一種防塑料軟化后流動的高溫高壓密封電連接器的制造方法
【專利摘要】一種防塑料軟化后流動的高溫高壓密封電連接器，通過塑料絕緣體（12）注塑結(jié)合導(dǎo)體插針（11）、金屬法蘭（13）以及絕緣體套筒（14）為一體；所述的絕緣體套筒（14）的外表面為錐形的第一錐面（142），所述的金屬法蘭（13）的內(nèi)部通道為錐形的第二錐面（132）；所述的絕緣體套筒（14）采用氧化鋁或氧化鋯陶瓷材料；所述的導(dǎo)體插針（11）上設(shè)置有溝槽（111）和插針臺階（112），插針臺階（112）與絕緣體套筒（14）的左端面（141）緊靠在一起。所述的電連接器，可有效消除高溫高壓下塑料的軟化后的流動，從而在選擇同樣的塑料絕緣體材料以及金屬法蘭材料的情況下，提高了產(chǎn)品的高溫高壓密封和電氣性能。
【專利說明】一種防塑料軟化后流動的高溫高壓密封電連接器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電連接器，尤其涉及一種可安裝于石油井下工具，并保護(hù)該工具的一種高溫高壓密封電連接器。
【背景技術(shù)】
[0002]在石油鉆井和測井領(lǐng)域大量地使用井下工具，其中安裝了各種電子元件，以便進(jìn)行各種信號的傳輸。隨著石油鉆井深度的不斷增加，已從原來的5千米~6千米深度增加到I萬米以上，相應(yīng)的井下工具所處環(huán)境溫度和壓力也增加到400 T~500 °F,25000psi~30000psi。上述電子元件通常為常壓下工作，因此必須使用高溫高壓密封電連接器將上述井下環(huán)境的高壓與常壓有效隔開。此外，還需要從密封的井下環(huán)境引線到地面，以提供對井下環(huán)境參數(shù)的控制和監(jiān)視，這也需要高溫高壓密封電連接器。
[0003]從上世紀(jì)60年代開始，上述高溫高壓電連接器普遍都使用玻璃-金屬封接和陶瓷-金屬封接的氣密封連接器。但該類連接器存在很多缺點，如零部件加工精度要求高，增加了產(chǎn)品的制造成本；材料熱膨脹系數(shù)必須匹配，如不匹配則會造成連接器的失效從而導(dǎo)致井下工具出現(xiàn)故障；連接器可靠性低于預(yù)期，當(dāng)陶瓷或玻璃有很小的氣孔或缺陷也會造成災(zāi)難性的后果。
[0004]為了避免傳統(tǒng)玻璃-金屬或陶瓷-金屬密封連接器的上述問題，國外廠家開發(fā)了一類采用塑料絕緣體外殼替代金屬外殼的注塑類高溫高壓密封電連接器，即通過在金屬導(dǎo)體周圍注塑高性能熱塑性材料，然后再進(jìn)行機(jī)加得到最終的產(chǎn)品，詳見美國專利US5203723和US 2003/0032339 Al。國內(nèi)也開發(fā)了一種在金屬外殼和插針之間注塑高級工程塑料的連接器，見實用新型專利CN 201008041 Y。
[0005]如前所述，隨著井深的增加，尤其在400 °F，25000psi，甚至500 °F,30000psi的高
溫高壓環(huán)境下，上述注塑類高溫高壓密封電連接器中涉及的承壓塑料部分或者直接發(fā)生一定程度的軟化變形，或者高溫高壓液體使塑料產(chǎn)生沿通道的蠕變，從而造成產(chǎn)品接觸件與金屬外殼之間短路或密封性下降等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種防塑料軟化后流動的高溫高壓密封電連接器，利用金屬材料制成的法蘭和強(qiáng)度較高的絕緣體提高承壓能力，引入了金屬法蘭和絕緣體套筒的承壓結(jié)構(gòu)，滿足了產(chǎn)品更高溫度和更高壓力的環(huán)境需求，達(dá)到甚至超過400 °?和25000psi，從而提高了連接器工作的可靠性。
[0007]為了達(dá)到該目的，所述的密封穿墻電連接器插頭采用如下兩種技術(shù)方案:
[0008]一種防塑料軟化后流動的高溫高壓密封電連接器，包含可傳輸電流的導(dǎo)體插針
(11)、絕緣體套筒(14)、金屬法蘭(13)，所述的導(dǎo)體插針(11)穿過絕緣體套筒(14)的內(nèi)部通道，絕緣體套筒(14)再穿過金屬法蘭(13)的內(nèi)部通道，通過模塑方式將塑料絕緣體(12)注塑結(jié)合導(dǎo)體插針(11)、金屬法蘭(13)以及絕緣體套筒(14)為一體，其特征在于:所述的絕緣體套筒(14)的外表面為錐形的第一錐面(142)，所述的金屬法蘭(13)的內(nèi)部通道為錐形的第二錐面(132)，第一錐面(142)和第二錐面(132)的前端為大端且兩者相匹配。
[0009]優(yōu)選地，所述的絕緣體套筒(14)采用氧化鋁或氧化鋯陶瓷材料。
[0010]優(yōu)選地，所述的導(dǎo)體插針(11)上設(shè)置有溝槽(111)和插針臺階(112)，插針臺階
(112)與絕緣體套筒(14)的左端面(141)緊靠在一起。
[0011]優(yōu)選地，所述的絕緣體套筒(14)向前延伸有直身(141 )，直身(141)為小直徑的圓柱體，所述的絕緣體套筒(14)的第一錐面(142)所包圍的錐形部分具有截面的直徑大于前述圓柱體直徑的錐形結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，金屬法蘭(13)的前端增加前嵌入結(jié)構(gòu)(135)，后端增加后嵌入結(jié)構(gòu)
(136)，并加工有圓周溝槽，所述的前嵌入結(jié)構(gòu)(135)所包圍的塑料絕緣體(12)的部分，即咬合部(115 )設(shè)置成高壓方向為小端的錐面結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地，金屬法蘭(13)的前端增加前嵌入結(jié)構(gòu)(135)，后端增加用于與隔離壁螺紋孔旋合的螺紋部(137)，所述的前嵌入結(jié)構(gòu)(135)所包圍的塑料絕緣體(12)的部分，即咬合部(115)設(shè)置成高壓方向為小端的錐面結(jié)構(gòu)；所述的絕緣體套筒(14)向后延伸有小直徑的圓柱體(143)。
[0014]優(yōu)選地，所述的絕緣體套筒(14)的內(nèi)部通道與導(dǎo)體插針(11)之間為設(shè)置為錐面配合結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)體插針(11)設(shè)置有第三錐面(114)，絕緣體套筒(14)的內(nèi)部通道設(shè)置有第四錐面(144)，第三錐面(114)和第四錐面(144)的前端為大端且兩者相匹配。
[0015]對比現(xiàn)有的注塑密封電連接器技術(shù)，由于金屬法蘭(13)與絕緣體套筒(14)之間的錐面配合結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)體插針(11)的插針臺階(112)與絕緣體套筒(14)的左端面(141)的緊密配合結(jié)構(gòu)均可有效消除高溫高壓下塑料的軟化后的流動，從而在選擇同樣的塑料絕緣體材料以及金屬法蘭材料的情況下，提高了產(chǎn)品的高溫高壓密封性能。而且，傳統(tǒng)的絕緣體套筒(14)與金屬法蘭(13)之間不是錐面配合結(jié)構(gòu)，通常需要將絕緣體套筒(14)表面金屬化后再與金屬法蘭(13)進(jìn)行焊接連接以相互固定，存在絕緣體套筒(14)內(nèi)部受力不均，有拉應(yīng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致陶瓷類的絕緣體套筒(14)容易在高溫高壓的環(huán)境中碎裂的問題，影響電連接器的電氣和密封性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例一的密封電連接器結(jié)構(gòu)剖視圖
[0017]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例一的密封電連接器局部放大圖
[0018]圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例二的密封電連接器結(jié)構(gòu)剖視圖
[0019]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例二的密封電連接器局部放大圖
[0020]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例三的密封電連接器的剖視圖。
[0021]圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例四的密封電連接器的剖視圖。
[0022]圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例四的密封電連接器的局部放大圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的防塑料軟化后流動的高溫高壓密封電連接器做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:[0024]相比傳統(tǒng)的玻璃燒結(jié)類高溫高壓連接器，一般注塑類連接器通過采用直接注塑，將塑料、接觸件以及金屬法蘭等結(jié)合在一起，從而避免了玻璃燒結(jié)產(chǎn)品的成本高以及材料膨脹系數(shù)必須匹配等問題。但在壓力和溫度超過25000psi和204°C后該類產(chǎn)品可能出現(xiàn)塑料軟化或流動等問題，如國內(nèi)的專利結(jié)構(gòu)CN 201008041 Y即存在上述問題。為了消除上述問題，提高產(chǎn)品的高溫高壓性能，本專利提出了一種在導(dǎo)體插針與金屬法蘭之間采用一種特殊的絕緣套筒的構(gòu)思。
[0025]圖1和圖2所示分別為根據(jù)本發(fā)明的實施例一的電連接器的剖視圖以及局部放大圖。圖中所示，所述的高溫高壓密封電連接器，包含可傳輸電流的導(dǎo)體插針11、絕緣體套筒14、金屬法蘭13，所述的導(dǎo)體插針11穿過絕緣體套筒14的內(nèi)部通道，絕緣體套筒14再穿過金屬法蘭13的內(nèi)部通道，通過注塑、壓塑、擠出等模塑方式將塑料絕緣體12注塑結(jié)合導(dǎo)體插針11、金屬法蘭13以及絕緣體套筒14為一體，所述的絕緣體套筒14的外表面為錐形的第一錐面142，所述的金屬法蘭13的內(nèi)部通道為錐形的第二錐面132，第一錐面142和第二錐面132的前端(圖1中所示的左端，也為高壓一端)為大端且兩者相匹配，即兩個圓錐面緊密貼合，實現(xiàn)無縫連接。
[0026]塑料絕緣體12具有一般高溫高壓連接器常見的典型結(jié)構(gòu)，如方便對接的錐面結(jié)構(gòu)121，方便對接緊密配合的突起結(jié)構(gòu)122，以及方便安裝旋緊的典型六角結(jié)構(gòu)123，還可以有便于安裝的螺紋結(jié)構(gòu)124。同時，該塑料絕緣體12上的環(huán)形槽內(nèi)放置有密封圈15。內(nèi)部密封通過塑料注塑將塑料絕緣體與導(dǎo)體插針注塑為一體來實現(xiàn)；外部密封則使用常見的密封圈15的壓縮變形來實現(xiàn)。該密封圈15由彈性材料制成，通常為耐高溫的氟橡膠。
[0027]金屬材料的金屬法蘭13的右端面134與連接器所要安裝到的隔離壁相接觸；金屬法蘭兩端與塑料絕緣體12之間的結(jié)合部分，可采用溝槽結(jié)構(gòu)，如左溝槽131和右溝槽133以增強(qiáng)兩者的結(jié)合力，還可采用扁身結(jié)構(gòu)或其他適用的防滑結(jié)構(gòu)以提高產(chǎn)品的抗扭轉(zhuǎn)能力。
[0028]絕緣體套筒14外部具有的第一錐面142，與金屬法蘭13的第二錐面132相匹配，具體形狀為高壓方向設(shè)置為大端，從而形成緊密的錐面配合結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到防止塑料絕緣體12發(fā)生軟化后從連接器的高壓方向流到連接器的低壓方向，即連接器的前端流到后端。上述絕緣體套筒14可選用國內(nèi)常用的抗壓強(qiáng)度較高的氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷材料。
[0029]導(dǎo)體插針11穿過所述的絕緣體套筒14的內(nèi)部通道，并伸出于塑料絕緣體12的兩端。導(dǎo)體插針11上設(shè)置有一系列溝槽111，包括加工成螺紋對應(yīng)的溝槽，用以增加與塑料絕緣體12的壓力結(jié)合面，達(dá)到增強(qiáng)密封和承壓的效果。并且，導(dǎo)體插針11的插針臺階112與絕緣體套筒14的左端面141緊靠在一起。
[0030]金屬法蘭13與絕緣體套筒14之間的錐面配合結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)體插針11的插針臺階112與絕緣體套筒14的左端面141的緊密配合結(jié)構(gòu)均可有效消除高溫高壓下塑料的軟化后的流動，從而在選擇同樣的塑料絕緣體材料以及金屬法蘭材料的情況下，提高了產(chǎn)品的高溫高壓密封性能。而且，傳統(tǒng)的絕緣體套筒14與金屬法蘭13之間不是錐面配合結(jié)構(gòu)，通常需要將絕緣體套筒14表面金屬化后再與金屬法蘭13進(jìn)行焊接連接以相互固定，存在絕緣體套筒14內(nèi)部受力不均，有拉應(yīng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致陶瓷類的絕緣體套筒14容易在高溫高壓的環(huán)境中碎裂的問題，影響電連接器的電氣和密封性能。
[0031]圖3和圖4所示分別為根據(jù)本發(fā)明的實施例二的密封電連接器的剖視圖以及局部放大圖。兩圖中所示的連接器與圖1和圖2中所示的高溫高壓密封電連接器基本結(jié)構(gòu)相同，也包括導(dǎo)體插針11、塑料絕緣體12、金屬法蘭13和絕緣體套筒14。其中導(dǎo)體插針11包含有溝槽111，以及插針臺階112 ;塑料絕緣體12采用注塑、壓塑、擠出等模塑方式將上述零部件整體密封咬合在一起，其上具有錐面結(jié)構(gòu)121、突起結(jié)構(gòu)122、旋緊結(jié)構(gòu)123和螺紋結(jié)構(gòu)124，并包括外部密封圈15。同樣，如圖4中所示的第一錐面142，該第一錐面142與其匹配的第二錐面132相配合實現(xiàn)壓力密封，防止在高溫下軟化的塑料絕緣體12向低壓區(qū)流動。所不同的是:所述的絕緣體套筒14向前延伸有直身141，直身141為小直徑的圓柱體，所述的絕緣體套筒14的第一錐面142所包圍的錐形部分具有截面的直徑大于前述圓柱體直徑的錐形結(jié)構(gòu)。由于絕緣體套筒14有直身141的設(shè)置，增加了導(dǎo)體插針11的插針臺階112與金屬法蘭13之間的爬電距離，同時在此處需要所述的絕緣體套筒14的第一錐面142所包圍的錐形部分具有截面的直徑大于前述圓柱體直徑的錐形結(jié)構(gòu)。在該實施例中，金屬法蘭13的改變較為明顯，即前端增加前嵌入結(jié)構(gòu)135，后端增加后嵌入結(jié)構(gòu)136，并加工有圓周溝槽，以進(jìn)一步增加各構(gòu)成元素之間結(jié)合與抗扭性能，同時前嵌入結(jié)構(gòu)135所包圍的塑料絕緣體12的部分，即咬合部115設(shè)置成高壓方向為小端的錐面結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)高溫下塑料絕緣體12與導(dǎo)體插針11和金屬法蘭13的密封性能，這是因為，左端嵌入結(jié)構(gòu)135和塑料絕緣體12相咬合的部分即咬合部115，在溫度升高后，將會膨脹并擠壓絕緣體套筒14使得上述的第一錐面142與第二錐面132緊密配合，實現(xiàn)連接器的密封和防軟化流動的性能。
[0032]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的實施例三的密封電連接器的剖視圖。圖中所示的高溫高壓密封電連接器與實施例二的連接器基本結(jié)構(gòu)相同。金屬法蘭13的前端同樣設(shè)有前嵌入結(jié)構(gòu)135，前嵌入結(jié)構(gòu)135所包圍的塑料絕緣體12的部分，即咬合部115同樣設(shè)置成高壓方向為小端的錐面結(jié)構(gòu)；所不同的是:所述的絕緣體套筒14向后延伸有小直徑的圓柱體143，而且金屬法蘭13的后端設(shè)置用于與隔離壁螺紋孔旋合的螺紋部137，而不是后嵌入結(jié)構(gòu)136。這樣，即使在高溫高壓下，塑料絕緣體12變成了完全的流體狀態(tài)，金屬法蘭13前端的塑料絕緣體12也會被限制在既定的范圍，而金屬法蘭13的后端沒有塑料絕緣體，更有利于連接器保持其密封性能和基本的電氣性能。
[0033]圖6和圖7所示分別為根據(jù)本發(fā)明的實施例四的密封電連接器的剖視圖以及局部放大圖。兩圖中所示的連接器與圖1和圖2中所示的高溫高壓密封電連接器基本結(jié)構(gòu)相同，所不同的是絕緣體套筒14的內(nèi)部通道與導(dǎo)體插針11之間為設(shè)置為錐面配合結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)體插針11設(shè)置有第三錐面114，絕緣體套筒14的內(nèi)部通道設(shè)置有第四錐面144，第三錐面114和第四錐面144的前端(圖6中所示的左端，也為高壓一端)為大端且兩者相匹配，即兩個圓錐面緊密貼合，實現(xiàn)無縫連接。導(dǎo)體插針11上不需要設(shè)置插針臺階112以與絕緣體套筒14的左端面141緊靠在一起。
【權(quán)利要求】
1.一種防塑料軟化后流動的高溫高壓密封電連接器，包含可傳輸電流的導(dǎo)體插針(11)、絕緣體套筒(14)、金屬法蘭(13)，所述的導(dǎo)體插針(11)穿過絕緣體套筒(14)的內(nèi)部通道，絕緣體套筒(14)再穿過金屬法蘭(13)的內(nèi)部通道，通過模塑方式將塑料絕緣體(12)注塑結(jié)合導(dǎo)體插針(11)、金屬法蘭(13)以及絕緣體套筒(14)為一體，其特征在于:所述的絕緣體套筒(14)的外表面為錐形的第一錐面(142)，所述的金屬法蘭(13)的內(nèi)部通道為錐形的第二錐面(132)，第一錐面(142)和第二錐面(132)的前端為大端且兩者相匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封電連接器，其特征在于:所述的絕緣體套筒(14)采用氧化鋁或氧化鋯陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封電連接器，其特征在于:所述的導(dǎo)體插針(11)上設(shè)置有溝槽(111)和插針臺階(112)，插針臺階(112)與絕緣體套筒(14)的左端面(141)緊靠在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的密封電連接器，其特征在于:所述的絕緣體套筒(14)向前延伸有直身(141)，直身(141)為小直徑的圓柱體，所述的絕緣體套筒(14)的第一錐面(142)所包圍的錐形部分具有截面的直徑大于前述圓柱體直徑的錐形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封電連接器，其特征在于:金屬法蘭(13)的前端增加前嵌入結(jié)構(gòu)(135)，后端增加后嵌入結(jié)構(gòu)(136)，并加工有圓周溝槽，所述的前嵌入結(jié)構(gòu)(135)所包圍的塑料絕緣體(12)的部分，即咬合部(115)設(shè)置成高壓方向為小端的錐面結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封電連接器，其特征在于:金屬法蘭(13)的前端增加前嵌入結(jié)構(gòu)(135)，后端增加用于與隔離壁螺紋孔旋合的螺紋部(137)，所述的前嵌入結(jié)構(gòu)(135)所包圍的塑料絕緣體(12)的部分，即咬合部(115)設(shè)置成高壓方向為小端的錐面結(jié)構(gòu)；所述的絕緣體套筒(14)向后延伸有小直徑的圓柱體(143)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密封電連接器，其特征在于:所述的絕緣體套筒(14)的內(nèi)部通道與導(dǎo)體插針(11)之間為設(shè)置為錐面配合結(jié)構(gòu)，即導(dǎo)體插針(11)設(shè)置有第三錐面(114)，絕緣體套筒(14)的內(nèi)部通道設(shè)置有第四錐面(144)，第三錐面(114)和第四錐面(144)的前端為大端且兩者相匹配。
【文檔編號】E21B47/017GK103490220SQ201310436979
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】余貴龍, 文詠, 李東強(qiáng), 羅寧, 欒東岳 申請人:蘇州華旃航天電器有限公司