Герметичный разъем
SEALED CONNECTOR

Изобретение относится к области электротехники и теплофизических исследований и измерений и может быть использовано в устройствах с разъемными соединениями, работающими под избыточным давлением, в узлах ввода датчиков или импульсных линий и электротехнических устройствах, а в области теплофизических измерений может быть использовано в узлах ввода датчиков, находящихся под электрическим потенциалом по сравнению с узлом ввода.
Известен узел ввода, содержащий втулку, сопряженную со стенкой оборудования, и эластичные уплотнители. Втулка выполнена за одно целое со сдвоенным уплотнителем в виде разновысоких конусов. Конусы помещены друг в друга, обращены вершинами в одну сторону и имеют кольцевые разметочные бороздки. Второй вариант предлагаемого узла ввода также выполнен из эластичного материала и представляет собой втулку, сопряженную со стенкой оборудования, выполненную за одно целое с полым цилиндром. На обоих концах цилиндра расположены конусы с кольцевыми разметочными бороздками и направленными в разные стороны вершинами. Узел ввода можно использовать одновременно для уплотнения кабеля и защитной трубы (см. например, патент SU 1555756 A1, кл. H01G 3/11, заявлен 15.06.1987, опубликован 07.04.1990). В этом решении герметизирующий эластичный элемент монтируется на трубе путем ее осевого надвигания, и каждый разъем предназначен для отдельной трубки.
Недостатком является то, что в случаях, когда уплотняемая труба имеет за разъемом продолжение с поворотами и/или подключенные устройства, такая схема становится практически неприменимой. Кроме того, в решении по патенту SU 1555756 A1 не реализована возможность одновременного монтажа нескольких кабелей и не предусмотрено приспособлений для извлечения герметизирующего элемента из корпуса.
Известен пневматический разъем (см. SU 1707411 A1, кл. F16L 37/06, заявлен 04.11.1990, опубликован 13.01.1991), в котором в расточках корпуса размещен эластичный герметизирующий элемент, зафиксированный прижимом, с кольцом жесткости у торца цилиндрического участка и конической головкой на торце обжимного участка. Каналы сообщают с атмосферой полость, образованную герметизирующим элементом и подводящей трубкой. Каналы выполнены в виде поперечных сквозных пазов в головке. Полость образована внутренней поверхностью герметизирующего элемента и наружной поверхностью трубки и ограничена с одной стороны кольцом. Герметизирующий эластичный элемент прижимается к трубе за счет перепада давления, причем усилия от перепада давления действуют по нормали к уплотняемой поверхности. В этом решении герметизирующий эластичный элемент монтируется на трубе путем ее осевого надвигания, и каждый разъем предназначен для отдельной трубки. В случаях, когда уплотняемая труба имеет за разъемом продолжение с поворотами и/или подключенные устройства, такая схема становится практически неприменимой.
В решении SU 1707411 A1 не предусмотрены мероприятия для исключения замыкания в случаях наличия разности электрических потенциалов на корпусе разъема и трубке.
В решении SU 1707411 A1 также не предусмотрено приспособлений для извлечения герметизирующего элемента из корпуса.
Наиболее близкое по технической сущности и назначению устройство описано в техническом решении «кабельный ввод», в котором имеются корпус, нажимной элемент и уплотнительный элемент из электроизоляционного материала с отверстиями под кабели и центральным отверстием под нажимной элемент, повторяющим форму последнего, при этом нажимной элемент выполнен в виде многогранной усеченной пирамиды с количеством граней, соответствующим числу отверстий под кабели, при этом отверстия под кабели выполнены со стороны ребер центрального отверстия уплотнительного элемента (см. авт. свид. СССР №1561144, кл. H02G 3/22, заявлен 17.10.87, опубликован 30.04.90).
В решении SU 1561144 усилие от крепежного элемента и от перепада давлений передается уплотнению через конусную деталь. Очевидно, что площадь конусной детали, на которую действует усилие от перепада давления, всегда меньше площади поверхности уплотняющего элемента, что ограничивает самоуплотняющие усилия. Конусная деталь, деформирующая уплотняющий элемент, уменьшает возможность полезного использования площади уплотнительного элемента для установки кабелей, что увеличивает габариты разъема. В предлагаемом решении для самоуплотнения под перепадом давления используется вся доступная поверхность герметизирующего элемента, что позволяет уменьшить сравнительные габариты. Угол конусности выбирается с учетом рабочего давления и возникающих сил трения. Снижения сил трения может обеспечиваться выбором материала или применением смазки. Таким образом, обеспечивается лучшая герметизация и надежность при меньшем перепаде давлений.
В решении SU 1561144 герметизирующий эластичный элемент монтируется на трубе путем ее осевого надвигания. В случаях, когда уплотняемая труба имеет за разъемом продолжение с поворотами и/или подключенные устройства, такая схема становится практически неприменимой. В предлагаемом решении трубки кабелей монтируются и демонтируются в герметизирующем элементе радиальным протягиванием через радиальный разрез, что позволяет выполнять каналы в герметизирующем элементе точно соответствующими форме уплотняемой поверхности, и не учитывать конструкцию и форму концевых датчиков, подключенных к кабелям в трубках, а также заменять герметизирующий элемент без демонтажа трубок, которые имеют продолжение за разъемом.
В решении SU 1561144 не предусмотрено приспособлений для извлечения герметизирующего элемента из корпуса. В предлагаемом решении для извлечения деформированного герметизирующего элемента из корпуса в корпусе как минимум одно отверстие канала свободно от трубки, а в герметизирующим элементе соответствующее отверстие не выполняется. Через свободное отверстие в корпусе герметизирующий элемент выжимается инструментом из конического отверстия в корпусе.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение надежности и снижение габаритов, упрощение монтажа и ремонта, обеспечение электроизоляции трубок или кабелей в герметичном разъеме, увеличение количества одновременно уплотняемых трубок или кабелей.
Технический результат достигается тем, что в герметичном разъеме, содержащем цилиндрический корпус, прижимной уступ и установленный внутри корпуса герметизирующий элемент в виде усеченного конуса из электроизоляционного материала с каналами под кабели или трубки, отверстие в корпусе для установки герметизирующего элемента выполнено коническим с диаметром минимального поперечного сечения меньшим, чем диаметр минимального поперечного сечения герметизирующего элемента, а угол конусности герметизирующего элемента и конического отверстия в корпусе менее 45°, при этом в корпусе и герметизирующем элементе форма каналов выполнена соответствующей форме трубок или кабелей, а полость между меньшим основанием герметизирующего элемента и корпусом сообщена с атмосферой.
Корпус выполнен из двух частей, соединяемых друг с другом соединением шар по конусу и прижатых друг к другу накидной гайкой.
Каналы в корпусе под кабели или трубки снабжены электроизолирующими втулками.
Каналы в герметизирующем элементе снабжены радиальным разрезом от канала до наружной поверхности герметизирующего элемента
Полость между герметизирующим элементом и корпусом имеет размер, соответствующий деформации герметизирующего элемента при максимальном рабочем давлении.
В корпусе по меньшей мере один канал не содержит трубки или кабели, а в герметизирующем элементе канал напротив этого канала отсутствует.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых изображены: на Фиг. 1 - поперечный разрез предлагаемого герметичного разъема, на Фиг. 2 - поперечный разрез герметизирующего элемента.
Герметичный разъем содержит цилиндрический корпус 1, прижимной уступ 2 и установленный внутри корпуса 1 герметизирующий элемент 3 в виде усеченного конуса из электроизоляционного материала с каналами под кабели или трубки 4, при этом отверстие в корпусе 1 для установки герметизирующего элемента 3 выполнено коническим с диаметром минимального поперечного сечения меньшим, чем диаметр минимального поперечного сечения герметизирующего элемента 3, а угол конусности герметизирующего элемента 3 и конического отверстия в корпусе менее 45°; причем в корпусе 1 и герметизирующем элементе 3 каналы 5 соответствуют форме трубок или кабелей 4; причем каналы 5 корпуса 1 сообщают с атмосферой полость 6, образованную между герметизирующим элементом 3 и корпусом 1, а каналы 4 в герметизирующем элементе 3 снабжены радиальным разрезом 7 от канала 5 до наружной поверхности герметизирующего элемента 3. Корпус 1 прижат к штуцеру 8 накидной гайкой 9; причем сопрягаемая поверхности штуцера 8 выполнена конической, а корпуса 1 сферической; а отверстия, образующие каналы 5 в корпусе 1, снабжены электроизолирующими втулками 10. Полость 6, образованная между герметизирующим элементом 3 и корпусом 1, имеет размер, соответствующий деформации герметизирующего элемента 3 при максимальном рабочем давлении. В корпусе 1 как минимум одно отверстие канала 5 свободно от трубки или кабеля 4, а в герметизирующем элементе 3 соответствующее отверстие не выполняется.
При сборке разъема эластичный конический герметизирующий элемент 3 частично запрессовывается в меньшее по минимальному диаметру коническое отверстие в корпусе 1 за счет прижимного уступа 2, чем обеспечивается предварительная герметизация разъема.
Трубки или кабели 4 при установке плотно прилегают к каналам 5 в герметизирующем элементе 3 за счет соответствия формы отверстий. Трубки или кабели 4 удобно монтируются и демонтируются в герметизирующем элементе 3 протягиванием через радиальный разрез 7, что позволяет выполнять каналы 5 в герметизирующем элементе 3, точно соответствующими форме уплотняемой поверхности, и не учитывать конструкцию и форму концевых датчиков, подключенных к кабелям или трубкам 4.
Доступ к герметизирующему элементу 3 осуществляется через разъемное соединение корпуса 1, прижатого к штуцеру 8 накидной гайкой 9 с уплотнением «шар по конусу», не требующему вспомогательных уплотнительных элементов.
При появлении избыточного давления в разъеме создается перепад давлений, действующий на герметизирующий элемент 3 и запрессовывающий его в коническое отверстие в корпусе 1, одновременно обжимая трубки или кабели 4. Деформация герметизирующего элемента 3 возрастает с увеличением давления, а полость 6 уменьшается, и так как угол конусности выбирается меньше 45°, то по третьему закону Ньютона возникающие касательные усилия на уплотняемых поверхностях превышают усилия от перепада давления, приложенные к герметизирующему элементу 3, что усиливает запрессовку и деформацию герметизирующего элемента 3. При выбранном перепаде давления увеличение касательных усилий на уплотняемых поверхностях обратно пропорционально углу конусности.
При достижении максимального рабочего давления герметизирующий элемент 3 упирается в меньшее основание конусного отверстия в корпусе 1 и деформация герметизирующего элемента 3 за счет обжатия в конусном отверстии прекращается. Таким образом, ограничен рост сжимающих усилий на трубках или кабелях 4 от деформации герметизирующего элемента 3 при превышении максимального рабочего давления, например, при гидроиспытаниях или аварийной ситуации.
Размещение герметизирующего элемента 3 внутри корпуса 1 с наружной шаровой поверхностью, уплотненной по обхватывающей конусной поверхности штуцера 8, позволяет обеспечить компактность разъема и компенсировать часть растягивающих напряжений в корпусе 1 от запрессованного элемента 3 усилием от конусной поверхности штуцера 8, что, в свою очередь, позволяет уменьшить массивность корпуса 1.
Для исключения замыкания и повреждения разъема при наличии разности электрических потенциалов на корпусе 1 и трубках 4 отверстия, образующие каналы 5 в корпусе 1, могут быть снабжены электроизолирующими втулками 10.
Для извлечения деформированного герметизирующего элемента 3 из корпуса 1 в корпусе 1 как минимум одно отверстие канала 5 свободно от трубки 4, а в герметизирующим элементе 3 соответствующее отверстие не выполняется. Через свободное отверстие в корпусе 1 герметизирующий элемент 3 выжимается инструментом из конического отверстия в корпусе 1.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность и снизить габариты, упростить монтаж и ремонт, обеспечить электроизоляцию трубок или кабелей в герметичном разъеме, увеличить количество одновременно уплотняемых трубок или кабелей.