Герметичный штепсельный разъем

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ

С©юз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02 ° 01 ° 78 (21) 2563859/24-07 (51)М с присоединением заявки Йо

H R 13/52

Государственный комитет

СССР по делам изобретений

N. открытий (23) Г1риоритет

Опубликовано 30.12.80. Бюллетень Но 48

Дата опубликования описания 30.1280 (53) УДК 621. .315(088.8) (72) Авторы изобретения

Л. P. Диамент, В. С. Подобед, В. С. Прокудин и Б. В. Скворцов (71) Заявитель 54) ГЕРМЕТИЧНЫЙ ШТЕПСЕЛЬНЫЙ РАЗЪЕМ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к герметичным штепсельным разъемам для работы в токопроводящей среде и может быть использовано для коммутации непосредственно под водой высоковольтных цепей питания подводных световых приборов с газораэрядными импульсными или иными лампами, а также других подводных электрических объектов. 16

Известен герметичный штепсельный разъем (1, в котором электрическое соединение создается благодаря прохождению контакта через самоуплотняющееся предварительно прорезанное от- 1$ верстие в диафрагме, перекрывающей камеру, заполненную изоляционной жидкостью, в которой расположены гнезда розетки. недостатком такого разъема являет- 2О ся возможность использования его только для стыковки на воздухе, так как отсутствие изоляционной жидкости в зоне штырей может привести к их коррозии,кроме того, при стыковке в морс- 23 кой воде произойдет ее захватывание поверхностью штырей и занесение ее в изоляционную жидкость розетки. Через некоторое число стыковок диэлектрические свойства жидкости снизятся. 30

Известен также герметичный штепсельный разъем (21, контакты вилки и розетки в котором расположены в герметиэированных корпусах, прн 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 н 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 н розетку, в герметичных заполненных изо« ляциднной жидкостью корпусах которых, имеющих компенсаторы изменения внутреннего объема, расположены соответственно по крайней мере один охваченный пружиной штырь и гнездо, защищенные от воздействия внешней среды изоляционными деталями, расположенными со стороны сочленения (З .

792381

Однако этот разъем не обладает высокой надежностью из-за использования в качестве уплотнения подвижиых элементов вилки и розетки подвижных резиновых колец. Тонкий слой морской воды и ее солей неизбежно будет заноситься 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 использования разъема. в качестве высоковольтного.

Цель изобретения — повышение надеж 15 ности и расширение эксплуатационных возможностей.

Цель достигае-.ся тем, что в герметичном штепсельном разъеме для работы в токопроводящей среде, содержа- ;р щек вилку и розетку, в герметичных заполненных изоляционной жидкостью корпусах которых, имеющих компенсатсры измеиения внутреннего объема, расположены соответственно по крайней мере один охваченный пружиной штырь и гнездо, защищенные от воздействия внешней среды изоляционными деталями расположенными со стороны сочленения, изоляционные детали неподвижно закреплены 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 установ- 35 лен с воэможностью перемещения относительно корпуса в направлении сочленения, при этом пружина имеет жесткость, превышающую суммарную жесткость диафрагм, а изоляционная жид- 40 кость находится под давлением, большим давления окружающей среды.

Достижению поставленной цели способствует также установка штыря на полом штоке, выполнение уплотнения 45 подвижного штока с помощью гибкого чехла, например, сильфона, один конец которого герметичио. соединен со штоком, а другой — с неподвижным элементом корпуса. при этом пространство 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 про- 55 хождения штыря. Чехол выполнен из изоляционного материала и имеет возможность свободно перемещаться вдоль штыря, причем при стыковке чехол, перемещаясь совместно со штырем, 60 удерживаемый стопором, пройдя плотно прижатые друг к другу диафрагмы образует канал для движения штыря, надежно защищенный от внешней среды тройной защитой †изоляционным матерна . лом диафрагм, изоляционной жидкостью и изоляционным 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 прохода 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 вышеперечисленные отличительные особенности способствуют улучшению защиты 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 защиты токонесущих контактов герметичного штепсельного разъема в сочлененном положении, поперечный разрез; на фиг, 6 узел защиты токонесущих контактов герметичного штепсельного разъема и 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 ножа, 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

792381 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 б, закрепленных в корпусе вилки, причем изолирующая втулка б служит для электрической изоляции штыря от корпуса вилки и обеспечения точности ориентации штыря перед стыковкой. Внутренние полости подвижного штока, неподвижной втулки и изолирующей втулки б, образующие внутреннюю 15 полость корпуса вилки н заполненные изоляционной жидкостью 7 с высоким пробивным напряжением, защищены от воздействия внешней среды диафрагмой

8, выполненной из изоляционного упру- щ гого 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 крышке 11 закрепляющей мембрану в корпусе. В корпусе вилки размещены также устройства 12, компенсирующие изменение 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 4Q размещена пробка 15 для заливки изоляционной жидкости во внутреннюю полость корпуса вилки и имеется фланец для крепления накидной гайки 17, предназначенной для соединения вил- 4 ки 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 полости штока и изоляционной втулки 3. Возврат штока в исходное положение осуществляется с помощью пружины 21, 55 размещенной во внутренних полостях неподвижной втулки и изолирующей втулки 6. Упругость пружины больше суммар ной упругости диафрагм.

Я

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 Я 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 изменения внутреннего объема корпуса прн сочленении разъема, вызванное перемещением штыря внутрь корпуса розетки, н корпус 29 герметичного ввода 30 кабеля питания 31.

К корпусу розетки также жестко крепится диафрагма 32, защищающая внутренние полости корпуса розетки от внешней среды прн помощи фланца 33.

Узел защиты выполнен аналогично узлу защиты 8 прн этои оптимальным является вариант, когда форма контактирующих поверхностей средства защиты 8 и 32 обе выпуклые, но, в любом случае, по меньшей мере, одна из них должна быть выпуклой. Электричес кое соединение герметичного ввода с гнездом осуществляется .с помощью проводника 34, расположенного во внутренней полости корпуса розетки.

К неподвижной втулке 5 вилки (фиг. 2) жестко крепится с помощью фланца 35 один конец гибкого чехла

36, например, сильфона, другой конец которого с помощью фланца 37 жестко закреплен на подвижном штоке 4. Пространство под чехлом заполнено той же жидкостью 7; что и внутренняя полость корпуса вилки.

Предлагаемая форма чехла в виде сильфона является оптимальной, так как она позволяет сохранять постоянное количество жидкости под чехлом 7 как в расстыкованном, так и в состыкованном положениях разъема.

Штырь 2 вилки (фиг. 4) размещен в жестком чехле 38 из изоляционного материала, наконечник 39 которого выполнен упругим. В расстыкованном положении наконечник размещен внутри средства защиты 8 вилки, а задняя торцовая плоскость чехла 38 соприкасается 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 гнездо 23 розетки.

На штыре 2 выполнены выступы 42, а на внутренней поверхности чехла

38 взаимодействующие с ними выступы

43 (фиг. 6). B диафрагмах 8 и 32 вблизи отверстия для прохождения штыря размещено по меньшей мере по одному упругому элементу 44, например, лирробравной пружины

Отверстия 45 в диафрагмах 8 и 32 (фиг. 7) выполнены в виде щели, а жесткий чехол 38 с размещенным в нем контактным штырем 2 выполнен (фиг.8)

s виде тонкого обоюдоострого ножа, причем форма контактного штыря несущественна. Наиболее оптимальной

792381 иэ 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 иэ зоны отверстий.

Шток 4, двигаясь в сторону розетки, приводит в одновременное движение штырь 2 и чехол 38, который удерживается штопором 4.0. Наконечник чехла проходит через диафрагмы, предохраняя штырь от контакта с морской водой в зоне соприкосновения диафрагмы, 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, заполняющая 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, удерживаемо го 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 в ней части чехла, находящейся при

-стыковке в диафрагме 32,поэтому попа дание каких-либо следов солей внутрь корпуса вилки исключается. Дальнейшее перемещение гайки 17 освобождает диафрагмы, надежность герметизации отверстий которых обеспечивается уп, ругими элементами 44 и избыточным давлением жидкости 7, которое создается устройствами 9 и 27 для увеличения давления жидкости внутри корпуса относительно давления внешней среды.

Такое выполнение герметичного

65 штепсельного разъема позволяет по(фиг. 8) формой чехла 38 со штырем а

2 является форма чечевичного зерна, однако она более сложна в изготовлении. Форма чехла и штыря определяется величиной тока. При малых значениях тока а следовательно, малых размерах

1 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 шпонки 48 .исключающей поворачивание ко- 15

1 нуса относительно корпуса вилки. В передней части конуса выполнен паз 49, с эаходным конусом 50. На передней торцовой поверхности корпуса розетки выполнен конус 51, сопрягаемый с 20 .конусом 46, при этом на конусе 51 жестко закреплен фиксатор 52, плотно входящий в паз 49. Ориентация фиксатора 52 и паза .ф строго соответст.вует ориентации щуки отверстия 45 или расположенных штырей в многоштыревом разъеме. В многоштыревом разъеме со штырями одного сечения для

- уменьшения габаритов и массы разъема диафрагма выполняется общей для всех штырей, при этом штыри и отверстия располагаются возможно ближе к центру.

В многоштыревом разъеме со штырями разных сечений для повышения надежности герметизации при одновре- 35 менном уменьшении габаритов и массы разъема каждая пара контактов снабжена отдельной парой диафрагм с отверстиями, форма которых определяется формой сечения штыря. Возможен в 40 разъеме комбинированный способ защиты с использованием одной диафрагмы на несколько штырей в сочетании с несколькими отдельньвеи диафрагмами по числу сильноточных штырей. 45

При стыковке разъема под водой в условиях низкой прозрачности воды передний торец корпуса вилки вводится в соприкосновение с передним торцом корпуса розетки и, вращая кор- ® пус вилки в ту нли иную сторону, вводят Фиксатор 52 в заходный конус

50 и паз 49 до срприкосновения конусов 46 и 51, а затем наворачивают накидную гайку 17 на реэьбовую 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 сцен- 6О трированные конусами 46 и 51 и сориентированные системой ориентации, состоящей из паза 49, фиксатора шпонок 19 и 48, диафрагмы 8 и 32 соприкасаются и выжимают морскую воду

792381

10 высить 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 расстыковка разъема, находящегося под высоким напряжением.

Формула изобретения

1, Герметичный штепсельный разъем для работы в токопроводящей среде, содержащий вилку н розетку в герметичных, заполненных изоляционной жид- костью корпусах которых, имеющих компенсаторы изменения внутреннего объема, расположены соответственно но крайней мере один охваченный пружиной штырь и гнездо, защищенные от воз-Щ действия внешней среды изоляционными деталями, расположенными со стороны сочленения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных воз- 2 можностей, изоляционные детали неподвижно закреплены на корпусах и выполнены в виде диафрагм из упругого материала с по крайней мере одним отверстием для прохождения штыря вилки, по крайней мере, одна иэ диафрагм со стороны сочленения имеет выпуклую поверхность, штырь установлен с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении сочленения, при этом пружина имеет жесткость, превышающую суммарную жесткость диафрагм а изоляционная жидкость находится под давлением большим давления окружающей среды.

2. Разъем по п. 1, о т л и ч а- 40 ю шийся тем, что штырь жестко закреплен на полом штоке, подвижном относительно корпуса, при этом между корпусом и.штоком установлен узел герметизации. 45

3. Разъем для работы в токопроводящей среде по пп. 1. и 2, о т л кч а ю шийся 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, о т л ич а ю шийся 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 воэможностью перемещения вдоль штыря, при этом на штыре и внутренней .поверхности чехла выполнены сопрягаемые выступы.

5. Разъем .по пп.. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что он снабжен по крайней мере одним упругим элементом, расположенным в диафрагме и охватывающим отверстие для штыря.

6. Разъем по пп. 1-4, о т л ич а ю шийся 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, о т л ич а ю шийся тем, что поперечное сечение жесткого чехла с размещенным в нем контактным штырем вилки имеет форму чечевичного зерна.

8. Разъем по пп. 1-6, о т л ич а ю шийся тем, что торцовые поверхности корпусов вилки и розетки со стороны сочленения выполнены в виде сопрягаемых конусов, на одном иэ которых закреплен фиксатор, а в другом выполнен соответствующий паз, взаимодействующий с фиксатором для взаимной ориентации щелевидных отверстий диафрагм вилки и розетки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3643207, кл. 339-96, 1972 °

2. Патент CUlA 9 270387, кл. 339-94, 1955.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 274176, кл. Н 01 R 19/60, 1976.

792381

Фиг,8

Фигб

Составитель Н. Борисова

Редактор Г. Улыбина Техред М.Рейвес Корректор Е.Папп

Заказ 9589/55 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4