油缓冲器的结构与设计方法优化

以往在断路器弹簧操作机构中所设计的缓冲器主要用来吸收分合闸末期的残余能量，减少操作机构因剩余操作功引起的机构振动。为了保证一定的分、合闸速度，在行程终了时，触头的动能均不能全部耗尽，过大的残余能量会对机构产生冲击和振动，造成零部件的损伤。高电压等级真空断路器的分合闸速度比较高，无法简单地采用在行程终了处安装限位装置，而必须设置适当的缓冲装置。通过缓冲装置，触头在停止之前能够获得平滑的减速效果，使得机构达到停止位置时的冲击不至过大。此外，在行程终了处运动部分应避免产生显著的反弹，因为这会在触头间造成燃弧，或者破坏真空绝缘甚至损坏波纹管，造成灭弧室泄漏。

在高压断路器中，缓冲器的作用不仅仅在于抑制分、合闸末了阶段的剩余能量，更重要的是实现高电压等级真空断路器分、合闸过程中速度特性的主动控制，从而配合灭弧室达到可靠分断和关合的目的。

以CT20弹簧机构为例，该机构所使用的是油缓冲器。这种缓冲器是将机械动能消耗在油流的损耗上，主要由活塞杆、活塞缸体、活塞组成，如图7-2所示。活塞杆一端固定运动活塞，在活塞缸体内做直线运动，另一端通过主轴拐臂与断路器相连，可以在分合闸过程中对断路器的速度特性产生调节作用。缓冲器与分闸缸固定，内部充满液压油，活塞缸体表面开有调节孔。这种油缓冲器合理地布置在分闸弹簧内部的空余空间中，使得机构更加紧凑。

在分闸运动时，缓冲活塞向上运动，缓冲缸内的缓冲器油从排油孔中流出，随着缓冲活塞位移的增加，排油孔逐渐减少，限制流量，缸内形成分闸缓冲力。在分闸行程末端，排油孔全部被堵塞，缓冲器油只能从缓冲活塞与缓冲缸之间的间隙中流出，由于该间隙非常小（0.020～0.060mm），所以缓冲作用非常有效。合闸运动时，缓冲活塞向下运动，同样由于小孔的节流作用，缸内也会形成合闸缓冲力，与节流孔的大小和位置有关。由于真空断路器的分闸速度要比合闸速度大很多，因此，缓冲器在分闸期间的作用更为显著。

图7-2 缓冲器结构和工作原理

由伯努利方程可以推导出薄壁小孔的流量特性公式为

式中 Q₁——流量；

C_d——流量系数；

ΔP——节流孔两侧压强差；

A——活塞运动前方的节流孔面积，其值随运动位置而变化；(www.xing528.com)

ρ——油密度（12#航空液压油ρ=850kg/m³）。

缸内的流量为

Q₂=A_eV_e （7-2）

式中 V_e——活塞运动速度；

A_e——活塞运动方向的面积。

又因为流量满足液流连续条件：

Q₁=Q₂ （7-3）

联立求解式（7-1）～式（7-3）可以得到缓冲器的液压阻力公式为

从缓冲器的液压阻力公式可以看出，缓冲性能与运动前方的节流孔的大小密切相关，因此可以通过改变节流孔的大小和位置方便地调整缓冲器的缓冲特性，进而得到满意的分、合闸速度特性曲线，同时还可以减少合闸反弹和分闸弹跳。因此，液压缓冲器的设计对断路器整机十分重要。