一种小尺寸多功能水下扩展接驳器 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术1.本发明涉及水下观测网系统，具体涉及一种小尺寸多功能水下扩展接驳器。背景技术：2.随着科技的进步与发展，海洋已逐渐成为未来竞争的主战场，世界各国都着力于海底观测网的组建。而海底接驳盒、海洋脐带缆、水下湿插拔连接器、水下扩展接驳器等成为必不可缺的关键设备，其中海底接驳盒是负责完成电能及信号集中转换和处理的中间设备，是海底各类传感器的总汇点；海洋脐带缆或海底光电复合缆主要完成岸基或海上平台与海底设备的供电及通信，是能源、信号传输的“生命线”；水下湿插拔连接器是连接海洋脐带缆或海底设备与海底接驳盒的关键部件，在海底观测网分期、分批及后续扩展中发挥重要作用。在海底观测网的组建过程中，考虑到作业安全性及人力成本，通常采用控制rov等水下机器人携带水下湿插拔连接器的公插头与海底接驳盒上的水下湿插拔连接器的母插座对插连接。其中，水下湿插拔连接器的公插头尾部需与海洋脐带缆连接，而海洋脐带缆弯曲半径较大，rov难于操作，因此需要通过水下扩展接驳器将海洋脐带缆转换为充油缆，进而完成水下湿插拔连接器公母插头的对接，实现海底观测网的组建扩展。3.目前，现有的水下扩展接驳器可以进行相应的光电接驳中转，但其尺寸较大，可靠性及可维修性不佳，容易出现漏水等现象，并且功能单一。技术实现要素：4.本发明的目的是解决现有水下扩展接驳器存在尺寸较大、可靠性及可维修性不佳以及功能单一的技术问题，而提供一种小尺寸多功能水下扩展接驳器。5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：6.一种小尺寸多功能水下扩展接驳器，其特殊之处在于：包括脐带单元、连接隔塞、充油单元以及n根光纤；其中，n为正整数；7.所述脐带单元包括隔离舱；所述隔离舱包括隔离舱外壳、内隔塞、第一插针组件、第一绕纤组件、p根第一导线以及油塞；其中，p为正整数；8.所述充油单元的一端通过所述连接隔塞与所述隔离舱外壳的一端相连，充油单元的另一端与外部充油缆连接；所述隔离舱外壳的另一端通过所述内隔塞与外部脐带缆相连；所述内隔塞、连接隔塞以及隔离舱外壳形成密封的隔离舱腔室；所述油塞设置在所述隔离舱外壳上；用于向隔离舱腔室内充油；9.所述第一绕纤组件位于所述隔离舱腔室内且被内隔塞、连接隔塞压紧固定，第一绕纤组件用于盘绕光纤；所述第一插针组件设置在内隔塞上；所述连接隔塞上设置有第二插针组件；10.所述第一导线的一端与第二插针组件电连接，第二插针组件通过充油单元与外部充油缆的电缆连接，第一导线的另一端通过第一插针组件与外部脐带缆的电缆连接；11.所述光纤的一端通过第一绕纤组件并依次穿过连接隔塞、充油单元与外部充油缆的光纤连接，光纤的另一端穿过内隔塞与外部脐带缆的光纤连接。12.进一步地，所述充油单元包括流动舱以及内充油端头；13.所述流动舱包括流动舱外壳、第二绕纤组件、内挡环以及p根第二导线；所述内充油端头一端与外部充油缆连接，另一端通过所述内挡环与所述流动舱外壳的一端相连；14.所述流动舱外壳的另一端通过连接隔塞与隔离舱外壳的一端相连，且内挡环、流动舱外壳以及连接隔塞形成流动舱腔室；15.所述第二绕纤组件位于所述流动舱腔室内且被连接隔塞、内挡环压紧固定，第二绕纤组件用于盘绕光纤，可以实现外部充油缆光纤断裂时的快速修复；16.所述第二导线的一端与第二插针组件电连接，另一端穿过内挡环与外部充油缆的电缆连接；17.所述光纤的一端穿过连接隔塞后，通过第二绕纤组件并穿过内挡环与外部充油缆的光纤连接。18.进一步地，所述内充油端头包括内连接管以及内抱箍；所述内连接管一端与外部充油缆连接并通过内抱箍固定，另一端通过内挡环与流动舱外壳的一端相连；19.所述脐带单元还包括设置在隔离舱外壳另一端的脐带端头；所述脐带端头包括锥形连接器、压紧帽以及尾靴；所述锥形连接器一端通过内隔塞与隔离舱外壳相连，另一端与所述压紧帽配合将外部脐带缆固紧在锥形连接器内；所述尾靴设置在锥形连接器另一端的外周，用于固定外部脐带缆；所述尾靴通过橡胶硫化形成。20.进一步地，所述充油单元为m个；其中，m为正整数；21.还包括连接在相邻充油单元之间且相互连接的外挡环及外充油端头；22.相邻充油单元之间，其中一个充油单元的流动舱的另一端与所述外挡环连接，所述外充油端头与另一个充油单元上连接的外部充油缆连接，可用于延长光纤和电的传输距离。23.进一步地，所述第一绕纤组件包括第一支撑板以及四个第一圆盘；所述第一支撑板上沿长度方向贯穿设置有p个用于第一导线穿过的第一过线孔；四个所述第一圆盘两两分别固定于第一支撑板两侧；所述第二绕纤组件包括第二支撑板以及四个第二圆盘；所述第二支撑板上沿长度方向贯穿设置有p个用于第二导线穿过的第二过线孔；四个所述第二圆盘两两分别固定于第二支撑板两侧；24.所述内隔塞上设置有n个沿轴向贯穿的第一通孔，且内隔塞位于隔离舱外壳内的一端设置有第一凹槽；所述连接隔塞上设置有n个沿轴向贯穿的第二通孔，且连接隔塞位于流动舱外壳内的一端设置有第二凹槽；所述第一通孔内设置有n个第一套管；所述第二通孔内设置有n个第二套管，避免了光纤与内隔塞、光纤与连接隔塞直接粘结密封使用时会因环境温度变化引起粘结处强度下降的问题；25.所述光纤的一端依次经过第一圆盘、所述第二套管、第二圆盘、内挡环与外部充油缆的光纤连接，光纤的另一端穿过所述第一套管与外部脐带缆的光纤连接；26.所述第一插针组件包括第一包覆以及p个第一插芯；所述第二插针组件包括第二包覆以及p个第二插芯；所述第一包覆位于所述第一凹槽内；所述第一插芯设置在第一包覆内，且位于第一凹槽两侧；所述第二包覆位于所述第二凹槽内；所述第二插芯设置在第二包覆内，且位于第二凹槽两侧；所述第一凹槽上设置有用于第一插芯穿过的p个第三通孔；所述第二凹槽上设置有用于第二插芯穿过的p个第四通孔；所述内隔塞位于隔离舱外壳内的一端设置有第一挡板，用于压紧第一套管和第一包覆；所述连接隔塞位于流动舱外壳内的一端设置有第二挡板，用于压紧第二套管和第二包覆；27.所述第一导线的一端穿过第一过线孔与第二插芯电连接，第二导线的一端与第二插芯电连接，另一端穿过第二过线孔与外部充油缆的电缆连接，第一导线的另一端通过第一插芯与外部脐带缆的电缆连接。28.进一步地，所述第一套管与第一通孔之间、第二套管与第二通孔之间、第一包覆与第一凹槽之间、第二包覆与第二凹槽之间、内隔塞与隔离舱外壳之间、连接隔塞与隔离舱外壳之间、连接隔塞与流动舱外壳之间、内挡环与流动舱外壳之间以及内连接管与内挡环之间均设置有密封圈，实现了高冗余密封设计，大大提高了水下扩展接驳器的可靠性。29.进一步地，为了进一步提高水下扩展接驳器的可靠性，所述第一套管与光纤之间、第二套管与光纤之间均填充有环氧树脂；所述内隔塞上还设置有注胶孔，用于向锥形连接器内部灌封环氧树脂，避免运输以及使用过程中光纤晃动引起的弯折，并能实现更好的密封，进而提高可靠性。30.进一步地，所述隔离舱外壳的另一端上还设置有插板，所述内隔塞通过所述插板与隔离舱外壳固定连接；31.所述隔离舱外壳上还密封设置有观察窗，方便观察隔离舱内的光纤、第一导线的形态以及初步排查故障。32.进一步地，所述隔离舱外壳采用金属材料；所述观察窗采用玻璃材料。33.进一步地，所述第一包覆以及第一插芯通过硫化或喷塑工艺实现一体成型；所述第二包覆以及第二插芯通过硫化或喷塑工艺实现一体成型。34.本发明的有益效果：35.1、本发明提供了一种小尺寸多功能水下扩展接驳器，其尺寸小、可靠性高、可维修性好以及不易出现漏水现象，用于水下湿插拔连接器与脐带缆或海底光电复合缆之间的过渡连接。此外，因其尺寸小、质量轻，适用于水下rov等机器人操作。采用第一绕纤组件储存光纤，可以实现脐带缆光纤断裂时的快速修复。36.2、本发明中的第二绕纤组件储存光纤，可以实现充油缆光纤断裂时的快速修复。此外，本发明中的脐带单元可以实现脐带缆与海底接驳盒的快速安装；本发明中的充油单元可以为多个，其中一个充油单元的流动舱通过外挡环以及外充油端头与相邻充油单元上的外部充油缆连接，可用于延长光纤和电的传输距离。37.3、本发明采用第一套管以及第二套管可以避免光纤与内隔塞、光纤与连接隔塞直接粘结密封使用时会因环境温度变化引起粘结处强度下降的问题。此外，本发明采用多层径向密封以及环氧树脂灌封等形式，实现了高冗余密封设计，大大提高了水下扩展接驳器的可靠性。附图说明38.图1为本发明一种小尺寸多功能水下扩展接驳器实施例的剖视图；39.图2为本发明实施例的等轴测图；40.图3为本发明实施例的应用场景图；41.图4为本发明实施例中隔离舱与连接隔塞装配后的剖视图；42.图5为本发明实施例中隔离舱与连接隔塞装配后的左视图；43.图6为本发明实施例中连接隔塞的左视图；44.图7为本发明实施例中连接隔塞的剖视图；45.图8为本发明实施例中内隔塞的右视图；46.图9为本发明实施例中内隔塞的俯视图；47.图10为本发明实施例中第一绕纤组件的主视图；48.图11为本发明实施例中第一绕纤组件的左视图；49.图12为本发明实施例中第一绕纤组件的剖视图；50.图13为本发明实施例中第一插针组件的剖视图；51.图14为本发明实施例中光纤与第一套管装配后的剖视图；52.图15为本发明实施例中流动舱与内挡环装配后的剖视图；53.图16为本发明实施例中流动舱外壳的剖视图；54.图17为本发明实施例中内挡环的左视图；55.图18为本发明实施例中内挡环的剖视图；56.图19为本发明实施例中内充油端头与外部充油缆装配后的剖视图；57.图20为本发明实施例中内连接管的剖视图；58.图21为本发明实施例中脐带端头与外部脐带缆装配后的剖视图；59.图22为本发明实施例中锥形连接器的主视图；60.图23为本发明实施例中锥形连接器的左视图；61.图24为本发明其他实施例中相邻充油单元连接的示意图。62.附图标号：63.1-脐带单元，10-隔离舱，101-隔离舱外壳，102-第一插针组件，103-内隔塞，104-第一绕纤组件，105-第一导线，107-观察窗，108-油塞，110-插板，11-脐带端头，111-压紧帽，112-尾靴，119-锥形连接器，2-充油单元，20-流动舱，201-流动舱外壳，202-第二绕纤组件，203-内挡环，204-第二导线，21-内充油端头，210-内连接管，211-内抱箍，3-连接隔塞，4-光纤，5-隔离舱腔室，6-第一过线孔，8-外部充油缆，9-流动舱腔室，12-外部脐带缆，22-外挡环，23-外充油端头，24-第一支撑板，25-第一圆盘，30-第二插针组件，31-第四通孔，32-第二凹槽，33-第二通孔，35-第二包覆，36-第二插芯，106-第一挡板，109-第二挡板，113-第三通孔，114-第一凹槽，115-第一通孔，116-第一套管，117-第一包覆，118-第一插芯，120-注胶孔，205-第二支撑板，206-第二圆盘。具体实施方式64.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。65.如图1-图2所示，一种小尺寸多功能水下扩展接驳器，包括脐带单元1、连接隔塞3、充油单元2以及n根光纤4，其中，n为正整数。具体地，脐带单元1包括隔离舱10以及脐带端头11，隔离舱10包括隔离舱外壳101、内隔塞103、第一插针组件102、第一绕纤组件104、p根第一导线105以及油塞108，本实施例中的隔离舱外壳101采用金属材料，如钛合金、不锈钢、铝合金等。其中，油塞108设置在隔离舱外壳101上，隔离舱外壳101上还设置有插板110，内隔塞103通过插板110与隔离舱外壳101固定连接且内隔塞103与隔离舱外壳101之间设置有密封圈，隔离舱外壳101上还密封设置有观察窗107，本实施例中的观察窗107采用玻璃材料，如石英、蓝宝石等，并在平面侧设有密封槽或胶槽，观察窗107与隔离舱外壳101之间通过密封圈或环氧树脂胶粘结以实现密封，具体见图4。内隔塞103、连接隔塞3以及隔离舱外壳101形成密封的隔离舱腔室5，第一绕纤组件104位于隔离舱腔室5内且被内隔塞103、连接隔塞3压紧固定，具体见图1。其中，如图10-图12所示，第一绕纤组件104包括第一支撑板24以及四个第一圆盘25，第一支撑板24上沿长度方向贯穿设置有p个用于第一导线105穿过或少量弯折存储的第一过线孔6，四个第一圆盘25通过螺栓与螺母两两分别固定于第一支撑板24两侧，光纤4可在第一支撑板24一侧的两个第一圆盘25上呈8字形盘绕以便储存。66.如图1、图4-图8以及图14所示，第一插针组件102设置在内隔塞103上，连接隔塞3上设置有第二插针组件30，内隔塞103上设置有n个沿轴向贯穿的第一通孔115，且内隔塞103位于隔离舱外壳101内的一端设置有第一凹槽114，连接隔塞3上设置有n个沿轴向贯穿的第二通孔33，且连接隔塞3位于流动舱外壳201内的一端设置有第二凹槽32，第一通孔115内设置有n个第一套管116，第二通孔33内设置有n个第二套管，第一套管116以及第二套管可以避免光纤4与金属材质的连接隔塞3、内隔塞103直接粘结密封时，因热膨胀系数相差较大导致长时间使用过程中随着环境温度的变化会引起粘结处强度下降的问题。第一套管116以及第二套管采用热膨胀系数低的非金属材料，如peek、pom等。此外，第一套管116与光纤4之间、第二套管与光纤4之间均填充有环氧树脂，第一套管116与第一通孔115之间、第二套管与第二通孔33之间均采用密封圈密封胀紧以实现多级温度缓冲，延长光纤4、第一套管116以及第二套管的使用寿命，提高可靠性。如图4和图13所示，第一插针组件102包括第一包覆117以及p个第一插芯118，第二插针组件30包括第二包覆35以及p个第二插芯36，第一包覆117位于第一凹槽114内且第一包覆117与第一凹槽114之间设置有密封圈，第一插芯118设置在第一包覆117内，且位于第一凹槽114两侧，第二包覆35位于第二凹槽32内且第二包覆35与第二凹槽32之间设置有密封圈，第二插芯36设置在第二包覆35内，且位于第二凹槽32两侧，第一凹槽114底部设置有用于第一插芯118穿过的p个第三通孔113，第二凹槽32底部设置有用于第二插芯36穿过的p个第四通孔31，内隔塞103位于隔离舱外壳101内的一端设置有第一挡板106，用于压紧第一套管116和第一包覆117，连接隔塞3位于流动舱外壳201内的一端设置有第二挡板109，用于压紧第二套管和第二包覆35。另外，本实施例中的第一包覆117以及第一插芯118、第二包覆35以及第二插芯36均通过硫化或喷塑工艺实现一体成型，第一插芯118以及第二插芯36均采用导电性能良好的黄铜、铍青铜等金属材料，第一包覆117以及第二包覆35均采用介电常数较大的peek、pom等非金属材料。67.充油单元2包括流动舱20以及内充油端头21。如图1和图15-图18所示，流动舱20包括流动舱外壳201、第二绕纤组件202、内挡环203以及p根第二导线204。如图19-图20所示，内充油端头21包括内连接管210以及内抱箍211，内连接管210一端为宝塔头结构，其与外部充油缆8连接并通过内抱箍211固定，另一端通过内挡环203与流动舱外壳201相连，内挡环203与流动舱外壳201之间、内连接管210与内挡环203之间均设置有密封圈，流动舱外壳201通过连接隔塞3与隔离舱外壳101相连，且内挡环203、流动舱外壳201以及连接隔塞3形成流动舱腔室9，第二绕纤组件202位于流动舱腔室9内且被连接隔塞3、内挡环203压紧固定。连接隔塞3与隔离舱外壳101之间、连接隔塞3与流动舱外壳201之间均设置有密封圈。第二绕纤组件202包括第二支撑板205以及四个第二圆盘206，第二支撑板205上沿长度方向贯穿设置有p个用于第二导线204穿过的第二过线孔，四个第二圆盘206两两分别固定于第二支撑板205两侧，用于盘绕光纤4。68.如图1、图9以及图21-图23所示，脐带端头11包括锥形连接器119、压紧帽111以及尾靴112，锥形连接器119一端通过内隔塞103与隔离舱外壳101相连，另一端与压紧帽111配合将外部脐带缆12固紧在锥形连接器119内，尾靴112设置在锥形连接器119另一端的外周，用于固定外部脐带缆12，尾靴112需采用橡胶硫化工艺保证其尾部连接处的抗弯性能，本实施例中锥形连接器119另一端设置有环形凸起，便于橡胶硫化形成尾靴112，内隔塞103上还设置有注胶孔120，用于向锥形连接器119内部灌封环氧树脂，以避免在运输、使用过程中因光纤4晃动引起的弯折，并能实现更好的密封，提高可靠性。此外，第一导线105的一端穿过第一过线孔6与第二插芯36电连接，第二导线204的一端与第二插芯36电连接，另一端穿过第二过线孔与外部充油缆8的电缆连接，第一导线105的另一端通过第一插芯118与外部脐带缆12的电缆连接。光纤4的一端依次经过第一圆盘25、第二套管、第二圆盘206、内挡环203与外部充油缆8的光纤连接，光纤4的另一端穿过第一套管116与外部脐带缆12的光纤连接。本实施例中的n为4，p为2。69.装配隔离舱10时，先将第一包覆117、第一套管116通过第一挡板106分别压紧固定在对应第一凹槽114、第一通孔115内，将第二包覆35、第二套管分别压紧固定在对应第二凹槽32、第二通孔33内。将光纤4穿过第一套管116，然后呈8字形缠绕于第一圆盘25后从第二套管穿出。第一导线105一端穿过第一过线孔6后焊接于第二插芯36，另一端焊接于第一插芯118，焊接完成后在焊接点处安装护靴，以保证焊接点处拥有良好的电绝缘性能。在上述装配完成后，将连接隔塞3与隔离舱外壳101通过法兰连接，内隔塞103与隔离舱外壳101通过插板110连接，此时第一支撑板24会被夹紧固定，将多余长度的第一导线105呈弯曲状盘旋于第一过线孔6内。在隔离舱外壳101内预留一定长度的光纤4，通过注胶器将环氧树脂填充于光纤4与第一套管116之间、光纤4与第二套管之间，常温固化48h。最后，通过油塞108向隔离舱腔室5内填充凝胶或高粘度二甲基硅油以实现光纤4的缓冲，增加设备可靠性。隔离舱10装配完成后，穿出第二套管的光纤4呈8字形缠绕于第二圆盘206后从内挡环203穿出，本发明采用单根光纤直连的安装方式，可大大减小因光纤熔接导致的插入及回波损耗。第二导线204一端焊接于第二插芯36，另一端穿过第二过线孔并穿出内挡环203，将连接隔塞3通过密封圈固定于流动舱外壳201的一端，并在流动舱外壳201的另一端用内挡环203压紧第二支撑板205，流动舱20装配完成。流动舱20装配完成后，将穿出内挡环203的第二导线204、光纤4分别与外部充油缆8中对应的线缆连接，外部充油缆8套在内连接管210尾部并用内抱箍211固定实现可靠密封。然后将外部脐带缆12中的导线和光纤剥出，其导线焊接于第一插芯118，其光纤与穿过第一套管116的光纤4的另一端熔接，实现了外部脐带缆12的光电分离，最后将锥形连接器119与内隔塞103的端面连接并利用压紧帽111将外部脐带缆12固紧。如图3所示，本发明用于水下湿插拔连接器与外部脐带缆12或海底光电复合缆之间的过渡连接。70.此外，在其他实施例中，充油单元2为m个，其中，m为正整数，还包括连接在相邻充油单元2之间且相互连接的外挡环22及外充油端头23，如图24所示，相邻充油单元2之间，其中一个充油单元2的流动舱20的另一端与外挡环22连接，外充油端头23与另一个充油单元2上连接的外部充油缆8连接，可用于延长光纤和电的传输距离。71.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明披露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。









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