CN107528161B - 一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，该电缆连接器包括公头和母头；公头包括公头壳体、压力平衡筒、导电筒、弹簧、插针、插针盖、密封装置和第一电缆，公头壳体的外腔内充满油液，插针盖上开设有第一通孔，导电筒和公头壳体内腔侧壁上开设有第二通孔，公头壳体内腔底部开设有液压通道，公头壳体顶部设置有定位销和若干凹槽；母头包括母头外壳、导电体、梭针、梭针盖、密封装置和第二电缆，母头外壳底部开设有定位槽，梭针盖下部设置有自锁扣环，梭针盖上部设置有自锁卡块，母头外壳内壁设置有限位槽，本发明可广泛用于深水工况领域中。

Description

一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器
技术领域
本发明涉及一种电缆连接器，特别是关于一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器。
背景技术
水下电缆连接器是一种暴露于苛刻外部环境如海水、油液等，用于连接电缆和水下用电设备的水下可插拔连接装置，与采油树、脐带缆等重要部件均有直接联系。水下电缆连接器作为信号和动力传输的节点，不仅要实现电信号和电能的传输，同时需要起到机械连接的作用，水下电缆连接器配合水下机器人在任意深度的海洋环境下便捷、安全、可靠使用，是现今各国都在努力研究的一个关键技术。电缆连接器内部是电缆设备，在水下工作时，电缆连接器要进行插拔运动，其各种结构和关键技术的合理设计能保证连接器内部的电器正常运行。
目前，中国水下生产系统中使用的整套电缆连接器装备均是从国外进口，其价格昂贵，维修困难，严重制约中国海洋工程技术的发展，中国国内对电缆连接器的研究基本都处于理论部分，除苏州优杰、中航光电科技等极少数公司在尝试进行设计制造，同时，中国国内一些公司也申请了相应水下电连接器专利，但是现有设计只是满足了水下连接器基本的插拔，不能适用超深水工况，对中和自锁结构过于复杂，且密封结构仅采用简单的密封件，不能从根本上提高密封效果。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高密封效果且适用于超深水工况的具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，该电缆连接器包括公头和母头；所述公头包括顶部开口的环形筒状公头壳体、压力平衡筒和第一电缆，所述公头壳体的外腔底部固定设置若干导电筒，每一所述导电筒内均通过一弹簧活动顶设一插针，且每一所述弹簧的底端固定设置在所述导电筒底部，所述第一电缆穿过所述公头壳体连接所述导电筒；所述公头壳体上部纵向间隔设置有一个以上的插针盖，且所述插针盖上开设有用于穿设所述导电筒的第一通孔，每一所述导电筒与相应所述第一通孔之间均设置有密封装置；所述公头壳体的外腔内充满油液，每一所述导电筒和所述公头壳体的内腔侧壁上均开设有第二通孔，所述公头壳体的内腔底部开设有液压通道，所述公头壳体顶部设置有定位销和若干凹槽；所述母头包括与所述公头壳体相匹配且底部开口的筒状母头外壳和第二电缆，所述母头外壳底部开设有与所述定位销对应的定位槽，所述母头外壳顶部内侧固定设置与所述导电筒对应的导电体，每一所述导电体底部均固定连接一梭针，整个所述导电体和梭针上活动插设一梭针盖，所述梭针盖下部设置有与所述凹槽对应的自锁扣环，所述梭针盖上部设置有自锁卡块，每一所述导电体与梭针盖接触处均设置有密封装置，所述母头外壳内壁设置有与所述自锁卡块对应的限位槽，所述第二电缆穿过所述母头外壳连接所述导电体。
进一步，所述公头壳体上部纵向间隔设置有两个所述插针盖，两所述插针盖之间设置有分子筛。
进一步，所述压力平衡筒上设置有波纹管膨胀节。
进一步，每一所述密封装置均采用唇形密封。
进一步，所述公头壳体顶部外侧和所述母头外壳底部内侧采用匹配设置的阶梯状锥面结构。
进一步，所述限位槽包括第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽设置在所述母头外壳的内壁下部，所述第二限位槽设置在所述母头外壳的内壁上部，每一所述自锁卡块的底部和顶部外侧均为呈45°的锥面结构，所述第一限位槽的顶部和外侧壁之间以及所述第二限位槽的底部和外侧壁之间均呈与所述自锁卡块相匹配的45°，所述第二限位槽的顶部和外侧壁之间呈90°。
进一步，每一所述导电体均采用倒T型结构，每一所述导电体的倒T型竖直段外侧均围设有绝缘外壳。
进一步，所述母头外壳内嵌设有挡板，所述挡板位于所述第二限位槽顶部且贯穿所述绝缘外壳。
进一步，所述公头壳体的外腔底部固定连接若干套筒，每一所述导电筒均固定设置在相应所述套筒内，每一所述套筒上均开设有第二通孔，每一所述套筒顶部均开设有插针孔，所述公头壳体的上部和下部均嵌设有贯穿所述套筒的固定板。
进一步，所述自锁扣环采用C型环。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过设置在公头壳体顶部的定位销和设置在母头外壳底部的定位槽使ROV能够推动公头精准插入母头腔体内，进而使每一导电筒和相应导电体精准对齐，实现公头和母头的初对中。2、本发明采用多唇形密封结构和分子筛，实现对公头壳体和母头外壳腔内元件的双重密封，保证电缆连接器在深水工况下良好的密封性能，进而保护腔内电器元件。3、本发明采用设置有波纹管膨胀节的压力平衡筒来隔绝外部海水及内部油液，由于波纹管的可伸缩性，内部油液压力会被调整到与外部海水压力相等，实现压力平衡，为电缆连接器的超深水下插拔提供前提条件。4、本发明的公头壳体内设置有凹槽，母头外壳内设置有第一限位槽和第二限位槽，梭针盖上设置有自锁扣环和自锁卡块，通过凹槽与自锁扣环的锁定/或脱离以及第一限位槽和第二限位槽与自锁卡块的锁定/或脱离，在ROV的作用下实现公头和母头的插进/或拔出，可以广泛应用于深水工况领域中。
附图说明
图1是本发明的外部结构示意图；
图2是图1的剖面示意图；
图3是图2的局部放大图；
图4是图2的右视图；
图5是本发明公头的截面示意图；
图6是本发明母头的截面示意图；
图7是本发明套筒的结构示意图；
图8是图7的剖面示意图；
图9是本发明的工作过程示意图，其中，图9(a)是本发明公头和母头初对中时的工作过程示意图，图9(b)是本发明公头和梭针盖形成运动整体件时的工作过程示意图，图9(c)是本发明第一电缆和第二电缆连通通电时的工作过程示意图，图9(d)是本发明插进过程结束时的工作过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1～6所示，本发明提供的具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器包括公头1和母头2，其中，公头1包括公头壳体10、压力平衡筒11、导电筒12、插针13、弹簧14、第一插针盖15、第二插针盖16、第一密封装置17和第一电缆18，母头2包括母头外壳20、导电体21、梭针22、梭针盖23、第二密封装置24和第二电缆25。
公头壳体10采用顶部开口的环形筒状结构，公头壳体10底部固定连接压力平衡筒11，压力平衡筒11上设置有波纹管膨胀节110，公头壳体10的外腔底部间隔设置四个导电筒12，每一导电筒12内均活动插设一插针13，每一导电筒12底部和插针13之间均设置有一弹簧14，且每一弹簧14的底端固定设置在导电筒12底部，第一电缆18穿过公头壳体10下部连接导电筒12；公头壳体10上部纵向间隔设置第一插针盖15和第二插针盖16，第一插针盖15和第二插针盖16上均开设有用于穿设插针13的四个第一通孔，每一插针13与相应第一通孔之间均设置有第一密封装置17；第一插针盖15与第二插针盖16以及第二插针盖16与公头壳体10底部之间的空腔内均充满油液，每一导电筒12和公头壳体10的内腔100侧壁上均开设有用于油液流通的第二通孔120，公头壳体10的内腔100底部开设有液压通道101；公头壳体10顶部固定设置定位销102，公头壳体10顶部两侧分别开设有凹槽。
母头外壳20采用与公头壳体10相匹配的底部开口的筒状结构，母头外壳20底部开设有与定位销102对应的定位槽200，母头外壳20顶部内侧固定连接与导电筒12对应的四个导电体21顶部，每一导电体21底部均固定连接一梭针22，整个导电体21和梭针22上活动插设一呈倒阶梯状的梭针盖23，梭针盖23下部两侧设置有与凹槽对应的自锁扣环230，梭针盖23上部两侧设置有自锁卡块231，梭针盖23上开设有用于穿设导电体21和梭针22的四个第三通孔，每一导电体21与相应第三通孔之间均设置有第二密封装置24；母头外壳20内壁下部设置有与自锁卡块231对应的第一限位槽201，母头外壳20内壁上部设置有与自锁卡块231对应的第二限位槽202，第二电缆25穿过母头外壳20顶部连接导电体21。
如图7、图8所示，公头壳体10的外腔底部固定连接若干套筒103，每一导电筒12均固定设置在一套筒103内，每一套筒103上均开设有与相应导电筒12对应的第二通孔120，每一套筒103顶部均开设有用于穿设插针13的插针孔104。
在一个优选的实施例中，公头壳体10的上部和下部均嵌设有贯穿套筒103的固定板105。
在一个优选的实施例中，公头壳体10顶部外侧和母头外壳20底部内侧采用匹配设置的阶梯状锥面结构106。
在一个优选的实施例中，压力平衡筒11底部设置有手柄111。
在一个优选的实施例中，位于第一插针盖15和第二插针盖16之间的空腔内设置有分子筛19，用于吸收海水对油液进行净化，起到间接密封作用。
在一个优选的实施例中，每一第一密封装置17和第二密封装置24均可以采用唇形密封。
在一个优选的实施例中，每一自锁卡块231的底部和顶部外侧均为呈45°的锥面结构。
在一个优选的实施例中，第一限位槽201的顶部和外侧壁之间以及第二限位槽202的底部和外侧壁之间均呈与自锁卡块231相匹配的45°，第二限位槽202的顶部和外侧壁之间呈90°。
在一个优选的实施例中，每一导电体21均采用倒T型结构，每一导电体21的倒T型竖直段外侧均围设有绝缘外壳26。
在一个优选的实施例中，母头外壳20内嵌设有挡板27，挡板27位于第二限位槽202顶部且贯穿绝缘外壳26。
在一个优选的实施例中，自锁扣环230可以采用C型环。
如图9所示，下面通过具体实施例详细说明本发明具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器的使用过程：
1)如图9(a)所示，水下机器人ROV通过旋转公头1使公头1上的定位销102刚好能进入定位槽200内，当定位销102和定位槽200的位置对应时，插针13和梭针22的位置以及自锁卡块231与第一限位槽201的位置便实现对应。
2)如图9(b)所示当ROV继续推动公头1向母头2顶部运动且ROV的推力小于自锁卡块231的自锁力时，每一自锁扣环230张开进入相应公头壳体10的凹槽内，使公头1与梭针盖23锁定形成一个运动整体件，每一插针13和梭针22开始对应接触，自锁卡块231的轴向受梭针盖23约束，径向可以伸缩，因此当自锁卡块231与第一限位槽201在同一个轴向位置时，自锁卡块231进入第一限位槽201内，梭针盖23被锁住无法移动，由于梭针22是固定的，插针13在梭针22的反作用力下向导电筒12内缩进，并开始挤压弹簧14，弹簧14储备弹性势能，且导电筒12内体积减小，油液从第二通孔120进入公头壳体10的内腔100，通过液压通道101作用到压力平衡筒11上使波纹管膨胀节110开始膨胀，起到平衡四个导电筒12内压强的作用。
3)如图9(c)所示，当ROV继续推动公头1向母头2顶部运动且ROV的推力大于自锁卡块231的自锁力而小于自锁扣环230的自锁力时，自锁卡块231脱离第一限位槽201继续向母头2顶部运动，当导电体21接触到导电筒12的内壁时，第一电缆18和第二电缆25连通通电。
4)如图9(d)所示，ROV继续推动公头1向母头2顶部运动，当梭针盖23与公头1形成的运动整体件移动到第二限位槽202时，自锁卡块231进入第二限位槽202内，由于第二限位槽202的结构使运动整体件被锁定，无法继续向母头2顶部运动，完成公头1和母头2的插进过程。
5)公头1和母头2的拔出过程即将ROV的作用力变向，开始将公头1向母头2底部拉动，且ROV的拉力先大于自锁卡块231的自锁力，自锁卡块231脱离第一限位槽201后再大于自锁扣环230的自锁力，插针13在弹簧14的弹力作用下被推出导电筒12内，回到初始位置，第一电缆18和第二电缆25断开连接，在ROV的拉力和弹簧14的弹力作用下自锁扣环230脱离凹槽，使公头1与梭针盖23断开并移出母头2内，完成公头1和母头2的拔出过程。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，该电缆连接器包括公头和母头；
所述公头包括顶部开口的环形筒状公头壳体、压力平衡筒和第一电缆，所述公头壳体的外腔底部固定设置若干导电筒，每一所述导电筒内均通过一弹簧活动顶设一插针，且每一所述弹簧的底端固定设置在所述导电筒底部，所述第一电缆穿过所述公头壳体连接所述导电筒；所述公头壳体上部纵向间隔设置有一个以上的插针盖，且所述插针盖上开设有用于穿设所述插针的第一通孔，每一所述插针与相应所述第一通孔之间均设置有密封装置；所述公头壳体的外腔内充满油液，每一所述导电筒和所述公头壳体的内腔侧壁上均开设有第二通孔，所述公头壳体的内腔底部开设有液压通道，所述公头壳体顶部设置有定位销和若干凹槽；
所述母头包括与所述公头壳体相匹配且底部开口的筒状母头外壳和第二电缆，所述母头外壳底部开设有与所述定位销对应的定位槽，所述母头外壳顶部内侧固定设置与所述导电筒对应的导电体，每一所述导电体底部均固定连接一梭针，整个所述导电体和梭针上活动插设一梭针盖，所述梭针盖下部设置有与所述凹槽对应的自锁扣环，所述梭针盖上部设置有自锁卡块，每一所述导电体与梭针盖接触处均设置有密封装置，所述母头外壳内壁设置有与所述自锁卡块对应的限位槽，所述第二电缆穿过所述母头外壳连接所述导电体；
所述压力平衡筒上设置有波纹管膨胀节；所述压力平衡筒与所述液压通道相连接。
2.如权利要求1所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，所述公头壳体上部纵向间隔设置有两个所述插针盖，两所述插针盖之间设置有分子筛。
3.如权利要求1所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，每一所述密封装置均采用唇形密封。
4.如权利要求1所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，所述公头壳体顶部外侧和所述母头外壳底部内侧采用匹配设置的阶梯状锥面结构。
5.如权利要求1所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，所述限位槽包括第一限位槽和第二限位槽，所述第一限位槽设置在所述母头外壳的内壁下部，所述第二限位槽设置在所述母头外壳的内壁上部，每一所述自锁卡块的底部和顶部外侧均为呈45°的锥面结构，所述第一限位槽的顶部和外侧壁之间以及所述第二限位槽的底部和外侧壁之间均呈与所述自锁卡块相匹配的45°，所述第二限位槽的顶部和外侧壁之间呈90°。
6.如权利要求5所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，每一所述导电体均采用倒T型结构，每一所述导电体的倒T型竖直段外侧均围设有绝缘外壳。
7.如权利要求6所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，所述母头外壳内嵌设有挡板，所述挡板位于所述第二限位槽顶部且贯穿所述绝缘外壳。
8.如权利要求1至5任一项所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，所述公头壳体的外腔底部固定连接若干套筒，每一所述导电筒均固定设置在相应所述套筒内，每一所述套筒上均开设有第二通孔，每一所述套筒顶部均开设有插针孔，所述公头壳体的上部和下部均嵌设有贯穿所述套筒的固定板。
9.如权利要求1至5任一项所述的一种具备压力补偿功能的超深水插拔电缆连接器，其特征在于，所述自锁扣环采用C型环。
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