GCB1G0型斷路器傳動(dòng)主軸缺陷的消除方法探討

摘要：文章結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中GCB1G0型斷路器容易出現(xiàn)漏氣的現(xiàn)象，通過(guò)分析找出了缺陷所在，介紹了有效的解決方法，提高了GCB1G0型斷路器的可靠性，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也給技術(shù)人員對(duì)組合電器的性能優(yōu)化提供了參考思路。

關(guān)鍵詞：斷路器；傳動(dòng)主軸；缺陷消除；組合電器；性能優(yōu)化 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM561 文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0036-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.019

1 概述

組合電器即氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（Gas lnsulated Switchgear），簡(jiǎn)稱GIS。它將所有帶電導(dǎo)體密封在與地網(wǎng)相連的金屬罐體里面，內(nèi)充帶有絕緣與滅弧作用的SF6氣體，具有占地面積小、可靠性高、安裝周期短、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，為電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。在72.5kV及以上的高壓、超高壓以及特高壓領(lǐng)域，組合電器已占據(jù)了主導(dǎo)地位，也是城市化進(jìn)程的必然選擇。

GCB1G0型斷路器是組合電器最核心的器件，直接影響著組合電器整體性能水平。傳動(dòng)主軸作為斷路器的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，負(fù)責(zé)連接氣室外部操作機(jī)構(gòu)與氣室內(nèi)部滅弧室，既承受著強(qiáng)大的操作載荷，也承擔(dān)著細(xì)膩的氣體密封需求，工況比較復(fù)雜。多年以來(lái)，GCB1G0型斷路器在出廠檢驗(yàn)環(huán)節(jié)多次出現(xiàn)氣體泄漏的情況，即氣體密封性能不穩(wěn)定，給生產(chǎn)造成了損失，也給產(chǎn)品的可靠運(yùn)行埋下隱患。但由于斷路器的特殊地位，加上斷路器的系統(tǒng)性較強(qiáng)，一般情況下技術(shù)人員不會(huì)輕易地去碰觸其結(jié)構(gòu)上的更改，導(dǎo)致該缺陷一直存在。然而只要有缺陷存在，我們就應(yīng)當(dāng)努力去解決，保證產(chǎn)品可靠性是每個(gè)技術(shù)人員的責(zé)任。下面筆者將從傳統(tǒng)的技術(shù)思路來(lái)講述解決該缺陷的方法。

2 缺陷的影響及分析

2.1 缺陷的影響

GCB1G0型斷路器內(nèi)充0.6MPa壓力的SF6氣體，若因密封配合不良而導(dǎo)致漏氣的返修，將造成0.1MPa氣體不能被回收（重量約為10kg），按現(xiàn)時(shí)氣體價(jià)格80元/kg計(jì)算，直接經(jīng)濟(jì)損失是10×80=800（元）。間接的損失是返修所用工時(shí)：氣體回收1.2工時(shí)；解體及重新裝配6工時(shí)；抽真空2工時(shí)；充SF6氣體0.25工時(shí)；檢漏試驗(yàn)1工時(shí)，共計(jì)返修所需時(shí)間為10.45工時(shí)。因返修造成的設(shè)備運(yùn)行損耗、水電損耗等不做計(jì)算。需要說(shuō)明的是，以上是單臺(tái)斷路器出現(xiàn)漏氣時(shí)的損失。

2.2 缺陷的分析

通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，筆者發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)主軸的密封面與軸承裝配面處于同一個(gè)柱面上。在裝配時(shí)需先安裝軸承后裝密封圈，軸承的過(guò)渡配合會(huì)擠壓刮花密封面，造成密封圈與主軸配合不良而漏氣。

3 缺陷的消除

解決該缺陷最有效的途徑有兩種：一是將軸承配合面與密封面設(shè)計(jì)成不在同一柱面上；二是調(diào)換軸承與密封圈的裝配順序。受斷路器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的影響，第二種途徑不可行。因此我們采取第一種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

考慮到密封圈的通用性，我們不變更密封配合面尺寸。因此根據(jù)軸承與密封圈裝配的先后順序，須將軸承配合面尺寸設(shè)計(jì)為大于密封配合面尺寸。原軸承型號(hào)是6208-2Z，內(nèi)徑為40mm，外徑為80mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》深溝球軸承標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格表可知，大一個(gè)規(guī)格的軸承內(nèi)徑是45mm，為了減少軸承外徑尺寸變化對(duì)傳動(dòng)室的影響，須將軸承外徑尺寸變化量控制在最小范圍內(nèi)，查得外徑是85mm，即理想的規(guī)格是6209-2Z。在確定軸承規(guī)格后，須進(jìn)行下面三步驗(yàn)算：

3.1 滅弧室能量計(jì)算

單相滅弧室直線運(yùn)動(dòng)件（上下運(yùn)動(dòng)）質(zhì)量m1=8kg，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)件質(zhì)量m2=10kg，傳動(dòng)比為1.5，歸化到單相觸頭后的質(zhì)量m=8+10/（3×1.5）=10.2kg，壓氣缸截面S=12255mm2，氣缸額定氣壓po=0.6MPa，分閘速度vf=5.5m/s。

3.1.1 分閘加速能量為：

4 驗(yàn)證

在新方案中，長(zhǎng)主軸的軸承裝配面尺寸比原方案增大，其余尺寸未發(fā)生變更，因此可以直接判斷新方案的長(zhǎng)主軸的強(qiáng)度高于原方案，不必進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。根據(jù)第三部分的軸承選型方案，筆者投制了樣件并進(jìn)行了機(jī)械特性測(cè)試、機(jī)械壽命測(cè)試，性能指標(biāo)都滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)數(shù)次的拆卸、裝配后對(duì)樣件進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)，未出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。因此，新方案可以應(yīng)用于工程當(dāng)中，消除了GCB1G0型斷路器的漏氣缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

任何核心的零部件，其設(shè)計(jì)都是有依據(jù)的。當(dāng)存在缺陷時(shí)，我們只要找出問(wèn)題所在，分析各元素之間的相互關(guān)系，就能選擇出合適的解決方案。從設(shè)計(jì)依據(jù)著手，逐步深入地對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)算，并最終落實(shí)解決方案（借助目前普遍使用的有限元分析仿真工具可提升計(jì)算的效率及準(zhǔn)確性）。必要時(shí)投制樣件進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)實(shí)際的測(cè)試來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證理論計(jì)算，最終可靠地消除產(chǎn)品缺陷，提升產(chǎn)品可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1] 黎斌.SF6高壓電器設(shè)計(jì)（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：伍兆輝（1982-），廣州白云電器設(shè)備股份有限公司主任設(shè)計(jì)師，研究方向：高壓組合電器（GIS）的研發(fā)及工程設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）