專利名稱:真空斷路器殼組合件的制作方法
本發(fā)明與真空斷路器有關(guān)，具體有關(guān)這種斷路器的殼元件組合件。
真空斷路器有抽空外殼，外殼有基本為圓柱形的結(jié)構(gòu)形狀，并有相對的端部件，端部件上分別安裝一根活動桿和一根固定桿，上述各桿固定一個觸點(diǎn)?；顒訔U的活動使觸點(diǎn)閉合或開放。殼體有金屬件和把動桿和定桿互相絕緣的絕緣件。這些部任必須固定，使殼結(jié)構(gòu)有高機(jī)械強(qiáng)度和抗熱性，以維持氣密，保持內(nèi)部的真空。殼組件一般通過面與面接觸，把一個元件的端面的和另一元件的端面固定，亦即用釬焊焊接。組件之間的接頭必須有足夠的密封，即用釬焊以防泄漏。甚至小的泄漏會造成裝置的故障。因此，按理想，要求減少連接起來的殼組件的數(shù)目，以減少殼體釬焊接頭數(shù)目，從而減少泄漏和故障發(fā)生的機(jī)會。
殼組件在高溫下裝配，也就是釬焊，高溫范圍約為800°至1050℃，因此規(guī)組裝時經(jīng)歷熱膨脹。假如把有差異熱脹系數(shù)的不同材料，也就是絕緣件和金屬件，固定在一起，不同的熱膨脹和隨后的冷收縮可能產(chǎn)生應(yīng)力，從而降低接頭強(qiáng)度而最終造成密封的破裂。甚至接頭里的一個極小的斷裂也可以破壞密封，從而破壞斷路器的運(yùn)轉(zhuǎn)。殼體材料最好全部有相同的熱脹系數(shù)，防止有差異的脹縮和冷收縮，但是對殼組件必須有選擇，以滿足多種性能要求和操作要求。因此，要取得適宜的絕緣件和金屬件，而又有基本相同的熱脹系數(shù)是很困難的。
因此，需要有各種不同措施，防止造成斷裂的應(yīng)力。但這些措施應(yīng)該既不使斷路器組裝方法有不適當(dāng)?shù)膹?fù)雜化，也不要求在殼體結(jié)構(gòu)中插入額外的元件。應(yīng)該盡量減少殼組件的數(shù)目，相應(yīng)減少接頭的數(shù)目，以減少泄漏的可能性。
本發(fā)明的一個目的，是提出一種斷路器，其殼體有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度，在觸點(diǎn)工作時時能抵抗加在上面的大氣力和機(jī)械力，并在設(shè)計中盡可能減少造成斷裂的應(yīng)力。
另一個目的是提出一種斷路器殼體，有金屬組件和絕緣組件，其表面互相連接，成為應(yīng)力相當(dāng)?shù)偷慕宇^。
還有一個目的，是提出一種斷路器殼體，有一個中央圓柱形絕緣件，在其相對的兩端上，各用應(yīng)力相當(dāng)?shù)偷姆绞?，釬焊一體的金屬端部件。
根據(jù)本發(fā)明所提出，一個圓柱形絕緣材料套，在相對兩側(cè)上連接第一及第二金屬端部件?；顒佑|點(diǎn)桿和固定觸點(diǎn)桿在里面通過，分別由端部件支承。端部件中至少一個為一體結(jié)構(gòu)，有與之整體形成的端部支承一根觸點(diǎn)桿，以及有一個圓柱形側(cè)壁，其端面用諸如釬焊等方法，固定在套的端面上。這一體結(jié)構(gòu)必須有足夠的剛度以抵抗大氣和機(jī)械作用力。側(cè)壁有一個從端面伸向端部的圓柱部分，壁厚和端部件其余部分的壁厚相比，減小很多，使圓柱壁和絕緣套之間有不同的熱變形。在一個理想實(shí)施方案中，兩個端部件都有上述的結(jié)構(gòu)形式。
為了有利于對發(fā)明有較清晰的了解，可參閱下文結(jié)合附圖的詳細(xì)敘述，附圖如下圖1為結(jié)合本發(fā)明的真空斷路器的一個剖視;
圖2為端部罩和端部屏蔽的分解端視，有釬焊圈可用于固定這些組件;
圖3為端罩，絕緣套和釬焊圈各一部分的分解剖視。
本發(fā)明適用圖1所示一般類型的真空斷路器。圖示的真空斷路器有高真空殼11，其中有絕電材料的管形套12，和兩個金屬端罩13及14。殼內(nèi)有兩個可相對活動的觸點(diǎn)15及16。
觸點(diǎn)15是一個靜止觸點(diǎn)，安裝在靜止觸點(diǎn)桿17上，桿17從上端罩13中穿過，和罩13有密封關(guān)系。觸點(diǎn)16為活動觸點(diǎn)，安將裝在活動觸點(diǎn)桿18上，桿18自由穿過下端罩14的一個中央孔19。
有一個柔性金屬波紋管22，形成在活動觸點(diǎn)桿18周圍的密封。波放管22的上端22連接活動觸點(diǎn)桿18，下端24連接在罩下端中央孔19的外圓周。
圖示斷路器的開放位置，亦即觸點(diǎn)15及16互相離開，閉合的實(shí)現(xiàn)是通過把活動觸點(diǎn)桿18向上推，使觸點(diǎn)接觸。張開，也就是斷路，是因?yàn)榘鸦顒佑|點(diǎn)桿18下降，達(dá)到圖示的位置。
接觸張開也就是分離，造成觸點(diǎn)之間的電弧，電弧一般約持續(xù)到自然零電流為止。這對斷路便完成了。電弧產(chǎn)生金屬蒸汽，在周圍表面上沉積。
設(shè)置在波紋管上的屏蔽29，防止波紋管22上有金屬蒸汽。
防止金屬蒸汽在絕緣套12上沉積顯然是重要的。管形金屬主屏蔽26，提供防金屬沉積的主要防護(hù)作用。主屏蔽26安裝在絕緣套12的內(nèi)圓周同心上。舉例而言，這是固定用在圍繞屏蔽26外圓周的等距離點(diǎn)上的和在屏蔽中心上的金屬夾具27做到的，固定的方法如點(diǎn)焊。夾具27連接從套12向里伸的突出部分28。
絕緣套12還用端部屏蔽32及33，進(jìn)一步防止金屬蒸汽在上面沉積。上金屬端部屏蔽32和下金屬端部屏蔽33，分別固定上下端部罩13及14上，在絕緣套12和主屏蔽26之間同心伸展。于是，從主屏蔽26端部逸出的金屬蒸汽，被端部屏蔽32及33阻止，不能達(dá)到絕緣套12上。索菲亞奈克(Sofianek)等人名義下的同時待準(zhǔn)專利申請第41Ⅵ-4710號與此有關(guān)，已轉(zhuǎn)授與本申請案的同受授人。該同時待準(zhǔn)申請案揭示了把端部屏蔽32及33，在真空斷路器殼上固定的方法。
斷路器殼的構(gòu)造中，有絕緣套12和在殼的相對端部上密封的端部罩13及14。在一個舉例的實(shí)施方案中，圓柱形然絕緣套12，用密致，不滲透，低損耗，真空密閉的高鋁含量釉面陶磁制造。套12的相對端面53有薄金屬包層54(圖2及3)，以便釬焊。這包層中有一種耐火材料，也就是燒結(jié)的金屬包層，厚度約為1密耳(0.001英寸)，外面有薄一些的電鍍燒結(jié)鎳包層。陶瓷，釉和金屬包層，必須能抵抗高達(dá)約1000℃的溫度，而不變質(zhì)。在理想的實(shí)施方案中，套12高約四英寸，內(nèi)徑約4.6英寸，壁厚約0.25英寸。端罩，也就是端部件13及14，有一個一體約為鐘形，或杯形結(jié)構(gòu)，其上有端部51，和與之一體的連接圓柱形側(cè)壁38。端部有一個中心孔19，容納一根觸點(diǎn)桿，并有弧形部分52，翻卷后與側(cè)壁38連接。上面引述的實(shí)施方案，端部件的高度約2英寸，圓柱形側(cè)壁內(nèi)徑約為4.8英寸。端部件用金屬薄板坯料成型，例如＃304薄鋼板。在上面引述的實(shí)施方案中，薄坯的厚度約為0.06英寸。選定這厚度是為使端部件有足夠的強(qiáng)度，也就是能支持觸點(diǎn)桿和觸點(diǎn)組合件，并能抵抗大氣壓力。圓柱形側(cè)壁38和絕緣套12的直徑量度，使側(cè)壁38的端面55可以貼靠絕緣套12的端面53，即其金屬包層54。絕緣套12的壁比端部件壁厚相當(dāng)多。最好絕緣套和各端部件的接觸面，大致在絕緣套12壁的內(nèi)外表面之間的中點(diǎn)處。
上面所指類型的鋼板無磁性。當(dāng)真空斷路器工作時產(chǎn)生磁力線。這磁力線從端板中通過。假如端部件用可磁化材料制造，便可能產(chǎn)生渦流電流。這些渦流電流在端部件中產(chǎn)生甭利的增溫。
絕緣套12和端部件13及14有不同的熱脹系數(shù)。在相關(guān)的范圍內(nèi)套12的線脹系數(shù)，為7.5至9.0×10-6英寸/英寸/℃。端部件＃304薄鋼板的線脹系數(shù)比套12的要大，它大約為17.3×10-6英寸/英寸/℃。組裝斷路器殼時，即把端部件13及14的端面，在12的端面上釬焊時，殼組件可能加熱到約1000℃。結(jié)果膨脹度有相當(dāng)大的差異。具體而言，當(dāng)互相貼靠的絕緣套和端部件受熱時，圓柱形側(cè)壁38在接觸面附近的部分徑向膨脹。這樣，側(cè)壁38的端面55，沿絕緣套12的端面53，即金屬包54，向絕緣套壁的外表面遷移。殼組合件冷卻時，端部體和絕緣套接觸面之間的熔化釬焊合金冷卻并固化。于是，端部件的端面55，和絕緣套12的端面及金屬包層焊接。冷卻時，絕緣套12和端部件的側(cè)壁38有差異的收縮。然而，這時各端面53及55之間的接觸面互相焊接固定。于是，端部件端面55，不能沿絕緣套12端面徑向向里遷移。因此，與端面55相鄰的側(cè)壁部分，向斷路器中線內(nèi)變形。這便在端部件和絕緣套之間的接觸面上，造成相當(dāng)大的應(yīng)力。這剩余應(yīng)力足以使端部件和絕緣殼之間的釬焊密封斷裂。甚至微小的斷裂能破壞真空密封，從而破壞真空斷路器的工作性能。
據(jù)本發(fā)明所提，圓柱形側(cè)壁38的壁厚相當(dāng)減小，以降低接觸面上的應(yīng)力。壁厚減小可以使壁有足夠的柔性，降低應(yīng)力，否則，殼體組裝過程中加熱和冷卻時便可能產(chǎn)生應(yīng)力。然而不能使全部端部件的壁厚有足夠的減小。這種減小將不適當(dāng)?shù)亟档投瞬考膹?qiáng)度。并且，在端部件和絕緣套之間，設(shè)置一個諸如圓柱形的壁厚減小的分立元件也并不可取。這樣至少在殼組合件每一端部，要求增加一個圓接頭。這種接頭除要求增加成本和勞動力外，還必然會有不完善的密封和真空密封破裂。
與此相反，本發(fā)明人等減小了從端面55向端部件端部51伸展的側(cè)壁38圓柱部部分56的壁厚。在上面引述的實(shí)施方案中，外壁減薄，使圓柱壁部56的壁厚達(dá)0.02+英寸。因此，壁厚不大于端部件其余壁部壁厚的約一半。
在上文引述的實(shí)施方案中，圓柱壁部56，從端面55伸出的長度約0.3英寸。這樣，薄壁圓柱部分56的伸長，僅是端部件總高度(例如2英寸)的一個非常小的部分。圓柱部分56相當(dāng)薄相當(dāng)長，足以提供相當(dāng)大的撓性，降低端部件和絕緣套之間的接頭上的剩余應(yīng)力。相反，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，減薄壁厚的圓柱部分56到相當(dāng)短，并有足夠的壁厚，因而不致?lián)p害斷路器殼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)完整性。
端部件最好利用釬焊合金和絕緣套12焊接。因此，可以在端部件金屬端面，和絕緣套端面之間，插入一個釬焊圈57。釬焊圈57最好在釬焊前預(yù)先旋轉(zhuǎn)，例如用點(diǎn)焊焊在端部件的端面55上。這樣便可以把端部件帶隨其釬焊圈，放在絕緣套12附近，以備釬焊。用于理想實(shí)施方案中的釬焊合金，熔化溫度為925℃，固化溫度為880℃。
真空斷路器可按下述組裝。端部件用金屬薄板坯料制造，以免有導(dǎo)致斷裂的應(yīng)力。先將諸如＃304鋼材的薄板坯燜火，即使其退火。然后模壓成有端部51和圓柱壁38的上述杯狀或鐘狀結(jié)構(gòu)形式。然后把壁38切成精確的端面55。其后，通過按上文切削圓柱壁38的一部分，即減薄其厚度，形成側(cè)壁部56。在完成這些步驟以前，把端部件再燜火，使制成的端部件無應(yīng)力。
端部件制成后，利用傳統(tǒng)的技術(shù)組裝內(nèi)元件。例如，可以用適當(dāng)?shù)拟F焊圈和墊板，分別組裝靜止端元件，和活動端(也就是工作端)的元件。如有需要，可按上文引述的同時待準(zhǔn)申請所述，將一個端部屏蔽插入端罩。然后可以將靜止組合件和活動組合件分別釬焊。主屏蔽26可以插在絕緣套12內(nèi)，用諸如夾具(即接頭片27)把它定位。最后，可以按上文所述的方式，把靜止組合件及活動工作組合件和絕緣套12固定，將斷路器釬焊并抽成真空。
盡管以上公開了本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，但熟悉本行技藝的人可以容易地做出各種變動和修改，而不脫離本發(fā)明的基本概念，因而此說明是要包括所有這樣的屬于本發(fā)明特點(diǎn)，構(gòu)思和范圍的變動和修改。
權(quán)利要求
1.一種真空型斷路器特征有下列各項(xiàng)(a)一種絕緣材料制圓柱形套，在其相對兩端上按密封關(guān)系連接第一及第二金屬端部件；(b)活動及固定觸點(diǎn)桿分別從該第一及第二端部件中穿過，由該兩端部件支持；(c)該端部件的至少一個，有整體形成的端部和一個圓柱形側(cè)壁，成為一個一體結(jié)構(gòu)；(d)該端部支持該觸點(diǎn)桿之一；(e)該圓柱形側(cè)壁有一個端面，和圓柱形絕緣套的相對端之一固定；(f)該側(cè)壁的一個圓柱形部分，從端面向端部伸展，這部分的壁厚，比該圓柱形側(cè)壁的其余部分壁厚，及該端部的壁厚減薄相當(dāng)多，使圓柱形壁及絕緣套有不同的熱變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述之真空斷路器。其特征為其中一個端部件是杯形的。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述之真空斷路器，其特征為圓柱形部分的壁厚，小于圓柱形側(cè)壁其余部分及端部壁厚的百分之六十。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述之真空斷路器，其特征為圓柱形部分的壁厚小于0.05英寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述之真空斷路器，其特征為減小壁厚的圓柱形部分的高度，在0.1至0.5英寸范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述之真空斷路器，其特征為圓柱形套的相對兩端有金屬化層，圓柱形側(cè)壁的端面大致平坦，并和圓柱形殼相對端之一的金屬化層釬焊固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述之真空斷路器，其特征為端部件之一用壁厚基本均勻的金屬薄極坯形成，而該圓柱形部分的壁厚，比均勻壁厚薄。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述之真空斷路器，其特征為在該圓柱形部分的壁部外周上減小厚度。
9.一種真空型斷路器特征為下列各項(xiàng)(a)一種絕緣材料制圓柱形套，在其相對兩端上按密封關(guān)系連接第一及第二金屬端部件;(b)該端部件的每一，有整體形成的端部和圓柱形側(cè)壁組成的一體結(jié)構(gòu);(c)該第一及第二端部件的端部，分別支持和斷路器縱向線同心的活動觸點(diǎn)桿和固定觸點(diǎn)桿;(d)每一該端部件的圓柱形側(cè)壁特征為下列各項(xiàng)(1)和圓柱形套相對兩端之一固定的一個端面;(2)一個從端面伸向端部的圓柱形部分，圓柱形部分的壁厚比該圓柱形側(cè)壁其余部分及該端部的壁厚薄相當(dāng)多，使圓柱形壁和絕緣套有不同的熱變形。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述之真空斷路器，其特征為該端部件除該圓柱形部分的壁厚減薄外，用壁厚基本均勻的金屬薄板坯形成。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述之真空斷路器，其特征為端部件大致為杯形。
12.根據(jù)權(quán)利要求
9或10所述之真空斷路器，其另有一個主屏蔽，同心旋轉(zhuǎn)在該活動觸點(diǎn)桿和該固定觸點(diǎn)桿的周圍，并固定在絕緣材料圓柱形套上。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述之真空斷路器，其特征為該圓柱形套至少有一個內(nèi)部的突出部分，該主屏蔽有鎖接片，和至少一個內(nèi)突出部夾子。
14.根據(jù)權(quán)利要求
12所述之真空斷路器，其另有基本為圓錐結(jié)構(gòu)形狀的第一及第二端部部屏蔽，分別固定在該第一及第二端部件上的圓柱側(cè)壁。
15.外殼有金屬端部件釬焊在圓柱形絕緣材料套上的真空斷路器制造方法，端部件支持安裝觸點(diǎn)的觸點(diǎn)桿，其制造步驟如下(a)將有預(yù)定壁厚的薄板坯料燜火;(b)將板料坯形成基本為杯形的端部件，端部件有一個有孔的端部，有與之整體制造的圓柱形壁，尾端形成端面;(c)減小從端面伸向端部的圓柱形壁一部分的壁厚;(d)將杯形端部件燜火，釋放其應(yīng)力;(e)將一個帶觸點(diǎn)的桿組合件插入有孔端部件并釬焊;(f)設(shè)置一個圓柱形絕緣套，至少在其一端上有一他金屬化包層;(g)把端部件的端面和圓柱形套金屬化包層釬焊連接，從而圓柱形壁的壁厚減薄部分變形，釋放端部件和絕緣套接觸面里的剩余應(yīng)力。
專利摘要
一種真空斷路器行一體的鐘形金屬端部件，在一個圓柱形陶瓷套的相對兩端上釬焊。端部件圓柱形壁的一部分，在與套接觸的交接面附近，厚度減薄。釬焊時減薄部分變形，以減少剛性一體端部件的可能造成密封殼斷裂的接觸面里的應(yīng)力。
文檔編號H01H33/662GK86106540SQ86106540
公開日1987年6月17日 申請日期1986年10月14日
發(fā)明者約瑟夫·卡爾·索菲安納克, 小喬治·波林科 申請人:通用電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan