一种简单的一体式气体增压装置的制作方法

本发明涉及输电线路防雷保护装置领域，尤其涉及一种简单的一体式气体增压装置。

背景技术：

输电线路防雷一直都是电力部门防雷工作的重要内容，雷电故障仍然是影响电网安全的重要因素之一。输电线路发生雷击，导致线路绝缘子闪络，随之而起的工频续流损坏绝缘子串及金具，导致绝缘子串烧毁及烧断导线事故。

现有的输电线路防雷装置主要使用输电线路防雷保护间隙装置，但是现有的防雷保护间隙装置使用的防雷关键是使用气体发生器进行灭弧处理。但是现有的气体发生装置的灭弧效果不好，气体发生装置喷射的气体方向不可控，同时喷射气体压强不够高，喷射的时间短，气体生成材料不能完全燃烧，从而导致不能完全的把电弧喷灭。

经过多年研究，经过在持续研究过程以及产品在实际应用中，发现对于一些特殊场合和更高的电压等级，需要更大的灭弧气体压力，因此提出了一种气体增压装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种简单的一体式气体增压装置，以解决现有气体发生装置灭弧效果不好的技术问题。

一种简单的一体式气体增压装置，包括触发信号输入端子、包裹层、气丸底座、气丸和喷气孔，所述触发信号输入端子设置在气丸底座上，所述气丸设置在气丸底座的一侧，所述包裹层包裹在气丸底座和气丸的外侧，并贴合设置，所述包裹层与气丸的贴合处设置有喷气孔，包裹层内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。所述包裹层2的侧壁对气丸4进行径向约束，两端对气丸4进行轴向约束，气丸4产生的气体从喷气孔5喷出。

进一步地，所述喷气孔设置在触发信号输入端子的对立端，所述触发信号输入端子与气丸接触设置。

进一步地，所述气丸包括材料束缚层、火药和固氧或者液氧，所述火药和固氧或者液氧混合密封放置在材料束缚层内，材料束缚层破裂压力值远小于包裹层内压力增量值。

进一步地，所述触发信号输入端子通过设置若干根发热电阻丝与气丸内部的火药接触设置，若干根发热电阻丝并联设置，且与触发信号输入端子连接。

进一步地，所述包裹层设置为圆筒结构，圆筒结构内壁与气丸底座和气丸紧密贴合，所述圆筒结构底部设置为开口结构，所述圆筒结构底部侧边设置有底壁，套入气丸底座和气丸后，使用机械挤压底壁向内折合，与侧壁成85°-95°，所述喷气孔设置圆筒结构顶部。

进一步地，所述包裹层设置为箱体结构，所述箱体结构上设置有扣合盖，所述扣合盖通过设置的卡扣与箱体结构扣合设置。

进一步地，所述喷气孔的大小为5-8mm，所述气丸产生的气体从喷气孔喷出。

进一步地，所述包裹层和材料束缚层为同类金属材料制成，所述包裹层的厚度与火药的量成正比。

本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

(1)本装置可以提升固相式灭弧防雷装置安全能力，在外部结构没有强化的条件下，不会损坏外部结构。

(2)本装置通过提高产气单元的密封强度来增强气体压强，使产气材料燃料燃烧更充分，产气更集中且方向可控，进一步提升灭弧效果。

(3)本装置通过高强度包裹层使产气材料燃速加快，燃烧完整性提高，燃烧更充分，径向套件对气流进行径向约束，包裹层对气流进行轴向约束，包裹层内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射，从而使得气丸内的产气材料完全燃烧后都不会产生爆轰，硬质层包裹层对气丸底座和气丸进行包裹，包裹层对气流进行径向约束和轴向约束，包裹层内的增量压力迅速增大，气丸内的产气材料(火药)燃烧的速度更快，达到气体压力大于喷气孔处的材料束缚层破裂极限压力时，高压气体从喷气孔喷出，并且把喷气孔的孔径改小，喷气孔处的材料的弯矩变大，内部产生的气体压力增大，并且喷气的方向可控，同时喷气灭弧的时间更长，灭弧的反应时间更快，达到灭弧的效果更好。

附图说明

图1为本发明封闭结构剖面图。

图2为本发明留空底座剖面图。

图3为本发明凸头结构剖面图。

图4为图1包裹层一结构示意图。

图5为图1包裹层另一结构示意图。

图6为图2包裹层结构示意图。

图7为本发明电阻丝设计结构示意图。

图8为本发明灭弧效果和普通气体发生器灭弧效果对比图。

图中：1-触发信号输入端子、2-包裹层、3-气丸底座、4-气丸、5-喷气孔、6-底壁、7-扣合盖、8-卡扣、9-电阻丝。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

以下是对本发明所用到的一些技术原理进行说明：

弯矩是受力构件上的内力矩的一种。通俗的说法：弯矩是一种力矩。它的标准定义为:与横截面垂直的分布内力系的合力偶矩；计算公式：m＝θ·ei/l，θ为转矩，ei为转动刚度，l为杆件的有效计算长度。

根据弯矩的特征，由于出气口处强度远小于包裹层的强度，会产生很大的弯矩，使喷射气流集中且强烈，灭弧效果大大提升；并且，可以通过控制未包裹的出气口面积大小来控制压力增量，包裹层内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。

燃速与压力的关系满足以下公式：un＝a+bp^v；压力对燃速的影响最大，一定范围内，压力越大，燃速越大，压力大可能转为爆轰。炸药燃烧转爆轰机理：密封强度提高，燃烧产物来不及扩散，使反应区的压力不断增加，导致燃速也增加，当燃速达到临界值时，燃烧被破坏转变为爆轰。

炸药燃烧过程是以燃烧反应波的形式传播的，燃烧波在传播中反应区的能量是通过热传导、辐射以及燃烧气体产物的扩散作用向外传播的，因此，燃烧传播速度与炸药性质、压力、装药直径和有无外壳等因素有关。

炸药燃速随压力增大的原因：1、压力大，气相活化分子的碰撞机会大，气相反应速度大；2、压力大，气相高温产物向凝聚相炸药内部渗透作用增大。故此，在固相式灭弧防雷装置中可以通过控制气丸所在空间压强来控制气丸燃烧速度。

根据上述的原理说明和参阅图1-图8对本发明实施例进一步说明：

实施例1：

一种简单的一体式气体增压装置，如图1-图3所示，包括触发信号输入端子1、包裹层2、气丸底座3、气丸4和喷气孔5，所述触发信号输入端子1设置在气丸底座3上，所述气丸4设置在气丸底座3的一侧，所述包裹层2包裹在气丸底座3和气丸4的外侧，并贴合设置，所述包裹层2与气丸4的贴合处设置有喷气孔5，所述包裹层2设置为硬质层，所述气丸4的基础压力和包裹层2的增量压力之和大于气丸4破裂的临界压力。气丸4的基础压力即为气丸4没有发生燃烧时，包裹的火药的挤压时的挤压力的反作用力，即为包裹层2在与气丸4在紧密包裹时，气丸4会对包裹层2产生向外的张力，即为气丸4的基础压力，包裹层2的增量压力即为给包裹层2增加向外的压力，使得包裹层2刚好破裂的极限压力为包裹层2的增量压力。气丸4破裂的临界压力为气丸4内的内燃料完全燃烧时，产生气体最大的压强时的压力。即为，高强度的包裹层2包裹气丸4不会产生爆轰，而是完全燃烧后高压气体从喷气孔5喷射出去。

本申请的增压装置可以设置为箱体结构、圆筒结构，凸头结构等，其它没有提到的结构均是在本申请的保护范围内。高强度包裹层2使气丸4的产气材料燃速加快，燃烧完整性提高，燃烧更充分，裹层2进行对气流进行径向约束，包裹层2两端对气流进行轴向约束，包裹层2内压强增大，喷气孔5处的弯矩提高，高气压气流喷射。包裹层2内压强增大，喷气孔5处的弯矩提高，高气压气流喷射。

气丸底座3和气丸4嵌套到包裹层2内，包裹层将其包裹起来。并且实现气丸底座3和气丸4与包裹层2的紧密嵌套，可以对包裹层2内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸4的巨大气压被包裹层2所束缚，气丸4内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在包裹层2承受所有的压力。包裹层2的顶端设计有触发信号输入口，触发信号输入口上设置触发信号输入端子1，用于气丸4接收雷电触发信号；包裹层2设的喷气孔5，气体从这个未包裹的喷气孔5喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔5的孔径变小，同时根据需要设置的位置，实现与原有的爆轰方式对比实现了方向可控的情况。包裹层2使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸4在接收到触发信号输入端子1输入的触发信号后，气丸4内迅速产生气体，由于包裹层2的强度很好，远远大于了气丸4产生的气体的压强，使包裹层2不会破裂而产生爆轰情况。气丸4内产生的气体压强大于气丸4的表层,最大承受压力后，气丸4产生的气体均只能从喷气孔5喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔5的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸4燃烧过程，内部气体压强增大，使得燃烧的速度更快，灭弧的反应时间更短。

如图8所示，曲线s1为普通气体发生器的灭弧效果的时间和气体压强关系图，曲线s2表示本发明装置的灭弧效果的时间和气体压强关系图。通过对比可以知道，普通气体发生器开始灭弧需要的反应时间为t2，而使用本申请的装置需要的反应时间为t1，t2大于t1。造成这个时间差的对比为，本申请装置设置的包裹层2，并且气丸4的基础压力和包裹层2的增量压力之和大于气丸4破裂的临界压力，使得气丸4在被点燃的那一刻产生气体而包裹层2不会发生形变，气体压强迅速升高，包裹层2内压强增大，喷气孔5处的弯矩提高，高气压气流喷射。而普通的气体发生器在产生气体时会发生一定形变，体积增大，使得气体压强升高没有本申请的气体的压强高。根据燃速与压力的关系：压力越大，燃速越大，使得本装置的气丸4内燃烧的速度会比普通气体发生器内的燃料燃烧的速度更快，从而本装置的喷气的时间会比普通气体发生器的喷气时间块，及灭弧反应时间快。

同时对比灭弧的压强和灭弧的时间，在曲线s1普通气体发生器的爆轰瞬间的最大压强为p1，且达到该压强的时间段非常的短，只有爆轰的那一刻而已，使得灭弧的效果不好。而本申请装置中，在灭弧时达到p1压强的时间为t1-t3这一段时间，也成为高压灭弧时间，时间t1-t3大于了普通气体发生器整个灭弧的全部时间，因此使得灭弧的效果非常好，对更大电压传输线产生的电弧均可以灭。造成上述的原因为，本装置的气体只能从喷气孔5喷出，而普通气体发生器的是直接爆轰多个方向进行喷射，使得时间高压灭弧的时间非常的短。而本装置的高压强气体从喷气孔5喷出需要一个时间过程为t1-t3，因此灭弧的气体压强高，喷射气体的时间长，使得灭弧的效果更好，可以对特殊场合和更高的电压等级的电弧进行喷灭。其中，p2的值为p1的十倍左右，具有更强的灭弧喷气压强。

实施例2：

喷气孔5设置在触发信号输入端子1的对立端，所述触发信号输入端子1与气丸4接触设置。通过把喷气孔5和触发信号输入端子1设置在对立端，使得气丸4结构内的火药燃烧完全后气压才会瞬间压到喷气孔5的材料束缚层，使得气丸4内的产气材料燃烧的更加完全，气体压强更大，可以熄灭更高电压输电产生的电弧，使得灭弧的效果更好。

实施例3：

气丸4包括材料束缚层、火药和固氧或者液氧，所述火药和固氧或者液氧混合密封放置在材料束缚层内，材料束缚层增量压力小于火药破裂的临界压力。材料束缚层破裂压力值远小于包裹层内压力增量值。

火药在被点燃后，固氧或者液氧提供燃烧的氧气，并且温度升高，固氧或者液氧均会气化，提供一个附加气体压强，形成二次增压的效果，使气体压强增大更快。在火药基本完全燃烧时产生的气体压强会比材料束缚层破裂的临界压力大，使得喷气孔5处的材料束缚层破裂，气体从喷气孔5喷出进行灭弧。

实施例4：

如图7所示，触发信号输入端子1通过设置若干根发热电阻丝与气丸内部的火药接触设置，若干根发热电阻丝并联设置，且与触发信号输入端子连接。通过发热电阻丝并联设置，实现了多点点火的效果，可以减短反应时间，即可减短灭弧的反应时间，灭弧更快。

触发信号输入端子1输入电流信号，电阻丝发热，气丸内的火药燃烧产生高压气体，包裹层2对高压气体轴向和径向约束，高压气体的压力大于喷气孔处的材料束缚层弯矩，高压气体从喷气孔喷出，包裹层2内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射，设置喷气孔5的位置控制喷气方向。气丸4接收到触发信号输入端子1的电信号时，会触发产生大量的灭弧气体；高强度包裹层2对气流进行径向约束和轴向约束，包裹层2内的增量压力迅速增大；由于出气口处强度远小于包裹层2的强度，并且喷气孔5的孔径变小，会产生很大的弯矩，当气丸4的基础压力和包裹层的增量压力之和大于产气材料破裂的临界压力时，气流从未包裹的出气口喷射，由于包裹层内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。出气口喷射方向可控，喷射气流集中且强烈，灭弧效果大大提升。通过提高密封强度，使气丸4内的材料充分燃烧产生更大的临界释放气压，在建弧的同时产生高速灭弧气流，作用于电弧通道，阻断后续工频电弧建弧过程，能够在极短时间内熄灭工频电弧，其熄弧时间远远小于断路器动作时间。其中灭弧单元的产气直接影响灭弧效果。

实施例5：

如图6所示，包裹层2设置为圆筒结构，圆筒结构内壁与气丸底座3和气丸4紧密贴合，圆筒结构底部设置为开口结构，圆筒结构底部侧边设置有底壁6，套入气丸底座3和气丸4后，使用机械挤压底壁6向内折合，与侧壁成90°，喷气孔5设置在圆筒结构顶部，包裹层2上设置触发信号输入端子1的输入口，在安装时，实用把气丸底座3和气丸4一起套入包裹层2的内筒内，然后通过挤压机器进行挤压底壁6向内折合。底壁6主要是固定气丸底座3，在产生高压气体时，会产生一个前后的张力，由底壁6进行固定，底壁6的厚度比圆筒结构的另一端的厚度厚。设置为圆筒结构具有安装方便，加工简单，可以大大的节省加工成本，提高经济效益。

实施例6：

包裹层2设置为箱体结构，箱体结构上设置有扣合盖7，扣合盖7通过设置的卡扣8与箱体结构扣合设置。把气丸底座3和气丸4放入箱体结构内，其中箱体结构内设置的内部结构与气丸底座3和气丸4的结构相同，可以为圆柱形、方形或者凸头结构等，可以在对箱体结构进行加工时开模设置。套入气丸底座3和气丸4后，把扣合盖7盖上，然后使用卡扣8扣住，方便安装，直接通过手工就可以完成安装，加工速度快，经济小于高的优点。

实施例7：

喷气孔5的大小为5-8mm，所述气丸4产生的气体从喷气孔喷出。气流从未包裹的喷气孔5喷射，喷气孔5喷射方向可控，喷射气流集中且强烈，灭弧效果大大提升。普通原来的喷射孔一般为十几个毫米，使得喷射范围过大，喷射的时间变短，灭弧的效果不好。根据弯矩计算公式：m＝θ·ei/l，θ为转矩，ei为转动刚度，l为杆件的有效计算长度。θ为转矩和ei为转动刚度均相同时，l变短后，使得弯矩变大，即喷出的气体的压强变大，并且喷气孔6较小，相同气体需要较长的时间才能喷完，也就是灭弧的时间较长，达到灭弧气体压强增大，灭弧时间增长，达到更好的灭弧的效果。

实施例8：

包裹层2和材料束缚层为同类金属材料制成，所述包裹层2的厚度与火药的量成正比。由于防雷装置长期装在输电线上，会有太阳晒和雨淋的情况，如果使用不同的金属会使得材料束缚层与径向套件或者包裹层之间形成点位差，形成电位差之后就会容易出现腐蚀的情况，从而大大的减短了防雷装置的使用寿命，使用同类金属材料可以有效的防止上述情况的发生。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。