气体绝缘高压电器用隔板法兰结构及其加工方法

文档序号:1956143 发布日期:2021-12-10 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 气体绝缘高压电器用隔板法兰结构及其加工方法 (Partition plate flange structure for gas insulated high-voltage electric appliance and processing method thereof ) 是由 陈晓凌 陈晓鸣 刘明矿 李松恩 于 2021-10-08 设计创作,主要内容包括:本申请提供了一种气体绝缘高压电器用隔板法兰结构及其加工方法。本申请利用镗刀在隔板法兰的内周加工出法兰容纳腔,并进一步利用铣刀横向在法兰容纳腔的外侧边缘切削出若干弧形凹槽作为外沿容纳腔。由此,本申请可通过普通铣刀直接将刀身侧部伸入隔板法兰中,加工获得较小尺寸的隔板法兰,降低对隔板法兰加工刀具的限制。并且,本申请还可直接通过隔板法兰前后端面的弧形凹槽容纳绝缘介质,限制绝缘介质和中心嵌件在隔板法兰内部转动,通过法兰容纳腔限制绝缘介质和中心嵌件沿隔板法兰轴向前后活动,因此,可有效保证对中心嵌件的绝缘隔离效果,从而保证气体绝缘高压电器中高压元件能够稳定运行。(The application provides a partition plate flange structure for a gas insulated high-voltage electric device and a processing method thereof. The flange accommodating cavity is machined in the inner periphery of the partition plate flange by the aid of the boring cutter, and the outer side edge of the flange accommodating cavity is further transversely cut into a plurality of arc-shaped grooves serving as outer edge accommodating cavities by the aid of the milling cutter. From this, this application accessible ordinary milling cutter directly stretches into the baffle flange with the blade lateral part in, the processing obtains the baffle flange of less size, reduces the restriction to baffle flange processing cutter. And, this application still can directly hold insulating medium through the arc recess of baffle flange front and back terminal surface, and restriction insulating medium and central inserts rotate in the baffle flange is inside, holds the chamber through the flange and restricts insulating medium and central inserts and move around along the baffle flange axial, consequently, can effectively guarantee the insulating isolation effect to central inserts to guarantee that high voltage component can the steady operation in the gas insulated high voltage apparatus.)

气体绝缘高压电器用隔板法兰结构及其加工方法

技术领域

本申请涉及高压电气设备领域,尤其涉及一种气体绝缘高压电器用隔板法兰结构及其加工方法。

背景技术

气体绝缘高压电器的高压元件需要以类似于图1所示的方式由隔板支撑在外壳内部。隔板由绝缘材料制成,其外沿与外壳接触,中间部位与高压元件接触。一般情况下,为保证绝缘性能要求,外壳与高压元件之间的相对位移量应尽可能小。高压导体、外壳与隔板之间的位置关系如图1所示。

隔板一般由三部分组成:位于隔板内部的中心嵌件,包围在中心嵌件外周的绝缘介质和固定支撑在绝缘介质外周的隔板法兰。其中,中心嵌件和隔板法兰通常采用金属材质,绝缘介质的主要成分是环氧树脂材料。三者之间浇注成型后形成一个整体。由于环氧树脂浇注成型过程中具有一定的收缩性,因此,成型后的环氧树脂能够与中心嵌件粘接在一起,而环氧树脂的绝缘介质与隔板法兰的内表面之间会由于材料收缩而产生微小间隙,此微小间隙会导致环氧树脂与法兰之间存在相对运动的自由度,从而影响外壳与中心嵌件的相对位置关系。

为限制环氧树脂的绝缘介质相对法兰产生径向或轴向的相对移动,现有技术中通常在隔板法兰内圈的中间位置设计一个环形凹槽,利用环形凹槽实现与绝缘介质之间的卡扣连接;为限制环氧树脂的绝缘介质沿法兰圆周转动的自由度,现有技术通常还需要在上述环形凹槽的底部进一步通过铣刀开设几个矩形凹槽,利用矩形凹槽卡接固定绝缘介质外周。由此,浇注成型后,环氧树脂填充环形凹槽和其底部的矩形凹槽,形成与之结构配合的环形凸起和几个矩形凸起。隔板法兰内侧的各凹槽与环氧树脂绝缘介质外侧的各凸起相配合,可限制环氧树脂与法兰之间仅发生微小尺寸的相对位移和转动。

现有技术中,进行隔板法兰内部各凹槽的机加工时,常用的步骤如下:

首先,使用镗刀沿轴向对环形凹槽加工成形,然后将铣刀及其刀座伸入法兰内部,进一步沿径向在环形凹槽的底部加工形成矩形凹槽。

但是,对于法兰直径较小的隔板,常用铣刀及其夹具无法进入法兰内部进行矩形凹槽加工。因此,现有的矩形凹槽设计会增加加工制造难度,且要求使用更为精细的小型化铣刀刀头才能实现。

发明内容

本申请针对现有技术的不足,提供一种气体绝缘高压电器用隔板法兰结构及其加工方法,本申请利用常规尺寸的铣刀沿轴向伸入隔板法兰内周,在法兰容纳腔侧壁直接切削形成外沿容纳腔,通过该外沿容纳腔连接绝缘介质的端面边缘,提供周向限位,简化隔板法兰加工工艺,降低小尺寸隔板法兰对加工刀头及刀头夹具尺寸的要求。本申请具体采用如下技术方案。

首先,为实现上述目的,提出一种气体绝缘高压电器用隔板法兰结构,其包括:法兰容纳腔,其设置在隔板法兰的内周,用于限制隔板法兰内部绝缘介质沿轴向运动;外沿容纳腔,其设置在隔板法兰的内周,且位于法兰容纳腔的外侧边缘,用于限制隔板法兰内部绝缘介质沿周向运动。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构,其中,所述法兰容纳腔的边缘形成有连接至隔板法兰连接端面的凸台;所述外沿容纳腔开设在法兰容纳腔边缘凸台上。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构,其中,所述外沿容纳腔由隔板法兰的内周面边缘内凹形成并沿所述内周面的周向间隔分布在法兰容纳腔的至少一侧。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构,其中,所述法兰容纳腔由隔板法兰的内周面内凹形成并沿所述内周面的周向分布成环形。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构,其中,所述外沿容纳腔的半径小于法兰容纳腔的半径。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构,其中,所述外沿容纳腔由铣刀沿法兰容纳腔的外侧边缘直接切削形成;所述外沿容纳腔由法兰容纳腔的前、后两端分别延伸至隔板法兰的前、后两侧端面。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构,其中,所述外沿容纳腔和法兰容纳腔的内部连接绝缘介质和中心嵌件,其中,绝缘介质的外周边缘分别同时嵌入所述外沿容纳腔和法兰容纳腔内,所述中心嵌件固定连接在绝缘介质内部。

同时,为实现上述目的,本申请还提供一种气体绝缘高压电器用隔板法兰结构的加工方法,其步骤包括:将镗刀伸入隔板法兰的内部,驱动镗刀沿隔板法兰的内周面周向加工开设出法兰容纳腔;将铣刀的刀头伸入隔板法兰的内部,沿隔板法兰的内周在法兰容纳腔的外侧边缘直接切削形成若干个外沿容纳腔,切削过程中铣刀的刀头夹具位于隔板法兰的外部。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构的加工方法,其中,加工外沿容纳腔时,所述铣刀沿法兰容纳腔的外周转动,切削隔板法兰的内周面边缘,交错开设出各外沿容纳腔的弧形内壁。

可选的,如上任一所述的气体绝缘高压电器用隔板法兰结构的加工方法,其中,加工法兰容纳腔时,隔板法兰自身圆周转动,镗刀沿隔板法兰内周径向由内到外运动,切削隔板法兰的内周面中部,沿所述内周面的周向开设出环形分布的法兰容纳腔。

有益效果

本申请利用镗刀在隔板法兰的内周加工出法兰容纳腔,并进一步利用铣刀沿隔板法兰轴向伸入隔板法兰内周,横向在法兰容纳腔的外侧边缘切削出若干弧形凹槽作为外沿容纳腔。由此,本申请可通过普通铣刀直接将刀身侧伸入隔板法兰中,加工较小尺寸的隔板法兰,降低对隔板法兰加工刀具的限制。并且,本申请还可直接通过隔板法兰前后端面的弧形凹槽容纳绝缘介质,限制绝缘介质和中心嵌件在隔板法兰内部转动,通过法兰容纳腔限制绝缘介质和中心嵌件沿隔板法兰轴向前后活动,因此,可有效保证对中心嵌件的绝缘隔离效果,从而保证气体绝缘高压电器中高压元件能够稳定运行。

本申请通过铣刀沿隔板法兰轴向,直接在法兰容纳腔的外侧边缘横向切削出弧形凹槽作为外沿容纳腔。由此,浇注绝缘介质的过程中,绝缘介质的外侧边缘可进入法兰容纳腔以及外沿容纳腔,填充法兰容纳腔的环形凹槽以及外沿容纳腔的弧形凹槽,在绝缘介质的前后端面形成贴合于弧形凹槽的弧状外缘凸起结构,实现卡接。成型后,法兰容纳腔的前后两侧壁沿周向包围绝缘介质的外周边缘,限制绝缘介质沿隔板法兰轴向前后移动,而外沿容纳腔的弧形凹槽与法兰容纳腔侧壁之间所形成的连接端面又可在绝缘介质相对隔板法兰转动时抵接绝缘介质前后端面边缘所形成的弧状外缘凸起结构,限制绝缘介质相对隔板法兰转动。由此,只要将隔板法兰通过螺钉、螺栓等固接件稳定连接在前后两外壳3的连接端面之间,即可实现对壳内中心嵌件的固定,有效限制中心嵌件相对外壳内部高压元件前后移动或左右转动。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解,并且构成说明书的一部分,并与本申请的实施例一起,用于解释本申请,并不构成对本申请的限制。在附图中:

图1为气体绝缘高压电器用法兰及其与高压元件之间连接方式的示意图

图2为现有气体绝缘高压电器用隔板法兰的示意图;

图3为本申请提供的气体绝缘高压电器用隔板法兰的示意图;

图4为本申请提供的气体绝缘高压电器用隔板法兰所形成的绝缘盆结构的示意图。

图中,1表示隔板;2表示高压元件;3表示外壳;11表示隔板法兰;12表示绝缘介质;13表示中心嵌件;101表示法兰容纳腔;102表示矩形凹槽;4表示铣刀;5表示盘形刀具;122表示外沿容纳腔。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚,下面将结合本申请实施例的附图,对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于隔板法兰本身而言,指向隔板法兰内部所设中心嵌件的方向为内,反之为外;而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“前、后”的含义指的是使用者正对绝缘介质凹陷方向时,接近于使用者的方向即为前,接近于绝缘介质底部中心嵌件的方向即为后,而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请中所述的“上、下、左、右”的含义指的是使用者正对绝缘介质凹陷方向时,使用者的上方即为上,使用者的下方即为下,使用者的左边即为左,使用者的右边即为右,而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请提供一种气体绝缘高压电器用隔板法兰11,其以图1方式,设置在前后两外壳3的连接端面之间,用于连接外壳中固定中心嵌件13的绝缘介质12,配合外壳的连接端面共同限制绝缘介质移动,从而保证中心嵌件13与高压元件2之间稳定连接,保证绝缘介质对中心嵌件的绝缘隔离效果,保证气体绝缘高压电器中高压元件能够稳定运行。

参考图4所示,本申请所提供的隔板法兰11可通过浇注方式与绝缘介质一体成型。绝缘介质12由浇注模具定型并形成一向后凹陷的盆体,盆体凹陷所形成的底部内嵌设有中心嵌件13。由此,绝缘介质固定连接在隔板法兰和中心嵌件之间,形成一个完整隔板结构。该隔板结构通过外周的隔板法兰与外壳3端面所设置的法兰连接部连接固定,将中心嵌件限制在前后两外壳之间所形成的空腔内,由此,中心嵌件可通过其前后端面分别与前后外壳内的两高压元件电连接,形成高压元件之间的电通路,在外壳所密封形成的气体绝缘环境中实现高压电信号的有效传输。而绝缘介质又可为高压元件提供绝缘隔离保护,保障整体气体绝缘高压电器可靠运行。

由于环氧树脂等绝缘介质在浇注成型过程中具有一定的收缩性,因此,成型后的环氧树脂能够完全稳固地与中心嵌件粘接在一起,但隔板外周的环氧树脂通常会与隔板法兰的内表面之间因材料收缩而产生微小间隙。

为尽可能地限制此微小间隙所造成的绝缘介质与法兰隔板之间的相对运动的自由度,避免绝缘介质前后移动或相对隔板法兰转动而影响外壳内部高压元件绝缘性能,因此,本申请可先将镗刀伸入隔板法兰的内周,驱动隔板法兰自身圆周转动,由镗刀伸入隔板法兰中部沿隔板法兰内周径向由内到外运动切削隔板法兰的内周面中部,沿所述内周面的周向加工开设出环形分布的法兰容纳腔,通过法兰容纳腔的前后两侧壁抵接绝缘介质的外周边缘,实现对绝缘介质轴向的限位;然后,本申请还可进一步将铣刀4的刀头伸入隔板法兰的内部,沿法兰容纳腔的外侧边缘横向在隔板法兰的内周直接切削形成若干个间隔排列的外沿容纳腔122,利用具有弧形底部的外沿容纳腔卡接绝缘介质前后端面的外侧边缘,实现对绝缘介质周向转动的限位。

一般,为方便加工,本申请可将铣刀刀身直接沿隔板法兰的轴向水平横向伸入隔板法兰内部进行切削加工作业。由于铣刀4中固定刀身的夹具无需伸入隔板法兰内圈,其刀头夹具始终位于隔板法兰的外部,仅通过刀身即可实现对法兰容纳腔101外侧边缘的切削,在隔板法兰的前后端面内部开凿出外沿容纳腔122,实现对工件的切削作业,因此,本申请所提供的隔板法兰结构无需在法兰中心通孔位置预留较大行程空间供刀头上下往复进行作业。本申请的隔板法兰结构,其只要保证切削刀头的半径不超过隔板法兰内周半径,即可实现对隔板法兰内周的加工。因此,对于较小直径的隔板法兰,本申请只需根据法兰内径选择刀头较细的普通铣刀,配合通用的铣刀夹具即可实现对法兰结构内周的切削加工。铣刀加工深度和切削范围可根据隔板法兰所配合的外沿容纳腔122的圆弧尺寸进行相应调整。由此,本申请可根据隔板法兰尺寸在不同尺寸的隔板法兰中沿法兰容纳腔101的前后两端面边缘开设不同弧度大小的弧形凹槽作为外沿容纳腔,实现对绝缘介质周向的卡接固定。

由此,本申请可根据隔板法兰内径选择铣刀刀身直径,通过选择刀身较为细长的铣刀刀具切削形成配合隔板法兰尺寸的法兰容纳腔,而直接利用现有较小刀头的铣刀配合通用铣刀家夹具至少实现对内径约100mm的隔板法兰内周的切削加工,此加工尺寸远小于现有图2所示垂直加工方式下铣刀4不低于300mm的加工直径要求。本申请这种水平的切削工方式相对于现有通过铣刀垂直加工的方式,对刀头尺寸和夹具尺寸的限制更小,因此可通过简单选择较小尺寸的现有刀具实现与进口微型铣刀刀头类似的切削固定效果。外沿容纳腔122的弧形底面平滑向法兰容纳腔101边缘连接至隔板法兰连接端面的凸台过渡,但是,由于两容纳腔之间的连接位置形成有一定的夹角,因此,弧形凹槽依旧可利用其径向的深度以及边缘的夹角对绝缘介质前后两端外周的弧状外缘凸起结构实现限位卡接,从而通过弧形凹槽抵接绝缘介质的弧状外缘凸起结构,实现对绝缘介质外周旋转方向的限位,实现与矩形凹槽102相同的定位效果。

为保证绝缘介质整体受力均匀,保证绝缘介质各个方向的转动和偏移均能够被凹槽结构有效限制,因此,优选的,可进一步通过镗刀切割隔板法兰的内周面,使其内周面中部内凹形成沿所述内周面的周向分布成环形的法兰容纳腔101。而外沿容纳腔122可由铣刀切削,形成由隔板法兰的内周面边缘内凹并沿所述内周面的周向间隔分布在法兰容纳腔101前后至少一侧的外沿容纳腔122。优选方式下壳将上述各弧形凹槽结构的外沿容纳腔122设置为沿法兰容纳腔101边缘的凸台内周周向均匀分布。由此,一旦绝缘介质出现相对位移或相对转动,其外周各向受力均匀,对抗阻止绝缘介质脱离原先的固定位置,并且,有效避免绝缘介质在单一方向承受过大应力而出现变形或破损。

参照图3左侧所示,一般可通过选择较小直径的铣刀以配合法兰容纳腔的半径,对法兰容纳腔前后两侧边缘至隔板法兰连接端面所形成的凸台进行横向的切削加工。通过设置铣刀沿隔板法兰内周的切削深度可增大两凹槽边缘连接位置所形成的夹角角度,增强对绝缘介质的限位效果。一般,外沿容纳腔122所形成的的弧形凹槽的半径至少需要设置为小于法兰容纳腔101环形凹槽的内径,以在法兰容纳腔101前后两侧端面形成不连续的抵接夹角,实现对腔体内绝缘介质的限位抵接,避免绝缘介质沿腔体滑动。

为避免弧形底部的外沿容纳腔122开设过深影响隔板法兰结构强度,因此,本申请中一般设置弧形凹槽的切削深度不超过法兰容纳腔的开槽深度或者接近于法兰容纳腔101的开槽深度。即,图3右侧隔板法兰内周开槽最深位置的深度,一般不超过法兰容纳腔原本开槽深度,法兰容纳腔和外沿容纳腔的外缘保留有足够厚度的法兰圆盘结构,因此可以保证与外壳前后端面的连接强度,并保证对内部绝缘介质的限位强度。

一般而言,外沿容纳腔122的具体开设位置可任意选择在法兰容纳腔的周向前后两侧。但是,考虑到绝缘介质的受力状态,为尽可能保持隔板法兰内部绝缘介质受力均衡,避免其因为外界应力不均衡而产生相对隔板法兰轴向偏转的趋势,因此,优选实现方式下,可设置弧形凹槽以图3方式对称开设在法兰容纳腔周向四象限对称的4个位置,并设置且各外沿容纳腔122的弧形凹槽均位于同一径向平面内,由法兰容纳腔101的前、后两端分别延伸至隔板法兰的前、后两侧端面。由此,外壳3或中心嵌件所受应力可通过两组完全对称的凹槽均匀施加于隔板法兰和绝缘介质,保证上述连接限位结构尽可能均匀受力,避免其因受力不均衡发生偏转。

法兰容纳腔101的前、后两侧的各外沿容纳腔122可两两相对对称开设也可交错排列。两两相对的方式下,对称开设在法兰容纳腔101周向的4对外沿容纳腔122,可分别连通法兰容纳腔101的前后两侧,形成贯通隔板法兰前后连接端面的容纳腔。绝缘介质浇注时完全填充该容纳腔,形成较为厚实的连接结构卡接在法兰容纳腔101与外沿容纳腔122之间,由此可提供更大机械强度,避免绝缘介质边缘抵接外沿容纳腔122的单一弧状边缘凸起结构变形破碎而失去限位效果。

综上,本申请通过隔板法兰内部的两组凹槽结构形成法兰容纳腔101和外沿容纳腔122,通过两容纳腔在浇注过程中容纳并固化连接绝缘介质,以通过绝缘介质固定中心嵌件。本申请可通过浇注方式将绝缘介质的外周边缘嵌入设置在隔板法兰内周所形成的法兰容纳腔及外沿容纳腔内,限制绝缘介质及其内部所粘接固定的中心嵌件沿隔板法兰周向转动或沿隔板法兰轴向移动。本申请的法兰容纳腔及外沿容纳腔结构简单,可通过铣刀侧壁横向切削成型,易于加工制造,并且可通过普通加工机床及常规铣刀夹具配合现有的较小半径的铣刀刀身满足直径较小隔板法兰的加工要求。

本申请在隔板法兰内周开设法兰容纳腔,并在法兰容纳腔的前后两侧边缘沿隔板法兰轴向水平切削形成外沿容纳腔,在隔板法兰内侧设置中心嵌件,设置该中心嵌件在隔板绝缘介质浇注前装配于法兰内侧,在绝缘介质浇注后嵌入绝缘介质内部,并通过法兰容纳腔和外沿容纳腔连接至隔板法兰,实现法兰与绝缘介质之间的固定,形成用于气体绝缘高压电器的盆式绝缘子或金属圈法兰盆式绝缘子。

本申请采用水平方向切削的铣刀替代原先垂直方向切削的铣刀,可不将铣刀配套夹具伸入隔板法兰内部进行加工,能够适用对更小尺寸的法兰结构进行加工。本申请所提供的隔板法兰结构适用的法兰直径范围广,适用的制造条件不高,普通机床即可满足制造要求。

以上仅为本申请的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些均属于本申请的保护范围。

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