电连接器,特别是用于钻柱的电连接器

摘要

本发明涉及电连接器，特别是用于钻柱的电连接器。电连接器包括：第一和第二连接器部分（10，20），其可相互联接并且分别包括第一和第二接触件（11，21），第一和第二支撑件（1b，3a），其分别支撑第一和第二连接器部分，并可通过螺丝或卡口装配相互组装。第一连接器部分包括弹性支撑结构（13），该结构的近端（13a）与第一支撑件整体制成，并且该结构的远端（13b）支撑第一接触件。第二连接器部分包括邻接环（23），其适于在第一和第二支撑件之间的装配期间由第一接触件滑动地接合。第二接触件定位在邻接环的限制的圆周弧处，并提供止动突出（30），其适于使第一接触件停止在第二接触件处以提供与连接器部分的联接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电连接器，包括：

第一和第二连接器部分，其可相互联接并且分别包括第一和第二接触件，适于当第一和第二连接器部分相互联接时闭合彼此之间的电接触，以及

第一和第二支撑件，其分别支撑所述第一和第二连接器部分，并且可通过卡口或螺丝装配相互安装以得到第一和第二连接器部分之间的联接，

其中所述第一连接器部分包括弹性支撑结构，该结构的近端与所述第一支撑件整体制成，并且该结构的远端支撑所述第一接触件，以及

其中所述第二连接器部分包括邻接环，其适于在第一和第二支撑件之间的装配期间由所述第一接触件滑动地接合，所述邻接环容纳所述第二接触件。

背景技术

此类连接器在钻井建筑中使用的钻柱内的功率线构造领域中特别用于油和甲烷行业。这些功率线用于传输代表钻井设备的操作条件或井内的地质或环境条件的表面信号。

通常，使用的钻柱包括数百个管和串联连接的任何其他部件。功率线因此必须通过钻柱的连续部件之间的所有接头传输它们的信号。因此，单一故障连接会导致整个线路中的故障。

有不同的因素影响连接器的可靠性。首先，因为通常钻柱部件之间的连接由螺丝接合完成，并且因为钻井部件的制造公差通常不能达到电气设备要求的精度水平，因此在完成组装时，可能发生连续部件的电接触不相互对齐，和/或在它们之间仍有轴向间隙，这阻止了接触的实现。另外，部件和另一部件之间的某些角位移在钻柱操作期间会意外地发生，由此导致接触的不对齐。

这些问题已经在例如U.S.6,929,493中讨论，其描述了在本文序文中限定类型的电连接器。U.S.6,929,493的连接器包括一对环形接触，其通过嵌入弹性材料中而被接收在相应的环形座中。尽管该装置似乎解决了上述问题，但是其看上去能够仅容许不太大的制造公差，并且看上去确实不能处理部件和电池的另一部件之间有显著的相对角位移且由此还显著靠近的情况。

发明内容

因此，本发明的目的是提供有效解决上述问题的电连接器。

因此，本发明的目的是上述的电连接器，其中所述第二接触件被放置在所述邻接环的限制的圆周弧中，提供止动装置来使所述第一接触件停止在所述第二接触件处以提供第一和第二连接器部分之间的联接，其中在联接的条件下，所述第一连接器部分的弹性支撑结构在轴向方向上靠所述邻接环偏置所述第一接触件，并在圆周方向上靠所述止动装置偏置所述第一接触件。

根据所提供的，弹性结构和邻接环之间的灵活联接不仅允许避免组装时的电接触之间的不对齐和轴向空间，而且还允许补偿操作期间的支撑件之间的相对角位移，以及允许抵抗支撑件之间的随后的靠近。

根据权利要求10和15所述的电连接装置也是本发明的主题。

附图说明

本发明的进一步的特征和优点参照通过非限制性例子给出的附图，从下面的详细描述中将更好地理解，其中：

图1是组装步骤期间一对钻管的侧部立式图；

图2是沿图1的线AA截取的剖视图；

图3是类似于图2的视图，但是为放大的尺寸；

图4是图3中的IV指示的细节的放大视图；

图5是类似于图3的视图，其中管被进一步螺丝接合在一起以此来得到相应的接触件之间的电接触；

图6示出了图5中的VI指示的细节的放大视图；

图7是根据本发明的电连接器的部件的简化分解视图；

图8是图7中的连接器的透视图；

图9是图7中的连接器在闭合条件下的侧部立式图；

图10是图2中的X指示的细节的放大视图；

图11是根据本发明的变体实施例的一对钻管的类似于图2的剖视图；以及

图12是根据本发明的连接器的进一步的变体实施例的透视图。

具体实施方式

图1示出了一对钻管，其分别由附图标记1和3指代。尽管本发明将被描述为应用到这些管，应理解的是不限于那些特定应用，如能够发现在除了地面钻井之外的其他技术领域中采用。这些管传统地由管状元件制成，端部通常由焊接，连接端元件固定到管状元件，该连接端元件用于在钻柱的连贯管之间施加接头（所谓的“钻具接头”）。这些端元件通常具有锥形螺纹。特别地，在图1中已经以1a和3a指示端元件，该端元件用于制成接头的阳部分并且具有外螺纹，而已经以1b和3b指示端元件，该端元件用于制成接头的阴部分并且具有内螺纹。

图2和3更清楚地示出了组装还没完成时的阳端元件3a和阴端元件1b。图中是阴端元件1b和阳端元件阳3a的可见的内螺纹1f和外螺纹3f。主要和次要肩表面1g，1h被进一步提供在阴端元件1b上，其布置在内螺纹1f的相对端部；相对应的主要和次要肩表面3g，3h被提供在阳端元件3a上，其表面布置在外螺纹3f的相对端部处。图2和3示出了在相对应的肩表面1g，3g和1h，3h之间具有一定距离，其指示阴端元件1b和阳端元件3a之间的螺丝联接还没有完成。图5示出了当联接还没有完成时的阴端元件1b和阳端元件3a，然而在该条件中这些元件被进一步关于图2中的条件螺丝接合在一起。在完全联接（未示出）的条件下，相对应的肩表面1g，3g和1h，3h之间的距离显著地减小到0，除了制造公差。

在每个钻管1，3的内表面上放置电缆C1，C3的相应段。优选地，电缆C1，C3的该段嵌入陶瓷材料的涂层中，该涂层通过硬化导致导线与管的相应的内表面为整体。在端元件1a，1b和3a，3b处进一步布置由C1'，C3'指示的电缆的相应段，其穿过在端元件的本体中制成的孔或槽。在每个钻管1，3内，管的中间部分的电缆段C1，C3通过相应的内部连接构件5连接到端元件的每个电缆段C1'，C3'，该内部连接构件被容纳在相应的座中，该座提供在管的端元件中。这些内部连接构件中的一个在图10中更详细地示出，并且在该例子中应用为螺丝拧紧夹具。结果，构件5包括终端6，7的第一和第二部分，其每个包括由绝缘材料制成的壳体6a，7a，相对应的接触本体6b，7b布置在该壳体内，该接触本体由导电材料制成。为了将终端6，7的第一和第二部分相互固定，提供了夹持元件8，其包括衬套，该衬套具有外螺纹，该外螺纹能够接合相对应的内螺纹，该内螺纹提供在座内，该座容纳连接构件5。通过将弹性装置8a插入夹持元件和终端6的第一部分之间，螺丝接合在座内的夹持元件8靠终端7的第二部分推动终端6的第一部分，终端7的第二部分靠底部的座搁置，由此提供夹持连接构件5。电缆段C1，C1'的端部插入终端6的第一部分和终端7的第二部分之间，与接触本体6b，7b接触，该接触本体的端部从与其相对的相对侧插入。

阴端元件1b和阳端元件3a支撑连接器的第一和第二部分，其分别由10和20指示。连接器10，20的这些第一和第二部分被容纳在相对应的环形座中，该座在阴端元件1b和阳端元件3a的主要肩表面1g和3g中得到，并且因此与由钻管1和3限定的公共延长轴线y同轴地布置，由此阴端元件1b和阳端元件3a关于钻管1和3同轴地延伸。在本文给定的例子中，y轴实际上还是管1和3的排列轴线。

第一连接器部分10和第二连接器部分20可相互联接并且分别包括由导电材料制成的第一接触件11和第二接触件21，其适于当第一和第二连接器部分相互联接时闭合彼此之间的电接触。连接器的第一和第二部分之间的该联接在阴端元件1b和阳端元件3a至少部分地相互接合时实现，如图5和6所示。

如能够更清楚地在图7和8中可见，第一连接器部分10包括弹性支撑结构13，该结构的近端13a与第一支撑件整体制成，并且该结构的远端13b支撑第一接触件11。弹性支撑结构13具有与联接轴线y同轴地延伸的螺旋弹簧的形状，并且该结构的本体具有中空截面。在所示的例子中，中空截面还是圆形的。然而，圆形截面不是必要的，并且该形状还可以是不同的，例如方形。在支撑件弹性结构本体13的内腔15内，穿过该内腔的端部段C1'连接到电缆段C1，以此来将该电缆电连接到第一接触件11（为了表示的简化，腔15内的段C1'未示出）。在本申请中，弹性支撑件结构13可由金属材料制成，例如钢。

在弹性支撑结构13的远端13b，盒状体17被固定，其在远端方向上开口，第一接触件11被容纳在其中。如能够特别地在图4和6中可见，第一接触件11具有条形，并且具有中间带法兰的部分11a。第一接触件11滑动地插入由绝缘材料制成的中间衬套形壳体19内，其转而滑动地插入盒状体17内。第一接触件11和中间壳体19的滑动方向平行于y轴。在本文所示的例子中，具有连接到两个相对应的电缆C1'的导线的两个第一接触件11，该电缆在本文给出的例子中为双极电缆。

当连接器10的第一部分不与连接器20的第二部分联接时（图3和4中所示的条件），在远端方向上使第一接触件11和中间壳体19相互独立地偏置，以此来从盒状体17的远端表面向外突出。为此目的，在盒状体17内，与中间壳体19相关联的弹性装置19a和与第一接触件11相关联的弹性装置19b相互同轴地安置。特别地，弹性装置19a由Belleville垫圈包装组成，该垫圈包装靠盒状体17的内表面邻接在一侧并靠中间壳体19的表面邻接在另一侧；弹性装置19b由围绕电缆C1'的端部布置的弹性和绝缘材料制成的管状元件组成，该电缆连接到第一接触元件11的端部分，其中所述圆柱体在一侧上靠盒状体17的内表面邻近，并在另一侧上靠第一接触元件11的中间带法兰的部分11a邻接。插入中间壳体19和盒状体17之间的卡环19c被布置以此来限定盒状体17外的中间壳体19的最大行程。另一方面，中间壳体19的肩表面与第一接触件11的带法兰的部分11a协作以限定中间壳体19外的第一接触件11的最大行程。

如能够最清楚地在图7和8中可见，连接器20的第二部分包括邻接环23，其适于在管1和3之间的装配期间由所述第一接触件11滑动地接合。邻接环23容纳所述第二接触件。接触件21电连接到端部段C3'，该端部段与第二钻管3相关联的电缆段C3连接。在本申请中，邻接环23可由金属材料制成，例如钢。

第二接触件定位在邻接环23的限制的圆周弧处。限制的圆周弧意味着邻接环23的圆周具有的长度使得弧长与邻接环的圆周长之比小于1的圆周弧。特别地，第二接触件21具有条形，并且具有中间带法兰的部分21a（见图4和6）。第二接触件21以稳固状态插入为衬套形并由绝缘材料制成的壳体27内，其转而以稳固状态放置在邻接环23本体的孔内。在本文所示的例子中，具有连接到两个相对应的电缆C3'的导线的两个第二接触件21，该电缆在本文给出的例子中由双极电缆组成。如能够特别地在图8中可见，第二接触件21和相对应的壳体27被布置以此来具有其相对应的远端表面，该表面与邻接环23的远端环形表面23a齐平，即，在最终螺丝接合步骤中第一接触件11在第一和第二钻管1，3之间滑动的表面。

根据本发明，提供止动装置30，其适于使第一接触件11停止在第二接触件21处以实现连接器10，20的第一和第二部分之间的联接，如图9所示。在连接器10，20的第一和第二部分之间联接的条件下，连接器10的第一部分的弹性支撑结构13在轴向方向上靠邻接环23偏置第一接触件11，并在圆周方向上靠止动装置30偏置第一接触件11。

优选地，装置30包括在邻接环23上提供的突出构型31，该构型相对于邻接环23的远端环形表面23a轴向突出。这种突出构型适于由凹口17a接合，该凹口以相对应的方式成型并在盒状体17上提供，第一接触件11容纳在该盒状体内。优选地，突出构型31和凹口17a具有相对应的底切表面31b，17b，所述突出构型和所述凹口通过所述底切表面相互接合。

在最终螺丝接合步骤中，在钻管1和3之间，在某个点第一接触件11开始接合邻接环23的远端环形表面23a。当螺丝接合继续操作时，其接触件11和中间壳体19抵抗Belleville垫圈包装和弹性元件19b的作用被向盒状体17内部推进。在得到了邻接环23的某个圆周位置时，盒状体17靠邻接环23的突出构型31邻接，由此阻止了盒状体17相对于邻接环23的进一步相对旋转。在这点上，由盒状体17支撑的第一接触元件11与由邻接环23支撑的相对应的接触件21对齐，由此导致电接触的闭合，然后连接器10，20的第一和第二部分之间联接。第一接触件11和邻接环23之间的滑动运动（其发生在最终螺丝接合步骤直到盒状体17靠突出构型31停止）引起接触件11和21的远端表面的摩擦，其除去了会在其上存在的任何灰尘。在盒状体17靠突出构型31停止之后钻管之间的进一步的螺丝接合具有增加弹性支撑结构13上的弹性负载的作用直到管之间的装配完成。

第一和第二接触件11，21之间的接触的维持因此通过第一连接器部分10的弹性支撑结构13和弹性装置19b的弹性力保证，弹性支撑结构13靠第二接触件21推动第一接触件11，弹性装置19b靠第二接触元件21偏置第一接触件11。为了防止在操作期间电气部分接触水，泥和其他流体，已经提供了垫片G1，G2，G3，其被放置在：

围绕第一中间接触件11的中间壳体19的远端表面上（垫片G1）；

中间壳体19和盒状体15之间（O形环G2），和

第二接触件21的封壳27和邻接环23之间（O形环G3）。

盒状体17的底切表面17b和31b和邻接环23的突出构型31用作倾斜表面，其与第一连接器部分10的弹性支撑结构13的弹性力一起用于保持盒状体17，并相应地靠邻接环23保持接触件11，然后靠第二接触件21保持接触件11。

如果在组装期间或操作中，进一步的相对角位移应发生在第一和第二钻管1，3之间，该运动将不导致接触件11，21的任何不对齐，而是简单地弹性支撑结构13的进一步的变形具有以下有益效果：增加在轴向方向上靠邻接环23偏置第一接触件11并在圆周方向上靠邻接环23的突出构型31偏置第一接触件11的弹性力。弹性支撑结构13还支持挤压增加，这是因为管端元件之间的靠近。

图11示出了变体实施例，其中连接器10的第一部分包括弹性支撑结构13，其具有右手螺旋弹簧的形式，这与弹簧是左手型的前述实施例不一样。这是使根据本发明的电连接器适用于不同方式的螺丝接合。因为图11中的变体实施例的元件对应于那些前面的实施例，它们已经被标上相同的附图标记，并且在此将不做进一步描述。

图12示出了根据变体实施例的第一连接器部分，其中第一连接器部分10包括具有管状形状的弹性支撑结构13。该弹性支撑结构13包括与装配轴线y同轴地延伸的螺旋弹簧，并且具有中空截面体，其弹簧在结构和功能是类似于上述螺旋弹簧。弹性材料的涂层13c还是相同变体实施例的结构13的一部分，其涂层布置成覆盖弹簧螺旋之间的空间以此来提供结构13的连续性。该变体实施例提供了比没有弹性涂层的应用更好的密封。因为图12的变体实施例的元件（除了弹性材料的涂层）对应于那些前面的实施例，它们已经被标上相同的附图标记，并且在此将不做进一步描述。

尽管本发明将被描述为应用到这些管，将理解的是不限于那些特定应用，如能够发现在除了地面钻井之外的其他技术领域中采用。因此，代替由钻管的相对应的端元件支撑，第一和第二连接器部分能够更通常地分别被第一和第二支撑件支撑，其能够通过螺丝或卡口装配相互组装。必要的是这些支撑件的装配运动中，装配轴线方向上的平移运动（其在上述例子中与管1和3的延长轴线y一致）和围绕装配轴线的旋转运动被结合。