CN109038125B - 移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器 - Google Patents

移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，包括插头部分和与之配合使用的插座部分；插头部分的主体为插头内腔，插头内腔的后部设置后端腹板并形成插头尾腔；插头内腔和插头尾腔中间贯穿设置插头光电插芯；插头内腔内充满绝缘油；插头内腔内部设置楔形的第一推杆，插头内腔前部设置前端腹板和中间支撑板，前端腹板和中间支撑板之间形成的空间设置第一上下移动件，中间开有通孔，通过移动件的运动来开启和闭合插芯连接的通路；插座部分与插头部分采用类似的结构形成接插通路；同时，插头部分和插座部分均设置压力平衡装置；本发明集成了光信号和电力传输，充分考虑了内外压力平衡，能够保证深水环境的可靠连接。

Description

移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器
技术领域
本发明涉及适用于水下环境的光纤连接器和电连接器设计与应用技术领域，尤其涉及移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器。
背景技术
随着人们对海洋环境探索的不断深入，海洋石油天然气开发，海洋探测，水下攻防作战系统等不断向深海领域发展。在这些领域需要大量的水下作业，不同工作模块之间需要通过连接器进行电力和信号的传输。并且，随着工作水深的加大，对连接器的性能要求相应也越来越高，亟需一种可以适应深海高压强、高腐蚀环境，且可以实现多次水下湿插拔操作的连接器。现有技术中的海洋油气生产、水下施工机械、深海科学研究、作业器械所使用的深海水密连接器，在深海作业中的安全性、稳定性、可靠性参差不齐。因此，本领域技术人员亟需开发一种密封可靠、操作简单、插拔力小、工况适应性强的光电复合湿插拔连接器，能够简化光电连接器插拔过程动作，提高连接器可靠性。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，以解决水下设备之间电力和光信号的传输，而且通过压力平衡和良好的绝缘密封设计，使连接器的工作领域能够到达深海。
技术方案：移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，包括插头部分和与之配合使用的插座部分；
插头部分的主体为插头内腔，插头内腔内部设置具有楔形头部的第一推杆，插头内腔前部设置前端腹板和中间支撑板，前端腹板和中间支撑板之间形成的空间设置第一上下移动件，第一上下移动件上端设置第一移动件弹簧，中间开有通孔，第一上下移动件的中部开有圆柱形槽，内部设置锥形的第一排水件和第一排水件弹簧；插头内腔的后部设置后端腹板并形成插头尾腔；插头内腔和插头尾腔中间贯穿设置插头光电插芯；插头内腔内充满绝缘油；
插座部分的主体为插座内腔；插座内腔内部设置楔形的第二推杆，第二推杆后端设置推杆弹簧；所述插座内腔由插座外壳形成，前部设置前腹板和中支撑板；前腹板和中支撑板之间形成的空间设置第二上下移动件；中支撑板后部设置贯穿于插座内腔的插座弹簧；第二上下移动件上端设置移动件弹簧，中间开有通孔，第二上下移动件的中部偏上部分开有圆柱形槽，内部设置锥形的第二排水件和第二排水件弹簧；插座内腔的后部设置后腹板并形成插座尾腔；插座内腔和插座尾腔中间贯穿设置插座光电插芯；
第一上下移动件和第二上下移动件分别在第一移动件弹簧和第二移动件弹簧以及第一推杆和第二推杆的作用下沿竖直方向运动；第一上下移动件和第二上下移动件中部均开有通孔，可使即将插合的光电插芯通过；第一上下移动件和第二上下移动件中上部设置柱状槽，内部分别设置第一排水件和第二排水件，在插头部分和插座部分未插合的状态下，第一排水件和第二排水件分别在后端第一排水件弹簧和第二排水件弹簧驱动下进入前端腹板和前腹板的中间锥形通孔中，避免通孔位置积水；
插头内腔由形状可变的弹性囊形成，充满绝缘油，插头内壳上设置第一进水孔，与外界海水环境联通；在插拔过程腔体体积变化时起到压力平衡的作用；
后腹板向插座内腔设置柱形且体积可变的液囊，上下分别向内开第二进水孔，液囊与第二进水孔相通，在插拔过程腔体体积变化时起到平衡腔体内外压力的作用；
插头外壳和插座外壳之间设置有导向装置；导向装置包括设置在插头外壳上上的导向槽和设置在插座外壳上的导向键；
光电插芯为电接触组件时，插座内电插芯内设有电接触弹簧与插头内的插芯触头形成可靠电接触；光电插芯为光接触组件时，插座内光插芯设有浮动弹簧，使两个光纤端面紧密贴合；
插头内壳与前端腹板、中间支撑板、后端腹板之间，以及插座外壳与前腹板、中支撑板、后腹板之间分别设置有成对、间隔分布的密封圈；
插头内壳上设置有带有弹性的卡爪，卡爪片上向内外凸设置卡合凸起；插座外壳上设置与卡爪配合的内凹槽。
在上下移动件与前端腹板、中间支撑板壁面之间设置密封圈，加强移动件运动过程中的动态密封。
插针的尾部电缆连接端与电缆线之间以及导电针的尾部与电缆线之间均采用橡胶硫化成型或者玻璃烧结方式实现密封相连。本技术方案中采用的橡胶硫化成型或者玻璃烧结方式均为现有技术中应用于本技术领域内的常规工艺方法，本发明对其不作详细说明。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明集成了电力传输和光信号传输。(2)充分考虑了压力平衡和防水密封结构，实现简单，功能可靠。(3)本发明的水下连接器，适应深海高压强、高腐蚀环境，具有设计新颖、结构简单、可靠、使用方便，并且耗能低等优点，可以实现水下带电多次插拔操作。(4)本发明具有较长的寿命，而且其插拔力不随外压的变化而变化。
附图说明
图1是插头部分三维造型剖视图；
图2是插头部分三维造型立体图；
图3是插座部分三维造型剖视图；
图4是插座部分三维造型立体图；
图5a～5b是插头部分端面向视图；
图6a～6b是插座部分端面向视图；
图7a～7e是插头和插座插合过程示意图。
具体实施方式
以下实施例中将插头朝向插座的一端称为插头前端，另一端称为插头后端；将插座朝向插头的一端称为插座前端，另一端称为插座后端。
如图1-7所示，本实施例的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，包括插头部分100以及与之配合的插座部分200；
插头部分100的主体为插头内腔113，插头内腔113内部设置楔形的第一推杆111，插头内腔113前部设置前端腹板102和中间支撑板103，前端腹板102和中间支撑板103之间形成的空间设置第一上下移动件105，第一上下移动件105上端设置第一移动件弹簧106，中间开有通孔，第一上下移动件105的中部偏上部分开有圆柱形槽，内部设置锥形的第一排水件108和第一排水件弹簧107；插头内腔113的后部设置后端腹板104并形成插头尾腔117；插头内腔113和插头尾腔117中间贯穿设置插头光电插芯110；插头内腔113内充满绝缘油；插头把手115可供水下遥控机器人握持。
插座部分200的主体为插座内腔202；插座尾腔203内部设置楔形的第二排水件弹簧208，第二推杆221后端设置推杆弹簧210；插座内腔202由插座外壳201形成，前部设置前腹板204和中支撑板207；前腹板204和中支撑板207之间形成的空间设置第二上下移动件205；中支撑板207后部设置贯穿于插座尾腔203的插座弹簧222；第二上下移动件205上端设置第二移动件弹簧206，中间开有通孔，第二上下移动件的中部偏上部分开有圆柱形槽，内部设置锥形的第二排水件209和中支撑板207；插座内腔202的后部设置后腹板212并形成插座尾腔203；插座内腔202和插座尾腔203中间贯穿设置插座光电插芯211；
本实施例中的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，插头内腔113由形状可变的弹性囊112形成，充满绝缘油，插头内壳101上设置第一进水孔116，与外界海水环境连通，在插拔过程腔体体积变化时起到压力平衡的作用；后腹板212向插座内腔202设置柱形且体积可变的液囊213，上下分别向内开第二进水孔214，液囊213与第二进水孔214相通，在插拔过程腔体体积变化时起到平衡腔体内外压力的作用。
弹性囊体积可变的特性充分保证了插接和分离过程中内外压力的平衡。在连接器插拔的过程中，插头内腔内部油压会发生变化，弹性囊内部为绝缘油液，外部为海水环境，通过弹性囊体积的变化可以保证插合腔的油压和外部海水环境始终相等，以适应深海高压环境的使用，并且有助于抑制泄漏现象的产生；同样地，液囊体积的变化能够保证插座内腔与外界海水环境的压力平衡。
本实施例中的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，插头外壳120和插座外壳201之间设置有导向装置；导向装置包括设置在插头外壳120上的导向槽119和设置在插座外壳201上的导向键215。
光电插芯为电接触组件时，插座内电插芯内设有电接触冠簧与插头内的插芯触头形成可靠电接触；光电插芯为光接触组件时，插座内光插芯设有浮动弹簧，使两个光纤端面紧密贴合；
插头内壳101与前端腹板102、中间支撑板103、后端腹板104之间，以及插座外壳201与前腹板204、中支撑板207、后腹板212之间分别设置有成对、间隔分布的密封圈；
本实施例中的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，设置有带有弹性的卡爪118；插座外壳201上设置与卡爪118配合的凹槽220；
上下移动件与前端腹板、中间支撑板壁面之间设置密封圈，加强上下移动件运动过程中的动态密封。
附图中所示的插头及插座部分为三芯结构，但在实际应用中，可以根据实际需求扩展为其他多芯结构。
本实施例的插针的尾部电缆连接端与电缆线之间以及导电针的尾部与电缆线之间均采用橡胶硫化成型或者玻璃烧结方式实现密封相连。本技术方案中采用的橡胶硫化成型或者玻璃烧结方式均为现有技术中应用于本技术领域内的常规工艺方法，本实施例对其不作详细说明。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
工作过程：如图7a～7d所示，本实施例中的插头部分与插座部分的插接与分离过程如下：
未插接时，插头部分100与插座部分200处于密封状态，以插头部分100为例：第一上下移动件105在顶部第一移动件弹簧106的驱动下处于最低点，此时第一上下移动件105中部的通孔位于前端腹板102和中间支撑板103的壁面之间，隔绝外界海水；同时，第一上下移动件105中部偏上的柱形槽处于和前端腹板通孔同轴心的位置，此时第一排水件108在第一排水件弹簧107的驱动下进入前端腹板通孔，保证通孔内无积存海水；结构相似的插座部分同理。
接插时，水下遥控机器人可握持插头把手115推动插头部分100；前端腹板102与前腹板204的端面先接触并挤压，排出插头与插座之间的水体，进一步相对运动时，前端腹板102与中间支撑板103同时压缩插头弹簧109向后移动，此时第一上下移动件105下部的斜面与第一推杆111的头部斜面相互作用，第一上下移动件105开始沿斜面上移，同时第一排水件108受力缩回柱形槽内；直到中间支撑板103到达插头内壳101内表面的台阶位置，第一上下移动件105到达最高点，其中间通孔与前端腹板102中间通孔达到同轴心的位置；另一方面，前腹板204和中支撑板207同时压缩插座弹簧222向后移动，此时第二上下移动件205下部的斜面与第二推杆221的头部斜面相互作用，第二上下移动件205开始沿斜面上移，同时第二排水件209受力缩回柱形槽内；直到第二上下移动件205达到最高位置，其中间通孔与前腹板204中间通孔达到同轴心的位置；此时光电插芯进行接插形成通路，当插头和插座进一步相对运动的时候，相互紧贴的前端腹板102和中支撑板板207进一步向插座后方移动，插座光电插芯211依次通过中支撑板207、前腹板204、前端腹板102以及中间支撑板103，与插头光电插芯110完成插合；
当插头和插座完成插合时，与插头内壳101固连的卡爪118头部到达插座外壳201的凹槽220位置，完成锁紧；此时当插头尾部线缆受到扰动或拉脱力时，插头与插座的连接不会受到影响；
分离时，插头外壳120与卡爪118的头部相互作用，此时卡爪头部118从凹槽220中被顶起，插头与插座开始分离；分离过程与接插过程相反，光电插芯的连接被断开，上下沿斜破面向下移动到达最底部，排水件在排水件弹簧回复力作用下分别进入前端腹板102和前腹板204的中间通孔中，插头和插座重新回到初始的密封结构。

Claims (7)

1.一种移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，包括插头部分(100)和与之配合使用的插座部分(200)；其特征在于：
所述插头部分(100)的主体为插头内腔(113)，所述插头内腔(113)内部设置楔形的第一推杆(111)，所述插头内腔(113)前部设置前端腹板(102)和中间支撑板(103)，所述前端腹板(102)和中间支撑板(103)之间形成的空间设置第一上下移动件(105)，所述第一上下移动件(105)上端设置第一移动件弹簧(106)，所述第一上下移动件(105)的中部开有槽，该槽内部设置锥形的第一排水件(108)和第一排水件弹簧(107)；所述插头内腔(113)的后部设置后端腹板(104)并形成插头尾腔(117)；插头内腔(113)和插头尾腔(117)中间贯穿设置插头光电插芯(110)；插头内腔(113)内充满绝缘油；
所述插座部分(200)的主体为插座内腔(202)；所述插座内腔(202)内部设置楔形的第二推杆(221)，所述第二推杆(221)后端设置推杆弹簧(210)；所述插座内腔(202)由插座外壳(201)形成，前部设置前腹板(204)和中支撑板(207)；所述前腹板(204)和中支撑板(207)之间形成的空间设置第二上下移动件(205)；所述中支撑板(207)后部设置贯穿于插座内腔(202)的插座弹簧(222)；所述第二上下移动件(205)上端设置第二移动件弹簧(206)，第二上下移动件(205)中间开有通孔，所述第二上下移动件的中部开有圆柱形槽，圆柱形槽内部设置锥形的第二排水件(209)和第二排水件弹簧(208)；所述插座内腔(202)的后部设置后腹板(212)并形成插座尾腔(203)；所述插座内腔(202)和插座尾腔(203)中间贯穿设置插座光电插芯(211)。
2.根据权利要求1所述的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，其特征在于：所述第一上下移动件(105)和第二上下移动件(205)分别在第一移动件弹簧(106)和第二移动件弹簧(206)以及第一推杆(111)和第二推杆(221)的作用下沿竖直方向运动；所述第一上下移动件(105)和第二上下移动件(205)中部均开有通孔，可使即将插合的光电插芯通过；所述第一上下移动件(105)和第二上下移动件(205)中部设置柱状槽，所述柱状槽内部分别设置第一排水件(108)和第二排水件(209)，在所述插头部分(100)和插座部分(200)未插合的状态下，第一排水件(108)和第二排水件(209)分别在后端第一排水件弹簧(107)和第二排水件弹簧(208)驱动下进入前端腹板(102)和前腹板(204)的中间锥形通孔中，避免通孔位置积水。
3.根据权利要求2所述的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，其特征在于：所述插头内腔(113)由形状可变的弹性囊(112)形成，充满绝缘油，插头内壳(101)上设置第一进水孔(116)，与外界海水环境连通；在插拔过程腔体体积变化时起到压力平衡的作用；
所述后腹板(212)向插座内腔(202)设置柱形且体积可变的液囊(213)，后腹板上下分别向内开第二进水孔(214)，所述液囊(213)与第二进水孔(214)相通，允许外界水体进入液囊(213)，在插拔过程中通过液囊(213)的涨缩引起插座内腔(202)腔体体积变化，从而起到平衡腔体内外压力的作用。
4.根据权利要求1至3任一项所述的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，其特征在于：所述插头外壳(120)和插座外壳(201)之间设置有导向装置；所述导向装置包括设置在插头外壳上(120)上的导向槽(119)和设置在插座外壳(201)上的导向键(215)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，其特征在于：所述光电插芯为电接触组件时，插座内电插芯内设有电接触弹簧与插头内的插芯触头形成可靠电接触；所述光电插芯为光接触组件时，插座内光插芯设有浮动弹簧，使两个光纤端面紧密贴合。
6.根据权利要求1至3任一项所述的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，其特征在于，所述插头内壳(101)与所述前端腹板(102)、中间支撑板(103)、后端腹板(104)之间，以及所述的插座外壳(201)与所述前腹板(204)、中支撑板(207)、后腹板(212)之间分别设置有成对、间隔分布的密封圈。
7.根据权利要求1至3任一项所述的移动开闭式光电复合水下湿插拔连接器，其特征在于：所述插头内壳(101)上设置有带有弹性的卡爪(118)；所述插座外壳(201)上设置与卡爪(118)配合的凹槽(220)。
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