專利名稱：晶閘管閥組水冷連接件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)及電力電子技術中晶閘管閥組的冷卻裝置，特別是一種高壓大功率晶閘管閥組水冷連接件。
背景技術：
晶閘管閥是電力系統(tǒng)中靜止無功補償器(SVC)的核心組成部分，通過控制晶閘管閥的觸發(fā)角可以對阻抗進行連續(xù)調節(jié)，可以增強系統(tǒng)輸電能力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和阻尼功率振蕩等功能。當發(fā)生線路故障時，還可以通過控制晶閘管閥的連續(xù)導通，實現(xiàn)對靜止無功補償器的保護。靜止無功補償器中所用的晶閘管閥要承受高電壓和大電流，需采用多個大功率晶閘管串并聯(lián)來實現(xiàn)。
隨著以超高純水作為冷卻介質的密閉式循環(huán)水冷系統(tǒng)設備在高壓大功率電力電子裝置不斷廣泛應用，水冷連接件為密閉式循環(huán)水冷卻輸配水系統(tǒng)和無功功率補償晶閘管閥組之間冷卻介質(純水)輸送的連接渠道。水冷連接件形式及結構應確保晶閘管閥組電力電子器件和輸配水管路的有效連接，使作為冷卻介質的超高純水循環(huán)運行在密閉式系統(tǒng)中不產生泄漏，并能在高電壓環(huán)境中長期使用。目前我國主要應用在液壓、氣動系統(tǒng)中的連接件、快速接頭所采用的材料多數(shù)含有金屬材質，而且是單一密封結構。含有金屬材質的連接件可能影響晶閘管閥組的高壓電場，甚至產生放電現(xiàn)象，因此對作為冷卻介質的超高純水的水質產生影響，可能導致金屬腐蝕使得密封性能失效。如果改用其它塑料材質的連接件，則不能完全具備在高電壓環(huán)境下長期使用的要求，而且這種塑料材質的連接件還必須滿足密閉式水冷卻系統(tǒng)工作時溫度的升降使熱膨脹系數(shù)不同的材質制品配合緊密的要求，以及超低水阻損失的要求，這是塑料材質的連接件難以達到的。因此，晶閘管閥組的設計和運行需要一種新型絕緣材質而且耐高電壓的專用水冷連接件。
發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術當中的上述缺陷，本實用新型的目的是提供一種不含金屬成份，而且耐高壓，并能夠在高電壓環(huán)境下長期使用的水冷連接件。
本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是本實用新型由雙頭螺釘、鎖緊螺母、配水導管、O型密封圈、配水螺母五個部分組成。
雙頭螺釘兩端均為螺紋結構，一端螺紋底部配備密封槽，其中安裝有O型密封圈，形成靜態(tài)外密封，有效地防止?jié)B漏；另一端的螺紋與鎖緊螺母配合連接，其內部為通孔結構；鎖緊螺母套入一定長度的精密尼龍配水導管；配水導管的兩端管口下方有兩個密封臺階環(huán)，從而使鎖緊螺母嵌套在配水導管上；鎖緊螺母內底部臺階與雙頭螺釘頂部端面在達到鎖緊狀態(tài)時，擠壓精密尼龍配水導管密封臺階環(huán)，使密封臺階環(huán)軸向均勻受力變形，形成接頭的內密封；配水螺母呈圓柱形，底部為內凹球面，內部通孔為六角形，配水螺母的螺紋與雙頭螺釘?shù)穆菁y配合。雙頭螺釘采用聚酰胺塑料(PA12)制成；鎖緊螺母采用無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)制成；O型密封圈采用三元乙丙橡膠(EPDM)制成；配水螺母采用無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)制成。
上述部件材質的選用1、聚酰胺塑料(PA12)，屬于雜鏈高分子，材質的選用所關注的問題有 ①力學性能有較高的拉伸強度、沖擊強度、韌性、剛性，強度受溫度和濕度的影響小，自潤滑性能優(yōu)良；②熱學性能熱導系數(shù)很小，0.25W/m.k；③電學性能體積電阻率為1.83×1015Ω.cm，1MHz時介電常數(shù)為1.63，高電壓下老化性能優(yōu)良；④環(huán)境性能耐化學穩(wěn)定性優(yōu)良，耐堿性水解能力優(yōu)良；2、無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)，屬于線性碳鏈高分子，材質的選用所關注的問題有 ①力學性能有較好的力學性能，較高的拉伸強度、沖擊強度、表面硬度和剛性，力學性能受溫度影響比較小，耐磨性好；②熱學性能耐熱性能良好，可在100～120℃連續(xù)使用，在外力作用時，可在150℃使用不變形；③電學性能需于非極性類聚合物，電絕緣性能優(yōu)良，體積電阻率為1×1016Ω.cm，1MHz時介電常數(shù)為2.2，高電壓下老化性能優(yōu)良；④環(huán)境性能有很高的耐化學腐蝕性；3、三元乙丙橡膠(EPDM)，以乙烯、丙烯為主要原材料，材質的選用所關注的問題有 ①耐氣候性、在空氣中耐老化、耐油性能好；②一種常用作密封的材料。
由于采用了以上的技術方案，本實用新型的有益效果是1、全塑料絕緣結構，簡化晶閘管閥組的電氣設計；2、具有可靠的內、外密封結構，能在10-55℃溫度變化范圍內耐壓為1MPa；3、超低水阻損失的特點，在流量為1-5L/min時，水阻損失0.01-0.04bar；4、不同材質的選用使熱膨脹系數(shù)匹配；5、產品尺寸公差精度的嚴格控制確保密封效果；6、在高電壓、高水壓、高溫及溫度變化條件下，耐老化，使用壽命長。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型的總裝圖。
圖2表示本實用新型水冷連接件的雙頭螺釘?shù)闹饕晥D和A向視圖。
圖3表示本實用新型水冷連接件的鎖緊螺母的三視圖。
圖4本實用新型水冷連接件的O型密封圈的主視圖和剖視圖。
圖5本實用新型水冷連接件的配水螺母的三視圖。
具體實施方式
參見圖1，水冷連接件共有雙頭螺釘3、鎖緊螺母5、配水導管2、O型密封圈4、配水螺母1五個部分組成。
參見圖2，是本實用新型水冷連接件的雙頭螺釘3。
雙頭螺釘3兩端均為螺紋結構，一端螺紋底部配備密封槽，密封槽中安裝有O型密封圈4，形成靜態(tài)外密封，有效地防止?jié)B漏；另一端為M10螺紋，與鎖緊螺母配合連接；內部為通孔結構。
雙頭螺釘3采用聚酰胺塑料(PA12)制成。材質的選用考慮到了塑料與電力電子器件連接部分之間的綜合熱傳導效率、機械強度和腐蝕等各方面因素。采用模具注塑成型的加工方法。
加工方法A、產品為雙螺紋結構情況下，合理選擇分型面，可以使模具的結構簡單，塑件也容易成型，從而得到質量較高的產品，本實用新型的雙頭螺釘選擇了密封端面作為分型面。
B、由于雙頭螺釘?shù)慕Y構特別，兩端均為螺紋結構，所以模具上自帶了電機脫模機構，并利用產品上的六角端面作為止轉機構，使模具開模后，塑件螺紋型芯不能連同電機。
起轉動，從而達到自動脫模的效果，大大提高了生產的效率。
I、螺紋型環(huán)大、中、小徑的計算方法如下 α——配合系數(shù)值；D(M、1M、2M)——螺紋大、小、中徑(mm)；dS、1S、2S——塑件外螺紋大、小、中徑名義尺寸；Scp——所用塑料的平均收縮率；b——塑件螺紋所對應大、小、中徑公差，其值可參照金屬螺紋公差標準GB197-81；δz——螺紋所對應大、小、中徑制造公差，查表1-1。
表1-1
II、PM＝α(Ps+PsScp％)±δz`/2 (1-2)α——配合系數(shù)值；PM——螺紋型環(huán)螺距(mm)；Ps——塑件外螺紋螺距名義尺寸(mm)；Scp——所用塑料的平均收縮率；δz——螺紋型環(huán)螺距制造公差，查表1-2。
表1-2
C、由于產品應用在一個超高電壓的系統(tǒng)中工作，所以模具上必須具備良好的排氣系統(tǒng)，作用是將型腔中原有的空氣及成型過程中產生的空氣順利地排出，使產品內部壁厚處不能產生氣孔，避免產品在使用過程中發(fā)生電壓擊穿現(xiàn)象；D、模具要求保證各尺寸精度，避免由于合模不嚴、間隙過大、鎖模力不足，注塑壓力過大而導致分型面密封端面出現(xiàn)飛邊現(xiàn)象而使密封效果失效，加上PA12塑料在熔料流動性很大，容易產生飛邊現(xiàn)象，調校好注塑工藝參數(shù)尤為重要。
結構特點產品要在一個密閉式的水循環(huán)系統(tǒng)中工作，根據(jù)系統(tǒng)要求產品必須能承受1.0MPa的測試壓力，沒有滲漏，同時產品必須能抵受系統(tǒng)10-55℃的溫差急劇變化，因此本實用新型的關鍵點之一為選擇一種可靠的密封結構。
A、產品兩端均為螺紋結構，一端螺紋底部配備密封槽，使用時可通過安裝O型密封圈形成靜態(tài)外密封，有效地防止?jié)B漏，密封槽尺寸必須充分考慮到O型密封圈的壓縮量及相對密封間隙，尺寸公差控制在±0.05mm范圍內；B、而此端螺紋可直接與電力電子產品、輸配水管路進行安裝使用，由于塑料在一定溫度下加壓成形，當冷卻到室溫時其尺寸會遵照熱膨冷縮的原理進行收縮，而多數(shù)的電力電子產品為金屬結構，其螺紋為機加工的標準螺紋，螺距一定，正是因為塑料的收縮性使螺距難以保證，所以此端螺紋在設計、生產過程中，必須使螺紋能分別與金屬螺紋、塑料制品的螺紋配合良好；C、另一端為M10螺紋與鎖緊螺母配合連接，通過鎖緊力軸向擠壓軟管密封環(huán)，型成內密封效果；D、內部為通孔結構，具有超低水阻損失的特點，在流量為1-5L/min時，水阻損失0.01-0.04bar。
參見圖3，是本實用新型水冷連接件的鎖緊螺母1。鎖緊螺母1內螺紋與雙頭螺釘后端螺紋配合，內底部臺階與雙頭螺釘頂部端面在達到鎖緊狀態(tài)時，擠壓精密尼龍配水導管密封臺階環(huán)，使密封環(huán)軸向均勻受力變形，形成接頭的內密封。
鎖緊螺母采用聚酰胺塑料(PA12)制成。采用模具注塑成型的加工方法。
采用特定夾具在精密尼龍配水導管的兩端管口下方，通過熱加工擠壓出兩個密封臺階環(huán)，從而使鎖緊螺母嵌套在配水導管上，密封環(huán)外徑公差范圍為0.1至-0.05mm，厚度公差范圍為±0.05mm。
加工方法A、以產品對稱中心平面為分型面；B、內部螺紋以六角端面作為止轉機構，自動脫模的效果，提高生產的效率；I、螺紋型芯大、中、小徑的計算 α——配合系數(shù)值；
d(M、1M、2M)——螺紋大、小、中徑(mm)；DS、1S、2S——塑件外螺紋大、小、中徑名義尺寸；Scp——所用塑料的平均收縮率；b——塑件螺紋所對應大、小、中徑公差，其值可參照金屬螺紋公差標準GB197-81，可選最低級精度；δz——螺紋所對應大、小、中徑制造公差，查表1-1。
II、螺紋型芯螺距的計算，參照公式1-2。
C、模具具有良好排氣系統(tǒng)，防止產品內部產生氣孔在使用過程中發(fā)生電壓擊穿現(xiàn)象；結構特點A、鎖緊螺母套入一定長度的精密尼龍配水導管(導管經通過溫升-壓力試驗測試，溫度在60℃時，爆破壓力為≥1.8Mpa；管內、外直徑尺寸公差在±0.1mm范圍內；使用壽命為25年以上)。通過特定夾具在兩端管口下方通過熱加工擠壓出兩個密封臺階環(huán)，從而使鎖緊螺母嵌套在軟管上，密封環(huán)外徑公差范圍為0.1至-0.05mm，厚度公差范圍為±0.05mm。
B、鎖緊螺母內螺紋與雙頭螺釘后端螺紋配合，內底部臺階與雙頭螺釘頂部端面在達到鎖緊狀態(tài)時，擠壓尼龍導管密封環(huán)，使密封環(huán)軸向均勻受力變形，形成接頭的內密封。
參見圖4，是水冷連接件的O型密封圈2。采用三元乙丙橡膠(EPDM)制成，采用模具注塑成型的加工方法。
橡膠的硬度與密封工作壓力密切相關，為達到測試壓力靜密封1MPa，EPDM的硬度(邵爾A)/度控制在60±5。
結構特點使用時通過螺紋鎖緊力擠壓使密封圈產生彈性變形形成靜態(tài)密封，外徑公差范圍為0.08至-0.04mm。
參見圖5，是本實用新型水冷連接件的配水螺母5。配水螺母5呈圓柱形，底部為內凹球面，內部通孔為六角形，螺紋與雙頭螺釘?shù)穆菁y配合。
配水螺母采用無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)制成，采用模具注塑成型的加工方法。
加工方法模具注塑成型；A、剖面為分型面；B、將內部通孔設計為六角端面作為止轉機構，使內螺紋能自動脫模，提高生產的效率；C、模具具有良好排氣系統(tǒng)，防止產品內部產生氣孔在使用過程中發(fā)生電壓擊穿現(xiàn)象。
結構特點A、螺紋能與雙頭螺釘螺紋配合良好，密封端面平整，使O型密封圈達到密封效果；B、底部球面光滑，能通過熱熔夾具與PPR配水管路熱熔進行表面接合，能在10-55℃溫度變化范圍內耐壓為1MPa；B、圓柱直徑、高度充分考慮晶閘管閥組結構的空間布局，能使整個閥組輸配水管路方便安裝，預留操作、檢修空間。
權利要求1.一種高壓大功率晶閘管閥組水冷連接件，其特征在于由雙頭螺釘、鎖緊螺母、配水導管、O型密封圈、配水螺母五個部分組成；雙頭螺釘兩端均為螺紋結構，一端螺紋底部配備密封槽，其中安裝有O型密封圈，形成靜態(tài)外密封，有效地防止?jié)B漏；另一端的螺紋與鎖緊螺母配合連接，其內部為通孔結構；鎖緊螺母套入一定長度的精密尼龍配水導管；配水導管的兩端管口下方有兩個密封臺階環(huán)，從而使鎖緊螺母嵌套在配水導管上；鎖緊螺母內底部臺階與雙頭螺釘頂部端面在達到鎖緊狀態(tài)時，擠壓精密尼龍配水導管密封臺階環(huán)，使密封臺階環(huán)軸向均勻受力變形，形成接頭的內密封；配水螺母呈圓柱形，底部為內凹球面，內部通孔為六角形止轉機構設計，配水螺母的螺紋與雙頭螺釘?shù)穆菁y配合。
2.根據(jù)權利要求1所述的晶閘管閥組水冷連接件，其特征在于雙頭螺釘采用聚酰胺塑料(PA12)制成；鎖緊螺母采用無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)制成；O型密封圈采用三元乙丙橡膠(EPDM)制成；配水螺母采用無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)制成。
專利摘要晶閘管閥組水冷連接件，涉及電力電子系統(tǒng)中晶閘管閥組的冷卻裝置。由雙頭螺釘、鎖緊螺母、配水導管、O型密封圈、配水螺母五個部分組成。雙頭螺釘兩端均為螺紋結構，一端螺紋底部配備密封槽，其中安裝有O型密封圈，形成靜態(tài)外密封；另一端的螺紋與鎖緊螺母配合連接，其內部為通孔結構；鎖緊螺母嵌套在配水導管上；鎖緊螺母內底部臺階與雙頭螺釘頂部端面在達到鎖緊狀態(tài)時，擠壓精密尼龍配水導管密封臺階環(huán)，使密封臺階環(huán)軸向均勻受力變形，形成接頭的內密封；配水螺母呈圓柱形，底部為內凹球面，內部通孔為六角形，配水螺母的螺紋與雙頭螺釘?shù)穆菁y配合。不含金屬成份，耐高壓，能夠在高電壓環(huán)境下長期使用。
文檔編號H01L23/34GK2859161SQ20052011875
公開日2007年1月17日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權日2005年9月13日
發(fā)明者邱宇峰, 于坤山, 吳文偉, 李志道 申請人:中國電力科學研究院, 廣州市高瀾水技術有限公司