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Harwin连接器展示在深井探油应用中不受环境影响的价值

2019-06-19
Harwin公司市场推广负责人Ben Green

由于油价下跌,最近三年以来石油勘探活动相对较少,但最近人们对此再次对产生了兴趣,全球各地都在进行着大量的钻探作业。因此,该行业的一些重要供应商现在开始进行重大投资。在越来越难以到达的地方寻找新的油田是一个非常巨大的挑战,因此,当涉及到这些任务中使用的设备时,将驱动一些具有创新性的设备开发。

Watt & Well总部位于巴黎郊区,十多年来一直服务于全球石油和天然气行业,以及众多的汽车和航天客户,并在此期间建立了良好的声誉。Watt & Well开发了创新的电源系统设计,并专门针对恶劣的运行环境进行了优化。该公司的一个重要市场是为石油钻井设备生产高密度电机控制模块,用于驱动钻具中的旋转伺服电机,从而能够使钻头能够确定方向,这样就可以找到准确位置,并进行油井钻探。它们也是石油工业运输设备的关键部件,可为传感器设备提供动力。

在钻探过程中使用的金刚石钻头会不断地处于极端应力之下,由于相应的电机控制模块必须靠近钻头本身,因此这些模块也经常受到这种极端应力影响,所经历的温度通常可以达到170℃以上,同样,需要准备耐受高达500g的反复冲击和高达500Hz的振动。由于钻孔直径只有70mm,井下钻探也明显是一个空间非常有限的环境。模块实际所在的工具区域直径仅为51mm,因此所有组成的电子元件必须能够节省空间,尽量占用最少的PCB空间。

处在Watt & Well生产/测试设施(靠近马赛)的设计工程团队最近接到一个项目,在开始实施时就必须充分考虑所有这些标准要求。他们负责开发一种新的高功率密度电机控制模块,设计中使用的所有指定组件都需要具有卓越的牢固性。由于给定的设计期限很紧,加上模块必须以具有吸引力的价格提供给市场,这意味着他们不可能指望定制的解决方案。相反,他们需要采用现成的通用产品,既能够提供所有必要的特性,又可以快速、直接地进行采购。

新模块具有177mm x 38mm x 7.6 mm的外形,并采用最新的宽带隙半导体技术,需要能够提供100W的总输出功率,而不能存在任何中断风险。因此,其中采用的连接器完整性至关重要。Watt&Well团队于2017年春末开始实施该项目,不久之后,在6月初,Harwin开始参与其中。

正如Watt&Well的首席执行官兼联合创始人Benoit Schmitt所言:“这些模块在使用过程中出现的任何故障都将付出极其昂贵的代价。因此,必须采取一切预防措施,确保每个部件具有尽可能高的可靠性,并进而不会有损失宝贵钻井时间的风险。我们的客户在钻井过程中必须承担每天几十万美元的运营费用,在某些情况下甚至可能超过一百万美元。如果出现故障,可能需要两天时间来解决问题,之后才能重新开始钻井作业。这不仅会产生巨大的财务影响,而且还会损害客户的品牌形象。鉴于这些原因,我们电源模块中使用的每一个部件都需要经过数千小时的严格测试和验证。”

Watt&Well研究了多家连接器制造商,但工程团队很快就发现,要满足所有上述要求非常困难。他们最终得出结论,认为Harwin连接器能够提供最好的价值。Watt&Well工程团队评估了Harwin的DataMate、Gecko和M300等产品组合,以及其他供应商的解决方案,在对测试结果进行认真分析后,认定M300最为合适。

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图1:Watt&Well最新的电机控制模块,其中显示有Harwin的M300连接器。

Harwin公司非常受市场欢迎的M300 高可靠性连接器系列专门设计用于最恶劣的环境条件,能够提供高度的紧凑性和高功率。该系列产品具有单列3触点,以及双列6触点和10触点选项,并具有扩展的工作温度范围,每个触点可以传输10A的电流。创新的4指铍铜触点架构意味着即使遭受较大的振动或冲击,都能保持不受影响的电气连接。

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图2:Harwin公司的M300连接器系列。

Watt & Well公司马赛工厂的团队在数周内对M300样品进行了长时间测试。这些3mm间距连接器在测试期间性能表现超过其他组件,因而获得采纳肯定。测试团队发现,M300连接器实际上超过了数据手册中给出的指标,显示出最大程度的牢固性,并受益于更厚的绝缘。此外,这些组件还具有足够宽的间距,以实现持续的连接完整性,同时却不会占用太多的电路板空间。

Schmitt表示:“M300解决方案具有较小的外形尺寸和更高的牢固性,加上Harwin是一家受人尊敬的供应商,这些帮助我们做出了这个决定。”所实施的设计总共包括四个M300连接器,每个连接器都装有弹簧锁定(spring-loaded)触点。旋转螺栓焊接将它们牢固地连接到印刷电路板上,两个相对的印刷电路板有效地将模块夹在一起,这就不再需要螺旋锁定机构(在其他情况下建议这样)。

Harwin公司法国区销售经理Jean-Marie Falguerre介绍说:“我们的员工在广泛的评估阶段提供了所需的技术支持和指导,然后将服务和支持转换到设计阶段,最后变成批量生产。”模块的生产始于2018年初,迄今为止,已出货约8,000个模块(相当于采用了总计32,000个M300连接器)。该项目的成功意味着Harwin连接器现在已经被设计集成到Watt & Well设备。