一种活塞压力平衡式水下插拔电连接器的制作方法

本发明涉及一种活塞压力平衡式水下插拔电连接器，具体说是一种用于水下环境特别是深海环境下的湿插拔电连接器。

背景技术：

随着人们在海洋环境下的探索的不断深入，海洋石油天然气开发，海洋探测，水下武器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，需要大量的电子元器件，而这些设备之间通过连接器进行电力和信号的传输。随着水深的加大，对连接器的性能要求越来越高。急需一种可以适应深海高压强，高腐蚀环境，且可以实现水下带电多次插拔操作的深海连接器；不仅要求连接器具有长的寿命，而且要求其插拔力不随外压的变化而变化。现存电连接器大多无压力平衡和良好的绝缘密封，所需插拔力大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术中提及的现存电连接器大多无压力平衡和良好的绝缘密封，所需插拔力大，无法满足深海领域要求的技术问题。

本发明的设计思想是，提出一款活塞压力平衡式水下插拔电连接器，。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种活塞压力平衡式水下插拔电连接器，包括插头部分和与之配合使用的插座部分；

插头部分包括带有相互独立的插头尾腔和插合腔的插头外壳，在插头外壳内设置不少于一根的插针，插针同时贯穿插头尾腔和插合腔；插针的外部包裹绝缘材料制成的插针密封轴套，位于插头尾腔内插针的尾部电缆连接端与电缆线密封相连，位于插合腔内插针的头部裸露出导电部分且插针的头部呈凸球状；

插座部分包括插座外壳，在插座外壳内通过前支撑件和后支撑件设置与插针一一对应的插座单体，前支撑件和后支撑件之间形成插座外壳腔，在插座外壳腔所在的插座外壳壁上设置第一进水孔且第一进水孔连通插座外壳腔，在插座外壳腔内设置一级过滤板和二级过滤板；

插座单体包括接插组件和设置在接插组件上的活塞式压力平衡装置，接插组件包括双层结构的插座密封轴套，双层结构的插座密封轴套包括采用绝缘材料制成的内层轴套和采用半导体材料制成的外层轴套，内层轴套和外层轴套紧密套合；在内层轴套里设置带有导电针内腔的导电针，导电针的尾部与电缆线密封相连，导电针的前端嵌合设置冠簧结构的导电环，导电环的一端定位于导电针、另一端定位于内层轴套；导电针内腔里充满绝缘油且设置活塞杆压簧，在插座密封轴套的前端内设置活塞杆且在活塞杆的前端设置用于卡合插针头部的卡槽，活塞杆的末端接触活塞杆压簧并卡合在导电环上；

插座密封轴套上在对应于活塞杆压簧末端处外凸设置有用于安装活塞式压力平衡装置的通道，活塞式压力平衡装置包括设置在通道内设置的带有活塞绝缘内腔的绝缘活塞外壳，在绝缘活塞外壳的前端开设进水口；绝缘活塞外壳通过螺纹副连接导电针且活塞绝缘内腔连通导电针内腔，在活塞绝缘内腔内设置活塞且活塞与活塞绝缘内腔的内壁之间通过两层间隔设置的O型密封圈进行密封，在活塞绝缘内腔内设置增压弹簧，增压弹簧的一端通过绝缘活塞外壳定位、另一端通过活塞定位。

本发明技术方案中的电连接器，适应深海高压强，高腐蚀环境，且可以实现水下带电多次插拔操作的深海连接器；不仅要求连接器具有长的寿命，而且其插拔力不随外压的变化而变化。

本发明技术方案中的插座单体上设置的活塞式压力平衡装置，绝缘活塞外壳与导电针通过螺纹相连接并密封，活塞绝缘内腔连通导电针内腔，这两个腔体中均充满绝缘油；活塞与绝缘活塞外壳之间设置有增压弹簧，可使腔体内绝缘油压力稍大于外界海水压力，避免泄漏。

对本发明技术方案的改进，插头部分还包括至少一个的用于卡合插座部分防止插头部分与插座部分脱离的卡爪片，卡爪片通过螺钉固定在插合腔所在的插头外壳壁上，卡爪片上向内外凸设置卡合凸起。

对上述技术方案进一步的改进，在插座外壳上设置有与卡合凸起相配合的防止插头部分与插座部分脱离的轴肩槽。

对本发明技术方案的改进，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。

对本发明技术方案的改进，在插头尾腔内设置有用于支撑插针的支架。

对本发明技术方案的改进，内层轴套采用硅橡胶制成，外层轴套采用氟橡胶制成。本发明技术方案中的插座单体的双层结构的插座密封轴套，内层一般为硅橡胶等绝缘材料，外层一般为半导体材料，内外层可以用模具整体成型，或者通过真空粘合连接在一起。外层具有屏蔽作用，可以防止各相之间的相互干扰。

对本发明技术方案的改进，活塞杆与内层轴套之间设置第一密封件和第二密封件。

对本发明技术方案的改进，外层轴套前端的外表面上设置一圈环形凹槽；在插座外壳上和前支撑件分别与环形凹槽相对应处设置第三进水孔和第二进水孔。环形凹槽的设置目的是，环形凹槽与其通过插座外壳上和前支撑件上的第二进水孔与外界高压海水相通，可以进一步压紧双层结构的插座密封轴套与活塞杆，增强双层结构的插座密封轴套与活塞杆密封性。

对本发明技术方案的改进，在插座外壳的外表面上设置止位轴肩。插座部分的外壳上导向柱的设置是为了防止插座部分和插头部分的误插。

对本发明技术方案的改进，插座部分的插座外壳上插入到插头部分内的插座外壳外表面上通过螺纹副设置的导向柱，在插头部分的插头外壳上对应于导向柱开设有与导向柱相配合的导向长槽。插座部分的外壳上止位轴肩的设置是为了防止插座部分和插头部分的过插。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、本发明的活塞压力平衡式水下插拔电连接器，适用于深海环境水下多次插拔。

2、本发明的活塞压力平衡式水下插拔电连接器，目前市面上没有该种产品出现。本发明具有设计新颖、结构简单、可靠、使用方便，并且耗能低等优点。

3、本发明的活塞压力平衡式水下插拔电连接器，适应深海高压强，高腐蚀环境，且可以实现水下带电多次插拔操作的深海连接器。

4、本发明的活塞压力平衡式水下插拔电连接器，具有长的寿命，而且要求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示意图。

图2是插座部分三维造型示意图。

图3是插座插合端面向视图。

图4是图3的A-B旋转剖视图。

图5是图3的A-A剖视图。

图6是图5中的A处放大视图。

图7是插头部分的第一剖视图。

图8是插头部分的第二剖视图。

图9是插针的剖视图。

图10是插座部分的前支撑件的三维造型示意图。

图11是插座单体的三维造型示意图。

图12是插座单体的剖视图。

图13是插座单体内的活塞式压力平衡装置的剖视图。

图中：1、插头部分，2、插座部分，3、导向柱，4、止位轴肩，5、密封结构，6、插座外壳，7、插座单体，8、前支撑件，9、一级过滤板，10、二级过滤板，11、后支撑件，12、第三进水孔，13、第二进水孔，14、环形凹槽，15、插座密封轴套，16、活塞杆，17、导电环，18、导电针，19、导电针内腔，20、活塞杆压簧，21、活塞，22、绝缘活塞外壳，23、活塞绝缘内腔，24、增压弹簧，25、O型密封圈，26、第二密封件，27、第一密封件，28、卡槽，29、插头外壳，30、导向长槽，31、插针，32、支架，33、插针密封轴套，35、导电部分，36、第一进水孔，37、外层轴套，38、内层轴套，39、插合腔，40、插头尾腔，41、插座外壳腔，42、轴肩槽，43、卡爪片，44、卡合凸起，45、进水口。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图13和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：

本实施例的活塞压力平衡式水下插拔电连接器包括插头和插座两个部分。以下本文叙述中将插头朝向插座的一端称为插头前端，另一端则称为插头后端；将插座朝向插头的一端称为插座前端，另一端则称为插座后端。

如图1、图7、图8和图9所示，插头部分1包括带有相互独立的插头尾腔40和插合腔39的插头外壳29，在插头外壳29内设置不少于一根的插针31，插针31同时贯穿插头尾腔40和插合腔39；插针31的外部包裹绝缘材料制成的插针密封轴套33，位于插头尾腔40内插针31的尾部电缆连接端与电缆线密封相连，采用橡胶硫化成型或者玻璃烧结方式实现密封。位于插合腔39内插针31的头部裸露出导电部分35且插针31的头部呈凸球状。插头部分1还包括至少一个的用于卡合插座部分2防止插头部分1与插座部分2脱离的卡爪片43，卡爪片43通过螺钉固定在插合腔39所在的插头外壳壁上，卡爪片43上向内外凸设置卡合凸起44。在插头尾腔40内设置有用于支撑插针31的支架32。

如图2、图3、图4、图5、图6和图10所示，插座部分2包括插座外壳6，在插座外壳6上设置有与卡合凸起44相配合的防止插头部分1与插座部分2脱离的轴肩槽42，在插座外壳6的外表面上设置止位轴肩4。插座部分2的插座外壳6上插入到插头部分1内的插座外壳外表面上通过螺纹副设置的导向柱3，在插头部分1的插头外壳29上对应于导向柱3开设有与导向柱3相配合的导向长槽30。在插头部分1与插座部分2的插合过程中，导向长槽30配合导向柱3，防止误插；止位轴肩4，防止过插。

如图10所示，在插座外壳6内通过前支撑件8和后支撑件11设置与插针31一一对应的插座单体7，插座单体7的数量可根据需要进行任意个数设计。前支撑件8和后支撑件11之间形成插座外壳腔41，在前支撑件8设置第二进水孔13，后支撑件11与插座外壳6之间有双层的O型密封圈的密封结构5，防止污浊海水进入活塞腔。在插座外壳腔41所在的插座外壳壁上设置第一进水孔36且第一进水孔36连通插座外壳腔41，在插座外壳腔41内设置一级过滤板9和二级过滤板10，用于过滤颗粒杂质，以保证进入活塞腔的海水足够洁净，提高活塞的使用寿命。外界高压海水可通过第一进水孔36进入插座外壳腔41内，再经过过一级过滤板9和二级过滤板10进行过滤，最后再经由绝缘活塞外壳22的前端开设进水口45到达活塞腔。一级过滤板9和二级过滤板10的过滤等级不同，以保证进入活塞腔的海水足够洁净，提高活塞的使用寿命。

如图11、图12和图13所示，插座单体7包括接插组件和设置在接插组件上的活塞式压力平衡装置，接插组件包括双层结构的插座密封轴套15，双层结构的插座密封轴套15包括采用绝缘材料制成的内层轴套38和采用半导体材料制成的外层轴套37，内层轴套38和外层轴套37紧密套合；具体的内层轴套38采用硅橡胶制成，外层轴套37采用氟橡胶制成；内层轴套38和外层轴套37可以用模具整体成型，或者通过真空粘合连接在一起；外层具有屏蔽作用，可以防止各相之间的相互干扰。在内层轴套38里设置带有导电针内腔19的导电针18，导电针18的尾部与电缆线密封相连，采用橡胶硫化成型或者玻璃烧结方式实现密封相连。导电针18的前端嵌合设置冠簧结构的导电环17，导电环17的一端定位于导电针18、另一端定位于内层轴套38。导电针内腔19里充满绝缘油且设置活塞杆压簧20，在插座密封轴套15的前端内设置活塞杆16且在活塞杆16的前端设置用于卡合插针31头部的卡槽28，活塞杆16的末端接触活塞杆压簧20并卡合在导电环17上。活塞杆16与内层轴套38之间设置第一密封件27和第二密封件26。双层结构的插座密封轴套15前部与活塞杆接触段的外层轴套37的外侧设置一圈环形凹槽14。

如图6所示，在插座外壳6上设置第三进水孔12，配合前支撑件8设置第二进水孔13将高压海水引入环形凹槽14，可以增加前端插座密封轴套15与活塞杆的贴合，提高密封性能。

如图12和13所示，插座密封轴套15上在对应于活塞杆压簧20末端处外凸设置有用于安装活塞式压力平衡装置的通道，活塞式压力平衡装置与导电针走向相互垂直或成一定的角度。其目的是将导电部与压力平衡部分开，便于同时实现密封绝缘和压力平衡。

活塞式压力平衡装置包括设置在通道内设置的带有活塞绝缘内腔23的绝缘活塞外壳22，在绝缘活塞外壳22的前端开设进水口45；绝缘活塞外壳22通过螺纹副连接导电针18且活塞绝缘内腔23连通导电针内腔19，在活塞绝缘内腔23内设置活塞21且活塞21与活塞绝缘内腔23的内壁之间通过两层间隔设置的O型密封圈25进行密封，在活塞绝缘内腔23内设置增压弹簧24，增压弹簧24的一端通过绝缘活塞外壳22定位、另一端通过活塞21定位。活塞21与绝缘活塞外壳22定之间设置有增压弹簧24，可使活塞绝缘内腔23内绝缘油压力稍大于外界海水压力，避免泄漏。当通过第一进水孔36进入插座外壳腔41的外界海水的压力发生变化时，活塞21会沿着绝缘活塞外壳22的内壁进行相应的移动，以平衡腔体内外的压力。增压弹簧24位于活塞绝缘内腔23内，此弹簧可使腔体内绝缘油的压力等于弹簧的预紧力与海水压力之和，使腔体内压力大于海水压力，避免绝缘油的泄漏。通过上述过程可达到压力平衡的效果。

本实施例中的插头部分与插座部分的插接和分离过程如下：

插接时，插头部分1的插针31的导电部分35的凸头与活塞杆16的卡槽28首先接触；随着插针31的进一步深入，活塞杆16压缩活塞杆压簧20向后移动；插头和插座所形成的插合腔39里的海水通过插头外壳上的导向长槽30排出。当插头外壳29前端抵住插座外壳6的止位轴肩4时，插针31的裸露导电部35与导电环17相接触，卡爪片43的卡合凸起卡住轴肩槽42，可防止插头插座脱离。此时，插座绝缘外壳前端的双层密封轴套与插针形成密封结构，实现插合状态下的绝缘密封。

分离时，插针31逐步退出插座单体的导电环17，进而退出密封部。与此同时，活塞杆16在活塞杆压簧20的回复力推压作用下，逐步复位，重新形成密封结构，实现分离过程的绝缘密封。

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。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。