CN107039835B - 一种采用多重密封结构的安全级电气连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，插头***到插座中，在插头的外壁上设置有旋转外壳，旋转外壳套在插头的外壁上，插座的顶端设置在旋转外壳中，旋转外壳能够绕着其自身的轴线转动，在旋转外壳的内壁上固定有定位键，插座的外壁内凹形成沿着旋转外壳旋转方向且呈螺旋状的键槽，定位键***到键槽中并能够沿着键槽在键槽中移动，插头的外壁上固定有限位卡箍，限位卡箍和旋转外壳的内壁之间设置有压紧弹簧，压紧弹簧的两端分别与限位卡箍和旋转外壳的内壁接触，插头和插座之间设置有密封机构。该电气连接器通过采用活动连接方式，利用定位键***到螺旋键槽中实现自锁，使得装卸方便，并且实现多重密封，提高密封效果和安全性。

Description

一种采用多重密封结构的安全级电气连接器

技术领域

本发明属于核电厂安全级仪表相关技术领域，具体涉及一种采用多重密封结构的安全级电气连接器。

背景技术

在核电厂中，电气连接器用以实现仪表(如温度计、变送器等)和电缆之间以及电缆和电缆之间的可快速拆卸并复装的连接。而安全级电气连接器需要在核电厂正常运行、事故和事故后的环境条件下保持电气连接功能。由于核电厂事故和事故后的环境条件较为苛刻，如果连接器在此时失效，将会对整个仪表通路带来极为不利的影响。因此，需要开发一种满足核电厂事故和事故后环境条件的安全级电气连接器。

以往，核电厂中为了实现安全连接，多采用接线箱的形式，或者使用单一密封形式的连接器。由于接线箱体积庞大，并且安装拆卸较为不便；而单一密封形式的连接器由于采用特制的密封垫片，比如硅橡胶等，这种连接器在每次拆卸回装时必须更换垫片。此外，垫片是柔性的，每次换装时安装必须非常小心，安装质量不容易受到控制，较大地取决于安装人员的细心程度和技术水平。因此，有必要开发一种结构简单、性能可靠的能够满足核电厂事故和事故后环境条件的新型安全级电气连接器。

申请号为“201210229979.0”的中国专利公开了一种安全级电气接插件，该电气接插件包括限位螺母、插头本体、公针芯、紧固卡箍、压紧弹簧、主密封环、卡箍倒钩、PEEK绝缘体A、密封垫片、PEEK绝缘体B、母针芯、插座本体；所述插头本体为圆筒状，其中下部外侧具有环形凸台，在凸台的下侧具有截面为半圆的环形圈，即为主密封环；插头本体的上部设置有限位螺母；紧固卡箍为圆柱体，圆柱体内部下侧开有两级阶梯状通孔，上级阶梯孔径小于下级阶梯，下级阶梯的下部均布有两个或两个以上卡箍倒钩；紧固卡箍套在插头本体上，且位于限位螺母的下方，且卡箍倒钩位于主密封环的下方；在插头本体环形凸台与紧固卡箍之间套有压紧弹簧；在插头本体内部下侧嵌入有PEEK绝缘体A，PEEK绝缘体A下端高于等于插头本体的下端；插座本体为圆筒状，其上部外侧具有环形凸台，内侧中部具有环形凸台，插座本体上部外套在插头本体的下部，且插头本体下端位于插座本体内侧凸台上，且插座本体上部外侧的环形凸台位于主密封环与卡箍倒钩之间，与卡箍倒钩卡合；插座本体内且其凸台下部嵌入有PEEK绝缘体B，若干根母针芯贯穿于PEEK绝缘体B，若干根公针芯贯穿于PEEK绝缘体A，且一一对应***母针芯；在插座本体内侧凸台与插座本体下部锥面之间设置有密封垫片。该接插件的结构简单、性能可靠，以提高在地震事故、事故后以及严重事故下仪表的可用性。但是其采用固定连接方式，不方便装卸，密封单一，存在着发生事故时密封失效的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有电气连接器采用固定连接方式，不方便装卸，其密封单一，存在着发生事故时密封失效的风险，提供了一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，该电气连接器通过采用活动连接方式，利用定位键***到螺旋键槽中实现自锁，使得装卸方便，并且实现多重密封，提高密封效果和安全性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，包括插头和插座，所述插头的一端***到插座中，在插头的外壁上设置有旋转外壳，且旋转外壳套在插头的外壁上，插座的顶端设置在旋转外壳中，旋转外壳能够绕着其自身的轴线转动，在旋转外壳的内壁上固定有定位键，插座的外壁内凹形成沿着旋转外壳旋转方向且呈螺旋状的键槽，且定位键***到键槽中并能够沿着键槽在键槽中移动，插头的外壁上固定有限位卡箍，限位卡箍和旋转外壳的内壁之间设置有压紧弹簧，且压紧弹簧的两端分别与限位卡箍和旋转外壳的内壁接触，在插头和插座之间设置有密封机构，且密封机构设置在键槽下方。为了实现安全连接，技术人员也设计了一种安全级电气接插件，该电气接插件包括限位螺母、插头本体、公针芯、紧固卡箍、压紧弹簧、主密封环、卡箍倒钩、PEEK绝缘体A、密封垫片、PEEK绝缘体B、母针芯、插座本体；紧固卡箍的下部均布有两个或两个以上卡箍倒钩；紧固卡箍套在插头本体上，且位于限位螺母的下方，且卡箍倒钩位于主密封环的下方；插座本体上部外侧的环形凸台位于主密封环与卡箍倒钩之间，与卡箍倒钩卡合。该接插件用以提高在地震事故、事故后以及严重事故下仪表的可用性。但是其采用固定连接方式，即将紧固卡箍通过卡箍倒钩压紧在插座本体上，这种固定方式不方便装卸，而且在卡箍倒钩和插座本体之间还容易存在间隙，仅仅依靠下方垫圈的单一密封方式，在核电厂这种使用环境特殊的场所，存在很大的风险，安全性达不到使用要求，本方案则设计了一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，该电气连接器通过在插头的外壁上设置有旋转外壳，且旋转外壳套在插头的外壁上，插座的顶端设置在旋转外壳中，通过旋转外壳能够绕着其自身的轴线转动使得拆卸方便，并且利用在旋转外壳的内壁上固定有定位键，插座的外壁内凹形成沿着旋转外壳旋转方向且呈螺旋状的键槽，通过定位键***到键槽中并能够沿着键槽在键槽中移动，增加密封性，并且由于键槽是沿着旋转外壳旋转方向且呈螺旋状，定位键***后能够形成自锁功能，防止旋转外壳在使用时转动，同时也为插头和插座之间的配合提供定位，实现对准操作并防止误操作，使用过程中通过对旋转外壳的旋转操作，可以将定位键在键槽之内移动，移动到位之后可以确保插头和插座之间的紧密配合。通过压紧弹簧和限位卡箍的配合，可以为插头插座的紧密连接提供充分的预紧力，最好将压紧弹簧的运动方向与插头的轴线或插座的轴线平行。这样压紧力能够最大化，弹簧使用寿命更长。由于该设计使用了不同结构、不同材料在相应的位置来实现多重密封，可以多样化的方式防止共因故障带来的连接器功能失效，并且可以形成纵深防御，以提高连接器的密封性能，尤其适合于恶劣环境条件下的使用，如高辐照、高湿、高温条件。

密封机构包括第一道密封垫圈，第一道密封垫圈设置在插头和插座之间，且第一道密封垫圈同时与插头和插座接触，并且第一道密封垫圈设置在插头***到插座的区域中；密封机构还包括第二道密封垫圈，第二道密封垫圈设置在插座中，第二道密封垫圈设置在插头下方且第二道密封垫圈同时与插头和插座接触，并且第二道密封垫圈设置在第一道密封垫圈下方。本方案设计的多重密封布置于不同方向，其中第一道密封垫圈可以吸收来自连接器径向的振动和地震冲击载荷，而第二道密封垫圈可以吸收连接器轴向方向上的拉伸和压缩载荷。这一结构可以确保连接器在振动和地震条件下拥有优异的密封性能。第一道密封垫圈和第二道密封垫圈优选采用硅橡胶或三元乙丙橡胶或其他高性能橡胶材料制成，这些材料具备耐高温和辐照功能，更加满足核电厂需求。一道径向密封垫圈和一道轴向密封垫圈仅为本方案优选的一种密封方式，但实现该技术还可以采用其他的组合方式，但是至少为两道以上的密封垫圈。

进一步地，插头包括插头外壳，插头外壳设置在旋转外壳中并且底端***到插座中，限位卡箍固定在插头外壳的外壁上，插头外壳中设置有绝缘体一，绝缘体一中设置有公针芯，且公针芯穿过绝缘体一***到插座中，而插座包括插座外壳，插头外壳的底端***到插座外壳中并且插头外壳的外壁与插座外壳的内壁贴合，键槽设置在插座外壳的外壁上，第一道密封垫圈设置在插头外壳的内壁内凹形成的凹槽中并与插头外壳的外壁接触，第二道密封垫圈设置在插头外壳内壁形成的阶梯上，插头外壳中设置有绝缘体二，绝缘体二中设置有母针芯，且公针芯与母针芯对接。插头和插座本身都是现有结构，插头外壳和插座外壳采用不锈钢材料制造，由于不锈钢材料基本不受辐照和安全壳内的温度影响，因此，可以保证连接器主体结构在使用寿命中，以及事故及事故后的结构稳定性。

绝缘体一和绝缘体二均优选为PEEK绝缘体。PEEK能够承受较大辐照剂量，满足核电厂需求，也可以采用其它高性能绝缘材料，根据实际使用选择。公针芯和母针芯的表面均镀金或其他防止针芯表面被腐蚀的措施。镀金的针芯优选采用压接方式可以快速地固定针芯，接线操作不会加热绝缘体，能够在高温下使用，并且抗拉强度高。针芯和电缆的连接采用压接方式，实际连接时采用多种连接手段，如焊接等，不仅局限于压接。而插头外壳和插座外壳均为实心棒材，通过对棒材机加工制成，设备有较高的机械强度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：该电气连接器通过采用活动连接方式，利用定位键***到螺旋键槽中实现自锁，使得装卸方便，而且使用了不同结构、不同材料来实现多重密封，可以多样化的方式防止共因故障带来的连接器功能失效，并且可以形成纵深防御，以提高连接器的密封性能，尤其适合于恶劣环境条件下的使用，如高辐照、高湿、高温条件。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的竖向剖视图；

图2为图1的局部示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-插头外壳，2-公针芯，3-旋转外壳，4-压紧弹簧，5-限位卡箍，6-绝缘体一，7-定位键，8-键槽，9-第一道密封垫圈，10-第二道密封垫圈，11-绝缘体二，12-插座外壳，13-母针芯。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1、图2所示，一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，包括插头和插座，所述插头的一端***到插座中，在插头的外壁上设置有旋转外壳3，且旋转外壳3套在插头的外壁上，插座的顶端设置在旋转外壳3中，旋转外壳3能够绕着其自身的轴线转动，在旋转外壳3的内壁上固定有定位键7，插座的外壁内凹形成沿着旋转外壳3旋转方向且呈螺旋状的键槽8，且定位键7***到键槽8中并能够沿着键槽8在键槽8中移动，定位键7和键槽8的配合可确保插头和插座之间的对准，并防止误操作。键槽8为在插座外壳12外侧铣出的一道螺旋状的沟槽，通过定位键7在键槽8中的移动可以保证插头和插座之间的紧配，通过定位键7和与之配对的键槽8为插头和插座之间的配合提供定位，实现对准操作并防止误操作，使用过程中通过对旋转外壳3的旋转操作，可以将定位键7在键槽8之内移动，移动到位之后可以确保插头和插座之间的紧密配合。

还在插头的外壁上固定有限位卡箍5，限位卡箍5和旋转外壳3的内壁之间设置有压紧弹簧4，且压紧弹簧4的两端分别与限位卡箍5和旋转外壳3的内壁接触，同时压紧弹簧4的运动方向要求设计与插头的轴线或插座的轴线平行。使用压紧弹簧和限位卡箍为插头和插座之间的对接提供预紧力，保证两者之间的紧密连接，增加密封性能。

在插头和插座之间设置有密封机构，且密封机构设置在键槽8下方，密封机构包括第一道密封垫圈9和第二道密封垫圈10，第一道密封垫圈9设置在插头和插座之间，且第一道密封垫圈9同时与插头和插座接触，并且第一道密封垫圈9设置在插头***到插座的区域中，第二道密封垫圈10设置在插座中，第二道密封垫圈10设置在插头下方且第二道密封垫圈10同时与插头和插座接触，并且第二道密封垫圈10设置在第一道密封垫圈9下方。采用耐高温和辐照的硅橡胶、三元乙丙橡胶等原材料制作的密封垫圈，作为连接器插头与插座之间的密封，使用双重或多重密封结构在径向和轴向上实现密封，双重密封所用的材料为不同材料，防止使用相同材料带来的共模故障；双重密封结构需要布置在不同的方向上，以便在多个方向上保持密封完整性；设置的多重密封结构每一重都可单独完成密封功能，这里的多重设置可进一步提高连接器的密封性能。插头和插座之间通过双重密封结构——第一道密封垫圈9和第二道密封垫圈10实现密封。由于双重密封选取不同的材料，并且在事故条件下所承受的应力方向不同，失效顺序也不一样，从该密封可以确保连接器在事故和事故后的长期可靠运行。第一道密封垫圈9和第二道密封垫圈10通过设置在插座外壳12上的安装位可确保其在运行和拆卸后的固定，并能防止脱落。

插头包括插头外壳1，插头外壳1设置在旋转外壳3中并且底端***到插座中，限位卡箍5固定在插头外壳1的外壁上，插头外壳1中设置有绝缘体一6，绝缘体一6中设置有公针芯2，且公针芯2穿过绝缘体一6***到插座中，插座包括插座外壳12，插头外壳1的底端***到插座外壳12中并且插头外壳1的外壁与插座外壳12的内壁贴合，键槽8设置在插座外壳12的外壁上，第一道密封垫圈9设置在插头外壳1的内壁内凹形成的凹槽中并与插头外壳1的外壁接触，第二道密封垫圈10设置在插头外壳1内壁形成的阶梯上，插头外壳1中设置有绝缘体二11，绝缘体二11中设置有母针芯13，且公针芯2与母针芯13压接。插头和插座在组装完成后均为一体化结构，没有松脱部件，便于连接器的现场使用和维护。插头外壳1和插座外壳12采用不锈钢材料制造主密封，由于不锈钢材料基本不受辐照和安全壳内的温度影响，因此，可以保证连接器主体结构在使用寿命中，以及事故及事故后的结构稳定性。插头外壳1、公针芯2、旋转外壳3、压紧弹簧4、限位卡箍5、PEEK绝缘体6、定位键7是一个整体；第一道密封垫圈9、第二道密封垫圈10、PEEK绝缘体11、插座外壳12、母针芯13为一个整体。由此，连接器插头插座拆开后所有部件均集成到插头本体和插座本体中，没有可动部件，可保证维护时的便利。

还将公针芯2和母针芯13的表面均镀金。可以快速地固定针芯，针芯和电缆的连接方式可以采用压接的方式，接线操作不会加热绝缘体，能够在高温下使用，并且抗拉强度高。

插头外壳1和插座外壳12均为实心棒材，通过对棒材机加工制成。采用实心棒材机加工成型的插座外壳12和插头外壳1有较高的机械强度，能够在地震、LOCA等事故条件下保持机械结构的完整性，保持机械性能。

绝缘体一6和绝缘体二11均为PEEK绝缘体。PEEK绝缘体能够承受大于10⁹Rads的辐照剂量，而严重事故后安全壳内设备收到的总剂量通常小于10⁸Rads，完全能够满足严重事故后的运行要求。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，包括插头和插座，所述插头的一端***到插座中，其特征在于，在插头的外壁上设置有旋转外壳(3)，且旋转外壳(3)套在插头的外壁上，插座的顶端设置在旋转外壳(3)中，旋转外壳(3)能够绕着其自身的轴线转动，在旋转外壳(3)的内壁上固定有定位键(7)，插座的外壁内凹形成沿着旋转外壳(3)旋转方向且呈螺旋状的键槽(8)，且定位键(7)***到键槽(8)中并能够沿着键槽(8)在键槽(8)中移动，插头的外壁上固定有限位卡箍(5)，限位卡箍(5)和旋转外壳(3)的内壁之间设置有压紧弹簧(4)，且压紧弹簧(4)的两端分别与限位卡箍(5)和旋转外壳(3)的内壁接触，在插头和插座之间设置有密封机构，且密封机构设置在键槽(8)下方。

2.根据权利要求1所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述密封机构包括第一道密封垫圈(9)，第一道密封垫圈(9)设置在插头和插座之间，且第一道密封垫圈(9)同时与插头和插座接触，并且第一道密封垫圈(9)设置在插头***到插座的区域中。

3.根据权利要求2所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述密封机构还包括第二道密封垫圈(10)，第二道密封垫圈(10)设置在插座中，第二道密封垫圈(10)设置在插头下方且第二道密封垫圈(10)同时与插头和插座接触，并且第二道密封垫圈(10)设置在第一道密封垫圈(9)下方。

4.根据权利要求3所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述插头包括插头外壳(1)，插头外壳(1)设置在旋转外壳(3)中并且底端***到插座中，限位卡箍(5)固定在插头外壳(1)的外壁上，插头外壳(1)中设置有绝缘体一(6)，绝缘体一(6)中设置有公针芯(2)，且公针芯(2)穿过绝缘体一(6)***到插座中。

5.根据权利要求4所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述插座包括插座外壳(12)，插头外壳(1)的底端***到插座外壳(12)中并且插头外壳(1)的外壁与插座外壳(12)的内壁贴合，键槽(8)设置在插座外壳(12)的外壁上，第一道密封垫圈(9)设置在插座外壳(12)的内壁内凹形成的凹槽中并与插头外壳(1)的外壁接触，第二道密封垫圈(10)设置在插座外壳(12)内壁形成的阶梯上，插头外壳(1)中设置有绝缘体二(11)，绝缘体二(11)中设置有母针芯(13)，且公针芯(2)与母针芯(13)对接。

6.根据权利要求5所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述绝缘体一(6)和绝缘体二(11)均为PEEK绝缘体。

7.根据权利要求5所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述公针芯(2)和母针芯(13)的表面均镀金。

8.根据权利要求3所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述第一道密封垫圈(9)和第二道密封垫圈(10)采用硅橡胶或三元乙丙橡胶制成。

9.根据权利要求4所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述插头外壳(1)和插座外壳(12)均由实心棒材机加工制成。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的一种采用多重密封结构的安全级电气连接器，其特征在于，所述压紧弹簧(4)的运动方向与插头的轴线或插座的轴线平行。