SU1047320A1 - Высоковольтный ввод - Google Patents

Description

«k 1 10 Изобретение относитс  к области электротехники, в-частности к техни ке физико-химических исследований при высоком напр жении, высоких или низких температурах и при высоком давлении с повьшенными ударными нагрузками . Изобретение может быть использовано , например, в высоковольтных нагреваемых или охлаждаемых электроразр дных камерах высокого давле- 10 ни , взрывных и вакуумных камерах. Известны высоковольтные вводы, со держащие полый корпус, состо щий из одной или нескольких последовательно соединенных втулок из электроизол ционного материала с промежуточными фланцами между ними, токоведущий стержень, два концевых фланца, причем все элементы соедин ютс  воедино с помощью гайки, навинчивающейс  на тонкий стержень. Такце вводы имеют ограниченный диапазон рабочих температур ( 250 С), Существуют прогреваемые герметичные электрические вводы, способные работать при высоких температурах . К ним относ тс , например, металлркерамические вводы, в которых предварительно металлизированные керамические элементы соединены с металлическими при помощи тонких коваровых манжет технологически сложной операцией пайки. Однако вводы описанного типа не могут использоватьс  в камерах высокого давлени . К тому же часто спаи керамики с металлом не вьщерживают многократных нагреваний и охлаждений из-за малых, но существующих различий в коэффициентах термического расширени  (КТР) керамики и материала.манжет, Наиболее близким к предложенному высоковольтному вводу по технической сущности и достигаемому эффекту  вл етс  высоковольтный ввод, содержащий полый корпус в виде одной или нескольких последовательно соединенных диэлектрических втулок с промежуточными фланцами между ними, герметично расположенный в нем токопровод щий стержень и два концевых фланца, один из которых  вл етс  токосъемным, причем все указанны элементы механически скреплены межд собой с помощью гайки, навинчивающейс  на тонкий упругий стержень, проход щий через концевые фланцы. У ругим элементом, служащим дл  предо 0 вращени  разгерметизации ввода при повьшении температуры служит сам ст гивающий стержень, который все врем  находитс  в нат нутом состо - ; Недостатком такого ввода  вл етс  ограниченньш диапазон рабочих температур (до 250 С). Одной из причин этого  вл етс  невозможность в такой конструкции создать большие ст гивающие усили , что позвол ет спользовать в качестве торцовых употнений диэлектрических втулок прокладки только из традиционных эластичньпс материалов (например, резины). Способ компенсации температурного удлинени  с помощью упругого ст жного стержн  также ограничивает рабочую температуру ввода, так как така  компенсаци  возможна лишь в том диапазоне температур, в котором упруга  деформаци  стержн  остаетс  линейной . Целью изобретени   вл етс  создание простой разборной конструкции ввода, который бы  вл лс  универсальным и мог бы работать в широком диапазоне температур (400 С и выше, а также при низких температурах) в услови х многократного цикла нагреваний и последующих охлаждений, при высоком электрическом напр ж-ении (30 кВ и вьш1е) , в вакуумных камерах, а также в камерах высокого давлени  (50 атм и вьш1е) при повьпненных ударных нагрузках, т.е. повьш1ение надежности при повьш1енных температурах, давлени х и ударных нагрузках. Это достигаетс  тем., что в известном высоковольтном вводе, содержащем полый корпус в виде последовательно соединенных между собой втулок из электроизол ционного материала , герметично расположенный в нем токопровод щий стержень и крепежные элементы, стержень состоит из двух частей, выполненных из различных материалов ,.при этом коэффициенты термического расширени  материала втулок и м атериала частей стержн  св заны KTPg, соотношением КТР. KTPg и KTPg - коэффициенты термического расширени  материалов частей .стержн ; КТРgy - коэффициент термического расширени  втулок. На фиг,1 изображена конструкци  ввода в разрезе; на фиг.2 - торцовое уплотнение диэлектрических втулок. Высоковольтный ввод содержит жаростойкие втулки 1 из электроизол ционного материала (например, из керамики ) , центральный толстый ст гива ющий стержень 2,  вл ющийс  одновременно и токопроводЯщим, концевые фланцы. 3. и 4 (концевой флантец 4 расположен внутри камеры в среде высокого давлени  и составл ет со стерж нем единое целое), несколько или оди промежуточный фланец 5, служащий дл  герметичного креплени  ввода в камере , основным ст гивающим элементом  вл етс  закрепленный (например, с помощью резьбы) на стержне массивный ст жной фланец 6 с расположенными в нем по окружности болтами 7, количество которых определ етс  диаметром ввода. Концевой фланец 3 может перемещатьс  вдоль стержн  по свободной посадке. Герметичность ввода достигаетс  за счет торцовых уплотнений, содержащих металлические (например, медные) прокладки 8, форма которых показана на фиг.2. Негерметичные мед ные прокладки 9 служат дл  амортизационных целей и дл  обеспечени  равномерного распределени  ст гивающих усилий по окружности диэлектрических втулок. Высоковольтна  электроизол ци  токоведущего стержн  2 от крепеж ного фланца 5, как и в известных кон струкци , осуществл етс  с помощью диэлектрической жаростойкой трубы 10 (например, из керамики, фарфора и 1т.д.), концентрически вставленной внутрь ввода. Труба 10 в зависимости от условий работы может быть закреплена и центрирована различными cnoco бами.. Например, прижимным и центриру ющим элементами могут быть вставленна  в канавку концевого фланца 3 пружина 11 и надета  на стержень (напри мер, медна ) втулка 12. Дл  основной компенсации температурного удлинени  стержень 2 составлен из двух частей А и Б, соединенных между собой, например , с помощью резьбового соединени  13. Сборка ввода осуществл етс  следу ющим образом. На стержень 2 надеваютс  последовательно втулка 12, диэлектрическа  труба 10, диэлектрические втулки 1 с промежуточным фланцем 5, разделенные медными прокладками, концевой фланец 3 с вставленной в канавку пружиной. Далее на стержень навинчиваетс  до соприкосновени  с концевым фланцем 3 ст жной фланец 6 с расположенными в нем болтами 7, с помощью которых производитс  ст гивание всех элементов ввода. Количество болтов 7 во фланце 6 определ етс  диаметром втулок 1. Герметичные торцовые уплотнени  образуютс  при ст гивании за счет сдавливани  и уплотнени  острых кро- . мок прокладок 8 (см. фиг.2). Прокладки 9 могут быть негерметичными, так как внутренн   полость В ввода, сообщаетс  с объемом вне камеры. Материал и размеры диэлектрических втулок 1 и металл прокладок 8 и 9 выбираютс  исход  из необходимых рабочих характеристик ввода (электрическое напр жение , температура, механическа  прочность и т.д.), причем нужно, чтобы предел прочности материала полых диэлектрических втулок на сжатие был меньше, чем предел текучести металла прокладок. В данной конструкции основна  компенсаци  температурного удлинени  (сжати ) стержн  осуществл етс  следующим способом, Ст гивакиций стержень 2 состоит из двух частей А и Б, изготовленных из различных металлов. Один металл (например, инвар) имеет КТР меньше, чем КТР материала диэлектрических втулок (например, керамика), а дру-. гой больще (например, нержавеюща  сталь). Длины обеих частей стержн  рассчитываютс  так, чтобы суммарное температурное удлинение (сжатие в случае охлаждени ) диэлектрических втулок со всеми фланцами и стержн  было бы одинаковым. Расчет длины L- части Б стержн  (см. фиг.1) производитс  исход  из авенства: h ДТ(КТР, .j,,+KTPn.p.dp. +KTP,..d, (her d«.+d, -L L. + КТР, 6 де dT изменение температуры при нагревании (охлаждении) ввода; КТР - средний в интервале i Т коэффициент термического расширени ; вт - диэлектрические втулки 1; п.(р - промежуточный фланец 5; х - концевой фланец 3; индексы Б и А означают отнощение к част м стержн ;

h - суммарна  высота -всех диэлектрических втулок до нагревани ;

d - толщина фланцев до нагревани ; Lg - длина части В стержн  до

нагревани .

Lg - отсчитываетс  от конца диэлектрической втулки на концевом фланце Айв нее не входит толщина концевого фланца 4,

В равенстве не учтены уплотн ющие прокладки.

Эксперименты показали, что дл  сохранени  герметичности ввода в процессе нагревани  (или охлаждени ) достаточно рассчитать длины частей Б и В стержн  2 согласно приведенному равенству. Более того, можно выбрать эти длины такими, что в процессе нагревани  (или охлаждени ) будет происходить самоподжатие (самоуплотнение ) элементов ввода.Болты 7 хот  и могут подт гиватьс  в процессе нагревани  : (или охлаждени ) ,но они не предназначены дл  компенсации температурных изменений длины стержн , так как, во-первых , это неудобно и поэтому лишало бы конструкцию универсальности, а во-вторых, во многих случа х это невозможно (например, при использовании такого ввода в  дерном реакторе, на искусственном спутнике, в зоне облучени , в плавильной печи и т.д.).

Такие рабочие характеристики ввода , как электрическое напр жение, температура, давление и механическа  прочность определ ютс  выбором материалов элементов ввода и их размеров ричем конструкци  ввода позвол ет значительно увеличить его размеры, а также эксплуатировать его в услови х низких температур.

Насто щий ввод может быть применен в тех област х науки, техники и -промьшшенного производства, где от электрических вводов требуетс  способность работать в услови х широког диапазона рабочих температур и электрическйх напр жений, вакуума, высокого Iдавлени  при повышенных ударных нагрузках , а также простота, разборность и взаимозамен емость частей.

В частности, описанный высоковольтный ввод может быть использован , в высоковольтных аппаратах, в нагреваемых или охлаждаемых электроразр дных , взрывных и других камерах дл  проведени  широкого класса физикохимическиз4 исследован ий, в космических аппаратах, когда имеетс  сильный разогрев и вибраци  стенок при вхождении в плотные слои атмосферы, в промышленности дл  технологических Iпроцессов, проход щих при высокой температуре, например в электричес .ких электровакуумных печах.

Claims (1)

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВВОД, содержащий полый корпус в виде последовательно соединенных между собой вту—

   ¹ лок из электроизоляционного материала, герметично расположенный в нем

   токопроводящий стержень и крепёжные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при повышенных температурах, давлениях и ударных нагрузках, стержень состоит из двух частей, выполненных из различных материалов, при этом коэффициенты термического расширения материала втулок и материала частей стержня связаны соотношением

   КТР_Б < КТР_9т<КТР_в ,где КТР_ и КТР_ - коэффициенты терми· и В

   ческого расширения материалов частей стержня;

   ΚΤΡ_βτ - коэффициент термического расширения втулок.

   а

   •м

   00

   ГО

   1 ! 1047320 2