高电压水下连接组件的制作方法

背景

当设计这种水下电力连接器时，会出现许多挑战。特别地，如技术人员所熟知的，高电压和导电海水的组合对连接组件提出了高要求。另一个挑战是设计一种连接组件，该连接组件将在长时间不活动后仍能按预期正常工作。例如，这种连接器可能在水下环境中在几年内保持在恒定的位置，此后它们需要按预期正常工作。

这种连接组件的常见设置是使阳型(male)部件和阴型(female)部件配合。典型地，具有接触面的阳型销被插入到阴型部分，直到该接触面邻接相对面向的阴型接触面。在阳型销的移动期间，通常避免或限制海水插入阴型部件中是一个目标。

在专利申请公开wo2015199550中示出了这种水下电连接组件的典型示例。在该解决方案中，阳型部件和阴型部件相对于彼此对准。然后，支撑在阳型部件中的阳型销被插入到阴型部件中。阴型部件具有布置在阳型销接收孔隙中的可移动芯，该芯在阳型销插入时轴向移动到阴型部件中。阳型销接触面在阳型销的前部径向面向外。在阴型部件的接收孔中，当处于插入的连接位置时，径向面向内的接触面邻接阳型销接触面。

这种水下电连接组件的另一个典型示例在fr2529396中示出。当插入阳型销时，可移动芯被推入阴型部件中，使得面向径向的接触电触点与阴型孔中的相对电触点配合。阳型销可移动地支撑在阳型壳体内，该阳型壳体在插入阳型销之前与阴型壳体对准。

尤其是为了在阳型销和阴型部件的两个电接触面之间分别建立适当的接触，已知设置用于清洁阳型销接触面的装置。这种装置通常可以是与阴型部件的阳型销接收孔隙相关联地布置的刮刀。当移动阳型销穿过刮刀时，杂质将在很大程度上从电接触面上被刮下。

然而，这种刮刀的效率有限。特别是，随着刮刀的老化，它们将表现出较小的弹性且效率不高。因此，本发明的目的可以是提供上述类型的连接组件，其涉及用于清洁阳型销的电接触面的另一种解决方案。

另一个目的可以是防止或限制海水在插入阳型销时进入阴型部件。存在于阳型销上的或者分散在阴型壳体中的电介质液体中的海水微滴都会存在电火花放电的风险。

发明

根据本发明，提供了一种高电压水下连接组件，其具有阳型部件，该阳型部件包括具有带有电介质液体的液体室的阳型壳体以及阳型壳体孔隙，其中阳型销支撑在阳型壳体中并定位在阳型壳体孔隙内。阴型部件设置有阴型壳体和阳型销接收孔隙，该阴型壳体具有带有电介质液体的液体室。阳型销可通过阳型销接收孔隙在未插入的非连接位置和插入的连接位置之间轴向移动进出阴型壳体。此外，阴型壳体包括电接触面，该电接触面被配置成当阳型销处于插入的连接位置时接触阳型销的电接触面。阳型销接收孔隙或阳型壳体孔隙构成被配置成包围阳型销的轴向部分的轴向延伸的孔隙通道的前部。孔隙通道具有后部。当阳型销位于后部时，后部的径向指向内的面与阳型销的径向外侧面一起限定了冲洗间隙。此外，至少一个液体出口通道布置在孔隙通道中，分别位于后部和阳型销接收孔隙或阳型壳体孔隙之间的位置。

术语高电压在本文中是指1kv及以上的电压。

利用根据本发明的解决方案，阳型销的径向面将被电介质液体冲洗，该电介质液体被排出并流过冲洗间隙。另外，可以将阳型销穿过阳型销接收孔隙时可能带来的可能的水冲走。这减少了进入阴型壳体和/或阳型壳体的海水的量和/或降低了使海水进入阴型壳体和/或阳型壳体的风险。因此，电介质液体中的水或其它杂质的量减少了。因此，这降低了电介质击穿的风险。

有利的是，液体出口通道构成了离开液体室的唯一液体出口路径。

技术人员将认识到，可以存在不止一个液体出口通道。在一些实施例中，多个液体出口通道可以围绕接收通道的圆周分布。

在一些实施例中，阳型销的电接触面可以面向基本径向的向外方向。在这样的实施例中，阴型壳体中的电接触面面向向内的径向方向，使得相面对的电接触面可以接合阳型部件和阴型部件并构成阳型部件和阴型部件之间的电接触。

在这样的实施例中，在插入阳型销期间流过冲洗间隙的电介质液体可以清洁阳型销的电接触面，从而在两个接合的电接触面之间获得更好的电接触。因此，在本发明的这样的实施例中，获得了阳型销携带的水或其它杂质的去除，从而防止其进入壳体，并且还获得了紧接在形成接触之前的电接触面的清洁。

在一些实施例中，阴型壳体或阳型壳体布置在外壳体内，并且液体出口通道可以连通液体接收隔室和液体室。在这样的实施例中，液体接收隔室可以布置在阴型壳体或阳型壳体与外壳体之间。

在阴型部件包括冲洗间隙的实施例中，孔隙通道的后部可以轴向布置在液体出口通道和阴型部件的电接触面之间。另外，液体出口通道然后可以轴向布置在后部和阳型销接收孔隙之间。

在一些实施例中，分配槽分别在后部和阳型销接收孔隙或阳型壳体孔隙之间的轴向位置环绕孔隙通道。优选地，在这样的实施例中，多个液体出口通道分别连通分配槽和阴型壳体的外部或连通分配槽和阳型壳体的外部。

实施例的示例

虽然本发明的各个方面已经在上面进行了一般性的讨论，但是下面将参考附图给出实施例的非限制性的详细示例，在附图中

图1是根据本发明的以非连接状态示出的连接组件的阴型部件的横截面图；

图2是连接组件的阳型部件的横截面图；

图3是阴型部件的横截面图，其中阳型销已部分插入到阴型部件中；

图4是图3的放大部分；

图5是示出本发明的关键功能的放大原理图；

图6是对应于图5的放大原理图，然而具有另一种类型的阳型销；以及

图7是在阳型壳体中利用本发明的实施例的原理图。

图1示出了根据本发明的水下高电压连接组件的阴型部件1的横截面图。在该实施例中，阴型部件1具有两个壳体，即外壳体3和内壳体5。在其它实施例中，可以只有一个壳体，对应于内壳体5。内壳体5在轴向外端处具有阳型销接收孔隙7。

在孔隙7的区域处，内壳体5通过柔性支撑装置9连接到外壳体3。柔性支撑装置9提供了内壳体5相对于外壳体3的定向的一些灵活性。由于柔性支撑装置9对本文公开的本发明并不是很重要，因此将不再进一步讨论。技术人员将认识到，本发明也适用于没有这种柔性支撑装置的实施例。

在图1中，阴型部件1在非连接模式下被示出。在这种模式中，芯元件——这里是芯套筒21的形式——布置在内壳体5的阳型销接收孔隙7中。芯套筒21具有封闭的前侧面23，当其被淹没并且阳型部件不存在时，该前侧面23将与周围海水接触。如将从下面的进一步讨论中明显的是，当阳型销被插入阴型部件1中时，前侧面23将邻接阳型销，并且整个芯套筒21将被轴向推入内壳体5(推到图1中的左侧)。

参照图2，呈现了适于与图1中所示的阴型部件1一起使用的阳型部件101。阳型部件101具有带有内阳型孔105的阳型壳体103。在阳型孔105内，布置有阳型销106，该阳型销106可通过阳型壳体孔隙107轴向移动，部分地从阳型壳体103中移出。如同阴型部件1的阳型销接收孔隙7一样，阳型壳体孔隙107也设有密封可移动阳型销106的外侧面的密封件。

阳型销106具有带有前侧面109的前部108。前部108由电绝缘材料制成。在前部108的轴向后面，阳型销106具有导电部分111，导电部分111具有径向面向外的电接触面113。在电接触面113的轴向后面，阳型销106具有轴向向后延伸的绝缘杆部分115。导电部分111电连接到绝缘杆部分115内的杆导体117。

当阳型销106插入阴型部件1至连接位置时，阳型销106的电接触面113被构造成接触阴型部件1的相对面向的电接触面25。该电接触面25在图1中示出。在该实施例中，电接触面25布置在可径向移动的致动部件55上。然而，应该清楚的是，它也可以布置在径向固定的元件上，其中相对的电接触面113、25将通过相互滑动的轴向运动而彼此接触。

图1中所示的阴型部件1描绘了与本发明的主题无关的各种部件，因此这些部件将在此不再详细讨论。

现在参照图3，其示出了处于中间位置的阴型部件1。这是图1中所示的初始非连接位置和未示出的连接位置之间的位置。在所示的中间位置，阳型销106已经插入并穿过阳型销接收孔隙7，从而将芯套筒21移动到内壳体5中一段距离。在该位置中，并且在插入期间，阳型销106的前侧面109邻接芯套筒21的前侧面23。在阳型销106的这种轴向插入开始之前，阳型壳体103已经与阴型部件1的外壳体3和内壳体5对准。然后，阳型销106已经沿轴向方向移动到阴型部件1中，在该移动期间，阳型销106的前侧面109与芯套筒21的前侧面23邻接接合。

阳型销接收孔隙7构成阳型销106进入内壳体5的入口。

在图3中所示的视图中，内壳体5以黑色示出，以示出它包括封闭的液体室10。为了说明的目的，在图3中省略了图1中所示的几个部件。

液体室10填充有电绝缘液体，诸如油。技术人员现在将会认识到，当阳型销106插入液体室10时，液体必须被排出液体室10。对于该讨论，参考图4的放大图，示出了围绕部分插入的阳型销106的阳型销接收孔隙7。

阳型销接收孔隙7构成被构造成接收阳型销的孔隙通道8的轴向前部。此外，孔隙通道8还具有后部12。后部12轴向定位成比阳型销接收孔隙7更靠近液体室10的主要部分。当插入阳型销106时，孔隙通道8的阳型销接收孔隙7和后部12连续环绕阳型销106。尽管未从图4出现，但在后部12的径向面向内的表面和阳型销106的径向面向外的表面之间的环形空间中存在冲洗间隙14。此外，在后部12的轴向外侧(即，更靠近阳型销接收孔隙7的那侧)，存在液体出口通道16。因此，当阳型销106插入液体室10中时，液体可以通过流过冲洗间隙14和液体出口通道16而从液体室10中排出。

如图4所示，根据冲洗间隙14的尺寸和阳型销106的插入速度，流过冲洗间隙14的液体将以一定速度流动。通过冲洗间隙14的尺寸和所采用的插入速度的适当设计，可以因此提供在插入期间将清洁阳型销106的电接触面113的流速。冲洗间隙14的适当尺寸可以例如在0.1和0.7mm之间。然而，冲洗间隙14也可以更小或更大，这取决于所讨论的实施例。

有利地，多个液体出口通道16可以分布在孔隙通道8中。这将有助于液体在电接触面113上的均匀分布地流动。此外，孔隙通道8有利地还具有连接到一个或更多个液体出口通道16的凹入分配槽18。如图4所示，分配槽18位于冲洗间隙14的轴向外侧。此外，分配槽18可以有利地围绕孔隙通道8的整个圆周延伸。

在本文所示的实施例中，通过冲洗间隙14和一个或多个液体出口通道16从液体室10排出的液体将进入限定在阴型部件1的内壳体5和外壳体3之间的液体接收隔室20。为了接收排出的液体，液体接收隔室20还可以连接到外部柔性液体容器(未示出)，该容器接收来自液体接收隔室20的液体。可替代地或另外，可以在液体接收隔室20内布置包含气体的可压缩液体容器(未示出)。

代替将液体接收隔室20布置为内壳体5和外壳体3之间的空间，可以替代地布置直接与一个或多个液体出口通道16的出口连通的液体接收部件。以这种方式，可以仅使用一个壳体，其对应于所示实施例中的内壳体5。例如，这种液体接收部件可以是补偿器。

当缩回阳型销106时，即当使高电压水下连接组件解耦时，来自液体接收隔室20的液体可流回到内壳体5内的液体室10中。

图5是示出了本发明的功能的放大、简化的原理示意图。在该视图中，指示了冲洗间隙14，从而示出了从液体室10流出的可能的流动路径。

如技术人员将理解的，本发明提供了一种用于在接触阴型部件1的相对电接触面25之前立即冲洗干净阳型销106的电接触面113的表面的装置。

图6在很大程度上对应于图5的横截面图。然而，在图6中，阳型销106不是具有面向径向的电接触面的类型。例如，它可以具有面向轴向的接触面，布置在接触销的前端上。在这样的实施例中，阴型部件1将自然也包括相对的、面向轴向的电接触面，该电接触面被构造成邻接阳型销106的接触面并与之接触。

图7以简化的原理图示出了一个实施例，其中阳型壳体103设有冲洗间隙14，对应于上面讨论的冲洗间隙14。图7中所示的冲洗间隙14可以代替或附加于设置在阴型壳体5上的冲洗间隙14。

为了简单起见，与上述相同的参考数字被用于孔隙通道8、冲洗间隙14、凹入的分配槽18、后部12和液体出口通道16。阳型壳体孔隙107对应于上面讨论的阴型壳体5的阳型销接收孔隙7。在所示的位置中，阳型销106缩回到阳型壳体103中。在阳型壳体103内有阳型液体室110。因此，当阳型销106缩回到阳型壳体103中时，它排出阳型液体室110中的液体，该液体冲洗阳型销106的面向径向的面，参见图7中插入的箭头。以这种方式，防止或至少减少了水或其它杂质被引入到阳型壳体103中。与上面讨论的实施例一样，用于接收电介质液体的补偿器或其它装置可以布置成与液体出口通道16连通。

注意到，图7中所示的冲洗间隙14的尺寸出于图示目的而被放大。