專利名稱：高電壓濕式耦合電連接器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種濕式耦合電連接器(wet mateable electrical connector),所述濕式耦合電連接器用于為深水或離岸的海底裝備中的系統提供高壓 電。這種系統的示例是潛水泵或用于分離和動力分配系統的電機。
背景技術：
以重原油形式存在的碳氫化合物除去通過電潛水泵(ESP)之外，通 過常規裝置是很難提取的。對于用于提取這種碳氫化合物的海底井口裝置 需要高馬力電機(1.5-2.0MW)。這種系統需要通過在潛水或深水(大約 5-3000m)中的海底井口裝置進行電連接，其中用于通過所述井口裝置的 連接的空間是受限的。進而，井口裝置的電連接器必須承受高達大約 5000psi的高壓力差和高達大約12(TC的溫度。高馬力泵系統對于深水運轉更經濟，并需要將系統的電壓從大約 4kVac增加到8kVac。另外，海底電連接器的需要正在增加，對于長距離的 電能分配將需要高達36kV的更高系統電壓。發明內容在充滿油的環境中進行電連接的情況下和用于觸點的幵口借助彈簧 激發或彈簧賦能的阻塞物或往復運動的銷密封的情況下，濕式耦合電連接 器是公知的。使用具有迷宮密封或者柔性的有壁的隔膜的絕緣塊是公知 的。由于在井口裝置零件和鎖定機構上的公差的累計，也可采用滑動接觸 以允許所述連接器獲得在井口裝置的應用中所需的線接合的公差。然而， 因為在陽觸點銷周圍的絕緣被暴露給海水，所以當這種連接器系統成為高 電壓連接系統時，這種連接系統不夠的。因此，需要濕式耦合電連接器， 所述濕式耦合電連接器滿足深水使用的需要，且在這種高壓水平是可靠 的。根據本發明，提供用于海底應用的電連接器，所述連接器包括包括具有凹槽的、絕緣的陽觸點銷的插座部件以及包括觸點組件的插頭部件； 其中，在使用中，在插座部件與插頭部件接合的情況下，不漏水的電連接 在陽觸點銷和觸點組件之間形成；其中所述插座部件還包括絕緣管，在使 用中，所述絕緣管大致在陽觸點的長度的至少一部分上圍繞絕緣的陽觸 點，并將油包含在其中。絕緣管可以由用于提供非滲透性的層的金屬制成，或由用于提供對于 陽觸點的附加的絕緣的絕緣材料(例如聚醚醚酮(PEEK)、玻璃增強塑料 (GRP)或陶瓷材料)。插座部件還可以包括充油的滑刷系統或刮油環系統，所述滑刷系統或 刮油環系統在使用中將絕緣油(例如電介質油)供給陽觸點。所述滑刷系 統或刮油環系統被填充絕緣油，且當在使用中，所述滑刷系統或刮油環系 統在插座部件和接頭連接器接合而被插頭部件移動時，所述油沿著陽觸點 和絕緣管滑動。儲油器總是被提供用于保持對于陽觸點的絕緣和保護。在 絕緣管和陽觸點周圍的絕緣體中的凹槽改善油的循環以及在陽觸點和滑 刷系統或刮油環系統之間的交換。所述連接器還可以包括第一錐形密封件和第二錐形密封件，所述第一 錐形密封件設置用于在絕緣陽觸點銷的接合端周圍密封，所述第二錐形密 封件設置用于在觸點組件的接合端周圍密封，其中，在使用中，在插頭和 插座部件接合的情況下，在第一和第二錐形密封件之間形成密封。錐形密 封件有效地在匹配的連接器部件之間形成密封，以在連接過程中提供附加 的絕緣。另外，這延伸了在每個觸點周圍的電壓場，以形成通過密封界面 的平穩的電場方向圖和較低的電壓梯度，由此減小漏電的趨勢。本發明的連接器維持了高絕緣水平。陽觸點在合乎環境要求的條件下 被保護，連接器可以提供密封的絕緣系統或者封閉或閉合的系統途徑。電 絕緣對于連接器性能是關鍵的，并且封閉或閉合系統途徑防止流體(例如 乙二醇、海水和液壓油)與海洋生物的相互作用，所述相互作用可能在連 接系統的壽命(可能是二十年或更多)上對連接器的性能產生顯著的影響。插座部件可以包括三個如上所限定的陽觸點銷和絕緣管以及圍繞所 述絕緣管的大致三角形的隔膜。所述隔膜的三角形形狀在插座部件與插頭 部件接合的過程中，提供容納油的排量的大容積。另外，插頭部件還可以包括釋放機構，所述釋放機構設置用于在使用 中在插座部件和插頭部件完全接合之前，對準陽觸點銷和觸點組件。所述 釋放機構可以包括可在觸點組件內移動的往復運動件和釋放裝置；其中， 在使用中，在插頭部件和插座部件接合的情況下，所述往復運動件設置用 于將釋放裝置釋放，以允許插頭部件和插座部件的完全接合。
在此，本發明的示例將參照附圖進行描述，在附圖中-圖l是根據本發明的典型的插座部件的縱向剖視圖； 圖2是圖1中的插座部件的局部放大圖； 圖3是沿著在圖1中的B-B獲得的插座部件的截面； 圖4是沿著在圖1中的A-A獲得的插座部件的截面； 圖5是根據本發明的示例插頭部件的縱向剖視圖； 圖6是圖5中的插頭部件的接合端的更詳細的視圖； 圖7是圖5的插頭部件的釋放機構的局部放大圖； 圖8是當插座滑刷密封件或刮油環密封件接合插頭部件的絕緣件時， 匹配的圖1的插座部件和圖5的插頭部件的縱向剖視圖； 圖9是示于圖8中的接合階段的局部放大圖；圖10是當在插頭部件的觸點組件中的滑動觸點銷通過釋放機構被釋 放時，匹配的圖1的插座部件和圖5的插頭部件的縱向剖視圖；圖11是在圖10中所示的位置中的釋放機構的局部放大圖；以及 圖12是匹配的連接器的縱向剖視圖。
具體實施方式
根據本發明的連接器的插座部件在此將參照圖1至4進行描述。圖l和 圖2示出具有三個陽銷的插座部件以及填充有油35的彈簧激發或彈簧賦能 滑刷組件或刮油環組件7。主體1容納陽觸點銷2并具有觸點帶3，所述陽觸 點銷2以熱塑性絕緣體或絕緣材料(例如PEEK)沿著其長度被絕緣。絕緣 的陽觸點2具有由允許高電流傳輸的材料(例如高導電銅合金)制成的中 心金屬芯。圖3是通過圖1的B-B的橫截面，示出陽銷2周圍的絕緣體6。在絕緣體6中存在外凹槽4，以提供在銷2和周圍的絕緣管5之間的油通道。絕 緣管5可以是金屬的或塑料的，以提供附加的絕緣體，并且絕緣管5沿著銷 2延伸部分長度。滑刷組件或刮油環組件7在真空下通過端口8a填充有電介質油35,以 去除空氣。前錐形密封件15密封到陽觸點2上，而后唇形密封件8b密封在絕 緣管5上。滑刷組件或刮油環組件7通過彈簧9被激發或通過彈簧9被賦予能 量，并由銷10保持，所述銷10可以通過板11和支持螺母12進行調整以設置在其位置上。插座還包括壓力平衡隔膜13。因為在觸點銷2和絕緣管5之間的直徑的 差別，隔膜13必須允許當被移動時擴展。為了適應這些，如圖4所示，隔 膜13具有三角形形狀，圖4是通過圖1的A-A的橫截面。通過將海水深度的 壓力作用在隔膜13的向外的表面上，端口14壓力平衡滑刷油或刮油環油 35。參照圖2，前錐形密封件15被含有錐形密封件15的前錐形密封組件所 包括。每個錐形密封件15由具有高電介質強度的低介電常數的彈性體制 成，并被安裝在絕緣管16的端部上，所述絕緣管16在其中具有孔16a,孔 16a作為油的自由通道。錐形密封件15被夾17保持在合適的位置，所述夾 17也將接合部分提供給在插頭部件(見圖5和圖6)上的匹配凹面絕緣錐18，并設定密封接合的高度。圖5示出插頭部件，所述插頭部件容納三個填充油的滑動觸點銷組件 19，所述滑動觸點銷組件19包括具有前觸點帶20和后滑動觸點帶21的滑動 觸點銷。彈簧22對滑動觸點銷組件19進行激發或賦予能量使滑動觸點銷組 件19壓向在插頭部件的開口端處的絕緣板23。往復運動銷24封閉通過滑刷 密封件或刮油環密封件25的開口，以將油保持在連接器的內部。采用隔膜 26和支撐絕緣件27將觸點20、 21封入填充有油的壓力平衡環境中。出于定 向的目的，采用暗銷28將絕緣件27接合在一起。如圖6所示，往復運動銷密封件29用于當陽銷2和往復運動銷24被配合 在一起時，將水和碎屑支持并保留在陽銷2和往復運動銷24的界面處。上 述絕緣體錐18提供附加的絕緣，并在連接器接合的情況下以插座部件的錐 形密封件15進行密封。釋放機構如圖7所示，其允許連接器的觸點的兩個階段的接合。這將 是對準插頭觸點和插座部件，并在能夠發生滑動接觸作用之前設定接觸位 置。因為觸點的摩擦很高，所以該機構被設計用于克服純彈簧設定力的限制，因為這可能不足以確定對觸點進行精確定位。中心彈簧支撐桿30具有 切口30a以容納珠31，以及中心彈簧支撐桿30與具有彈簧33的釋放軸環32 一起提供釋放機構，釋放機構用于當在連接器的接合過程中，往復運動銷 24被陽銷2移動時的滑動接觸。圖8至12示出插頭和插座的裝配順序。第一步(未示出)是初始接合。 此時，插頭部件的插頭前端36與插座部件接合，直徑上對準和定向。第二步如圖8和圖9所示。插座滑刷密封件或刮油環密封件15接合插頭 部件，且夾17鄰接插頭錐形密封件18以設定密封接合。往復運動銷24接合 陽銷2的末端且往復運動銷密封件29攔擋碎屑和水。第三步如圖10和圖11所示。插頭和插座接合到滑動觸點銷通過釋放機 構釋放所在的點。往復運動銷24的端部頂住軸環32的對應的端部，向后(如 圖ll所示的右方向)移動軸環32的對應的端部，因此允許珠31通過移動到 溝槽30b中，被從切口30a釋放，這又允許觸點銷向前運動，移動滑動觸點 銷組件19。然后，插頭和插座如圖12所示實現完全接合。
權利要求
1.一種用于海底應用的電連接器，所述連接器包括插座部件，包括具有凹槽的、絕緣的陽觸點銷；以及插頭部件，包括觸點組件；其中，在使用中，在插座部件與插頭部件接合時，水密的電連接在陽觸點銷和觸點組件之間形成；且其中，所述插座部件還包括絕緣管，在使用中，所述絕緣管在陽觸點銷的長度的至少一部分上大致圍繞絕緣的陽觸點銷，并在其中包含油。
2. 根據權利要求l所述的連接器，其中所述絕緣管由金屬制成。
3. 根據權利要求l所述的連接器，其中所述絕緣管由絕緣材料制成。
4. 根據前面任一項權利要求所述的連接器，其中所述插座部件還包 括填充有油的滑刷系統或刮油環系統，所述滑刷系統或刮油環系統設置用 于在使用中將油供給陽觸點銷。
5. 根據前面任一項權利要求所述的連接器，還包括第一錐形密封件 和第二錐形密封件，所述第一錐形密封件設置用于在絕緣的陽觸點銷的接 合端周圍密封，所述第二錐形密封件設置用于在觸點組件的接合端周圍密 封，其中，在使用中，在插頭和插座部件接合時，在第一和第二錐形密封 件之間形成密封。
6. 根據前面任一項權利要求所述的連接器，其中所述插座部件包括 三個陽觸點銷和相關的絕緣管以及圍繞所述絕緣管的大致三角形的隔膜。
7. 根據前面任一項權利要求所述的連接器，其中所述插頭部件還包 括釋放機構，所述釋放機構設置用于在使用中，在插座和插頭部件完全接 合之前，將陽觸點銷與觸點組件對準。
8. 根據權利要求7所述的連接器，其中所述釋放機構包括可在觸點組 件內移動的往復運動件和釋放裝置，其中，在使用中，在插頭部件和插座 部件接合時，所述往復運動件設置用于將釋放裝置釋放。
全文摘要
一種用于海底應用的電連接器，所述連接器包括插座部件，包括具有凹槽的、絕緣的陽觸點銷；以及插頭部件，包括觸點組件。在使用中，在插座部件與插頭部件接合的情況下，不漏水的電連接在陽觸點銷和觸點組件之間形成。所述插座部件還包括絕緣管，在使用中，所述絕緣管大致圍繞在其長度的至少一部分上的絕緣的陽觸點，并將油包含在其中。
文檔編號H01R13/523GK101268587SQ200680030964
公開日2008年9月17日 申請日期2006年8月3日 優先權日2005年8月26日
發明者約瑟夫·艾倫·尼科爾森 申請人:戴爾蒙德有限公司