信。脐带1040可以包括至少八根以一段连续长度制造的高压同轴电缆。

现在参见图33，脐带1040终止在与电力脐带终端1238接口连接的部件1236中。电力脐带终端1238包括多个抽头导体1240，其将脐带1040中的每个导电体与配电台1030相连。

配电台1030包括多个高压转换器(艏导缆钳)1250，例如具有转换器部件122的转换器86，以将从海面提供的高压(3,000到6,000VDC)降至300VDC从而给海下采油树1020供电并从直流功率中分离出通信。艏导缆钳1250优选为模块结构，其大小制成容纳足够多的电子单元以逐渐降低功率并且能够通过转移剩余功率精确控制供应给海下采油树1020的电压。艏导缆钳1250为来自脐带1040的每个电导管而设置。还可以为了扩展而设置用于其它艏导缆钳的安装底座1252。

抽头1240给艏导缆钳1250提供输入，其将来自脐带1040的高压转换成降低的电压电流。该降低的电压电流随后沿电跨接线1254传递到安装于海下采油树1020上的电气控制箱1080。来自配电台1030的携带300VDC的电力跨接线1254为海下采油树1020和向控制箱1080提供指令的屏蔽的通信电缆供能。每个电跨接线1254的端部终止于多销ROV湿配连接器。

电气控制箱1080实现两个功能。首先，它控制海下采油树上的各种功能，其次，它获得了来自树和海下测试设备的数据用于向海面传送。控制箱1080优选为通用设计的轻便单元，并且配置为符合海下采油树1020的功能要求。控制箱1080优选为树上安装的，并且可以利用标准的ROV或可遥控操作运转的工具安装和回收。控制箱1080和海下采油树1020之间的电连接利用穿过箱安装底座的湿配电连接器远程建立。

海下电子模块容纳在每个控制箱1080，例如控制器112中，并且用于影响所有的电子通信和监视内、外箱区域的传感器。当接收到来自主控制站11 00(见图32)的控制信号时，海下的电子模块还控制海下采油树1020的致动阀的操作。

图34显示了包括树1310在内的海下采油树组件1020的示意图，所述树1310坐落在海下井头装置1302的井头连接器1300上。该树可以为卷轴树、双孔树和具有海下装置的其他类型的树。树1310是卷轴树。密封套筒1304显示为在井头1302和位于树1310下端的扩孔之间延伸。油管悬挂器1306支撑在树1310内部并且具有与树1310中的横向生产端口1312对准的横向生产端口1308，通过所述端口的流量由采油主阀1314控制。外部流体管线1316显示为从采油主阀1314向采油圆盘导翼阀1318和生产节流阀1320延伸。管线1322从流体管线1316伸出并且连接到生产隔离阀1324和测试隔离阀1326。流体通过流体管线1316连接到生产出口1090(见图31)。

油管悬挂器1306将通过井头1302向下悬挂管1328并且伸入套管钻孔。海面控制的海下安全阀1330和井下压力及温度传感器1332设置在生产油管1328的下端中。控制管线1334延伸穿过卷轴树1310并伸到油管悬挂器1306侧部外面以控制井下安全阀1330。同样，电力管线1336向井下延伸至压力和温度传感器1332以传递来自该传感器的信号。井下安全阀1330优选为电控，如在先所述的那样。

环形通道1338从生产油管的环状空间伸出并伸入卷轴树1310主体中的环形通道1342中。环形主阀1344控制通过环形通路1342的流量。油井维修通道1346与环形通路1342连通并且通过卷轴树1310的壁部向上延伸到卷轴树1310内壁中的开口以提供与油管悬挂器1306上方的卷轴树孔1348的连通。油井维修阀1350控制通过油井维修通道1346的流量。交叉管线1352使通路1354和流体管线1316之间连通。转向阀1356控制从其经过的流量。环空翼阀1358和气升阻气门阀1360设置在通路1354中。

在优选实施例中，在海下采油树组件1020中使用的每个阀都使用电致动器，其经由电力脐带1040和电气控制箱1080由主控制站1100提供电力和进行控制。由电气装置46使用的电动机优选由直流电压提供电力。通过消除液压控制阀，海下采油树组件1020的控制与操作全部为电控。总之，该电力系统提供了许多优点，例如迅速响应、消除液压液体、不向海中排放流体(对环境无害)以及能够对致动器、阀和阻气门进行实时诊断。在海面上，消除了对液压动力单元的需求，并且海面设备可以更为紧凑地整合。

优选地，海下井头装置包括海下采油树，其具有全部电力致动的致动器。进一步优选地，电动致动器具有直流电动机，借此，海下的直流电压源向直流电动机提供直流电压。海下直流电压源通过脐带接收来自海面上的供电及控制装置的直流高压，并且多个海下电压转换器将直流高压转换为用于给电动致动器供电的直流低压。优选地，设置在该树上的所有致动器为电动致动器。

在此说明的实施例只是示意性的并且不限制本发明的范围和其中的细节。应当理解，在不脱离此处所公开的本发明范围的情况下，可以对在此公开的方案进行许多其他的改变和改进。因为在本发明构思的范围内可以形成许多变化且不同的实施例，包括下文所考虑的等效结构或材料，并且因为在依照法律上的说明要求详细描述的实施例中可以进行许多改变，因此应当理解，此次公开的细节解释为示意性的并且没有限制的含义。

Claims (54)

1.一种用于从交流电压源向至少一个电气装置提供电力的系统，所述系统包括：

AC/DC电压转换器，其连接到交流电压源以将来自交流电压源的交流电压转换成高直流电压输出；

所述AC/DC电压转换器具有多个AC/DC电压转换器部件，所述AC/DC电压转换器部件在其输入侧并联连接到交流电压源，并且在其输出侧串联连接到导电体；

多个DC/DC电压转换器，其具有串联连接到导电体的输入和向电气装置提供降低的直流电压的输出；并且

所述多个DC/DC电压转换器在不需要冷却装置的情况下将高直流电压转换成降低的直流电压，当实现为少于所述多个DC/DC电压转换器以将高直流电压转换为降低的直流电压时，所述冷却装置是必须的。

2.一种用于从交流电压源向远程位置提供电力的系统，所述系统包括：

多个AC/DC电压转换器，其具有并联连接到交流电压源的输入和串联连接到导电体的输出；

多个布置在远程位置处的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧，和连接至远程电气装置并向该远程电气装置提供转换的直流或交流电压的输出侧；并且

导电体长度至少为1千米。

3.一种用于从位于第一位置的交流电压源向位于远程位置的电气装置提供电力的系统，所述系统包括：

多个位于第一位置的AC/DC电压转换器，其具有连接到交流电源的每个AC/DC电压转换器的输入侧和连接到与电气装置相连的导电体的每个AC/DC电压转换器的输出侧；

多个布置在远程位置处的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至电气装置用于向该电气装置提供转换的直流或交流电压的输出侧。

4.一种用于从位于第一位置的交流电压源向远程位置提供电力的系统，所述系统包括：

位于远程位置的致动装置；

设置在所述第一位置的多个AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体延伸至位于远程位置的致动装置；以及

多个直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至致动装置以向所述电气装置供给转换的直流或交流电压的输出侧。

5.一种用于从位于第一位置的交流电压源向位于远程位置的电气装置提供电力的系统，所述系统包括：

设置在所述第一位置的多个AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电压源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体延伸至远程位置；

多个设置在远程位置的DC/DC电压转换器，其具有连接至导电体的输入和连接至电气装置的输出；

所述多个DC/DC电压转换器经导电体接收来自直流电压源的高直流电压，并在不需要冷却装置的情况下将所述高直流电压转换成降低的直流电压，当DC/DC转换器的数量实现为少于所述多个DC/DC电压转换器以将高直流电压转换为降低的直流电压时，所述冷却装置是必须的；以及

每个DC/DC电压转换器的输入侧，其具有电阻性负载以在电气装置不消耗功率时耗散功率。

6.一种用于从位于海面的交流电压源向海下位置提供电力的系统，所述系统包括：

多个设置在海面的AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体向海下延伸；以及

多个布置在海下的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至海下电气装置以向该海下电气装置提供转换的直流或交流电压的输出侧。

7.一种从至少一个交流电压源向至少一个电气装置提供电力的供电系统，包括：

将交流电压源与电气装置相连的电缆连接线；以及

连接在交流电压源和至少一个电气装置之间的AC/DC电压转换器，其中AC/DC电压转换器为可操作的以将交流电压转换为直流电压，该直流电压经电缆连接线供应给电气装置，并且其中所述AC/DC电压转换器包括：

多个AC/DC转换单元，其在输入侧并联连接至交流电压源，并在输出侧串联连接至电气装置，

每个AC/DC转换单元构造为时钟控制的开关式电源；以及

多个设置在远程位置的直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至电气装置并向该电气装置供给转换的直流或交流电压的输出侧。

8.一种用于从交流电压源向电气装置提供电力的系统，所述系统包括：

多个AC/DC电压转换器，具有连接至交流电压源的输入和连接至导电体的输出；

多个直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至电气装置的输出侧，转换的直流或交流电压借此供应给电气装置；

连接至导电体的数据耦合装置，其中所述数据耦合装置允许经导电体利用与第一频率范围相关的信号与电气装置进行通信，同时功率经导电体供应给该电气装置；

与一或多个AC/DC转换器相关的时钟频率，其能够相对于彼此发生相移以将时钟噪音从第一频率范围移至第二频率范围；以及

与一或多个直流电压转换器相关的时钟频率，其能够相对于彼此发生相移以将时钟噪音从所述第一频率范围移至所述第二频率范围。

9.一种用于从位于海面的交流电压源向海下位置提供电力的系统，所述系统包括：

设置在海面的多个AC/DC电压转换器，每个AC/DC电压转换器具有连接至交流电压源的输入侧和连接至导电体的输出侧，所述导电体延伸至海下位置；

海下电气装置；

设置在海下位置的多个直流电压转换器，每个直流电压转换器具有连接至导电体的输入侧和连接至海下电气装置的输出侧；以及

每个直流电压转换器的输入侧，其包括电阻性负载以在海下电气装置不消耗功率时耗散功率。

10.一种系统，包括：

交流电源，其供给第一数量的交流功率；

连接至交流电源的AC/DC电压转换器，所述AC/DC电压转换器将所述第一数量的交流功率转换成第一数量的直流功率；

连接至AC/DC电压转换器的输出的导电体，所述导电体配置为延伸至难接近的位置；

直流功率转换器，位于难接近位置且连接至导电体，所述直流功率转换器将第一数量的直流功率转换为第二数量的直流功率或第二数量的交流功率之一；

至少一个位于难接近位置的电气装置，所述至少一个电气装置连接至直流功率转换器并由所述第二数量的直流功率或第二数量的交流功率提供电力；

连接至AC/DC电压转换器的第一控制器，所述第一控制器允许对AC/DC电压转换器的一或多个功能进行控制；

连接至直流功率转换器的第二控制器，所述第二控制器允许对直流功率转换器的一或多个功能进行控制；

连接至所述第一控制器的第一数据耦合/去耦装置，所述第一数据耦合/去耦装置允许第一控制器将数据耦合到导电体或将数据从导电体分离出来；

连接至所述第二控制器的第二数据耦合/去耦装置，所述第二数据耦合/去耦装置允许第二控制器将数据耦合到导电体或将数据从导电体分离出来；

所述AC/DC转换器包括多个AC/DC子转换器，所述AC/DC子转换器具有并联连接至交流电源的输入和串联连接至导电体的输出，每个AC/DC子转换器配置为将所述第一数量的交流功率的一部分转换为第一数量的直流功率的一部分；

每个AC/DC子转换器为可独立配置，以输出所述第一数量的直流功率的不同部分；

所述直流功率转换器包括多个直流功率子转换器，其具有串联连接至导电体的输入和并联连接至至少一个电气装置的输出；

每个直流功率子转换器配置为将第一数量的直流功率的一部分转换为第二数量的直流功率或第二数量的交流功率的一部分；

所述多个AC/DC子转换器和多个直流功率子转换器隔开布置，以提供热量耗散而不需要附加的冷却装置；

其中，如果所述多个AC/DC子转换器中的一或多个失效，工作的AC/DC子转换器可配置为补偿失效的AC/DC子转换器；以及

其中，如果所述多个直流功率子转换器中的一或多个失效，工作的直流功率子转换器可配置为补偿失效的直流功率转换器。

11.一种用于从海面向海下远程位置供应电压的系统，所述系统包括：

位于海面的电压供应及控制组件，其将交流电压转换为第一直流电压；

位于海下远程位置的控制及致动组件，其接收所述第一直流电压并将所述第一直流电压转换为第二直流电压；

脐带，其从所述电压供应及控制组件向所述控制及致动组件延伸，从而将所述第一直流电压从所述电压供应及控制组件向所述控制及致动组件传送；以及

至少一个电气装置，由位于海下远程位置的所述第二直流电压提供电力。

12.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个电气装置包括：

电动机，位于海下远程位置，其由所述第二直流电压提供电力；

旋转主轴，连接至所述电动机；

致动器元件，其适于通过所述旋转主轴沿推进旋转方向的转动而沿进给方向发生轴向移动；以及

外壳，围绕所述电动机、所述旋转主轴和所述致动器元件设置。

13.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个电气装置还包括连接至所述旋转主轴和所述外壳的第一锥形弹簧，以使所述第一锥形弹簧可操作来以防止旋转主轴沿与推进旋转方向相反的方向移动。

14.如权利要求13所述的系统，其中所述至少一个电气装置还包括电气致动系统，其为可操的以释放所述第一锥形弹簧，从而允许所述旋转主轴沿与推进旋转方向相反的方向移动。

15.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个电气装置还包括紧急释放装置，其为可操作的以使所述致动器元件在位于海下远程位置的所述第二直流电压中断时沿与进给方向相反的方向移动。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述紧急释放装置包括拉紧套筒，其可在拉紧和松弛位置之间旋转并沿其松弛位置的方向压力加载，以在位于海下远程位置的所述第二直流电压中断时，使所述拉紧套管移动到其松弛位置。

17.如权利要求15所述的系统，其中所述紧急释放单元包括可从所述外壳外面触及的耳轴，其中所述耳轴为可操作的以使所述旋转主轴沿与推进旋转方向相反的方向转动。

18.如权利要求12所述的系统，其中所述致动器元件连接到设置于阀内部的闭合部件上。

19.如权利要求12所述的系统，其中所述致动器元件连接到隔离阀。

20.如权利要求12所述的系统，其中所述致动器元件连接到球阀上。

21.如权利要求12所述的系统，其中所述致动器元件连接到阻气门。

22.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个电气装置还包括位置传感器，其为可操作的以确定所述致动器元件的轴向位置。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述位置传感器包括：

弹簧元件，其将所述致动器元件连接至所述外壳；和

测力装置，其发送与施加在所述弹簧元件上的作用力相对应的电信号。

24.如权利要求12所述的系统，其中所述至少一个电气装置还包括至少两个连接至所述旋转主轴的电动机。

25.如权利要求24所述的系统，其中所述至少两个电动机单独或协作控制以使所述旋转主轴旋转。

26.如权利要求11所述的系统，其中所述至少一个电气装置包括：

旋转主轴，其可旋转地安装在装置壳体中；

驱动装置，其连接至所述装置壳体并且包括至少两个可单独或同步操作的电动机，所述电动机由位于海下远程位置的所述第二直流电压供电；

操作元件，其为可操作的以选择性地关闭流体路径；以及

齿轮箱装置，其将所述旋转主轴连接到所述操作元件并且包括至少一个主动连接至所述电动机的自锁驱动元件，其中所述齿轮箱单元将旋转主轴的运动转换成所述操作元件的轴向位移。

27.如权利要求26所述的系统，其中所述齿轮箱单元包括连接至所述电机的蜗杆和连接至所述旋转主轴的蜗轮。

28.如权利要求26所述的系统，其中所述齿轮箱单元还包括螺纹驱动件，其由至少一个设置在所述旋转主轴上的螺纹螺母构成。

29.如权利要求26所述的系统，其中所述操作元件连接到设置于阀内部的闭合部件上。

30.如权利要求26所述的系统，其中所述操作元件连接到隔离阀。

31.如权利要求26所述的系统，其中所述操作元件连接到球阀上。

32.如权利要求26所述的系统，其中所述操作元件连接到阻气门。

33.如权利要求11所述的系统，其中所述电气装置为用于喷射阀的隔离装置，包括：

旋转主轴，其可旋转地安装在装置壳体中；

驱动装置，其连接至所述装置壳体并包括至少两个可单独或同步操作的电动机；

操作元件，其具有用于控制喷射阀的隔离截止阀；

齿轮箱单元，其将所述旋转主轴连接到所述操作元件，并且包括至少一个主动连接至所述电动机的自锁驱动元件，其中所述齿轮箱单元将旋转主轴的运动转换成所述操作元件的轴向位移。

34.如权利要求33所述的系统，其中至少一个电动机可移动地连接到位于第一端的紧急释放装置，其中所述紧急释放装置包括：

支撑套筒，固定安装在装置壳体内；隔离套筒，相对于所述支撑套筒旋转安装；和

可拆卸的锥形弹簧，卷绕在所述支撑套筒和所述隔离套筒上。

35.如权利要求11所述的系统，其中所述电气装置是阀系统，包括：

至少一个阀体；

纵向滑板，其可滑动地设置在所述至少一个阀体中以建立或中断进给管线和阀体内至少一个出口或入口之间的连接；

致动器，其使所述纵向滑板移动，该纵向滑板具有连接到进给管线的纵向孔；

所述纵向孔通过使所述纵向滑板移动的致动器与所述出口或入口相连；

至少一个连接管路，将所述纵向孔与所述出口或入口相连，所述连接管路从所述纵向孔通过所述纵向滑板径向向外延伸；以及

所述入口和出口直接通向另一个纵向孔，所述纵向滑板可以通过致动器在其中移动。

36.如权利要求11所述的系统，其中所述电气装置为旋转调节装置，其用于具有枢转和扭转阀体的阀，所述旋转调节装置包括：

适于移动阀体的调节元件；

适于使所述调节元件旋转的至少一个致动装置；

适于将线性运动转换成旋转运动的至少一个传动装置，其中所述调节元件为旋转套筒，安装为使得它可以相对于轴承套筒旋转。

37.如权利要求11所述的系统，其中所述电气装置是尤其用于节流装置中的致动装置，包括：

旋转主轴，其可旋转安装在装置壳体内并且连接至节流装置的致动元件；

驱动装置，包括至少两个可选和冗余或可同步操作的电动机；

传动装置，包括适于将所述旋转主轴与所述驱动装置的电动机相连的至少一个自锁传动单元，其中所述传动单元包括连接至电动机的蜗杆和连接至所述旋转主轴的蜗轮，其中所述传动装置还包括螺纹驱动装置，其由设置在所述旋转主轴上的至少一个螺纹螺母构成。

38.如权利要求11所述的系统，还包括：

泵，其用于设置在管线和树形结构中的井下安全阀的液压操作，所述泵具有活塞汽缸单元，液压液体通过该活塞汽缸单元可以在压力下沿阀的方向泵送；以及

所述一个电气装置可移动地连接到活塞汽缸单元的所述活塞上，用于其在所述汽缸内部沿活塞纵向方向的交替运动。

39.一种海下井头组件，所述组件包括：

海下采油树；

多个电动致动器，设置在该海下采油树上；以及

海下直流电压源，其向所述多个电动致动器供应直流电压。

40.如权利要求39的海下井头组件，其中所述电动致动器具有直流电动机。

41.如权利要求39所述的海下井头组件，其中海下直流电压源包括多个将高压转换成低压的海下电压转换器。

42.如权利要求39所述的海下井头组件，还包括：

海下控制及致动组件，其接收高直流电压并将所述高直流电压转换成低直流电压；

脐带，其从位于海面的电压供应及控制组件向海下控制及致动组件延伸，以将来自电压供应及控制组件的高直流电压传输给海下控制及致动组件。

43.如权利要求39的海下井头组件，其中布置在采油树上的所有致动器都是电动致动器。

44.一种海下生产系统，包括：

电动阀；

海下电气控制模块，其连接到所述电动阀以监视该阀的位置；

通信模块，其配置为接收来自海面平台的命令并且将传感器数据传递给所述海面平台；

连接到所述电动阀上的功率调节模块，所述功率调节模块根据来自海面平台的命令调节供给电动阀的功率。

45.如权利要求44所述的海下生产系统，还包括连接到所述海面平台的脐带，所述脐带配置为传输来自海面平台的直流电压。

46.如权利要求45所述的海下生产系统，其中所述脐带包括同轴电缆。

47.如权利要求46所述的海下生产系统，其中所述同轴电缆包括外导体、内导体和位于所述内导体中的光纤电缆。

48.如权利要求44所述的海下生产系统，还包括电动阻气门，其连接到功率调节模块和海下电气控制模块。

49.如权利要求44所述的海下生产系统，还包括电动环形闸门阀，其连接到功率调节模块和海下电气控制模块。

50.如权利要求44所述的海下生产系统，其中所述电动阀是生产闸门阀。

51.如权利要求44所述的海下生产系统，其中所述电动阀是化学喷射阀。

52.如权利要求44所述的海下生产系统，其中所述海下生产系统与液压无关。

53.如权利要求44所述的海下生产系统，其中所述海下生产系统与电池无关。

54.如权利要求44所述的海下生产系统，其中所述海下生产系统与蓄能器无关。

Images