Высоковольтный ввод

)34 у ЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ токопроводящий стержень и крепежные элементы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежнос" ти 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 соотношениемКТР с КТР с КТР е КТ и КТР вГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(46) 30,10.86, Бюл. У 40 (71) Ордена Ленина физический институт им. П.Н.Лебедева (72) С.,П.Бажулин(56) Авторское свидетельство СССР В 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 втулок из электроизоляционного,материала, герметично расположенный в нем коэффициенты термического расширенияматериалов частейстержня;коэффициент термического расширениявтулок.25 30 35 40 45 55 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. Такие вводы имеют ограниченный диапазон рабочих темоператур (лдо 250 С). Существуют прогреваемые герметичные электрические вводы, способные работать при высоких температу" рах. 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 же часто спаи керамики с металлом не выдерживают многократных нагреваний и охлаждений из-за малых, но существующих различий в коэффициентах термического расширения (КТР) 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 приповышении температуры служит сам стягивающий стержень, который всеФвремя 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 температурногоудлинения с помощью упругого стяжного стержня также ограничивает рабочую температуру ввода, так как такая компенсация возможна лишь в томдиапазоне 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 дноапазоне температур (400 С и выше, а также при низких температурах) в условиях многократного цикла нагреваний и последующих охлаждений, привысоком 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 КТО КТР ., КТР, где КТР и КТР - коэффициенты термического расширения материалов частей стержня; КТР - коэффициент термического расширения втулок. На Фиг.1 изображена конструкцияввода в разрезе; на Фиг.2 - торцовоеуплотнение диэлектрических втулок.3 1047320 4Высоковольтный ввод содержит жа- Далее на стержень навинчивается доростойкие втулки 1 из электроизоля- соприкосновения с концевым фланцем 3ционного материала (например, из ке- стяжной фланец 6 с расположенными врамики), центральный толстый стягива- нем болтами 7, с помощью которых проющий стержень 2, являющийся одновре изводится стягивание всех элементовменно и токопроводящим, концевые ввода. Количество болтов 7 во фланцефланцы З,и 4 (концевой фланец 4 рас определяется диаметром втулок 1.положен внутри камеры в среде высо- Герметичные торцовые уплотнениякого давления и составляет со стерж образуются при стягивании за счетнем единое целое), несколько или один 10 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, такре, 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 8нем по окружности болтами 7, количе- и 9 выбираются исходя из необходимыхство которых определяется диаметром рабочих характеристик ввода (электриввода. ческое напряжение, температура, меКонцевой фланец 3 может переме ханическая прочность и т.д.), причемщаться вдоль стержня по свободной нужно, чтобы предел прочности матепосадке, Герметичность ввода дости- риала полых диэлектрических втулокгается 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 основнаяпоказана на фиг.2. Негерметичные мед- компенсация температурного удлиненияные прокладки 9 служат для амортиза- (сжатия) стержня осуществляется слеционных целей и для обеспечения рав- дующим способом,номерного распределения стягивающих Стягивающий стержень 2 состоитусилий по окружности диэлектрических 3 О из двух частей А и Б, изготовленныхвтулок. Высоковольтная электроизоля- из различных металлов. Один металлция токоведущего стержня 2 от крепеж- (например, инвар) имеет КТР меньше,ного фланца 5, как и в известных кон- чем КТР материала диэлектрическихструкциях, осуществляется с помощью втулок (например, керамика), а друдиэлектрической жаростойкой трубы 1 О З гой больше (например, нержавеющая,(например, из керамики, фарфора и сталь). Длины обеих частей стержнят,д.), концентрически вставленной рассчитываются так, чтобы суммарноевнутрь ввода. Труба 10 в зависимости температурное удлинение (сжатие вот условий работы может быть.закреп- случае охлаждения) диэлектрическихлена и центрирована различными спосовтулок со всеми фланцами и стержнябами. Например, прижимным и центриру- было бы одинаковым.ющим элементами могут быть вставлен- Расчет длины Ь части Б стержняЬная в канавку концевого фланца 3 пру- (см. фиг,1) производится исходя изжина 11 и надетая на стержень (напри- :равенства;мер, медная) втулка 12, Для основной 45 ьТ(КТР Ь +КТР й +КТР с 1)=ет ет о.у лдр к.в к Аркомпенсации темпЕратурного удлинениястержень 2 составлен из двух частей =ТКТР фЬ + КТР Ь +й +д -Ь )1е е е ет ву кр в ./ кА и Б, соединенных между собой, на- где 0 Т - изменение температуры принагревании (охлаждении)нения 13.ввода;Сборка ввода осуществляется следу. КТР - средний в интервале ь Т коющим образом, эффициент термического расНа стержень 2 надеваются последо- ширения;вательно втулка 12, диэлектрическая бт - диэлектрические втулки 1;труба 10, диэлектрические втулки 1 с 55 п. - промежуточный сланец 5;промежуточным фланцем 5, разделенные мр - концевой фланец 3;медными прокладками, концевой фланец индексы Б и А означают от 3 е вставленной в канавку пружиной. ношение к частям стержня;3 10473Ь - суммарная высота всех диэлектрических втулок до нагревания;Й - толщина миланцев до нагревания; 5- длина части В стержня донагревания.Ь - отсчитывается от конца диэлектрической втулки наконцевом сланце 4 и в нее 1 Оне входит толщина концевогоФланца 4.В равенстве не учтены уплотняющиепрокладки,Эксперименты показали, что для сохранения герметичности ввода в процессе нагревания (или охлаждения)достаточно рассчитать длины частейБ и В стержня 2 согласно приведенно"му равенству. Более того, можно выбрать эти длины такими, что в процессе нагревания (или охлаждения) будетпроисходить самоподжатие ( самоуплотнение) элементов ввода. Болты 7 хотя и могут подтягиваться в процессе нагревания 25(или охлаждения), но они не предназначены для компенсации температурных изменений длины стержня, так как, во-персвых, это неудобно и поэтому лишалобы конструкцию универсальности, а Зово-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 6Такие рабочие характеристики ввода, как электрическое напряжение, температура, давление и механическая прочность определяются выбором материалов элементов ввода и их размеров, причем 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, разбор- ность 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 Физико- химических 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./3 . Тираж ВНИИПИ Государств по делам изоб 1130353, Москва, Ж/5 ушск дприятие, г Ужгор роектная,кое Редактор С.Титова изводственно-нолигр орректор Г.Решетник тета СС крытий наб., д