УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНОГО ПРОХОДА КАБЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЧЕРЕЗ СТЕНКУ
DEVICE FOR SEALING CABLE LINES THROUGH WALL

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для герметичного прохода кабельных линий через стенку, в частности через переборку судового отсека глубоководного аппарата, разделенную переменной воздушно-водной средой.
Электрические цепи (линии) герметичного кабеля, проходя через водную среду и герметично заделываясь в переборку судового отсека, обеспечивают электрическую связь между различными элементами глубоководного аппарата с дорогостоящей аппаратурой, и отвечают в том числе за безопасность (жизнедеятельность) системы. Важной задачей кабельных линий, работающих в указанных условиях, является надежная герметизация электрических цепей в условиях повышенного давления агрессивной среды, надежная их стыковка с гермостенками (переборками) аппаратов (отсеков). Для удобства изготовления, монтажа и ремонта используются кабельные линии, состоящие из переходов, которые герметично закрепляются в переборках отсеков и кабельных сборок. В связи с тем, что кабельные цепи обеспечивают прохождение различных сигналов (связи, питания, управления и информационных), а количество вводов в переборки глубоководного аппарата должно быть минимальным, применение гермопереходов, имеющих комбинированное контактное поле (например, низкочастотные и высокочастотные) является актуальным.
Известен низкочастотный переход [патент РФ №2532412, МПК H01B 17/26, опубл. 10.11. 2014], являющийся соединителем ответных частей кабельных розеток. Переход герметично установлен в стенке защитной конструкции - камеры, локализующей продукты взрыва. Данный переход содержит герметично установленный в стенке посредством уплотнительных колец цилиндрический металлический корпус, снабженный внутренней перегородкой с герметично закрепленными в ней через индивидуальный стеклоизолятор проводниками, образующими проходную низкочастотную группу, закрепленный в корпусе изолятор из поликарбоната, через который пропущены свободные концы проводников, и средство для подстыковки с ответными частями, причем перегородка выполнена из материала, обладающего высокой спаиваемостью со стеклом.
Корпус с перегородкой представляют единое целое. Средством сочленения и ориентации контактного поля перехода с ответными частями служит шпоночное соединение, для чего внутренняя цилиндрическая поверхность стыковочной части корпуса с ответными частями снабжена буртиком (шпонкой), а каждая из ответных частей - соответствующим пазом. Данный переход обеспечивает герметичный переход электрических проводников через стенку защитной конструкции. Указанный переход принимается за прототип, как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому.
Однако прототип имеет следующие недостатки:
- ограниченная область применения, возможность применения только в воздушной среде (ввиду того, что гермоотсеки подводного аппарата могут иметь переменную внешнюю воздушно-водную среду, которая может определяться как условиями эксплуатации, так и аварийной ситуацией, наличие соединения стыковочной части корпуса с ответной частью перехода посредством шпоночного соединения делает невозможным организацию элементов уплотнений с корпусом ответной части при использовании во внешней водной и морской среде). Кроме этого, часто кабельные сборки (ответные части перехода с герметично заделанными кабелями) обеспечивают электрическое соединение подвижных частей, в этом случае кабель закрепляется на специальных роликах и подвергается значительным осевым нагрузкам. При этом возможно повреждение наружной оболочки кабеля и мест заделки кабеля в корпусах ответных частей, водная среда проникнет через кабель к электрическим контактам перехода, что вызовет аварийную ситуацию, которая повлечет за собой отказ электрических соединений кабельных линий, выход из строя дорогостоящей аппаратуры, расположенной в гермоотсеках, и затопление гермоотсеков. Все перечисленные обстоятельства существенно повлияют на условия эксплуатации глубоководного аппарата и безопасности рабочего персонала;
- ограниченные функциональные и эксплуатационные возможности (использование перехода только в низкочастотном диапазоне);
- неремонтопригодность; гермопроходники, содержащие герметично заделанные группы токоведущих контактов, как правило, не подлежат восстановлению, так как в морской воде идут необратимые процессы деградации токоведущих и изоляционных термоэлементов, проявляющиеся в значительном снижении изоляционных характеристик и в увеличении переходных сопротивлений токоведущих групп контактов. Так как заделка токоведущих контактов производится по технологии металлостеклянных спаев, то дефектации подвергается весь гермопроходник. Актуальным является введение в конструкцию сменной гермоперегородки (гермоблока), которая обеспечит ремонтопригодность устройства (сохранение перехода с заменой вышедшего из строя гермоблока).
Задачей изобретения является создание ремонтопригодной герметичной кабельной проходки комбинированного контактного поля, используемой в переменной воздушно-водной среде.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении надежности эксплуатации устройства в переменной воздушно-водной среде с обеспечением ремонтопригодности при расширении функциональных и эксплуатационных возможностей.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для герметичного прохода кабельных линий через стенку, содержащее герметично установленный в стенке посредством уплотнительных колец цилиндрический металлический корпус, снабженный внутренней перегородкой с герметично закрепленными в ней через индивидуальный стеклоизолятор проводниками, образующими проходную низкочастотную группу, закрепленный в корпусе изолятор из поликарбоната, через который пропущены свободные концы проводников, и средство для подстыковки с ответными частями, причем перегородка выполнена из материала, обладающего высокой спаиваемостью со стеклом, согласно изобретению перегородка выполнена в виде вставленного в корпус через уплотнительные кольца гермоблока, в который вокруг низкочастотной группы проводников введена группа высокочастотных проходных вставок, проводник каждой указанной вставки герметично закреплен посредством стеклоизолятора в центрирующей его втулке, герметично установленной в выполненном в гермоблоке продольном отверстии, и проходит свободным концом через изолятор, причем каждый проводник гермоблока в месте входа в изолятор расчленен на взаимно сочленяемые части, при этом гермоблок с внутреннего торца снабжен направляющими штырями, а изолятор - ответными для них гнездами, причем гермоблок и изолятор с внешних торцов снабжены внешними направляющими штырями, служащими средствами для подстыковки с ответными частями, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса по обоим торцам заканчивается участком, герметично взаимодействующим с посадочной поверхностью каждой из ответных частей.
К конструкции устройства для герметичного прохода кабельных линий через стенку, например через переборку глубоководного аппарата, предъявляются «жесткие» требования. Выполнение перегородки в виде вставленного в корпус через уплотнительные кольца гермоблока позволяет обеспечить ремонтопригодность устройства, при этом сохранить достаточно высокую степень герметизации внутреннего пространства корпуса, исключающую проникновение жидкости в полость корпуса при аварийной разгерметизации места стыка корпуса перехода с ответными частями.
Введение в гермоблок вокруг низкочастотной группы проводников группы герметично установленных в нем высокочастотных проходных вставок, причем проводник каждой указанной вставки герметично закреплен посредством стеклоизолятора в центрирующей его втулке, герметично установленной в выполненном в гермоблоке продольном отверстии, и проходит свободным концом через изолятор, дает возможность создать комбинированное контактное поле при обеспечении высокой электрической прочности и герметичности перехода, расширив тем самым функциональные и эксплуатационные возможности устройства для герметичного прохода кабельных линий через стенку. Ремонтопригодность обеспечивается также тем, что каждый проводник гермоблока в месте входа в изолятор расчленен на взаимно сочленяемые части, при этом гермоблок с внутреннего торца снабжен направляющими штырями, а изолятор - ответными для них гнездами. Это дает возможность легко менять гермоблок в случае необходимости. При этом данное конструктивное выполнение обеспечивает надежность стыковки многоштырькового комбинированного контактного поля (низкочастотной группы проводников и проводников высокочастотных проходных вставок) и точную ориентацию сочленяемых элементов, дает возможность произвести стыковку блоком «вслепую».
Гермоблок и изолятор с внешних торцов снабжены внешними направляющими штырями, служащими средствами для подстыковки с ответными частями, при этом внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса по обоим торцам заканчивается участком, герметично взаимодействующим с посадочной поверхностью каждой из ответных частей, что обеспечивает герметичное соединение корпуса с ответными частями (например, кабельными розетками), создавая герметичную кабельную проходку комбинированного контактного поля, используемую в условиях переменной воздушно-водной среды. Герметизация корпуса с ответными частями может быть выполнена в виде любого из вариантов: один из вариантов выполнения состоит в том, что на посадочной поверхности каждой ответной части размещены резиновые уплотнительные кольца, при этом сопрягаемая внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса выполнена гладкой. Или другой вариант выполнения - на сопрягаемой с ответными частями поверхности корпуса могут быть выполнены канавки с размещенными в них уплотнительными резиновыми кольцами, а сопрягаемая поверхность ответных частей - быть гладкой. Для надежности сохранения стыковки место стыка корпуса с каждой из ответных частей закреплено снаружи накидной гайкой.
Наличие в изобретении предложенной совокупности признаков, существенно отличающих его от прототипа, позволяет его считать соответствующим условию "новизна".
Каждый из отличительных признаков совокупности со всей очевидностью не следует из уровня техники (не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения), что является доказательством наличия изобретательского уровня в предложении.
Изобретение иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 приведен общий вид устройства в расчлененном с ответными частями положении (разрез Б-Б),
на фиг. 2 представлен вид А фиг. 1;
на фиг. 3 представлен вид низкочастотной проходной группы проводников (местный вырыв В на фиг. 1);
на фиг. 4 представлен вид высокочастотной проходной вставки (местный вырыв Г на фиг. 1).
Устройство выполнено следующим образом.
Устройство для герметичного прохода кабельных линий 1 (фиг. 1, 2) через металлическую стенку 2, например переборку глубоководного аппарата, содержит герметично установленный в стенке 2 посредством уплотнительных колец 3 цилиндрический металлический корпус 4, являющийся соединителем ответных частей 5 (кабельных розеток) с герметично заделанными в них кабелями 1 и имеющий средства для подстыковки с ними. В корпус 4 через уплотнительные кольца 6 вставлен гермоблок 7, выполненный из материала, обладающего высокой спаиваемостью со стеклом, например из хромоникелевой стали 12Х18Н10Т аустенитного класса. Изолятор 8 из поликарбоната жестко закреплен в корпусе 4. В гермоблоке 7 (фиг. 3, 4) герметично закреплены через индивидуальный стеклоизолятор 9 электрические проводники 10, образующие проходную низкочастотную группу, вокруг которой по окружности герметично установлена группа высокочастотных проходных вставок, создавая тем самым комбинированное контактное поле. Проводник 11 каждой указанной вставки герметично закреплен посредством стеклоизолятора 12 в центрирующей его втулке 13, герметично установленной в выполненном в гермоблоке 7 продольном отверстии посредством, например, герметичного резьбового соединения 14. Герметизация резьбы осуществляется с помощью клея. При этом свободные концы проводников 10 и 11, проходя сквозь соответствующие им отверстия в изоляторе 8, центрируются. Каждый проводник 10, 11 в месте входа в изолятор 8 расчленен на взаимно сочленяемые части. Части каждого низкочастного проводника 10 сочленяются через цанговый стержень 15, а части каждого проводника 11 высокочастотной вставки - через волновод 16 с цанговым стержнем 17. Ориентацию комбинированного контактного поля внутри корпуса 4 осуществляют направляющие штыри 18, которыми снабжен с внутреннего торца гермоблок 7, а изолятор 8 - ответными для них гнездами (не показано). Для надежности сохранения состояния сочленения проводников внутри корпуса 4 гермоблок 7 и изолятор 8 с внешних торцов поджаты к корпусу 4 гайками 19. Также гермоблок 7 и изолятор 8 с внешних торцов снабжены внешними направляющими штырями 20, служащими средствами для подстыковки с ответными частями - кабельными розетками 5, в которых для этого имеются соответствующие штырям 20 ответные гнезда 21, а для проводников 10, 11 - соответствующие им цанговые элементы сочленения 22, 23. Для однозначной стыковки штыри 20 могут быть выполнены разного диаметра. Внутренняя цилиндрическая поверхность корпуса 4 по обоим торцам заканчивается участком, герметично взаимодействующим с посадочной поверхностью каждой из ответных частей. В предлагаемом примере (фиг. 1) сопрягаемая внутренняя поверхность корпуса 4 выполнена гладкой, а на посадочной поверхности каждой из ответных частей 5 выполнены канавки с установленными в них по крайней мере тремя резиновыми уплотнительными кольцами 24. Место стыка корпуса 4 с каждой из ответных частей закреплено снаружи накидной гайкой 25. Таким образом, электрический разъем данного многоштырькового соединения выполнен с обеспечением герметичной стыковки каждой из ответных частей с корпусом перехода и надежного замыкания их электрических контактов.
В зависимости от толщины стенки переборки глубоководного аппарата изолятор 8 может быть выполнен в виде переходного изоляционного блока по длине, близкой к толщине стенки переборки отсека глубоководного аппарата, или быть составным из двух частей, между которыми в полости корпуса 4 размещен монтажный запас длины проводников 10, 11.
Итак, применение в заявляемом устройстве для герметичного прохода кабельных линий через стенку сменного гермоблока 6 позволяет значительно улучшить следующие показатели:
- унификацию (так как в кабельную линию, как правило, содержащую несколько различных устройств для герметичного прохода, вводится единый унифицированный герметичный элемент);
- взаимозаменяемость (что достигается одновременным изготовлением партии гермоблоков, которые могут использоваться как при сборке устройства, так и в качестве запасного комплекта);
- технологичность; Как правило, изготовление комбинированного контактного поля сопряжено с возможным технологическим «отсевом», обусловленным нарушением требования по герметичности и высокочастотным параметрам, связанным с изготовлением металлостеклянных спаев. Целесообразно минимизировать металлоемкость конструкций, содержащих стеклоспаи, низкочастотные контакты в сменном гермоблоке и высокочастотный контакт в высокочастотной проходной вставке. В процессе изготовления указанные выше элементы могут быть заменены при технологическом «отсеве». В итоге затраты будут значительно снижены при возможной отбраковке недорогого единого унифицированного герметичного элемента по сравнению с металлоемким корпусом устройства;
- ремонтопригодность; Ремонт происходит следующим образом. В случае нарушения герметичности кабеля 1 ответной части 5, например, со стороны сменного гермоблока 7 вода поступает на контактное поле, необратимо снижается сопротивление изоляции и, как следствие, высокочастотные характеристики. После осушения гермоотсека отсоединяют кабельную розетку 5, открутив накидную гайку 25. Дезактивируют поверхности контактного поля гермоблока 7 и корпуса 4 перехода от остатков соляного раствора. Специальным ключом откручивают гайку 19 и съемником извлекают гермоблок 7 из корпуса 4. При помощи технологического приспособления устанавливают в корпус 4 другой гермоблок 7 из запасного комплекта, при этом штифты 18 должны совпасть с соответствующими гнездами в изоляторе 8. Затем закручивают гайкой 19 и устанавливают кабельную сборку из запасного комплекта взамен вышедшей из строя. При этом внешние штыри 20, служащие средствами для подстыковки с ответными частями - кабельными розетками 5, должны совпасть с соответствующими им ответными гнезда 21, а проводники 10, 11 - с соответствующими им цанговыми элементами сочленения 22, 23. Место стыка корпуса 4 с ответной частью 5 закрепляют снаружи накидной гайкой 25. Таким образом, данные ремонтные работы можно проводить в условиях эксплуатации глубоководного аппарата путем замены вышедшего из строя гермоблока, что значительно расширяет эксплуатационные возможности кабельной линии, так как в противном случае необходимо было бы менять устройство для герметичного прохода целиком, что значительно дороже и в ряде случаев сделать невозможно, так как при этом необходимо отсоединить ответную часть 5 со стороны изолятора 8, то есть проникнуть в другой герметичный отсек, который комплектовался в условиях предприятия - изготовителя.
Кроме этого, расширению функциональных возможностей устройства способствует использование соединителей кабельной линии комбинированного контактного поля (низкочастотного и высокочастотного), выполненных герметичными в радиальном направлении, с возможностью эксплуатации в переменной воздушно-водной среде.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для герметичного прохода кабельных линий через стенку, в частности через переборку судового отсека глубоководного аппарата, разделенную переменной воздушно-водной средой;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;
- средство, воплощающее изобретение при осуществлении, способно обеспечить повышение надежности эксплуатации устройства в переменной воздушно-водной среде с обеспечением ремонтопригодности при расширении функциональных и эксплуатационных возможностей.
Следовательно, изобретение соответствует условию «промышленная применимость».