CN88102072A - 控制电力断路器的带阻尼系统的差动液压柱塞缸 - Google Patents

Abstract

一种控制电力断路器的带阻尼系统的差动液压柱塞缸，设有一个在行程末端产生阻尼作用的漂浮环，还没有一个形成柱塞缸活塞一部分并贯穿阻尼环的阻尼伸长杆。在活塞上未来取任何与缸体形成密封的任何密封环措施。阻尼环上带有两个构成双重阀门的唇部，该阀门与活塞下表面和缸体端部内表面形成不漏液密封。在活塞行程末端，阻尼环形成一个双重密封阀，以关闭柱塞缸的供/排液孔口。

Description

本发明涉及到一种用于控制电力断路器的差动液压柱塞缸（jack）;在此类柱塞缸中，由缸体的内表面和外露的活塞杆的外表面限定一个柱塞缸环状室，它始终与一个高压液流源相连。

液压柱塞缸外露的活塞杆与断路器的动触头相连。在柱塞缸主室下端形成的供/排液孔口，可选择为与上述高压液流源相连（“供液”位置），以便对活塞施加外部推力;或选择为与一个低压槽相连（“排液”位置），以使活塞在维持于环状室内高压强P的作用下退回到其初始位置。

第一个动作使活塞杆向外移动，则使得断路器移向接合或合闸位置;第二个动作使活塞向内移动进入缸体内，则使得断路器移向非接合或断开位置。

上述这类差动液压柱塞缸的断路器控制系统是众所周知的，例如在法国专利第2317532号（或美国专利第4026523号）中已有描述。

为这种应用而做的差动柱塞缸的设计，导致了结构上的困难，特别是因为虽然处于量级为300至400巴的非常高的液流工作压强P下，但仍须在相当长时期内保证恒定而又绝对的密封。

如前边引用的先有专利中所示，这些柱塞缸因而就一定要在通过缸体上端的活塞杆外露部位装设第一道密封，且在活塞上装设第二道密封。

该第二道密封必须承受恶劣的运行工况，因而带来结构上的困难。如果要求设置完好的密封，这种密封最好是“弹簧加载密封”型式。

在以同一发明人姓名于1987年3月25日提交的法国专利申请第8704134号中，表示出其中所述的差动柱塞缸中借助于将活塞与一个逆止阀组合而可以省掉活塞密封，此逆止阀用于在上述柱塞缸跳闸冲程末端将柱塞缸的供/排液孔口关闭。

在控制电力断路器的液压柱塞缸的结构中，进一步的困难是需要保证对活塞行程末端高效阻尼。实际上，由于活塞的行程或冲程运动，必定是发生在大约百分之几秒的很短时间内，所以动作十分突然，且由此应该采取在行程末端减慢或阻尼活塞动作的措施。在这种应用中，由于供阻尼动作的距离非常短（20到50毫米数量级），则问题更为严重。

在已知类型的液压柱塞缸阻尼系统中，在缸体端部装配一个漂浮环。在这个漂浮环内嵌入一个由活塞携带的基本为截头圆锥状的伸长部分或阻尼杆。在活塞冲程的末尾，位于阻尼环内表面和上述活塞伸长部分之间的环形通道的横截面积逐渐减小，于是就对缸室内在活塞和装有阻尼环的缸体端部之间容纳的油产生一个逐渐拉长（wiredrawing）或节流作用。所说的油的拉长作用具有对活塞行程末端阻尼的效果。

在帕克·旱尼芬的英国专利第998753号中，给出了一个用于液压柱塞缸的阻尼漂浮环的例子，尤其是在前面引用的法国专利第2317532号中，专门应用到控制电力断路器。

已知的漂浮环型阻尼系统，当用于传统设计的液压柱塞缸，或换句话说，用到活塞上装配有密封垫的柱塞缸时，都达到了满意的操作。但是一定要采取保护措施，以保证在阻尼或“缓冲器”室内出现的非常高的过压强不会传递到柱塞缸活塞的密封环上，否则密封环很快就不能用了。

这样，如果要达到对电力断路器控制的实际很高的可靠性，以及很长时间不检修的运行寿命，就使柱塞缸的结构在更大程度上复杂化了。

然而，这些已知的漂浮环阻尼系统並不适用于活塞上未装配密封环的差动柱塞缸，因为它们不能保证在柱塞缸跳闸冲程末端对缸体主室的供/排液孔口的不漏液密闭。这就会导致持续漏油，因而导致在断路器处于断开位置期间的所有时间内持续油耗，这是一种不希望的情况。

本发明的目的在于克服上述缺点，並使得有可能构成一种带有一个环形阻尼系统的差动柱塞缸结构，该阻尼系统设计简单，比以往有更高的运行可靠性。本发明应用于前边引用的法国专利第8704134号中所述型式的柱塞缸，即缸体中活塞与一个逆止阀组合，以关闭缸体主室的供/排液孔口;该逆止阀的关闭部件确定为由活塞驱动，以便在上述活塞跳闸冲程末端关闭上述孔口;缸体中的活塞未装配任何密封环。

本发明中，由一个阻尼环构成截止逆止阀，该阻尼环可漂浮地安装在缸体的端部，並围绕着供/排液孔口。上述阻尼环具有基本为圆筒形的内表面，一个由活塞下表面携带的基本为圆锥形的阻尼伸长杆适用于与该圆筒形内表面配合，以在上述阻尼环的内表面和上述伸长杆之间产生油拉长作用。

上述漂浮环适用于在其上部环形表面上带有圆形凸出的第一唇部，在跳闸冲程末端，活塞的下表面以不漏液方式与该第一唇部相顶接;同时该漂浮环适用于在其下部环形表面上带有圆形凸出的第二唇部，当在跳闸冲程末端活塞把向下的推力施加到阻尼环上时，该第二唇部以不漏液方式与围绕着供/排液孔口的缸体下端部相顶接。

于是，该漂浮环一方面形成了一个在活塞和阻尼环之间、另一方面在阻尼环和缸体端部之间的双重密封阀。

因此，这种形成阻尼环和双重密封环形阀的漂浮环二者的整体组合，减少了柱塞缸组件数量，达到了较低的成本和较高的可靠性。

图1是本发明的一个实施例柱塞缸的轴向剖面图。

图2是图1下部放大比例的局部视图。

图3是阻尼环形阀沿直径方向的剖面图。

图4是表示阻尼环与活塞和缸体端部接触区段的局部剖面图。

图5是一个与图2类似的视图，表示出本发明的一个较佳实施例。

图1中描述的差动柱塞缸是前边引用的法国专利申请第8704134号中所述的类型。

在这里足以说明，该柱塞缸具有一个最好是与铸件4形成一个整体的缸体2;活塞6可滑动地安装在上述缸体2内，且未装配密封环。活塞6的杆与电力断路器的动触头相连（图中未示出）。

在图1的左半部，所示的活塞6处于其行程的上部末端位置，与断路器的合闸工况相应。在图1的右半部，该活塞处于其行程末端的下部位置，与断路器的“跳闸”或断开工况相应，这个位置以参考号6′表示。

活塞6把缸体2的内部容积分成一个环状室10位于活塞以上）和一个主室12（位于活塞以下）。主室的下部或缸体端部是由一个拧入的端套14构成，在该端套14的中央形成有一个供/排液孔口16。

环状室10始终与连到缸体孔口21的压力油存储罐20相连通。

供/排液孔口16，可以借助一个三通阀26有选择地连通;它可以通过管道18-28-24与存储罐20相连（“供液”位置），或通过管道24-30与一个低压储油槽32相连。

应当注意，管道18最好是一个与缸体4铸为一体的大截面管道，並具有在两个缸室10和12之间大流量传输油的功能。

外露的活塞杆8通过一个密封垫36穿过上部端套34。

按照传统的实践和在前边引用的法国专利第2317532号（或美国专利第4026523号）中的叙述，活塞6适用于携带第一和第二凸出的阻尼部件（大体上或部分具有截头圆锥或具有台阶部分）。在活塞6以上的第一阻尼部件38能与设计类似于先有专利中所述环的一个阻尼环40相配合，其目的是对活塞6的上部行程末端进行阻尼。

第二个阻尼部件42构成了活塞6底下的延伸部分，它适用于与环44相配合;环44按照本发明阻尼系统即形成一个阻尼装置，又形成一个双重密封阀。

应当记得，在刚叙述过的那种类型的差动柱塞缸中的这个结合处，在活塞6上没有密封环，这就使得当活塞的两个表面上存在压差时，在活塞圆柱形外表面和其相对的缸体2的表面之间持续漏油。

在相应于活塞下部的跳闸冲程末端，活塞本身或由该活塞携带的一个阀门，造成并维持在低压下的供/排液孔口16不漏液的密闭。只要该活塞维持在下部这个位置，即可防止从缸体经过上述孔口的任何高压油的泄漏。

参考图2，它是图1下部的放大视图。本发明的阻尼系统包括环44，环44可漂浮地安装在凹槽46内，由端套14的环形上表面和在缸体2内切割出的环形台肩48夹持。在凹槽中提供了余隙空间，来保证阻尼环能够径向移动，从而以活塞6的阻尼伸长部分42为中心自由对中。这种浮动结构的阻尼环是众所周知的，可以得到在阻尼环44（见图3）内表面50和活塞6的伸长部分42之间的“拉长”或“节流”的环状油流。

如图2和3所示，在阻尼环上部环形表面52上设有圆形凸出的第一唇部54，而在其下部表面56上设有相同的第二唇部58。

上唇部54与活塞6的环形下表面60配合，在活塞行程端部位置形成一道不漏液的密封，而下唇部58与端套14的环形上表面62配合，形成第二道不漏液的密封。于是，阻尼环44实现一个双重阀门的作用，当活塞处于其行程末端位置时该阀保证提供一个使供/排液孔口16不漏液的密闭，而上述环在完成阻尼后，即构成了活塞行程的终止端。

阻尼环44最好由金属制成，该金属的硬度高于与唇54、58顶接的活塞6和端套14。由于对活塞本身及活塞杆8在该活塞下部位置最远距离处予以导向，所以在活塞6环形下表面60和圆形唇54的顶部之间可实现精确的校准，于是保证高标准的密封。

在图2中分别表示出活塞6、唇54、58和外露的活塞杆8的表面积（或截面积）S₁、S₂和s。

此图表示活塞6跳闸的行程末端位置，活塞6顶接在阻尼环44上。在这个位置，供/排液孔口处于排液工况，或换言之处于低压强P₀，P₀实质上等于大气压强;而在柱塞缸环状室10内则维持由存储罐20提供的持续高压强P₁（图1所示）。

在本发明所应用的这种柱塞缸中，活塞上未装设密封环，在柱塞缸上部的室10内容纳的压强为P₁的油会在活塞6圆柱形外表面64和缸体2之间泄漏过去。因此，在环形阀44以上和以下由唇54、58限定的外部区段内，都要建立起压强P₁。上述唇部与其相对的表面60、62一起，形成对压强P₁的密封。

在这个位置，由活塞6施加在阻尼环上的承载力为：

F₁＝P₁（S₂-s）

考虑到这样的情况：截面积S₂定为活塞杆截面积s1.5倍的数量级，则承载力F₁为0.3（S₂×P₁）的数量级。

由于在液压断路器控制系统中的工作压强P₁是300到400巴的数量级，而且由于环形阀的截面积S₂在最普遍应用中为10到20平方厘米的数量级，显然施加在环形阀上持续的密闭力能达到数量级为几吨的非常高的数值。同时，更由于硬金属的唇部54、58将其印痕留在较低硬度金属的活塞6和端套14上，即保证了持久的完全的密封。

到这里我们记得，在活塞到达与环44的相顶接触以前，其行程的后部靠活塞6的伸长部分42贯穿进入环44而受到阻尼。在图2和图4中，示出了在阻尼环44圆筒形内表面50和伸长部分42的外表面68之间的较大的间隙。需要指出，要得到强有力的阻尼作用，在这两个表面间的环状间隙就要很小，以产生足够的油拉长。因而这就会在活塞以下的主室内产生非常高的压强或所谓阻尼过压强。

在传统的柱塞缸中，这种过压强（几千巴）对于突然遭受到很高压强的活塞环或密封来说，是危险的。相反，在本发明的柱塞缸中，由于活塞上未装配任何密封环，所以这种阻尼过压强不会呈现丝毫危险。

现在参考图4的局部视图叙述柱塞缸。在所示位置，活塞6位于行程下部末端（跳闸冲程末端），且供/排液孔口16处于低压强P₀（排液），而在柱塞缸环状室内存在持续的高压强P₁。活塞6与环形阀44相顶，其上承受前面指出的力F₁＝P₁（S₂-s）;同时，因为在缸体2内活塞6没有密封，所以在唇部54、58以外的环形阀44以上和以下部分，也建立起环状缸室10内的压强P₁。图4中由阴影线表明存在压力P₁的整个区域。

为了产生柱塞缸的反方向冲程（合闸冲程），孔口16处于高压强P₁下的供液状态（图1中所示供液位置：阀24）。因此，在孔口16内、在环形阀44和阻尼伸长杆42的相对的表面50和68之间的环形间隙内，从而在活塞6以下直到唇54的空间70内，其压强经历了从P₀值到P₁值的快速变化。因此，在活塞6上施加了一个向上的推力P×S₂，它反抗向下的推力F₁;一旦该压强达到一个P₂值，或所谓移位压强，即

P₂×S₂＝P₁（S₂-s）

活塞6就开始其合闸冲程。

因此，“移位压强”为：

P₂＝P₁（1-s/S₂）

也就是说，在S₂为s的1.5倍数量级的较佳情况下，P₂为0.33P₁的数量级。

所以很明显，由于只要供液压力达到高压强P₁的33%柱塞缸就立即起动，所以柱塞缸就可以开始其通畅而快速的动作。在控制其反应速度必须很快的电力断路器的情况下，这个特性十分重要。

既使对唇部选定的表面积值S₂为外露的活塞杆截面积s的两倍，相对于发生环形阀移位的压强P₂也只等于高压强P₁的50%。

不难理解，在“移位”以后，或换句话说只要唇54、58与相对的表面60、62不再密封接触，压强P₁就加到活塞6整个表面积S₁上，活塞6就像传统的差动柱塞缸一样，承受正常的操作力F₃＝P₁·S₁-P₁（S₁-s）＝P₁·s。

在某些应用场合，需要在行程末端产生非常强有力的阻尼作用，在这种情况下，在阻尼伸长部分42的外表面68和相对的阻尼环圆筒形表面50之间，设置很小的环状间隙。

在这种情况下，当供/排液孔口16处的油压恢复时，上述的环状小间隙即延缓压力油向活塞6以下空间70的进入。

为了在上述情况增加动作速度，（本发明的）一个优点是给上述空间70提供再补给装置。

在图5示的实施例中，这些再补给装置实质上包括由球72和阀座74构成的逆止阀，该阀座突入拧进腔78的圆筒形衬套76内，腔78系在阻尼伸长杆42内钻成。借助一个或许多径向通道80，使得位于球72以上的空间与阻尼伸长杆的外表面68连通，因此就与再供液的空间70连通。

在跳闸瞬间（活塞6返回到下部位置），由于球72作用到其阀座74上，在活塞以下产生的阻尼高压使逆止阀72-74维持密闭，结果只靠伸长杆42和阻尼环44之间的油拉长作用，使油逸散。

在供/排液孔口16重复增压的瞬间，压力油顶起球72，並流过径向管道80进入活塞6以下的空间70，在空间70中建立起压强P₂，即前文提到的移位压强。

值得注意的是，当柱塞缸处于下部位置（断路器跳闸或“断开”工况）时，由于在空间70内和供/排液孔口（在这种情况下连通到排液槽）内存在同样的低压强P₀，所以逆止阀72-74不需要密封。从而，对该逆止阀就没有任何严格的结构要求。

为了易于使油从通道80再供至空间70，可以采取措施：对上述通道80高度处的阻尼环44的圆筒形内表面进行镗孔。但是，最好的阻尼环44上侧形成削边82（见图3），削边82基本上与通道80出口相对（如图3中虚线所示）。

为了避免组装的差错，还宜于在环44下侧形成另一个削边82′，因而环44两侧都可向上安装。

还可以设置外剖削角84、84′，以防漂浮环在其槽内卡住的危险。

同样，保证使圆形唇部54和58的直径（因而就保证唇部截面积S₂）相同是比较容易的，于是两个面都可以朝上组装。但是，设置不同截面的唇部54和58，亦不脱离本发明的范围。

在本发明的柱塞缸中，阻尼伸长杆42的横截面积S₃小于环形阀唇部54、58的横截面积S₂，但大于外露活塞杆的横截面积s一个量值，尽管在低流量进行低速试验时在活塞和缸体间有泄漏，但仍使得横截面S₃-s的差值足以保证活塞6能可靠动作到向下冲程（跳闸冲程）的末端。如果选定的环形阀表面积值S₂是比外露活塞杆横截面积s大50%的数量级，选定的阻尼伸长杆横截面之值S₃将为比外露活塞杆横截面积s大30%的数量级。

Claims (10)

1、一种用于电力断路器油压控制的差动液压柱塞缸，包括一个缸体、一个活塞和一个限定缸体内活塞一侧的环状室和活塞另一侧的主室的外露的活塞杆，该外露的活塞杆与断路器动触头相连，上述环状室始终连到一个高压液流源，而上述主室在缸体的相应端设有一个用于该室供/排液的孔口，上述活塞在其朝向主室的表面上携带一个阻尼伸长杆，並适用于与一个围绕着供/排液孔口可漂浮安装的阻尼环配合，其中：

柱塞缸活塞上未装设与缸体内表面形成密封的任何密封环；

阻尼环构成柱塞缸活塞的行程终端；

上述阻尼环在其朝向主室的径向环状表面上形成第一环状密封区，且在其相对的径向环状表面上形成第二环状密封区，上述第一和第二密封区适用于形成第一阀门和第二阀门，当活塞位于其行程末端位置时，该两个阀门分别与上述活塞表面和缸体端部一起提供密封。

2、一种根据权利要求1的柱塞缸，其中第一和第二环状密封区由第一和第二圆形密封唇部构成，该两个唇部分别从阻尼环的两个径向环状表面凸出来，並形成上述阻尼环整体的一部分。

3、一种根据权利要求2的柱塞缸，其中阻尼环且从而该阻尼环的唇部都由金属构成，该金属的硬度等级高于柱塞缸活塞金属以及缸体端部金属。

4、一种根据权利要求2的柱塞缸，其中唇部的表面积S₂大于外露活塞杆的横截面积s，並且以大于约50%为宜。

5、一种根据权利要求4的柱塞缸，其中第一唇部和第二唇部具有相同的表面积S₂。

6、一种根据权利要求1的柱塞缸，其中为将高压液体再供至上述活塞表面和相对的阻尼环表面之间的环状空间而提供了一种装置。

7、一种根据权利要求6的柱塞缸，其中再供液装置包括一个装在柱塞缸活塞的阻尼伸长杆内的逆止阀和在该伸长杆内贯通的径向通道。

8、一种根据权利要求7的柱塞缸，其中再供液装置包括一个在阻尼环内侧周缘上切削成的基本上与径向通道向对的第一削边。

9、一种根据权利要求8的柱塞缸，其中在与第一削边对称的圆周上切削成第二削边，以便允许上述阻尼环对称颠倒。

10、一种根据权利要求1的柱塞缸，其中阻尼伸长杆的横截面积S₃大于外露活塞杆的横截面积s。

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