CN103474828A

CN103474828A - 一种高温高压密封电连接器

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Publication number: CN103474828A
Application number: CN2013104353883A
Authority: CN
Inventors: 余贵龙; 文咏; 李东强; 罗宁; 王敏兴
Original assignee: Suzhou Huayang Aerospace Electric Co Ltd
Current assignee: Suzhou Huayang Aerospace Electric Co Ltd
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-23
Also published as: CN103474828B

Abstract

一种高温高压密封电连接器，通过插针凸台（111）和位于连接器外壳（16）的前端的第一绝缘体（12）将连接器在高压差的环境中所受到的力作用到外壳（16）上，并通过外壳传递到耐压舱壁上，采用耐高温的密封圈进行径向压缩密封，或采取在在第一绝缘体（12）与第二绝缘体（13）之间填充高温密封胶的方式密封，或采取第三绝缘体（15）为塑料绝缘体，与金属性的外壳（16）形成过盈密封。本发明的连接器由于是在外壳的前端就开始传递压差所产生的作用力，因此，在同等条件下，可以承受更大的压力。而且，本发明所述的电连接器在进行产品装配时无需复杂的玻璃烧结工艺和注塑成型工艺，因此，其制造成本较低，易于制造。

Description

一种高温高压密封电连接器

技术领域

本发明涉及一种密封电连接器，尤其涉及一种用于石油测井工具和仪器的高温高压密封电连接器。

背景技术

为了保证石油测井工具中使用的各种电子设备能够在常压下正常工作，上述设备均应放置在耐压舱壁内，且在在耐压舱壁上安装一种密封类电连接器，从而有效隔绝井下极端的高温高压腐蚀液体环境，如海水，油基钻井泥浆以及可能含有硫化氢的液体及其他物质，并实现将油井电缆中的导电体与地面电子设备进行信号通讯。上述高温高压环境至少为20000psi，175℃。视具体使用情况，该种连接器可为单针类或多针类的连接器。

从上世纪70年代，美国Kemlon公司就开始了高温高压密封电连接器相关领域的科学研究和工业应用，并形成了专利技术US3793608和US3898731。当时研究的高温高压电连接器的技术手段主要集中在玻璃或陶瓷与金属烧结类的密封电连接器上，其结构主要为中间采用玻璃烧结，同时将两端陶瓷件与周围的金属外壳封接在一起。从上世纪80年代开始又相继出现了很多注塑类的高温高压密封连接器，即本质上采用高性能工程塑料为绝缘体外壳，通过注塑等工艺将上述绝缘体与导体插针等零部件形成可靠的压力密封连接，并形成了很多专利技术，例如US5203723和US7442081。国内在此领域也开发了一种在金属外壳和插针之间注塑高级工程塑料的高温高压连接器，见实用新型专利CN201008041Y。

直到现在，上述两类高温高压密封电连接器在技术上仍不断发展，且被广泛应用于石油测井等高温高压环境，发挥了各自不可替代的作用。

总的来说，上述两类用途广泛的连接器也存在一些缺点。对玻璃烧结产品来说，主要问题为零部件加工精度要求高，制造成本高；材料热膨胀系数必须匹配，因此限制了更多材料的应用。对注塑类产品，则主要问题为对高性能工程塑料及其注塑工艺等要求较高，一般工程塑料很难达到要求。

本发明则是利用具有一定塑性的绝缘体作为主要密封结构，且将一端具有一定强度的绝缘体和外围的金属外壳作为主要承压结构，从而满足了一般高温高压环境的需求。相对上述两类密封电连接器，本发明所提供的电连接器简化了工艺，既不需要复杂的玻璃烧结工艺、也不需要在组装产品时通过注塑工艺将多个零件组合成型为一体，降低了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温高压密封电连接器，该电连接器在进行产品装配时无需复杂的玻璃烧结工艺和注塑成型工艺，制造成本较低，易于制造。

为了达到上述目的，所述的高温高压密封电连接器采用如下技术方案：

方案一：一种高温高压密封电连接器，包括导体插针（11）、外壳（16），所述外壳（16）上设置沟槽（163），沟槽（163）中设有第三密封圈（17），其特征在于：在外壳（16）的前端与插针（11）之间设置有第一绝缘体（12），外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体（12）的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体（12）的前端面处，导体插针（11）上设置有向外凸起的插针凸台（111）,插针凸台（111）的后端面抵住连接于第一绝缘体（12）；在外壳（16）的后部与插针（11）之间设置有第二绝缘体（13），第二绝缘体（13）通过外壳（16）内部向内凸起的台阶限位于外壳（16）内；在第二绝缘体（13）与外壳（16）之间设置第一密封圈（18），在第二绝缘体（13）与导体插针（11）之间设置第二密封圈（14）。

方案二：一种高温高压密封电连接器，包括导体插针（11）、外壳（16），所述外壳（16）上设置沟槽（163），沟槽（163）中设有第三密封圈（17），其特征在于：在外壳（16）的前端与插针（11）之间设置有第一绝缘体（12），外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体（12）的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体（12）的前端面处，导体插针（11）上设置有向外凸起的插针凸台（111）,插针凸台（111）的后端面抵住连接于第一绝缘体（12）；在外壳（16）的后部与插针（11）之间设置有第二绝缘体（13），第二绝缘体（13）通过外壳（16）内部向内凸起的台阶限位于外壳（16）内；在第一绝缘体（12）与第二绝缘体（13）之间填充第三绝缘体（15），所述的第三绝缘体（15）为密封胶。

方案三：一种高温高压密封电连接器，包括导体插针（11）、外壳（16），所述外壳（16）上设置沟槽（163），沟槽（163）中设有第三密封圈（17），其特征在于：在外壳（16）的前端与插针（11）之间设置有第一绝缘体（12），外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体（12）的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体（12）的前端面处，导体插针（11）上设置有向外凸起的插针凸台（111）,插针凸台（111）的后端面抵住连接于第一绝缘体（12）；在外壳（16）的后部与插针（11）之间设置有第二绝缘体（13），第二绝缘体（13）通过外壳（16）内部向内凸起的台阶限位于外壳（16）内；所述的第三绝缘体（15）为塑料绝缘体，与金属性的外壳（16）形成过盈密封。

对比有关玻璃烧结和塑料类高温高压密封电连接器的现有专利技术，上述方案均通过插针凸台（111）和位于连接器外壳（16）的前端的第一绝缘体（12）将连接器在高压差的环境中所受到的力作用到外壳（16）上，并通过外壳传递到耐压舱壁上，由于是在外壳的前端就开始传递压差所产生的作用力，因此，本发明的连接器在同等条件下，可以承受更大的压力。

其中，方案一采用耐高温的密封圈进行径向压缩密封；方案二采用在在第一绝缘体（12）与第二绝缘体（13）之间填充高温密封胶的方式；方案三采取第三绝缘体（15）为塑料绝缘体，与金属性的外壳（16）形成过盈密封，均简单而又可靠地地实现连接器的密封性能。而且，本发明所述的电连接器在进行产品装配时无需复杂的玻璃烧结工艺和注塑成型工艺，因此，其制造成本较低，易于制造。

附图说明

图1所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例一的结构示意图

图2所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例二的结构示意图

图3所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例三的结构示意图

图4所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例四的结构示意图

具体实施方式

以下结合附图对本发明所述的一种高温高压密封电连接器做进一步的详细说明：

图1所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例一的结构示意图。在该实施例中，密封电连接器包括导体插针11、外壳16，在外壳16的前端与插针11之间设置有第一绝缘体12，外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体12的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体12的前端面处，导体插针11上设置有向外凸起的插针凸台111,插针凸台111的后端面抵住连接于第一绝缘体12，当导体插针11的前端与后端有压差时，插针凸台111将作用于插针的压力依次传递到绝缘体12和外壳16上。

在外壳16的后部与插针11之间设置有第二绝缘体13，第二绝缘体13通过外壳16内部向内凸起的台阶限位于外壳16内。

为了实现连接器的密封性能，在第二绝缘体13与外壳16之间设置第一密封圈18，在第二绝缘体13与导体插针11之间设置第二密封圈14，所述的第一密封圈18与第二密封圈14的材料优选为耐高温的氟橡胶。

图2所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例二的结构示意图。在该实施例中，密封电连接器1包括导体插针11、外壳16，在外壳16的前端与插针11之间设置有第一绝缘体12，外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体12的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体12的前端面处，导体插针11上设置有向外凸起的插针凸台111,插针凸台111的后端面抵住连接于第一绝缘体12，当导体插针11的前端与后端有压差时，插针凸台111将作用于插针的压力依次传递到绝缘体12和外壳16上。

为了实现连接器的密封性能，在第一绝缘体12与第二绝缘体13之间填充第三绝缘体15，所述的第三绝缘体15优先采用密封胶，在高温高压差的环境中，该种密封胶为耐高温性能优异的环氧树脂、热固性树脂、硅橡胶等聚合材料，例如Emerson&Cuming公司的ECCOBOND

104，Lord公司的EL636为典型可选高温密封胶。

或者，所述的第三绝缘体15采用塑料绝缘体与金属性的外壳16形成过盈密封，从而替代上述胶密封结构，该塑料可选择聚四氟乙烯（PTFE）或者聚醚酮类（PEK，PEEK）材料。

为了进一步提高连接器密封性能，除了采用上述技术手段外，在导体插针11上与第三绝缘体15相结合的部分，设置有沟槽112，以增加导体插针11上与第三绝缘体15之间的结合面积，使得密封性能得到加强。也可以在外壳16的内部与第三绝缘体15相结合的部分设置沟槽结构，以增加密封效果。

图3所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例三的结构示意图。在该实施例中，为了实现连接器更好的密封性能，在第一绝缘体12与第二绝缘体13之间填充第三绝缘体15，所述的第三绝缘体15优先采用密封胶。同时，在第二绝缘体13与外壳16之间设置第一密封圈18，在第二绝缘体13与导体插针11之间设置第二密封圈14。

图4所示为根据本发明的一种高温高压密封电连接器实施例四的结构示意图。该实施例如同实施例三，所不同的是插针凸台111为锥形结构，而不是图1～3中任一图所示的圆柱形结构。

在上述的四个实施例中，为了增大外壳16前端与导体插针11之间的爬电距离，或者是减小连接器的轴向长度，在第一绝缘体12的前端设置有与插针凸台111相匹配的型腔，该型腔至少部分地包围所述的插针凸台111。

在上述的四个实施例中，导体插针11的材料可为Inconel合金（一种耐热耐蚀镍铬铁合金），Monel合金（一种镍铜系耐蚀合金），膨胀合金，铍青铜，不锈钢，黄铜，镍-铁轴承合金，以及其他已知的导电材料，以铍青铜QBe2（美标UNSC17300）最典型。第一绝缘体12和第二绝缘体13均为具有一定抗压强度的绝缘材料制成，如聚醚醚酮聚合物材料PEEK。第一绝缘体12和第二绝缘体13可为柱形结构，其可由强度较高且耐高温的绝缘材料构成，包括众多聚合物材料，如聚醚醚酮（PEEK），聚醚酮（PEK），聚醚酮酮（PEKK），聚醚酮醚酮酮（PEKEKK），聚芳醚酮（PAEK），聚苯硫醚（PPS），聚苯并咪唑（PBI），液晶高分子聚合物（LCP），聚醚酰亚胺（PEI），Greene Tweed公司的XYCOMPTM^TM复合材料或其他任何可使用的聚合材料。另外，陶瓷材料或其他电绝缘的结构材料也是可行的。

在上述的四个实施例中，为了进一步提高连接器的密封性能，还可以分别在第一绝缘体12和外壳16以及第二绝缘体13和外壳16之间的空隙处灌满并固化高温密封胶。

在上述的四个实施例中，同传统的高温高压密封连接器一样，可在外壳16上设置第三密封圈17，当其与舱壁安装配合后，可实现连接器安装时的外部密封，第三密封圈17的材料优选为耐高温的氟橡胶。对于外壳16，其也可具有一般高温高压连接器常见的典型结构，如方便对接紧密配合的突起结构161，方便安装旋紧的典型六角结构162，安装第三密封圈17的沟槽163，以及便于安装的可选结构螺纹164。另外，所述的外壳16的材料可由多种金属材料制成，优选铍青铜，Inconel或不锈钢。

在上述的四个实施例中，第一绝缘体12与外壳16之间的固定连接，可以通过过盈配合固定连接，也可通过高温密封胶粘接连接，还可以如图4所示，第一绝缘体12上可设置螺纹121，同时在外壳16的内孔可设置螺纹165，第一绝缘体12与外壳16之间通过上述的螺纹（121,165）固定连接。

Claims

1.一种高温高压密封电连接器，包括导体插针（11）、外壳（16），所述外壳（16）上设置沟槽（163），沟槽（163）中设有第三密封圈（17），其特征在于：在外壳（16）的前端与插针（11）之间设置有第一绝缘体（12），外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体（12）的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体（12）的前端面处，导体插针（11）上设置有向外凸起的插针凸台（111）,插针凸台（111）的后端面抵住连接于第一绝缘体（12）；在外壳（16）的后部与插针（11）之间设置有第二绝缘体（13），第二绝缘体（13）通过外壳（16）内部向内凸起的台阶限位于外壳（16）内；在第二绝缘体（13）与外壳（16）之间设置第一密封圈（18），在第二绝缘体（13）与导体插针（11）之间设置第二密封圈（14）。

2.根据权利要求1所述的高温高压密封连接器，其特征在于：所述的第一密封圈（18）与第二密封圈（14）的材料为氟橡胶。

3.一种高温高压密封电连接器，包括导体插针（11）、外壳（16），所述外壳（16）上设置沟槽（163），沟槽（163）中设有第三密封圈（17），其特征在于：在外壳（16）的前端与插针（11）之间设置有第一绝缘体（12），外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体（12）的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体（12）的前端面处，导体插针（11）上设置有向外凸起的插针凸台（111）,插针凸台（111）的后端面抵住连接于第一绝缘体（12）；在外壳（16）的后部与插针（11）之间设置有第二绝缘体（13），第二绝缘体（13）通过外壳（16）内部向内凸起的台阶限位于外壳（16）内；在第一绝缘体（12）与第二绝缘体（13）之间填充第三绝缘体（15），所述的第三绝缘体（15）为密封胶。

4.根据权利要求3所述的高温高压密封连接器，其特征在于：在导体插针（11）上与第三绝缘体（15）相结合的部分，设置有沟槽（112）。

5.根据权利要求3所述的高温高压密封连接器，其特征在于：在所述外壳（16）的内部与第三绝缘体（15）相结合的部分设置沟槽结构。

6.根据权利要求3所述的高温高压密封连接器，其特征在于：在第二绝缘体（13）与外壳（16）之间设置第一密封圈（18），在第二绝缘体（13）与导体插针（11）之间设置第二密封圈（14）。

7.根据权利要求3所述的高温高压密封连接器，其特征在于：所述的密封胶为环氧树脂、热固性树脂或硅橡胶。

8.一种高温高压密封电连接器，包括导体插针（11）、外壳（16），所述外壳（16）上设置沟槽（163），沟槽（163）中设有第三密封圈（17），其特征在于：在外壳（16）的前端与插针（11）之间设置有第一绝缘体（12），外壳16的前端面抵住连接于第一绝缘体（12）的径向向外的凸缘；在靠近第一绝缘体（12）的前端面处，导体插针（11）上设置有向外凸起的插针凸台（111）,插针凸台（111）的后端面抵住连接于第一绝缘体（12）；在外壳（16）的后部与插针（11）之间设置有第二绝缘体（13），第二绝缘体（13）通过外壳（16）内部向内凸起的台阶限位于外壳（16）内；所述的第三绝缘体（15）为塑料绝缘体，与金属性的外壳（16）形成过盈密封。

9.根据权利要求8所述的高温高压密封连接器，其特征在于：所述的第三绝缘体（15）材料为聚四氟乙烯或聚醚酮类。

10.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：所述的插针凸台（111）为锥形结构或圆柱形结构。

11.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：在第一绝缘体（12）的前端设置有与插针凸台（111）相匹配的型腔，该型腔至少部分地包围所述的插针凸台（111）。

12.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：导体插针（11）的材料为耐热耐蚀镍铬铁合金、镍铜系耐蚀合金、膨胀合金、铍青铜、不锈钢、黄铜或镍-铁轴承合金。

13.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：第一绝缘体（12）和第二绝缘体（13）均为具有一定抗压强度的绝缘材料制成。

14.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：第一绝缘体（12）和第二绝缘体（13）的材料均为聚醚醚酮聚合物。

15.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：第一绝缘体（12）和第二绝缘体（13）的材料均为聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）、聚芳醚酮（PAEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯并咪唑（PBI）、液晶高分子聚合物（LCP）、聚醚酰亚胺（PEI）或GreeneTweed公司的XYCOMPTM^TM复合材料。

16.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：第一绝缘体（12）和第二绝缘体（13）的材料均为陶瓷。

17.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：分别在第一绝缘体（12）和外壳（16）以及第二绝缘体（13）和外壳（16）之间的空隙处灌满并固化高温密封胶。

18.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：第一绝缘体（12）与外壳（16）之间的固定连接为过盈配合固定连接。

19.根据权利要求1至9任一所述的高温高压密封连接器，其特征在于：第一绝缘体（12）上可设置螺纹（121），同时在外壳（16）的内孔可设置螺纹（165），第一绝缘体（12）与外壳（16）之间通过上述的螺纹（121,165）固定连接。