自清潔電纜連接器的製作方法

2023-12-01 04:21:11

本發明涉及石油行業天然氣鑽採裝備技術領域，尤其涉及一種自清潔電纜連接器。

背景技術：

電動鑽具鑽井技術的發明已有100多年的歷史，但由於受技術水平的限制，井下電動鑽具直到最近幾年才引起國際鑽井界的關注。隨著俄羅斯和美國等西方國家電動鑽具鑽井技術的應用，越來越多地體現出其優點：井下電動鑽具不靠鑽井液驅動，因此具有比井下渦輪鑽具和井下螺杆鑽具更廣泛的使用範圍和更低的鑽井成本。驅動井下動力鑽具的能量通過鑽井液、空氣或電纜傳遞，而井下電纜的使用，為井上的動力和井下信息的傳遞提供了平臺，必將為日趨完善的井下電動鑽具技術的發展奠定基礎。

在電動鑽具鑽井系統中，一般地，鑽杆上安裝有特種電纜和特製公母耦合電纜連接器進行連接。作業時，電纜連接器在井口採用旋轉對接方式實現，連接後再置於高壓環境下的鑽井液中工作。但在井口作業時，電纜連接器必然遭到鑽井液的汙染，普通的電纜連接器由於汙染無法實現多次插拔的需要。為了確保電動鑽具電力的輸送及控制信號的傳輸，需要具有自清潔功能的電纜連接器，保證電纜作業過程中的高可靠插拔連接。

由此，本發明人憑藉多年從事相關行業的經驗與實踐，提出一種自清潔電纜連接器，以滿足井口作業時插拔連接的可靠性需求。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種自清潔電纜連接器，克服現有技術中普通電纜連接器作業過程中遭到汙染而無法實現高可靠插拔的問題。該電纜連接器的結構簡單，柔性結構和剛性結構的相互連接能夠實現插拔過程中的電纜連接器的自清潔。

本發明的目的是這樣實現的，一種自清潔電纜連接器，所述自清潔電纜連接器包括插座結構和插頭結構，所述插座結構包括用於導電的插針部，所述插針部的一端固定套設有彈性的插座絕緣護套，所述插針部的一端與第一電纜電連接，設定所述插針部與所述第一電纜電連接的部位為第一連接部，所述插座絕緣護套密封包覆地設置在所述第一連接部的外側；所述插頭結構包括插頭導電部，所述插頭導電部的一端與第二電纜電連接，設定所述插頭導電部與所述第二電纜電連接的部位為第二連接部，所述插頭導電部和所述第二連接部的外側密封包覆地設置有彈性的插頭絕緣護套，所述插頭絕緣護套的一端向所述插頭導電部的方向貫通延伸設置有能清潔所述插針部外壁的插接孔，所述插接孔的內徑小於所述插針部的外徑。

在本發明的一較佳實施方式中，所述插針部包括相互間隔、且相互絕緣設置的第一插針導電芯和第二插針導電芯，所述第一插針導電芯的一端與所述第一電纜內的第一芯線電連接，所述第二插針導電芯的一端與所述第一電纜內的第二芯線電連接。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第一插針導電芯的另一端設有外徑增大、且相對所述第一芯線偏心設置的第一圓柱體，所述第一圓柱體的側壁構成第一導電接觸體；所述第一圓柱體上設置有第一貫通孔，所述第二插針導電芯的一端穿過所述第一貫通孔與所述第二芯線電連接，所述第二插針導電芯的側壁與所述第一貫通孔的側壁之間相互絕緣間隔，所述第二插針導電芯遠離所述第二芯線的一端設有相對所述第二芯線偏心設置的第二圓柱體，所述第二圓柱體位於所述第一圓柱體遠離所述第一芯線的一側、且與所述第一圓柱體同軸設置，所述第二圓柱體的外徑與所述第一圓柱體的外徑相同，所述第二圓柱體的側壁構成第二導電接觸體。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第一插針導電芯和所述第二插針導電芯採用鉛黃銅材料，所述鉛黃銅材料的表面採用鍍銀處理。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第一插針導電芯和所述第二插針導電芯之間設置有中間密封絕緣層，所述第一插針導電芯和所述第二插針導電芯通過導電芯絕緣單元塑壓構成所述插針部，所述導電芯絕緣單元與所述第一圓柱體同軸設置。

在本發明的一較佳實施方式中，所述導電芯絕緣單元為耐高溫環氧模塑料單元。

在本發明的一較佳實施方式中，所述插頭導電部包括相互間隔、且相互絕緣設置的第一導電部和第二導電部，所述第一導電部的一端與所述第二電纜內的第三芯線電連接，所述第二導電部的一端與所述第二電纜內的第四芯線電連接。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第一導電部包括與所述第三芯線電連接、且相對所述第三芯線偏心設置的第一導電環，所述第一導電環的一端封閉另一端開口，所述第一導電環的另一端內部接觸套設有用於插設電連接所述第一導電接觸體的第一冠簧，所述第一冠簧與所述第一導電接觸體匹配設置；

所述第二導電部包括與所述第四芯線電連接、相對所述第四芯線偏心設置的第二導電環，所述第二導電環位於所述第一導電環內部、與所述第一導電環同軸且絕緣間隔設置，所述第二導電環與所述第一冠簧軸向間隔設置，所述第二導電環的一端封閉另一端開口，所述第二導電環的內部接觸套設有用於插設電連接所述第二導電接觸體的第二冠簧，所述第二冠簧與所述第二導電接觸體匹配設置；

所述第二冠簧、所述第一冠簧和所述插接孔同軸貫通設置。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第一導電環封閉的一端向外延伸設置有與所述第三芯線同軸設置、且與所述第三芯線電連接的第一導電芯柱；所述第一導電環封閉的一端設置有第二貫通孔，所述第二導電環封閉的一端向外延伸設置有與所述第四芯線同軸設置、且穿過所述第二貫通孔與所述第四芯線電連接的第二導電芯柱，所述第二導電芯柱的側壁與所述第二貫通孔的側壁之間相互絕緣間隔。

在本發明的一較佳實施方式中，所述第一導電環的另一端接觸套設有第一冠簧套筒，所述第一冠簧套筒內接觸套設所述第一冠簧，所述第一冠簧套筒和所述第二導電環之間設置有第一絕緣套，所述第一絕緣套的內部設置有與所述插接孔同軸且貫通設置的第一絕緣套通孔，所述第一導電環的內壁與所述第二導電環的外壁之間設置有導電環絕緣單元。

在本發明的一較佳實施方式中，所述插座絕緣護套和所述插頭絕緣護套的外部均套設有安裝耳結構。

在本發明的一較佳實施方式中，所述插座絕緣護套和所述插頭絕緣護套均為硫化橡膠結構。

由上所述，本發明提供的自清潔電纜連接器，插座結構採用耐高溫環氧模塑料單元將兩根插針導電芯鑲嵌塑壓在一起，屬於剛性結構，插頭結構採用橡膠硫化一體成型，屬於柔性結構，插座結構的插針部與插頭結構的插接孔之間過盈配合，插接孔的孔徑略小於插針部的直徑，插針部的油汙泥沙在電纜連接器的插合過程中被插接孔的橡膠刮掉，本發明提供的自清潔電纜連接器利用了橡膠材料的彈性，剛柔插合達到自清潔的目的；本發明的自清潔電纜連接器中，為了提升電纜連接器的自清潔效果，插針部插合進入插接孔中時螺旋式推進，插針部與第一電纜之間、插頭導電部與第二電纜之間採用偏心連接，且插針部與插頭導電部同心設置；本發明的自清潔電纜連接器插合密封性、絕緣性能好，實現了電動鑽具電力的輸送及控制信號的傳輸的同時具有較高可靠性，本發明的自清潔電纜連接器在石油行業天然氣鑽採裝備上有廣闊的應用前景。

附圖說明

以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中：

圖1a：為本發明的插座結構的結構示意圖。

圖1b：為本發明的插座結構的插針部的結構示意圖。

圖2a：為本發明的插頭結構的結構示意圖。

圖2b：為本發明的插頭結構的插頭導電部的結構示意圖。

圖3a：為本發明的插座結構和插頭結構插合過程示意圖。

圖3b：為本發明的插座結構和插頭結構插合後示意圖。

圖3c：為本發明的插座結構和插頭結構插合後插接孔處示意圖。

圖中：

1、插座結構；

11、插針部；

111、第一插針導電芯；1111、第一圓柱體；1112、第一貫通孔；

112、第二插針導電芯；1121、第二圓柱體；

113、第一導電接觸體；

114、第二導電接觸體；

115、中間密封絕緣層；

116、導電芯絕緣單元；

12、插座絕緣護套；

2、插頭結構；

21、插頭絕緣護套；211、插接孔；

22、插頭導電部；

221、第一導電部；2211、第一導電環；2212、第一導電芯柱；2213、第二貫通孔；2214、第一冠簧套筒；

222、第二導電部；2221、第二導電環；2222、第二導電芯柱；

223、第一冠簧；

224、第二冠簧；

225、第一絕緣套；2251、第一絕緣套通孔；

226、導電環絕緣單元；

3、第一電纜；31、第一芯線；32、第二芯線；

4、第二電纜；41、第三芯線；42、第四芯線；

5、安裝耳結構。

具體實施方式

為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式。

如圖1a、圖1b、圖2a、圖2b、圖3a、圖3b、圖3c所示，本發明提供了一種自清潔電纜連接器，自清潔電纜連接器包括插座結構1和插頭結構2(本領域中，通常定義電纜連接結構中相對靜止的結構為插座結構，相對運動的結構為插頭結構)，插座結構1包括用於導電的插針部11，插針部11的一端固定套設有彈性的插座絕緣護套12，插針部11的一端與第一電纜3電連接，設定插針部11與第一電纜3電連接的部位為第一連接部，插座絕緣護套12密封包覆地設置在第一連接部的外側；插頭結構2包括插頭導電部22，插頭導電部22的一端與第二電纜4電連接，設定插頭導電部22與第二電纜4電連接的部位為第二連接部，插頭導電部22和第二連接部的外側密封包覆地設置有彈性的插頭絕緣護套21，插頭絕緣護套21的一端向插頭導電部22的方向貫通延伸設置有能清潔插針部11外壁的插接孔211，插接孔211與插頭導電部22連通設置，在本發明的一具體實施例中，對電纜連接器的密封要求是插合後承受70MPa的靜水壓力，作為插合接口的插接孔211設置在具有彈性的插頭絕緣護套21的內部，能夠實現插合狀態下阻絕或控制流體的流動達到密封的要求；插接孔211的內徑小於插針部11的外徑，在本實施方式中，如圖3a、圖3c所示，插接孔211的內壁上設置有凸起的螺旋線，以實現插合過程中，插接孔211在插合後起到良好的密封效果。在本實施方式中，第一電纜3和第二電纜4均為鎧裝電纜。本發明提供的自清潔電纜連接器中，插座結構1中插針部屬於剛性結構，插頭結構2中位於外部的插頭絕緣護套21由橡膠硫化一體成型，屬於柔性結構，插座結構1的插針部11與插頭結構2的插接孔211之間過盈配合，即插接孔211的孔徑小於插針部11的外徑，插針部11的油汙泥沙在插合過程中被插接孔211處的橡膠刮掉(插合過程如圖3a所示)，保證了電纜連接器在泥沙水環境中正常使用；本發明提供的自清潔電纜連接器利用了橡膠材料的彈性，剛柔插合達到自清潔的目的。

進一步，如圖1a、圖1b所示，插針部11包括相互間隔、且相互絕緣設置的第一插針導電芯111和第二插針導電芯112，第一插針導電芯111的一端與第一電纜3內的第一芯線31電連接，第二插針導電芯112的一端與第一電纜3內的第二芯線32電連接。插針部11的插針導電芯的數量也可以是3個及以上，具體數量根據實際連接的電纜內的芯線數量匹配確定。

進一步，如圖1a、圖1b所示，第一插針導電芯111的另一端設有外徑增大、且相對第一芯線31偏心設置的第一圓柱體1111，第一圓柱體1111的側壁構成第一導電接觸體113；第一圓柱體1111上設置有第一貫通孔1112，第二插針導電芯112的一端穿過第一貫通孔1112與第二芯線32電連接，第二插針導電芯112的側壁與第一貫通孔1112的側壁之間相互絕緣間隔，第二插針導電芯112遠離第二芯線32的一端設有相對第二芯線32偏心設置的第二圓柱體1121，第二圓柱體1121位於第一圓柱體1111遠離第一芯線31的一側、且與第一圓柱體1111同軸設置，第二圓柱體1121的外徑與第一圓柱體1111的外徑相同，第二圓柱體1121的側壁構成第二導電接觸體114。第一導電接觸體113和第二導電接觸體114同軸設置，保證插針部11能夠順利進入並通過插接孔211後完成導電的功能。

在本實施方式中，第一插針導電芯111和第二插針導電芯112採用鉛黃銅材料，鉛黃銅材料具有良好的強度、導電性能及加工工藝性，鉛黃銅材料的表面採用鍍銀處理，導電性、抗氧化性及焊接性能優良。

進一步，如圖1a、圖1b所示，第一插針導電芯111和第二插針導電芯112之間設置有中間密封絕緣層115，中間密封絕緣層115能夠保證兩個插針導電芯之間的絕緣性和密封性。第一插針導電芯111和第二插針導電芯112通過導電芯絕緣單元116塑壓為一體構成插針部11，導電芯絕緣單元116與第一圓柱體1111同軸設置。

在本實施方式中，導電芯絕緣單元116為耐高溫環氧模塑料單元，耐高溫環氧模塑料絕緣、耐壓性能優異，成型狀態良好。

進一步，如圖2a、圖2b所示，插頭導電部22包括相互間隔、且相互絕緣設置的第一導電部221和第二導電部222，第一導電部221的一端與第二電纜4內的第三芯線41電連接，第二導電部222的一端與第二電纜4內的第四芯線42電連接。

進一步，如圖2a、圖2b所示，第一導電部221包括與第三芯線41電連接、且相對第三芯線41偏心設置的第一導電環2211，第一導電環2211的一端封閉另一端開口，第一導電環2211的另一端內部接觸套設有用於插設電連接第一導電接觸體113的第一冠簧223，第一冠簧223與第一導電接觸體113匹配設置，如圖3b所示，本發明的自清潔電纜連接器在插合狀態下，第一電纜3中的第一芯線31通過插座結構1中的第一導電接觸體113、插頭結構2中的第一冠簧223實現與第二電纜4中的第三芯線41的電連接；

第二導電部222包括與第四芯線42電連接、相對第四芯線42偏心設置的第二導電環2221，第二導電環2221位於第一導電環2211內部、與第一導電環2211同軸且絕緣間隔設置，第二導電環2221與第一冠簧223軸向間隔設置，第二導電環2221的一端封閉另一端開口，第二導電環2221的內部接觸套設有用於插設電連接第二導電接觸體114的第二冠簧224，第二冠簧224與第二導電接觸體114匹配設置，如圖3b所示，本發明的自清潔電纜連接器在插合狀態下，第一電纜3中的第二芯線32通過插座結構1中的第二導電接觸體114、插頭結構2中的第二冠簧224實現與第二電纜4中的第四芯線42的電連接(在進行插合的過程中，電源是斷開的)；

如圖2a、圖2b所示，第二冠簧224、第一冠簧223和插接孔211同軸貫通設置，插針部11的第一導電接觸體113和第二導電接觸體114經過插接孔211分別與第一冠簧223、第二冠簧224接觸電連接。

進一步，如圖2a、圖2b所示，第一導電環2211封閉的一端向外延伸設置有與第三芯線41同軸設置、且與第三芯線41電連接的第一導電芯柱2212；第一導電環2211封閉的一端設置有第二貫通孔2213，第二導電環2221封閉的一端向外延伸設置有與第四芯線42同軸設置、且穿過第二貫通孔2213與第四芯線42電連接的第二導電芯柱2222，第二導電芯柱2222的側壁與第二貫通孔2213的側壁之間相互絕緣間隔。

進一步，如圖2a、圖2b所示，第一導電環2211的另一端接觸套設有第一冠簧套筒2214，第一冠簧套筒2214內接觸套設第一冠簧223，第一冠簧套筒2214和第二導電環2221之間設置有第一絕緣套225，第一絕緣套225的內部設置有與插接孔211同軸且貫通設置的第一絕緣套通孔2251，第一導電環2211的內壁與第二導電環2221的外壁之間設置有導電環絕緣單元226。

如圖1a、圖2a所示，在本實施方式中，為了便於安裝連接，插座絕緣護套12和插頭絕緣護套21的外部均套設有安裝耳結構5。在本實施方式中，安裝耳結構5採用不鏽鋼材料，具體材質可以為022Cr17Ni 12Mo2不鏽鋼，也稱鈦鋼，鈦鋼硬度高並且具有良好的耐腐蝕性，可以滿足在泥沙水環境下的使用要求。

進一步，插座絕緣護套12和插頭絕緣護套21均為硫化橡膠結構。在本實施方式中，硫化橡膠採用冷63-1，其成型狀態良好，與金屬粘接性強，密封效果好。在本實施方式中，插座結構1中，第一插針導電芯111和第二插針導電芯112通過導電芯絕緣單元116塑壓構成插針部11，插針部11與第一電纜3固定電連接，連接後採用橡膠硫化方式進行整體硫化構成插座絕緣護套12，插座絕緣護套12實現了插針部11與第一電纜3之間的第一連接部的密封保護；插頭結構2中，插頭導電部22的第一導電部221、第二導電部222之間完成絕緣隔離組裝後，第一導電環2211、第二導電環2221與第二電纜4電連接，之後進行整體硫化構成插頭絕緣護套21，同時在硫化過程中形成插接孔211，插頭絕緣護套21實現了對插頭導電部22與第二電纜4電連接的第二連接部的密封保護。插座結構1和插頭結構2中，充分利用了的插座絕緣護套12和插頭絕緣護套21的橡膠材料的可拉伸性，以實現插合過程中剛柔結合、達到自清潔的功能。

由上所述，本發明提供的自清潔電纜連接器，插座結構採用耐高溫環氧模塑料單元將兩根插針導電芯鑲嵌塑壓在一起，屬於剛性結構，插頭結構採用橡膠硫化一體成型，屬於柔性結構，插座結構的插針部與插頭結構的插接孔之間過盈配合，插接孔的孔徑略小於插針部的直徑，插針部的油汙泥沙在電纜連接器的插合過程中被插接孔的橡膠刮掉，本發明提供的自清潔電纜連接器利用了橡膠材料的彈性，剛柔插合達到自清潔的目的；本發明的自清潔電纜連接器中，為了提升電纜連接器的自清潔效果，插針部插合進入插接孔中時螺旋式推進，插針部與第一電纜之間、插頭導電部與第二電纜之間採用偏心連接，且插針部與插頭導電部同心設置；本發明的自清潔電纜連接器插合密封性、絕緣性能好，實現了電動鑽具電力的輸送及控制信號的傳輸的同時具有較高可靠性，本發明的自清潔電纜連接器在石油行業天然氣鑽採裝備上有廣闊的應用前景。

以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。