双动型灭弧室
阅读说明：本技术 双动型灭弧室 (Double-acting arc extinguishing chamber ) 是由 杜迎乾 钟建英 谭盛武 王文博 姚永其 张豪 刘亚培 王之军 郭学凤 井琼琼 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及双动型灭弧室。双动型灭弧室,包括双动液压缸和动端组件,动端组件包括用于构成压气式灭弧室的压气室,或者包括用于构成自能式灭弧室的膨胀室；双动液压缸包括缸体,缸体上设有内、外腔室；内、外腔室内分别设有内、外活塞,内、外活塞均包括塞体和杆体,杆体包括直径相等的第一杆体和第二杆体；缸体、内活塞、外活塞的其中一个固定在静端组件处,另外两个分别与所述动端组件和静弧触头传动连接；双动液压缸的轴向两端均设有节流通道,节流通道用于将内腔室和外腔室的对应端连通,使得内活塞与外塞杆体联动并对动端组件进行缓冲。上述双动结构能够满足压气式灭弧室或自能式灭弧室在高电压等级、强冲击工况中的双动。(The invention relates to a double-acting arc extinguishing chamber. The double-acting arc extinguish chamber comprises a double-acting hydraulic cylinder and a movable end assembly, wherein the movable end assembly comprises a pressure chamber for forming the pressure type arc extinguish chamber or an expansion chamber for forming the self-energy type arc extinguish chamber; the double-acting hydraulic cylinder comprises a cylinder body, and an inner cavity and an outer cavity are arranged on the cylinder body; the inner cavity and the outer cavity are respectively internally provided with an inner piston and an outer piston, the inner piston and the outer piston respectively comprise a plug body and a rod body, and the rod bodies comprise a first rod body and a second rod body which have the same diameter; one of the cylinder body, the inner piston and the outer piston is fixed at the static end component, and the other two of the cylinder body, the inner piston and the outer piston are in transmission connection with the dynamic end component and the static arc contact respectively; the two axial ends of the double-acting hydraulic cylinder are respectively provided with a throttling channel, and the throttling channels are used for communicating the corresponding ends of the inner chamber and the outer chamber, so that the inner piston is linked with the outer stopper rod body and buffers the moving end assembly. The double-acting structure can meet the double-acting requirement of the pneumatic arc extinguish chamber or the self-energy arc extinguish chamber under the working conditions of high voltage level and strong impact.)
技术领域
本发明涉及双动型灭弧室。
背景技术
灭弧室是高压开关断路器的核心零部件，对断路器的开断性能、可靠性、操作功、经济性等方面具有决定性的影响。目前，国内外灭弧室结构普遍使用单动与双动两种，单动型即灭弧室动端在驱动机构带动下运动，完成开合过程；双动型灭弧室不仅动端运动，而且灭弧室固定端的部分零部件也可运动。双动型灭弧室的优势在于，通过动静端的相对运动的形式，能够提高运动灭弧室的运动速度，优化断口动态电场分布，降低断路器的操作功，提高产品可的靠性稳定性，降低产品成本。所以，双动型灭弧室在高压开关领域得到大量工程应用。
国内外现有的双动结构，普遍采用机械结构连接灭弧室的动端与静端，用动端带动机械结构，机械结构带动静端，实现双向运动。常见的双动结构有两种。第一，采用拨叉的双动结构，这种结构为了实现动静端运动速度的匹配，零件多、结构复杂，存在卡滞风险，动作不稳定。第二，采用长连杆的双动结构，这种结构简单，但长连杆在运动中振颤变形问题明显，不利于在速度更高、冲击更强的产品中应用。
特别地，对于压气式灭弧室结构，压气式灭弧室虽然是一种成熟的灭弧室结构，但现有的压气式灭弧室结构一般采用的是单动结构，其原因是，压气式灭弧室一般在超高压、特高压等级中应用，对于超高压、特高压电网，产品额定电压等级更高、额定开断电流更大，都要求灭弧室具备更大的气吹能力、更高的开断速度，压气式灭弧室为了达到开断能力的要求，只有提高开合速度，而速度的提高必然带来操作功的增大，操作功的增大会产生成本提高、振动增大、稳定性降低等一系列问题。并且，压气式灭弧室在开合运动中，由于速度很高，零部件过冲振动明显，不仅造成了操作功的冗余，也带来了机械设计强度冗余。
另外，自能式灭弧室也是一种成熟的灭弧室结构，其膨胀室在灭弧过程中能够实现气体膨胀，起到吹弧作用。但是，自能式灭弧室结构与压气式灭弧室类似，动作时存在强冲击，同样存在过冲振动明显的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种双动型灭弧室，能够实现压气式灭弧室或自能式灭弧室的双动，并且解决上述压气式灭弧室或自能式灭弧室过冲振动明显的问题。
本发明中采用如下技术方案：
双动型灭弧室，包括：
静端组件，静端组件包括静弧触头，静弧触头沿前后方向导向设置；
动端组件，用于在操动机构的驱动下前后动作以实现分合闸，包括用于构成压气式灭弧室的压气室，或者包括用于构成自能式灭弧室的膨胀室；
还包括：
双动液压缸，包括缸体，缸体上设有内腔室和外腔室：
内腔室，为柱形腔室，其内设有内活塞，内活塞包括内塞塞体，内塞塞体导向设置在内腔室内，内塞塞体的轴向两侧分别设有第一内塞杆体和第二内塞杆体，第一内塞杆体和第二内塞杆体的直径相等，分别从内腔室的对应端伸出；
外腔室，设置在所述内腔室径向外侧，内部设有外活塞，外活塞包括外塞塞体，外塞塞体导向装配在外腔室内，外塞塞体的轴向两侧分别设有第一外塞杆体和第二外塞杆体，第一外塞杆体和第二外塞杆体的直径相等，分别从外腔室的对应端伸出外塞杆体；
所述缸体、内活塞和外活塞的其中一个固定在静端组件处，另外两个分别与所述动端组件和静弧触头传动连接；
双动液压缸的轴向两端均设有节流通道，所述节流通道用于将所述内腔室和外腔室的对应端连通，使得动端组件与静弧触头联动，同时对动端组件的运动进行缓冲。
有益效果：采用上述技术方案，通过设置双动液压缸，并将缸体、内活塞和外活塞的其中一个固定在静端组件处，另外两个分别与所述动端组件和静弧触头传动连接，能够通过节流通道实现外活塞与内活塞的联动，进而实现动端组件与静弧触头的联动，从而减小灭弧室所需的操作功，保证分合闸速度，与现有技术中的拨叉结构双动结构和长连杆双动结构相比，零部件少，不易卡滞，不会产生振颤变形，同时，灭弧室分合闸时液压油能够通过节流通道产生一个平缓的阻力，对灭弧室的过冲起到缓冲的作用，降低了操作冲击强度，从而能够较好地满足压气式灭弧室或自能式灭弧室的快速开断需求。
作为一种优选的技术方案：外腔室为环形腔室，环绕设置在所述内腔室径向外侧。
有益效果：采用上述技术方案结构简单，并且有利于减小缸体的径向尺寸。
作为一种优选的技术方案：所述缸体内设有隔离筒体，隔离筒体用于隔离出所述外腔室；所述隔离筒体上设有径向通孔，所述腔室连通通道由径向通孔形成。
有益效果：采用上述技术方案，结构简洁，便于制造，有利于减少零部件数量，可靠性好。
作为一种优选的技术方案：双动型灭弧室还包括静端屏蔽筒，所述静端屏蔽筒固定在与所述静弧触头连接的缸体、内活塞或外活塞上。
有益效果：采用上述技术方案，静端屏蔽筒和静弧触头的运动过程与合闸过程相匹配，能够实现优化断口电场的作用，屏蔽性能好，更有利于提高分闸性能。
作为一种优选的技术方案：所述静端屏蔽筒靠近动端组件的一端与所述静弧触头的最前端对应。
有益效果：采用上述技术方案能够保证较好的屏蔽效果。
作为一种优选的技术方案：所述静端屏蔽筒固定在与所述静弧触头连接的缸体、内活塞或外活塞的远离动端组件的一端。
有益效果：采用上述技术方案便于静端屏蔽筒的连接，制造方便。
作为一种优选的技术方案：外塞塞体的轴向任一侧均设有两只以上所述外塞杆体，各侧的外塞杆体沿周向均布。
有益效果：采用上述技术方案有利于保证受力均匀，进一步提高可靠性。
作为一种优选的技术方案：所述动端组件包括大喷口，大喷口前端设有连接筒，连接筒与静弧触头同轴布置；
连接筒的一端固定在大喷口上，另一端设有封板，所述静弧触头从封板中穿过；连接筒的外周面上设有气流孔，用于约束气流的流向与流量；
所述动端组件通过连接筒与双动液压缸的相应缸体、内活塞或外活塞传动连接。
有益效果：连接筒有两个作用，第一，提高连接结构的刚度，由于高压开关断路器运动速度高、冲击强，大喷口与液压缸之间，如果仅用杆件连接，长杆承受强冲击时刚度不高易弯曲变形，用一个连接筒，可以缩减杆件的长度，提高传动系统刚度；第二，约束气流，从大喷口出来的气流会吹向液压缸方向，在连接筒上开气流孔，气流孔的位置和大小可以根据灭弧室开断气流的强弱进行不同的设置，这样就形成一个空间，约束了气流的流向与流量，喷口中气流参数直接关系到灭弧室的开断能力，所以对气流进行约束是非常重要的。
作为一种优选的技术方案：双动液压缸的缸体固定，外活塞和内活塞分别与动端组件和静弧触头连接。
有益效果：采用上述技术方案便于缸体的固定，也便于外活塞和内活塞分别与动端组件和静弧触头进行连接。
附图说明
图1是本发明中双动型灭弧室的实施例1处于合闸状态的结构示意图；
图2是图1处于分闸状态的结构示意图；
图3是图1中分合闸状态的对比示意图；
图4是本发明中双动型灭弧室的实施例9处于分闸状态的结构示意图。
图中相应附图标记所对应的组成部分的名称为：11、静端组件；12、静弧触头；13、静端屏蔽筒；14、端部连接板；21、动端组件；22、绝缘拉杆；23、动主触头；24、大喷口；25、连接筒；26、封板；27、动弧触头；28、压气缸；29、压气室；210、拉杆连接座；31、双动液压缸；32、外筒体；33、隔离筒体；34、内腔室；35、外腔室；36、内活塞；37、外活塞；38、节流通道；41、静端组件；42、静弧触头；43、静主触头；51、动端组件；52、绝缘拉杆；53、动主触头；54、大喷口；55、小喷口；57、动弧触头；58、自能灭弧室压气室；59、膨胀室；61、双动液压缸。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，本发明的具体实施方式中可能出现的术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明中双动型灭弧室的实施例1：
如图1、图2和图3所示，双动型灭弧室是一种压气式灭弧室，包括静端组件11、动端组件21和双动液压缸31。静端组件11包括静弧触头12，静弧触头12沿前后方向导向设置；动端组件21包括绝缘拉杆22、动主触头23、大喷口24、动弧触头27和连接筒25，还包括压气缸结构，压气缸结构与现有技术相同，包括压气缸28，压气缸28用于形成压气室29，压气缸28内设有拉杆连接座210，拉杆连接座210用于与绝缘拉杆22固定连接，其上设有气体通道，供压气室29内的气体排出。动端组件21通过绝缘拉杆22与操动机构传动连接，用于在操动机构的驱动下带动动端组件21前后动作以实现分合闸。
双动液压缸31包括缸体，缸体固定在静端组件上，包括外筒体32和隔离筒体33，外筒体32和隔离筒体33同轴布置，隔离筒体33的直径小于外筒体32。隔离筒体33内部的空间形成内腔室34，外筒体32和隔离筒体33之间的环形空间形成外腔室35，隔离筒体33隔离在内腔室34和外腔室35之间。
内腔室34为柱形腔室，其内设有内活塞36；内活塞36包括内塞塞体，内塞塞体导向设置在内腔室34内，内塞塞体的轴向两侧分别设有第一内塞杆体和第二内塞杆体，第一内塞杆体靠近动端组件21，第二内塞杆体远离动端组件21。第一内塞杆体和第二内塞杆体的直径相等，分别从内腔室34的对应端伸出；第一内塞杆体上固定有静弧触头12。
外腔室35为环形腔室，环绕在所述内腔室34外侧，外腔室35内设有外活塞37。外活塞37包括外塞塞体，外塞塞体为环形塞体，导向装配在外腔室35内，外塞塞体的轴向两侧分别设有第一外塞杆体和第二外塞杆体，第一外塞杆体靠近动端组件21，第二外塞杆体远离动端组件21。第一外塞杆体和第二外塞杆体的直径相等，分别从外腔室35的对应端伸出。为了保证受力均匀，外活塞37轴向两侧的外塞杆体均设有两只，每侧的两只外塞杆体沿周向均布。连接筒25的一端固定在大喷口24上，另一端设有封板26，所述静弧触头12从封板26中穿过，封板26与外塞杆体固定连接，使得所述动端组件21通过连接筒25与外塞杆体传动连接。连接筒25的外周面上设有气流孔(图中省略)，用于约束气流的流向与流量。
当然，作为公知常识，对于活塞来说，活塞的塞体和杆体必然是与缸体的相应部分滑动密封配合。
内腔室34和外腔室35内填充有液压油，所述隔离筒体33的轴向两端均有径向通孔，径向通孔形成节流通道38，节流通道38用于将所述内腔室34和外腔室35的对应端连通，使得内活塞36与外塞杆体联动，并能够对液压油起到阻尼作用，形成节流，对动端组件的运动进行缓冲。通过调节节流通道38的直径，还可以调节液压油的流动阻力，起到调节阻尼大小的作用。当然，节流通道38能否起到阻尼作用与节流通道38的通径以及活塞的运动速度有关，本发明中，节流通道38与灭弧室的设计动作速度匹配，能够起到阻尼作用。
双动型灭弧室还包括静端屏蔽筒13，所述静端屏蔽筒13靠近动端组件21的一端与所述静弧触头12的最前端对应，远离动端组件21的一端设有端部连接板14，通过端部连接板14固定在所述内活塞36上。为了实现缸体的固定，静端屏蔽筒的侧壁上可以设置开槽，供固定连接结构穿出。
在本发明中，液压油总量不变，即内腔室34流出的液压油体积等于外腔室35流入的液压油体积，外腔室35流出的液压油体积等于内腔室34流入的液压油体积。存在如下关系：
通过上式可知，调节φA、φB、φC、φD、φE的数值，即可调节L1与L2的比例，即实现了调节动端与静端运动行程比例的目的。
当绝缘拉杆22做合闸运动时，在外塞杆体在推动下，外活塞37的外塞杆体顶推液压油流经图中的左侧径向通孔，液压油驱动内活塞36的内塞塞体运动，进而通过内塞杆体驱动静弧触头12和静端屏蔽筒13向动端组件21运动，静端屏蔽筒13和静弧触头12运动过程与设计的合闸过程相匹配，能够起到优化断口电场的作用。当绝缘拉杆22做分闸运动时的动作过程与合闸运动过程相反，静端屏蔽筒13与静弧触头12运动过程与设计的分闸过程相匹配，能够起到优化断口电场的作用。
发明采用液压双动结构，灭弧室静端组件受灭弧室动端组件的驱动，静端运动所需功率很小，在动端运动速度不变的情况下能够有效提高相对运动速度，同时液压结构简单可靠，能够承受强冲击，并且能够起到缓冲作用。在灭弧室在开合过程中，断口电场分布对灭弧室开断性能及关合性能影响重大，是判断开断过程中电弧重燃的重要指标，是判断关合过程中预击穿的重要指标，因此对断口电场的优化具有重要意义，本发明通过调节静端运动速度，使电场与开合过程相匹配，达到开合过程中断口电场优化的目的。并且，通过调节双动液压缸的内外腔室直径、外塞杆体直径等参数，可以有效调节动端组件与静端组件的行程比例。
本发明中双动型灭弧室的实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，所述隔离筒体33上设有径向通孔，所述节流通道38由径向通孔形成，而本实施例中，内腔室34与外腔室35的端面上设有连通孔，内腔室34与外腔室35通过连接在两连通孔之间的管路连通。
本发明中双动型灭弧室的实施例3：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，隔离筒体33直接将内腔室34和外腔室35分隔开，而本实施例中，内腔室34和外腔室35之间设有环形空腔。
本发明中双动型灭弧室的实施例4：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，双动型灭弧室还包括静端屏蔽筒13，而本实施例中，静端组件11未设置静端屏蔽筒13。
本发明中双动型灭弧室的实施例5：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，静端屏蔽筒13固定在所述内活塞36远离动端组件21的一端，而本实施例中，静端屏蔽筒13固定在所述内活塞36靠近动端组件21的一端。
本发明中双动型灭弧室的实施例6：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，所述动端组件21包括大喷口24，大喷口24前端设有连接筒25，连接筒25与静弧触头12同轴布置。而本实施例中，大喷口24上设有杆体连接座，外塞杆体直接固定在杆体连接座上。
本发明中双动型灭弧室的实施例7：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，外腔室35为环形腔室，环绕设置在所述内腔室34径向外侧。而本实施例中，外腔室35为筒状结构，独立于内腔室34设置，外腔室35设有两个，分别设置在内腔室34的径向两侧。当然，在其他实施中，也可以仅在内腔室34的径向一侧设置一个筒形的外腔室35。
本发明中双动型灭弧室的实施例8：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，双动液压缸31的缸体固定，外活塞37和内活塞36分别与动端组件21和静弧触头12连接。而本实施例中，双动液压缸31的内活塞36固定，而外活塞37和缸体分别与动端组件21和静弧触头12连接。当然，在其他实施例中，也可以将双动液压缸31的外活塞37固定，而缸体和内活塞36分别与动端组件21和静弧触头12连接。
本发明中双动型灭弧室的实施例9：
本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，双动型灭弧室为压气式灭弧室，而本实施例中，双动型灭弧室为自能式灭弧室，并且未设置静端屏蔽筒13；具体地，如图4，自能式灭弧室包括静端组件41、动端组件51和双动液压缸61，静端组件41包括静弧触头42、静主触头43，静弧触头42沿前后方向导向设置，静主触头43固定在双动液压缸61的缸体上；动端组件51包括绝缘拉杆52、动主触头53、大喷口54和动弧触头57，还包括自能灭弧室压气室58和膨胀室59。上述形式的动端组件51为现有技术，动作时气流能够在膨胀室被加热并喷出，具体结构此处不再进行说明。双动液压缸61的结构与实施例中的双动液压缸相同。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，本申请的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本申请的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本申请的保护范围内。
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