RU2064213C1

RU2064213C1 - Hermetically sealed electric connector

Info

Publication number: RU2064213C1
Application number: RU93050096A
Authority: RU
Inventors: С.П. Калмыков; Б.З. Певзнер
Original assignee: Калмыков Сергей Павлович
Priority date: 1993-11-02
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1996-07-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: connector has metal shroud accommodating metal partition in the form of two bushes with conical holes tightly interconnected at cone bases of their holes which form common through hole wherein conducting member is placed in a spaced relation that has conical projection. Space is filled with sealing and insulating materials. EFFECT: improved design. 3 cl, 3 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к электротехнике или электронному оборудованию, в частности к средствам передачи электропитания с одного объекта на другой, в том числе к герметичным вводам токопроводящих элементов, например кабелей в корпуса судовых конструкций или в герметичную камеру, представляет собой прибор, работающий в условиях воздействия жидкостей и/или газов, и может быть применено в подводных аппаратах или сооружения, находящихся на предельных глубинах Мирового океана. The present invention relates to electrical engineering or electronic equipment, in particular to means for transmitting power from one object to another, including hermetic inputs of conductive elements, for example, cables into the hull of ship structures or into an airtight chamber, is a device operating under the influence of liquids and / or gases, and can be used in underwater vehicles or structures located at the extreme depths of the oceans.

С давних пор ведутся разработки герметичных электрических соединителей, например кабелей силовых электрических цепей к мощной электротехнической аппаратуре, работающей в условиях высокого давления жидкости и/или газов. В таких соединителях имеются уплотнения токопроводящего элемента. Эти уплотнения основаны на эпоксидных смолах, термопластических материала или кремнеорганике. Применение того или иного материала зависит от условий окружающей среды, рабочей температуры токопроводящего элемента и от величины давления окружающей среды. For a long time, the development of sealed electrical connectors, for example, cables of power electrical circuits to powerful electrical equipment operating under conditions of high pressure of liquid and / or gases, has been ongoing. Such connectors have seals of the conductive element. These seals are based on epoxy resins, thermoplastic material or organosilicon. The use of one or another material depends on the environmental conditions, the working temperature of the conductive element, and on the magnitude of the ambient pressure.

Например, стекло, используемое в уплотнениях напряженного (компрессорного) типа, имеет низкое сопротивление эрозии, вызываемой водой, паром, газом. К тому же известно, что напряженное стекло имеет низкую структурную прочность и очень малую пластичность. В результате при низком температурном воздействии на такое уплотнение оно растрескивается и нарушает как прочность, так и герметичность соединения токопроводящего элемента в корпусе соединителя. For example, glass used in seals of a stressed (compressor) type has a low resistance to erosion caused by water, steam, gas. In addition, it is known that strained glass has a low structural strength and very low ductility. As a result, with a low temperature effect on such a seal it cracks and violates both the strength and the tightness of the connection of the conductive element in the connector housing.

Известен герметичный ввод, имеющий токопроводящие конические стержни, изолированные электроизоляционными втулками. Узел герметизации выполнен в виде элемента, сформированного из электроизоляционной массы и расположенного в кожухе (1). Однако это известное изобретение не позволяет создать герметичный соединитель, так как между токопроводящими стержнями и электроизоляционными втулками отсутствует герметизация. Кроме того, корпус имеет ненадежную конструкцию ввода, которая в аварийных ситуациях (при повреждении кабеля или сформированного узла герметизации) создает условия для проникновения влаги в защищенный объем. В силу этого известное устройство не может быть использовано в условиях всестороннего воздействия давлением на него жидкости и/или газа. Known sealed input having conductive conical rods, insulated with electrical insulating bushings. The sealing unit is made in the form of an element formed from an insulating mass and located in the casing (1). However, this known invention does not allow the creation of a sealed connector, since there is no sealing between the conductive rods and the electrical insulating bushings. In addition, the housing has an unreliable input design, which in emergency situations (if the cable or formed sealing unit is damaged) creates conditions for moisture to enter the protected volume. Because of this, the known device cannot be used under conditions of comprehensive exposure to pressure on it of a liquid and / or gas.

Известен подводный электрический соединитель с компенсацией давления. Он содержит корпус, выполненный в виде цилиндрической втулки. В ней установлена металлическая вставка с отверстиями, опирающаяся на выступ корпуса. Через каждое отверстие вставки проходит токопроводящий элемент, уплотненный напряженным стеклом. Металлическая вставка герметизирована со стороны выступа корпуса резиновым кольцом круглого сечения, а также резиновым покрытием по поверхности вставки со стороны высокого давления (2). Known underwater electrical connector with pressure compensation. It contains a housing made in the form of a cylindrical sleeve. It has a metal insert with holes, based on a ledge of the housing. A conductive element sealed with strained glass passes through each hole in the insert. The metal insert is sealed on the side of the protrusion of the housing with a rubber ring of circular cross section, as well as a rubber coating on the surface of the insert on the high pressure side (2).

Это известное изобретение обладает существенными недостатками, заключающимися в отслаивании и растрескивании стекла, что происходит из-за возникновения значительных изгибающих усилий во вставке при всестороннем воздействии на нее давления более 75 МПа, так как вставка опирается на выступ во втулке и имеет ограниченную площадь опорной поверхности, а давление жидкости и/или газа может быть переменным как по величине, так и по направлению. This well-known invention has significant drawbacks in the peeling and cracking of the glass, which occurs due to the occurrence of significant bending forces in the insert when the pressure is applied to it comprehensively over 75 MPa, since the insert relies on a protrusion in the sleeve and has a limited supporting surface area, and the pressure of the liquid and / or gas can be variable both in magnitude and in direction.

Известен герметичный соединитель, содержащий цилиндрический корпус с перфорированной перегородкой, опирающейся на металлическую вставку. Через каждое отверстие вставки и перегородки проходит токопроводящий элемент, уплотненный напряженным стеклом в отверстиях вставки и герметизирующим компаундом в отверстиях перегородки. Большая площадь опорной поверхности в значительной степени компенсирует изгибающие усилия внутри вставки (3). Known sealed connector containing a cylindrical body with a perforated partition resting on a metal insert. A conductive element passes through each hole of the insert and the partition, sealed with strained glass in the insert holes and a sealing compound in the holes of the partition. The large area of the supporting surface largely compensates for bending forces inside the insert (3).

Однако и это известное изобретение обладает существенным недостатком, а именно разгерметизацией соединения токопроводящего элемента в отверстиях вставки и перегородки. Это обусловлено перепадом в давлении жидкости и/или газа, который вызывает сдвиг вставки по поверхности перегородки, что влечет образование микрощели в их соединении и создает излом в токопроводящем элементе. Последний разрушает стекло и компаунд, которые срываются с поверхности токопроводящего элемента жидкостью и/или газом. However, this well-known invention has a significant drawback, namely the depressurization of the connection of the conductive element in the holes of the insert and the partition. This is due to the difference in pressure of the liquid and / or gas, which causes the insert to shift along the surface of the septum, which leads to the formation of a micro-gap in their connection and creates a kink in the conductive element. The latter destroys glass and compound, which are torn off the surface of the conductive element by liquid and / or gas.

Известен гермоввод, используемый в приборах "Сапфир-22", содержащий металлический корпус, выполненный из стали марки Х18Н10Т, и проводники из стали 42 НХ ТЮ, запаянные в отверстия корпуса с помощью стеклоэмалевых втулок (4). Known pressure seal used in Sapphire-22 devices, containing a metal casing made of steel grade X18H10T, and conductors made of steel 42 HX TU, sealed in the holes of the casing using glass enamel bushings (4).

Однако и этому известному техническому решению присущи существенные недостатки, обусловленные отсутствием защитного барьера, предотвращающего растрескивание стекла при термическом ударе в аварийном режиме. However, this well-known technical solution has significant drawbacks due to the lack of a protective barrier to prevent glass cracking during thermal shock in emergency mode.

Наиболее близким к настоящему изобретению является известное изобретение герметичного электрического соединителя, содержащего цилиндрический металлический корпус, в котором размещена металлическая перфорированная перегородка с отверстиями, через которые проходят токопроводящие элементы, изолированные электроизоляционными втулками, причем отверстия в перфорированной перегородке выполнены в виде цилиндра, переходящего в усеченный конус, у которого основание расположено со стороны высокого давления, а цилиндрическая часть заполнена боросиликатным стеклом, коническая уплотнительной эпоксидной композицией, токопроводящие элементы выполнены из металла с низким удельным сопротивлением изоляции (5). Closest to the present invention is the well-known invention of a sealed electrical connector containing a cylindrical metal housing in which a metal perforated partition is placed with holes through which conductive elements insulated by electrical insulating bushings pass, and the holes in the perforated partition are made in the form of a cylinder turning into a truncated cone in which the base is located on the high pressure side, and the cylindrical part is filled in borosilicate glass conical sealing epoxy composition, the conductive elements are made of metal with low resistivity insulation (5).

Это известное техническое решение выбирается в качестве прототипа, так как имеет наибольшее число общих существенных признаков с настоящим изобретением, решает аналогичную задачу и обладает по сравнению с известными аналогичными устройствами наибольшими преимуществами. Например, снижено влияние теплового воздействия на герметизацию токопроводящего элемента в отверстии перегородки, что связано с наличием конического участка у отверстия перегородки, заполненного эпоксидной композицией. Она исключает попадание влаги на разогретое стекло. Кроме того, упомянутый конический участок с эпоксидной композицией создает условия для эффекта объемного сжатия токопроводящего элемента, что проявляется при воздействиях жидкости и/или газа на перегородку. Наличие цилиндрической части отверстия, переходящей в коническое отверстие, образует дополнительный механический барьер проникновению жидкости и/или газа по внутренней стенке отверстия с одной стороны перегородки на другую ее сторону. This well-known technical solution is selected as a prototype, as it has the greatest number of common essential features with the present invention, solves a similar problem and has the greatest advantages compared to known similar devices. For example, the influence of thermal effects on the sealing of a conductive element in the baffle hole is reduced, which is associated with the presence of a conical section at the baffle hole filled with an epoxy composition. It eliminates the ingress of moisture on the heated glass. In addition, the said conical section with the epoxy composition creates the conditions for the volumetric compression effect of the conductive element, which is manifested by the effects of liquid and / or gas on the partition. The presence of a cylindrical part of the hole passing into a conical hole forms an additional mechanical barrier to the penetration of liquid and / or gas along the inner wall of the hole from one side of the partition to its other side.

Однако и это известное изобретение обладает существенными недостатками:
разгерметизацией крепления токопроводящего элемента в отверстии перегородки из-за ударных и вибрационных воздействий жидкости и/или газа, а также из-за растрескивания боросиликатного стекла со стороны выхода цилиндрической части отверстия перегородки;
низкой прочностью крепления токопроводящего элемента или элементов в отверстиях перегородки как в силу выше названных причин, так и из-за выполнения перегородки из одной детали, которая усиливает внешние воздействия жидкости и/или газа на боросиликатное стекло и эпоксидную композицию, находящиеся в отверстиях перегородки.However, this well-known invention has significant disadvantages:
depressurization of the fastening of the conductive element in the opening of the partition due to shock and vibration effects of liquid and / or gas, as well as due to cracking of borosilicate glass from the outlet side of the cylindrical part of the opening of the partition;
low strength of fastening of the conductive element or elements in the openings of the partition both due to the above reasons, and due to the execution of the partition from one part, which enhances the external effects of liquid and / or gas on borosilicate glass and epoxy composition located in the openings of the partition.

Перечисленные недостатки обусловлены тем, что ударные или вибрационные воздействия жидкости и/или газа вызывают деформацию перегородки, которая разрушает боросиликатное стекло и нарушает сцепление эпоксидной композиции с конической поверхностью части отверстия. Это особенно ярко проявляется при деформации перегородки в направлении к конусной части отверстия, когда возникают усилия выталкивания эпоксидной композиции из конусной части отверстия перегородки. При противоположном направлении усилий выдавливается по краю отверстия боросиликатное стекло. These disadvantages are due to the fact that the shock or vibration effects of liquid and / or gas cause deformation of the partition, which destroys borosilicate glass and disrupts the adhesion of the epoxy composition to the conical surface of the part of the hole. This is especially evident when the septum is deformed towards the conical part of the hole, when there are efforts to push the epoxy composition out of the conical part of the hole in the partition. In the opposite direction of effort, borosilicate glass is squeezed out along the edge of the hole.

Кроме того, при высокотемпературном воздействии на устройство между перегородкой и боросиликатным стеклом, а также эпоксидной композицией и закрепляемым ими токопроводящим элементом наблюдается рассогласованное их изменение с развитием мощных разделяющих их единство усилий за счет различий в коэффициентах температурного расширения. In addition, when a high-temperature effect on the device between the partition and borosilicate glass, as well as the epoxy composition and the conductive element fixed by them, their change is mismatched with the development of powerful forces separating their unity due to differences in the coefficients of thermal expansion.

Анализ перечисленных известных изобретений показывает, что в известном техническом уровне сложились две тенденции по развитию герметичных электрических соединителей. Одна из них характеризуется поиском новых электроизолирующих материалов, способных быть еще и герметиками, а другая - поиском конфигурации отверстий в перегородке и формы токопроводящего элемента, чтобы максимально прочно его зафиксировать в отверстии перегородки с помощь известных материалов или их комбинации. An analysis of these known inventions shows that, at a known technical level, there are two trends in the development of sealed electrical connectors. One of them is characterized by the search for new electrical insulating materials that can also be sealants, and the other by the search for the configuration of the holes in the partition and the shape of the conductive element in order to fix it as firmly as possible in the partition hole using known materials or their combination.

Первая тенденция проявилась в создании герметичного электрического соединителя, у которого в отверстие перегородки вставлена керамическая электроизолирующая втулка, удерживающая в своем отверстии токопроводящий элемент (6). Вторая нашла отражение в создании вилки на высокое давление, которая является составной частью герметичного электрического соединителя. В ней есть корпус с цилиндрической и конической частями отверстия, в котором расположен токопроводящий элемент с выступом, имеющим диаметр больший, чем диаметр цилиндрической части отверстия (7). The first tendency was manifested in the creation of a sealed electrical connector, in which a ceramic electrically insulating sleeve was inserted into the opening of the partition, holding a conductive element in its hole (6). The second is reflected in the creation of a high pressure plug, which is part of a sealed electrical connector. It has a housing with a cylindrical and conical parts of the hole, in which a conductive element with a protrusion having a diameter larger than the diameter of the cylindrical part of the hole (7) is located.

Однако изобретательский уровень, определяющий указанный известный технический уровень, в том числе, многих известных изобретений, отвечающих приведенным тенденциям, невысокий и для специалиста средней квалификации он очевидный, так как логически следует из тенденций, характеризующих известный технический уровень. However, the inventive step that defines the known technical level, including many well-known inventions that meet the above trends, is low and obvious to a specialist of average skill, since it logically follows from the trends characterizing the known technical level.

Например, для повышения герметичности электрического соединителя применяют уплотнительные резиновые кольца, герметизируют соединения стеклом, эпоксидной композицией (см. аналоги и прототип) либо используют новый материал, как то керамилад (6). For example, to increase the tightness of the electrical connector, sealing rubber rings are used, the joints are sealed with glass, an epoxy composition (see analogues and prototype), or a new material is used, such as ceramide (6).

Кроме того, известно, что для снижения деформации перегородки ее лучше выполнить толстой. Но тогда конструкция получается больших размеров и резко увеличивается влияние разности в коэффициентах температурного расширения материалов, используемых для герметичного электрического соединителя. In addition, it is known that to reduce the deformation of the septum it is better to perform a thick one. But then the design is large and the influence of the difference in the coefficients of thermal expansion of the materials used for the sealed electrical connector increases dramatically.

Разрешение этого противоречия требует точного расчета по всем факторам влияния на герметичный электрический соединитель, что практически никому еще не удалось осуществить из-за непредсказуемости проведения многих из них. The resolution of this contradiction requires an accurate calculation for all factors of influence on a sealed electrical connector, which almost no one has yet been able to implement due to the unpredictability of many of them.

Более того, токопроводящий элемент, вмонтированный в перегородку корпуса узла с помощью стекла, стеклокерамики, предусматривает отдельную изоляцию в виде стеклянных кольцевых уплотнений или цилиндров (см. например, патенты США N 3735024, 3750088, 3780204). Либо в корпусе может быть предусмотрен один изолятор-перегородка со множеством отверстий, через которые проходят проводники (см. патенты США N 3998515, 4088381). В любом из этих случаев токопроводящие элементы в корпусе герметичного электрического соединителя имеют стеклянное уплотнение компрессионного типа. Температурный коэффициент расширения металлического корпуса выше, чем у стекла, в результате чего во время эксплуатации при нагреве или охлаждении в стекле возникают высокие напряжения сжатия. С одной стороны это хорошо. Возникают уплотняющие усилия. С другой стороны возникают продольные напряжения в стеклянных уплотнениях. Эти напряжения возникают по мере роста соотношения длины и диаметра стеклянного уплотнения, окружающего проводник, что вызывает растрескивание стекла. Поэтому тонкая перегородка не создает указанных напряжений в уплотнительном стекле, но разрушает его из-за своей деформации под действием переменного воздействия жидкости или газа. При толстой перегородке имеем то, что было описано ранее. Moreover, a conductive element mounted in the partition of the assembly body using glass, glass ceramics, provides separate insulation in the form of glass ring seals or cylinders (see, for example, US patents N 3735024, 3750088, 3780204). Or, a single baffle insulator with a plurality of openings through which conductors pass can be provided in the housing (see US Pat. Nos. 3,998,515, 4,088,381). In any of these cases, the conductive elements in the housing of the sealed electrical connector have a compression-type glass seal. The temperature coefficient of expansion of the metal casing is higher than that of glass, as a result of which high compression stresses arise in the glass during operation during heating or cooling. On the one hand it’s good. Sealing forces occur. On the other hand, longitudinal stresses arise in glass seals. These stresses arise as the ratio of the length and diameter of the glass seal surrounding the conductor increases, which causes cracking of the glass. Therefore, a thin septum does not create the indicated stresses in the sealing glass, but destroys it due to its deformation under the action of the variable action of a liquid or gas. With a thick partition we have what was described previously.

Задачей настоящего изобретения является создание герметичного электрического соединителя, способного к самоупрочнению и самогерметизации токопроводящего элемента в отверстии или отверстиях перегородки при сохранении электроизолирующих свойств во время самых неблагоприятных условий эксплуатации в жидкости и/или газе, а также лишенного недостатков, присущих аналогам и прототипу. The objective of the present invention is to provide a sealed electrical connector capable of self-hardening and self-sealing of a conductive element in a hole or holes of a partition while maintaining electrical insulating properties during the most adverse operating conditions in a liquid and / or gas, as well as devoid of the disadvantages inherent in analogues and prototype.

Решение этой задачи заключается в том, что в известный герметичный электрический соединитель, содержащий металлический корпус, в котором размещена металлическая перегородка, по меньшей мере с одним отверстием, через которое проходит токопроводящий элемент, выполненный из металла с низким удельным сопротивлением и герметизированный, а также изолированный электроизолирующим материалом. The solution to this problem lies in the fact that in a known sealed electrical connector containing a metal casing in which there is a metal partition with at least one hole through which a conductive element made of metal with low resistivity and sealed, as well as insulated, passes electrical insulating material.

Согласно настоящему изобретению перегородка выполнена из двух втулок с коническими отверстиями, которые герметично соединены друг с другом по крайней мере основанием конуса своих отверстий с образованием из них общего сквозного отверстия, охватывающего с зазором токопроводящий элемент, выполненный по крайней мере с одним кольцевым коническим выступом, а упомянутый зазор заполнен герметизирующим и электроизолирующим материалом, имеющим адгезионную связь с сопряженными с ним металлическими поверхностями и согласованный с ними по температурному коэффициенту линейного расширения. According to the present invention, the partition is made of two bushings with conical holes that are hermetically connected to each other by at least the base of the cone of their holes with the formation of a common through hole, covering with a gap a conductive element made with at least one annular conical protrusion, and the aforementioned gap is filled with a sealing and electrically insulating material having adhesive bonding with metal surfaces mating with it and coordinated with them according to linear expansion coefficient.

Возможен вариант, когда одна втулка выполнена конической и с конусностью, противоположной по направлению конусности своего отверстия, которая согласована с конусностью отверстия второй втулки, в которую она герметично вставлена и соединена с ней. It is possible that one sleeve is made conical and with a taper opposite in the direction of the taper of its hole, which is consistent with the taper of the hole of the second sleeve into which it is hermetically inserted and connected to it.

Возможен также вариант, когда по поверхности соединения втулок во внутренней стенке общего сквозного отверстия выполнена кольцевая проточка, которая частично заполнена герметизирующим и электроизолирующим материалом. It is also possible that an annular groove is made along the surface of the connection of the bushings in the inner wall of the common through hole, which is partially filled with a sealing and electrically insulating material.

Настоящее изобретение направлено на повышение прочности и герметичности крепления токопроводящего элемента в отверстии или отверстиях перегородки корпуса электрического соединителя, эксплуатируемого в условиях экстремального воздействия на него жидкости и/или газа, у которых изменения носят случайный и непредсказуемый характер. The present invention is aimed at increasing the strength and tightness of the fastening of the conductive element in the hole or holes of the septum of the body of the electrical connector, which is operated under extreme exposure to liquid and / or gas, in which the changes are random and unpredictable.

Это обеспечивается как использованием токопроводящего элемента в зоне отверстия, так и выполнением перегородки из двух втулок с соответствующими отверстиями и с согласованной конфигурацией узла своего соединения друг с другом. This is ensured both by using a conductive element in the zone of the hole, and by making a partition of two bushings with corresponding holes and with a coordinated configuration of the node of its connection with each other.

В результате герметичному электрическому соединителю приданы свойства самоупрочнения и самогерметизации при сохранении электроизолирующего свойства в условиях самых неожиданных и всесторонних воздействий жидкости и/или газа на его конструкцию. As a result, the sealed electrical connector is given the properties of self-hardening and self-sealing while maintaining the electrical insulating properties under the most unexpected and comprehensive effects of liquid and / or gas on its design.

Настоящее изобретение повышает существующий технический уровень герметичного электрического соединителя, в частности кабеля силовой электросети с мощной электроаппаратурой, так как совокупность существенных отличительных признаков в научно-технической и патентной информации заявителем не обнаружена. Не обнаружены и отдельные существенные отличительные признаки в совокупности с другими признаками аналогичных устройств. The present invention improves the existing technical level of a sealed electrical connector, in particular a power cable with powerful electrical equipment, since the applicant has not found a combination of essential distinguishing features in scientific, technical and patent information. Not found and individual significant distinguishing features in combination with other features of similar devices.

Кроме того, настоящее изобретение открывает новое направление развития герметичных электрических соединителей в электротехнике, у которых повышение прочности и герметичности происходит в условиях, когда в известных конструкциях герметичных электрических соединителей наблюдается противоположный процесс. Это обусловлено тем, что согласно настоящему изобретению предложена конструкция герметичного электрического соединителя, в которой конструктивная форма составных элементов позволила разрушительные воздействия внешней среды (жидкости и/или газа), а также свои внутренние деформации, вызванные внешней средой, направить на создание условий самоупрочнения и самогерметизации крепления токопроводящего элемента в отверстии перегородки при сохранении его электроизоляции от корпуса, которую обеспечивает соответствующий материал, имеющий согласованный с контактирующими металлическими поверхностями температурный коэффициент линейного расширения. In addition, the present invention opens up a new direction for the development of sealed electrical connectors in electrical engineering, in which an increase in strength and tightness occurs under conditions when the opposite process is observed in known designs of sealed electrical connectors. This is due to the fact that according to the present invention, a sealed electrical connector design is proposed in which the structural form of the constituent elements allows the destructive effects of the external environment (liquid and / or gas), as well as their internal deformations caused by the external environment, to be directed towards creating conditions for self-hardening and self-sealing fastening the conductive element in the opening of the partition while maintaining its electrical insulation from the housing, which provides the corresponding material having temperature coefficient of linear expansion consistent with contacting metal surfaces.

Настоящее изобретение обладает высоким изобретательским уровнем, так как для специалиста средней квалификации оно не очевидно и логически не следует из известного технического уровня, а скорее, как было показано ранее, противоречит сложившимся в нем тенденциям. В частности, выполнение перегородки в виде двух соединенных вместе втулок, из которых одна входит в другую, с образованием отверстия, которое охватывает кольцевой конический выступ токопроводящего элемента, идея, парадоксальная здравому смыслу, и по логике должна увеличить вероятность разгерметизации соединителя, так как появляются дополнительные швы-соединения, составные детали конструкции и другие элементы, нарушающие цельность конструкции перегородки. Но наличие во втулках конических отверстий, которые при взаимном соединении втулок в единую конструкцию перегородки основаниями своих конусов образуют замкнутую полость для перемещения токопроводящего элемента относительно перегородки, а также электроизолирующего и герметизирующего материала, которым заполнен зазор в упомянутом отверстии с токопроводящим элементом, создает эффект самогерметизации и самоупрочнения при сохранении электроизолирующих свойств токопроводящего элемента в отверстии перегородки. Это обусловлено, например, тем, что между токопроводящим элементом и краями конусных отверстий обеих втулок, а также внутри них можно установить зазор меньше критичного для электроизолирующего материала. Тогда даже при разрушении его монолитности он не сможет покинуть отведенную для него полость в отверстии перегородки. Кроме того, взаимно противоположная, например, конусность отверстий втулок и согласованная с ними форма кольцевого конического выступа токопроводящего элемента создают условия для равномерного и всестороннего перераспределения по объему соединителя ударных и вибрационных воздействий жидкости и/или газа. The present invention has a high inventive step, since for a specialist of average skill it is not obvious and does not logically follow from a known technical level, but rather, as shown earlier, contradicts the prevailing trends in it. In particular, the construction of a partition in the form of two bushings connected together, of which one enters the other, with the formation of a hole that covers the annular conical protrusion of the conductive element, is an idea paradoxical to common sense, and should logically increase the likelihood of depressurization of the connector, as additional seams-joints, structural components and other elements that violate the integrity of the partition structure. But the presence of conical holes in the bushings, which, when the bushings are connected together in a single partition structure, with the bases of their cones, form a closed cavity for moving the conductive element relative to the partition, as well as the electrically insulating and sealing material, which fills the gap in the said hole with the conductive element, creates a self-sealing effect and self-hardening while maintaining the electrical insulating properties of the conductive element in the opening of the partition. This is due, for example, to the fact that between the conductive element and the edges of the conical holes of both bushings, as well as inside them, a gap less than critical for the electrically insulating material can be set. Then, even with the destruction of its solidity, he will not be able to leave the cavity allotted for him in the opening of the partition. In addition, the mutually opposite, for example, the conicity of the holes of the bushings and the shape of the annular conical protrusion of the conductive element coordinated with them create the conditions for uniform and comprehensive redistribution of the shock and vibration effects of the liquid and / or gas over the volume of the connector.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где: фиг. 1 - общий вид герметичного соединителя в разрезе; фиг. 2 возможный вариант герметичного соединителя в разрезе с иным корпусом и иным принципом закрепления в нем перегородки; фиг. 3 вариант узла герметизации и электроизоляции токопроводящего элемента в отверстии перегородки корпуса. The essence of the invention is illustrated by drawings, where: FIG. 1 is a perspective view of a sealed connector; FIG. 2 is a possible embodiment of a sealed connector in the context of a different housing and a different principle of securing a partition therein; FIG. 3 option node sealing and electrical insulation of the conductive element in the hole of the partition walls of the housing.

Герметичный электрический соединитель состоит из цилиндрического металлического корпуса (фиг.1) или иной его формы (фиг.2). Причем во втором случае корпусом 1 может служить борт электроаппаратуры или судна (на чертежах изображен условно). Внутри корпуса 1 размещены и закреплены две металлические втулки 2 и 3, по крайней мере, выполнено одно сквозное коническое отверстие (фиг. 1 и 3) либо отверстие с двумя участками: цилиндрическим и коническим (фиг.2). Причем в последнем случае цилиндрический участок выполнен с диаметром большим, чем диаметр усеченной вершины конической части этого отверстия. Такое исполнение позволяет создать дополнительный механический барьер проникновению жидкости и/или газа с одной стороны перегородки на другую ее сторону. Упомянутые втулки 2 и 3 по крайней мере, основаниями конусов своих отверстий соединены герметично друг с другом, образуя единое сквозное отверстие, охватывающее с зазором кольцевой конический выступ токопроводящего элемента 4 (фиг.1,2 и 3). Зазор заполнен герметизирующим и электроизолирующим материалом 5, который имеет адгезионную связь с сопряженными с ним металлическими поверхностями, в частности с внутренней поверхностью сквозного отверстия, образованного соединенными втулками 2 и 3 и поверхностью токопроводящего элемента 4. Sealed electrical connector consists of a cylindrical metal casing (figure 1) or its other form (figure 2). Moreover, in the second case, the hull 1 can serve as a board of electrical equipment or a vessel (conditionally depicted in the drawings). Inside the housing 1 are placed and fixed two metal bushings 2 and 3, at least one through conical hole (Fig. 1 and 3) or an opening with two sections: cylindrical and conical (Fig. 2). Moreover, in the latter case, the cylindrical section is made with a diameter larger than the diameter of the truncated top of the conical part of this hole. This design allows you to create an additional mechanical barrier to the penetration of liquid and / or gas from one side of the partition to its other side. Said bushings 2 and 3, at least by the bases of the cones of their holes, are connected hermetically to each other, forming a single through hole, enclosing with a gap an annular conical protrusion of the conductive element 4 (Figs. 1,2 and 3). The gap is filled with a sealing and electrically insulating material 5, which has an adhesive bond with the metal surfaces mating with it, in particular with the inner surface of the through hole formed by the connected bushings 2 and 3 and the surface of the conductive element 4.

Кроме того, этот материал 5 имеет согласованный с ними, то есть с контактирующими металлическими деталями температурный коэффициент линейного расширения. In addition, this material 5 has a linear expansion temperature coefficient consistent with them, that is, with the contacting metal parts.

Возможен вариант, когда одна втулка, например втулка 3, выполнена конической и с конусностью, противоположной по направлению конусности своего отверстия. Эта конусность согласована с конусностью отверстия втулки 2, в которую она герметично вставлена и соединена с ней (фиг.2). Причем конусная поверхность втулки 2, которая выполнена с большим диаметром, чем другая ее часть, образует ступенчатую внутреннюю поверхность. It is possible that one sleeve, for example sleeve 3, is made conical and with a taper opposite in the direction of the taper of its hole. This taper is consistent with the taper of the hole of the sleeve 2, into which it is hermetically inserted and connected to it (figure 2). Moreover, the conical surface of the sleeve 2, which is made with a larger diameter than its other part, forms a stepped inner surface.

Возможен вариант, когда по поверхности соединения втулок 2 и 3 во внутренней стенке общего сквозного отверстия выполнена кольцевая проточка, которая частично заполнена герметизирующим и электроизолирующим материалом 5 (фиг.2). An option is possible when an annular groove is made on the connection surface of the bushings 2 and 3 in the inner wall of the common through hole, which is partially filled with a sealing and electrically insulating material 5 (figure 2).

Герметичное соединение втулок 2 и 3 обеспечивается как сваркой контура их соединения, так и размещением между ними клея-герметика, например, на основе эпоксидной смолы или ее композиций, что определяется условиями эксплуатации герметичного электрического соединителя. The tight connection of the sleeves 2 and 3 is ensured both by welding the contour of their connection and by placing adhesive-sealant between them, for example, based on epoxy resin or its compositions, which is determined by the operating conditions of the sealed electrical connector.

Через образованное втулками 2 и 3 сквозное отверстие проходит токопроводящий элемент 4 и своим кольцевым коническим выступом в этом отверстии зафиксирован герметизирующим и электроизолирующим материалом 5 так, что вершина указанного выступа расположена в плоскости герметичного соединения втулок 2 и 3 (фиг. 1) или со смещением (фиг. 3), или под углом к ней (фиг. 2). Причем упомянутый кольцевой конический выступ токопроводящего элемента 4 может быть размещен в упомянутом отверстии с зазором, меньшим критического для материала, которым он заполнен. A conductive element 4 passes through the through hole formed by the bushes 2 and 3 and is fixed with a sealing and electrically insulating material 5 with its annular conical protrusion in this hole so that the apex of the protrusion is located in the plane of the hermetic connection of the bushes 2 and 3 (Fig. 1) or with an offset Fig. 3), or at an angle to it (Fig. 2). Moreover, the said annular conical protrusion of the conductive element 4 can be placed in the said hole with a gap less critical for the material with which it is filled.

Например, если этот зазор заполнен эластомером полиуретана из смолы на основе полиэфира с трехкомпонентной системой металла-диизоцианата с твердостью 80 единиц по Шору, который выдерживает давление более 300 МПа на сжатие, то величина зазора должна быть 0,38-0,51 мм. For example, if this gap is filled with an elastomer of polyurethane resin based on polyester with a three-component system of metal-diisocyanate with a hardness of 80 Shore units, which can withstand a pressure of more than 300 MPa for compression, then the gap should be 0.38-0.51 mm.

В этом случае целесообразно эластомер снабдить электроизоляционным покрытием, например, из фторопластовой пленки с липким слоем марки Ф4ЭО-Л/1 по ТУ6-05-041-780-81 толщиной от 0,03 мм до 0,1 мм с температурой надежной эксплуатации от -60^oС до +250^oС.In this case, it is advisable to provide the elastomer with an electrical insulating coating, for example, of a fluoroplastic film with an adhesive layer of brand F4EO-L / 1 according to TU6-05-041-780-81 with a thickness of 0.03 mm to 0.1 mm with a reliable operation temperature from - 60 ^o C to +250 ^o C.

Как в приведенном случае, так и по другому варианту исполнения герметичного электрического соединителя, токопроводящий элемент располагают в сквозном отверстии втулок 2 и 3 при их соединении вместе. Для этого вначале токопроводящий элемент в части кольцевого конического выступа и/или сопрягаемые с ним поверхности отверстий втулок 2 и 3 послойно (в 3-4 слоя) покрывают герметизирующим и электроизолирующим стекломатериалом 5, например стеклокристаллическим материалом (см. например, авторское свидетельство СССР N 387943 или N 405830). Затем с одной стороны токопроводящего элемента 4 основанием конуса отверстия надевают втулку 2. Потом с другого его конца аналогично надевают втулку 3 и сводят ее вместе с втулкой 2 в состояние, когда стекломатериал приведен в пластическое или жидкотекущее состояние, в частности путем нагрева в течение 15-20 минут. В результате сжатия втулок 2 и 3 стеклокристаллический материал 5 выдавливается на торец втулок 2 и 3, образуя кольцевой бурт (фиг.2) (если зазор больше критичного для того материала), либо в последующем эти излишки подпрессовывают или удаляют (фиг.1,3). As in the above case, and in another embodiment of the sealed electrical connector, the conductive element is placed in the through hole of the bushings 2 and 3 when they are connected together. To do this, first, the conductive element in the part of the annular conical protrusion and / or the surfaces of the openings of the bushings 2 and 3 mating with it, are covered layer-by-layer (3-4 layers) with sealing and electrical insulating glass material 5, for example, glass-crystal material (see, for example, USSR copyright certificate N 387943 or N 405830). Then, on one side of the conductive element 4, the sleeve 2 is put on the base of the hole cone. Then, on the other end, the sleeve 3 is put on and brought together with the sleeve 2 to a state where the glass material is brought into a plastic or liquid state, in particular by heating for 15- 20 minutes. As a result of compression of the bushings 2 and 3, the glass-crystalline material 5 is extruded onto the end of the bushings 2 and 3, forming an annular collar (Fig. 2) (if the gap is more critical for that material), or subsequently, these excesses are pressed or removed (Fig. 1.3 )

Кроме того, излишки герметизирующего и электроизолирующего материала 5 выдавливаются в кольцевую проточку внутренней поверхности конусного отверстия втулки 2, чем обеспечивается ее частичное заполнение герметизирующим и электроизолирующим материалом 5 (фиг.2). В процессе такой сборки перегородки производят центрирование токопроводящего элемента 4 в упомянутом отверстии. Эта центровка, кстати, может производиться и автоматически, так как в качестве посадочной и центрирующей поверхности выступают конусные сопрягаемые между собой поверхности втулок 2 и 3, а также свойства вязкости и несжимаемости герметизирующего и электроизолирующего материала 5 (если материал 5 - стеклокристаллический). Они не позволяют токопроводящему элементу 4 отклониться от центра отверстия и в ряде случаев сместиться по продольной оси к втулке 2 или 3. После такой сборки конструкцию подвергают термообработке при температуре 600-800^oС (конкретная температура определяется составом стеклокристаллического материала 5, интервалами между нанесением слоев этого материала 5, а также температурным градиентом или его направленностью при термообработке) в течение 1-3 часов.In addition, excess sealing and electrically insulating material 5 is squeezed into the annular groove of the inner surface of the conical bore of the sleeve 2, thereby partially filling it with sealing and electrically insulating material 5 (Fig. 2). In the process of such assembly of the partition, the conductive element 4 is centered in the aforementioned hole. This alignment, by the way, can also be done automatically, since the conical mating surfaces of the bushings 2 and 3, as well as the viscosity and incompressibility properties of the sealing and electrically insulating material 5 (if the material 5 is glass crystalline) act as a landing and centering surface. They do not allow the conductive element 4 to deviate from the center of the hole and in some cases move along the longitudinal axis to the sleeve 2 or 3. After this assembly, the structure is subjected to heat treatment at a temperature of 600-800 ^o C (the specific temperature is determined by the composition of the glass material 5, the intervals between the deposition of layers this material 5, as well as the temperature gradient or its direction during heat treatment) for 1-3 hours.

Это во многом предопределяет температурный коэффициент линейного расширения стеклокристаллического материала 5, который, с одной стороны, согласуется с температурным коэффициентом линейного расширения токопроводящего элемента 4, который, например, целесообразно выполнить из меди, а с другой стороны, согласуется с температурным коэффициентом линейного расширения втулок 2 и 3, которые целесообразно выполнить, например, из аустенитной нержавеющей стали. Герметичное соединение втулок между собой в этом случае может также обеспечиваться стеклокристаллическим материалом 5 либо сваркой после термообработки. This largely determines the temperature coefficient of linear expansion of the glass-crystalline material 5, which, on the one hand, is consistent with the temperature coefficient of linear expansion of the conductive element 4, which, for example, is expediently made of copper, and on the other hand, is consistent with the temperature coefficient of linear expansion of bushings 2 and 3, which are expediently performed, for example, from austenitic stainless steel. The tight connection of the bushings with each other in this case can also be provided by glass-crystal material 5 or by welding after heat treatment.

Может быть и иной вариант заполнения зазора в отверстии втулок 2 и 3 с токопроводящим элементом 4. В частности, кольцевой конический выступ токопроводящего элемента 4 можно покрыть термоусаживающейся трубкой марки ТЭФ-4Д-15/10 толщиной 0,5 мм по ОСТ 6-05-402-80. Такая фторопластовая трубка усаживается при нагреве +300^oC и плотно облегает всю поверхность кольцевого конического выступа токопроводящего элемента 4, одновременно плотно заполняя зазор. Причем прочность пленки составляет 19,6 МПа, удельное электрическое сопротивление до 1•10¹⁴ Ом•м и электрическая прочность 25 МВ/м в диапазоне температур от -60^oС до +200^oC (см. Киричек Б.И. и др. Термоусаживающиеся трубки из фторополимеров Л. ЛДНТП, 1987 г.).There may be another option for filling the gap in the hole of the bushings 2 and 3 with the conductive element 4. In particular, the annular conical protrusion of the conductive element 4 can be covered with a heat-shrinkable tube of grade TEF-4D-15/10 with a thickness of 0.5 mm according to OST 6-05- 402-80. Such a fluoroplastic tube shrinks when heated +300 ^o C and tightly fits the entire surface of the annular conical protrusion of the conductive element 4, while tightly filling the gap. Moreover, the film strength is 19.6 MPa, the electrical resistivity is up to 1 • 10 ¹⁴ Ohm • m and the electric strength is 25 MV / m in the temperature range from -60 ^o С to +200 ^o C (see B. Kirichek and others Heat-shrinkable tubes made of fluoropolymers L. LDNTP, 1987).

Втулки 2 и 3 поджаты упругим металлическим кольцом 8 к бурту корпуса 1 (фиг. 1). Сам корпус 1 герметично закреплен к корпусу 9 бортовой аппаратуры (фиг. 1, на которой борт указан условно) с помощью болтов 10. Причем герметизация этого соединения обеспечивается резиновым кольцом 6 и прокладкой 7. С противоположного торца корпуса 1 возможно закрепление с помощью гайки 11 ответной части электрического соединителя (на фиг.1 изображена условно). The bushings 2 and 3 are pressed by an elastic metal ring 8 to the shoulder of the housing 1 (Fig. 1). The casing 1 itself is hermetically fixed to the casing 9 of the on-board equipment (Fig. 1, on which the board is indicated conditionally) using bolts 10. Moreover, the sealing of this connection is provided by a rubber ring 6 and a gasket 7. From the opposite end of the casing 1, it is possible to fix with a nut 11 part of the electrical connector (figure 1 depicted conventionally).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Под воздействием давления жидкости и/или газа на корпус 1 соединителя и его перегородку, выполненную из двух втулок 2 и 3, герметично соединенных вместе, появляется усилие, воспринимаемое опорной поверхностью корпуса 1, торцевыми поверхностями упомянутых втулок 2 и 3, которые стремятся в продольном направлении сместиться по поверхности токопроводящего элемента 4, но из-за наличия конусности в своих отверстиях, охватывающих согласованную с ними форму кольцевого конического выступа токопроводящего элемента 4, сжимают герметизирующий и электроизолирующий материал 5, которым заполнен их зазор. В результате возникает эффект самогерметизации и самоупрочнения без нарушения электроизолирующих свойств закрепления токопроводящего элемента 4 и отверстий перегородки (2 и 3). Этот эффект возникает при любой направленности воздействия жидкости и/или газа на электрический соединитель, так как во всех случаях кольцевой конический выступ токопроводящего элемента 4 и соответствующего ему сквозного отверстия в перегородке (2 и 3) обеспечивает либо равномерное распределение деформационных усилий от токопроводящего элемента 4 по объему перегородки (2 и 3), либо обратный процесс всестороннее сжатие токопроводящего элемента 4 в этом отверстии. Данный эффект усиливается наличием герметичного соединения втулок 2 и 3 между собой по конической поверхности (фиг.2). Under the influence of liquid and / or gas pressure on the connector housing 1 and its partition made of two bushings 2 and 3, hermetically connected together, a force appears, perceived by the supporting surface of the housing 1, by the end surfaces of the said bushings 2 and 3, which tend in the longitudinal direction move along the surface of the conductive element 4, but due to the taper in their holes covering the shape of the annular conical protrusion of the conductive element 4 that is matched with them, the sealing and electric insulating material 5, which filled their gap. As a result, the effect of self-sealing and self-hardening occurs without violating the electrical insulating properties of the fastening of the conductive element 4 and the holes of the partition (2 and 3). This effect occurs with any directivity of the action of liquid and / or gas on the electrical connector, since in all cases the annular conical protrusion of the conductive element 4 and the corresponding through hole in the partition (2 and 3) provides either uniform distribution of deformation forces from the conductive element 4 along the volume of the partition (2 and 3), or the reverse process, comprehensive compression of the conductive element 4 in this hole. This effect is enhanced by the presence of a tight connection of the bushings 2 and 3 together on a conical surface (figure 2).

Промышленная применимость настоящего изобретения подтверждена изготовлением и испытанием опытных образцов. Конкретно был изготовлен герметичный электрический соединитель, содержащий корпус из коррозионностойкой стали марки 08Х18Н10Т и медного токопроводящего элемента диаметром 8 мм, загерметизированного стеклокристаллическим материалом по авторскому свидетельству СССР N 405830 в кольцевом коническом выступе с зазором в 0,5-0,7 мм в отверстии металлической перегородки, выполненной из двух втулок, изготовленных из аналогичного корпусу металла. За счет подбора металла токопроводящего элемента, упомянутых втулок и состава стеклокристаллического материала, а также технологии термообработки закрепления токопроводящего элемента в отверстии соединенных втулок удалось согласовать их температурные коэффициенты линейного расширения для формирования высокопрочного металлостеклоспая и обеспечить необходимую прочность при воздействии всестороннего гидростатического давления. Форма сквозного отверстия в перегородке и согласованная с ней форма кольцевого конического выступа токопроводящего элемента выполнены с учетом требования, обеспечивающего достижение максимальной прочности и герметичности конструкции, а также эффекта самоупрочнения и самогерметизации. Для обеспечения последнего на отдельных опытных образцах и с учетом вязкости стеклокристаллического материала вершина кольцевого конического выступа токопроводящего элемента была смещена относительно плоскости соединения втулок. The industrial applicability of the present invention is confirmed by the manufacture and testing of prototypes. Specifically, a sealed electrical connector was made, comprising a housing made of 08X18H10T corrosion-resistant steel and a copper conductive element with a diameter of 8 mm, sealed with glass-crystal material according to USSR author's certificate N 405830 in an annular conical protrusion with a gap of 0.5-0.7 mm in the hole of the metal partition made of two bushings made of a similar metal body. Due to the selection of the metal of the conductive element, the mentioned bushings and the composition of the glass crystal material, as well as the heat treatment technology of fixing the conductive element in the hole of the connected bushings, it was possible to coordinate their linear expansion temperature coefficients for the formation of high-strength metal-glass and ensure the necessary strength under the influence of comprehensive hydrostatic pressure. The shape of the through hole in the partition and the shape of the annular conical protrusion of the conductive element matched with it are made taking into account the requirements that ensure maximum strength and tightness of the structure, as well as the effect of self-hardening and self-sealing. To ensure the latter, on separate experimental samples and taking into account the viscosity of the glass-crystalline material, the apex of the annular conical protrusion of the conductive element was displaced relative to the plane of connection of the bushings.

Исследование опытных образцов показало, что устройство выдерживает пробивное напряжение не менее 2,5 кВ и давление среды (жидкости и/или газа) вплоть до достижения предела ползучести в металлических деталях соединителя. The study of prototypes showed that the device withstands breakdown voltage of at least 2.5 kV and the pressure of the medium (liquid and / or gas) up to the creep limit in the metal parts of the connector.

Использование предлагаемого герметичного узла в подводных аппаратах и в аналогичных по сложности системах позволит получить элемент для обеспечения надежного электрического соединителя, с помощью которого надежно осуществляется передача больших токов и высоких напряжений с объекта на объект в самых жестких условиях эксплуатации, в частности при всестороннем давлении жидкости и/или газа. ЫЫЫ2 The use of the proposed sealed unit in underwater vehicles and systems of similar complexity will make it possible to obtain an element for providing a reliable electrical connector, with the help of which reliable transmission of high currents and high voltages from an object to an object is carried out under the most severe operating conditions, in particular at all-round liquid pressure and / or gas. YYY2

Claims

1. A sealed electrical connector containing a metal housing in which there is a metal partition made with at least one hole through which a conductive element made of metal with low resistivity passes and sealed, as well as insulated with an electrical insulating material, characterized in that the partition is made up of two bushings with conical holes that are hermetically connected to each other at least in the region of the bases of their cones holes with the formation of a common through hole, covering with a gap the specified conductive element made with at least one annular conical protrusion, and the said gap is filled with a sealing and electrical insulating material that has adhesive bonding with the metal surfaces mating with it and matched with them on linear expansion temperature coefficient.

2. The connector according to claim 1, characterized in that one sleeve is made conical with the taper of the opposite taper of its hole and consistent with the taper of the hole of the second sleeve into which it is hermetically inserted and connected to it.

3. The connector according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that on the connection surface of the bushings on the inner wall of the common through hole is made an annular groove, which is partially filled with a sealing and electrically insulating material.