СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ОБЛАСТЯХ ПРИМЕНЕНИЯ С ВЫСОКОЙ МОЩНОСТЬЮ
ELECTRICAL CONNECTION SYSTEM FOR USE IN APPLICATIONS WITH HIGH POWER

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системе электрического соединения для использования в областях применения с высокой мощностью. В частности, хотя и не исключительно, настоящее изобретение относится к системе электрического соединения, подходящей для использования в областях применения с высокой мощностью в тяжелых условиях, таких как нефтяная или горнодобывающая промышленность.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Надежные электрические соединители являются необходимыми для областей применения с высокой мощностью, таких как питание тяжелых электрических машин, часто используемых в горнодобывающей или нефтяной промышленности. При таких применениях электрические кабели передают высокие токи при напряжениях в один и более киловольт.
Типичные электрические соединители, используемые в данной области техники, имеют множество штырей или гнезд, каждый из которых соединен с соответствующей жилой электрического кабеля. В зависимости от конкретного применения, соединители должны соответствовать специальным требованиям или стандартам. Соответствие соединителей надлежащим стандартам проверяется сертифицирующим органом.
Во взрывоопасной среде, например, должны быть приняты особые меры предосторожности, при этом может быть необходимо предусмотреть взрывонепроницаемое соединение между соединителями для снижения вероятности взрывов.
Взрывонепроницаемое соединение, как правило, выполнено между вилкой и розеткой путем размещения цилиндрической поверхности, которая окружает контакты и/или электрические выводы вилки внутри соответствующей поверхности розетки. Механический допуск между цилиндрическими поверхностями является жестким (как правило, от 0,2 до 0,4 мм). Вследствие наличия жесткого механического допуска может происходить скашивание или заедание, что усложняет вставку вилки в розетку или извлечение вилки из розетки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте настоящего изобретения предлагается система электрического соединения, которая содержит:
первый компонент электрического соединения, который подходит для передачи мощности с уровнем напряжения более 1 кВ;
второй компонент электрического соединения, который подходит для передачи мощности с уровнем напряжения более 1 кВ и выполнен с возможностью соединения с первым компонентом электрического соединения;
причем система электрического соединения содержит узел механического соединения для сообщения движущей силы в целях приведения в движение первого и второго компонентов электрического соединения относительно друг друга вдоль центральной оси системы электрического соединения и между расцепленным и зацепленным состояниями, причем узел механического соединения выполнен с возможностью сообщения одной составляющей движущей силы в первом эксцентрическом положении и содержит передаточный механизм, который выполнен с возможностью передачи другой составляющей движущей силы во втором эксцентрическом положении, причем первое и второе эксцентрические положения имеют соответствующие угловые ориентации относительно центральной оси.
Узел механического соединения может быть выполнен с возможностью распределения движущей силы в виде по существу равных составляющих исключительно по разнесенным эксцентрическим положениям, имеющим соответствующие угловые ориентации относительно центральной оси. В одном варианте осуществления узел механического соединения выполнен с возможностью распределения движущей силы по двум разнесенным положениям, например, двум эксцентрическим положениям, размещенным друг напротив друга.
Узел механического соединения может содержать зубчатый компонент, который может содержать передаточный механизм и может дополнительно содержать соединительный компонент. Второй компонент электрического соединения может содержать зубчатый компонент и первый компонент электрического соединения может содержать соединительный компонент. Соединительный компонент может содержать зубчатые рейки, которые расположены таким образом, чтобы входить в зацепление с зубчатым компонентом. Зубчатый компонент может содержать храповую систему. Зубчатые рейки могут быть распределены по положениям, которые размещены относительно центральной оси и в которых сообщается движение при использовании.
Передаточный механизм может содержать зубчатые колеса, которые при использовании передают составляющую движущей силы. В одном конкретном варианте осуществления передаточный механизм содержит зубчатые колеса, которые расположены на одной боковой части второго компонента электрического соединения и выполнены с возможностью распределения составляющих движущей силы между первым и вторым эксцентрическими положениями относительно центральной оси.
В одном варианте осуществления передаточный механизм расположен таким образом, что поворот первого зубчатого колеса, например, с использованием храпового механизма, вызывает поворот второго удаленного зубчатого колеса по существу в тот же момент времени, за счет чего составляющие движущей силы сообщаются в соответствующих первом и втором положениях относительно оси по существу в тот же момент времени и с той же скоростью.
Один из первого и второго компонентов электрического соединения может содержать штыри для зацепления с гнездами, которые может содержать другой из первого и второго компонентов электрического соединения.
В одном конкретном варианте осуществления второй компонент электрического соединения представляет собой розетку, а первый компонент электрического соединения представляет собой вилку, выполненную с возможностью зацепления с розеткой. Зубчатый компонент с передаточным механизмом могут образовывать часть розетки. Система электрического соединения может дополнительно содержать зубчатые рейки, которые образуют часть вилки. Зубчатые рейки могут быть расположены так, чтобы входить в зацепление с зубчатыми колесами зубчатого механизма, который может быть выполнен с возможностью постепенного перемещения поверхности соединения вилки в розетку до тех пор, пока вилка не будет механически и электрически соединена с розеткой.
Первый компонент электрического соединения может иметь первую сторону для соединения со вторым компонентом электрического соединения, и может быть выполнен с возможностью соединения с кабелем машины со второй стороны.
В одном варианте осуществления второй компонент электрического соединения имеет первую сторону для соединения с первым компонентом электрического соединения и может быть выполнен с возможностью соединения с кабелем машины со второй стороны.
В альтернативном варианте осуществления второй компонент электрического соединения имеет две стороны и выполнен с возможностью соединения с двумя первыми компонентами электрического соединения, по одному с каждой стороны. В этом варианте осуществления второй компонент электрического соединения может представлять собой розетку, и первые компоненты электрического соединения могут представлять собой вилки. В этом варианте осуществления второй компонент электрического соединения может содержать два из вышеописанных узлов механического соединения, каждый из которых содержит передаточный механизм и выполнен с возможностью сообщения составляющих движущих сил по меньшей мере в двух эксцентрических положениях относительно центральной оси для приведения в движение первых компонентов электрического соединения относительно второго компонента электрического соединения вдоль центральной оси между расцепленным и зацепленным состояниями.
Изобретение будет понятно в более полной мере из следующего описания конкретных вариантов осуществления изобретения. Описание выполнено со ссылкой на сопроводительные графические материалы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг. 1 и 2 показаны виды системы электрического соединения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 показан вид системы электрического соединения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 4 показан вид части компонента электрического соединения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
В вариантах осуществления, описанных в настоящем документе, предлагается система электрического соединения для соединения кабелями машин, подходящая для областей применения с высокой мощностью. Система электрического соединения содержит первый и второй компоненты электрического соединения, которые выполнены с возможностью соединения друг с другом. Например, первый компонент электрического соединения может представлять собой вилку, содержащую штыри, и второй компонент электрического соединения может представлять собой розетку, содержащую гнезда. Компоненты электрического соединения подходят для передачи мощности с уровнями напряжения более 1 кВ (такими как 3,3 кВ или 11 кВ).
Система электрического соединения содержит узел механического соединения для сообщения движущей силы для приведения в движение первого и второго компонентов электрического соединения относительно друг друга вдоль центральной оси системы электрического соединения между расцепленным и зацепленным состояниями. Узел механического соединения выполнен с возможностью приложения первой составляющей движущей силы в первом эксцентрическом положении и содержит передаточный механизм для передачи второй составляющей движущей силы во втором эксцентрическом положении. Первое и второе эксцентрические положения имеют разные угловые ориентации относительно оси.
В этом варианте осуществления узел механического соединения дополнительно содержит компонент (такой как храповая система) для ручного приложения движущей силы к узлу механического соединения и передаточный механизм, который распределяет составляющие движущей силы в виде по существу равных составляющих между первым и вторым эксцентрическими положениями относительно центральной оси. В этом варианте осуществления первое и второе положения размещены друг напротив друга.
Первый и второй компоненты электрического соединения содержат цилиндрические поверхности взрывонепроницаемого соединения, между которыми образуется взрывонепроницаемое соединение, когда первый и второй компоненты электрического соединения находятся в зацеплении. Механический допуск между цилиндрическими поверхностями взрывонепроницаемого соединения составляет от 0,2 до 0,4 мм, что немного по сравнению с относительно большими размерами компонентов электрического соединения. Когда движущая сила распределяется по двум разнесенным положениям относительно центральной оси (в этом случае противоположным положениям), вероятность механического заедания или скашивания может быть снижена, когда компоненты электрического соединения перемещаются между зацепленным и расцепленным состояниями вдоль центральной оси.
Рассмотрим в первую очередь фиг. 1 и 2, в отношении которых описана система электрического соединения в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1 и 2 показан первый компонент электрического соединения, который выполнен в виде вилки 100 и соединен с кабелем 107 машины. Кроме того, на фиг. 1 показан второй компонент электрического соединения, который выполнен в виде розетки 101. В этом варианте осуществления розетка 101 выполнена с возможностью соединения с двумя вилками 100 (показана только одна вилка 100), по одной с каждой стороны.
Розетка 101 и вилка 100 подходят для передачи мощности с уровнем напряжения более 1 кВ (в этом варианте осуществления 3,3 кВ). Розетка 101 и вилка 100 имеют соответствующие корпусы 109, 111, которые образуют внутренние области. В описываемом варианте осуществления корпусы 111 и 109 имеют по существу цилиндрические формы и выполнены из полимерного материала высокой плотности.
Розетка 101 содержит контактный узел 106, который содержит гнезда для электрического соединения со штырями соответствующего контактного узла вилок 100. В описываемом варианте осуществления контактный узел 106 содержит три отдельных электрических проводника, каждый из которых расположен в соответствующей фазной трубке. Фазные трубки содержат изоляционный материал, который окружает соответствующий электрический проводник, и проводящий материал, который окружает изоляционный материал и выполнен с возможностью (непрямого) электрического соединения с клеммой заземления кабеля 107 машины, соединенного с вилкой 100.
Корпус 109 вилки 100 имеет сторону под кабель машины и сторону под соединение, а также содержит вышеупомянутый контактный узел (не показан), который содержит штыри и наконечники для соединения с соответствующими жилами кабеля 107 машины. В описываемом варианте осуществления контактный узел вилки 100 содержит три отдельных электрических проводника, каждый из которых расположен в соответствующей фазной трубке. Фазные трубки содержат изоляционный материал, который окружает соответствующий электрический проводник, и проводящий материал, который окружает изоляционный материал и выполнен с возможностью электрического соединения с клеммой заземления кабеля 107 машины.
Розетка 101 содержит узел 108 механического соединения, который содержит зубчатые колеса, и вилка 100 содержит зубчатые рейки 112. Для соединения вилки 100 и розетки 101 друг с другом, вилку 100 вводят в розетку 101 за счет использования узла
108 механического соединения, который входит в зацепление с зубчатыми рейками 112. Таким образом узлы электрического соединения вилок 100 соединяются с вышеописанным узлом 106 электрического соединения в розетке 101.
В этом варианте осуществления узел 108 механического соединения образует часть розетки 101. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что альтернативно узел 108 механического соединения может образовывать часть вилки 100 (в этом случае розетка 101 содержит зубчатые рейки 112).
В этом примере узел 108 механического соединения содержит шестерни 110, 110', 116 и 116' (показанные на фиг. 4), причем шестерни 116, 116' образуют передаточный механизм, который передает движение между шестернями 110 и 110'. Шестерни 110, 110' выполнены с возможностью реечного зацепления с соответствующими зубчатыми рейками 112, которые расположены на верхней и нижней частях вилки 100 таким образом, что, когда шестерни 110, 110' поворачиваются, вилка 100 входит в первую сторону 102 розетки 101 и удерживается в ней.
В этом примере верхняя шестерня 110 поворачивается посредством рукоятки 114 с храповым механизмом. Рукоятка 114 с храповым механизмом соединена с верхней шестерней 110 за счет храпового зацепления таким образом, что, когда рукоятка 114 с храповым механизмом перемещается в первом направлении, верхняя шестерня 110 поворачивается, а когда рукоятка с храповым механизмом поворачивается во втором, противоположном, направлении, верхняя шестерня 110 не поворачивается.
Шестерни 110, 110', 116, 116' размещены в картере 118. Картер 118 герметизирован для предотвращения попадания внутрь нежелательных веществ, таких как грязь и влага, которые могут, в противном случае, помешать работе шестерней 110, 110', 116, 116'.
Преимущественно, и в результате действия зубчатых колес 116 и 116', верхняя и нижняя шестерни 110, 110' двигаются совместно друг с другом и по существу одновременно. Таким образом, верхняя и нижняя зубчатые рейки 112 двигаются внутрь розетки 101 по существу в тот же момент времени и с той же скоростью. Это способствует равномерному перемещению вилки 100 в розетку 101 и снижает вероятность механического скашивания.
Система 108 механического соединения также содержит фиксатор 120. Фиксатор 120 может быть закрыт после входа вилки 100 в розетку 101 и расположен так, чтобы перекрывать соответствующие фланцы первой стороны 102 розетки 101 и вилки 100 для удерживания вилки 100 в розетке 101. Фиксатор 120 может быть зафиксирован в требуемом положении, например, за счет использования замка или подобного приспособления (не показано).
Хотя система 108 механического соединения была описана выше в отношении соединения вилки 100 с первой стороной 102 розетки 101, следует понимать, что в этом варианте осуществления вторая сторона 104 розетки 101 содержит соответственно выполненный электрический контактный узел и узел 108 механического соединения для механического соединения со второй вилкой (не показано).
В одной вариации вышеописанного варианта осуществления розетка 101 может быть выполнена с возможностью соединения с вилкой 100 только с первой стороны 102 и может быть выполнена с возможностью соединения с кабелем машины со второй стороны. В этой вариации розетка 101 соединяется с кабелем машины со второй стороны аналогично вилке 100.
Рассмотрим теперь фиг. 4, в отношении которой описана система электрического соединения в соответствии с альтернативным вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 показаны розетка 301 и вилка 300 в зацепленном состоянии. Вилка 300 и розетка 301 соответствуют вилке 100 и розетке 101, соответственно, как описано выше, но имеют другие формы. Розетка 301 содержит узел 308 механического соединения, который соответствует вышеописанному узлу 108 механического соединения. Узел 308 механического соединения может быть приведен в движение посредством рычагов 314 храповой системы и распределяет движущую силу между двумя противоположными эксцентрическими положениями относительно центральной оси системы электрического соединения. Розетка 301 содержит корпус, выполненный из полимерного материала высокой плотности, и содержит узел электрического соединения для соединения с узлом электрического соединения вилки 300.
На фиг. 4 показан вид спереди компонентов вилки 300. На фигуре показаны зубчатые рейки 312, предназначенные для зацепления с соответствующими зубчатыми колесами узла 208 механического соединения. Кроме того, видны углубления 314 для входа электрических проводников и фазных трубок.
Для предоставления подробной информации об электрических контактных компонентах делается ссылка на международные РСТ заявки заявителя, находящиеся на совместном рассмотрении, под номерами PCT/AU 2014/001077; PCT/AU 2014/001076, PCT/AU 2014/001082 и PCT/AU 2014/001083.
Специалистам в данной области будет понятно, что множество вариаций и/или модификаций может быть выполнено в отношении изобретения, как показано в конкретных вариантах осуществления, без выхода за пределы объема и сути изобретения в его широком смысле. Например, система электрического соединения может быть выполнена с возможностью сообщения движения в более, чем двух положениях относительно центральной оси системы электрического соединения. Кроме того, положения, в которых сообщается движение, не обязательно должны быть противоположными положениями. Например, движение может сообщаться в трех эксцентрических положениях, равномерно разнесенных относительно центральной оси, с использованием подходящего передаточного механизма.
Ссылка, сделанная на международные РСТ заявки заявителя, находящиеся на совместном рассмотрении, не является признанием того, что раскрытие международных РСТ заявок заявителя, находящихся на совместном рассмотрении, представляет собой часть известного уровня техники в Австралии или любой другой стране.