水下插拔电连接器技术_徐鲁杰

Abstract： This paper introduces a" water system separation theory" ，electrical connector underwater wet － mate contact mate sealing configuration，makes a research on connector configuration based on this technology to trial － produce connectors meeting requirements of underwater wet － mate． This paper includes principle analysis，configuration design，interface detailed structure，insulation solution between pins at interface，underwater insulation function analysis，draining configuration，critical technology and summary．
接触件与接触件在水中的相互绝缘具体实现的 技术思路为： 水密封连接器在水下打开后，界面接 触件进水，插合时，先将接触件附近的水排出，再 将每个接触件之间未排净的水体隔断，达到相互绝 缘之目的； 插合后的接触件浸泡在不同的水体中保 持连接状态。 2． 2 接触件在水中互相绝缘的插合界面设计技术
根据隔断水体原理，接触件在水中互相绝缘的 插合界面详细结构设计为： 插座内装插孔，插头装 插针； 插座壳体与插孔绝缘体之间设计轴向密封结 构，插头壳体与插针绝缘体之间设计轴向密封结 构； 插孔与插孔绝缘体之间设计轴向密封结构，插 针与插针绝缘体之间设计轴向密封结构； 由于插座 绝缘体的前后面是密封的，插头绝缘体的前后面也 是密封的。该设计保证了水达到插合界面时，流不 到尾部端接一侧，保证了电连接器在水下拔开时水 流不到电缆端接一侧。这样在水下插合后就只需考 虑将界面处每一芯接触件之间绝缘即可。
参考文献
［1］ 顾 永 泉，流 体 动 密 封，东 营，石 油 大 学 出 版 社， 1990 年，327 ～ 347 页
［2］ 陈爱平 周忠压，O 形密封圈和密封圈槽的选配及应 用，石油机械第 28 卷第 5 期，2000 年，49 － 51 页
在水下作业场合，如脱落电缆、潜水设备、水 下摄像机、海上油田上的电器设备、高压水阀门、
压力变送器、水下电话、快速抢修设备等装备上， 电气接口往往希望能够在水下进行插拔，以实现在 水下快速、经济地进行设备的组装、增减、更换等 工作，这一市场对水下插拔密封电连接器有迫切的 需求。根据这一技术需求，对水下插拔密封电连接 器技术进行了研究。
2 详细技术内容
2． 1 接触件与接触件在水中绝缘的技术原理 在水下的电连接器因界面有水，接触件被水连
成电通路，相互之间短路，不能正常工作。原理如 图 1 所示，两根导体在一个水池中时，通过水相互 导通。
本技术采用" 隔断水体原理" 的原理使接触 件电通路断 开， 实 现 相 互 绝 缘， 每 条 电 路 正 常 工 作，见图 2。原理为： 两根导体原来放在同一水池 中，施加电压时通过水相互导通，如果将水池中间 隔开变为两个水池，两根导体分别放在两个水池 中，则这两根导体施加电压时不会导通。
第6 期 2011 年 12 月
研究与设计
机电元件 ELECTROMECHANICAL COMPONENTS
Vol. 31 No. 6 Dec. 2011
水下插拔电连接器技术
徐鲁杰1 ，孙晓军2 ，汤 振2 ，乔永红2 （ 1． 中国人民解放军海军驻 407 厂军事代表室； 2． 中航光电科技股份有限公司）
O 型圈绝缘性能的分析： O 型圈在水下，其表 面是湿的，当 O 型圈被压缩后，其密封功能虽然
第6 期
徐鲁杰等： 水下插拔电连接器技术
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隔断了水体，但电荷会不会通过潮湿的 O 型圈表 面水膜传导，达不到电气绝缘作用呢？
实际上，O 型圈被压缩后，O 型圈被压缩表面 是没有水膜，因为如果有水膜，两侧水体会通过水 膜流动，就不能起到密封功能。所以非导体材料的 O 型圈压缩表面即使是在水下，也不会存在水膜， 能够起到绝缘作用。通过试验验证，也证明了 O 型圈能够在水下起到绝缘作用。 2． 3 插孔的排水结构设计技术
Keywords： underwater wet － mate； electrical connector
1引言
在电连接器设计技术领域，虽然已经出现了可 以在水下使用的水密封电连接器，但现有的密封电 连接器只能在空气中进行插拔操作，连接好之后再 放入水中使用。当水下设备需要进行维修、更换、 增减时，也必须使设备浮出水面才能进行电连接器 的分离和连接，这种操作方式费时费力、成本高。
摘要： 本文介绍了一种" 隔断水体原理" 电连接器水下插拔接触件插合密封结构，并在此技术上进行连接
器结构的探索，试制出可在水中进行插拔操作的满足要求的连接器。内容包括原理分析、结构设计、插合面的
详细结构、界面处插针之间的绝缘方案、水下绝缘功能的分析、排水结构、关键技术等。
关键词： 水下插拔； 电连接器
2） 在插针绝缘体端面设计排水槽，在插孔凹 陷内的 O 型圈设计了一定的滑动量，解决了插合 顶死问题。
3） 插座绝缘体的前后面设计成密封结构，插 头绝缘体的前后面也设计成密封结构。这样设计保 证水达到插合界面时，流不到尾部端接一侧。
4 结束语
图4
在插针绝缘体顶部开一条 0． 5 mm 宽，0． 3 mm 深的直槽。在插合过程中，这条槽可以排水， 避免绝缘体被水顶死，如图 4。分析如下：
排出，O 型圈被插针绝缘体端部顶入凹坑底部，当 插针绝缘体继续插入时，O 型圈向后退，堵住了排 水槽，排水槽不再排水，O 型圈后退形成的容积可 容纳插孔周围残留的水体，可以使插针插合到位。
3 关键的技术发明
1） 插针绝缘体在界面突出圆柱状的突起，插 孔绝缘体在界面孔口有对应的凹陷，凹陷内装一只 O 型橡胶密封圈。这只 O 型橡胶密封圈在插针绝 缘体插上后，一侧挤压在插针绝缘体圆柱状的突起 上，一侧挤压 在 插 孔 绝 缘 体 孔 壁 上， 实 现 密 封 功 能。这只 O 型密封圈的密封功能起到隔断水体的 作用，进一步起到了电气绝缘作用。
图3
电连接器在水下插合后界面每一芯接触件之间 绝缘的方案见图 3： 插针缘体在界面插针上突出 一段圆柱状的突起，插孔绝缘体在界面孔口处有对 应的一段凹坑，凹坑内装一只小型 O 型圈。这只 O 型圈在插针绝缘体插上后，一侧挤压在插针绝缘体 上，一侧挤压在插孔绝缘体上，实现密封功能。这 只 O 型圈的密封功能起到隔断水体的作用，又因 为 O 型圈是非导体材料，所以当一侧水体带电时， 电荷不会传到另一侧水体，O 型圈起到绝缘作用。
由于水下插拔连接技术在国内是一个未涉足过 的新型技术，各种文献都没有找到这方面的知识介 绍。项目组在研制过程中，发明了" 隔断水体原 理" 的电连接器水下插拔接触件插合密封结构，
收稿日期： 2011 － 08 － 08
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机电元件
2011 年
并在此技术上进行连接器结构探索，研制出满足要 求的水下插拔密封连接器，目前该型连接器已经系 列化供应市场。
该技术实施时还要解决排水问题，因为插孔绝 缘体凹坑内的小 O 型圈，具有密封功能，如果凹 坑内的水不被排出，插针绝缘体插到 O 型圈上后， 凹坑内的水压增高，插针绝缘体顶死，不能继续插 合，会引起插合不到位的问题。本技术巧妙地在插 针绝缘体端面设计了排水槽，再给 O 型圈设计一 定的滑动量，解决了插合顶死问题。
图5
插拔密封电连接器的研制成功，为电连接器在 水下插拔等严酷环境的使用创造了条件。
SXCB 型水下插拔密封电连接器可以在水下进 行插拔操作，耐环境能力强、性能稳定，是理想的 水下作业和岸边作业采用的电连接器。其结构新颖 先进，可任意进行接点扩展，具备通用电连接器的 所有功能，可为水中兵器、远洋测量、水陆两栖、 海洋石油等系统配套使用，具有良好的应用前景。
随着水下插拔电连接技术应用的不断宣传推 广，SXCB 型水下插拔密封电连接器的应用领域、 应用范围将不断扩大，在产生巨大的经济效益的同 时将推动军事和民用电连接技术的升级换代。
如图 5 所示，O 型圈如果不在凹坑底部，插针 绝缘体在接触到 O 型圈时，O 型圈将把凹坑内的 水密封住，凹坑内的水无法排出，内部压力变大， 插针绝缘体就无法再继续插合。加了排水槽之后， 插针绝缘体顶到 O 型圈后，坑内的水通过排水槽
Doi： 10． 3969 / j． issn． 1000 － 6133． 2011． 06． 001
中图分类号： TN784
文献标识码： A 文章编号： 1000 － 6133（ 2011） 06 － 0003 － 03
Technology of Under water Wet － Mate Electrical Connector