CN109326925B - 一种压力自适应补偿水下接头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有压力自适应补偿能力的可快速分断水下电气接头，属于电连接器领域，主要应用于水下设备回收时可回收电子舱与废弃电源舱之间的电气分离。包括公头、母头及压力补偿螺钉。水下设备由于环境特点难以获得持续的能源供给，常采用电子设备与大容量可抛弃电源分舱的设计方案。电子舱与电源舱需实现电气分离及机械分离，电气分离没有成熟的解决方案，传统电气水密接插件依靠过盈配合实现密封，分离时需要借助较大的外力，分断困难。本发明针对这一需求和不足，提出了一种采用双补偿活塞具有压力自适应补偿能力的可快速分断水下电气接头，该装置可随水深变化自动补偿接头内外压力，减小分段力，实现水下电气连接的快速分离。

Description

一种压力自适应补偿水下接头
技术领域
本发明涉及一种具有压力自适应补偿能力的可快速分断水下电气接头，属于电连接器领域。
背景技术
水下探测技术可分为有线传感网络和无线式传感器形式，有线网络各传感设备通过线缆实现电能和信息流的传输，可通过海底缆源源不断的向岸基获取电能，但也存在着成本高、探测区域不灵活、适用于近海等缺点；目前深远海的水下探测仍以无线孤立式传感器设备为主要形式，如水下无线传感器网络节点、地震仪等设备，无线传感设备具有成本低、布置灵活等优点，但却存在能源无法实现自持的缺点。为了延长传感设备的工作时间，常常为探测设备配置大容量高能量密度蓄电池，大容量蓄电池的配置虽然为设备的布放没有带来太多的困难，却使得回收面临着巨大的挑战，为此常采用电子舱与能源舱分离设计的方案，在回收时仅回收成本高昂、携带有探测信息存储器的电子舱，而电源舱则不再回收，并采取一定的防污染措施，防止其对海洋环境造成破坏。
在可回收电子舱与废弃电源舱的分离设计时，常面临两个问题：一是机械上的分离、二是电气上的分离。机械上的分离可采用电爆螺栓实现，在机械分离时借助电子舱的正浮力或机械力实现电气快速分离。传统的水密接插件多通过过盈配合实现密封，公头与母头分离时需要巨大的拉伸和扭转外力以克服摩擦力，在小型化的水下传感设备应用场景下难以提供这样的条件，且不能满足电气快速分断的要求。
中国专利CN104934727A，针对这样的需求提出了一种低分离力水密连接器，该专利提出采用铜帽铜锥的配合方式实现电气的连接和分离，密封依靠上下安装体件的O型圈实现，电源的地线依靠海水实现。该专利在一定程度上解决了电气快速分离的问题，但有两方面的不足，一是密封腔室内为可压缩性很大的空气，随着接头工作水深的增加内外压差增大，O型圈承受的切向力增大，密封效果变差、分断阻力增大，同时使得结构承受的外压增大、限制工作水深、增大结构强度设计、接头大笨重；二是该专利所提的接头单套装置仅能实现单根导线的电气连接与分断，采用海水作为地线的设计对功耗、电磁兼容带来了挑战，欲实现电源连接通常需要两套接头。
为此，设计一种能够平衡补偿海水压力以使结构轻量化、分断阻力小的快速分断水下接头需求迫切。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明技术方案与达到的有益效果为：
一种压力自适应补偿水下接头，包括公头组件，母头组件；所述公头组件包括
用于安装第一触头4、第四触头23、上触头插盘3、上触头插盘座24的公头1；
以及上密封盘26、公头压紧片27、公头压紧螺栓30、回收舱低电平导线 28、回收舱高电平导线29；所述公头压紧螺栓30为中空结构，公头压紧螺栓 30通过公头压紧片27挤压上密封盘26实现对回收舱低电平导线28、回收舱高电平导线29的密封；所述母头组件包括用于安装第二触头8、第三触头18、下触头插盘19、下触头插盘座17的母头14；以及下密封盘10、母头压紧片15、母头压紧螺栓11、废弃舱高电平导线12、废弃舱低电平导线13；所述母头压紧螺栓11为中空结构，母头压紧螺栓11 通过母头压紧片15挤压下密封盘10实现对废弃舱高电平导线12、废弃舱低电平导线13的密封；所述公头组件直接插入母头组件，依靠密封圈实现密封，形成触头密封腔室；还包括压力补偿螺钉，所述压力补偿螺钉通过外螺纹旋入公头组件实现安装。接头密封腔室内充满矿物绝缘油，且通过补偿活塞的移动实现压力随工作水深的增加自适应补偿，保证水下接头结构承受很小的压力，结构设计可轻量化；且使得密封圈受力减小，接头分断阻力减小，能够实现分断的快速性。
所述压力补偿螺钉可以在所述公头组件上设置两个。从而提高了冗余性，防止任一补偿活塞故障堵塞时失去补偿效果，同时提高了补偿能力。
所述触头是弹性结构。触头与触头发生弹性变形保持接触。
密封圈为O型密封圈，材质为氯丁橡胶。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。
图1为本发明的三维装配视图
图2为本发明的剖视图
图3为图2中的局部放大图
图4为接头的触头配合方式示意图
图中，公头1、回收舱法兰盘2、上触头插盘3、第一触头4、第一压力补偿螺钉5、第一触头隔离套6、第一密封圈7、第二触头8、废弃舱法兰盘9、下密封盘10、母头压紧螺栓11、废弃舱高电平导线12、废弃舱低电平导线13、母头14、母头压紧片15、第二密封圈16、下触头插盘座17、第三触头18、下触头插盘19、触头预应力弹簧20、第二触头隔离套21、第二压力补偿螺钉22、第四触头23、上触头插盘座24、第三密封圈25、上密封盘26、公头压紧片27、回收舱低电平导线28、回收舱高电平导线29、公头压紧螺栓30、第一压力补偿活塞31、第一预压力弹簧32、第二预压力弹簧33、第二压力补偿活塞34。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施做进一步的描述：
如图1所示为本水下接头装配后的3D视图，其中公头1将通过螺栓安装于水下设备的可回收电子舱下部法兰盘，母头14将通过螺栓安装于水下设备的可弃式电源舱上部法兰盘。
如图2所示，公头1插入母头14后通过第一密封圈7实现水密，第一密封圈7为O型密封圈、材质为氯丁橡胶。
回收舱低电平导线28、回收舱高电平导线29分别接于第一触头4上部的接线柱、第四触头23上部的接线柱，第一触头4及第四触头23贯穿插入于上触头插盘3，上触头插盘的材质为绝缘塑料，触头材质为弹性铜铬合金。公头压紧螺栓30内部为中空结构，回收电子舱电源线从该中空腔穿过连接于触头接线柱，公头压紧螺栓30通过公头压紧片27挤压上密封盘26实现对电源线的密封。母头组件部分安装方式及密封实施原理同公头组件部分，不再赘述。
如图4所示为上下触头的配合方式，安装时触头发生弹性变形保证触头接触充分，同时在分离时阻力较小。如图3所示，触头外分别套有第一触头隔离套6、第二触头隔离套21，实现对安装过程的导向和防止高低电平触头接触短路。上触头插盘3与下触头插盘19之间通过触头预应力弹簧20实现顶推效果，以使其分别坐于上触头插盘座24、下触头插盘座17，触头预应力弹簧20同时提供触头分离力。
如图1、图3所示，第一压力补偿螺钉5、第二压力补偿螺钉22均为外螺纹结构，旋入公头1中。第一压力补偿螺钉5、第二压力补偿螺钉22的活塞腔内分别安装有预压力弹簧限位的第一压力补偿活塞31、第二压力补偿活塞34。以上所形成的触头密封腔室内在安装时充满绝缘矿物油，且压力使得第一压力补偿活塞31、第二压力补偿活塞34均呈压缩状态。压力自适应补偿过程为：当水下设备入水过程，第一压力补偿活塞31、第二压力补偿活塞34在外界海水压力的作用下，缓缓向内移动，使得绝缘矿物油体积被压缩，内压增大，实现内外液体压力的补偿，减小深水压力对水下接头的结构压力，使得第一密封圈7 在切向方向内力大于外力、呈向外变形的趋势，提供了分断时的辅助分离拉力，为快速分断创造必须条件，同时内压高于外压的设计可辅助起到防止海水进入密封腔引起短路的作用。

Claims (5)

1.一种压力自适应补偿水下接头，包括公头组件，母头组件；
所述公头组件包括
——用于安装第一触头(4)、第四触头(23)、上触头插盘(3)、上触头插盘座(24)的公头(1)；
——以及上密封盘(26)、公头压紧片(27)、公头压紧螺栓(30)、回收舱低电平导线(28)、回收舱高电平导线(29)；
所述公头压紧螺栓(30)为中空结构，公头压紧螺栓(30)通过公头压紧片(27)挤压上密封盘(26)实现对回收舱低电平导线(28)、回收舱高电平导线(29)的密封；
所述母头组件包括
——用于安装第二触头(8)、第三触头(18)、下触头插盘(19)、下触头插盘座(17)的母头(14)；
——以及下密封盘(10)、母头压紧片(15)、母头压紧螺栓(11)、废弃舱高电平导线(12)、废弃舱低电平导线(13)；
所述母头压紧螺栓(11)为中空结构，母头压紧螺栓(30)通过母头压紧片(15)挤压下密封盘(10)实现对废弃舱高电平导线(12)、废弃舱低电平导线(13)的密封；
所述公头组件直接插入母头组件，依靠密封圈实现密封，形成触头密封腔室；所述触头密封腔室内在安装时充满绝缘矿物油，所述第一触头、第四触头、第二触头、第三触头在所述触头密封腔室内延伸；
其特征在于：
还包括压力补偿螺钉，所述压力补偿螺钉通过外螺纹旋入公头组件的公头(1)实现安装，用于调节所述水下接头内部液体的预压力；所述压力补偿螺钉设有活塞腔，所述活塞腔与所述触头密封腔室连通；所述活塞腔内安装有预压力弹簧限位的压力补偿活塞，用于实现随着工作水深增加的压力自适应补偿。
2.根据权利要求1所述的压力自适应补偿水下接头，其特征在于，所述压力补偿螺钉在所述公头组件上设置两个，从而提高了冗余性，防止任一补偿活塞故障堵塞时失去补偿效果，同时提高了补偿能力。
3.根据权利要求1所述的压力自适应补偿水下接头，其特征在于，所述触头(4，23；8，18)是弹性结构，触头与触头发生弹性变形保持接触。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力自适应补偿水下接头，其特征在于，所述密封圈为O型密封圈，材质为氯丁橡胶。
5.一种用于权利要求1所述的压力自适应补偿水下接头的触头结构，其特征在于，第一触头与第二触头发生弹性变形保持接触。
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