CN110310859B - 真空灭弧室及其灭弧室波纹管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及断路器技术领域，提供了一种真空灭弧室及其灭弧室波纹管，能够解决现有技术中波纹管容易疲劳开裂的问题。真空灭弧室包括外壳、动端组件及动端盖；动导电杆的外周面上套设有灭弧室波纹管，灭弧室波纹管具有与真空灭弧室的动导电杆连接的动端、与真空灭弧室的动端盖连接的静端；所述灭弧室波纹管整体为管壁厚度沿轴向变化的变壁厚结构，或者，灭弧室波纹管在轴向上具有管壁厚度沿轴向变化的变壁厚段；所述灭弧室波纹管整体或所述变壁厚段的壁厚由动端向静端逐渐减小，或者，所述灭弧室波纹管整体或所述变壁厚段沿轴向分为多个单元段，各单元段的管壁厚度一致，相邻单元段中靠近动端的单元段的管壁厚度大于靠近静端的单元段的管壁厚度。
Description
技术领域
本发明涉及断路器技术领域，具体涉及一种真空灭弧室及其灭弧室波纹管。
背景技术
真空灭弧室作为断路器中的核心部件，其寿命和可靠性对整个断路器来讲十分重要。授权公告号为CN206225281U，授权公告日为2017.06.06的专利文件公开了一种高压真空断路器磁性灭弧室，其中包括陶瓷外壳，陶瓷外壳的两端开口处分别封盖有动端盖和静端盖，两端盖上分别穿装有动导电杆和静导电杆，动、静导电杆相互靠近的端部上设置有动触头和静触头，动导电杆与动触头组成了动端组件。动导电杆上套设有整体呈圆柱形、等径的波纹管，波纹管一端与动端盖连接，另一端与动导电杆连接。波纹管外表面上具有形状、大小都相同的U形单波，多个单波相连形成了波纹结构。
随着波纹管加工工艺的发展，出现了一种由碟形的单波膜片焊接成的焊接波纹管，如授权公告号为CN206530787U，授权公告日为2017.09.29的专利文件中公开的波纹管，包括多个由金属材料制成的碟形的环状膜片，如图1所示，这种碟形环状膜片10具有靠近内圆边缘的内端11和靠近外圆边缘的外端12，膜片的内端11与相邻膜片的内端11通过扩散焊接的方式进行连接以形成膜片组13，而一个膜片组13中的膜片的外端12与相邻膜片组中膜片的外端12扩散焊接以形成可伸缩的管状件，管状件外周上由相邻膜片连接形成的波形成为了波纹结构。现有技术中，技术人员也将这种通过焊接碟形环状膜片得到的波纹管运用到真空灭弧室中。如图2所示，真空灭弧室包括外壳20，外壳的两端开口处分别封盖有动端盖21和静端盖22，波纹管套设在动导电杆23的外周面上，波纹管一端与动导电杆23端部的动触头24焊接，另一端与动端盖21焊接，使波纹管保持密封。波纹管与动导电杆23焊接的一端为动端，与动端盖21连接的一端为静端，在动导电杆23动作时，会带动动触头24与静触头25接触或脱离接触，而波纹管也会随着动导电杆23动作而伸缩变形。
但对于真空灭弧室来说，高速运动的工况及内部高压的工作环境会使这种由碟形环状膜片焊接而成的波纹管产生一些问题：驱动动导电杆动作的作用力传递到波纹管上时，由于作用力的延时性，在动导电杆动作时，波纹管的动端总是先于静端动作，由于波纹管上波纹结构具有缓冲作用，作用力沿着由动端到静端的方向传递时作用在不同位置上的力大小不一，作用力在波纹管上的分布是不均匀的，动端在运动时受力及变形量较大，容易疲劳开裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灭弧室波纹管，能够解决现有技术中波纹管容易疲劳开裂的问题；同时，本发明还提出一种使用该灭弧室波纹管的真空灭弧室，具有良好寿命和稳定的可靠性。
为实现上述目的，本发明中的灭弧室波纹管采用如下技术方案：
灭弧室波纹管，具有动端和静端，动端用于与灭弧室的动导电杆连接，静端用于与灭弧室的动端盖连接，所述灭弧室波纹管整体为管壁厚度沿轴向变化的变壁厚结构，或者，灭弧室波纹管在轴向上具有管壁厚度沿轴向变化的变壁厚段；所述灭弧室波纹管整体或所述变壁厚段的壁厚由动端向静端逐渐减小，或者，所述灭弧室波纹管整体或所述变壁厚段沿轴向分为多个单元段，各单元段的管壁厚度一致，相邻单元段中靠近动端的单元段的管壁厚度大于靠近静端的单元段的管壁厚度。
其有益效果在于：将灭弧室波纹管整体或是将灭弧室波纹管中的一部分设置为管壁厚度沿轴向变化的结构，并且管壁厚度在变化时具有连续变化和阶梯变化两种方式，布置结构灵活，能够根据工况选择最优的方式。在灭弧室波纹管中管壁厚度不同的部位具有不同的刚性，在将灭弧室波纹管装配在灭弧室中时，灭弧室波纹管中管壁厚度较厚的一端即动端与动触头对应，厚度较厚的一端受力大，但是刚性较高，疲劳强度大，发生开裂的可能性较小；在灭弧室波纹管中，受力及变形量小的部位即静端不需要太大的刚性，灭弧室波纹管中管壁厚度较薄的一端与动端盖对应，将灭弧室波纹管设置为管壁厚度变化的结构，能够对灭弧室波纹管整体的刚度进行分配，避免为防止开裂而盲目增加管壁厚度，使灭弧室波纹管整体刚度较高而降低使用寿命的问题。
进一步的，所述灭弧室波纹管中与外凸的波峰对应处的直径由动端向静端逐渐增大以使灭弧室波纹管的刚度由动端向静端逐渐减小。
其有益效果在于：将灭弧室波纹管中与向外凸出的波峰对应处的直径以逐渐增加的方式设置，能够使灭弧室波纹管的波峰对应处沿轴向上呈锥形，能够有效地防止波纹管在伸缩变形过程中发生轴向偏摆而导致局部扭曲、开裂的问题。
进一步的，所述灭弧室波纹管中与内凸的波谷对应处的直径由动端向静端逐渐增大，波谷对应处直径的变化率与波峰对应处直径的变化率相等。
其有益效果在于：将灭弧室波纹管中与向内凸出的波谷对应处的直径以逐渐增加的方式设置，能够使灭弧室波纹管的波峰对应处沿轴向上呈锥形，波谷对应处直径的变化率与波峰对应处直径的变化率相等能够有效地防止波纹管在伸缩变形过程中发生轴向偏摆而导致局部扭曲、开裂的问题。
进一步的，所述灭弧室波纹管整体或至少一段变壁厚段由多个碟形环状膜片焊接而成，两相邻的碟形环状膜片的大径端相互焊接或小径端相互焊接。
其有益效果在于：使用碟形环状膜片来焊接组成灭弧室波纹管，压缩率较大，机械强度与和稳定性高。
进一步的，各碟形环状膜片的自身各处厚度一致，所述单元段由至少一片碟形环状膜片形成。
其有益效果在于：一个单元段中可以由一片碟形环状膜片或多片碟形环状膜片组成，各碟形环状膜片厚度一致，通过改变单元段中碟形环状膜片的数量来调整径向尺寸的变化趋势，能够提高灭弧室波纹管的适用性，并且也便于生产装配。
进一步的，所述灭弧室波纹管的静端由对应碟簧环形膜片的大径所在端面形成。
其有益效果在于：在将灭弧室波纹管的静端与动端盖连接时，碟形环状膜片的外径朝向动端盖设置使大径端的端部由对应碟形环状膜片的大径所在端面形成，碟形环状膜片支撑在动端盖上能够保证灭弧室波纹管的稳定性。
为实现上述目的，本发明中的真空灭弧室采用如下技术方案：
真空灭弧室，包括外壳、动端组件及动端盖；其中：动导电杆的外周面上套设有灭弧室波纹管，灭弧室波纹管具有与真空灭弧室的动导电杆连接的动端、与真空灭弧室的动端盖连接的静端，所述灭弧室波纹管整体为管壁厚度沿轴向变化的变壁厚结构，或者，灭弧室波纹管在轴向上具有管壁厚度沿轴向变化的变壁厚段；所述灭弧室波纹管整体或所述变壁厚段的壁厚由动端向静端逐渐减小，或者，所述灭弧室波纹管整体或所述变壁厚段沿轴向分为多个单元段，各单元段的管壁厚度一致，相邻单元段中靠近动端的单元段的管壁厚度大于靠近静端的单元段的管壁厚度。
其有益效果在于：将灭弧室波纹管整体或是将灭弧室波纹管中的一部分设置为管壁厚度沿轴向变化的结构，并且管壁厚度在变化时具有连续变化和阶梯变化两种方式，布置结构灵活，能够根据工况选择最优的方式。在灭弧室波纹管中管壁厚度不同的部位具有不同的刚性，在将灭弧室波纹管装配在灭弧室中时，灭弧室波纹管中管壁厚度较厚的一端即动端与动触头对应，厚度较厚的一端受力大，但是刚性较高，疲劳强度大，发生开裂的可能性较小；在灭弧室波纹管中，受力及变形量小的部位即静端不需要太大的刚性，灭弧室波纹管中管壁厚度较薄的一端与动端盖对应，将灭弧室波纹管设置为管壁厚度变化的结构，能够对灭弧室波纹管整体的刚度进行分配，避免为防止开裂而盲目增加管壁厚度，使灭弧室波纹管整体刚度较高而降低使用寿命的问题。
进一步的，所述灭弧室波纹管中与外凸的波峰对应处的直径由动端向静端逐渐增大以使灭弧室波纹管的刚度由动端向静端逐渐减小。
其有益效果在于：将灭弧室波纹管中与向外凸出的波峰对应处的直径以逐渐增加的方式设置，能够使灭弧室波纹管的波峰对应处沿轴向上呈锥形，能够有效地防止波纹管在伸缩变形过程中发生轴向偏摆而导致局部扭曲、开裂的问题。
进一步的，所述灭弧室波纹管中与内凸的波谷对应处的直径由动端向静端逐渐增大，波谷对应处直径的变化率与波峰对应处直径的变化率相等。
其有益效果在于：将灭弧室波纹管中与向内凸出的波谷对应处的直径以逐渐增加的方式设置，能够使灭弧室波纹管的波峰对应处沿轴向上呈锥形，波谷对应处直径的变化率与波峰对应处直径的变化率相等能够有效地防止波纹管在伸缩变形过程中发生轴向偏摆而导致局部扭曲、开裂的问题。
进一步的，所述灭弧室波纹管整体或至少一段变壁厚段由多个碟形环状膜片焊接而成，两相邻的碟形环状膜片的大径端相互焊接或小径端相互焊接。
其有益效果在于：使用碟形环状膜片来焊接组成灭弧室波纹管，压缩率较大，机械强度与和稳定性高。
进一步的，各碟形环状膜片的自身各处厚度一致，所述单元段由至少一片碟形环状膜片形成。
其有益效果在于：一个单元段中可以由一片碟形环状膜片或多片碟形环状膜片组成，各碟形环状膜片厚度一致，通过改变单元段中碟形环状膜片的数量来调整径向尺寸的变化趋势，能够提高灭弧室波纹管的适用性，并且也便于生产装配。
进一步的，所述灭弧室波纹管的静端由对应碟簧环形膜片的大径所在端面形成。
其有益效果在于：在将灭弧室波纹管的静端与动端盖连接时，碟形环状膜片的外径朝向动端盖设置使大径端的端部由对应碟形环状膜片的大径所在端面形成，碟形环状膜片支撑在动端盖上能够保证灭弧室波纹管的稳定性。
附图说明
图1为现有技术中碟形环状膜片的焊接示意图；
图2为现有技术中真空灭弧室的结构示意图；
图3为本发明中真空灭弧室的结构示意图；
图4为本发明中灭弧室波纹管的结构示意图；
图5为本发明中灭弧室波纹管的加工方法示意图。
图中：10-碟形环状膜片；11-内端；12-外端；13-膜片组；20-外壳；21-动端盖；22-静端盖；23-动导电杆；24-动触头；25-静触头；30-灭弧室波纹管；31-碟形环状膜片；32-大径端；33-小径端；40-片材；41-凸模；42-凹模。
具体实施方式
现结合附图来对本发明中的真空灭弧室及灭弧室波纹管的具体实施方式进行说明。
如图3所示，为本发明中真空灭弧室的一种实施例：真空灭弧室包括外壳20，外壳20两端分别设置有动端盖21和静端盖22，动端盖21上开设有穿孔，供动导电杆23伸入到外壳20内，而动触头24设置在动导电杆23的端部。在动导电杆23上套设有灭弧室波纹管30，灭弧室波纹管30一端与动端盖21焊接，另一端焊接在动端组件中的动导电杆23上，在动导电杆23带动动触头24动作时，灭弧室波纹管30能够随动导电杆23伸缩变形。
如图4所示，灭弧室波纹管30整体由多个碟形环状膜片31焊接而成，灭弧室波纹管中两相邻的碟形环状膜片31通过将各自的大径端或各自的小径端焊接，从而形成了波纹结构。在灭弧室波纹管30中，各碟形环状膜片31的厚度不同，在焊接时，碟形环状膜片31的厚度沿着沿由动触头24指向动端盖21的方向逐渐减小，相邻的碟形环状膜片31的厚度均不相同，整体上呈现出：灭弧室波纹管30靠近动触头24一端即动端的碟形环状膜片31的厚度大于灭弧室波纹管30靠近动端盖21一端即静端的碟形环状膜片31的厚度，这样布置以后，会使灭弧室波纹管30的管壁厚度呈现出沿由动触头24指向动端盖21的方向逐渐减小，灭弧室波纹管30的管壁厚度连续变化。
焊接形成灭弧室波纹管30的碟形环状膜片31不仅厚度不同，其径向尺寸也不同，碟形环状膜片31在组合时，其外径沿由动触头24指向动端盖21的方向逐渐增加，灭弧室波纹管中与外凸的波峰、内凸的波谷对应处的直径由动端向静端逐渐增大，且波谷对应处直径的变化率与波峰对应处直径的变化率相等，可以直观地看出灭弧室波纹管30呈一端大一端小的锥形结构，定义灭弧室波纹管30中外径较大的一端为大径端32，灭弧室波纹管30中外径较小的一端为小径端33，小径端33与动导电杆23端部的动触头24对应，大径端32与动端盖21对应，而大径端32是由位于灭弧室波纹管尾部、外径尺寸最大的碟形环状膜片的外径对应端面形成，在将灭弧室波纹管30与动端盖21连接时，碟形环状膜片31的外径朝向动端盖设置。
操作人员在加工本发明中的灭弧室波纹管时，需要先加工出外径尺寸不同且厚度不同的碟形环状膜片，然后再将规格不同的碟形环状膜片按次序进行焊接。如图5所示，操作人员使用凹模42与凸模41来对片材40进行冲压，以得到碟形环状膜片31。然后将碟形环状膜片按照外径尺寸逐渐增大、膜片厚度逐渐减小的方式排列并将其焊接在一起。
在上述实施例中，灭弧室波纹管采用了将厚度、径向尺寸均不同的碟形环状膜片按照外径尺寸逐渐增大、膜片厚度逐渐减小的方式排列并将其焊接在一起的形式，即采用灭弧室波纹管整体的壁厚由动端向静端逐渐减小的形式，在其他实施例中，灭弧室波纹管还可以采用其他形式：
a、灭弧室波纹管在轴向上具有管壁厚度沿轴向变化的变壁厚段，还具有与变壁厚段连接的管壁厚度相同的部分，此时灭弧室波纹管中的变壁厚段由动端向静端逐渐减小，呈连续变化的形式。
b、灭弧室波纹管在轴向上具有管壁厚度沿轴向变化的变壁厚段，还具有与变壁厚段连接的管壁厚度相同的部分，此时灭弧室波纹管中的变壁厚段沿轴向分为多个单元段，各单元段的管壁厚度一致，相邻单元段中靠近动端的单元段的管壁厚度大于靠近静端的单元段的管壁厚度，灭弧室波纹管的管壁厚度呈阶梯变化。
c、灭弧室波纹管整体在轴向上分为多个单元段，各单元段的管壁厚度一致，相邻单元段中靠近动端的单元段的管壁厚度大于靠近静端的单元段的管壁厚度，灭弧室波纹管的管壁厚度呈阶梯变化。
实现上述方案a、b、c仍可以采用将碟形环状膜片焊接起来的方式来得到灭弧室波纹管，通过调整具有不同规格的碟形环状膜片，以及在焊接时各不同规格的碟形环状膜片的使用数量即可实现。
在上述实施例中，灭弧室波纹管中的碟形环状膜片沿轴线规格是连续变化的，在其他实施例中，灭弧室波纹管中可以设置由两片或两片以上厚度相同的碟形环状膜片组成的单元段，多片碟形环状膜片整体的厚度相同，而相邻的单元段厚度存在差异。
在其他实施例中，灭弧室波纹管可以通过液压成型的方式加工得到，通过控制灭弧室波纹管动端和静端的变形量来使灭弧室波纹管的管壁厚度变化。此时可以采用灭弧室波纹管整体或灭弧室波纹管中一部分的管壁厚度沿径向变化的方案。在装配时，管壁厚度沿由动触头指向动端盖的方向逐渐减小。
在其他实施例中，相邻单元段中的碟形环状膜片的径向尺寸可以设置一致，此时灭弧室波纹管整体呈圆柱体；或是将灭弧室波纹管中的大径端与动触头对应设置，将小径端与动端盖对应设置。
本发明中，灭弧室波纹管的结构与上述真空灭弧室中灭弧室波纹管的结构相同，且加工方法和使用方法一致，因此关于灭弧室波纹管的实施例不再重复说明。
以上所述的具体实施方式，对本发明的发明目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.灭弧室波纹管，具有动端和静端，动端用于与灭弧室的动导电杆连接，静端用于与灭弧室的动端盖连接，其特征在于：
所述灭弧室波纹管整体为管壁厚度沿轴向变化的变壁厚结构；
所述灭弧室波纹管整体的壁厚由动端向静端逐渐减小；
所述灭弧室波纹管整体由多个碟形环状膜片焊接而成，两相邻的碟形环状膜片的大径端相互焊接或小径端相互焊接。
2.根据权利要求1所述的灭弧室波纹管，其特征在于：所述灭弧室波纹管中与外凸的波峰对应处的直径由动端向静端逐渐增大以使灭弧室波纹管的刚度由动端向静端逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的灭弧室波纹管，其特征在于：所述灭弧室波纹管中与内凸的波谷对应处的直径由动端向静端逐渐增大，波谷对应处直径的变化率与波峰对应处直径的变化率相等。
4.根据权利要求1所述的灭弧室波纹管，其特征在于：各碟形环状膜片的自身各处厚度一致，所述灭弧室波纹管整体沿轴向分为多个单元段，所述单元段由至少一片碟形环状膜片形成。
5.根据权利要求1或4所述的灭弧室波纹管，其特征在于：所述灭弧室波纹管的静端由对应碟簧环形膜片的大径所在端面形成。
6.真空灭弧室，包括外壳、动端组件及动端盖；其中：
动导电杆的外周面上套设有灭弧室波纹管，灭弧室波纹管具有与真空灭弧室的动导电杆连接的动端、与真空灭弧室的动端盖连接的静端；
其特征在于：所述灭弧室波纹管为上述权利要求1-5中任一项所述的灭弧室波纹管。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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