CN103490220B - 一种防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器 - Google Patents
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Abstract
一种防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器，通过塑料绝缘体(12)注塑结合导体插针(11)、金属法兰(13)以及陶瓷类的绝缘体套筒(14)为一体；所述的绝缘体套筒(14)的外表面为锥形的第一锥面(142)，所述的金属法兰(13)的内部通道为锥形的第二锥面(132)；所述的绝缘体套筒(14)采用氧化铝或氧化锆陶瓷材料；所述的导体插针(11)上设置有沟槽(111)和插针台阶(112)，插针台阶(112)与绝缘体套筒(14)的左端面(145)紧靠在一起。所述的电连接器，可有效消除高温高压下塑料的软化后的流动，从而在选择同样的塑料绝缘体材料以及金属法兰材料的情况下，提高了产品的高温高压密封和电气性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电连接器，尤其涉及一种可安装于石油井下工具，并保护该工具的一种高温高压密封电连接器。
背景技术
在石油钻井和测井领域大量地使用井下工具，其中安装了各种电子元件，以便进行各种信号的传输。随着石油钻井深度的不断增加，已从原来的5千米～6千米深度增加到1万米以上，相应的井下工具所处环境温度和压力也增加到400℉～500℉，25000psi～30000psi。上述电子元件通常为常压下工作，因此必须使用高温高压密封电连接器将上述井下环境的高压与常压有效隔开。此外，还需要从密封的井下环境引线到地面，以提供对井下环境参数的控制和监视，这也需要高温高压密封电连接器。
从上世纪60年代开始，上述高温高压电连接器普遍都使用玻璃-金属封接和陶瓷-金属封接的气密封连接器。但该类连接器存在很多缺点，如零部件加工精度要求高，增加了产品的制造成本；材料热膨胀系数必须匹配，如不匹配则会造成连接器的失效从而导致井下工具出现故障；连接器可靠性低于预期，当陶瓷或玻璃有很小的气孔或缺陷也会造成灾难性的后果。
为了避免传统玻璃-金属或陶瓷-金属密封连接器的上述问题，国外厂家开发了一类采用塑料绝缘体外壳替代金属外壳的注塑类高温高压密封电连接器，即通过在金属导体周围注塑高性能热塑性材料，然后再进行机加得到最终的产品，详见美国专利US5203723和US2003/0032339A1。国内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连接器，见实用新型专利CN201008041Y。
如前所述，随着井深的增加，尤其在400℉，25000psi，甚至500℉，30000psi的高温高压环境下，上述注塑类高温高压密封电连接器中涉及的承压塑料部分或者直接发生一定程度的软化变形，或者高温高压液体使塑料产生沿通道的蠕变，从而造成产品接触件与金属外壳之间短路或密封性下降等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器，利用金属材料制成的法兰和强度较高的绝缘体提高承压能力，引入了金属法兰和绝缘体套筒的承压结构，满足了产品更高温度和更高压力的环境需求，达到甚至超过400℉和25000psi，从而提高了连接器工作的可靠性。
为了达到该目的，所述的密封穿墙电连接器插头采用如下两种技术方案：
其中一个方案为：
一种防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器，包含可传输电流的导体插针(11)、绝缘体套筒(14)、金属法兰(13)，所述的导体插针(11)穿过绝缘体套筒(14)的内部通道，绝缘体套筒(14)再穿过金属法兰(13)的内部通道，通过模塑方式将塑料绝缘体(12)注塑结合导体插针(11)、金属法兰(13)以及绝缘体套筒(14)为一体，其特征在于：所述的绝缘体套筒(14)的外表面为锥形的第一锥面(142)，所述的金属法兰(13)的内部通道为锥形的第二锥面(132)，第一锥面(142)和第二锥面(132)的前端为大端且两者相匹配；所述的绝缘体套筒(14)采用氧化铝或氧化锆陶瓷材料；所述的塑料绝缘体(12)被隔离在金属法兰(13)和绝缘体套筒(14)的两端。
优选地，所述的导体插针(11)上设置有沟槽(111)和插针台阶(112)，插针台阶(112)与绝缘体套筒(14)的左端面(145)紧靠在一起。
优选地，所述的绝缘体套筒(14)向前延伸有直身(141)，直身(141)为小直径的圆柱体，所述的绝缘体套筒(14)的第一锥面(142)所包围的锥形部分具有截面的直径大于前述圆柱体直径的锥形结构。
优选地，金属法兰(13)的前端增加前嵌入结构(135)，后端增加后嵌入结构(136)，并加工有圆周沟槽，所述的前嵌入结构(135)所包围的塑料绝缘体(12)的部分,即咬合部(115)设置成高压方向为小端的锥面结构。
优选地，金属法兰(13)的前端增加前嵌入结构(135)，后端增加用于与隔离壁螺纹孔旋合的螺纹部(137)，所述的前嵌入结构(135)所包围的塑料绝缘体(12)的部分,即咬合部(115)设置成高压方向为小端的锥面结构；所述的绝缘体套筒(14)向后延伸有小直径的圆柱体(143)。
优选地，所述的绝缘体套筒(14)的内部通道与导体插针(11)之间为设置为锥面配合结构，即导体插针(11)设置有第三锥面(114)，绝缘体套筒(14)的内部通道设置有第四锥面(144)，第三锥面(114)和第四锥面(144)的前端为大端且两者相匹配。
另一个方案为：
一种防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器，包含可传输电流的导体插针(11)、绝缘体套筒(14)、金属法兰(13)，所述的导体插针(11)穿过绝缘体套筒(14)的内部通道，绝缘体套筒(14)再穿过金属法兰(13)的内部通道，通过模塑方式将塑料绝缘体(12)注塑结合导体插针(11)、金属法兰(13)以及绝缘体套筒(14)为一体，所述的绝缘体套筒(14)的外表面为锥形的第一锥面(142)，所述的金属法兰(13)的内部通道为锥形的第二锥面(132)，第一锥面(142)和第二锥面(132)的前端为大端且两者相匹配；所述的绝缘体套筒(14)向前延伸有直身(141)，直身(141)为小直径的圆柱体，所述的绝缘体套筒(14)的第一锥面(142)所包围的锥形部分具有截面的直径大于前述圆柱体直径的锥形结构；金属法兰(13)的前端增加前嵌入结构(135)，后端增加用于与隔离壁螺纹孔旋合的螺纹部(137)，所述的前嵌入结构(135)所包围的塑料绝缘体(12)的部分,即咬合部(115)设置成高压方向为小端的锥面结构；所述的绝缘体套筒(14)向后延伸有小直径的圆柱体(143)。
对比现有的注塑密封电连接器技术，由于金属法兰(13)与绝缘体套筒(14)之间的锥面配合结构以及导体插针(11)的插针台阶(112)与绝缘体套筒(14)的左端面(145)的紧密配合结构均可有效消除高温高压下塑料的软化后的流动，从而在选择同样的塑料绝缘体材料以及金属法兰材料的情况下，提高了产品的高温高压密封性能。而且，传统的绝缘体套筒(14)与金属法兰(13)之间不是锥面配合结构，通常需要将绝缘体套筒(14)表面金属化后再与金属法兰(13)进行焊接连接以相互固定，存在绝缘体套筒(14)内部受力不均，有拉应力的产生导致陶瓷类的绝缘体套筒(14)容易在高温高压的环境中碎裂的问题，影响电连接器的电气和密封性能。
附图说明
图1所示为根据本发明的实施例一的密封电连接器结构剖视图
图2所示为根据本发明的实施例一的密封电连接器局部放大图
图3所示为根据本发明的实施例二的密封电连接器结构剖视图
图4所示为根据本发明的实施例二的密封电连接器局部放大图
图5所示为根据本发明的实施例三的密封电连接器的剖视图。
图6所示为根据本发明的实施例四的密封电连接器的剖视图。
图7所示为根据本发明的实施例四的密封电连接器的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明所述的防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器做进一步的详细说明：
相比传统的玻璃烧结类高温高压连接器，一般注塑类连接器通过采用直接注塑，将塑料、接触件以及金属法兰等结合在一起，从而避免了玻璃烧结产品的成本高以及材料膨胀系数必须匹配等问题。但在压力和温度超过25000psi和204℃后该类产品可能出现塑料软化或流动等问题，如国内的专利结构CN201008041Y即存在上述问题。为了消除上述问题，提高产品的高温高压性能，本专利提出了一种在导体插针与金属法兰之间采用一种特殊的绝缘套筒的构思。
图1和图2所示分别为根据本发明的实施例一的电连接器的剖视图以及局部放大图。图中所示，所述的高温高压密封电连接器，包含可传输电流的导体插针11、绝缘体套筒14、金属法兰13，所述的导体插针11穿过绝缘体套筒14的内部通道，绝缘体套筒14再穿过金属法兰13的内部通道，通过注塑、压塑、挤出等模塑方式将塑料绝缘体12注塑结合导体插针11、金属法兰13以及绝缘体套筒14为一体，所述的绝缘体套筒14的外表面为锥形的第一锥面142，所述的金属法兰13的内部通道为锥形的第二锥面132，第一锥面142和第二锥面132的前端(图1中所示的左端，也为高压一端)为大端且两者相匹配，即两个圆锥面紧密贴合，实现无缝连接。
塑料绝缘体12具有一般高温高压连接器常见的典型结构，如方便对接的锥面结构121，方便对接紧密配合的突起结构122，以及方便安装旋紧的典型六角结构123，还可以有便于安装的螺纹结构124。同时，该塑料绝缘体12上的环形槽内放置有密封圈15。内部密封通过塑料注塑将塑料绝缘体与导体插针注塑为一体来实现；外部密封则使用常见的密封圈15的压缩变形来实现。该密封圈15由弹性材料制成，通常为耐高温的氟橡胶。
金属材料的金属法兰13的右端面134与连接器所要安装到的隔离壁相接触；金属法兰两端与塑料绝缘体12之间的结合部分，可采用沟槽结构，如左沟槽131和右沟槽133以增强两者的结合力，还可采用扁身结构或其他适用的防滑结构以提高产品的抗扭转能力。
绝缘体套筒14外部具有的第一锥面142，与金属法兰13的第二锥面132相匹配，具体形状为高压方向设置为大端，从而形成紧密的锥面配合结构，可以达到防止塑料绝缘体12发生软化后从连接器的高压方向流到连接器的低压方向，即连接器的前端流到后端。上述绝缘体套筒14可选用国内常用的抗压强度较高的氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷材料。
导体插针11穿过所述的绝缘体套筒14的内部通道，并伸出于塑料绝缘体12的两端。导体插针11上设置有一系列沟槽111，包括加工成螺纹对应的沟槽，用以增加与塑料绝缘体12的压力结合面，达到增强密封和承压的效果。并且，导体插针11的插针台阶112与绝缘体套筒14的左端面145紧靠在一起。
金属法兰13与绝缘体套筒14之间的锥面配合结构以及导体插针11的插针台阶112与绝缘体套筒14的左端面145的紧密配合结构均可有效消除高温高压下塑料的软化后的流动，从而在选择同样的塑料绝缘体材料以及金属法兰材料的情况下，提高了产品的高温高压密封性能。而且，传统的绝缘体套筒14与金属法兰13之间不是锥面配合结构，通常需要将绝缘体套筒14表面金属化后再与金属法兰13进行焊接连接以相互固定，存在绝缘体套筒14内部受力不均，有拉应力的产生导致陶瓷类的绝缘体套筒14容易在高温高压的环境中碎裂的问题，影响电连接器的电气和密封性能。
图3和图4所示分别为根据本发明的实施例二的密封电连接器的剖视图以及局部放大图。两图中所示的连接器与图1和图2中所示的高温高压密封电连接器基本结构相同，也包括导体插针11、塑料绝缘体12、金属法兰13和绝缘体套筒14。其中导体插针11包含有沟槽111，以及插针台阶112；塑料绝缘体12采用注塑、压塑、挤出等模塑方式将上述零部件整体密封咬合在一起，其上具有锥面结构121、突起结构122、旋紧结构123和螺纹结构124，并包括外部密封圈15。同样，如图4中所示的第一锥面142，该第一锥面142与其匹配的第二锥面132相配合实现压力密封，防止在高温下软化的塑料绝缘体12向低压区流动。所不同的是：所述的绝缘体套筒14向前延伸有直身141，直身141为小直径的圆柱体，所述的绝缘体套筒14的第一锥面142所包围的锥形部分具有截面的直径大于前述圆柱体直径的锥形结构。由于绝缘体套筒14有直身141的设置，增加了导体插针11的插针台阶112与金属法兰13之间的爬电距离，同时在此处需要所述的绝缘体套筒14的第一锥面142所包围的锥形部分具有截面的直径大于前述圆柱体直径的锥形结构。在该实施例中，金属法兰13的改变较为明显，即前端增加前嵌入结构135，后端增加后嵌入结构136，并加工有圆周沟槽，以进一步增加各构成元素之间结合与抗扭性能，同时前嵌入结构135所包围的塑料绝缘体12的部分,即咬合部115设置成高压方向为小端的锥面结构，以增强高温下塑料绝缘体12与导体插针11和金属法兰13的密封性能，这是因为，左端嵌入结构135和塑料绝缘体12相咬合的部分即咬合部115，在温度升高后，将会膨胀并挤压绝缘体套筒14使得上述的第一锥面142与第二锥面132紧密配合，实现连接器的密封和防软化流动的性能。
图5所示为根据本发明的实施例三的密封电连接器的剖视图。图中所示的高温高压密封电连接器与实施例二的连接器基本结构相同。金属法兰13的前端同样设有前嵌入结构135，前嵌入结构135所包围的塑料绝缘体12的部分,即咬合部115同样设置成高压方向为小端的锥面结构；所不同的是：所述的绝缘体套筒14向后延伸有小直径的圆柱体143，而且金属法兰13的后端设置用于与隔离壁螺纹孔旋合的螺纹部137，而不是后嵌入结构136。这样，即使在高温高压下，塑料绝缘体12变成了完全的流体状态，金属法兰13前端的塑料绝缘体12也会被限制在既定的范围，而金属法兰13的后端没有塑料绝缘体，更有利于连接器保持其密封性能和基本的电气性能。
图6和图7所示分别为根据本发明的实施例四的密封电连接器的剖视图以及局部放大图。两图中所示的连接器与图1和图2中所示的高温高压密封电连接器基本结构相同，所不同的是绝缘体套筒14的内部通道与导体插针11之间为设置为锥面配合结构，即导体插针11设置有第三锥面114，绝缘体套筒14的内部通道设置有第四锥面144，第三锥面114和第四锥面144的前端(图6中所示的左端，也为高压一端)为大端且两者相匹配，即两个圆锥面紧密贴合，实现无缝连接。导体插针11上不需要设置插针台阶112以与绝缘体套筒14的左端面145紧靠在一起。
Claims (7)
1.一种防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器，包含可传输电流的导体插针(11)、绝缘体套筒(14)、金属法兰(13)，所述的导体插针(11)穿过绝缘体套筒(14)的内部通道，绝缘体套筒(14)再穿过金属法兰(13)的内部通道，通过模塑方式将塑料绝缘体(12)注塑结合导体插针(11)、金属法兰(13)以及绝缘体套筒(14)为一体，其特征在于：所述的绝缘体套筒(14)的外表面为锥形的第一锥面(142)，所述的金属法兰(13)的内部通道为锥形的第二锥面(132)，第一锥面(142)和第二锥面(132)的前端为大端且两者相匹配；所述的绝缘体套筒(14)采用氧化铝或氧化锆陶瓷材料；所述的塑料绝缘体(12)被隔离在金属法兰(13)和绝缘体套筒(14)的两端。
2.根据权利要求1所述的密封电连接器，其特征在于：所述的导体插针(11)上设置有沟槽(111)和插针台阶(112)，插针台阶(112)与绝缘体套筒(14)的左端面(145)紧靠在一起。
3.根据权利要求1和2任一所述的密封电连接器，其特征在于：所述的绝缘体套筒(14)向前延伸有直身(141)，直身(141)为小直径的圆柱体，所述的绝缘体套筒(14)的第一锥面(142)所包围的锥形部分具有截面的直径大于前述圆柱体直径的锥形结构。
4.根据权利要求3所述的密封电连接器，其特征在于：金属法兰(13)的前端增加前嵌入结构(135)，后端增加后嵌入结构(136)，并加工有圆周沟槽，所述的前嵌入结构(135)所包围的塑料绝缘体(12)的部分,即咬合部(115)设置成高压方向为小端的锥面结构。
5.根据权利要求3所述的密封电连接器，其特征在于：金属法兰(13)的前端增加前嵌入结构(135)，后端增加用于与隔离壁螺纹孔旋合的螺纹部(137)，所述的前嵌入结构(135)所包围的塑料绝缘体(12)的部分,即咬合部(115)设置成高压方向为小端的锥面结构；所述的绝缘体套筒(14)向后延伸有小直径的圆柱体(143)。
6.根据权利要求1所述的密封电连接器，其特征在于：所述的绝缘体套筒(14)的内部通道与导体插针(11)之间为设置为锥面配合结构，即导体插针(11)设置有第三锥面(114)，绝缘体套筒(14)的内部通道设置有第四锥面(144)，第三锥面(114)和第四锥面(144)的前端为大端且两者相匹配。
7.一种防塑料软化后流动的高温高压密封电连接器，包含可传输电流的导体插针(11)、绝缘体套筒(14)、金属法兰(13)，所述的导体插针(11)穿过绝缘体套筒(14)的内部通道，绝缘体套筒(14)再穿过金属法兰(13)的内部通道，通过模塑方式将塑料绝缘体(12)注塑结合导体插针(11)、金属法兰(13)以及绝缘体套筒(14)为一体，其特征在于：所述的绝缘体套筒(14)的外表面为锥形的第一锥面(142)，所述的金属法兰(13)的内部通道为锥形的第二锥面(132)，第一锥面(142)和第二锥面(132)的前端为大端且两者相匹配；所述的绝缘体套筒(14)向前延伸有直身(141)，直身(141)为小直径的圆柱体，所述的绝缘体套筒(14)的第一锥面(142)所包围的锥形部分具有截面的直径大于前述圆柱体直径的锥形结构；金属法兰(13)的前端增加前嵌入结构(135)，后端增加用于与隔离壁螺纹孔旋合的螺纹部(137)，所述的前嵌入结构(135)所包围的塑料绝缘体(12)的部分,即咬合部(115)设置成高压方向为小端的锥面结构；所述的绝缘体套筒(14)向后延伸有小直径的圆柱体(143)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 215000 Suzhou high tech Zone, Jiangsu, No. 268 Songshan Road Applicant after: Suzhou Huazhan Space Appliances Co., Ltd. Address before: 215000 Songshan Road, Suzhou hi tech Industrial Development Zone, Jiangsu, Suzhou 268 Applicant before: Suzhou Huazhan Space Appliances Co., Ltd. |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |