CN105551857A - 一种提高灭弧室波纹管疲劳寿命的设计方法 - Google Patents

一种提高灭弧室波纹管疲劳寿命的设计方法 Download PDF

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杨美玲
吉慧琴
董小军
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Taiyuan Aero Instruments Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种提高灭弧室波纹管寿命的设计方法，其具体操作包括：设计不同波形角的波纹管CAD模型，将波纹管的波峰与波谷处的圆弧半径设计为相同结构，导入有限元软件Workbench中进行数值计算；按照软件中设计的波纹管结构制备成型模具，制备具有不同波形角的波纹管；测试波纹管寿命。本发明提供个的方法通过改变波形角的大小，波纹管的寿命得到明显改善；且通过对波纹管CAD模型导入有限元软件Workbench中进行数值计算，对设计的不同波形角的波纹管寿命进行分析，减少了不必要的模具制备与资源浪费。

Description

一种提高灭弧室波纹管疲劳寿命的设计方法
技术领域
本发明属于弹性敏感元件设计技术领域，涉及一种提高灭弧室波纹管疲劳寿命的设计方法。
背景技术
真空灭弧室是中高压电力开关的核心部件，主要应用于电力的输配电控制系统，还应用于冶金、矿山、石油、化工、铁路、广播、通讯、工业高频加热等配电系统。波纹管是真空灭弧室的核心元件，是真空灭弧室借助实现触头相对运动又具有密封作用的重要配件，主要负担保证电极在一定范围内运动和长期保持真空的功能，并保证真空灭弧室具有很高的机械寿命。当波纹管破坏泄漏时，真空灭弧室随之失效，因此真空灭弧室的寿命主要取决于波纹管的寿命。
目前国产中高压真空灭弧室，能保证2万次的开关寿命，而2万次以上寿命的中高压灭弧室市场，是由西门子、阿海珐、东芝等跨国公司占有，其高寿命波纹管则全部从国外输入。真空灭弧室的机械寿命之所以难提高主要是受波纹管的寿命限制，当前国内灭弧室波纹管的成型方法主要是液压成型，波纹管的波纹型面主要以U形为主，所以成型后的波纹管在波峰、波谷的壁厚相差较大。这是造成波纹管疲劳寿命较低的主要原因之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：目前所使用的波纹管寿命较低，结果导致国产的真空灭弧室寿命较低。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：提供一种提高灭弧室波纹管疲劳寿命的方法，其主要内容是：通过改变波纹管的波形角以改变波纹管的波纹型面为S形，同时将波纹管的波峰与波谷处的圆弧半径设计为相同结构。具体操作过程如下：
（1）设计不同波形角的波纹管CAD模型，将波纹管的波峰与波谷处的圆弧半径设计为相同结构，导入有限元软件Workbench中进行数值计算；
（2）按照软件中设计的波形管结构制备成型模具，制备具有不同波形角的波纹管；
（3）测试波纹管寿命。
根据测试的实验效果及综合考虑成型模具的制备过程，本发明选择所设计波形角的范围为0°～10°，优选波形角的设计范围为3°～5°。
本发明的有益效果是：通过改变波形角的大小，使波纹管形面为S形，使得波纹管的寿命得到明显改善；且通过对波纹管CAD模型导入有限元软件Workbench中进行数值计算，对设计的不同波形角的波纹管寿命进行分析，减少了不必要的模型制备与资源浪费。
附图说明
图1为波纹管结构示意图；
图2为不同波形角的波纹管疲劳寿命的有限元分析结果。
具体实施方式
本发明提供一种提高灭弧室波纹管寿命的方法，所制备的波纹管结构如图1所示，通过改变波纹管的波形角以改变波纹管的波纹型面为S形，具体内容如以下实施例所示。
实施例1
如图1所示，按照提供的提高灭弧室波纹管寿命的方法，制备波形角为3°的波纹管，具体操作步骤如下：
（1）设计波形角3°的波纹管CAD模型，将波纹管的波峰与波谷处的圆弧半径设计为相同结构，导入有限元软件Workbench中进行数值计算，与波形角为0°的波纹管的疲劳寿命相比，其寿命增加了56.1%，如图2所示；
（2）制备波形角为3°的成型模具，制备波纹管；
（3）测试出的波纹管寿命，与U形波纹管的疲劳寿命相比，其寿命增加了47.6%。
实施例2
如图1所示，按照提供的提高灭弧室波纹管寿命的方法，制备波形角为5°的波纹管，具体操作步骤如下：
（1）设计波形角5°的波纹管CAD模型，将波纹管的波峰与波谷处的圆弧半径设计为相同结构，导入有限元软件Workbench中进行数值计算，与波形角为0°的波纹管的疲劳寿命相比，其寿命增加了64%，如图2所示；
（2）制备波形角为5°的成型模具，制备波纹管；
（3）测试出的波纹管寿命，与U形波纹管的疲劳寿命相比，其寿命增加了58.9%。
根据图2中所给出的不同波形角的波纹管疲劳寿命的有限元分析结果，可以看出，随着所设计波形角的增大，波纹管的疲劳寿命随之增长；但与此同时，波纹管成型模具制备的困难也随之增大，因此并不考虑波形角过大的成型模具的制备。
本发明提供的方法通过改变波形角的大小，波纹管的寿命得到明显改善；且通过对波纹管CAD模型导入有限元软件Workbench中进行数值计算，对设计的不同波形角的波纹管寿命进行分析，减少了不必要的模具制备与资源浪费。

Claims (2)

1.一种提高灭弧室波纹管寿命的设计方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
（1）设计不同波形角的波纹管CAD模型，将波纹管的波峰与波谷处的圆弧半径设计为相同结构，导入有限元软件Workbench中进行数值计算；
（2）按照软件中设计的波纹管结构制备成型模具，制备具有不同波形角的波纹管；
（3）测试波纹管寿命；
所述波纹管的波形角涉及范围为：0°～10°。
2.根据权利要求1所述的一种提高灭弧室波纹管寿命的方法，其特征在于，所设计波纹管的波形角的范围是：3°～5°。
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