一种用于大电流真空灭弧室的散热装置及其制备方法

本发明属于金属加工制造领域，具体属于真空灭弧室，涉及一种适用于大电流真空灭弧室的散热装置及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代电力系统的不断发展，电压等级不断升高，系统容量不断增大，对大容量发电机组的需要也愈加强烈。不断增大的发电机容量会造成短路故障电流的大幅提高，采用常规断路器无法满足开断要求，因此需要装设发电机断路器对发电机及电力系统进行保护。发电机断路器安装于发电机和变压器端子之间，可有效开断发电机源和系统源短路故障电流，具有缩小发电机和变压器故障范围、提高厂用电可靠性和灵活性、简化运行流程、满足机组频繁启停、保证电力系统安全稳定运行等优势。

2、发电机断路器相较于普通断路器，面临更加极端的运行工况，存在巨大的短路电流开断和电动力、大额定电流导致的温升问题、直流量开断、较高的瞬态电压上升率等问题。目前发电机断路器中使用最为广泛的为sf6断路器，其具有更佳的开断能力、更好的绝缘性能和更大容量。然而，sf6是一种极强温室气体，温室效应为co2的24900倍，会产生极强温升效应。在碳达峰和碳中和的双碳目标下，必须限制并优化sf6断路器的使用。

3、真空断路器以真空灭弧室为灭弧结构，与sf6断路器相比较，具有无温室气体排放、环保、成本低、便于维护、短路开断次数多、寿命长等优势。温升过高是制约其发展与应用的瓶颈问题，过高的温度易导致断路器机械强度降低、绝缘劣化等问题，并限制真空断路器的小型化发展。真空断路器其主要发热源来自真空灭弧室，较大的回路电阻造成了较高的发热，因此需要在真空灭弧室两端添加额外的散热结构，通过增加散热面积来提高散热能力，降低断路器温升。

4、传统的散热结构采用机加工方式，在完整铜合金块体上进行切削减材制造，材料利用率低、生产成本高且周期长，同时受制于加工方式的限制，散热结构无法进行自由优化设计，散热能力无法得到充分利用。

5、因此，如何在提高散热结构的散热能力基础上降低其生产成本，提高材料利用率，同时减小加工周期，是亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一种适用于电流真空灭弧室的散热装置及其制备方法，所述散热装置包括动端散热结构和静端散热结构，所述动端散热结构和静端散热结构设置在真空灭弧室两端，所述散热装置通过增材制造和减材制造结合的方法制得。具体地，通过建立散热装置的结构模型，对结构模型进行仿真迭代优化，根据优化结构模型在基材上依次进行减材制造和增材制造；根据所述散热装置与真空灭弧室之间的安装要求加工螺孔等部件，制得的散热装置精度高、加工效率高，且散热翅片散热效率高，在实践中具有重要的意义，从而完成了本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供以下方面：

3、第一方面，一种真空灭弧室的散热装置，所述散热装置包括动端散热结构和静端散热结构，所述动端散热结构和静端散热结构设置在真空灭弧室两端；所述散热装置通过增材制造和减材制造结合的方法制得。

4、第二方面，提供一种制备第一方面所述的散热装置的方法，所述方法包括：

5、步骤1，建立散热装置的结构模型；

6、步骤2，将所述结构模型的尺寸信息生成加工程序；

7、步骤3，依据所述加工程序依次对基材进行减材制造和增材制造，制得所述散热装置。

8、第三方面，提供一种真空灭弧室，所述真空灭弧室包括第一方面所述的散热装置。

9、本发明所具有的有益效果包括：

10、(1)本发明提供的适用于大电流真空灭弧室的散热装置通过增材制造和减材制造结合的方法制得，实现根据实际需要灵活设计散热装置的结构，显著降低散热装置的生产成本，提高生产加工效率。

11、(2)本发明提供的适用于大电流真空灭弧室的散热装置主要分为导电连接结构和散热翅片，其中对导电连接结构采用减材制造，即在基材中进行切削加工，然后在导电连接结构表面增材制造，逐层沉积；经过增减复合制造，能够在保证制造质量基础上极大提高材料利用率，降低生产成本，同时对散热翅片自由设计，充分发挥散热作用。

12、(3)本发明提供的适用于大电流真空灭弧室的散热装置的制备方法，通过建立散热装置的结构模型，经仿真对结构模型加工参数进行迭代优化，利用增减材复合制造获得最终真空灭弧室散热装置结构，加工精度高、工艺成熟，有效降低生产成本，提高加工效率。

技术特征：

1.一种真空灭弧室的散热装置，其特征在于，所述散热装置包括动端散热结构(1)和静端散热结构(2)，所述动端散热结构(1)和静端散热结构(2)设置在真空灭弧室两端；所述散热装置通过增材制造和减材制造结合的方法制得。

2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，优选的，所述静端散热结构(2)长度是动端散热结构(1)长度的1.5～3倍。

3.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述动端散热结构(1)包括动端导电连接结构(3)和动端散热翅片(5)，所述动端散热翅片(5)设置在动端导电连接结构(3)表面。

4.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述动端散热翅片(5)垂直于动端导电连接结构(3)横截面。

5.根据权利要求3所述的散热装置，其特征在于，所述动端导电连接结构(3)与真空灭弧室动端(7)的动导电杆(10)连接。

6.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，所述静端散热结构(2)包括静端导电连接结构(4)和静端散热翅片(6)，所述静端散热翅片(6)设置在静端导电连接结构(4)表面。

7.根据权利要求6所述的散热装置，其特征在于，所述静端散热翅片(6)垂直于静端导电连接结构(4)横截面。

8.根据权利要求6所述的散热装置，其特征在于，所述静端导电连接结构(4)与真空灭弧室静端(8)的静端导电块(11)连接。

9.一种制备权利要求1至8任一项所述的散热装置的方法，其特征在于，所述方法包括：

10.一种真空灭弧室，其特征在于，所述真空灭弧室包括权利要求1至8任一项所述的散热装置。

技术总结本发明公开了一种用于大电流真空灭弧室的散热装置及其制备方法，所述散热装置包括动端散热结构和静端散热结构，所述动端散热结构和静端散热结构设置在真空灭弧室两端，所述散热装置通过增材制造和减材制造结合的方法制得。所述散热装置精度高、加工效率高，且可根据实际需要灵活设计散热装置结构，显著降低散热装置生产成本，在实践中具有重要的意义。技术研发人员：杨飞,刁兆炜,荣命哲,孙晋茹,李海晨,陈洪斌,韩翔宇,康琼,吴益飞,吴翊受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29