НАКОПИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРУЖИННОГО ПРИВОДА
ACCUMULATOR MODULE FOR HYDRAULIC SPRING DRIVE

Изобретение относится к гидравлическому накопительному модулю для гидравлического пружинного привода для приведения в действие высоковольтного выключателя, в частности силового высоковольтного выключателя, с признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения.
Пружинные приводы для приведения в действие силовых высоковольтных выключателей известны, например, из патентной публикации DE 3408909 А1. Выполненный как гидравлический привод, описанный в данной публикации пружинный привод для приведения в действие силового высоковольтного выключателя размещен вместе с гидроаккумулятором с механическим дроссельным устройством в общем герметичном корпусе, в котором смонтированы также орган подачи гидравлической текучей среды, насос высокого давления, а также блок управления вместе с необходимыми гидросоединениями. Гидроаккумулятор предусмотрен для предоставления энергии давления на гидравлический привод силового высоковольтного выключателя, без дополнительной подачи энергии извне, и для приведения в действие согласно назначению привода также при помехах или при перебоях в подаче энергии.
В ЕР 0829892 А1 описан пружинный привод, в котором пружинный энергоаккумулятор посредством тела давления и, по меньшей мере, двух нагнетательных поршней прикладывает давление к текучей среде. Посредством этой текучей среды приводится в движение приводной стержень пружинного привода, который закреплен на поршне привода, перемещающемся в рабочем цилиндре посредством скольжения.
При монтаже пружинного привода, а также во время проведения необходимых работ по техобслуживанию, гидросистема пружинного привода не находится под давлением. Пружинный энергоаккумулятор имеет в этом состоянии лишь предварительное напряжение и максимально растянут в осевом направлении. При этом пружинный энергоаккумулятор поджимает тело давления до упора на цилиндрическом корпусе, вследствие чего тело давления зажимается между упором и пружинным энергоаккумулятором.
Во время активации пружинного привода гидросистема находится под давлением. Пружинный энергоаккумулятор имеет в этом состоянии большее напряжение, и его осевое растяжение ограничено. При этом пружинный энергоаккумулятор поджимает тело давления к нагнетательному поршню, который оказывает, таким образом, давление на текучую среду. Тело давления зажимается между нагнетательным поршнем и пружинным энергоаккумулятором.
Приводы силовых выключателей, которые используют тарельчатые пружины в комбинации с гидравлическими поршнями в качестве энергоаккумуляторов, также известны из DE 3408909 А1. Применяемые для аккумулирования энергии тарельчатые пружины сжимаются гидравлическим поршнем, и из характеристики усилия к длине хода тарельчатой пружины выводится характеристика давления к длине хода поршня, которые показаны на фиг.1. При этом из дегрессивной формы характеристики усилия к длине хода тарельчатой пружины становится очевидным, что изменение давления сказывается лишь незначительно относительно большой части длины хода поршня.
Как альтернатива использованию относительно дорогих тарельчатых пружин рассматривается, как правило, возможность использования других конструктивно простых и, следовательно, более дешевых типов пружин, например, таких как винтовые пружины. Благодаря широкому распространению и простому изготовлению винтовые пружины значительно более доступны на рынке, чем тарельчатые пружины.
В наиболее предпочтительном случае эти винтовые пружины могут иметь линейную характеристику усилия к длине хода, как это показано на фиг.1, причем эта характеристика в наименее предпочтительном случае может перейти даже в прогрессивную характеристику. Также эта характеристика вновь могла бы быть преобразована соответственно в характеристику давления к длине хода поршня и показывать сильное изменение давления относительно длины хода. Это соотношение для гидравлических приводов силовых высоковольтных выключателей оказывается неблагоприятным, ввиду сильного изменения давления относительно длины хода, и приводит по сравнению с наблюдаемой в тарельчатых пружинах дегрессивной характеристикой к сильному изменению давления относительно длины хода пружины нагнетательного поршня энергоаккумулятора.
Задача изобретения состоит в том, чтобы предложить конструктивно простой накопительный модуль для гидравлического пружинного привода для приведения в действие высоковольтного выключателя, динамическая характеристика давления к длине хода которого лучше соответствует требованиям привода силового высоковольтного выключателя.
Эта задача согласно изобретению решается за счет накопительного модуля, предназначенного для механического аккумулирования энергии, для гидравлического пружинного привода, предназначенного для приведения в действие высоковольтного выключателя, в частности силового высоковольтного выключателя, с помощью признаков, приведенных в пункте 1 формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления приводятся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Чтобы оптимизировать изменение давления относительно длины хода аккумулятора накопительного модуля пружинного привода энергоаккумулятора высоковольтного выключателя, посредством накопительного модуля согласно изобретению, динамическая характеристика, которая обусловлена гидравлическими потерями в гидросистеме пружинного привода при отборе объемного потока, приводится в соответствие в зависимости от хода аккумулятора.
Накопительный модуль согласно изобретению для гидравлического пружинного привода для приведения в действие высоковольтного выключателя, в частности силового высоковольтного выключателя, содержит пружинный элемент, действующий как энергоаккумулятор, и текучую среду для передачи энергии пружинного элемента посредством подвижного поршня аккумулятора на шток поршня для приведения в действие высоковольтного выключателя, причем поршень аккумулятора проходит в герметичный корпус, наполненный текучей средой, и корпус образует накопительный резервуар высокого давления для текучей среды.
Поршень аккумулятора, в первом варианте осуществления накопительного модуля согласно изобретению, направляется в запорной крышке. Во втором варианте осуществления накопительного модуля согласно изобретению, поршень аккумулятора направляется в герметичном корпусе.
Накопительный резервуар высокого давления посредством, по меньшей мере, одного частичного канала, входящего в накопительный резервуар высокого давления, и сообщающегося с ним канала высокого давления соединен с гидросистемой пружинного привода. Поршень аккумулятора закрывает частичный участок частичного канала, начиная с определенной длины хода поршня.
В предпочтительном варианте осуществления, пружинный элемент, действующий как энергоаккумулятор, выполнен в форме винтовой пружины, которая взаимодействует с расположенным в напорном корпусе, выполненным предпочтительно как плунжерный цилиндр, накопительным цилиндром, в котором направляется поршень аккумулятора, перемещаемый за счет давления текучей среды. Плунжерный цилиндр выполнен как полый цилиндр, в отверстии которого расположен с возможностью перемещения поршень аккумулятора.
При этом поршень аккумулятора работает одновременно как управляющий золотник и с помощью своего тела давления, установленного в передней части поршня, закрывает, начиная от определенной длины хода поршня, обтекаемый текучей средой участок накопительного резервуара высокого давления корпуса цилиндра, при этом ход поршня является результатом аккумуляции накопительным модулем в накопительном резервуаре высокого давления большего количества текучей среды, чем необходимо для осуществления операции «замкнуто/разомкнуто» (CO-Schaltung) высоковольтного выключателя. Это дросселирование приводит к динамическому изменению давления во время операции переключения на обтекаемой стороне дросселирующего элемента в зависимости от длины хода поршня.
Таким образом, пружинный элемент накопительного модуля напряжен, когда тело давления, находящееся на поршне аккумулятора, нагружено гидравлической жидкостью, вследствие чего поршень аккумулятора движется в направлении пружинного элемента.
Обратное движение поршня аккумулятора осуществляется посредством снятия напряжения с пружинного элемента при падении давления. При этом снятие напряжения пружинного элемента приводит к сокращению находящегося над поршнем аккумулятора объема энергоаккумулятора высокого давления.
В предпочтительном варианте осуществления накопительного модуля согласно изобретению, на поршень аккумулятора насажена головка поршня, при этом головка поршня входит в накопительный резервуар высокого давления.
Согласно изобретению, поршень аккумулятора или головка поршня имеют отверстия, которые образуют соединение между накопительным резервуаром высокого давления и, по меньшей мере, одним частичным каналом, обтекаемым текучей средой.
Благодаря варианту осуществления накопительного модуля в форме плунжерного цилиндра достигается то, что в отличие от существующих накопительных модулей для приводов высоковольтного выключателя не требуются дополнительные компоненты, например, такие как уплотнения на головке поршня, для осуществления дросселирования в зависимости от длины хода аккумулятора.
На основе следующих фигур поясняются и описываются более детально предпочтительные и усовершенствованные варианты осуществления изобретения, а также другие преимущества, при этом показаны:
Фиг.1 - сравнение так называемых характеристик усилия к длине хода различных пружин с идеальной характеристикой усилия к длине хода,
Фиг.2 - пример осуществления накопительного модуля согласно изобретению для гидравлического пружинного привода для приведения в действие силового высоковольтного выключателя, и
Фиг.3 - пример формы динамических характеристик давления к длине хода накопительного модуля согласно изобретению.
На фиг.1 показаны в сравнении с идеальной характеристикой усилия к длине хода (фиг.1а) характеристики усилия к длине хода тарельчатой пружины (фиг.1b) и винтовой пружины (фиг.1с), которые используются в накопительном модуле для механического энергоаккумулирования для гидравлического пружинного привода.
На фиг.2 показан вариант осуществления накопительного модуля согласно изобретению для гидравлического пружинного привода для приведения в действие силового высоковольтного выключателя, который помещен в непоказанном корпусе емкости.
Накопительный модуль содержит действующий как энергоаккумулятор, выполненный в форме винтовой пружины пружинный элемент 51, который соединен с расположенным в напорном корпусе 1 и перемещающимся за счет давления текучей среды поршнем 30 аккумулятора, аксиально направляемым в запорной крышке 20. Нагруженный давлением конец поршня 30 аккумулятора выполнен как цилиндрическая головка 31 поршня.
Винтовая пружина 51 одним концом опирается на упорный элемент 60 корпуса емкости и другим концом на выступающую из напорного корпуса 1 часть поршня 30 аккумулятора.
Головка 31 поршня, которая насажена на поршень 30 аккумулятора, имеет отверстия или соответственно каналы 32, которые соединяют объем масла в рабочем пространстве 13, обозначаемом также как накопительный резервуар высокого давления, напорного корпуса 1 с объемом масла на показанной на фиг.2 правой стороне головки 31 поршня и образуют соединение между накопительным резервуаром 13 высокого давления и, по меньшей мере, одним частичным каналом 11, 12, обтекаемым текучей средой.
В альтернативном, не представленном здесь варианте осуществления накопительного модуля согласно изобретению, предусмотрен поршень 30 аккумулятора без головки 31 поршня, при этом поршень 30 аккумулятора на своей выступающей в накопительный резервуар высокого давления стороне имеет отверстия 32, которые образуют соединение между накопительным резервуаром 13 высокого давления и, по меньшей мере, одним частичным каналом 11, 12, по обтекаемым текучей средой.
Поршень 30 аккумулятора работает как управляющий золотник и своим насаженным на переднюю часть поршня телом 31 давления закрывает, начиная с определенной длины хода s поршня, частичный участок обтекаемой текучей средой зоны находящегося внутри корпуса 1 накопительного резервуара высокого давления 13, обозначаемого также как объем высокого давления или рабочее пространство напорного корпуса. Это дросселирование происходит сразу, как только накопительный модуль аккумулировал больше текучей среды в накопительном резервуаре 13 высокого давления, чем необходимо для осуществления операции переключения «замкнуто/разомкнуто» силового высоковольтного выключателя. Предпочтительным образом благодаря этому обеспечивается дросселирование динамического давления в канале 10 высокого давления в зависимости от длины хода s поршня.
К каналу 10 высокого давления примыкают частичный канал, обозначенный как первый участок 11, и частичный канал, обозначенный как второй участок 12. В то время как накопительный модуль нагружен незначительным давлением, то есть количество энергии, аккумулированное в накопительном модуле, достаточно для операции переключения «замкнуто/разомкнуто», по первому участку 11 и второму участку 12 протекает рабочая жидкость. Тем самым во время операции переключения не происходит динамического снижения давления в канале 10 высокого давления. Когда накопительный модуль нагружен большим давлением, то есть аккумулированное количество энергии больше, чем необходимо для операции переключения «замкнуто/разомкнуто», первый участок 11 закрывается телом 31 давления и лишь через второй участок 12 может протекать рабочая жидкость. Таким образом, во время операции переключения происходит динамическое снижение давления в канале 10 высокого давления.
В предпочтительном варианте осуществления накопительного модуля согласно изобретению, протекание, по меньшей мере, по одному из частичных каналов 11, 12 может регулироваться посредством дроссельного элемента.
Показанное на фиг.2 уплотнение 40 высокого давления предусмотрено для герметизации поршня 30 аккумулятора от утечки текучей среды.
На фиг.3 показан пример формы характеристики K1 длины хода к давлению при объемном потоке, равном 0, и, напротив, форма характеристики K2 длины хода к давлению для состояния переключения «замкнуто» (С-переключение) и динамической характеристики K3 длины хода к давлению для состояния переключения «разомкнуто» (O-переключение) силового высоковольтного выключателя при объемном потоке, превышающем 0, когда объемный поток при операции переключения «разомкнуто» больше, чем объемный поток при операции переключения «замкнуто», при этом длина хода s поршня 30 аккумулятора показана соответственно по отношению к давлению в системе.
Поскольку показанная на фиг.1с статическая характеристика усилия к длине хода винтовой пружины, используемой в накопительном модуле, лишь слабо поддается воздействию и, таким образом, может соответствовать требованиям привода силового высоковольтного выключателя, то изобретение направлено на приведение в соответствие с динамической характеристикой давления к длине хода, которая обусловлена гидравлическими потерями в накопительном модуле. Гидравлические потери зависят от объемного потока текучей среды высокого давления в рабочем пространстве напорного корпуса, и на них не воздействует или воздействует лишь минимально давление внутри объема энергоаккумулятора высокого давления.
Если у накопительного модуля отбирается, например, энергия с определенной скоростью, то есть протекает определенный объемный поток Q, то возникает потеря давления DV1, DV2 непосредственно в рабочем пространстве накопительного модуля (см. кривую K3). Поэтому на устройстве управления силового выключателя фиксируется меньшее давление, чем в статическом примере, в котором отсутствует протекание объемного потока Q (см. кривую K1). Потеря давления тем выше, чем больше объемный поток, и зависит исключительно от него (см. кривую K3).
Заявляемый накопительный модуль оптимизирует предпочтительным образом изменение давления относительно длины хода s аккумулятора накопительного модуля пружинного привода высоковольтного выключателя, и динамическая характеристика давления к длине хода, которая обусловлена гидравлическими потерями в гидросистеме пружинного привода, согласуется в зависимости от длины хода s поршня 30 аккумулятора.
Следовательно, если статическое давление в накопительном модуле растет, значит увеличиваются системные потери, так что в динамическом примере, то есть при объемном потоке Q, не равном 0, предоставляемая в распоряжение энергия накопительного модуля снижается. Кроме того, для применения гидравлических приводов для силового высоковольтного выключателя рекомендуется точно интегрировать точку SP переключения, в которой происходит изменение потери. Эта точка SP переключения обусловливает ступенчатую форму динамических характеристик K2 и K3. Объемный поток Q отличается, как правило, при операциях переключения «разомкнуто» или операции переключения «замкнуто». Это показано в виде примера на фиг.3 как оценочная форма характеристики K2 для операции переключения «замкнуто» и динамической характеристики K3 для операции переключения «разомкнуто», при этом показана соответственно длина хода s поршня 30 аккумулятора относительно давления в системе.
Перечень ссылочных позиций
1
Герметичный корпус, напорный корпус
10
Канал высокого давления (заполнен находящейся под высоким давлением текучей средой)
11
Первый участок, частичный канал
12
Второй участок, другой частичный канал
13
Накопительный резервуар высокого давления, объем высокого давления, рабочее пространство в корпусе давления
20
Запорная крышка
30
Поршень аккумулятора
31
Тело давления, головка поршня
32
Отверстия, каналы в головке поршня
40
Уплотнение высокого давления
51
Пружинный элемент, винтовая пружина
60
Упорный элемент
s
Ход поршня аккумулятора
DV1
Потеря давления в гидросистеме пружинного привода по причине низких потерь в гидросистеме
DV2
Потеря давления в гидросистеме пружинного привода по причине высоких потерь в гидросистеме
SP
Точка переключения
Q
Объемный поток
K1
Характеристика длины хода к давлению
K2
Характеристика длины хода к давлению для операции переключения «замкнуто»
K3
Характеристика длины хода к давлению для операции переключения «разомкнуто».