CN102593640B - 一种水下电缆连接器 - Google Patents

Abstract

本发明的水下电缆连接器，插头部分安装在油管悬挂器内，油管悬挂器内的插头室中设有活塞A，活塞A的轴心套装有插头导电环，插头导电环两端分别设有插头非导电部，后端插头非导电部外周套装有弹簧A，插头导电环连有电缆A；插座部分固定在水下采油树本体及插座壳体的插座室内，插座壳体内导向套内套装有插座本体，插座本体轴心设有导向柱，导向柱与插座本体的接触面设有插座导电环；插座本体内部弹簧室中设有弹簧B，弹簧室底端与液压补偿腔接通；插座本体内部另开有补偿液流道；插座导电环通过电缆B对外连接；补偿腔壳体内腔依次设有液压补偿腔、活塞B、第二弹簧室。本发明的装置实现了水下可靠插、拔连接。

Description

一种水下电缆连接器

技术领域

本发明属于石油天然气钻采装备技术领域，涉及一种水下电缆连接器。

背景技术

随着海上油气产量继续增长，开采作业海域范围和水深不断扩大，为适应海洋石油钻探和开采向深水推进的需要，海洋油气勘探开发技术与装备也需不断改进和完善。海洋油气田正常生产时，需要对生产流量及井下压力、温度等进行监控，有时，还需安装井下电潜泵、增压泵或多项泵等设备以实现油田的持续生产；深水作业时，上述设备需要水下安装及连接，而传统的电缆连接器是在水上连接并密封后再置于水下，这种电缆连接器是无法实现在水下多次插拔的需要。为了确保水下设备所需电力的输送及控制信号的传输，需要可靠的水下电缆连接器，保证电缆能在水下实现多次可靠插拔连接。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下电缆连接器，解决了现有电缆连接器无法实现在水下多次插、拔操作的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种水下电缆连接器，包括插头部分和插座部分，

所述的插头部分安装在水下采油树的油管悬挂器内，油管悬挂器内设置有插头室，插头室中设置有活塞A，活塞A的轴心套装有插头导电环，插头导电环前端设置有插头非导电部B，插头导电环后端设置有插头非导电部A；插头非导电部A外周套装有弹簧A，插头非导电部A轴心通孔设置有与插头导电环连接的电缆A；

所述的插座部分固定在水下采油树本体及插座壳体内，与插头部分位置相对应，水下采油树本体及插座壳体内设置有插座室，在插座壳体内通过C环固定安装有导向套，导向套内同轴套装有插座本体，插座本体朝向插头的端头轴心设置为导向斜面，插座本体轴心设置有导向柱，导向柱与插座本体的接触面设置有密封C和插座导电环；插座本体内部轴心设置有弹簧室，该弹簧室中设置有弹簧B，导向柱与弹簧B前端接触连接，弹簧室底端通过单向阀B与插座本体外的液压补偿腔接通；插座本体内部平行弹簧室另开有补偿液流道，补偿液流道的前端从密封C和插座导电环之间的轴心孔引出，补偿液流道的后端通过单向阀A与插座本体外的液压补偿腔接通；插座本体底端外周套装有补偿腔壳体，补偿腔壳体与插座室内径之间留有间隙，该间隙中设置有电缆B，电缆B一端通过插座本体内部的通道与插座导电环连接，电缆B另一端引出插座壳体之外；补偿腔壳体内腔依次设置有液压补偿腔、活塞B、第二弹簧室，第二弹簧室内设置有弹簧C，弹簧C的两端分别与活塞B及补偿腔壳体上的台阶顶接，插座本体右端通过补偿腔壳体与控制杆连接，第二弹簧室朝向控制杆的底端设置有排液口；活塞B的轴心设置有泄压阀；

所述的单向阀A和单向阀B的设置方向相反。

本发明的有益效果是，结构简单，操作方便，实现水下可靠的插、拔。

附图说明

图1为本发明装置中的插头与插座处于断开状态的结构示意图；

图2为本发明装置中的插头与插座处于导通状态的结构示意图。

图中，1.电缆A，2.弹簧A，3.插头非导电部A，4.密封A，5.活塞A，6.插头导电环，7.插头非导电部B，8.导向套，9.密封B，10.密封C，11.补偿液流道，12.弹簧B，13.插座本体，14.单向阀A，15.补偿腔壳体，16.C环，17.液压补偿腔，18.密封D，19.弹簧C，20.插座壳体，21.控制杆，22.排液口，23.活塞B，24.泄压阀，25.单向阀B，26.电缆B，27.插座导电环，28.导向柱，29.采油树本体，30.导向斜面，31.密封E，32.油管悬挂器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的水下电缆连接器包括插头部分和插座部分，以下文本描述中，将插头朝向插座的一端称为插头前端，则另一端为插头后端；将插座朝向插头的一端称为插座前端，则另一端为插座后端。

参照图1和图2，水下电缆连接器的插头部分安装在水下采油树的油管悬挂器32内，油管悬挂器32内设置有插头室，插头室中设置有活塞A5，活塞A5的轴心套装有插头导电环6，插头导电环6前端设置有插头非导电部B7，插头导电环6后端设置有插头非导电部A3，插头导电环6前后端与活塞A5之间设置有密封E31和密封A4；插头非导电部A3外周套装有弹簧A2，插头非导电部A3轴心通孔设置有与插头导电环6连接的电缆A1，电缆A1用于将插头导电环6引出向下通入井内，与井下的电潜泵或传感器等设备连接。

两个插头非导电部(3、7)为非导体，仅起连接与支撑作用，活塞A5轴心设置有一左一右两个单向密封(A4、E31)，能够避免插头导电环6直接暴露于外部介质，也可避免设备安装时可能会对插头造成的损伤，活塞A5右侧方向设置有悬挂器的台肩用于止动，活塞A5左侧方向设置有弹簧A2，在外力作用下活塞A5可克服弹簧A2阻力而向左移动，活塞A5移动时其上的密封(A4、E31)可对插头导电环6起到擦洗清洁作用，外力消除后活塞A5可依靠弹簧A2弹力而向右移动直至与悬挂器的台肩接触。

参照图1和图2，水下电缆连接器的插座部分固定在水下采油树本体29及插座壳体20内，与插头部分位置相对应，水下采油树本体29及插座壳体20通过螺栓固定连接；水下采油树本体29及插座壳体20内设置有一个共同相通的插座室，在插座壳体20内通过C环16固定安装有导向套8，导向套8内壁同轴套装有插座本体13，插座本体13朝向插头的端头轴心设置为导向斜面30，插座本体13轴心设置有导向柱28，导向柱28与插座本体13的接触面设置有密封B9、密封C10和插座导电环27；插座本体13内部轴心设置有弹簧室，该弹簧室中设置有弹簧B12，导向柱28与弹簧B12前端接触连接，弹簧室底端通过单向阀B25与插座本体13外的液压补偿腔17接通；插座本体13内部平行弹簧室另开有补偿液流道11，补偿液流道11的前端从密封C10和插座导电环27之间的轴心孔引出，补偿液流道11的后端通过单向阀A14与插座本体13外的液压补偿腔17接通；插座本体13底端外周套装有补偿腔壳体15，补偿腔壳体15与插座室内径之间留有间隙，该间隙中设置有电缆B26，电缆B26一端通过插座本体13内部的通道与插座导电环27连接，电缆B26另一端引出插座壳体20之外；补偿腔壳体15内腔依次设置有液压补偿腔17、活塞B23、第二弹簧室，第二弹簧室内设置有弹簧C19，弹簧C19的两端分别与活塞B23及补偿腔壳体15上的台阶顶接，第二弹簧室朝向控制杆21的底端设置有排液口22；活塞B23的轴心设置有泄压阀24，活塞B23与补偿腔壳体15内壁之间设置有密封D18。

单向阀(A14、B25)可以换向，但两个单向阀(A14、B25)的方向必须相反。

液压补偿腔17内预先充满不可压缩的非电解质补偿液，可补偿水下电缆连接器插、拔时造成插座内部的压力波动，并且液压补偿腔17内液压略高于周围海水的静水压，能够防止海水等外部介质的侵入。液压补偿腔17与蓄能器结构类似，该补偿腔可采用活塞式，也可采用气囊式或隔膜式等。

补偿液流道11设置有一条或多条。泄压阀B24也可以设在与液压补偿腔17相通的插座本体13或补偿腔壳体15上。

插座部分通过螺柱、螺母固定在水下采油树本体29上，导向套8由C环16固定在插座壳体20，其对插座本体13起到保护和导向作用，插座本体13内装有导向柱28，导向柱28与密封(B9、C10)形成密封配合，可防止海水等外部介质侵入插座本体13内部，在外力作用下，导向柱28可压缩弹簧B12向右运动，消除外力后可依靠弹簧B12的弹力复位直至其凸起台肩与插座本体13的台肩接触；插座本体13内有插座导电环27(插座本体13上与导向柱28接触的其它表面不导电)，其与电缆B26连接；插座本体13右侧有单向阀B25，允许液体从液压补偿腔17流入插座本体13，插座本体13有一带单向阀A14的补偿液流道11，允许液体从插座本体13流入液压补偿腔17；补偿腔壳体15通过螺纹等方式与插座本体13固定连接(两者的相对位置固定不动)，液压补偿腔17右端开有排液口22可与外部海水相联通；液压补偿腔17内有活塞B23，活塞B23上设有密封D18，活塞B23左端是非电解质补偿液，右端是弹簧C19，在海水、弹簧C19及活塞B23的共同作用下，确保活塞B23左端的补偿液液压高于海水的静水压，从而避免海水侵入插座本体13及液压补偿腔17，活塞B23上有泄压阀24，当液压补偿腔17内液压超出海水的静水压设定的差值后，允许液体从泄压阀24排出；插座本体13右端通过补偿腔壳体15与控制杆21连接。

实际水下应用时，水下电缆连接器的插座部分通过螺柱、螺母固定在水下采油树本体29上，水下电缆连接器的插头部分安装在水下采油树的油管悬挂器32内，当油管悬挂器32座于水下采油树本体29内腔后，如图1所示，此时液压补偿腔17内活塞B23左侧、插座本体13的弹簧腔及补偿液流道11均充满不可压缩的非电解质补偿液，通过人工或ROV操作控制杆21，推动补偿腔壳体15及插座本体13等整体向左运动(控制杆21可采用旋转或直线运动来实现控制：①补偿腔壳体15与控制杆21采用传动螺纹联接，旋转控制杆21即可实现补偿腔壳体15及插座本体13等整体向左或向右运动；②补偿腔壳体15与控制杆21采用固定联接，推或拉旋转控制杆21即可实现补偿腔壳体15及插座本体13等整体向左或向右运动)，与活塞A5接触后，也将推动活塞A5同时向左运动，由于插头不动，在导向斜面30的引导下顶住导向柱28，当活塞A5及插座本体13等继续向左运动时，插头顶着导向柱28开始进入插座本体13，弹簧B12将受压，导致弹簧腔内体积变小，由于密封C10及单向阀B25的作用，补偿液只能通过补偿液流道11及单向阀A14流入液压补偿腔17(同时活塞B23向右运动弹簧C19受压缩)，补偿液的流动可起到清洗插座导电环27和插头导电环6的作用，由于密封B9的密封作用，插头进入插座本体13时即得到擦洗清洁，又可避免海水或其它杂质的侵入插座本体13内部；插座本体13等在控制杆的作用下继续向左运动，直至补偿腔壳体15的左端面与导向套8的台肩接触上(如图2所示)。此时，插头导电环6和插座导电环27相互接触，电缆连接器处于导通状态，如图2所示。

当需要断开电缆连接器时，只需操作控制杆21，补偿腔壳体15拉动插座本体13等向右运动，由于弹簧B12的作用，导向柱28顶住插头直至其凸起台肩与插座本体13的台肩面接触(此时插头已完全退出插座本体13)；在插头逐步退出插座本体13的过程中，弹簧B12伸长，弹簧腔的压力降低，液压补偿腔17的补偿液通过单向阀B25进入弹簧腔，直至补偿腔壳体15的右端面与采油树本体20的台肩接触上；与此同时，在插座本体13退出油管悬挂器的过程中，活塞A5在弹簧A2的作用下向右移动直至碰上油管悬挂器32的台肩，使插头导电环6处于密封保护状态，如图1所示。

故水下电缆连接器在断开、导通或连接过程中，插头导电环6和插座导电环27始终处于密封保护状态，避免了海水等外部介质的污染和腐蚀；液压补偿腔充满不可压缩的非电解质补偿液，可补偿水下电缆连接器插、拔时造成插座内部的压力波动，并且液压补偿腔内液压略高于周围海水的静水压，可防止海水等外部介质的侵入，有效保护水下电缆连接器，进一步提高了可靠性。

本发明以其在水下采油树上的应用为例，但也可应用于水下、平台或陆地其它设备。

本发明的水下电缆连接器，在断开、导通或连接过程中，其导电部分始终处于密封保护状态，避免了海水等外部介质的污染和腐蚀；水下电缆连接器的液压补偿腔充满不可压缩的非电解质补偿液，可补偿水下电缆连接器插、拔时造成插座内部的压力波动，并且液压补偿腔内压力略高于周围海水的静水压力，可防止海水等外部介质的侵入，有效保护水下电缆连接器，进一步提高了可靠性，实现水下可靠插、拔连接。

Claims (2)

1.一种水下电缆连接器，其特点在于：包括插头部分和插座部分，

所述的插头部分安装在水下采油树的油管悬挂器（32）内，油管悬挂器（32）内设置有插头室，插头室中设置有活塞A（5），活塞A（5）的轴心套装有插头导电环（6），插头导电环（6）前端设置有插头非导电部B（7），插头导电环（6）后端设置有插头非导电部A（3）；插头非导电部A（3）外周套装有弹簧A（2），插头非导电部A（3）轴心通孔设置有与插头导电环（6）连接的电缆A（1）；

所述的插头导电环（6）前后端与活塞A（5）之间设置有密封E（31）和密封A（4）；

所述的弹簧A（2）设置在活塞A（5）的左侧，活塞A（5）右侧设置有悬挂器的台肩；

所述的插座部分固定在水下采油树本体（29）及插座壳体（20）内，与插头部分位置相对应；水下采油树本体（29）及插座壳体（20）内设置有插座室，在插座壳体（20）内通过C环（16）固定安装有导向套（8），导向套（8）内同轴套装有插座本体（13），插座本体（13）朝向插头的端头轴心设置为导向斜面（30），插座本体（13）轴心设置有导向柱（28），导向柱（28）与插座本体（13）的接触面设置有密封C（10）和插座导电环（27）；插座本体（13）内部轴心设置有弹簧室，该弹簧室中设置有弹簧B（12），导向柱（28）与弹簧B（12）前端接触连接，弹簧室底端通过单向阀B（25）与插座本体（13）外的液压补偿腔（17）接通；插座本体（13）内部平行弹簧室另开有补偿液流道（11），补偿液流道（11）的前端从密封C（10）和插座导电环（27）之间的轴心孔引出，补偿液流道（11）的后端通过单向阀A（14）与插座本体（13）外的液压补偿腔（17）接通；插座本体（13）底端外周套装有补偿腔壳体（15），补偿腔壳体（15）与插座室内径之间留有间隙，该间隙中设置有电缆B（26），电缆B（26）一端通过插座本体（13）内部的通道与插座导电环（27）连接，电缆B（26）另一端引出插座壳体（20）之外；补偿腔壳体（15）内腔依次设置有液压补偿腔（17）、活塞B（23）、第二弹簧室，第二弹簧室内设置有弹簧C（19），弹簧C（19）的两端分别与活塞B（23）及补偿腔壳体（15）上的台阶顶接，插座本体（13）右端通过补偿腔壳体（15）与控制杆（21）连接，第二弹簧室朝向控制杆（21）的底端设置有排液口（22）；活塞B（23）的轴心设置有泄压阀（24）；

所述的单向阀A（14）和单向阀B（25）的设置方向相反。

2.根据权利要求书1所述的水下电缆连接器，其特点在于：所述的插头导电环（6）前后端与活塞A（5）之间设置有密封E（31）和密封A（4），导向柱（28）与插座本体（13）的接触面设置有密封B（9），活塞B（23）与补偿腔壳体（15）内壁之间设置有密封D（18）。

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