CN101268587A - 高电压湿式耦合电连接器 - Google Patents
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Abstract
一种用于海底应用的电连接器，所述连接器包括：插座部件，包括具有凹槽的、绝缘的阳触点销；以及插头部件，包括触点组件。在使用中，在插座部件与插头部件接合的情况下，不漏水的电连接在阳触点销和触点组件之间形成。所述插座部件还包括绝缘管，在使用中，所述绝缘管大致围绕在其长度的至少一部分上的绝缘的阳触点，并将油包含在其中。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿式耦合电连接器(wet mateable electrical connector)，所述湿式耦合电连接器用于为深水或离岸的海底装备中的系统提供高压电。这种系统的示例是潜水泵或用于分离和动力分配系统的电机。
背景技术
以重原油形式存在的碳氢化合物除去通过电潜水泵(ESP)之外，通过常规装置是很难提取的。对于用于提取这种碳氢化合物的海底井口装置需要高马力电机(1.5-2.0MW)。这种系统需要通过在潜水或深水(大约5-3000m)中的海底井口装置进行电连接，其中用于通过所述井口装置的连接的空间是受限的。进而，井口装置的电连接器必须承受高达大约5000psi的高压力差和高达大约120℃的温度。
高马力泵系统对于深水运转更经济，并需要将系统的电压从大约4kVac增加到8kVac。另外，海底电连接器的需要正在增加，对于长距离的电能分配将需要高达36kV的更高系统电压。
发明内容
在充满油的环境中进行电连接的情况下和用于触点的开口借助弹簧激发或弹簧赋能的阻塞物或往复运动的销密封的情况下，湿式耦合电连接器是公知的。使用具有迷宫密封或者柔性的有壁的隔膜的绝缘块是公知的。由于在井口装置零件和锁定机构上的公差的累计，也可采用滑动接触以允许所述连接器获得在井口装置的应用中所需的线接合的公差。然而，因为在阳触点销周围的绝缘被暴露给海水，所以当这种连接器系统成为高电压连接系统时，这种连接系统不够的。因此，需要湿式耦合电连接器，所述湿式耦合电连接器满足深水使用的需要，且在这种高压水平是可靠的。根据本发明，提供用于海底应用的电连接器，所述连接器包括：包括具有凹槽的、绝缘的阳触点销的插座部件以及包括触点组件的插头部件；其中，在使用中，在插座部件与插头部件接合的情况下，不漏水的电连接在阳触点销和触点组件之间形成；其中所述插座部件还包括绝缘管，在使用中，所述绝缘管大致在阳触点的长度的至少一部分上围绕绝缘的阳触点，并将油包含在其中。
绝缘管可以由用于提供非渗透性的层的金属制成，或由用于提供对于阳触点的附加的绝缘的绝缘材料(例如聚醚醚酮(PEEK)、玻璃增强塑料(GRP)或陶瓷材料)。
插座部件还可以包括充油的滑刷系统或刮油环系统，所述滑刷系统或刮油环系统在使用中将绝缘油(例如电介质油)供给阳触点。所述滑刷系统或刮油环系统被填充绝缘油，且当在使用中，所述滑刷系统或刮油环系统在插座部件和接头连接器接合而被插头部件移动时，所述油沿着阳触点和绝缘管滑动。储油器总是被提供用于保持对于阳触点的绝缘和保护。在绝缘管和阳触点周围的绝缘体中的凹槽改善油的循环以及在阳触点和滑刷系统或刮油环系统之间的交换。
所述连接器还可以包括第一锥形密封件和第二锥形密封件，所述第一锥形密封件设置用于在绝缘阳触点销的接合端周围密封，所述第二锥形密封件设置用于在触点组件的接合端周围密封，其中，在使用中，在插头和插座部件接合的情况下，在第一和第二锥形密封件之间形成密封。锥形密封件有效地在匹配的连接器部件之间形成密封，以在连接过程中提供附加的绝缘。另外，这延伸了在每个触点周围的电压场，以形成通过密封界面的平稳的电场方向图和较低的电压梯度，由此减小漏电的趋势。
本发明的连接器维持了高绝缘水平。阳触点在合乎环境要求的条件下被保护，连接器可以提供密封的绝缘系统或者封闭或闭合的系统途径。电绝缘对于连接器性能是关键的，并且封闭或闭合系统途径防止流体(例如乙二醇、海水和液压油)与海洋生物的相互作用，所述相互作用可能在连接系统的寿命(可能是二十年或更多)上对连接器的性能产生显著的影响。
插座部件可以包括三个如上所限定的阳触点销和绝缘管以及围绕所述绝缘管的大致三角形的隔膜。所述隔膜的三角形形状在插座部件与插头部件接合的过程中，提供容纳油的排量的大容积。
另外，插头部件还可以包括释放机构，所述释放机构设置用于在使用中在插座部件和插头部件完全接合之前，对准阳触点销和触点组件。所述释放机构可以包括可在触点组件内移动的往复运动件和释放装置；其中，在使用中，在插头部件和插座部件接合的情况下，所述往复运动件设置用于将释放装置释放，以允许插头部件和插座部件的完全接合。
附图说明
在此，本发明的示例将参照附图进行描述，在附图中：
图1是根据本发明的典型的插座部件的纵向剖视图；
图2是图1中的插座部件的局部放大图；
图3是沿着在图1中的B-B获得的插座部件的截面；
图4是沿着在图1中的A-A获得的插座部件的截面；
图5是根据本发明的示例插头部件的纵向剖视图；
图6是图5中的插头部件的接合端的更详细的视图；
图7是图5的插头部件的释放机构的局部放大图；
图8是当插座滑刷密封件或刮油环密封件接合插头部件的绝缘件时，匹配的图1的插座部件和图5的插头部件的纵向剖视图；
图9是示于图8中的接合阶段的局部放大图；
图10是当在插头部件的触点组件中的滑动触点销通过释放机构被释放时，匹配的图1的插座部件和图5的插头部件的纵向剖视图；
图11是在图10中所示的位置中的释放机构的局部放大图；以及
图12是匹配的连接器的纵向剖视图。
具体实施方式
根据本发明的连接器的插座部件在此将参照图1至4进行描述。图1和图2示出具有三个阳销的插座部件以及填充有油35的弹簧激发或弹簧赋能滑刷组件或刮油环组件7。主体1容纳阳触点销2并具有触点带3，所述阳触点销2以热塑性绝缘体或绝缘材料(例如PEEK)沿着其长度被绝缘。绝缘的阳触点2具有由允许高电流传输的材料(例如高导电铜合金)制成的中心金属芯。图3是通过图1的B-B的横截面，示出阳销2周围的绝缘体6。在绝缘体6中存在外凹槽4，以提供在销2和周围的绝缘管5之间的油通道。绝缘管5可以是金属的或塑料的，以提供附加的绝缘体，并且绝缘管5沿着销2延伸部分长度。
滑刷组件或刮油环组件7在真空下通过端口8a填充有电介质油35，以去除空气。前锥形密封件15密封到阳触点2上，而后唇形密封件8b密封在绝缘管5上。滑刷组件或刮油环组件7通过弹簧9被激发或通过弹簧9被赋予能量，并由销10保持，所述销10可以通过板11和支持螺母12进行调整以设置在其位置上。
插座还包括压力平衡隔膜13。因为在触点销2和绝缘管5之间的直径的差别，隔膜13必须允许当被移动时扩展。为了适应这些，如图4所示，隔膜13具有三角形形状，图4是通过图1的A-A的横截面。通过将海水深度的压力作用在隔膜13的向外的表面上，端口14压力平衡滑刷油或刮油环油35。
参照图2，前锥形密封件15被含有锥形密封件15的前锥形密封组件所包括。每个锥形密封件15由具有高电介质强度的低介电常数的弹性体制成，并被安装在绝缘管16的端部上，所述绝缘管16在其中具有孔16a，孔16a作为油的自由通道。锥形密封件15被夹17保持在合适的位置，所述夹17也将接合部分提供给在插头部件(见图5和图6)上的匹配凹面绝缘锥18，并设定密封接合的高度。
图5示出插头部件，所述插头部件容纳三个填充油的滑动触点销组件19，所述滑动触点销组件19包括具有前触点带20和后滑动触点带21的滑动触点销。弹簧22对滑动触点销组件19进行激发或赋予能量使滑动触点销组件19压向在插头部件的开口端处的绝缘板23。往复运动销24封闭通过滑刷密封件或刮油环密封件25的开口，以将油保持在连接器的内部。采用隔膜26和支撑绝缘件27将触点20、21封入填充有油的压力平衡环境中。出于定向的目的，采用暗销28将绝缘件27接合在一起。
如图6所示，往复运动销密封件29用于当阳销2和往复运动销24被配合在一起时，将水和碎屑支持并保留在阳销2和往复运动销24的界面处。上述绝缘体锥18提供附加的绝缘，并在连接器接合的情况下以插座部件的锥形密封件15进行密封。
释放机构如图7所示，其允许连接器的触点的两个阶段的接合。这将是对准插头触点和插座部件，并在能够发生滑动接触作用之前设定接触位置。因为触点的摩擦很高，所以该机构被设计用于克服纯弹簧设定力的限制，因为这可能不足以确定对触点进行精确定位。中心弹簧支撑杆30具有切口30a以容纳珠31，以及中心弹簧支撑杆30与具有弹簧33的释放轴环32一起提供释放机构，释放机构用于当在连接器的接合过程中，往复运动销24被阳销2移动时的滑动接触。
图8至12示出插头和插座的装配顺序。第一步(未示出)是初始接合。此时，插头部件的插头前端36与插座部件接合，直径上对准和定向。
第二步如图8和图9所示。插座滑刷密封件或刮油环密封件15接合插头部件，且夹17邻接插头锥形密封件18以设定密封接合。往复运动销24接合阳销2的末端且往复运动销密封件29拦挡碎屑和水。
第三步如图10和图11所示。插头和插座接合到滑动触点销通过释放机构释放所在的点。往复运动销24的端部顶住轴环32的对应的端部，向后(如图11所示的右方向)移动轴环32的对应的端部，因此允许珠31通过移动到沟槽30b中，被从切口30a释放，这又允许触点销向前运动，移动滑动触点销组件19。然后，插头和插座如图12所示实现完全接合。
Claims (8)
1.一种用于海底应用的电连接器，所述连接器包括：
插座部件，包括具有凹槽的、绝缘的阳触点销；以及
插头部件，包括触点组件；
其中，在使用中，在插座部件与插头部件接合时，水密的电连接在阳触点销和触点组件之间形成；且
其中，所述插座部件还包括绝缘管，在使用中，所述绝缘管在阳触点销的长度的至少一部分上大致围绕绝缘的阳触点销，并在其中包含油。
2.根据权利要求1所述的连接器，其中所述绝缘管由金属制成。
3.根据权利要求1所述的连接器，其中所述绝缘管由绝缘材料制成。
4.根据前面任一项权利要求所述的连接器，其中所述插座部件还包括填充有油的滑刷系统或刮油环系统，所述滑刷系统或刮油环系统设置用于在使用中将油供给阳触点销。
5.根据前面任一项权利要求所述的连接器，还包括第一锥形密封件和第二锥形密封件，所述第一锥形密封件设置用于在绝缘的阳触点销的接合端周围密封，所述第二锥形密封件设置用于在触点组件的接合端周围密封，其中，在使用中，在插头和插座部件接合时，在第一和第二锥形密封件之间形成密封。
6.根据前面任一项权利要求所述的连接器，其中所述插座部件包括三个阳触点销和相关的绝缘管以及围绕所述绝缘管的大致三角形的隔膜。
7.根据前面任一项权利要求所述的连接器，其中所述插头部件还包括释放机构，所述释放机构设置用于在使用中，在插座和插头部件完全接合之前，将阳触点销与触点组件对准。
8.根据权利要求7所述的连接器，其中所述释放机构包括可在触点组件内移动的往复运动件和释放装置，其中，在使用中，在插头部件和插座部件接合时，所述往复运动件设置用于将释放装置释放。
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