Гидравлический привод для силового высоковольтного выключателя

 

Изобретение предназначено для использования в гидравлических приводах для силовых высоковольтных выключателей, преимущественно в приводах элегазовых выключателей. Технический результат состоит в упрощении конструкции и повышении надежности при резких перепадах температуры эксплуатации. Привод содержит гидравлический цилиндр с поршнем и штоком, связанным с подвижным контактом выключателя, насосный агрегат, гидросистему с предохранительным клапаном, с реле максимального и реле минимального давления, и накопитель энергии. Накопитель энергии выполнен в виде газогидравлического аккумулятора со сферическим корпусом и сферической эластичной диафрагмой для герметичного разделения сред. Предварительное давление газа при зарядке аккумулятора принято равным минимальному рабочему давлению рабочей жидкости в гидросистеме при максимальной температуре эксплуатации, а объем корпуса выбран с возможностью автоматической компенсации падения давления газа при снижении этой температуры. В газовой полости корпуса аккумулятора установлено устройство сигнализации уровня рабочей жидкости. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к высоковольтному аппаратостроению, а именно к гидравлическим приводам высоковольтных выключателей, преимущественно к приводам элегазовых выключателей с дугогасительным устройством автокомпрессионного типа.

Известны гидравлические приводы высоковольтных выключателей, в которых в качестве источника давления используются пневмогидроаккумуляторы, (см. Александров Г. Н. Проектирование электрических аппаратов. Л: Энергоиздат, 1985, с. 259). Такой привод содержит рабочий силовой цилиндр, поршень которого посредством штока соединен с подвижными контактами дугогасительных устройств; пневмогидроаккумулятор, представляющий собой толстостенный цилиндр, разделенный поршнем на пневматическую полость, заполненную рабочей жидкостью (маслом), которая постоянно гидравлически сообщается с надпоршневой полостью рабочего цилиндра; клапан управления с пусковыми электромагнитами, с помощью которого подпоршневая полость рабочего цилиндра сообщается либо с гидравлической полостью аккумулятора, либо со сливной емкостью; насосный агрегат для перекачки отработанной рабочей жидкости из сливной емкости в гидравлическую полость аккумулятора.

Недостатком такого устройства является отсутствие надежной герметичности узлов уплотнения подвижного поршня пневмогидроаккумулятора. Кроме того, возможные перекосы уплотнения и разные значения коэффициента трения в покое и в движении создают нестабильность скоростных характеристик привода.

Известен привод, (германский патент DE 3611497 от 08.10.87, H 01 H 33/53), в котором в качестве энергоносителя используется пакет тарельчатых пружин, непосредственно контактирующий с подвижным поршнем гидроаккумулятора, либо передающий усилие на указанный поршень через тянущие шпильки.

Недостатком этой конструкции является сложность изготовления мощных тарельчатых пружин большого диаметра, нестабильность динамических характеристик, обусловленная трением между пружинами и повышенной их жесткостью по сравнению с жесткостью газовых систем.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является приводное устройство для силового высоковольтного выключателя с элегазовой изоляцией, (решение о выдаче патента РФ N 2108635 по заявке 96113383/09(019371), МПК H 01 H 33/53). Оно содержит рабочий цилиндр с поршнем и штоком и накопитель энергии, заключенные в корпус. Накопитель энергии выполнен в виде заполненного сжатым газом сильфона, герметично закрытого верхней и нижней крышками, причем верхняя крышка подвижна, устройство снабжено гидроаккумулятором, размещенным между основанием рабочего цилиндра и подвижной крышкой газового сильфона. Корпус приводного устройства образован центральной силовой крышкой, несущими стойками, одним концом разъемно закрепленными к ней, верхней крышкой с выходным отверстием для штока поршня, кожухом и корпусом накопителя энергии, причем другой конец несущих стоек разъемно закреплен к верхней крышке. Корпус накопителя энергии включает в себя нижнюю крышку газового сильфона и цилиндрический патрубок, охватывающий силовую и нижнюю крышки и разъемно соединенный с ними, а кожух выполнен из продольных цилиндрических сегментов, охватывающих силовую и верхнюю крышки и разъемно прикрепленных к несущим стойкам. На несущих стойках смонтировано вспомогательное оборудование. Внутри корпуса установлены нагревательные элементы, а внутренняя поверхность корпуса имеет теплоизолирующее покрытие.

Недостатком приводного устройства является сложность и ненадежность конструкции накопителя энергии, обусловленная наличием большого количества подвижных относительно друг друга узлов и деталей, перекосами и заклиниванием. Кроме того, для эксплуатации в условиях резкого перепада температур внутри корпуса должны устанавливаться нагревательные элементы, внутренние поверхности должны иметь теплоизолирующие покрытия, а приводное устройство должно снабжаться системой терморегулирования. Это еще более усложняет конструкцию и снижает надежность работы изделия.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности при резких перепадах температуры эксплуатации.

Это достигается тем, что в известном приводе, содержащем гидравлический цилиндр с поршнем и штоком, связанным с подвижным контактом выключателя, насосный агрегат, гидросистему с предохранительным клапаном, с реле максимального и реле минимального давления, и накопитель энергии, накопитель энергии выполнен в виде газогидравлического аккумулятора со сферическим корпусом и сферической эластичной диафрагмой для герметичного разделения сред, причем предварительное давление газа при зарядке аккумулятора принято равным минимальному рабочему давлению рабочей жидкости в гидросистеме при максимальной температуре эксплуатации, а объем корпуса выбран с возможностью автоматической компенсации падения давления газа при снижении этой температуры. В газовой полости корпуса аккумулятора установлено устройство сигнализации уровня рабочей жидкости, задатчик которого связан с полюсом диафрагмы, а формирователь выходных сигналов смонтирован на крышке корпуса и снабжен соединителем с герметичной вилкой.

Предлагаемый накопитель энергии не имеет подвижных трущихся между собой деталей, поэтому не подвержен перекосам и заклиниванию. Газовая полость и полость рабочей жидкости разделены непроницаемой эластичной диафрагмой и выполнены герметичными, а диафрагма не испытывает растягивающих напряжений, поскольку уравновешена одинаковым давлением с обеих полостей. Это значительно повышает надежность работы привода. Кроме того, привод обеспечивает работу в широком диапазоне температур, например от -50 до +50^oC. Предварительное давление газа при зарядке аккумулятора принято равным минимальному рабочему давлению рабочей жидкости в гидросистеме при максимальной температуре эксплуатации. В этом случае требуемый полезный объем рабочей жидкости будет достигнут при максимальном рабочем давлении в гидросистеме. С понижением температуры эксплуатации, давление газа в газовой полости будет снижаться. На такую же величину упадет давление в полости рабочей жидкости. При достижении минимального рабочего давления в гидросистеме реле минимального давления включает насосный агрегат, и рабочее давление автоматически повышается до максимального, определяемого настройкой реле максимального давления. В случае повышения температуры эксплуатации, начнет повышаться давление в газовой полости и соответственно в полости рабочей жидкости, но наличие предохранительного клапана ограничит повышение этого давления величиной максимального рабочего давления. Этот эффект достигается благодаря тому, что объем корпуса выбран с возможностью автоматической компенсации падения давления газа при снижении температуры эксплуатации, что невозможно добиться в случае использования сильфонов из-за его ограниченного хода и большей жесткости по сравнению с жесткостью газовых систем.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема гидравлического привода; на фиг. 2 изображен общий вид газогидравлического аккумулятора.

Гидравлический привод содержит рабочий цилиндр 1 с подпоршневой 2 и надпоршневой 3 полостями, с поршнем 4 и штоком 5, связанным с подвижными контактами 6 выключателя, бак 7, насосный агрегат 8, блок управляющих клапанов 9, гидравлическую систему с реле минимального давления 10, реле максимального давления 11, с предохранительным клапаном 12 и накопителем энергии 13. Накопитель энергии выполнен в виде газогидравлического аккумулятора, состоящего из сферического корпуса 14, фланец 15 которого жестко связан с рабочим цилиндром. Внутри корпуса установлена сферическая эластичная диафрагма 16, разделяющая полость рабочей жидкости 17 от газовой полости 18. Диафрагма герметично зажата между корпусом и крышкой 19 с помощью гайки 20, выполнена из двух разнотолщинных частей, разделенных поясом жесткости 21, и снабжена полюсной шайбой 22. В газовой полости аккумулятора установлено устройство сигнализации уровня рабочей жидкости, задатчик 23 которого связан с полюсной шайбой, а формирователь 24 электрических сигналов смонтирован на крышке корпуса и снабжен соединителем 25 с герметичной вилкой. В крышке корпуса установлено устройство 26 для заправки аккумулятора газом. Шток во включенном положении дополнительно удерживается фиксатором 27. Диафрагма условно изображена в трех положениях: положение А соответствует газогидравлическому аккумулятору, заряженному газом, но при отсутствии давления в полости рабочей жидкости; положение Б соответствует газогидравлическому аккумулятору, заряженному газом при рабочем давлении рабочей жидкости в требуемом объеме при нормальной температуре эксплуатации; положение В - аналогично предыдущему положению, но при пониженной температуре эксплуатации.

Гидравлический привод работает следующим образом. Операция размыкания происходит при поступлении сигнала на соответствующий электромагнит блока управляющих клапанов 9, который обеспечивает сброс давления рабочей жидкости из-под поршневой полости 2 цилиндра 1 в бак 7. Поршень 4 со штоком 5 под действием разницы давлений движется вниз, размыкая контакт 6 выключателя. Увеличение объема надпоршневой полости 3 компенсируется расходом рабочей жидкости из полости 17 газогидравлического аккумулятора. При этом последняя уменьшается в объеме, а газовая полость 18 увеличивается, перемещая диафрагму 16 с полюсной шайбой 22 вверх. Перемещение полюсной шайбы через задатчик 23 воздействует на формирователь 24, сигнализируя о положении диафрагмы или об объеме рабочей жидкости в аккумуляторе. В отключенном состоянии поршень 4 со штоком 5 удерживается внизу за счет давления в надпоршневой полости 3. Для осуществления операции включения сигнал управления поступает на соответствующий электромагнит блока управляющих клапанов 9, который обеспечивает подвод рабочей жидкости под высоким давлением из полости 17 в подпоршневую полость 2 гидроцилиндра 1. При этом на поршень 4 с двух сторон действует высокое давление, но за счет разницы площадей поршень 4 со штоком 5 будет перемещаться вверх, замыкая контакты 6 выключателя. Во включенном положении шток 5 удерживается специальным фиксатором 27. При снижении температуры эксплуатации давление газа в полости 18 будет падать. На такую же величину упадет давление в полости рабочей жидкости 17. При достижении минимального рабочего давления в гидросистеме реле минимального давления 10 включает насосный агрегат 8, и рабочее давление автоматически повышается до максимального, определяемого настройкой реле максимального давления 11. В случае повышения температуры эксплуатации, начнет повышаться давление в газовой полости 18 и соответственно в полости рабочей жидкости 17, но наличие предохранительного клапана 12 в гидравлической системе ограничит повышение этого давления величиной настройки клапана на максимальное рабочее давление. Полезный объем корпуса аккумулятора и объем полости рабочей жидкости выбраны из условия возможности осуществления полного цикла аварийной защиты выключателя по ГОСТ 687. Корпус аккумулятора рассчитывается на максимальное рабочее давление 32 МПа. Работа гидравлического привода в северном, умеренном или тропическом климате определяется величиной давления газа предварительной зарядки аккумулятора.

Заявляемый гидравлический привод изготовляется и испытывается на универсальном оборудовании. Основные узлы проверены на работоспособность.

Таким образом, результаты практической реализации данного привода позволяют установить соответствие его условиям патентоспособности изобретения, а именно: новизне, изобретательскому уровню и промышленной применимости.

Формула изобретения

1. Гидравлический привод для силового высоковольтного выключателя, содержащий гидравлический цилиндр с поршнем и штоком, связанным с подвижным контактом выключателя, насосный агрегат, гидросистему с предохранительным клапаном, с реле максимального и реле минимального давления, и накопитель энергии, отличающийся тем, что накопитель энергии выполнен в виде газогидравлического аккумулятора со сферическим корпусом и сферической эластичной диафрагмой для герметичного разделения сред, причем предварительное давление газа при зарядке аккумулятора принято равным минимальному рабочему давлению рабочей жидкости в гидросистеме при максимальной температуре эксплуатации, а объем корпуса выбран с возможностью автоматической компенсации падения давления газа при снижении этой температуры.

2. Гидравлический привод по п.1, отличающийся тем, что в газовой полости корпуса аккумулятора установлено устройство сигнализации уровня рабочей жидкости, задатчик которого связан с полюсом диафрагмы, а формирователь выходных сигналов смонтирован на крышке корпуса и снабжен соединителем с герметичной вилкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2