Гидравличесткое исполнительное устройство для электрического силового высоковольтного выключателя

 

Гидравлическое исполнительное устройство содержит цилиндр со ступенчатой полостью и поршень со штоком, установленный с возможностью перемещения вдоль штока в пределах большей ступени цилиндра. В верхней части цилиндра установлена тормозная шайба, в нижней части большей ступени цилиндра выполнена кольцевая проточка, а поршень выполнен с кольцевым выступом для взаимодействия с кольцевой проточкой и снабжен тормозным наконечником для взаимодействия с указанной тормозной шайбой. 1 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области высоковольтного аппаратостроения, а именно к гидравлическим исполнительным устройствам для силовых электрических высоковольтных выключателей, в частности выключателей с элегазовой изоляцией.

Гидравлические исполнительные устройства такого рода предназначены для быстрого включения и отключения подвижных контактных элементов силовых высоковольтных выключателей в зависимости от команды управления и должны обеспечивать такие параметры работы выключателей, как требуемые скорость и ускорение контактов и выполнение заданного коммутационного цикла (то есть определенной последовательности включений-отключений), обусловленного требованиями к работе выключателей в сети.

Известны гидроприводы типа АНМА фирмы ВВС [1], работающие с теми же выключателями, что и патентуемое исполнительное устройство, содержащие рабочий цилиндр, поршень со штоком и систему торможения для штока в конце его хода. Работа поршня основана на принципе дифференциального поршня. Для обеспечения заданной скорости движения контактов (и соответственно штока) давление рабочей жидкости в начале операции составляет 34 МПа.

Недостатком таких исполнительных устройств является постоянная по ходу движения поршня площадь сечения цилиндра и жесткое соединение поршня со штоком. Это приводит к тому, что жидкость под давлением действует на меньшую поверхность поршня в течение всего времени его движения вплоть до остановки, заполняя весь объем цилиндра над поршнем к концу операции. В таком продолжительном действии разгоняющей силы и, соответственно, расходе рабочей жидкости нет необходимости. Поэтому данная конструкция не обеспечивает работу выключателя в циклах, состоящих из более чем трех операций включения (отключения), а также усложняет процесс безударного торможения штока.

Для снижения расхода жидкости на одну операцию включения (отключения) в приводах типа АНМА уменьшена площадь поршня, что привело к повышению давления в гидросистеме. Это существенно усложняет конструкцию источника высокого давления и подвижных уплотнений.

Наиболее близким аналогом является привод [2], содержащий цилиндр с переменным по длине сечением, ступенчатый поршень, выполненный в виде системы, состоящей из двух поршней: первый представляет собой холостой поршень, движение которого ограничено участком цилиндра большего диаметра, который нагружает второй поршень со стороны его меньшей поверхности и имеет торцевую поверхность, увеличивающую рабочую поверхность всей системы.

Такая конструкция позволяет достичь необходимую скорость поршня на участке разгона за счет увеличения эффективной площади поверхности поршня в начале движения, а после ограничения хода холостого поршня добиться благоприятного энергобаланса за счет уменьшения расхода рабочей жидкости из источника высокого давления.

Недостаток такого цилиндра - действие разгоняющей силы на систему поршень-шток до момента окончания движения, обусловленное тем, что между штоком и плавающим поршнем расположен малый поршень, на поверхность которого воздействует рабочая жидкость под давлением. При значительной массе подвижных частей выключателя, жестко соединенных со штоком, это приводит к большим перегрузкам при торможении или к удару при остановке штока. Отсутствие же специальной системы торможения на холостом поршне приводит к ударам в конце хода этого поршня и к возможным разрушениям как самого поршня, так и участка, образующего переход от одной ступени цилиндра к другой. Кроме того, хотя в этом приводе расход рабочей жидкости на одну операцию и оптимизирован, часть жидкости расходуется бесполезно, усложняя задачу выполнения нескольких включений-отключений подряд.

Решаемой технической задачей является создание исполнительного устройства для электрического высоковольтного выключателя с элегазовой изоляцией, обеспечивающего его работу с выполнением цикла аварийного повторного включения (АПВ): O-0,3с- ВО-20с-ВО (где О - отключение, В - включение, 0,3с - первая бестоковая пауза, 20с - вторая бестоковая пауза). Такое исполнительное устройство должно обладать минимальным расходом жидкости на одну операцию, позволяющим достичь заданную скорость, и эффективной системой торможения поршня и штока, позволяющей произвести их безударную остановку с перегрузками, не превышающими допустимых значений.

Указанная техническая задача решается за счет того, что приводной механизм исполнительного устройства выполнен состоящим из цилиндра со ступенчатой полостью, поршня со штоком, причем поршень установлен с возможностью перемещения вдоль штока в пределах большей ступени цилиндра, верхний конец штока выполнен с возможностью соединения с подвижными контактами дугогасительного устройства, нижний конец штока снабжен тормозным наконечником, надпоршневая полость соединена с источником высокого давления при отключении, а подпоршневая полость - с источником высокого давления при включении, отличающийся тем, что в верхней части цилиндра установлена дополнительно введенная тормозная шайба с центральным отверстием, в нижней части большей ступени цилиндра выполнена кольцевая проточка, а поршень выполнен с кольцевым выступом для взаимодействия с кольцевой проточкой и снабжен профилированным тормозным наконечником для взаимодействия с указанной тормозной шайбой, зазор между штоком и поршнем герметизирован уплотнением, тормозной наконечник штока содержит две ступени, одна из которых выполнена с плавно уменьшающейся к нижнему концу площадью поперечного сечения и имеет диаметр, равный диаметру меньшей ступени цилиндра, а другая ступень тормозного наконечника штока выполнена с возможностью взаимодействия с дополнительно установленной в нижней части меньшей ступени цилиндра тормозной шайбой с центральным отверстием, длина большей ступени цилиндра равна расчетному пути разгона поршня, а длина меньшей ступени цилиндра не менее расчетного пути торможения штока.

Ограничение хода поршня размерами ступени цилиндра большего диаметра уменьшает расход рабочей жидкости из источника высокого давления до минимально возможного, так как жидкость расходуется только на участке разгона поршня. Это создает благоприятные условия для работы источника высокого давления и позволяет обеспечить выполнение заданного цикла работы выключателя. Движение штока после остановки поршня не требует дополнительного расхода жидкости, так как зазор между штоком и поршнем герметизирован по крайней мере одним уплотнением.

Первая ступень тормозного наконечника штока, плавно уменьшающая проходное сечение для истечения жидкости из-под поршня при подходе системы поршень-шток к входу в меньшую ступень цилиндра, позволяет плавно затормозить поршень, для окончательной остановки которого служат кольцевой выступ на поршне и кольцевая канавка в нижней части большей ступени цилиндра.

Наличие уплотнений между поршнем и штоком не позволяет жидкости под давлением действовать на верхнюю поверхность первой ступени торможения штока, разгоняя шток. Это значительно облегчает задачу безударной остановки штока, так как для этого необходимо погасить только силу инерции штока и подвижных частей выключателя, для чего служит вторая ступень торможения штока и тормозная шайба, расположенная в нижней части меньшей ступени цилиндра. Большая площадь поршня позволяет получить значительную разгоняющую силу и достигнуть заданной скорости на начальном участке.

На чертеже схематически изображен продольный разрез гидравлического исполнительного устройства. Высоковольтный выключатель, соединенный со штоком, не показан. Исполнительное устройство содержит цилиндр 1 с двумя ступенями различного диаметра, поршень 2, установленный с возможностью перемещения вдоль штока 3. Поршень имеет профилированный наконечник 4, взаимодействующий с тормозной шайбой 5, расположенной в верхней части цилиндра, и кольцевой выступ 6, взаимодействующий с кольцевой проточкой 7. Шток имеет две ступени торможения: первую 8, в которой выполнены проточки 9, с плавно изменяющейся по направлению к поршню площадью сечения, и вторую 10, представляющую собой усеченный конус, взаимодействующий с тормозной шайбой 11, расположенной в нижней части цилиндра. Между штоком и поршнем, штоком и крышкой цилиндра, поршнем и стенками большей ступени цилиндра расположены подвижные уплотнения 12. Фиксатор положения штока, укрепленный на стакане, расположенном на верхней крышке цилиндра, на чертеже не показан.

Переключающий клапан 13 и источник высокого давления 14 на чертеже показаны схематически. На чертеже цилиндр изображен в положении "включено".

Операция размыкания происходит следующим образом. При поступлении сигнала переключающий клапан соединяет подпоршневую полость со сливом. Надпоршневая полость остается соединенной с источником высокого давления 14. Под действием разности давлений в подпоршневой и надпоршневой полостях поршень 2 начинает разгоняться.

При подходе системы поршень-шток к меньшей ступени цилиндра его проходное сечение частично перекрывается первой ступенью торможения 8, что приводит к росту противодавления с нижней стороны поршня 2 и в результате к уменьшению суммарной силы, разгоняющей поршень. С этого момента площадь истечения рабочей жидкости из-под поршня определяется плавно уменьшающейся по направлению к поршню площадью проточек 9 в первой ступени торможения 8. Таким образом, в процессе движения поршня наступает момент, когда вход в малый цилиндр перекрывается полностью, равнодействующая сил давления на поршень становится равна нулю и дальнейшее движение поршня происходит по инерции. Для безударной остановки поршня теперь необходимо погасить только его силу инерции, для чего служат кольцевые выступ 6 и канавка 7, расположенные на поршне и переходе из большей ступени цилиндра в меньшую соответственно.

После остановки поршня 2 дальнейшее движение штока 3 также происходит по инерции, потому что наличие уплотнении между штоком и поршнем и между поршнем и стенками цилиндра 12 не позволяет жидкости под давлением воздействовать на верхнюю поверхность первой ступени торможения 8, что облегчает задачу плавного гашения инерции штока, соединенного с подвижными частями выключателя и их безударной остановки. Это достигается при входе второй ступени тормозного наконечника штока 10 в тормозную шайбу 11, расположенную в нижней части цилиндра 1 в конце хода штока.

В начале операции включения поршень и шток находятся в своих крайних нижних положениях. При поступлении сигнала на включение клапан 13 соединяет подпоршневую полость рабочего цилиндра с источником высокого давления. Под действием рабочего давления на нижнюю поверхность штока он начинает двигаться вверх. После соприкосновения верхней поверхности первой ступени тормозного наконечника штока с поршнем дальнейшее движение происходит за счет разности эффективных площадей сверху и снизу поршня, воспринимающих давление жидкости. Эффективная площадь снизу превышает верхнюю на величину, равную площади сечения штока. Остановка системы шток-поршень происходит при помощи взаимодействия тормозного выступа поршня 4 и тормозной шайбы 5, расположенной в верхней части цилиндра.

Таким образом, заявляемое конструктивное исполнение позволяет решить задачу создания гидравлического исполнительного устройства для силового высоковольтного выключателя с элегазовой изоляцией, обеспечивающего выполнение им "длинного" цикла аварийного повторного включения О-0,3с-ВО-20с-ВО, обладающего эффективной системой безударного торможения подвижных частей выключателя и минимальным расходом рабочей жидкости на одну операцию, обеспечивающим требуемую скорость контактов выключателя.

Формула изобретения

1. Гидравлическое исполнительное устройство для электрического силового высоковольтного выключателя с приводным механизмом, состоящим из цилиндра со ступенчатой полостью, поршня со штоком, причем поршень установлен с возможностью перемещения вдоль штока в пределах большей ступени цилиндра, верхний конец штока выполнен с возможностью соединения с подвижными контактами дугогасительного устройства, нижний конец штока снабжен тормозным наконечником, надпоршневая полость соединена с источником высокого давления при отключении, а подпоршневая полость - с источником высокого давления при включении, отличающееся тем, что в верхней части цилиндра установлена дополнительно введенная тормозная шайба с центральным отверстием, в нижней части большей ступени цилиндра выполнена кольцевая проточка, а поршень выполнен с кольцевым выступом для взаимодействия с кольцевой проточкой и снабжен профилированным тормозным наконечником для взаимодействия с указанной тормозной шайбой, зазор между штоком и поршнем герметизирован уплотнением, тормозной наконечник штока содержит две ступени, одна из которых выполнена с плавно уменьшающейся к нижнему концу площадью поперечного сечения и имеет диаметр, равный диаметру меньшей ступени цилиндра, а другая ступень тормозного наконечника штока выполнена с возможностью взаимодействия с дополнительно установленной в нижней части меньшей ступени цилиндра тормозной шайбой с центральным отверстием, длина большей ступени цилиндра равна расчетному пути разгона поршня, а длина меньшей ступени цилиндра не менее расчетного пути торможения штока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что центральные отверстия тормозных шайб выполнены профилированными для беззазорного соединения с соответствующими тормозными наконечниками.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шток снабжен фиксатором положения.

РИСУНКИ

Рисунок 1