Высоковольтный ввод

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (,51) 4 Н 01 В 17/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2722645/24-07 .(22) 08.02.79 (46) 30.10.86. Бюл. У 40 (71) Ордена Ленина физический институт им. П.Н.Лебедева (72) С..П.Бажулин (53) 621.315 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 298956, кл. Н 01 В 17/26, 1970.

Авторское свидетельство СССР

В 160534, кл. Н 01 В 17/26, 1962, Авторское свидетельство СССР

В 213122, кл. Н 01 В 17/26, 1966. (54) (57) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВВОД, содержащий полый корпус в виде последовательно. соединенных между собой вту лок из электроизоляционного,материала, герметично расположенный в нем токопроводящий стержень и крепежные элементы, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при повышенных температурах, давлениях и ударных нагрузках, стержень состоит из двух частей, выполненных из различных материалов, при этом коэффициенты термического расширения материала втулок и материала частей стержня связаны соотношением

KTP c KTP KTP где KTP u KTP — коэффициенты термив в ческого расширения материалов частей стержня;

КТР— коэффициент термического расширения втулок. С:

1047320

35

50

Изобретение относится к области электротехники, в частности к техни ке физико-химических исследований при высоком напряжении, высоких или низких температурах и при высоком давлении с повышенными ударными нагрузками. Изобретение может быть использовано, например, в высоковольтных нагреваемых или охлаждаемых электроразрядных камерах высокого давления, взрывных и вакуумных камерах.

Известны высоковольтные вводы, содержащие полый корпус, состоящий из одной или нескольких последоватеЛьно соединенных втулок из электроизоляционного материала с промежуточными фланцами между ними, токоведущий стержень, два концевых фланца, причем все элементы соединяются воедино с помощью гайки, навинчивающейся на тонкий стержень. Такне вводы имеют .ограниченный диапазон рабочих темо ператур (до 250 С).

Существуют прогреваемые герметичные электрические вводы, способные работать при высоких температурах. К ним относятся, например, металлркерамические вводы, в которых предварительно металлизированные керамические элементы соединены с металлическими при помощи тонких коваровых манжет технологически сложной операцией пайки. Однако вводы описанного типа не могут использоваться в камерах высокого давления. К тому

I же часто спаи керамики с металлом не выдерживают многократных нагреваний и охлаждений из-за малых, но существующих различий в коэффициентах термического расширения (KTP) керамики и материала манжет.

Наиболее близким к предложенному высоковольтному вводу по технической сущности и достигаемому эффекту является высоковольтный ввод, содержащий полый корпус в виде одной или нескольких последовательно соединенных диэлектрических втулок с промежуточными фланцами между ними, герметично расположенньй в нем токопроводящий стержень и два концевых фланца, один из которых является токосъемным, причем все указанные элементы механически скреплены между собой с помощью гайки, навинчивающейся на тонкий упругий стержень, проходящий через концевые фланцы. Уп« ругим элементом, служащим для предот вращения разгерметизации ввода при повышении температуры служит сам

*стягивающий стержень, который все время находится в натянутом состоянии.

Недостатком такого ввода является ограниченный диапазон рабочих температур (- до 250 С). Одной из причин этого является невозможность в такой конструкции создать большие стягивающие усилия, что позволяет использовать в качестве торцовых уплотнений диэлектрических втулок прокладки только из традиционных эластичных материалов (например, резины).

Способ компенсации температурного удлинения с помощью упругого стяжного стержня также ограничивает рабочую температуру ввода, так как такая компенсация возможна лишь в том диапазоне температур, в котором упругая деформация стержня остается ли-. нейной.

Целью изобретения является созда.— ние простой разборной конструкции ввода, который бы являлся универсальным и мог бы работать в широком дно апазоне температур (400 С и выше, а также при низких температурах) в условиях многократного цикла нагреваний и последующих охлаждений, при высоком электрическом напряжении (30 кВ и выше)), в вакуумных камерах, а также в камерах высокого давления (50 атм и выше) при повышенных ударных нагрузках, т.е. повышение надежности при повышенных температурах, давлениях и ударных нагрузках.

Это достигается тем, что в известном высоковольтном вводе, содержащем полый корпус в виде последовательно соединенных между собой втулок из электроизоляционного материала, герметично расположенный в нем токопроводящий стержень и крепежные элементы, стержень состоит из двух частей, выполненных из различных материалов, при этом коэффициенты термического расширения материала втулок и материала частей стержня связаны соотношением КТР КТРВ, «КТР, где

КТР и КТР— коэффициенты термического расширения материалов частей стержня; КТР— коэффициент термического расширения втулок.

На фиг.1 изображена конструкция ввода в разрезе; на фиг.2 — торцовое уплотнение диэлектрических втулок.

3 . 1047320 4

Высоковольтный ввод содержит жа- Далее на стержень навинчивается до ростойкие втулки 1 из электроизоля- соприкосновения с концевым фланцем 3 ционного материала (например, из ке- стяжной Фланец 6 с расположенными в рамики), центральный толстый стягива- нем болтами 7, с помощью которых проющий стержень 2, являющийся одновре- s изводится стягивание всех элементов менно и токопроводящим, концевые ввода. Количество болтов 7 во фланце фланцы З,и 4 (концевой фланец 4 рас- 6 определяется диаметром втулок 1. положен внутри камеры в среде высо- Герметичные торцовые уплотнения кого давления и составляет со стерж образуются при стягивании sa счет нем единое целое), несколько или один 1в сдавливания и уплотнения острых кропромежуточный фланец 5, служащий для мок прокладок 8 (см. фиг.2). Прокладгерметичного крепления ввода в каме- ки 9 могут быть негерметичными, так ре, основным стягивающим элементом как внутренняя полость В ввода сообявляется закрепленный (например, с щается с объемом вне камеры. помощью резьбы) на стержне массивный 15 Материал и размеры диэлектричесстяжной фланец 6 с расположенными в ких втулок 1 и металл прокладок 8 нем по окружности болтами 7, количе- и 9 выбираются исходя из необходимых ство которых определяется диаметром рабочих характеристик ввода (электриввода. ческое напряжение, температура, меКонцевой фланец 3 может переме- 20 ханическая прочность и т.д.), причем щаться вдоль стержня по свободной нужно, чтобы предел прочности матепосадке. Герметичность ввода дости- риала полых диэлектрических втулок гается за счет торцовых уплотнений, на сжатие был меньше, чем предел тесодержащих металлические (например,. кучести металла прокладок. медные) прокладки 8, форма которых 25 В данной конструкции основная показана на фиг.2. Негерметичные мед- компенсация температурного удлинения ные прокладки 9 служат для амортиза- (сжатия) стержня осуществляется слеционных целей и для обеспечения рав- дующим способом. номерного распределения стягивающих Стягивающий стержень 2 состоит усилий по окружности диэлектрических щ из двух частей А и Б, изготовленных втулок. Высоковольтная электроизоля- из различных металлов. Один металл ция токоведущего стержня 2 от крепеж- (например, инвар) имеет КТР меньше, ного фланца 5, как и в известных кон- чем KTP материала диэлектрических струкциях, осуществляется с помощью втулок (например, керамика), а друдиэлектрической жаростойкой .трубы 10 З гой больше (например, нержавеющая ,(например, из керамики, фарфора и сталь). Длины обеих частей стержня т.д.), концентрически вставленной рассчитываются так, чтобы суммарное внутрь ввода. Труба 10 в зависимости температурное удлинение (сжатие в от условий работы может быть.закреп- случае охлаждения) диэлектрическихлена и центрирована различными спосо-4 втулок со всеми фланцами и стержня бами. Например, прижимным и центриру- было бы одинаковым. ющим элементами могут быть вставлен- Расчет длины Ь части Б стержня

Ь ная в канавку концевого фланца 3 пру- (см. фиг.1) производится исходя из жина 11 и надетая на стержень (напри- :равенства: мер, медная) втулка 12. Для основной 4 Т(КТР . h +КТР d +КТР с1 „ )= в вт а.ч л.<р к.а к АР компенсации темпЕратурного удлинения стержень 2 составлен из двух частей = Т(КТР ° L + KTP (h +d +d -L )j

Ь 8 8 Ет n.q к р 8 ./ к

А и Б, соединенных между собой, на- где 0T — изменение температуры при нагревании (охлаждении) нения 13. ввода;

Сборка ввода осуществляется следу- КТР— средний в интервале а Т коющим образом. эффициент термического расНа стержень 2 надеваются последо- ширения; вательно втулка 12, диэлектрическая 6т — диэлектрические втулки 1; труба 10, диэлектрические втулки 1 с 55 п.q — промежуточный фланец 5 промежуточным фланцем 5, разделенные к р — концевой фланец 3; медными прокладками, концевой фланец индексы Б и А означают от3 е вставленной в канавку пружиной. ношение к частям стержня;

S 10473

h — - суммарная высота всех диэлектрических втулок до нагревания;

d - толщина фланцев до нагревания; 5 — длина части В стержня до нагревания.

L — отсчитывается от конца диэлектрической втулки на концевом сланце 4 и в нее 1О не входит толщина концевого фланца 4.

В равенстве не учтены уплотняющие прокладки.

Эксперименты показали, что для со- 1 хранения герметичности ввода в процессе нагревания (или охлаждения) достаточно рассчитать длины частей

Б и В стержня 2 согласно приведенному равенству. Более того, можно выб- 20 рать эти длины такими, что в процессе нагревания (или охлаждения) будет происходить самоподжатие (самоуплотнение) элементов ввода. Болты 7 хотя и могут подтягиваться B процессе нагревания 25 (или охлаждения), но они не предназначены для компенсации температурных изменений длины стержня, так как, во-перс вых, это неудобно и поэтому лишало бы конструкцию универсальности, а щ во-вторых, во многих случаях это невозможно (например, при использовании такого ввода в ядерном реакторе, на искусственном спутнике, в зоне облучения, в плавильной печи и т.д.).

20 6

Такие рабочие характеристики ввода, как электрическое напряжение, температура, давление и механическая прочность определяются выбором материалов элементов ввода и их размеров, цричем конструкция ввода позволяет значительно увеличить его размеры, а также эксплуатировать его в условиях низких температур.

Настоящий ввод может быть применен в тех областях науки, техники и промышленногб производства, где от электрических вводов требуется способность работать в условиях широкого диапазона рабочих температур и электрических напряжений, вакуума, высокого давления при повышенных ударных нагрузках, а также простота, разборность и взаимозаменяемость частей.

В частности, описанный высоковольтный ввод может быть использован в высоковольтных аппаратах, в нагреваемых или охлаждаемых электроразрядных, взрывных и других камерах для проведения широкого класса физикохимических исследований, в космических аппаратах, когда имеется сильный разогрев и вибрация стенок при вхождении в плотные слои атмосферы, в промышленности для технологических процессов, проходящих при высокой температуре, например в электрических электровакуумных печах.

1047320

Корректор Г.Решетник

Техред Л.Сердюкова

Редактор С.Титова

Заказ 5843/3

Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1130353, Москва, 8-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4