CN104134586B - 火药气体驱动式超高速操动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火药气体驱动式超高速操动机构。火药气体驱动式超高速操动机构，包括具有分闸位和合闸位的传动件、驱动传动件运动的空包弹发射装置，空包弹发射装置包括枪机、复进簧和撞针，枪机具有后退位和前进位，空包弹发射装置设有两个，分别设置在传动件分合闸运动方向的两侧并分别设有对应的枪管，两枪管的喷射口均朝向传动件并且轴线相互平行，两枪管在与枪管轴线平行的直线上的投影具有重合段，两空包弹发射装置的枪机上分别固连有活塞导杆；各活塞导杆均是导向密封插设于设置在对应侧的导气腔内，任意一侧的枪管与另一侧的导气腔之间通过对应设置的导气通道连通。上述火药气体驱动式超高速操动机构能够实现断路器快速分闸和快速合闸。

Description

火药气体驱动式超高速操动机构

技术领域

本发明涉及火药气体驱动式超高速操动机构。

背景技术

一些高压断路器在开断时会产生一个大电流，因此对开断时间有着明确的要求，例如，某电压等级为320kV直流电网中，发生短路时直流侧电流的上升速度为3.5kA/ms，假定正常运行时线路上电流值为2kA，2ms后线路上的短路电流可以达到9kA，即一个能开断9kA电流的高压直流断路器必须在2ms的时间内能快速动作，切断电流。而现有的弹簧操动机构、液压操动机构的分闸速度均无法实现在如此短的时间内开断断路器；而磁力机构，速度能够满足双断口或者多断口断路器，但是其制造难度很高；斥力机构，速度勉强达到要求，理论上可以达到60m/s，但是存在行程短的问题。

申请号为94246009.X，授权公告日为1995-09-06的中国专利公开了一种发射式操动机构，包括用于向相应的分合闸机构传递驱动力的传动件，所述传动件具有与分合闸机构对应的分闸位和合闸位，所述传动件的底端是活塞形式并滑动密封装配在相应的活塞缸内，能够在活塞缸内导向运动，活塞缸底部设有与活塞腔连通的进气口。发射式操动机构还包括与所述进气口连通的用于向活塞腔内喷入高压气体的空包弹发射装置，该空包弹发射装置包括枪机、复进簧、用于安装空包弹的枪膛、击发空包弹的撞针、击发撞针的击发机构和供弹机构等，所述枪机在其运动行程上具有在外力作用下克服复进簧的作用力而带动撞针运动到储能位的后退位和用于在复进簧的作用下推动空包弹上膛的前进位，其原理与现有枪机后座式自动枪械的原理相同，空包弹上膛后，击发机构释放撞针，撞针击发空包弹，空包弹产生高压气体喷入活塞腔并推动传动件运动从而带动断路器高速合闸，同时高压气体推动枪机向下退回，该过程中枪机压缩复进簧，并且依靠抛壳机构将打空的弹壳抛出，撞针运动到待击发位置在击发机构挡止下处于待击发状态，气体从枪膛排出后，枪机在复进簧的作用下复进，配合供弹机构将下一发空包弹上膛。但是，上述发射式操动机构只能够实现快速合闸，而无法实现快速分闸。并且，由于采用了枪机后座式结构，弹壳在火药燃气的作用下会膨胀贴膛，若弹壳过长或膛压过高，会导致弹壳抽壳不畅，甚至导致弹壳断裂，这就限制了所用弹药的威力，不利于操动机构动作速度的提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现断路器快速分闸和快速合闸的火药气体驱动式超高速操动机构。

本发明采用的技术方案是：火药气体驱动式超高速操动机构，包括用于向相应的分合闸机构传递驱动力的传动件、驱动传动件运动的空包弹发射装置，所述传动件具有分闸位和合闸位，所述空包弹发射装置包括枪机、复进簧和撞针，所述枪机在其运动行程上具有带动撞针运动到储能位的后退位和用于在复进簧的作用下推动空包弹上膛的前进位，所述空包弹发射装置设有两个，两空包弹发射装置分别设置在传动件分合闸运动方向的两侧并分别设有对应的枪管，两所述枪管的喷射口均朝向传动件并且轴线相互平行间隔设置，两枪管在与枪管轴线平行的直线上的投影具有重合段，两空包弹发射装置的枪机上分别固连有朝向传动件悬伸的活塞导杆；各活塞导杆均是导向密封插设于设置在对应侧的导气腔内，任意一侧的枪管与另一侧的导气腔之间通过对应设置的导气通道连通。

所述传动件朝向分合闸方向两侧的端面上分别设有供两枪管的对应端部导向密封插设的盲孔，各所述盲孔的孔壁上均设有用于连通盲孔内部与外界大气的泄气孔。

所述导气腔是由传动件分合闸方向两侧的端面上分别与两侧活塞导杆对应的导气盲孔构成。

各所述盲孔均具有在传动件运动到合闸位或分闸位时供对应侧枪管管口的口沿顶压密封的燃烧腔底壁。

所述枪管上套设有用于与燃烧腔的内壁导向密封配合的闭气环。

所述盲孔具有内径大于枪管直径而与枪管的对应外周面之间形成用于收集火药残渣的空间的残渣收集段。

所述泄气孔是贯通设置在残渣收集段的腔侧壁上。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，由于在传动件分合闸运动方向的两侧均设有一个空包弹发射装置，因此传动件能够分别依靠对应的空包弹发射装置由合闸位运动到分闸位，或者从分闸位运动到合闸位，从而依靠火药气体驱动实现快速分闸和快速合闸，并且，由于两空包弹发射装置的枪机上分别固连有朝向传动件悬伸的活塞导杆；各活塞导杆均是导向密封插设在对应侧的导气腔内，任意一侧的枪管与另一侧的导气腔之间通过对应设置的导气通道连通，因此，任意一侧空包弹击发后产生的火药气体能够通过对应的导气通道进入连接件另一侧的导气腔，从而驱动对应导气腔内的活塞导杆带动枪机由前进位运动到后退位，避免了采用枪机后座式结构对弹药威力的限制，能够实现足够的分合闸速度，可靠性高。两所述枪管间隔平行设置并在与枪管轴线平行的直线上的投影具有重合段，能够减少操动机构沿分合闸方向的尺寸，结构紧凑。

附图说明

图1：本发明火药气体驱动式超高速操动机构的一个实施例中右侧的空包弹发射装置退壳状态的示意图；

图2：图1中右侧的空包弹发射装置待击发状态的示意图。

图中各附图标记对应的名称为：1机匣，2复进簧，3传动件，4枪机，41活塞导杆，5撞针，6撞针弹簧，7击发装置，8闭气环，9枪管，10空包弹，11弹匣，12燃烧腔，121燃烧腔底壁，13泄气孔，14导气腔，15导气通道。

具体实施方式

本发明火药气体驱动式超高速操动机构的一个实施例如图1~图2所示，用于200KV以上等级的单断口直流断路器，包括沿分合闸运动的左右方向导向移动设置的传动件3、设置在传动件3左右两侧的空包弹发射装置。

各空包弹发射装置结构相同，均可以参考现有的自动枪械的结构，能够实现空包弹10的上膛、击发和抛壳，包括机匣1、供弹具、设置在机匣1前端而形成喷射口的枪管9，各枪管9的喷射口均朝向传动件3；供弹具采用弹匣11，当然，在其他实施例中也可以采用弹链或弹鼓等；本实施例中，两所述枪管9的轴线相互平行，并在垂直与枪管轴线的径向上相互间隔设置，两枪管9在与枪管轴线平行的直线上的投影具有重合段，能够减小操动机构在分合闸方向上的尺寸。机匣1内设有沿左右方向导向移动装配的枪机4、顶压在枪机4上的复进簧2，枪机4在其运动行程上具有在外力作用下带动撞针5运动到储能位的后退位，还具有在复进簧2的作用下推动空包弹10上膛的前进位。枪机4上设有左右贯通的撞针5通孔，供对应的撞针5通过。机匣1内还设有撞针弹簧6和对撞针5挡止限位而储能或释放撞针5以击发空包弹10的击发装置7，该击发装置7可以根据实际情况采用机械击发或电磁击发，本实施例中采用的是电磁击发，便于实现电控。两侧空包弹发射装置的枪机4上分别固设有朝向传动件3悬伸的活塞导杆41。

传动件3与两空包弹发射装置对应的左右端面上分别设有供两枪管9的对应端部导向密封插设的盲孔，构成燃烧腔12，两盲孔的轴线也是相互平行，并在径向上并排设置，各枪管9能够沿左右方向导向移动插设在对应的燃烧腔12内，实现传动件3的导向移动。各枪管9前端上均套设有用于与燃烧腔12的内壁导向密封配合的闭气环8，该闭气环8一方面能够防止火药气体从枪管9与传动件3之间的连接处泄出，实现密封闭气；另一方面能够保证枪管9与传动件3中的燃烧腔12的同轴度，尽量减少偏心，实现更好的导向。传动件3左右两侧的端面上还分别设有供对应侧的活塞导杆41导向密封插设的导气盲孔，构成导气腔14，左侧的燃烧腔12与右侧的导气腔14之间、右侧的燃烧腔12与左侧的导气腔14之间均设有导气通道15，分别将左侧的燃烧腔12与右侧的导气腔14、右侧的燃烧腔12与左侧的导气腔14连通。左侧的火药气体进入右侧的导气腔14后，能够推动右侧的活塞导杆41向右运动，进而带动右侧的枪机4向右运动，从前进位运动到后退位。

各所述燃烧腔12均具有在对应侧的枪管9运动到设定的合闸位或分闸位时供枪管管口的口沿顶压密封的燃烧腔底壁121，保证传动件3在空包弹10被击发后的迅速动作。燃烧腔12具有内径大于枪管9直径的残渣收集段，该段内壁与枪管9的对应外周面之间形成用于收集火药残渣的空间，保证枪管9在传动件3内不会受火药残渣的影响而出现卡滞。导气腔14的腔壁上连通设置有泄气孔13，用于与外界大气相通，其孔径为设定值，既能够保证火药气体不致于快速泄出以在燃烧腔内形成高压而满足传动件的动作需求，又可以保证传动件完成一个运动行程后供火药气体排出，使燃烧腔12和导气腔14内的压力与外部大气一致，以满足下次反向运动的需要。在本实施例中，泄气孔13对应与枪机4的运动行程设置在导气腔14左右两侧的端部，在枪机4运动到后退位时开放，运动到前进位时闭合，能够保证枪机4的可靠动作。

定义传动件3向右运动为分闸，向左运动为合闸，使用时，首先在一侧的空包弹发射装置内装入弹匣11，例如右侧，将该侧枪机4由前进位拉动到后退位，使撞针5克服撞针弹簧6的弹力运动到储能位并由击发装置7挡止限位而处于待击发状态，松开枪机4，使枪机4在复进簧2作用下运动到前进位并将进入机匣1内的空包弹10上膛，如图2所示。合闸时，向右侧的击发装置7发出电信号，击发装置7动作释放右侧的撞针5，撞针5撞击空包弹10引燃底火并产生大量火药气体，驱动传动件3向左以满足设定要求的高速运动到合闸位，同时，部分火药气体从导气通道15进入到传动件左侧的导气腔14，驱动左侧的活塞导杆41向左运动，使左侧的枪机4从前进位运动到后退位，同时对应的拉壳钩动作将左侧空包弹发射装置击发后的打空弹壳拉出并抛出机匣1（拉壳钩是现有技术中的已知机构，是本领域技术人员能够实现的，图中未示出），并将撞针5顶回储能位。传动件3运动到合闸位后，左侧的枪机4运动到后退位，然后在复进簧2作用下朝向前进位运动，并将供弹具推入机匣1的空包弹10推入枪管9上膛，完成合闸动作，等待左侧空包弹发射装置击发，火药气体逐渐从泄气孔13中排出。同样，左侧空包弹发射装置击发后能够实现高速分闸，并驱动右侧的枪机4动作，将右侧空包弹发射装置上膛。

在上述实施例中，空包弹发射装置的喷射口采用的是枪管9，传动件3是导向密封套设在枪管9上，并且传动件3上的对应燃烧腔的腔壁上设有泄气通道13，在其他实施例中，空包弹发射装置也可以采用其他形式，例如将喷射口设置成类似背景技术中活塞缸的形式，使传动件3作为活塞导向密封插设在活塞缸内，同样可以实现对传动件3的驱动，此时，燃烧腔是由活塞缸的侧壁和传动件的对应端面围成，而泄气通道也可以设置在传动件3上或者活塞缸的缸体上；再如，喷射口与传动件之间也可以不设置燃烧腔，而是直接对准传动件的对应端面设置，此时，可以另外设置两只与两侧的活塞导杆41分别对应的导气缸，并使用相应的导气管道将其中一侧的导气缸与另一侧的枪管连通，同样能够依靠一侧的空包弹产生的火药气体驱动另一侧的枪机动作。另外，上述实施例中传动件3上的燃烧腔12具有供枪管9管口的口沿顶压密封的燃烧腔底壁121，并且燃烧腔12设置有残渣收集段，在其他实施例中，燃烧腔底壁121也可以和枪管9管口分离一段设定的间隙，而残渣收集段是非必须结构，在其他实施例中也可以省去或者替换成其他形式，例如在燃烧腔12侧壁的下部设置相应的残渣容纳槽。

Claims (7)

1.火药气体驱动式超高速操动机构，包括用于向相应的分合闸机构传递驱动力的传动件、驱动传动件运动的空包弹发射装置，所述传动件具有分闸位和合闸位，所述空包弹发射装置包括枪机、复进簧和撞针，所述枪机在其运动行程上具有带动撞针运动到储能位的后退位和用于在复进簧的作用下推动空包弹上膛的前进位，其特征在于：所述空包弹发射装置设有两个，两空包弹发射装置分别设置在传动件分合闸运动方向的两侧并分别设有对应的枪管，两所述枪管的喷射口均朝向传动件并且轴线相互平行间隔设置，两枪管在与枪管轴线平行的直线上的投影具有重合段，两空包弹发射装置的枪机上分别固连有朝向传动件悬伸的活塞导杆；各活塞导杆均是导向密封插设于设置在对应侧的导气腔内，任意一侧的枪管与另一侧的导气腔之间通过对应设置的导气通道连通。

2.根据权利要求1所述的火药气体驱动式超高速操动机构，其特征在于：所述传动件朝向分合闸方向两侧的端面上分别设有供两枪管的对应端部导向密封插设的第一盲孔，各所述第一盲孔的孔壁上均设有用于连通盲孔内部与外界大气的泄气孔。

3.根据权利要求2所述的火药气体驱动式超高速操动机构，其特征在于：所述导气腔是由传动件分合闸方向两侧的端面上分别与两侧活塞导杆对应的导气盲孔构成。

4.根据权利要求2所述的火药气体驱动式超高速操动机构，其特征在于：各所述第一盲孔均具有在传动件运动到合闸位或分闸位时供对应侧枪管管口的口沿顶压配合以实现密封的燃烧腔底壁。

5.根据权利要求2所述的火药气体驱动式超高速操动机构，其特征在于：所述枪管上套设有用于与燃烧腔的内壁导向密封配合的闭气环。

6.根据权利要求2—5任意一项所述的火药气体驱动式超高速操动机构，其特征在于：所述第一盲孔具有内径大于枪管直径而与枪管的对应外周面之间形成用于收集火药残渣的空间的残渣收集段。

7.根据权利要求6所述的火药气体驱动式超高速操动机构，其特征在于：所述泄气孔是贯通设置在残渣收集段的腔侧壁上。