FR2863113A1

FR2863113A1 - Electrical connector for underwater use having male connector contact pin protruding female unit with element obscured non coupling position/filled with isolating fluid/third joint separated from connector rear

Info

Publication number: FR2863113A1
Application number: FR0314086A
Authority: FR
Inventors: Pierre Dubranna
Original assignee: Carrier Kheops Bac SA
Current assignee: Carrier Kheops Bac SA
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-06-03
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: FR2863113B1

Abstract

The electrical connector has a male element (1) and a female element (13). The male connector has a contact pin (5) protruding in the female unit. The opening (27) to the female element is obscured in the non coupling position. The female connector has an external rigid body (17,19). The contact zone is filled with an isolating electric fluid, and separated from the rest of the connector by a third joint (47).

Description

Connecteur électrique connectable dans l'eau ou un milieu liquide.Electrical connector connectable in water or liquid medium.

L'invention concerne un connecteur électrique connectable dans l'eau ou un milieu liquide et en particulier un connecteur électrique 5 connectable dans l'eau de mer. The invention relates to an electrical connector connectable in water or a liquid medium and in particular an electrical connector 5 connectable in seawater.

On connaît par EP 0 493 375 et EP 0 251 655 des connecteurs électriques connectables dans l'eau de mer comportant deux chambres d'expansion d'un fluide isolant électrique permettant de ressuyer la partie de contact du connecteur à l'accouplement de l'élément mâle de connecteur dans l'élément femelle correspondant, la chambre d'expansion externe formant le corps du boîtier de l'élément femelle de connecteur. Néanmoins, cette chambre externe déformable d'expansion est essentiellement constituée d'une paroi en matière élastomère dont la surface externe peut être attaquée par les solvants, notamment dans le cas des forages pétroliers. En outre, la navette mobile de réception de la broche de contact de l'élément mâle est rappelée vers l'avant de l'élément femelle au moyen d'un ressort hélicoïdal logé dans la partie arrière du logement de la navette. Cette disposition rend la construction complexe, notamment lorsqu'il comporte plusieurs éléments de contact et augmente l'effort d'accouplement en proportion du nombre d'éléments de contact. EP 0 493 375 and EP 0 251 655 disclose electrical connectors connectable in seawater comprising two expansion chambers of an electrical insulating fluid for pressing the contact portion of the connector to the coupling of the male connector member in the corresponding female member, the outer expansion chamber forming the housing body of the female connector member. Nevertheless, this deformable outer expansion chamber consists essentially of a wall of elastomeric material whose outer surface can be attacked by solvents, especially in the case of oil drilling. In addition, the movable shuttle receiving the contact pin of the male element is biased towards the front of the female element by means of a coil spring housed in the rear part of the housing of the shuttle. This arrangement makes the construction complex, especially when it comprises several contact elements and increases the coupling force in proportion to the number of contact elements.

L'invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un connecteur électrique connectable dans l'eau ou un milieu liquide, constitué de deux éléments de connecteur complémentaires, respectivement un élément mâle et un élément femelle destinés à être accouplés l'un à l'autre en service dans ledit milieu liquide, l'élément de connecteur mâle comportant au moins une broche de contact s'étendant en saillie de l'élément de connecteur, et l'élément femelle de connecteur comportant au moins une ouverture de passage de la broche pour l'accouplement desdits éléments de connecteur, cette ouverture étant obturée en position non accouplée par un élément piston isolant électrique monté coulissant à l'intérieur de l'élément de connecteur dans une chambre de contact rigide et isolante électrique, laquelle reçoit par une zone de contact la broche de contact de l'élément de connecteur mâle à l'accouplement, l'élément piston et la broche de contact coulissant en outre de façon étanche à l'accouplement dans la chambre de contact par au moins deux joints séparés axialement, dont 2 2863113 l'un est situé proche de ladite ouverture et le second est situé en aval de la zone de contact de la broche et de la chambre de contact relativement à l'ouverture, la surface de l'élément piston comprise entre les deux joints étant reliée à une chambre remplie de fluide isolant électrique, s ménagée à l'intérieur de l'élément de connecteur, cette chambre étant reliée à un élément de paroi souple externe se déformant pour accepter l'introduction ou le retrait de la broche de contact dans la chambre de contact, lors des manoeuvres d'accouplement ou de désaccouplement du connecteur respectivement, la zone de contact étant en outre remplie io de fluide isolant électrique et séparée du reste du connecteur par un troisième joint ménagé sur l'élément piston ou dans la chambre de contact. The invention aims to overcome these drawbacks and proposes an electrical connector connectable in water or a liquid medium, consisting of two complementary connector elements, respectively a male element and a female element intended to be coupled one to the other. another in use in said liquid medium, the male connector member having at least one contact pin protruding from the connector member, and the female connector member having at least one passage opening of the pin for coupling said connector elements, said opening being closed in the non-coupled position by an electric insulating piston element slidably mounted inside the connector element in a rigid and electrically insulating contact chamber, which receives by a zone the contact pin of the male connector element to the coupling, the piston element and the contact pin c and further sealingly engages in the contact chamber by at least two axially separated seals, one of which is located near said opening and the other is located downstream of the contact area of the spindle. and the contact chamber relative to the opening, the surface of the piston element between the two seals being connected to a chamber filled with electrical insulating fluid, formed inside the connector element, this chamber being connected to an outer flexible wall member deforming to accept the introduction or withdrawal of the contact pin into the contact chamber, during the coupling or uncoupling maneuvers of the connector respectively, the contact zone being furthermore filled with electrical insulating fluid and separated from the rest of the connector by a third seal formed on the piston element or in the contact chamber.

Il résulte de cette disposition que l'élément femelle de connecteur peut être constitué avec un corps externe rigide de matière non sensible 15 aux solvants. As a result of this arrangement, the female connector element can be made of a rigid outer body of non-sensitive material.

L'élément de paroi souple déformable externe, sensible aux solvants, peut par contre être monté de façon échangeable. The external deformable flexible wall element, which is sensitive to solvents, can instead be exchangeably mounted.

La zone de contact d'accouplement de la broche et de la chambre de contact peut être formée par une partie avant de la chambre de contact, recevant en service la partie active conductrice de la broche, à l'avant de celle-ci par exemple par un jeu d'alvéoles annulaires serrées sur la partie active conductrice de la broche. The mating contact area of the pin and the contact chamber may be formed by a front portion of the contact chamber, receiving in service the conductive active portion of the pin, at the front thereof for example by a set of annular cells clamped on the conductive active portion of the spindle.

L'élément piston est monté rappelé vers l'avant, au bord de l'ouverture de l'élément connecteur, avantageusement, par un moyen ressort disposé à l'arrière de l'élément piston autour de la chambre de contact, laquelle est gainée d'un isolant électrique sur toute sa surface hormis la zone de contact. The piston element is mounted forwards towards the edge of the opening of the connector element, advantageously by a spring means disposed at the rear of the piston element around the contact chamber, which is sheathed. of an electrical insulator on all its surface except the zone of contact.

Ainsi disposé, ce moyen ressort peut également servir, par exemple par un brin d'extrémité commun, au rappel d'autres éléments pistons de chambres de contacts d'autres contacts disposés dans l'élément de connecteur, dans le cas de connecteurs à plusieurs contacts. Thus arranged, this spring means can also serve, for example by a common end strand, the recall of other contact chamber pistons elements of other contacts disposed in the connector element, in the case of connectors to several contact.

Naturellement, la partie arrière de la chambre de contact, non contenue par l'élément piston est également remplie de fluide isolant électrique, ceci par un trou de passage adéquat dans sa paroi. Aussi, un élément joint de ressuyage disposé entre la paroi de l'élément piston et la chambre de contact est monté sur la périphérie de l'élément piston ou à un emplacement adéquat de la chambre de contact en amont de la zone de contact relativement à l'ouverture, ceci pour séparer la zone de contact remplie de fluide isolant électrique de la chambre de contact et éviter toute trace d'eau ou de milieu liquide externe dans la zone de contact à l'accouplement. Naturally, the rear part of the contact chamber, not contained by the piston element is also filled with electrical insulating fluid, this by a suitable through hole in its wall. Also, a gasket member disposed between the wall of the piston member and the contact chamber is mounted on the periphery of the piston member or at a suitable location of the contact chamber upstream of the contact zone relative to opening, this to separate the contact area filled with electrical insulating fluid from the contact chamber and prevent any trace of water or external liquid medium in the contact area at the coupling.

L'invention est illustrée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation et en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un connecteur selon l'invention en position désaccouplée, et - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 montrant le 10 connecteur en position accouplée. The invention is illustrated below with the aid of an exemplary embodiment and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a view in axial section of a connector according to the invention in uncoupled position, and FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 showing the connector in the coupled position.

Le connecteur électrique selon l'invention représenté sur le dessin est constitué de deux éléments de connecteur complémentaires, destinés à être accouplés en service l'un à l'autre, respectivement un élément de connecteur mâle 1 et un élément de connecteur femelle 13. The electrical connector according to the invention shown in the drawing consists of two complementary connector elements, intended to be coupled in service to each other, respectively a male connector element 1 and a female connector element 13.

Il présente une symétrie axiale.It has axial symmetry.

L'élément de connecteur mâle 1 est de structure simplifiée comportant essentiellement un boîtier 3 logeant axialement une broche cylindrique de contact 5, fixée en saillie vers l'avant et reliée à un câble électrique arrière 7. Cette broche a une section circulaire, mais peut être d'une autre forme, de préférence arrondie, voire polygonale. The male connector element 1 is of simplified structure essentially comprising a housing 3 housing axially a cylindrical contact pin 5, fixed projecting forwards and connected to a rear electrical cable 7. This pin has a circular section, but can be of another shape, preferably rounded or even polygonal.

La broche 5 comporte une partie conductrice 9 à l'extrémité de sa surface périphérique avant, le reste de sa surface étant gainée de matière isolante électrique 11. Pin 5 has a conductive portion 9 at the end of its front peripheral surface, the remainder of its surface being sheathed with electrical insulating material 11.

L'élément de connecteur femelle 13 comporte également une partie de corps ou boîtier rigide 15 de section semblable à celle de l'élément mâle 1, cette partie de corps étant constituée de deux parties, respectivement avant 17 et arrière 19, assemblées par vis l'une à l'autre. The female connector element 13 also comprises a body part or rigid housing 15 of section similar to that of the male element 1, this body part consisting of two parts, respectively before 17 and rear 19, assembled by screws. one to another.

Une chambre de contact 21 est montée axialement entre lesdites parties de corps avant 17 et arrière 19, étant reliée à un câble conducteur électrique arrière 23. Cette chambre 21 est montée sur la partie de corps 19 et sur la face avant 25 de la partie de corps 17, celle-ci ayant une ouverture circulaire axiale avant 27, de section complémentaire au jeu de passage près de celle de la broche 5. A contact chamber 21 is mounted axially between said front body portions 17 and rear 19, being connected to a rear electrical conductor cable 23. This chamber 21 is mounted on the body portion 19 and on the front face 25 of the body 17, the latter having a front axial circular opening 27, of complementary section to the clearance clearance close to that of the spindle 5.

Cette ouverture 27 est disposée à l'avant de la chambre 21, à faible distance de celle-ci. Elle est fermée par un élément de piston ou navette 29, de conformation cylindrique, monté coulissant axialement dans la chambre de contact 21. Cet élément de piston 29 isolant électrique est rappelé vers l'avant, jusqu'au niveau de l'ouverture 27 par un ressort hélicoïdal arrière 31, relié à l'extrémité arrière de l'élément piston 29 et en appui sur la face avant 33 de la partie de corps arrière 19. Le ressort 31 est monté autour de la chambre de contact 21, son brin avant 35 traversant la chambre de contact 21 par une lumière axiale 37 de longueur égale à celle de la course de l'élément piston. This opening 27 is disposed at the front of the chamber 21, at a short distance from it. It is closed by a piston member or shuttle 29, of cylindrical conformation, axially slidably mounted in the contact chamber 21. This electrically insulating piston member 29 is biased forward, to the level of the opening 27 by a rear coil spring 31, connected to the rear end of the piston member 29 and bearing on the front face 33 of the rear body portion 19. The spring 31 is mounted around the contact chamber 21, its front end 35 passing through the contact chamber 21 by an axial slot 37 of length equal to that of the stroke of the piston element.

L'élément piston 29, la zone de contact, la chambre de contact 21 en sa partie arrière au piston et l'intérieur de la partie avant 17 de i0 connecteur sont remplis d'un fluide électrique isolant, et en particulier d'huile isolante électrique, laquelle est naturellement hydrofuge et facilite le glissement du coulissement de l'élément piston dans la chambre de contact. The piston element 29, the zone of contact, the contact chamber 21 at its rear part to the piston and the inside of the front part 17 of the connector are filled with an insulating electrical fluid, and in particular with insulating oil. electrical, which is naturally water repellent and facilitates the sliding of the sliding piston element in the contact chamber.

L'élément piston 29, est en communication par sa partie d'extrémité avant avec l'huile isolante circulant dans une chambre annulaire 39 ménagée à l'avant de la chambre de contact 21 dans la face avant 25 de l'élément de connecteur, et par sa partie arrière avec l'huile isolante dans la chambre de contact 21. The piston element 29 is in communication with its front end portion with the insulating oil circulating in an annular chamber 39 formed in front of the contact chamber 21 in the front face 25 of the connector element, and by its rear part with the insulating oil in the contact chamber 21.

Cette chambre de contact 21 comporte une partie conductrice active interne 41 dans sa partie avant, laquelle est complémentaire de celle 9 de la broche de l'élément mâle, le reste de sa surface étant revêtu d'une gaine isolante électrique 43. This contact chamber 21 has an active inner conductive portion 41 in its front portion, which is complementary to that 9 of the pin of the male element, the rest of its surface being coated with an electrical insulating sheath 43.

L'élément piston 29 est ressuyé de toute trace de fluide environnant lors de son passage coulissant dans l'alésage de la chambre de contact 21 au moyen de deux joints annulaires avant 45, 45' et d'un joint annulaire arrière 47 monté sur sa périphérie à mi longueur de celui-ci et à l'arrière de la zone conductrice 41. The piston element 29 is wiped off from any trace of surrounding fluid as it passes through the bore of the contact chamber 21 by means of two front annular seals 45, 45 'and a rear annular seal 47 mounted on its periphery midway thereof and at the rear of the conductive zone 41.

Le premier joint 45 du jeu avant est fixé sur la face avant 25 de connecteur, le second 45' étant fixé à l'intérieur de la partie avant de la 30 chambre de contact 21. The first seal 45 of the front game is fixed on the front face 25 of the connector, the second 45 'being fixed inside the front part of the contact chamber 21.

Ces joints sont des joints à lèvre souple ou torique frottant sur la surface de l'élément piston 29. Ainsi, celui-ci au cours de son coulissement libère la zone conductrice 41 de la chambre de contact de toute trace de fluide extérieur (eau de mer) qui pourrait nuire au bon contact des zones conductrices en contact, respectivement 9, 41 de la broche et de la chambre de contact, lors de l'accouplement des éléments de connecteurs 1 et 13, cette zone demeurant remplie d'huile isolante électrique neutre pour le contact. These seals are flexible or toric lip seals rubbing on the surface of the piston element 29. Thus, the latter during its sliding releases the conductive area 41 of the contact chamber from any trace of external fluid (water of sea) which could affect the good contact of the conductive areas in contact, respectively 9, 41 of the pin and the contact chamber, during the coupling of the connector elements 1 and 13, this area remaining filled with electrical insulating oil neutral for the contact.

Les joints 45' et 47 ont plus spécialement pour effet de séparer la zone de contact du reste du connecteur constituant ainsi une barrière s d'étanchéité supplémentaire vis à vis de tout fluide polluant externe susceptible de pénétrer à l'intérieur du connecteur. The seals 45 'and 47 have the special effect of separating the contact zone from the rest of the connector thus constituting an additional sealing barrier against any external polluting fluid able to penetrate inside the connector.

La variation de volume interne de l'intérieur de l'élément de connecteur femelle, contenu par l'huile isolante 49 est compensé par un élément élastomère souple 51 disposé à l'arrière de la partie de corps io avant 17 et juste sous sa périphérie sur une faible largeur. Cet élément souple 51 est en forme de manchon déformable, fixé étanche par ses bords respectivement sur un évidement correspondant de la partie de corps avant 17, et un évidemment complémentaire de la partie de corps arrière 19. Cet élément souple est en communication avec le fluide externe 49 (eau de mer) au moyen de trous périphériques 53 formés dans la paroi de l'évidement sus-jacent 55 de la partie de corps avant 17 et sa paroi est apte à se déformer dans cet espace évidé 55. Il peut être échangé en cas d'usure en désolidarisant les parties de corps 17 et 19. The variation in internal volume of the interior of the female connector element contained by the insulating oil 49 is compensated by a flexible elastomeric element 51 disposed at the rear of the front body portion 17 and just below its periphery. on a narrow width. This flexible element 51 is in the form of a deformable sleeve, secured by its edges respectively to a corresponding recess of the front body portion 17, and a complementary recess of the rear body portion 19. This flexible element is in communication with the fluid external 49 (seawater) by means of peripheral holes 53 formed in the wall of the overlying recess 55 of the front body portion 17 and its wall is adapted to deform in this recessed space 55. It can be exchanged in case of wear by separating the body parts 17 and 19.

Le fonctionnement du connecteur est à présent décrit. The operation of the connector is now described.

Il s'agit simplement d'enficher la broche 5 de l'élément de connecteur mâle dans l'ouverture 27 de la face avant de l'élément de connecteur femelle, la broche 5 poussant l'élément de piston 29 à l'intérieur de la chambre de contact, à l'encontre du rappel du ressort 31. L'élément souple 51 se déforme vers l'extérieur pour absorber l'augmentation de volume induit par l'introduction de la broche. Dans cette manoeuvre, l'élément piston 29 est ressuyé par les joints précédemment décrits et de même la broche 5 lorsqu'elle passe sur les joints avant 45, 45'. It is simply a matter of plugging the pin 5 of the male connector element into the opening 27 of the front face of the female connector element, the pin 5 pushing the piston element 29 inside the the contact chamber, against the return of the spring 31. The flexible element 51 is deformed outwardly to absorb the increase in volume induced by the introduction of the spindle. In this maneuver, the piston element 29 is wiped by the joints previously described and likewise the pin 5 when it passes over the front seals 45, 45 '.

Le guidage de l'enfichage est réalisé par un ergot 57 en saillie à la périphérie de la face avant de l'élément mâle, venant coulisser dans une rainure longitudinale périphérique complémentaire 59 du corps de l'élément femelle. The guidance of the plugging is performed by a lug 57 projecting from the periphery of the front face of the male element, slidable in a complementary peripheral longitudinal groove 59 of the body of the female element.

En bout de course (figure 2), lors de la mise en butée des éléments mâle 1 et femelle 13, la zone de contact 9 de la broche débarrassée de toute trace de milieu extérieur polluant est parfaitement reçue par la zone de contact correspondante 41 de la chambre de contact, les alvéoles 61 de celle-ci venant en pression de serrage sur la partie lisse conductrice 9 de la broche. At the end of the stroke (FIG. 2), during the abutment of the male 1 and female 13 elements, the contact zone 9 of the spindle freed from any trace of polluting external medium is perfectly received by the corresponding contact zone 41 of the spindle. the contact chamber, the cells 61 thereof coming in clamping pressure on the smooth conductive portion 9 of the spindle.

Le désaccouplement des éléments de connecteur est réalisé par une manoeuvre d'extraction inverse à l'accouplement, l'élément piston 5 29 revenant alors au niveau de l'ouverture 27. The uncoupling of the connector elements is effected by a reverse extraction operation at the coupling, the piston element 29 then returning to the level of the opening 27.

Claims

1. Connector electrical connectable in water or a liquid medium, consisting of two complementary connector elements, respectively a male element (1) and a female element (13) intended to be coupled to each other in use in said liquid medium, the male connector member (1) having at least one contact pin (5) projecting from the connector member, and the female connector member (13) having at least one aperture (27) for passage of the spindle (5) for coupling said connector elements, said opening (27) being closed in the non-coupled position by an electric insulating piston element (29) slidably mounted inside the connector connector element in a rigid and electrically insulating contact chamber (21), which receives by a contact zone (41) the contact pin (5) of the male connector element at the coupling, the piston element (29) and the contact pin (5) further sealingly sliding in the contact chamber (21) by at least two axially separated seals, one of which (45) is located near said opening (27) and the other (45) ') is located downstream of the contact zone (9, 41) of the pin and the contact chamber relative to the opening (27), the surface of the piston element (29) lying between the two seals ( 45, 45 ') being connected to a chamber filled with electrical insulating fluid (49), formed inside the connector element, this chamber being connected to an outer flexible wall element (51) which deforms to accept the introduction or withdrawal of the contact pin (5) in the contact chamber (21), during coupling or uncoupling of the connector respectively, the contact zone being further filled with electrical insulating fluid and separated from the remainder of the connector by a third seal (47) formed on the piston element (29) or in the 3o contact chamber (21).

2. Electrical connector according to claim 1, characterized in that the female connector element (13) comprises a rigid outer body (17, 19) of non-sensitive material.

Electrical connector according to claim 1 or 2, characterized in that the flexible deformable element (51) is exchangeably mounted.

4. Electrical connector according to one of the preceding claims, characterized in that the contact pin (5) of the male connector element (1) comprises a conductive portion (9) at its front end, the rest of its surface being sheathed with electrical insulating material (11) and, likewise, the contact chamber (21) has an active inner conductive part (41) in its front part, complementary to that of the pin (5), the rest of its surface being coated with electrical insulating material (43).

Electrical connector according to Claim 4, characterized in that the conductive part (41) of the contact chamber receives in service, when the connector elements are coupled, the pin (5), for example, by means of a set annular cavities (61) clamped on the spindle (5).

6. Electrical connector according to one of the preceding claims, characterized in that the piston element (29) is mounted biased towards the front, at the edge of the opening (27) of the connector element, by means spring (31) disposed at the rear of the piston member (29) around the contact chamber (21).

Electrical connector according to claim 6, characterized in that the spring means (31) serves for biasing other piston elements (29) of contact chambers (21) of other contacts arranged in the connector element (13). ), in the case of multi-contact connectors (5,).

8. Electrical connector according to one of the preceding claims, characterized in that the rear portion of the contact chamber (21), not contained by the piston member (29), is filled with electrical insulating fluid through a through hole in its wall, and a seal member (47) of the wall of the piston member (29) is mounted on the periphery of the piston member (29) or at a suitable location of the contact chamber, to separate the contact zone 3 filled with electrical insulating fluid from the contact chamber and thus prevent any trace of water or polluting external liquid medium in the contact zone (9, 41) at the coupling.

9. Electrical connector according to one of claims 6-8, characterized in that said spring means (31) is a coil spring connected to the rear end of the piston member (29) and resting on a rear portion of the connector body (13), this spring (31) being mounted around the contact chamber (21), its front strand (35) passing through the contact chamber (21) by an axial lumen (37) of length equal to that of the stroke of the piston element (29).

10. Electrical connector according to one of the preceding claims, characterized in that said flexible element (51) is deformable sleeve-shaped, fixed by its edges sealingly to the body of the connector, being in communication with the external fluid (49). ) by means of peripheral holes (53) formed in the wall of an overlying recess (55) of the body portion (17) and its wall is adapted to deform in said recess (55).