一種高溫高壓密封電連接器的製造方法

2023-05-18 17:23:31

一種高溫高壓密封電連接器的製造方法
【專利摘要】一種高溫高壓密封電連接器，通過插針凸臺（111）和位於連接器外殼（16）的前端的第一絕緣體（12）將連接器在高壓差的環境中所受到的力作用到外殼（16）上，並通過外殼傳遞到耐壓艙壁上，採用耐高溫的密封圈進行徑向壓縮密封，或採取在在第一絕緣體（12）與第二絕緣體（13）之間填充高溫密封膠的方式密封，或採取第三絕緣體（15）為塑料絕緣體，與金屬性的外殼（16）形成過盈密封。本發明的連接器由於是在外殼的前端就開始傳遞壓差所產生的作用力，因此，在同等條件下，可以承受更大的壓力。而且，本發明所述的電連接器在進行產品裝配時無需複雜的玻璃燒結工藝和注塑成型工藝，因此，其製造成本較低，易於製造。
【專利說明】一種高溫高壓密封電連接器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種密封電連接器，尤其涉及一種用於石油測井工具和儀器的高溫高壓密封電連接器。
【背景技術】
[0002]為了保證石油測井工具中使用的各種電子設備能夠在常壓下正常工作，上述設備均應放置在耐壓艙壁內，且在在耐壓艙壁上安裝一種密封類電連接器，從而有效隔絕井下極端的高溫高壓腐蝕液體環境，如海水，油基鑽井泥漿以及可能含有硫化氫的液體及其他物質，並實現將油井電纜中的導電體與地面電子設備進行信號通訊。上述高溫高壓環境至少為20000psi，175°C。視具體使用情況，該種連接器可為單針類或多針類的連接器。
[0003]從上世紀70年代，美國Kemlon公司就開始了高溫高壓密封電連接器相關領域的科學研究和工業應用，並形成了專利技術US3793608和US3898731。當時研究的高溫高壓電連接器的技術手段主要集中在玻璃或陶瓷與金屬燒結類的密封電連接器上，其結構主要為中間採用玻璃燒結，同時將兩端陶瓷件與周圍的金屬外殼封接在一起。從上世紀80年代開始又相繼出現了很多注塑類的高溫高壓密封連接器，即本質上採用高性能工程塑料為絕緣體外殼，通過注塑等工藝將上述絕緣體與導體插針等零部件形成可靠的壓力密封連接，並形成了很多專利技術，例如US5203723和US7442081。國內在此領域也開發了一種在金屬外殼和插針之間注塑高級工程塑料的高溫高壓連接器，見實用新型專利CN201008041Y。
[0004]直到現在，上述兩類高溫高壓密封電連接器在技術上仍不斷發展，且被廣泛應用於石油測井等高溫高壓環境，發揮了各自不可替代的作用。
[0005]總的來說，上述兩類用途廣泛的連接器也存在一些缺點。對玻璃燒結產品來說，主要問題為零部件加工精度要求高，製造成本高；材料熱膨脹係數必須匹配，因此限制了更多材料的應用。對注塑類產品，則主要問題為對高性能工程塑料及其注塑工藝等要求較高，一般工程塑料很難達到要求。
[0006]本發明則是利用具有一定塑性的絕緣體作為主要密封結構，且將一端具有一定強度的絕緣體和外圍的金屬外殼作為主要承壓結構，從而滿足了一般高溫高壓環境的需求。相對上述兩類密封電連接器，本發明所提供的電連接器簡化了工藝，既不需要複雜的玻璃燒結工藝、也不需要在組裝產品時通過注塑工藝將多個零件組合成型為一體，降低了成本。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供一種高溫高壓密封電連接器，該電連接器在進行產品裝配時無需複雜的玻璃燒結工藝和注塑成型工藝，製造成本較低，易於製造。
[0008]為了達到上述目的，所述的高溫高壓密封電連接器採用如下技術方案:
[0009]方案一:一種高溫高壓密封電連接器,包括導體插針(11)、外殼(16),所述外殼
(16)上設置溝槽(163)，溝槽(163)中設有第三密封圈(17)，其特徵在於:在外殼(16)的前端與插針(11)之間設置有第一絕緣體(12)，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體(12)的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體(12)的前端面處，導體插針(11)上設置有向外凸起的插針凸臺(111)，插針凸臺(111)的後端面抵住連接於第一絕緣體(12 );在外殼(16 )的後部與插針(11)之間設置有第二絕緣體(13)，第二絕緣體(13)通過外殼(16)內部向內凸起的臺階限位於外殼(16)內；在第二絕緣體(13)與外殼(16)之間設置第一密封圈(18)，在第二絕緣體(13)與導體插針(11)之間設置第二密封圈(14)。
[0010]方案二:一種高溫高壓密封電連接器，包括導體插針(11)、外殼(16),所述外殼(16)上設置溝槽(163)，溝槽(163)中設有第三密封圈(17)，其特徵在於:在外殼(16)的前端與插針(11)之間設置有第一絕緣體(12)，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體(12)的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體(12)的前端面處，導體插針(11)上設置有向外凸起的插針凸臺(111)，插針凸臺(111)的後端面抵住連接於第一絕緣體(12 );在外殼(16 )的後部與插針(11)之間設置有第二絕緣體(13)，第二絕緣體(13)通過外殼(16)內部向內凸起的臺階限位於外殼(16)內；在第一絕緣體(12)與第二絕緣體(13)之間填充第三絕緣體
(15)，所述的第三絕緣體(15)為密封膠。
[0011]方案三:一種高溫高壓密封電連接器，包括導體插針(11)、外殼(16),所述外殼
(16)上設置溝槽(163)，溝槽(163)中設有第三密封圈(17)，其特徵在於:在外殼(16)的前端與插針(11)之間設置有第一絕緣體(12)，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體(12)的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體(12)的前端面處，導體插針(11)上設置有向外凸起的插針凸臺(111)，插針凸臺(111)的後端面抵住連接於第一絕緣體(12);在外殼(16)的後部與插針(11)之間設置有第二絕緣體(13)，第二絕緣體(13)通過外殼(16)內部向內凸起的臺階限位於外殼(16)內；所述的第三絕緣體(15)為塑料絕緣體，與金屬性的外殼(16)形成過盈密封。
[0012]對比有關玻璃燒結和塑料類高溫高壓密封電連接器的現有專利技術，上述方案均通過插針凸臺(111)和位於連接器外殼(16)的前端的第一絕緣體(12)將連接器在高壓差的環境中所受到的力作用到外殼(16)上，並通過外殼傳遞到耐壓艙壁上，由於是在外殼的前端就開始傳遞壓差所產生的作用力，因此，本發明的連接器在同等條件下，可以承受更大的壓力。
[0013]其中，方案一採用耐高溫的密封圈進行徑向壓縮密封；方案二採用在在第一絕緣體(12)與第二絕緣體(13)之間填充高溫密封膠的方式；方案三採取第三絕緣體(15)為塑料絕緣體，與金屬性的外殼(16)形成過盈密封，均簡單而又可靠地地實現連接器的密封性能。而且，本發明所述的電連接器在進行產品裝配時無需複雜的玻璃燒結工藝和注塑成型工藝，因此，其製造成本較低，易於製造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例一的結構示意圖
[0015]圖2所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例二的結構示意圖
[0016]圖3所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例三的結構示意圖
[0017]圖4所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例四的結構示意圖
【具體實施方式】[0018]以下結合附圖對本發明所述的一種高溫高壓密封電連接器做進一步的詳細說明:
[0019]圖1所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例一的結構示意圖。在該實施例中，密封電連接器包括導體插針11、外殼16,在外殼16的前端與插針11之間設置有第一絕緣體12，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體12的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體12的前端面處，導體插針11上設置有向外凸起的插針凸臺111，插針凸臺111的後端面抵住連接於第一絕緣體12，當導體插針11的前端與後端有壓差時，插針凸臺111將作用於插針的壓力依次傳遞到絕緣體12和外殼16上。
[0020]在外殼16的後部與插針11之間設置有第二絕緣體13，第二絕緣體13通過外殼16內部向內凸起的臺階限位於外殼16內。
[0021]為了實現連接器的密封性能，在第二絕緣體13與外殼16之間設置第一密封圈18，在第二絕緣體13與導體插針11之間設置第二密封圈14，所述的第一密封圈18與第二密封圈14的材料優選為耐高溫的氟橡膠。
[0022]圖2所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例二的結構示意圖。在該實施例中，密封電連接器I包括導體插針11、外殼16,在外殼16的前端與插針11之間設置有第一絕緣體12，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體12的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體12的前端面處，導體插針11上設置有向外凸起的插針凸臺111，插針凸臺111的後端面抵住連接於第一絕緣體12，當導體插針11的前端與後端有壓差時，插針凸臺111將作用於插針的壓力依次傳遞到絕緣體12和外殼16上。
[0023]在外殼16的後部與插針11之間設置有第二絕緣體13，第二絕緣體13通過外殼16內部向內凸起的臺階限位於外殼16內。
[0024]為了實現連接器的密封性能，在第一絕緣體12與第二絕緣體13之間填充第三絕緣體15，所述的第三絕緣體15優先採用密封膠，在高溫高壓差的環境中，該種密封膠為耐高溫性能優異的環氧樹脂、熱固性樹脂、娃橡膠等聚合材料，例如Emerson&Cuming公司的ECC0B0ND ? 104，Lord公司的EL636為典型可選高溫密封膠。
[0025]或者，所述的第三絕緣體15採用塑料絕緣體與金屬性的外殼16形成過盈密封，從而替代上述膠密封結構，該塑料可選擇聚四氟乙烯(PTFE)或者聚醚酮類(PEK，PEEK)材料。
[0026]為了進一步提高連接器密封性能，除了採用上述技術手段外，在導體插針11上與第三絕緣體15相結合的部分，設置有溝槽112，以增加導體插針11上與第三絕緣體15之間的結合面積，使得密封性能得到加強。也可以在外殼16的內部與第三絕緣體15相結合的部分設置溝槽結構，以增加密封效果。
[0027]圖3所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例三的結構示意圖。在該實施例中，為了實現連接器更好的密封性能，在第一絕緣體12與第二絕緣體13之間填充第三絕緣體15，所述的第三絕緣體15優先採用密封膠。同時，在第二絕緣體13與外殼16之間設置第一密封圈18，在第二絕緣體13與導體插針11之間設置第二密封圈14。
[0028]圖4所示為根據本發明的一種高溫高壓密封電連接器實施例四的結構示意圖。該實施例如同實施例三，所不同的是插針凸臺111為錐形結構，而不是圖1?3中任一圖所示的圓柱形結構。
[0029]在上述的四個實施例中，為了增大外殼16前端與導體插針11之間的爬電距離，或者是減小連接器的軸向長度，在第一絕緣體12的前端設置有與插針凸臺111相匹配的型腔，該型腔至少部分地包圍所述的插針凸臺111。
[0030]在上述的四個實施例中，導體插針11的材料可為Inconel合金(一種耐熱耐蝕鎳鉻鐵合金)，Monel合金(一種鎳銅系耐蝕合金)，膨脹合金，鈹青銅，不鏽鋼，黃銅，鎳-鐵軸承合金，以及其他已知的導電材料，以鈹青銅QBe2 (美標UNSC17300)最典型。第一絕緣體12和第二絕緣體13均為具有一定抗壓強度的絕緣材料製成，如聚醚醚酮聚合物材料PEEK。第一絕緣體12和第二絕緣體13可為柱形結構，其可由強度較高且耐高溫的絕緣材料構成，包括眾多聚合物材料，如聚醚醚酮(PEEK)，聚醚酮(PEK)，聚醚酮酮(PEKK)，聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)，聚芳醚酮(PAEK)，聚苯硫醚(PPS)，聚苯並咪唑(PBI)，液晶高分子聚合物(LCP)，聚醚醯亞胺(PEI )，Greene Tweed公司的XYCOMPTM?複合材料或其他任何可使用的聚合材料。另外，陶瓷材料或其他電絕緣的結構材料也是可行的。
[0031]在上述的四個實施例中，為了進一步提高連接器的密封性能，還可以分別在第一絕緣體12和外殼16以及第二絕緣體13和外殼16之間的空隙處灌滿並固化高溫密封膠。
[0032]在上述的四個實施例中，同傳統的高溫高壓密封連接器一樣，可在外殼16上設置第三密封圈17，當其與艙壁安裝配合後，可實現連接器安裝時的外部密封，第三密封圈17的材料優選為耐高溫的氟橡膠。對於外殼16，其也可具有一般高溫高壓連接器常見的典型結構，如方便對接緊密配合的突起結構161，方便安裝旋緊的典型六角結構162，安裝第三密封圈17的溝槽163，以及便於安裝的可選結構螺紋164。另外，所述的外殼16的材料可由多種金屬材料製成，優選鈹青銅，Inconel或不鏽鋼。
[0033]在上述的四個實施例中，第一絕緣體12與外殼16之間的固定連接，可以通過過盈配合固定連接，也可通過高溫密封膠粘接連接，還可以如圖4所示，第一絕緣體12上可設置螺紋121,同時在外殼16的內孔可設置螺紋165,第一絕緣體12與外殼16之間通過上述的螺紋(121，165)固定連接。
【權利要求】
1.一種高溫高壓密封電連接器，包括導體插針(11)、外殼(16)，所述外殼(16)上設置溝槽(163)，溝槽(163)中設有第三密封圈(17)，其特徵在於:在外殼(16)的前端與插針(11)之間設置有第一絕緣體(12)，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體(12)的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體(12)的前端面處，導體插針(11)上設置有向外凸起的插針凸臺(111)，插針凸臺(111)的後端面抵住連接於第一絕緣體(12);在外殼(16)的後部與插針(11)之間設置有第二絕緣體(13)，第二絕緣體(13)通過外殼(16)內部向內凸起的臺階限位於外殼(16)內；在第二絕緣體(13)與外殼(16)之間設置第一密封圈(18),在第二絕緣體(13)與導體插針(11)之間設置第二密封圈(14)。
2.根據權利要求1所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:所述的第一密封圈(18)與第二密封圈(14)的材料為氟橡膠。
3.一種高溫高壓密封電連接器，包括導體插針(11)、外殼(16)，所述外殼(16)上設置溝槽(163)，溝槽(163)中設有第三密封圈(17)，其特徵在於:在外殼(16)的前端與插針(11)之間設置有第一絕緣體(12)，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體(12)的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體(12)的前端面處，導體插針(11)上設置有向外凸起的插針凸臺(111)，插針凸臺(111)的後端面抵住連接於第一絕緣體(12);在外殼(16)的後部與插針(11)之間設置有第二絕緣體(13)，第二絕緣體(13)通過外殼(16)內部向內凸起的臺階限位於外殼(16)內；在第一絕緣體(12)與第二絕緣體(13)之間填充第三絕緣體(15)，所述的第三絕緣體(15)為密封膠。
4.根據權利要求3所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:在導體插針(11)上與第三絕緣體(15)相結合的部分，設置有溝槽(112)。
5.根據權利要求3所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:在所述外殼(16)的內部與第三絕緣體(15)相結合的部分設置溝槽結構。
6.根據權利要求3所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:在第二絕緣體(13)與外殼(16)之間設置第一密封圈(18)，在第二絕緣體(13)與導體插針(11)之間設置第二密封圈(14)。
7.根據權利要求3所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:所述的密封膠為環氧樹月旨、熱固性樹脂或矽橡膠。
8.一種高溫高壓密封電連接器，包括導體插針(11)、外殼(16)，所述外殼(16)上設置溝槽(163)，溝槽(163)中設有第三密封圈(17)，其特徵在於:在外殼(16)的前端與插針(11)之間設置有第一絕緣體(12)，外殼16的前端面抵住連接於第一絕緣體(12)的徑向向外的凸緣；在靠近第一絕緣體(12)的前端面處，導體插針(11)上設置有向外凸起的插針凸臺(111)，插針凸臺(111)的後端面抵住連接於第一絕緣體(12);在外殼(16)的後部與插針(11)之間設置有第二絕緣體(13)，第二絕緣體(13)通過外殼(16)內部向內凸起的臺階限位於外殼(16)內；所述的第三絕緣體(15)為塑料絕緣體，與金屬性的外殼(16)形成過盈密封。
9. 根據權利要求8所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:所述的第三絕緣體(15)材料為聚四氟乙烯或聚醚酮類。
10.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:所述的插針凸臺(111)為錐形結構或圓柱形結構。
11.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:在第一絕緣體(12)的前端設置有與插針凸臺(111)相匹配的型腔，該型腔至少部分地包圍所述的插針凸臺(111)。
12.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:導體插針(11)的材料為耐熱耐蝕鎳鉻鐵合金、鎳銅系耐蝕合金、膨脹合金、鈹青銅、不鏽鋼、黃銅或鎳-鐵軸承合金。
13.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:第一絕緣體(12)和第二絕緣體(13)均為具有一定抗壓強度的絕緣材料製成。
14.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:第一絕緣體(12)和第二絕緣體(13)的材料均為聚醚醚酮聚合物。
15.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:第一絕緣體(12)和第二絕緣體(13)的材料均為聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)、聚芳醚酮(PAEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯並咪唑(PBI)、液晶高分子聚合物(LCP)、聚醚醯亞胺(PEI)或GreeneTweed公司的XYCOMPTM?複合材料。
16.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:第一絕緣體(12)和第二絕緣體(13)的材料均為陶瓷。
17.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:分別在第一絕緣體(12)和外殼(16)以及第二絕緣體(13)和外殼(16)之間的空隙處灌滿並固化高溫密封膠。
18.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:第一絕緣體(12)與外殼(16)之間的固定連接為過盈配合固定連接。
19.根據權利要求1至9任一所述的高溫高壓密封連接器，其特徵在於:第一絕緣體(12)上可設置螺紋(121)，同時在外殼(16)的內孔可設置螺紋(165)，第一絕緣體(12)與外殼(16)之間通過上述的螺紋(121，165)固定連接。
【文檔編號】H01R13/52GK103474828SQ201310435388
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】餘貴龍, 文詠, 李東強, 羅寧, 王敏興 申請人:蘇州華旃航天電器有限公司