一种波纹管外置的真空开关管的制作方法

1.本发明涉及一种真空开关管，尤其涉及一种波纹管外置的真空开关管。


背景技术：

2.真空开关管又名真空灭弧室，是中高压电力开关的核心部件，其主要作用是通过管内真空优良的绝缘性使中高压电路切断电源后能迅速熄弧并抑制电流，避免事故和意外的发生，主要应用于电力的输配电控制系统，还可应用于冶金、矿山、石油、化工、铁路、广播、通讯、工业高频加热等配电系统，具有节能、节材、防火、防爆、体积小、寿命长、维护费用低、运行可靠和无污染等特点。真空灭弧室从用途上又分为断路器用灭弧室和负荷开关用灭弧室，断路器灭弧室主要用于电力部门中的变电站和电网设施，负荷开关用灭弧室主要用于电网的终端用户。
3.真空开关管作为断路器的主要部件，其作用主要为：1、用来通断电路的正常工作电流；2、开断线路短路电流。传统的真空开关管主要由动导电柱、波纹管、触头系统、静导电柱、屏蔽筒和绝缘外壳组成，内部灭弧介质为真空，其中波纹管通常内置于绝缘外壳内，采用不锈钢薄管挤压一次成型制成。由于波纹管一次成型，多次操作后，其波峰或波谷处容易机械疲劳，造成漏气，降低了真空开关管的使用寿命（传统的真空开关管的机械寿命通常在1万到3万次左右）。另外，由于波纹管内置于绝缘外壳内，增加了绝缘外壳的轴向长度，同时还需在绝缘外壳的端部设置动导电柱导向套，使得真空开关管的体积变大、成本增高。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种波纹管外置的真空开关管，其绝缘外壳长度小，整体体积小，使用寿命长。
5.本发明实现上述目的的技术方案是：一种波纹管外置的真空开关管，包括绝缘外壳（通常为瓷质外壳）和安装在所述绝缘外壳上的上导电柱和下导电柱，所述上导电柱为静端，所述下导电柱为动端，还包括碟簧组合，所述碟簧组合的外形呈波纹管状，设于所述绝缘外壳的外部，套装在所述下导电柱上，其底端与所述下导电柱的下部固定密封连接，顶端与所述绝缘外壳的底端固定密封连接，所述碟簧组合中的碟簧为呈环形的弹力金属片（例如，不锈钢片），若干个所述弹力金属片同轴上下依次叠置，除了位于最上方和最下方的弹力金属片以外的任一弹力金属片的外缘与位于其一侧的弹力金属片的外缘密封连接，内缘与位于其另一侧的弹力金属片的内缘密封连接。
6.通常，位于最上方的弹力金属片的外缘与位于其下方的弹力金属片的外缘密封连接，内缘作为所述碟簧组合的顶端通过或不通过适宜的连接件与所述绝缘外壳的底端固定密封连接；位于最下方的弹力金属片的外缘与位于其上方的弹力金属片的外缘密封连接，内缘作为所述碟簧组合的底端通过或不通过适宜的连接件与所述下导电柱的下部固定密封连接。
7.优选的，所述弹力金属片的轴截面呈波浪线状。
8.优选的，所述上导电柱的底端和所述下导电柱的顶端均连接有触头，所述触头包括触片和触头支座，所述触头支座呈开口的槽形，所述触片固定连接在所述触头支座的开口端（通常封闭所述触头支座的开口端），所述触头支座的封闭端与导电柱固定连接，所述触头支座的槽形空间内设有柱状的内支撑，所述内支撑的一端固定连接在所述触头支座的封闭端内壁上，所述内支撑的另一端与所述触片之间留有间隙。
9.优选的，所述内支撑的外壁与所述触头支座的内壁之间留有间距，形成环形空间，所述内支撑上套装有环形的铁环，所述铁环位于所述环形空间内。
10.优选的，所述铁环设有断口。
11.所述铁环通常填充满所述环形空间，即所述铁环的径向外壁与所述触头支座的内壁相接触（通常留有装配间隙），所述铁环的径向内壁与所述内支撑的外壁相接触（通常留有装配间隙）。
12.所述铁环优选为纯铁环，即采用纯铁铸造成的铁环。
13.优选的，所述绝缘外壳内设有屏蔽筒，所述触头位于所述屏蔽筒内，所述屏蔽筒的顶面和底面上分别设有向外弯曲的翻边。
14.优选的，所述屏蔽筒的径向外壁与所述绝缘外壳的径向内壁上设有相配合的可拆卸连接结构。
15.优选的，所述上导电柱的顶端（与导电铜排的连接端）呈圆台状，与导电铜排实现锥面连接。
16.优选的，所述下导电柱的底端（与软连接的连接端）呈倒置的圆台状，与软连接实现锥面连接。
17.优选的，所述绝缘外壳的顶端设有上端盖，所述上导电柱穿过所述上端盖并与所述上端盖固定密封连接，所述上导电柱的顶端位于所述上端盖的外侧，所述上端盖通过上端过渡封接环与所述绝缘外壳的顶端固定密封连接。
18.优选的，所述碟簧组合的底端固定连接有下端盖，所述下导电柱穿过所述下端盖并与所述下端盖固定密封连接，从而实现所述碟簧组合的底端与所述下导电柱的下部的固定密封连接，所述下导电柱的底端位于所述下端盖的外侧，所述碟簧组合的顶端通过下端过渡封接环与所述绝缘外壳的底端固定密封连接，所述碟簧组合的顶端与所述下端过渡封接环之间可以设有或不设有碟簧组合端盖或适宜的连接件。
19.本发明的工作原理为：本发明安装于断路器极柱内，上导电柱为静端，其顶端与断路器导电铜排连接，下导电柱为动端，其底端通过软连接与断路器下出线端铜排连接，且下导电柱的底端通过操作绝缘杆与断路器的分合操作机构相连接，当合闸的时候，操作绝缘杆带动下导电柱向上运动实现动触头与静触头闭合，当分闸的时候，操作绝缘杆向下运动，拉动下导电柱及动触头向下运动，动触头与静触头分开，实现断路器分闸操作。
20.本发明的有益效果是：1、本发明的碟簧组合外置于绝缘外壳的外部，相比于传统的真空开关管，可有效减小绝缘外壳的轴向长度，缩短下导电柱（或下导电柱系统）的长度并取消下导电柱导向套，从而减小真空开关管的整体体积，节省成本。
21.2、本发明的碟簧组合采用弹力金属片逐片焊接制成，相比于传统的波纹管（采用不锈钢薄管挤压一次成型制成），在拉伸或收缩时各弹力金属片在轴向上均受力且受力均
匀，作用到波纹管形状中的波峰或波谷处的拉力或挤压力很小，不易造成波峰或波谷处由于机械疲劳而破损漏气，致使真空开关管报废，可有效提高真空开关管的使用寿命，尤其适用于高频次的操作环境中，碟簧组合的机械操作次数寿命可达15万次以上。同时，在拉伸和压缩过程中，整个弹力金属片都产生有效的弹性形变，而不会像波纹管因波峰或波谷处存在竖向或基本为竖向的区域导致不能形成有效的弹性形变，有效地利用了全部轴向空间，能够有效地减小轴向空间占用，进而减少整个产品的体积。
22.3、本发明的碟簧组合的弹力金属片的特殊形状设计，例如通过轴截面的波浪线状设计能够有效地吸收各种幅度和频率的振动或不规则外力的作用，可对真空开关管操作过程中产生的抖动起到很好的阻尼作用，使传导到各弹力金属片的边缘处（碟簧组合的波峰或波谷处）的力变得很小，可进一步保证各弹力金属片的边缘处的焊接不被损坏，提高真空开关管的使用寿命。
23.4、本发明的触头的触片与内支撑之间留有间隙，为触片留有一定的形变空间，当合闸时，可以保证触头无弹跳，提高工作可靠性。
24.5、本发明的触头内设置铁环，当开断瞬时大电流时，铁环会瞬时感应出一个强电流，这个强电流产生的电场可以在触头刚分未熄弧的时候，起到磁吹灭弧的作用。而在铁环上设置断口，可有效避免在正常工作电流时产生涡流，导致触头系统发热。
25.6、本发明的屏蔽筒的顶面和底面上的翻边的设置，可优化屏蔽筒端部的电场，减少端部毛刺放电的可能及发生概率，使真空开关管能承受更大的雷电冲击耐压。
26.7、本发明的上导电柱与导电铜排以及下导电柱与软连接的连接方式均采用锥面连接，再用紧固件固定，相比于传统技术的平面连接，可以利用锥面的自紧作用有效的保证接触面的可靠连接，避免接触松脱。
附图说明
27.图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的碟簧组合的一种实施方式的轴截面的结构示意图；图3是本发明的弹力金属片的一种实施方式的轴截面的结构示意图；图4是本发明的触头的轴截面的结构示意图；图5是本发明的铁环的结构示意图；图6是本发明的屏蔽筒的结构示意图。
具体实施方式
28.参见图1和图2，本发明公开了一种波纹管外置的真空开关管，可作为真空断路器、接触器和负荷开关等电气设备的关键核心部件。其包括绝缘外壳（通常为瓷质外壳，也称绝缘瓷壳）1和安装在所述绝缘外壳上的上导电柱2和下导电柱3，所述绝缘外壳通常为筒状，所述上导电柱同轴安装在所述绝缘外壳的上部，其顶端向上伸出所述绝缘外壳，所述下导电柱同轴安装在所述绝缘外壳的下部，其底端向下伸出所述绝缘外壳，所述上导电柱为静端，所述下导电柱为动端，所述真空开关管还包括碟簧组合4，所述碟簧组合的外形呈波纹管状，设于所述绝缘外壳的外部，同轴套装在所述下导电柱上，其底端与所述下导电柱的下部固定密封连接，所述下导电柱的底端位于所述碟簧组合外，顶端与所述绝缘外壳的底端
固定密封连接，所述碟簧组合中的碟簧为呈环形的弹力金属片5（例如，不锈钢片），若干个所述弹力金属片同轴上下依次叠置，除了位于最上方和最下方的弹力金属片以外的任一弹力金属片的外缘与位于其一侧的弹力金属片的外缘密封连接，内缘与位于其另一侧的弹力金属片的内缘密封连接。
29.通常，位于最上方的弹力金属片的外缘与位于其下方的弹力金属片的外缘密封焊接，内缘作为所述碟簧组合的顶端通过或不通过适宜的连接件与所述绝缘外壳的底端固定密封焊接；位于最下方的弹力金属片的外缘与位于其上方的弹力金属片的外缘密封焊接，内缘作为所述碟簧组合的底端通过或不通过适宜的连接件与所述下导电柱的下部外壁固定密封焊接。
30.将所述碟簧组合外置于所述绝缘外壳的外部，相比于传统的真空开关管，可有效减小所述绝缘外壳的轴向长度，缩短所述下导电柱（或下导电柱系统）的长度并取消下导电柱导向套，从而减小所述真空开关管的整体体积，节省成本。
31.所述碟簧组合采用弹力金属片逐片焊接制成，相比于传统的波纹管（采用不锈钢薄管挤压一次成型制成），在拉伸或收缩时各弹力金属片在轴向上均受力且受力均匀，作用到波纹管形状中的波峰或波谷处的拉力或挤压力很小，不易造成波峰或波谷处由于机械疲劳而破损漏气，致使真空开关管报废，可有效提高真空开关管的使用寿命，尤其适用于高频次的操作环境中，碟簧组合的机械操作次数寿命可达15万次以上。同时，在拉伸和压缩过程中，整个弹力金属片都产生有效的弹性形变，而不会像波纹管因波峰或波谷处存在竖向或基本为竖向的区域导致不能形成有效的弹性形变，有效地利用了全部轴向空间，能够有效地减小轴向空间占用，进而减少整个产品的体积。
32.参见图3，所述弹力金属片的轴截面优选呈波浪线状，如此设置，可对所述真空开关管操作过程中产生的抖动起到很好的阻尼作用，使传导到各弹力金属片的边缘处（碟簧组合的波峰或波谷处）的力变得很小，可进一步保证各弹力金属片的边缘处的焊接不被损坏，提高真空开关管的使用寿命。
33.所述上导电柱的底端和所述下导电柱的顶端均同轴固定连接（如焊接）有触头6，其中所述上导电柱的底端连接的触头为静触头，所述下导电柱的顶端连接的触头为动触头。
34.参见图4和图5，所述触头包括触片7和触头支座8，所述触头支座呈开口的槽形，所述触片固定焊接在所述触头支座的开口端（所述触片通常封闭所述触头支座的开口端），所述触头支座的封闭端外壁与导电柱固定焊接，所述触头支座的槽形空间内设有柱状的内支撑9，所述内支撑的一端固定焊接在所述触头支座的封闭端内壁上，所述内支撑的另一端与所述触片之间留有间隙，从而为所述触片留有一定的形变空间，当合闸时，可以保证所述触头无弹跳，提高工作可靠性。
35.所述内支撑的外壁与所述触头支座的内壁之间优选留有间距，形成环形空间，所述内支撑上套装有环形的铁环10，所述铁环位于所述环形空间内，当开断瞬时大电流时，所述铁环会瞬时感应出一个强电流，这个强电流产生的电场可以在动、静触头刚分未熄弧的时候，起到磁吹灭弧的作用。所述铁环设有断口11，即所述铁环为不连续的环形，环体断开。所述断口的设置，可有效避免在正常工作电流时产生涡流，导致触头系统发热。
36.所述铁环通常填充满所述环形空间，即所述铁环的径向外壁与所述触头支座的内
壁相接触（通常留有装配间隙），所述铁环的径向内壁与所述内支撑的外壁相接触（通常留有装配间隙），所述铁环的一个端面可以与所述触头支座的封闭端内壁焊接，所述铁环的另一个端面与所述触片之间留有间隙，间隙的大小优选与所述内支撑和所述触片之间的间隙大小相同。
37.所述铁环优选为纯铁环，即采用纯铁铸造成的铁环。
38.所述绝缘外壳内同轴固定设有封闭的屏蔽筒12，所述动触头和所述静触头均位于所述屏蔽筒内，所述上导电柱穿过所述屏蔽筒的顶壁并与所述屏蔽筒的顶壁固定密封连接，所述下导电柱穿过所述屏蔽筒的底壁并与所述屏蔽筒的底壁轴向滑动配合连接。
39.参见图6，所述屏蔽筒的顶面和底面上优选分别设有向外弯曲的翻边13，所述翻边可优化屏蔽筒端部的电场，减少端部毛刺放电的可能及发生概率，使真空开关管能承受更大的雷电冲击耐压。
40.所述屏蔽筒通常分为上下两部分，可拆分，便于导电柱及触头在其内部装配。上下两部分的对合端可以设有相配合的插接结构，比如，上部分的底端设有台阶状的径向扩口，扩口的形状与下部分的顶端外壁相配合，通过将下部分的顶端插入上部分的底端扩口内，实现上、下部分的对合，对合处还可以设有相配合的锁紧结构，实现二者的锁紧固定，锁紧结构可以采用现有技术下任意适于两个管端锁紧固定的锁紧结构，例如相配合的卡扣、螺纹或锁紧箍等。
41.所述屏蔽筒的径向外壁与所述绝缘外壳的径向内壁上通常设有相配合的可拆卸连接结构，以便实现二者的相对位置固定，所述可拆卸连接结构可以采用现有技术任意适宜的连接结构，比如相配合的凸缘与卡槽或过盈配合结构等。可以借助于所述径向扩口的外壁实现所述屏蔽筒与所述绝缘外壳的相对定位，以简化结构设置，例如，所述绝缘外壳的内壁上设有径向向内的环形凸缘，所述环形凸缘的内径略小于所述屏蔽筒的外径，通过所述环形凸缘与所述屏蔽筒的外壁之间的过盈配合实现所述绝缘外壳与所述屏蔽筒的径向定位，所述环形凸缘卡在所述径向扩口的外壁台阶面上，实现所述绝缘外壳与所述屏蔽筒的轴向定位。
42.所述上导电柱的顶端（与导电铜排的连接端）优选呈圆台状，相应的，所述真空开关管应用于的电气设备（如真空断路器、接触器或负荷开关等）的导电铜排的连接端呈相配合的圆台状的孔形，所述上导电柱的顶端插入导电铜排的连接孔内，实现锥面连接，然后采用紧固件固定。
43.所述下导电柱的底端（与软连接的连接端）优选呈倒置的圆台状，相应的，软连接的与所述下导电柱连接的连接端呈相配合的倒置圆台状的孔形（比如软连接的与所述下导电柱连接的导电环的轴孔呈倒置的圆台状），所述下导电柱的底端插入软连接的相应连接孔内，实现锥面连接，然后采用紧固件固定。
44.所述上导电柱与导电铜排以及所述下导电柱与软连接的连接方式均采用锥面连接，相比于传统技术的平面连接，可以利用锥面的自紧作用有效的保证接触面的可靠连接，避免接触松脱。另外，锥面接触的接触面积要比平面接触的接触面积大，可有效减小接触电阻，降低电气设备工作过程中的发热量，避免由于发热导致的各种潜在故障，从而提高供电的可靠性。
45.所述软连接可以采用以下结构：软连接包括铜箔环，所述铜箔环呈环形带状，其顶
壁上设有上下贯穿的第一通孔，底壁上设有上下贯穿的第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔同轴，所述第一通孔内同轴固定嵌装有上导电环，所述第二通孔内同轴固定嵌装有下导电环。
46.所述上导电环的轴孔呈倒置圆台状，与所述下导电柱的底端锥面连接。
47.所述下导电环的径向外壁呈倒置圆台状，与电气设备的出线铜排的连接端锥面连接。
48.所述上导电环的径向外壁上设有径向向内凹陷的第一环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述第一通孔的孔壁相配合，所述第一通孔的孔壁插装在所述第一环形凹槽内。所述下导电环的径向外壁上设有径向向内凹陷的第二环形凹槽，所述第二环形凹槽与所述第二通孔的孔壁相配合，所述第二通孔的孔壁插装在所述第二环形凹槽内。
49.所述第一通孔和所述第二通孔的轴线与所述铜箔环的竖向中线重合。
50.所述铜箔环的顶壁和底壁呈对称的平面状，左侧壁和右侧壁呈对称的弧面状。所述铜箔环由多层铜箔上下依次贴合叠置且首尾相接构成。
51.所述下导电环的轴孔内同轴固定连接有空心管，所述空心管的外壁上设有外螺纹，所述下导电环的内壁上设有与所述外螺纹相配合的内螺纹，所述空心管与所述下导电环螺纹连接。电气设备的操作绝缘杆同轴插装于所述空心管内，并与所述空心管轴向滑动配合连接，操作绝缘杆的顶端与所述下导电柱的底端连接。
52.所述软连接采用对称式结构，可使真空开关管的动端受力一致，避免轴心偏移，从而减少真空开关管工作过程中的磨损，提高真空开关管的使用寿命。所述软连接的主体部分采用环形带状结构，工作过程中，上下端电流方向相反，当大电流通过时所产生的斥力作用加强了触头的压力，有利于承受动热电流。
53.所述绝缘外壳的顶端通常设有上端盖14，所述上导电柱穿过所述上端盖并与所述上端盖固定密封焊接，所述上导电柱的顶端位于所述上端盖的外侧，所述上端盖可以通过上端过渡封接环15与所述绝缘外壳的顶端固定密封焊接。
54.所述碟簧组合的底端通常固定焊接有下端盖16，所述下导电柱穿过所述下端盖并与所述下端盖固定密封焊接，从而实现所述碟簧组合的底端与所述下导电柱的下部外壁的固定密封连接，所述下导电柱的底端位于所述下端盖的外侧，所述碟簧组合的顶端可以通过下端过渡封接环17与所述绝缘外壳的底端固定密封焊接，所述碟簧组合的顶端与所述下端过渡封接环之间可以设有或不设有便于二者连接的碟簧组合端盖或适宜的连接件，比如所述碟簧组合的顶端固定焊接有碟簧组合端盖，所述碟簧组合的顶端通过所述碟簧组合端盖与所述下端过渡封接环焊接。