配用弹簧液压机构的SF6断路器刚分（合）速度的计算与分析

配用弹簧液压机构的SF6断路器刚分（合）速度的计算与分析 配用弹簧液压机构的SF6断路器刚分(合) 速度的计算与分析 第43卷第5期 2007年l0月 高压圣z HighVohageApparatus V01.43No.5 Oct.2007?329? 文章编号:1001-1609(2007)05-0329—04 配用 刚 簧液压机构的SF6断路器 (合)速度的计算与分析 虞宇飞,胡秋江,施文耀 (上海华通开关厂有限公司,上海200072) CalculationandAnalysisforInstantaneousOpening(Closing)SpeedinSF6 HVGCBwithHydraulic—springMechanism YUYu—fei,HUQiu-jiang,SHIWen—yao (ShanghaiHuatongSwithegearworksCo.Led.,Shanghai200072,China) 摘要:对配用新型液压弹簧机构的高压SF断路器的分(合) 闸过程和原理进行了分析.在假定碟簧力特性为某一均值 时,对刚分(合)速度进行了实例计算,并与实测值进行了比 较,结果基本一致.最后就相关问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 进行了讨论. 关键词:SF断路器;液压弹簧机构;刚分(合)速度; 计算;分析. 中国分类号:TM561-3文献标志码:A Abtract:Thispaperanalyzedtheprocessandprincipleof opening(closing)inanSF6HVGCBwithnewtype hydraulic.springmechanism.Theforcecharacteristicsofthe discspringwasassumedbyacertainaveragevalues,andthe instantaneousopening(closing)speedwerecalculated.Ithad beenprovedthatthecalculateddatameetwellthepractically measuredresults.Finally,Somefeasiblesuggestfordesigning ofthehydraulic-springmechanismhasbeengiven. Keywords:SF6GCB;hydraulic.springmechanism; instaneousopening(closing)speed; calculation;analysis 0引言 近年来.由于传统液压机构的故障率居高不下. 导致压气式S断路器的可靠性有所下降.20世纪 80年代末.ABB公司已开发了AHMA液压弹簧机 构.将能源由氮气贮能改为碟簧贮能.紧接着又开发 出了模块式的HMB系列f第2代)液压弹簧机构. 它克服了传统液压机构的诸多缺点,使压气式SF6 断路器的使用得到了强有力的支撑2一.受到了广 大用户的青睐.国内几个主要高压生产厂竞相采用. 为此,笔者对配用于LW31B一252SF断路器中的 CTY口一4液压弹簧机构的刚分(合)速度进行了计 算与分析,以供参考. 1机构简介与动作原理 配用于LW31B一252SF6断路器中的CTY口一4 液压弹簧机构的结构原理见图1,其中(a)为分闸 态.(b)为合闸态. 分闸时.合闸电磁阀及换向阀4向左动作.进入 分闸位置,此时.活塞杆2下边高压油排向油箱5. 反之.合闸时阀4向右动作.由压油缸6而来的油迅 速进入活塞杆2下边.在差动力作用下.活塞杆2上 升.于是断路器1合闸.8为贮能用泵. (a)分闸态(b)合闸态 l——断路器 2——活塞杆 3——碟簧贮能装置 4——二级转换阀 5——油箱 6——压油缸 7——工作缸体 8——电动泵 图1CTY口一4型液压弹簧机构液压原理示意图 图2为断路器灭弧室示意图.断路器灭弧通常 分3个阶段:?预压缩阶段;?气吹阶段;?缓冲阶 段至停止.而合闸则分为刚合和减速2个阶段. 2刚分(合)运动过程与算式演示 从上述分析可知,起始(刚分)运动过程中,存在 操作能源(碟簧),压油缸6(见图1)经阀4向工作缸 体7充(排)油,压气室进行压气的过程以及运动系 统的加速的作用.另外,该机构与传统的液压机构 有一些较大的区别——无充氮气的蓄压筒(用碟簧 收稿日期:2007-04—13:修回日期:2007-05-19 作者简介:虞宇飞(1964一),男,上海市人,总工程师,高级工程师,主要 从事高压开关开发试验研究及技术管理工作. 弹分 ? 330? 第43卷第5期 ,2007年l0月 高压亡窆 HighVoltageApparatus Vo1.43No.5 0ct.2007 室 图2断路器灭弧室示意图 和压油缸替代).液压系统压力与环境温度无关,无 外部连接的管道.因此.分析时只考虑局部损失,而 内部短管道的损失几乎可以略去 为了便于工程计算.可假设:?起始运动过程中 (即预压缩阶段).压气室内无渗漏气体;?由于运动 时间极短(ms级).故认为属绝热过程.且SF6气体 亦服从理想气体定律;?分(合)闸动作时,压油缸内 压力基本不变(取其平均值);?假定油液不可压缩. 从压气式S断路器起动过程来看.压油缸(碟 簧)既要给运动系统产生给定速度所需的功.还要克 服压气室反力所作的功根据能量守恒定律.起始分 闸运动过程中.任意一点位置时压油缸输入的实际 功除了克服摩擦损失及各种反力功外.应等于运动 系统动能的增加.即 (F-Fs--Fy)ds-d() 式中F为实际输入作用力;为压气系统的反力; 为运动系统摩擦力(因较小,略去不计);为运动 系统(即压气室)速度;眠为运动系统的质量. 由于式(1)两边的F,,慨在不同位置是一个 变量.因此,直接解该式有一定难度,现采用分段线 性化办法解.这样既使问题简化.又使产生的误差可 以接受. 2.1算式归类 将式(1)转化成该系统后,分闸过程的运动方程 式为 r/(P,f3一P2)=争.+Fs(2) 略去油箱反力P2后,将式(2)演变成 [(一一]=一(?厶 ?寺)=争.+(3)QS 其中叼为传动系统总效率;为合闸实际作用面积 ();为分闸进油口面积为分闸作用(等 于合闸排油)面积);为分闸排油面积; 为分闸出口面积;为压油缸内最低功能压力(取 平均值);PI为分闸瞬间. 处进油侧压力;P2为分闸 瞬间工作缸排油侧(油箱)压力;为分闸进油侧 压力损失(=?丢);?P2为分闸排油侧压力损 失(=?});,分别为分闸进,排油管中的 流速;?,?分别为分闸进,排油管中的阻力系 数之和;g为重力加速度;为油的重度.因为131= 鸟,2=,因此将式(3)改写为.,2J5 惭一一=等?(4) 式中 fl~=r/?专(5) fl2=rl?专(6) 22压气室反力特性 Fs=(P r s一 1)Pole(7) 式中. 厂P为压气室反力作用面积(见图2);Po为压气 室充气压力;为压气室瞬间压力. 合并同类项,将式(4),(5)合并为[] +竹Q—T--0(8) 式中为与阻力有关的系数.且 尺+t3:)(9) Q与力特性有关的系数.且 Q=晰()(10) 为与能源及充气压力有关的系数.且 晰+P0() 其中G.为压气室原始气体重量;G为压气室变化中 气体重量 2.3刚分速度算式 此间行程为.sh结构中由于喷口截面积比静触 头大.故在预压缩过程中存在少量漏气(结构需要而 设置的,近似计算时略去漏气.可能呈负偏差),则认 为G.G,故式(10)改写为 Q=去()去()(12) 式中S;0==(1+ot)SH=6;K为绝热指数, 取1.07;b为寄生行程(I+ot)SH;S为行程(变量);S 为额定行程:仅为寄生体积系数. 将式(11),(12)代入式(10),(8)解之,并将边界 条件.s=0.1Jf=0代入后得起始阶段分闸速度计算式 为 = ,/一(一})e(13) 式中 P0[1+()] 第43卷第5期 2007年lO月 高《.圣餐 HighVoltageApparatus Vo1.43No.5 Oct.2007?331. 胙Po~(1一斋)(15) 2.4刚合速度算式 由于合闸过程中不存在压气与排气的问题,因 此,将式(1),(2)改写成 叼(P2Pl)=等?dvhz一(16) 类同分闸一样,将式(16)演变成 +尺Vh2”4-T’=0(17) 式中为刚合速度; 尺,:Ms,,)(18) (19) =叼?言(20) 叼?专(21) 解式(15)得刚合速度为 ,/(1_e-R’S)(22) 2.5压油缸(碟簧)压力计算 油泵升压压缩碟簧见图3,产生力,它作用在 压油缸截面积(见图1(b))上,产生了压油缸的压 力.因碟簧有预压缩,因而也就存在一个预压力.与 传统液压机构相似,当油泵停止时,同样存在一个停 止油压. 3实例计算 以LW31B一252断路器为例.配用国产CTY口-4 弹簧液压机构,进行了相关计算. (1)油缸压力计算 按式(23),式(25)可得值为49t,然后作用 于压油缸面积. (见图1(b))上,从而可得油压值为 32MPa.而实测油压值为30.9MPa.考虑到实际碟 簧有一5%的误差(可能因热处理关系),即为47t,折 算油压值为31MPa (2)起始分闸速度计算 根据图1结构尺寸得.工作缸进油侧阻力系数 ?:3.34;工作缸排油侧阻力系数?=7.17;进口 压力损失?尸lI.06MPa;排口压力损失? 3.38MPa;?AP1+?P24.44MPa. 由式(5),(6),(9)得 卢1=1.41,=6.03,R=4.65. 再由式(13),(15)得(停止压力为31.0MPa,取 平均值30.0MPa1 B=25.7,Bl=一12,尺=560,t,r=9.1m/s. 若取最低功能压力22.0MPa时.为8.1m/s. 而30.0MPa与22.0MPa时的分闸速度之差为 ?1.0m/s.压力效果还是比较明显的,说明管道阻 力系数是合理的.未出现”饱和”现象 (3)刚合速度计算 根据相关结构数据,按式(18),(22),得 1 1 = 48.8,卢2=1.5,R=31.5,T=751,fl=4.87m/s 如果合闸进油管径取用西13时,则Vh’=4.2m/s. .4计算结果与实测值比较和分析 由文[4]可知,该结构的碟簧应该属于B类.因 此.它的力特性应为 : [+1]?(23) 式中为碟簧力;f为变形量(每片);6为碟簧厚 度;h.为极限压缩量;D,d为碟簧外径,碟簧内径; 为与弹性模量和指数有关的系数 rC--1,2 = (24) 丁一1 式中为材料泊松比;E为材料弹性模量;C为指数 (C=D/d). 叼F L:而D-d(25) 式中,为杠杆臂长度,6=(一L)/2. 实测油缸压力为31MPa.而按B类计算得压油 缸压力为32MPa.考虑到负公差时,则基本一致.如 果按A类计算.则误差较大(负偏差). 至于起始分闸速度.计算值9.1m/s与实测值 9.6n1/s相比,呈负偏差一5%左右.这可能是由于假定 预压缩阶段压气室作绝热压缩(无漏气).事实上.该 类灭弧室的喷口与静触头之间存在一个结构性环形 缝隙.”结构性漏气”使压气室中压力比绝热压缩值 要小,从而阻力减少.速度相应提高了而刚合速度 与实测值则基本吻合 5问题讨论 f1)压力效率问题’ 在集成块式的液压弹簧机构中.一般可以只考 虑局部损失.因为油管路径极短.所以略去沿程损 失.此机构的计算压力效率为田=86%,当然.这是由 于其结构紧凑.直角拐弯较多所致.使局部损失比传 统液压机构高些.从总体而言,二者压力效率相当. ? 332? 第43卷第5期 2007年l0月 高压圣笙 HighVohageApparatus Vo1.43No.5 Oct.2o07 (2)力平均值 在此计算中.毋需考虑环境温度的影响.因为碟 簧力特性与环温无关.只与碟簧变形量有关由于在 操作过程中碟簧释放(变形量,.在减小),从而力在 下降.因此,计算中采用了操作前与操作后压力的平 均值.以减小计算误差.事实表明这样计算是可行 的.较适宜于工程计算中 如果在速度算式中将压油缸的力特性作为 变形量厂的 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 后代入,则将大大增加计算的难度 和复杂性 另外.碟簧的力特性计算中应考虑接洽面的支 承环位置(,/L)以及公差(?5%),以修正它的出力特 性.由计算表明,按B类计算较符合实际情况 (3)碟簧的数量 由于机构中采用//,片碟簧呈串联配置.因此.它 的力特性与单片相似(尽管每片间存在一些差异), 但它的整机压缩量为各片碟簧压缩量的叠加.即以 供给整机操作之用.其中也考虑到发生意外情况,一 旦某一片碟簧损坏(如热处理不良),机构的速度特 性仍能确保在技术条件规定的范围内. (4)量(油箱)大小 液压弹簧机构的能源取决于碟簧的材料变形特 性.而传统的液压机构则取决于气体的压缩.前者是 属于硬特性(因压力取得较高,如大于40MPa),后 者是属于软特性.或者说,欲取得相同的出力特性, 碟簧的压缩行程(变形量)较蓄压筒的压缩行程要 小,因此,所需作功的压缩油量要少,其油箱相对而 言也司小些. (5)始进油量的设计 从计算与实测值比较可知,对起始分(合)闸速 度影响最大的因素是在刚分(合)的一瞬间.从分 (合)闸进油口到工作缸分(合)闸侧的截面积至关重 要.若过小,起始分(合)闸速度太慢,呈一个大圆弧 曲线,而不是一条陡的斜线,以至于影响整体分(合) 闸平均速度.若当起始进油量足够后(这一点非常重 要),起始分(合)闸速度与平均速度的斜率呈基本一 致.才能满足断路器的要求 6结语 LW31B一252SF6断路器的计算表明.当对碟簧 作能源的压力下降特性取以某一平均值时.可采用 传统液压机构的计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 进行刚分(合)速度的计 算.机构从原理与计算上是液压机构.只是它的能源 结构有所不同.因此.传统液压机构中大多数计算方 法均可采用.需要注意的是.碟簧力特性应以B类 为准.再转化至压油缸的平均压力值.才能取得满意 的效果.从而较适用于工程的要求 参考文献: [1]施文耀.弹簧机构与液压机构的最佳组合[J].高压电器通讯, 20o1(4):40—44. [2]崔景春,施文耀.自能式断路器及其可靠性[J】.高压电器通 讯,2002(6):24—28. [3]施文耀.开关液压机构[M].北京:机械工业出版社,199o. [4]实用机械设计 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 (下)[K].北京:机械工业出版社,1985. (上接第328页) (2)用Montlecalo模拟来确定引起各种非特征 谐波电流因素的概率分布.从而最终决定这些因素 引起的非特征谐波电流,具有明确的物理意义. 参考文献: [1】郑宝森,郭日彩.中国互联电网的发展[J].电网技术,2003, 27(2):1-3. 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