Клапанное устройство для пневмо- или гидропривода коммутационных аппаратов

Клапанное устройство для пневмо- или гидропривода коммутационных аппаратов

Реферат

 

Сущность изобретения: распределительная камера корпуса имеет отверстия. Дифференциальный клапан выполнен в виде двух жестко связанных поршней разного диаметра и пружины. Первое отверстие расположено в боковой стенке корпуса между поршнями, второе - в торце корпуса со стороны поршня меньшего диаметра и связано с распределительной камерой каналом, оканчивающимся на уровне поршня большего диаметра, третье - в торце корпуса со стороны поршня большего диаметра, четвертое и пятое - в боковой стенке корпуса на уровне поршня меньшего диаметра. На боковой поверхности этого поршня выполнена кольцевая выточка. Поршень большего диаметра содержит полость, в которой расположен тарельчатый клапан. Между дном поршня большего диаметра и торцом направляющего выступа тарельчатого клапана расположена пружина. Вторая пружина, более сильная, расположена между дном распределительной камеры и поршнем большего диаметра. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к пневматическим и гидравлическим клапанам для пневмо- или гидро- приводов высоковольтных и сверхвысоковольтных коммутационных аппаратов, например выключателей, короткозамыкателей, быстродействующих заземлителей и т.п.

Известны пневматические механизмы приводов высоковольтных выключателей, состоящие из выпускного и впускного клапанов, последовательность срабатывания которых осуществляется путем непосредственного механического воздействия на них, например, путем воздействия бойков электромагнитов [1] Известны пневматические клапанные устройства, которые содержат основной дифференциальный клапан и узел управления, который также механически воздействует на этот клапан, открывающий доступ сжатого газа к приводу [2] Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству является клапанный распределитель, обеспечивающий перемещение поршня пневмо- или гидропривода двустороннего действия в прямом и противоположном направлениях [3] При подводе с помощью распределителя давления газа к одной из сторон привода сжимаемый поршнем привода газ сбрасывается с противоположной стороны в атмосферу. В конце хода поршень привода может быть прижат к дну поршневого цилиндра и удержан в таком положении сжатым газом до следующего воздействия на распределительное устройство для движения поршня привода в противоположном направлении. Подобные клапанные распределители нуждаются в механическом воздействии на них.

Таким образом, известные клапанные устройства для приводов высоковольтных коммутационных аппаратов работают от механического воздействия на них, что не позволяет обеспечить наиболее выгодные условия работы этих аппаратов.

По мере роста класса напряжения и мощности короткого замыкания энергосистем возникает необходимость увеличения ходов контактных систем при одновременном уменьшении времени срабатывания (включения, отключения) коммутационных аппаратов. Например, время отключения выключателя сверхвысокого напряжения с массой подвижных частей в десятки килограммов при ходе контактного стержня в сотни миллиметров должно достигать сотых долей секунды. Быстродействие коммутационных аппаратов в основном достигается увеличением мощности привода. Особенно трудно достигается работа аппарата в режиме быстрого автоматического повторного включения (БАПВ, см. ГОСТ 687-78, "Выключатели высокого напряжения"). Быстрое повторное автоматическое включение необходимо для того, чтобы по возможности быстрее обеспечить питанием линию электропередачи после ее отключения. В этом режиме необходимо за короткое время развить большую скорость подвижной системы аппарата, затем резко затормозить и немедленно также с большой скоростью направить ее в противоположном направлении и вновь резко остановить. Резкое (жесткое) торможение требует сложных, трудно регулируемых тормозных устройств, часто выходящих из строя и приводящих к преждевременным поломкам аппарата. Нерезкое (мягкое) торможение удлиняет время срабатывания аппарата. Кроме того, для удержания аппарата в одном из конечных положений (включенном или отключенном в зависимости от назначения аппарата) применяются различного рода механизмы зацепления (замки, защелки и т. п. ), расцепление которых производится механическим воздействием на них. Нередки случаи выхода из строя высоковольтных коммутационных аппаратов из-за поломок механизмов зацепления.

Известное клапанное устройство [3] не способно обеспечить приводу двустороннего действия работу в режиме быстрого автоматического повторного включения и пневматическое запирание его, т.е. не способно выполнить следующие операции: открыть доступ сжатого газа в привод для отключения аппарата с большой скоростью и на определенном ходе его поршня закрыть этот доступ для резкого снижения скорости отключения, одновременно открывая выход сжатого (отработанного) газа в атмосферу для еще большего торможения, а также для того, чтобы исключить влияние последнего на скорость движения поршня в исходное (включенное) положение; в этом включенном положении удержать поршень давлением газа (пневматическое зацепление привода) до получения пневматической команды на сброс в атмосферу этого давления (пневматического расцепления привода) при одновременном открытии доступа рабочего давления в привод для отключения.

Таким образом, известное клапанное устройство [3] не может обеспечить поршню привода мягкого демпфирования в конце хода, быстрого обратного хода на включение, а также не дает возможности регулировать момент сброса рабочего давления по ходу движения поршня.

Предлагаемое изобретение клапанное пневматическое устройство для приводов коммутационных аппаратов позволит устранить перечисленные недостатки.

Технической задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик коммутационного аппарата с пневматическим приводом двустороннего действия путем увеличения скорости отключения за время гашения дуги в коммутационном аппарате и уменьшения скорости в конце хода отключения и затем быстрого увеличения скорости включения.

Поставленная задача достигается тем, что в известном клапанном устройстве для пневмо- или гидропривода коммутационных аппаратов, содержащем корпус с распределительной камерой, клапан дифференциального типа, содержащий два жестко связанных поршня, большего и меньшего диаметров, тарельчатый клапан, на боковой поверхности поршня меньшего диаметра дифференциального клапана выполнена кольцевая выточка; поршень большего диаметра дифференциального клапана и тарельчатый клапан, расположенный внутри поршня большего диаметра, закрыты одним неподвижным уплотнением с отверстием для привода; в боковой стенке корпуса между поршнями дифференциального клапана и в торце корпуса со стороны поршня меньшего диаметра расположены отверстия для пускового клапана, причем последнее связано с распределительной камерой на уровне поршня большего диаметра каналом; в боковой стенке корпуса, на уровне поршня меньшего диаметра, расположены два отверстия, одно из которых, перекрытое поршнем меньшего диаметра, предназначено для сброса рабочего давления, другое для привода.

Предлагаемое устройство работает путем пневматического на него воздействия, а не механического, как это имеет место в прототипе.

Предложенная конструкция клапанного устройства и расположение отверстий для впуска давления из пускового клапана и из клапанного устройства в привод коммутационного аппарата позволяет осуществить мягкое демпфирование поршня привода путем замедления его движения на отключение (включение) и позволяет осуществить стабильную работу коммутационного аппарата и увеличить быстродействие в режиме быстрого автоматического повторного включения.

На приведенном чертеже изображено предложенное клапанное устройство в разрезе для лучшего показа конструкции. Схематично линиями показана пневматическая связь клапанного устройства с приводом двустороннего действия и с пусковым клапаном, с помощью которого производится пневматическое управление клапанным устройством. В качестве пускового клапана может служить клапанный распределитель, защищенный авторским свидетельством N 1594622, кл. Н 01 Н 33/53, опублик. 23.0990 г. Бюл. N 35.

Предлагаемое клапанное устройство имеет корпус 1 с распределительной камерой, клапан 2 дифференциального типа, представляющий собой два жестко связанных поршня с различными диаметрами (большим и меньшим). Поршень большего диаметра выполнен полым и в его полости расположен тарельчатый клапан 3. В корпусе 1 расположены также уплотнительные прокладки 4 и 5 с отверстиями. Клапаны 2 и 3 упираются в прокладку 4 с помощью пружин 6 и 7. Пружина 6 более сильная. Корпус 1 имеет отверстия 8, 9, 10, 11, 12. Отверстие 10 имеет канал 13 (обозначено пунктиром), через который оно сообщается с распределительной камерой. Конец канала закрыт боковой поверхностью поршня большего диаметра клапана 2. Поршень меньшего диаметра клапана 2 имеет кольцевую выточку 14. Отверстия 11 и 12 сообщаются с отверстиями 15 и 16 привода 17. Привод содержит поршень 18 со штоком 19, связанным с механизмом движения коммутационного аппарата (не показан). Отверстия 8 и 10 сообщаются с отверстиями 20 и 21 корпуса 22 пускового клапана. Пусковой клапан содержит две камеры 23 и 24, отверстие 25 для питания рабочим давлением, отверстие 26, сообщающееся с отверстием 27 привода, а также подвижный шток 28 с закрепленными на нем тарелками 29, 30 и 31.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии давления газа поршень с большим диаметром клапана 2 и тарельчатый клапан 3 прижаты к прокладке 4 пружинами. При опускании вниз штока 28 тарелки 29 и 30 прижимаются к своим седловинам, а тарелка 31 отходит от своей седловины, как это показано на чертеже. При этом закрывается выход сжатого газа из камеры 23 в атмосферу и открывается доступ его под поршень привода, а также вход в распределительную камеру, а именно в полость между поршнями клапана 2. При перемещении поршня 18 привода за отверстие 16 давление газа через это отверстие проникает под тарелку клапана 3, опуская его и открывая доступ газа к поршню большего диаметра клапана 2. Однако последний остается неподвижным, так как разность сил от давления газа на поршни клапана 2 плюс сила пружины 6 больше силы давления газа, стремящегося опустить клапан 2. Кроме того, силой пружины 7 и давления газа тарельчатый клапан 3 вновь прижимается к уплотнению 4. При перемещении влево поршень 18 практически не претерпевает противодавления, так как вытесняемый поршнем газ сбрасывается, например, в атмосферу через отверстие 15 привода по трубопроводу в отверстие 11, затем 10 клапанного устройства, далее по трубопроводу через отверстие 21 и камеру 24 пускового клапана.

До тех пор, пока шток 28 пускового клапана опущен (как показано на чертеже), поршень 18 привода может находиться под давлением газа в крайнем левом положении, а коммутационный аппарат, связанный с приводом во включенном (или отключенном, в зависимости от назначения аппарата) положении. Таким образом, осуществляется пневматическое зацепление аппарата, исключающее необходимость в механическом зацеплении.

Отключение (включение) аппарата производится переводом штока 28 пускового клапана вместе с тарелками 29, 30, 31 вверх до упора. При этом сжатый газ из полостей привода и клапанного устройства 1 сбрасывается через открывающуюся камеру 23 пускового клапана в атмосферу. Одновременно рабочее давление из камеры 24 пускового клапана поступает в привод через отверстие 21 пускового клапана, через трубопровод в отверстия 10, затем 11 клапанного устройства и через трубопровод в отверстие 15 привода, перемещая поршень 18 привода вправо. При переходе поршня 18 привода за отверстие 16 происходит следующее: под действием рабочего давления привода вследствие перераспределения сил опускаются клапаны 2 и 3, преодолевая силы пружин 6 и 7; открывается доступ давления газа в полость между этими клапанами через канал 13; поршень малого диаметра клапана 2 садится на уплотнение 5, прикрывая доступ газа в привод, а тарелка 3 вновь поднимается до упора; через совпадающие с кольцевой выточкой 14 в поршне меньшего диаметра клапана 2 отверстия 11 и 9 корпуса 1 клапанного устройства отработанный газ привода сбрасывается в атмосферу; силой давления газа, поступающего по каналу 13 в полость над поршнем большего диаметра клапана 2, последний удерживается в крайнем нижнем положении, а тарельчатый клапан 3 в крайнем верхнем. Такое положение клапанов сохраняется до тех пор, пока шток 28 пускового клапана поднят и клапаны 2 и 3 разделены давлением газа, поступающего по каналу 13 в полость между ними.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет приводу освободиться от давления отработанного газа еще до завершения операции отключения (включения) и тем самым подготовить его для быстрого автоматического повторного включения при отсутствии давления газа под поршнем привода.

Кроме того, устройство позволяет удерживать привод во включенном (отключенном) положении давлением газа на его поршень, освобождая тем самым механизм движения коммутационного аппарата от сложного и малонадежного механического замка.

Далее, так как после сброса отработанного газа в приводе скорость поршня резко снижается, проблема торможения подвижных частей коммутационного аппарата, масса которых достигает многих десятков килограммов, значительно облегчается. Это, в свою очередь, способствует быстродействию при повторном срабатывании аппарата.

Пневматическое управление клапанным устройством (в отличие от механического в прототипе) позволяет обеспечить мягкое демпфирование поршня привода, дает возможность регулировать момент сброса рабочего давления за время движения поршня привода, а также позволяет увеличить скорость движения поршня в обратном направлении при сбросе давления отработанного газа.

Данное техническое решение может иметь широкое применение в технике, особенно там, где требуются высокое быстродействие привода двустороннего действия, например, в пневмо- или гидроприводах высоковольтных и сверхвысоковольтных выключателей, быстродействующих короткозамыкателей, заземлителей и т.д.

Предлагаемое устройство особенно эффективно для аппаратов с большой массой подвижных частей, препятствующей достижению необходимого быстродействия.

Использование данного технического решения позволяет повысить мощность и надежность работы высоковольтных электроустановок.

В частности, благодаря предложенному устройству, в ВЭИ имени В.И.Ленина создан быстродействующий заземлитель сверхвысокого напряжения. Испытания показали надежность работы аппарата (Протокол N 4400-1-90, ВЭИ имени В.И. Ленина, архивный N 6155-4400).

Формула изобретения

КЛАПАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМО- ИЛИ ГИДРОПРИВОДА КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ, содержащее корпус с распределительной камерой, имеющей отверстия, дифференциальный клапан в виде двух жестко связанных поршней разного диаметра и пружины, отличающееся тем, что первое отверстие расположено в боковой стенке корпуса между поршнями дифференциального клапана, второе в торце корпуса со стороны поршня меньшего диаметра и связано с распределительной камерой каналом, оканчивающимся на уровне поршня большого диаметра, третье в торце корпуса со стороны поршня большего диаметра, четвертое и пятое в боковой стенке корпуса на уровне поршня меньшего диаметра, на боковой поверхности которого выполнена кольцевая выточка, а поршень большего диаметра дифференциального клапана содержит полость, в которой расположен клапан, причем между дном поршня большего диаметра и торцом направляющего выступа тарельчатого клапана расположена пружина, а вторая пружина, более сильная, расположена между дном распределительной камеры и поршнем большего диаметра дифференциального клапана.

РИСУНКИ

Рисунок 1