CN113851359A - 具有旋转单向阀的自能式断路器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有旋转单向阀的自能式断路器，包括气缸、设置于所述气缸内的活塞以及与所述活塞固定连接的活塞杆，所述活塞的一侧为膨胀室且另一侧为压气室，且所述活塞开设有通气孔以连通所述膨胀室和压气室，还包括单向阀，所述单向阀包括与所述活塞转动连接且位于所述活塞的朝向膨胀室的一侧的阀片，所述阀片在第一位置和第二位置之间转动，所述阀片处于第一位置时其封堵所述通气孔，所述阀片处于第二位置时其与活塞之间角度为预设角度值，且所述预设角度值小于90°。该自能式断路器的结构设计可以有效地提高开断中小电流的能力。

Description

具有旋转单向阀的自能式断路器

技术领域

本发明涉及电气技术领域，更具体地说，涉及一种具有旋转单向阀的自能式断路器。

背景技术

自能式断路器是一种高压交流断路器，其主要利用电弧所释放出的热能来加热气体并使其压力升高的断路器。

SF₆断路器以其优异的绝缘和开断性能，成为目前世界上运用最为广泛的高压断路器类型之一。但随着电压等级的升高，断路器对操动机构的要求不断提高，通过采用自能式断路器，可使断路器在开断同等短路电流的情况下，进一步减小机构所需的操作功，对于降低断路器操动机构制造难度、提高断路器产品可靠性等方面均有积极的作用。

目前，自能式断路器的单向阀主要采用环状薄片结构，如图1所示，现有技术中的断路器结构中，气缸08、活塞07与活塞杆09共同围成压气室011，主喷口座02、辅助喷口座03、动主触头05与活塞07共同围成膨胀室010，活塞07 上加工有通气孔，通气孔可连通膨胀室010与压气室011，单向阀06位于活塞7 左侧。

图1中，在断路器开断过程中，气缸08静止不动，活塞杆09带动活塞07、单向阀06、动主触头05、主喷口座02、辅助喷口座03和动弧触头04一同向右运动，压气室011体积缩小、压力升高，当压气室011压力大于膨胀室010压力时，因压力差单向阀06向左运动，单向阀06处于开启状态，压气室011内气体流向膨胀室010；当静弧触头01与动弧触头04之间电弧燃烧产生热量，加热膨胀室010内的气体，使膨胀室010内气体压力迅速上升，当膨胀室010压力大于压气室011压力时，因压力差单向阀06向右运动，单向阀06处于关闭状态，从而实现自能式断路器压气室011向膨胀室010的压力的单向传递。单向阀06的关闭，可使膨胀室010在短时间内建立足够高的压力，保证断路器对电弧的有效气吹和冷却作用，实现断路器对短路电流的开断。

但是，当自能式断路器开断电流较小时，静弧触头01与动弧触头04之间电弧燃烧产生热量较小，无法通过电弧燃烧产生的热量加热膨胀室010内的气体实现在膨胀室010内建立压力，只能利用压气室011的体积缩小，在压气室 011内建立压力，然后通过单向阀06将压气室011内的高压气体传递到膨胀室 010，从而实现在膨胀室010内建立足够高的压力，保证断路器对电弧的有效气吹和冷却作用。但当压气室011中的高压气体流向膨胀室010时，气流需绕过环状薄片结构的单向阀06，然后才能进入到膨胀室010，因气流方向改变较大，大大降低了压气室011内高压气体进入膨胀室010的效率，使断路器膨胀室010在短时间内不足以建立较高的气体压力。体现在断路器的开断性能能上，会表现为断路器开断中、小短路开断电流的能力相对较弱。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自能式断路器，该自能式断路器的结构设计可以有效地提高开断中小短路电流的能力。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有旋转单向阀的自能式断路器，包括气缸、设置于所述气缸内的活塞以及与所述活塞固定连接的活塞杆，所述活塞的一侧为膨胀室且另一侧为压气室，且所述活塞开设有通气孔以连通所述膨胀室和压气室，还包括单向阀，所述单向阀包括与所述活塞转动连接且位于所述活塞的朝向膨胀室的一侧的阀片，所述阀片在第一位置和第二位置之间转动，所述阀片处于第一位置时其封堵所述通气孔，所述阀片处于第二位置时其与活塞之间角度为预设角度值，且所述预设角度值小于90°；所述膨胀室气压大于所述压气室时气流能够带动所述阀片转动以封堵所述通气孔；所述膨胀室气压小于所述压气室时气流能够推动所述阀片转动以开启所述通气孔。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述单向阀还包括用于限制所述阀片转动角度的限位件。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述限位件为与所述活塞连接的限位杆，所述阀片转动至所述第二位置时与所述限位杆相抵。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述限位件为设置于所述阀片靠近所述活塞的端部的抵接部，所述阀片转动至所述第二位置时所述抵接部与所述活塞相抵；

所述抵接部为抵接面；所述抵接部与所述阀片为一体式结构。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述限位件为套设于所述转轴上的扭簧，所述阀片转动时带动所述扭簧的一端转动以使所述扭簧产生扭力。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述阀片的数量为多个，相邻的两个阀片与同一转轴转动连接且转动方向相反，相邻的两个阀片能够相互限制对方的转动角度。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述通气孔的数量为多个，且多个所述通气孔沿着所述活塞的周向均匀分布或者多个所述通气孔沿多个同心环分布。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述阀片的数量与所述通气孔的数量相同且所述阀片与所述通气孔一一对应。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述活塞固定设置有转轴安装座，所述阀片的转轴与所述转轴安装座转动连接。

优选地，上述具有旋转单向阀的自能式断路器中，所述通气孔的截面为梯形、圆形或方形。

在自能式断路器开断较大的短路开断电流时，电弧对膨胀室内气体加热，使膨胀室内的气体压力增大，阀片靠近膨胀室一侧的压力大于靠近压气室一侧的压力，单向阀的所有阀片均可绕各自的转轴旋转关闭，可使膨胀室在短时间内建立较高的气体压力，从而保证断路器对电弧的有效气吹和冷却作用，保证了自能式断路器对较大短路电流的开断能力。在自能式断路器开断中、小短路开断电流时，电弧能量较小，给膨胀室内提供的能量较小，膨胀室内压力主要来自压气室内气体压缩，而当压气室内气体压缩产生高压气体时，单向阀的所有阀片均可绕各自的转轴旋转开启，从而使压气室气体压缩建立的高压气体畅通无阻的进入膨胀室，使断路器膨胀室在短时间内建立较高的气体压力，提高了自能式断路器在开断中、小短路电流的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中自能式断路器的剖视图；

图2为本发明实施例提供的具有旋转单向阀的自能式断路器的剖视图；

图3为本发明第一实施例提供的活塞与阀片配合的剖视图；

图4为本发明第一实施例提供的阀片开启的示意图；

图5为本发明第一实施例提供的阀片闭合的示意图；

图6为本发明第二实施例提供的活塞与阀片配合的剖视图；

图7为本发明第二实施例提供的阀片开启的示意图；

图8为本发明第二实施例提供的阀片闭合的示意图；

图9为本发明第三实施例提供的活塞与阀片配合的剖视图；

图10为本发明第三实施例提供的阀片开启的示意图；

图11为本发明第四实施例提供的阀片开启的主视图；

图12为图11中沿E-E的剖视图；

图13为本发明第四实施例提供的阀片开启的示意图

图14为本发明第五实施例提供的阀片闭合的示意图；

图15为图14中沿B-B的剖视图。

在图1中：

01-静弧触头、02-主喷口座、03-辅助喷口座、04-动弧触头、05-动主触头、 06-单向阀、07-活塞、08-气缸、09-活塞杆、010-膨胀室、011-压气室；

在图2-图15中：

1-静弧触头，2-主喷口座、3-辅助喷口座、4-动弧触头、5-动主触头、6- 阀片、7-活塞、7a-通气孔、8-气缸、9-活塞杆、10-限位杆、11-转轴安装座、 12-转轴、13-扭簧、a-膨胀室、b-压气室。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种具有旋转单向阀的自能式断路器，该具有旋转单向阀的自能式断路器的结构设计可以有效地提高开断中小短路电流的能力。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图2，本发明提供的具有旋转单向阀的自能式断路器包括气缸8、活塞7、活塞杆9以及单向阀。其中，活塞7设置于气缸8内，活塞杆9与活塞7 固定连接。活塞7的一侧为膨胀室a，活塞7的另一侧为压气室b。活塞7开设有通气孔7a以连通膨胀室a和压气室b。即通气孔7a贯通活塞7，膨胀室a与压气室 b通过通气孔7a连通。活塞杆9能够带动活塞7沿着气缸8的内壁滑动，以改变压气室b的体积。

单向阀包括与活塞7转动连接的阀片6，即阀片6能够相对于活塞7转动。并且，阀片6位于活塞7的朝向膨胀室a的一侧，以便于利用膨胀室a和压气室b 气压差的作用驱动阀片6转动。

阀片6在第一位置和第二位置之间转动，即阀片6可以处于第一位置、第二位置或第一位置和第二位置之间的任意位置。阀片6处于第一位置时，阀片6封堵通气孔7a，此时阀片6闭合。阀片6处于第二位置时，阀片6与活塞7之间角度为预设角度值，且预设角度值小于90°，此时阀片6的开度最大。即阀片 6仅能在＜90°范围内转动。膨胀室a气压大于压气室b时气流能够带动阀片6 转动以封堵通气孔7a；膨胀室a气压小于压气室b时气流能够推动阀片6转动以开启通气孔7a。

在上述实施例提供的具有旋转单向阀的自能式断路器开断过程中，气缸8 静止不动，活塞杆9带动自能式断路器的活塞7、动主触头5、主喷口座2、辅助喷口座3、动弧触头4以及单向阀一同朝向压气室b运动(向右运动)，压气室b体积缩小、压力升高，当压气室b压力大于膨胀室a压力时，阀片6的自身重力以及压力差作用使阀片6转动以开启，压气室b内气体流向膨胀室a；当静弧触头1与动弧触头4之间电弧燃烧产生热量，加热膨胀室a内的气体，使膨胀室a内气体压力迅速上升，当膨胀室a压力大于压气室b压力时，阀片6的自身重力以及压力差作用使阀片6转动以封堵通气孔7a，阀片6闭合，从而实现自能式断路器压气室b向膨胀室a的压力的单向传递。因阀片6的关闭，可使膨胀室 a在短时间内建立足够高的压力，保证断路器对电弧的有效气吹和冷却作用，实现断路器对短路电流的开断。

当具有旋转单向阀的自能式断路器开断较大的短路开断电流时，静弧触头1与动弧触头4之间电弧燃烧产生热量较大，通过电弧燃烧产生的热量加热膨胀室a内的气体，当膨胀室a内的气体压力大于压气室b内的气体压力时，阀片6转动至闭合，进一步加速了断路器膨胀室a内气体压力建立的速度，可使断路器膨胀室a在短时间内建立足够高的气体压力，从而保证断路器对电弧的有效气吹和冷却作用，保证了断路器对较大短路电流的开断能力。

当具有旋转单向阀的自能式断路器开断中、小短路开断电流时，静弧触头1与动弧触头4之间电弧燃烧产生热量较小，无法通过电弧燃烧产生的热量加热膨胀室a内的气体实现在膨胀室a内建立压力，只能利用压气室b的体积缩小，在压气室b内建立压力，当压气室b压力增大时，阀片6转动至开启，此时高压气流可以直接经通气孔7a传递膨胀室a，不必再绕流单向阀片06，缩短了断路器膨胀室a建立足够高的气体压力的时间，保证断路器对电弧的有效气吹和冷却作用，大大提高自能式断路器开断中、小短路电流的能力。

在一具体实施例中，单向阀还包括用于限制阀片6转动角度的限位件。该限位件能够限制阀片6转动至预设角度值，即阀片6由闭合状态转动预设角度值后不能再继续转动。具体地，可以60°≤预设角度值≤85°，在此不作限定。

如图2-图5所示，在第一实施例中，限位件可以为与活塞7连接的限位杆10，阀片6转动至第二位置时与限位杆10相抵。即阀片6闭合时处于第一位置，阀片6由闭合转动至与限位杆10相抵，此时阀片6处于第二位置。限位杆10的位置可以根据实际情况自行设定。限位杆10与活塞7之间可以卡接、螺纹连接等，在此不作限定。

如图6-图8所示，在第二实施例中，通气孔7a的数量为多个，多个通气孔 7a分为多圈分布，每圈包括多个沿活塞7周向分布的多个通气孔7a。多圈通气孔7a沿活塞7的径向依次排布。阀片6的数量与通气孔7a的数量相同，且多个通气孔7a与多个阀片6一一对应，每个通气孔7a均对应设置有一个阀片6。

第二实施例中，每个阀片6均通过限位杆10限制转动角度。

如图9-图10所示，在第三实施例中，限位件为设置于阀片6靠近活塞7 的端部的抵接部，阀片6转动至第二位置时抵接部与活塞7相抵。通过抵接部与活塞7相抵以阻止阀片6继续转动，从而实现了现在阀片6的转动角度。

抵接部可以为抵接面，即阀片6转动至第二位置时抵接面与活塞7贴合，如此使得活塞7和抵接部的受力更加均衡。当然，抵接部还为其它形状，在此不作限定。

为了便于加工，抵接部与阀片6可以为一体式结构。当然，抵接部可以通过螺纹连接、焊接等方式与阀片6固定连接，在此不作限定。

如图11-图13所示，在第四实施例中，阀片6的数量为多个，相邻的两个阀片6与同一转轴12转动连接且转动方向相反，相邻的两个阀片6能够相互限制对方的转动角度。如此设置，当压气室b压力大于膨胀室a压力时，相邻的两个阀片6共同转动，直至相邻的两个阀片6相互阻挡不能再继续转动，此时阀片6处于第二位置。

如图14-图15所示，在第五实施例中，限位件为套设于所述转轴12上的扭簧13，阀片6转动时带动扭簧13的一端转动以使扭簧13产生扭力。扭簧 13的两端分别与活塞和阀片6相抵，阀片6转动时带动扭簧13的一端转动，从而扭簧13产生阻止阀片6转动的扭力，直至气压差的作用力与扭簧13的扭力平衡，阀片6停止转动，此时阀片6处于第二位置。

当然，还可以通过其它方式限制阀片6的转动角度，比如设置牵引绳，牵引绳的一端与阀片6连接，牵引绳的另一端与活塞7连接，阀片6转动至第二位置时，牵引绳拉紧，在此不作限定。

优选地，通气孔7a的数量为多个，多个通气孔7a沿着活塞7的周向均匀分布，即多个通气孔7a呈一圈分布。或者，多个通气孔7a沿多个同心环分布。即多个通气孔7a分为多圈分布，每圈包括多个沿活塞7周向分布的多个通气孔7a。多圈通气孔7a沿活塞7的径向依次排布。

上述实施例中，阀片6的数量与通气孔7a的数量相同，且多个通气孔7a与多个阀片6一一对应，每个通气孔7a均对应设置有一个阀片6。当然，也可以一个阀片6对应两个通气孔7a设置，阀片6闭合时同时封堵两个通气孔7a，阀片 6开启时同时开启两个通气孔7a，在此不作限定。

阀片6的转轴12可以与活塞7的径向平行，或者阀片6的转轴12也可以与活塞7的径向垂直，或者阀片6的转轴12也可以与活塞7的径向之间具有夹角。转轴12的延伸方向可以根据实际情况自行设定。

为了便于安装阀片6，活塞7固定设置有转轴安装座11，阀片6的转轴12与转轴安装座11转动连接。转轴安装座11与活塞7可以焊接或螺纹连接，转轴安装座11与活塞7也可以为一体结构。

活塞7上可以开设转轴安装座11定位槽，保证了转轴安装座11在装配过程中的装配精度。

转轴12与阀片6为一体结构或者转轴12与阀片6焊接在一起，以便于加工制造。当然，转轴12与阀片6也可以通过螺栓连接，在此不作限定。

通气孔7a的截面可以为梯形，如此可以最大化利用活塞7的截面，以提高整体的通气面积。当然，通气孔7a的截面也可以为圆形、方形等，在此不作限定。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

Claims (10)

1.一种具有旋转单向阀的自能式断路器，包括气缸(8)、设置于所述气缸(8)内的活塞(7)以及与所述活塞(7)固定连接的活塞杆(9)，所述活塞(7)的一侧为膨胀室(a)且另一侧为压气室(b)，且所述活塞(7)开设有通气孔(7a)以连通所述膨胀室(a)和压气室(b)，其特征在于，还包括单向阀，所述单向阀包括与所述活塞(7)转动连接且位于所述活塞(7)的朝向膨胀室(a)的一侧的阀片(6)，所述阀片(6)在第一位置和第二位置之间转动，所述阀片(6)处于第一位置时其封堵所述通气孔(7a)，所述阀片(6)处于第二位置时其与活塞(7)之间角度为预设角度值，且所述预设角度值小于90°；所述膨胀室(a)气压大于所述压气室(b)时气流能够带动所述阀片(6)转动以封堵所述通气孔(7a)；所述膨胀室(a)气压小于所述压气室(b)时气流能够推动所述阀片(6)转动以开启所述通气孔(7a)。

2.根据权利要求1所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述单向阀还包括用于限制所述阀片(6)转动角度的限位件。

3.根据权利要求2所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述限位件为与所述活塞(7)连接的限位杆(10)，所述阀片(6)转动至所述第二位置时与所述限位杆(10)相抵。

4.根据权利要求2所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述限位件为设置于所述阀片(6)靠近所述活塞(7)的端部的抵接部，所述阀片(6)转动至所述第二位置时所述抵接部与所述活塞(7)相抵；

所述抵接部为抵接面；所述抵接部与所述阀片(6)为一体式结构。

5.根据权利要求2所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述限位件为套设于所述转轴(12)上的扭簧(13)，所述阀片(6)转动时带动所述扭簧(13)的一端转动以使所述扭簧(13)产生扭力。

6.根据权利要求1所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述阀片(6)的数量为多个，相邻的两个阀片(6)与同一转轴(12)转动连接且转动方向相反，相邻的两个阀片(6)能够相互限制对方的转动角度。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述通气孔(7a)的数量为多个，且多个所述通气孔(7a)沿着所述活塞(7)的周向均匀分布或者多个所述通气孔(7a)沿多个同心环分布。

8.根据权利要求7所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述阀片(6)的数量与所述通气孔(7a)的数量相同且所述阀片(6)与所述通气孔(7a)一一对应。

9.根据权利要求1所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述活塞(7)固定设置有转轴安装座(11)，所述阀片(6)的转轴(12)与所述转轴安装座(11)转动连接。

10.根据权利要求1所述的具有旋转单向阀的自能式断路器，其特征在于，所述通气孔(7a)的截面为梯形、圆形或方形。

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