一种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一体式气体增压装置，以解决现有气体发生装置的气体压强和灭弧气体时间不能满足特殊场合和更高的电压等级的技术问题。

一种一体式气体增压装置，包括触发信号输入端子、限位框、套筒、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，所述气丸底座与气丸连接设置，所述套筒套设在气丸的外侧，所述限位框卡套在套筒和气丸底座的外侧，所述限位框上设置有喷气孔，所述气丸被触发燃烧产生气体，所述套筒对气体产生径向约束，限位框对气体产生轴向约束，气丸内燃烧速度加快，气体从喷气孔喷出，高强度包裹使产气材料燃速加快，燃烧完整性提高，燃烧更充分，径向套筒对气流进行径向约束，限位框对气流进行轴向约束，套筒与限位框内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。所述限位框和套筒均设置为硬质结构。

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，所述套筒设置为圆筒结构，所述圆筒结构由若干个可拆卸的圆箍组成，圆箍与圆箍之间可拆卸连接。

本发明还包括密封圈垫，所述密封圈垫设置在喷气孔的边缘处，所述密封圈垫设置在限位框与气丸之间，并紧密接触设置。

进一步地，所述套筒设置为圆桶结构，所述圆桶结构底部设置有圆桶喷气口，所述圆桶喷气口的中心与喷气孔的中心设置在同一条直线上。

进一步地，所述气丸底座上端与限位框之间设置有底座支撑件，所述底座支撑件由一个以上的圆箍组成。

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小于套筒与限位框内压力增量值。

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，所述限位框、套筒和材料束缚层为同类金属材料制成，所述限位框和套筒的厚度与火药的量成正比。

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，所述限位框包括顶板、底板和两块侧板，所述两块侧板的两端分别与顶板和底板一侧连接，所述限位框设置为一体成型结构。

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外部结构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产气材料，使产气材料燃速加快，燃烧完整性提高，燃烧更充分，径向套筒对气流进行径向约束，限位框对气流进行轴向约束，套筒与限位框内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。气丸内的产气材料完全燃烧后都不会产生爆轰，套筒对气丸的周围进行包围，限位框对气丸底座和气丸进行前后卡位，套筒对气流进行径向约束，限位框对气流进行轴向约束，气丸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为本发明内置长气丸一结构结构剖面图。

图2为本发明内置长气丸另一结构结构剖面图。

图3为本发明内置短气丸一结构结构剖面图。

图4为本发明内置短气丸另一结构结构剖面图。

图5为本发明套管结构示意图。

图6为本发明电阻丝设计结构示意图。

图7为本发明灭弧效果和普通气体发生器灭弧效果对比图。

图8为本发明限位框结构示意图。

图中：1-触发信号输入端子、2-限位框、3-套筒、4-气丸底座、5-气丸、6-喷气孔、7-密封圈垫、8-底座支撑件、9-电阻丝、10-圆箍。

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，套筒与限位框内压强增大，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：

一种一体式气体增压装置，如图1-图4所示，包括触发信号输入端子1、限位框2、套筒3、气丸底座4、气丸5和喷气孔6，所述触发信号输入端子1设置在气丸底座4上，所述气丸底座4与气丸5连接设置，所述套筒3套设在气丸5的外侧，所述限位框2卡套在套筒3和气丸底座4的外侧，所述限位框2上设置有喷气孔6，套筒与限位框内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。所述限位框2和套筒3均设置为硬质结构。其中，气丸底座4的宽度一般比气丸5宽，气丸5设置为圆桶结构或者方形结构等，其它没有提到的结构均是在本申请的保护范围内。其中套筒3的结构与气丸5的结构形状相同，并且紧贴在气丸5的外侧。

气丸5的基础压力和限位框2的增量压力或者和套筒3的增量压力之和大于气丸5内产气材料破裂的临界压力。气丸5的基础压力即为气丸5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，即为套筒3在与气丸5在紧密包裹时，气丸5会对套筒3产生向外的张力，即为气丸5的基础压力，套筒3的增量压力即为给套筒3增加向外的压力，使得套筒3刚好破裂的极限压力为套筒3的增量压力。限位框2的增量压力为限位框2上下的向外的压力，使得限位框2刚好破裂的极限压力为限位框2的增量压力。气丸5破裂的临界压力为气丸5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，高强度的限位框2、套筒3包裹气丸5不会产生爆轰，而是完全燃烧后高压气体从喷气孔6喷射出去。

气丸5嵌套到套筒3内，套筒3将气丸5侧边包裹起来，限位框2顶端与气丸底座4紧密接触设置，底部与气丸5底部紧密接触设置或者与套筒3底部紧密接触设置。套筒3对气丸5进行径向紧密嵌套包裹，对套筒3内壁厚度进行处理，使其不会发生偏移或者膨胀等。气丸5的巨大气压被套筒3所束缚，气丸5内的所有产气材料燃烧后所产生的气体均在套筒3承受所有的压力。在竖直方向上限位框2对气丸5内产生的高压强的气体进行上下端限位，使得上下端不发生膨胀或者爆裂等。限位框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5接收雷电触发信号。限位框2设的喷气孔6，气体从这个未包裹的喷气孔6喷出且喷射方向可控，通过设的喷气孔6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。限位框2和套筒3使用高强度材料，比如铝钢等。

气丸5在接收到触发信号输入端子1输入的触发信号后，气丸5内迅速产生气体，由于套筒3和限位框2的强度很好，远远大于了气丸5产生的气体的压强，使套筒3和限位框2不会破裂而产生爆轰情况。气丸5内产生的气体压强大于气丸5的表层最大承受压力后，气丸5产生的气体均只能从喷气孔6喷出，从而喷射的气体的压强增大，同时根据喷气孔6的设置大小和位置实现喷气方向可控的操作。并且在气丸5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7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，本申请装置设置的套筒3和限位框2，套筒对气流进行径向约束，限位框对气流进行轴向约束，套筒与限位框内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。气丸5的基础压力和套筒3的增量压力之和大于气丸4破裂的临界压力，同时气丸5的基础压力和限位框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，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6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6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5接触设置。通过把喷气孔6和触发信号输入端子1设置在对立端，使得气丸5结构内的火药燃烧完全后气压才会瞬间压到喷气孔6的材料束缚层，使得气丸5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：

套筒3设置为圆筒结构，所述圆筒结构由若干个可拆卸的圆箍10组成，圆箍10与圆箍10之间可拆卸连接。圆箍10与圆箍10通过螺纹或者卡扣连接，从而可以根据需要灭弧的输电线的电压的高低，设置相应长短的气丸5，当气丸5宽度或者直径一定时，需要灭弧的输电线的电压越高，气丸5的长度越长，使得灭弧的气体的压强越高，灭弧的时间越长，灭弧效果更好，可以灭更高电压输电线产生的电弧。同时也可以方便套筒3的安装，根据气丸5的长短，进行连接圆箍10的个数，一般气丸5的长度为圆箍10长度的整数倍。

实施例4：

本发明还包括密封圈垫7，所述密封圈垫7设置在喷气孔6的边缘处，所述密封圈垫7设置在限位框2与气丸5之间，并紧密接触设置。为了增加限位框2与气丸5之间的密闭性，在限位框2出气口缝隙处增加一个密闭垫圈。密封圈垫7主要是配合底部空口的套筒3使用，密封圈垫7可以有限的控制了气体喷出的口的大小与喷气孔6的大小相同，使得气丸5的外层的弯矩变大，使得内部的气压跟随弯矩变大后而变大，喷出的气压更高。

实施例5：

套筒3设置为圆桶结构，圆桶结构底部设置有圆桶喷气口，所述圆桶喷气口的中心与喷气孔6的中心设置在同一条直线上。圆桶结构的底部设置为桶底结构，然后桶底结构开设圆桶喷气口，圆桶喷气口与喷气孔6重合。

实施例6：

气丸底座4上端与限位框2之间设置有底座支撑件8，所述底座支撑件8由一个以上的圆箍10组成。设置底座支撑件8是为更好的安装，在固定的限位框2时，可以安装不同长度的气丸5，不用对不同长度的气丸5进行开不同限位框2的模，更方便制造和安装。因此，不管是任何长度的气丸5，都可以使用一样长度的限位框2和套筒3。大大的降低了制造成本和安装成本，具有很好的经济效益。

实施例7：

气丸5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套筒与限位框内压力增量值，材料束缚层增量压力小于火药破裂的临界压力。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6处的材料束缚层破裂，气体从喷气孔6喷出进行灭弧。

实施例8：

触发信号输入端子1通过设置若干根发热电阻丝与气丸5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，限位框2对高压气体轴向约束，套筒3对高压气体径向约束，高压气体的压力大于喷气孔处的材料束缚层弯矩，套筒与限位框内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高压气体从喷气孔喷出，设置喷气孔6的位置控制喷气方向。气丸5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。

高强度限位框2和套筒3对气流进行径向约束和轴向约束，套筒3内气丸5的增量压力迅速增大。由于出气口处强度远小于套筒3的强度，且喷气孔6的孔径变小，会产生很大的弯矩，当气丸5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，由于高强度包裹使产气材料燃速加快，燃烧完整性提高，燃烧更充分，套筒与限位框内压强增大，喷气孔处的弯矩提高，高气压气流喷射。气流从未包裹的出气口喷射，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9：

限位框2、套筒3和材料束缚层为同类金属材料制成，所述限位框2和套筒3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。

实施例10：

喷气孔6的大小为5-8mm，所述气丸5产生的气体从喷气孔喷出，所述限位框2包括顶板、底板和两块侧板，所述两块侧板的两端分别与顶板和底板一侧连接，所述限位框2设置为一体成型结构。

气流从未包裹的喷气孔6喷射，喷气孔6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。

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。