Герметичный штепсельный разъем Советский патент 1980 года по МПК H01R13/52 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к герметичным штепсельным разъемам для работы в токопро водящей среде и может быть использовано для коммутации непосредственно под водой высоковольтных цепей питания подводных световых приборов с газоразрядными импульсными или иными лампами, а также других подводных электрических объектов. Известен герметичный штепсельный разъем i, в котором электрическое соединение создается благодаря прохождению контакта через самоуплотняющееся предварительно прорезанное отверстие в диафрагме, перекрывающей камеру, заполненную изоляционной жид костью, в которой расположены гнезда розетки. Недостатком такого разъема являет ся возможность использования его тол ко для стыковки на воздухе, так как отсутствие изоляционной жидкости в з не штырей может привести к их коррозии, кроме того, при стыковке в иорской воде произойдет ее захватывание поверхностью штырей и занесение ее в изоляционную жидкость розетки. Через некоторое число стыковок диэлектриче кие свойства жидкости снизятся. Известен также герметичный штепсельный разъем 2, контакты вилки и розетки в котором расположены в герметизированных корпусах, при этом со стороны сочленения контакты закрыты диафрагмами из упругого материала. Известный разъем допускает сочленение в морской воде, однако он недостаточно надежен, так как отсутствие жидкостного заполнения полостей корпусов розетки и вилки приводит к тому, что при высоком давлении морской воды, последняя при сочленении непременно проникает через сжатые диафрагмы, так как практически невозможно обеспечить в этом случае необходимую степень сжатия диафрагм. Известен также герметичный штепсельный разъем для работы в токопроводящей среде, содержащий вилку и розетку, в герметичных.заполненных изоляцибиной- жидкостью корпусах которых, имеющих компенсаторы изменения внутреннего объёма, расположены соответственно по крайней мере один охваченный пружиной штырь и гнездо, защищённые от воздействия внешней среды изоляционными деталями, расположенными со стороны сочленения СТ . Однако этот разъем не обладает вы сокой надежностью из-за использования в качестве уплотнения подвижных элементов вилки и розетки подвижных резиновых колец. Тонкий слой морской воды и ее солей неизбежно будет зано ситься внутрь корпусов вилки и розетки, снижая изоляционные свойства жид кости, причем из-за старения резины с течением времени этот процесс будет нарастать. Увеличение электропроводности жидкости приводит к увеличению электрических потерь и после ряда стыковок к невозможности исполь зования разъема в качестве высоковольтного. Цель изобретения - повышение наде ности и расширение эксплуатационных возможностей. Цель достигается тем, что в герме тичном штепсельном разъеме для работы в токопроводящей среде, содержащем вилку и розетку, в герметичных заполненных изоляционной жидкостью корпусах которых, имеющих компенсаторы изменения внутреннего объема, расположены соответственно по крайне мере один охваченный пружиной штырь и гнездо, защищенные от воздействия внешней среды изоляционными деталями расположенными со стороны сочленения изоляционные детали неподвижно закре лены на корпусах и выполнены в виде диафрагм из упругого материала с по крайней мере одним отверстием для прохождения штыря вилки, одна из диафрагм со стороны сочленения имеет выпуклую поверхность, штырь установлен с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении сочле нения, при этом пружина имеет жесткость, превышающую суммарную жесткость диафрагм, а изоляционная жидкость находится под давлением, большим давления окружающей среды. Достижению поставленной цели способствует также установка штыря на полом штоке, выполнение уплотнения подвижного штока с помощью гибкого чехла, например, сильфона, один конец которого герметично соединен со штоком, а другой - с неподвижным эле ментом корпуса. При этом пространств под чехлом сообщается с внутренней полостью корпуса вилки. Достижению поставленной цели способствует также размещение иа штыре вилки жесткого чехла с упругим наконечником, имеющим отверстие для прохождения штыря. Чехол выполнен из i изоляционного материала и имеет возможность свободно перемещаться вдоль штыря, причем при стыковке чехол, перемещаясь совместно со штырем, удерживаемый стопором, пройдя плотно прижатые друг к другу диафрагмы обра зует канал для движения штыря, надеж но защищенный от внешней среды тройной защитой - . изоляционным материалом диафрагм, изоляционной жидкостью и изоляционньм материалом жесткого чехла, при этом исключается занесение морской воды или ее солей в рабочую зону, а также исключается какой-либо электропроводный канал для возникновения токов утечки. Кроме того, отличительными особенностями изобретения является размещение в диафрагме вблизи отверстия по меньшей мере одного упругого элемента для дополнительного обжатия проходящего контактного штыря вилки, выполнение отверстий в диафрагмах в виде щели, а жесткого чехла с размещенным в нем штырем в виде обоюдострого ножа, имеющего в сечении форму чечевичного зерна, для повышения герметизации штыря в момент прюхода его в корпусе розетки и выполнение передвижных торцовых поверхностей корпусов вилки и розетки в виде сопрягаемых конусов, на одном из которых закреплен фиксатор, а в другом выполнен паз с заходным конусом, сопрягаемым с фиксатором для взаимной ориентации щелевидных отверстий диафрагмы вилки и розетки. Все вьяиеперечисленные отличительные особенности способствуют улучшению згидиты внутренних полостей корпусов вилки и розетки от внешней среды, а следовательно, повышению допустимого рабочего напряжения .эксплуатации разъема. На фиг. 1 изображен герметичный штепсельный разъем в расчлененном положении, поперечный разрез; на ; фиг. 2 - узел герметизации подвижного штока вилки герметичного штепсельного разъема в расчлененном положении, поперечный разрез; на фиг. 3 - узел герметизации подвижного штока вилки герметичного штепсельного разъема в сочлененном положении, поперечный разрез; на фиг.4узел защиты штыря вилки герметичного штепсельного разъема в расчлененном положении, поперечный разрез; на фиг. 5 - узел згидиты токонесущих контактов герметичного штепсель него разъема в сочлененном положении, поперечный разрез; на фиг. 6 узел защиты токонесущих контактов герметичного штепсельного разъема в сочлененном положении, вид сверху, поперечный разрез; на фиг.7вид на диафрагму вилки в расчлененном положении; на фиг. 8 - вид на диафрагму вилки сочлененного штепсельного разъема со штырем, имеющим поперечное сечение в виде обоюдоострого , поперечный разрез; на фиг. 9 - вид на узел защиты вилки сочлененного штепсельного разъема со штырем, имеющим поперечное сечение в виде чечевичного зерна, поперечный разрез; на фиг, 10 - узел

центрирования и ориентации корпусов вилки и розетки герметичного штепсельного разъема.

В корпусе вилки 1 (фиг. 1) размещены один или несколько контактных штырей 2, закрепленных через изолирующую втулку 3 на подвижном штоке 4. Подвижный шток перемещается в неподвижной втулке 5 и в изолирующей втулке 6, закрепленных в корпусе вилки, причем изолирующая втулка 6 служит для электрической изоляции штыря от корпуса вилки и обеспечения точности ориентации штыря перед стыковкой. Внутренние полости подвижного штока, неподвижной втулки и изолируклцей втулки б, образующие внутреннюю полость корпуса вилки и заполненные изоляционной жидкостью 7 с высоким пробивньлм напряжением, защищены от воздействия внешней среды диафрагмой 8, выполненной из изоляционного упругого материала с отверстием для прохождения контактного штыря вилки. В корпусе вилки закреплено устройство 9 для увеличения давления жидкости внутри корпуса относительно давления внешней среды, например, нагруженная мембрана, предварительное поджатие которой создается винтом 10, установленным в крьаяке 11 закрепляющей мембрану в корпусе. В корпусе вилки размещены также устройства 12, компенсирукядие изменение j внутреннего объема корпуса при сочленении разъема, вызванное перемещением штока со штырем в направлении розетки, в качестве которых могут быть использованы мембраны, сильфоны, эластичные мешки, заполненные газом и т.д. К подвижному штоку жестко крепится корпус 13 герметичного ввода 14 кабеля питания. В корпусе 13 размещена пробка 15 для заливки изоляционной жидкости во внутреннюю полость корпуса вилки и имеется фланец для крепления накидной гайки 17, предназначенной для соединения вилки и розетки. Накидная гайка свободно закреплена на цилиндре 18, к которому жестко крепится шпонка 19, перемещающаяся в шпоночной канавке корпуса вилки. Электрическое соединение герметичного ввода со штырем осуществляется с помощью проводника 20 , расположенного во внутренней полосок штока и изоляционной втулки 3. Возврат штока в исходное положение осуществляется с помощью пружины 21, размещенной во внутренних полостях неподвижной втулки и изолирующей втулки б. Упругость пружины больше суммар ной упругости диафрагм.

В корпусе розетки 22 размещены одно или несколько контактных гнезд 23 закрепленных в изолирующей втулке 24 жестко крепящейся в корпусе розетки, пробка 25 для заливки изоляционной

жидкости 26 во внутреннюю полость корпуса розетки, устройство 27 для увеличения давления внутри корпуса относительно давления внешней среды, выполненное, например, аналогично устройству 9,-. устройства 28, компенсирующие нэменекия внутреннего объема корпуса при сочленении разъема, вызванное перемещением штыря внутрь корпуса розетки, и корпус 29 герметичного ввода 30 кабеля питания 31.

0 К корпусу розетки также жестко крепится диафрагма 32, защищающая внутренние полости корпуса розетки от внешней среды при помощи фланца 33. Узел защиты выполнен аналогично узлу

5 защиты 8, при этой оптимальным является вариант, когда форма контактирующих поверхностей средства защиты 8 и 32 обе выпуклые, но, в любом случае, по меньшей мере, одна из

0 них должна быть выпуклой. Электричес кое соединение гес метичного ввода с гнездом осуществляется .с помощью проводника 34, расположенного во внутренней полости корпуса розетки.

К неподвижной втулке 5 вилки

5 (фиг. 2) жестко крепится с помощью фланца 35 один конец гибкого чехла 36, напри54ер, сильфона, другой конец которого с помощью фланца 37 жестко закреплен на подвижном штоке 4. Про0странств.о под чехлсж заполнено той же жидкостью 7-, что и внутренняя полость корпуса вилки.

Предлагаемая фО1Я4а чехла в виде сильфона является оптимальной, так

5 как она позволяет сохранять постоян- . ное количество жидкости под чехлом 7 как в расстыковаином, так и в состыкованном положениях разъема.

Штырь 2 вилки (фиг. 4) размещен

0 в жестком чехле 38 из изоляционного материсша, наконечник 39 которого выполнен упругим. В расстыкованном положении наконечник размещен внутри средства защиты 8 вилки, а задняя торцовая плоскость чехла 38 соприкасает5ся со стопором 40,

В состыкованном положении (фиг. 5) стопор входит в контакт с упором 41 и поднимается, освобождая чехол 38, а штырь 2 попадает в контактное гнез0до 23 розетки.

На штыре 2 выполнены выступы 42, а на внутренней поверхности чехла 38 взаи юдействующие с ними выступы 43 (фиг. 6). В диафрагмах 8 и 32 вбли5зи отверстия для прохождения штыря размещено по меньшей мере по одному упругому элементу 44, например, лирробрааной -пружины .

Отверстия 45 в диафрагмах 8 и 32 (фиг. 7) выполнены в виде щели, а

O жесткий чехол 38 с размещенным в нем контактным штырем 2 выполнен (фиг.8) в виде тонкого обоюдоострого ножа, причин форма контактного штыря несущественна. Наиболее оптимальной

5

(фиг. 8) формой чехла 38 со штырем 2 является форма чечевичного зерна, однако она более сложна в изготовлении. Форма чехла и штыря определяется величиной тока. При мальах значениях тока, а следовательно, малых размерах сечения штыря, он может быть круглого сечения. При больших значениях тока круглое сечение недопустимо из-за большой остаточной деформации диафрагмы, приводящей к несмыканию стенок отверстия после удаления из него штыря.

На передней торцовой поверхности корпуса вилки (Фиг. 10) закреплен конус 46 с помощью пружины 47 и шпон ки 48, исключающей поворачивание конуса относительно корпуса вилки. В пе редней части конуса выполнен паз 49, с заходным конусом 50. На передней торцовой поверхности корпуса розетки выполнен конус 51, сопрягаемый с 4 онусс 1 46, при этак на конусе 51 )есткЬ закреплен фиксатор 52, плотно входящий в паз 49. Ориентация фиксатора 52 и паза $ строго соответствует ориентации Чй&яи отверстия 45 или расположенных штырей в многоштыре вом разъеме. В многетитыревом разъеме со штырями одного сечения для - уменьшения габаритов и массы разъема диафрагма выполняется общей для всех штырей, при этом штьтри и отверстия располагаются возможно ближе к центру.

В многоштыревом разъемесо штырями разных сечений для повышения надежности герметизации при одновременном уменьшении габаритов и массы разъема каждая пара контактов снабжена отдельной парой диафрагм с отверстиями, форма которых определяется сечения штыря. Возможен в разъеме комбинированный способ защиты с использованием одной диафрагмы на несколько штырей в сочетании с несколькими отдельншли диафрагмами по числу сильноточных штырей.

При стыковке разъема под водой в условиях низкой прозрачности воды передний торец корпуса вилки вводится в соприкосновение с передним торцом корпуса розетки и, вращая корпус вилки в ту или иную сторону, вводят фиксатор 52 в заходный конус 50 и паз 49 до соприкосновения конусов 46 и 51, а затем наворачивают накидную гайку 17 на резьбовую часть корпуса розетки. Дальнейшая стыковка осуществляется поступательным перемещением вилки разъема с помощью гайки 17, которая обеспечивается скольжением шпонки 19, в шпойочной канавке корпуса вилки. При этом сцентрированные конусс1ми 46 и 51 и сориентированные системой ориентации, состоящей из паза 49, фиксатора 52 и шпонок 19 и 48, диафрагмы 8 и 32 соприкасаются и выжимают морскую воду

из зоны отверстий и периферии. Так как упругость пружины 21 больше суммарной упругости диафрагм, шток 4 со штырем 2 начинает перемещаться по направлению к розетке только после того, как торцовые сферические поверхности средств защиты оказываются полностью прижатыми друг к другу и обеспечившими полное выдавливание морской воды из зоны отверстий.

Шток 4, двигаясь в сторону розетки, приводит в одновременное движение штырь 2 и чехол 38, который удерживается штопором 40. Наконечник чехла проходит через диафрагмы, предохраняя штырь от контакта с морской водой в зоне соприкосновения диафpaг 8hJ, а также во внутренней поверхности отверстий 45. При приближении наконечника чехла со штырем к тыльной поверхности диафрагмы 32 розетки упор 51 поднимает стопор 40, чехол останавливается не выходя в полость корпуса розетки, а штырь, перемещаясь вперед, проходит через упругий наконечник и входит в контактное гнездо 23. Так как при движении штока вперед внутренний объем корпуса вилки уменьшается, изоляционная жидкость 7, заполнякмдая внутренний объем корпуса, переходит в компенсаторы 12, чехол 36 обеспечивает надежную защиту подвижного соединения от внешней среды.

При расстыковке разъема гайка 17 вращается в обратную сторону, при этом штырь 2 выходит из контакта с гнездами 23, не образуя искры в случае аварийной расстыковки, так как размыкание контактов осуществляется в изоляционной жидкости. Продолжая возвратное движение, штырь уходит внутрь чехла 38, удерживаемого на месте упругими силами сжатых диафрагм 8 и 32, стопор 40 занимает исходное положение, выступы 42 сопрягаются с выступом 43 и перемещают чехол 38 совместно со штырем 2 в сторону вилки. Упругость пружины 21 обеспечивает сжатие диафрагм 8 и 32 до возвращения чехла со штырем в исходное положение. Толщина передней стенки втулки обеспечивает размещение

0в ней части чехла,находящейся при -стыковке в диафрагме 32,поэтому попадание каких-либо следов солей внутрь корпуса вилки исключается. Дальнейшее перемещение гайки 17 освобождает диафрагмы, надежность герметизации отверстий которых обеспечивается упругими элементами 44 и избыточньзм давлением жидкости 7, которое создается устройствами 9 и 27 для увеличения давления жидкости внутри корпуса относительно давления внешней среды.

Такое выполнение герметичного штепсельного разъема позволяет повысить допустимое рабочее напряжение эксплуатации разъема путем улучшения изоляции токоведущих контактов от внешней среды, а, следовательно, возможностью использования его в качестве высоковольтного, при этом допускается аварийная стыковка или рас стыковка разъема, находящегося под высоким напряжением. Формула изобретения 1.Герметичный штепсельный разъем для работы в токопроводящей среде, содержащий вилку и розетку в герметичных, заполненных изоляционной жидкостью корпусах которых, имеющих компенсаторы изменения внутреннего объема, расположены соответственно по крайней мере один охваченный пружиной штырь и гнездо, защищенные от во действия внешней среды изоляционными деталями, расположенными со стороны сочленения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных воз можностей, изоляционные детали неподвижно закреплены на корпусах и вы полнены в виде диафрагм из упругого материала с по крайней мере одним отверстием для прохождения штыря вилки, по крайней мере, одна из диафрагм со стороны сочленения имеет выпуклую поверхность, штырь установлен с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении сочленения, пр этом пружина имеет жесткость, превышающую суммарную жесткость диафрагм а изоляционная жидкость находится под давлением большим давления окружающей среды. 2.Разъем по п. 1, отличающийся тем, что штырь жестко закреплен на полом штоке, подвижном относительно корпуса, при этом между корпусом и. штоком установлен узел герметизации. 3.Разъем для работы в токопроводящей среде по пп. 1. и 2, о т л ичающийся тем, что узел герметизации выполнен в виде гибкого чехла, например, сильфона, соединенного со штоком и корпусом, внутреннее пространство которого сообщается с внутренней полостью корпуса. 4.Разъем по п.п. 1-2, отличающийся тем, что штырь вилки размещен в жестком чехле с упругим . наконечником, имеющим отверстие для прохождения штыря, причем чехол выполнен из изоляционного материала и установлен с возможностью перемещения вдоль штыря, при этом на штыре и внутренней поверхности чехла выполнены сопрягаемые выступы. 5.Разъем по пп. 1-3, отличающийся тем, что он снабжен по крайней мере одним упругим элементом, расположенным в диафрагме и охватывающим отверстие для штыря. 6.Разъем по пп. 1-4, отличающийся тем, что каждое отверстие диафрагмы выполнено в виде ще-, ли, а жесткий чехол с размещенным в нем контактным штырем вилки выполнен в виде обоюдоострого ножа. 7.Разъем по пп. 1-5, отличающийся тем, что поперечное сечение жесткого чехла с размещенным в нем контактным штырем вилки имеет форму чечевичного зерна. 8.Разъе по пп.1-6, отличающийся тем, что торцовые поверхности корпусов вилки и розетки со стороны сочленения выполнены в виде сопрягаемых конусов, на одном из которых закреплен фиксатор, а . в другом выполнен соответствующий паз, взаимодействующий с фиксатором для взаимной ориентации щелевидных отверстия диафрагм вилки и розетки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США 3643207, кл. 339-96, 1972. 2.Патент США 270387, кл. 339-94, 1955. 3.Авторское свидетельство СССР № 274176, кл. Н 01 R 19/60, 1976.

/4

/J

8 4г f 4J

Фиг.6 f/

Фиг. 8

Фиг.7 4tf

58

Ф«2

4в

47,