ГЕРМЕТИЧНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СОЕДИНИТЕЛЬ
SEALED ELECTRIC CONNECTOR

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам, применяемым при геофизических исследованиях скважин, и для контроля параметров в работающих скважинах, и предназначается для электрического и механического соединения геофизического кабеля со скважинными приборами.
Известен кабельный наконечник (патент РФ на полезную модель №38355 от 23.07.02 г.), содержащий колпак и две втулки с конусными поверхностями для фиксации грузонесущей брони, герметизирующий элемент, соединительный мост, корпус и токораспределяющее устройство, при этом втулка фиксирующего устройства имеет двухсторонний конус.
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, которая не обеспечивает достаточную защиту кабеля от скручивания. Кроме того, эту конструкцию отличает довольно большая длина, что ограничивает его применение. Снижена надежность работы устройства и прибора, поскольку нарушение герметичности уплотнений неизбежно приводит к попаданию пластовой жидкости внутрь устройства и вызывает нарушение работы вследствие замыкания токоведущих частей на корпус. В случае негерметичного соединения ответной части с корпусом прибора жидкость попадет также и внутрь прибора и приведет к отказу прибора.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является кабельный наконечник каротажный типа НК (ТУ 41-03-730-82), содержащий корпус, в котором закреплена розетка электросоединителя, при помощи которой электрическая схема скважинного прибора соединена с кабелем. В днище корпуса расположены электровводы, которые соединены с розеткой электросоединителя при помощи проводников. Электровводы защищены от механических повреждений стаканом, который навинчивается на корпус и фиксируется на корпусе стопорной шайбой. В верхней части стакана расположен кабельный зажим.
Основным недостатком данного технического решения является то, что при сборке и разборке наконечника не обеспечены жесткое соединение и взаимная фиксация узла кабельного зажима с корпусом наконечника, в котором установлены электровводы. Это приводит к скручиванию и перегибам жил кабеля и, как следствие, к обламыванию жил в местах пайки и нарушению изоляции электровводов. Герметизация и изоляция электровводов, припаянных к жилам кабеля, производится с помощью изоляционной ленты, которая наносится вручную с одновременной обмазкой клеевым составом. Из-за несовершенства этого технологического процесса происходит частичное обламывание жил кабеля в местах пайки. Для подсоединения жил кабеля к розетке электросоединителя используются промежуточные проводники, длина которых выбирается с большим запасом, так как розетка устанавливается глубоко внутри корпуса наконечника. И при установке розетки проводники подвергаются многократным перегибам, что приводит к их обламыванию в местах пайки. Крепление кабельного зажима в стакане с помощью винта затрудняет процесс сборки и особенно разборки после его эксплуатации в скважине.
Задачей создания изобретения является повышение надежности герметичного электрического соединителя, обеспечение его герметичности при высоком давлении и малые габаритные размеры по диаметру и длине.
Технический результат достигается тем, что в герметичном электрическом соединителе, содержащем кабельный наконечник, розетку, накидную гайку и две втулки с конусными поверхностями для фиксации брони геофизического кабеля, кабельный наконечник выполнен составным, из соединенных посредством резьбы верхнего и нижнего корпуса. При этом накидная гайка и две втулки с конусными поверхностями крепятся к верхней части верхнего корпуса, в котором выполнена расточка для установки упорной шайбы и уплотнительных элементов. На внешней конусной втулке выполнена фаска, а упорная шайба выполнена из металла с меньшей твердостью, чем проволока брони кабеля. В нижнем корпусе расположен штыревой контакт в изоляторе, на который надевают втулку, предохраняющую от пробоя и служащую упором, воспринимающим усилие состыковки с розеткой. Розетка выполнена съемной в виде корпуса, в который запрессованы с одной стороны гнездовой контакт, а с другой - хвостовик, образующие гермоввод. Сопряжение втулки, изолятора и гермоввода выполнено ступенчатым. Розетку с кабельным наконечником механически соединяют с помощью накидной гайки. Герметичный электрический соединитель содержит диэлектрическую жидкость, заполняющую внутреннюю полость розетки и кабельного наконечника, в верхнем корпусе которого расположен клапан для удаления воздуха при вводе диэлектрической жидкости. Диаметр накидной гайки не более 23 мм, а его длина не более 95 мм.
На фиг.1 изображен кабельный наконечник, общий вид; на фиг.2 - герметичный электрический соединитель в сборе, разрез.
Конструктивно герметичный электрический соединитель содержит кабельный наконечник и розетку. Кабельный наконечник выполнен составным, из верхнего 1 и нижнего 2 корпуса (см. фиг.1 и 2), которые соединяются посредством резьбы. В верхней части верхнего корпуса 1 расположены элементы крепления брони геофизического кабеля 3 - две конусные втулки внутренняя 4 и наружная 5, и упорная шайба 6, которые посредством накидной гайки 7 крепятся к верхней части верхнего корпуса 1. В расточке 8 расположены уплотнительные элементы 9 (кольца или манжета), осуществляющие уплотнение жилы кабеля 3. В предлагаемой конструкции крепление брони кабеля 3 и предварительная деформация уплотнительных элементов 9 осуществляются накидной гайкой 7. В процессе затяжки накидной гайки 7 уплотнительные элементы 9 плотно обжимают жилу кабеля 3 и фиксируют ее относительно верхнего корпуса 1. Чтобы не происходило скручивания жилы кабеля 3, сам кабель и детали 4, 5, 6 должны при затяжке накидной гайки 7 оставаться неподвижными относительно верхнего корпуса 1, а накидная гайка 7 должна проскальзывать по наружной втулке 5. Для этого на наружной конусной втулке 5 выполнена фаска 10, которая уменьшает плечо момента силы трения, а следовательно, и сам момент силы трения между накидной гайкой 7 и наружной конусной втулкой 5 по сравнению с моментом силы трения между верхним корпусом 1 и упорной шайбой 6. Чтобы избежать проскальзывания внутренней конусной втулки 4 по упорной шайбе 6, материал упорной шайбы 6 выбран таким образом, чтобы проволоки брони геофизического кабеля 3 при затяжке накидной гайки 7 вдавливались в поверхность упорной шайбы 6. Вследствие того, что конусные втулки 4 и 5 контактируют коническими поверхностями, давление на этих поверхностях, и, следовательно, сила трения между ними будет значительно превышать давление и силу трения между накидной гайкой 7 и внешней конусной втулкой 5 (тем больше, чем меньше угол конуса), что при приблизительно равных плечах этих сил дает такое же соотношение и их моментов.
Токопроводящую жилу геофизического кабеля 3 подсоединяют к штыревому контакту 11, который устанавливают в изолятор 12, а на место соединения жилы кабеля 3 и штыревого контакта 11 надевают втулку 13 из изоляционного материала, и вся эта конструкция располагается в нижнем корпусе 2. Втулку 13, во время пайки штыревого контакта 11, размещают в расточке 14 верхнего корпуса 1, а после пайки надевают на изолятор 12 и с помощью резьбы соединяют с верхним корпусом 1. При этом втулка 13 предохраняет место пайки от случайных замыканий на корпус кабельного наконечника, а также за счет ступенчатого сопряжения с изолятором 12 увеличивает длину пути тока утечки и предохраняет от пробоя при высоких напряжениях. Втулка 13 также служит упором, воспринимающим усилие состыковки с розеткой, за счет резьбового соединения с верхним корпусом 1.
В месте соединения верхнего и нижнего корпуса 1 и 2 устанавливают уплотнительные элементы 15. Накидная гайка 16 служит для механического соединения кабельного наконечника и розетки, а для герметизации соединения устанавливают уплотнительные элементы 17.
Розетка выполнена в виде корпуса 18, в который запрессованы с одной стороны гнездовой контакт 20, с другой - хвостовик 21 для соединения с проводом прибора (на чертеже не показан), представляющий собой гермоввод 19 (по патенту на полезную модель РФ №42703 от 02.08.2004 г.). Сопряженные поверхности гермоввода 19 с изолятором 12 также выполнены ступенчатыми, что увеличивает длину пути тока утечки, предохраняя от пробоя при высоких напряжениях. Для герметизации соединения розетки с корпусом прибора предусмотрены уплотнительные элементы 22.
Внутренняя полость кабельного наконечника после сборки заполняется диэлектрической жидкостью через зазоры между нижним корпусом 2 и изолятором 12 штыревого контакта 11, при этом воздух удаляется через клапан 23, расположенный в верхнем корпусе 1, после заполнения клапан 23 закрывают. Перед стыковкой углубление розетки со стороны стыковки заполняют диэлектрической жидкостью, затем вставляют в кабельный наконечник с открытым клапаном 23, через который выходят излишки диэлектрической жидкости, и затягивают накидную гайку 16, а клапан 23 закрывают. Заполнение кабельного наконечника диэлектрической жидкостью совместно с применением герметичной розетки позволяет повысить надежность работы прибора, так как нарушение герметичности внутренней полости кабельного наконечника не повлечет за собой отказ в работе прибора. Диэлектрическая жидкость практически не меняет объем при повышении давления (в отличие от воздуха) и, в случае разгерметизации, препятствует проникновению пластовой жидкости во внутреннюю полость кабельного наконечника, что предотвращает замыкание токоведущих частей на корпус, происходит только выравнивание давления во внутренней полости соединителя с окружающей средой.
Преимуществом данного герметичного электрического соединителя являются малые габаритные размеры по диаметру, диаметр накидной гайки 16 составляет 23 мм против 36 мм минимального диаметра у наконечников кабельных и головок зондов по ГОСТ 14213-89, и диаметр 28 мм минимум у наконечников кабельных типа НК по ТУ 41-03-730-82. Длина герметичного электрического соединителя в сборе составляет 95 мм, это достигается за счет размещения уплотнения жилы кабеля сразу после элементов крепления брони кабеля, выполнения корпуса кабельного наконечника составным. Малые габаритные размеры герметичного электрического соединителя позволяют применять его при стесненных габаритах, например, в приборах, через которые проходит вал электродвигателя или имеющих канал (устанавливаемые в разрезе колонны НКТ).