压力罐、使用了该压力罐的气体绝缘开关装置及压力罐的制造方法

摘要

本发明能获得一种制造效率较高，不妨碍在压力罐内收纳真空阀等开关部的压力罐。本发明的压力罐包括：罐主体(5)，其至少形成有一个贯通的狭缝状的榫孔(15)，并在内部形成空间；强化材料(10)，其具有在端部朝向一个方向形成的榫头部(17)和在所述榫头部的相反侧的电场缓和部，通过将榫头部(17)插入榫孔(15)从而将强化材料(10)安装在罐主体(5)的内壁面上；以及焊接部(18)，其从罐主体(5)的外侧使榫头部(17)的前端熔解从而无间隙地密封并固定榫孔(15)和榫头部(17)。

说明书

技术领域

本发明涉及压力罐、使用了该压力罐的气体绝缘开关装置及压力罐的制造方法

背景技术

气体绝缘开关装置具有如下结构：在填充了绝缘性和消弧能力优异的气体的压力罐内，固定由真空阀等构成的开关部。在该压力罐内，一般以0.03～0.6MPa左右的压力填充气体，与以往的空气绝缘开关装置相比，绝缘性能、消弧性能优异、并且能实现大幅的小型化。开关部密闭在压力罐内，因此不会有污损的影响，并且具有可靠性较高且安全这样的长处。

在该气体绝缘开关装置中，需要在压力罐内稳定地保持气体，防止由于填充气体的内压产生的向压力罐的角部分的应力集中从而导致破坏压力罐。为了应对上述目的，该压力罐中，对由金属板构成的壁面材料进行组合，通过焊接对壁面材料彼此间的连接部分进行连接，进而在压力罐的内壁面上焊接棒状构件或者弯曲加工后的板材来进行强化(例如专利文献1和专利文献2)。

作为一般提高罐等容器的强度的结构，存在以下结构：通过在构成罐的各壁面材料中、相对的壁面材料间形成板状的强化材料，从而在罐内形成壁部(例如专利文献3)。该板状的强化材料与壁面材料的接合中，在板状的强化材料的相对的两边形成突出的榫头部，在相对的壁面材料上形成狭缝状的榫孔，该狭缝状的榫孔贯通用于插入榫头部的壁面材料。从罐的内侧，将形成在强化材料的两边的榫头部插入至相对的2个壁面材料的榫孔中并嵌合，从罐的外侧对榫头部和榫孔进行焊接，从而能将板状的强化材料固定在罐内的相对的壁面材料间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平5－6825号公报

专利文献2：日本专利特开平6－231097号公报

专利文献3：日本专利特表2009－535600号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在利用该棒状构件等从压力罐的内侧对构成压力罐的罐主体的壁面材料进行强化的情况下，用于进行作业的空间狭窄，在有限的空间内进行焊接等作业，因此存在作业效率较低这样的问题。而且存在以下问题：在进行了焊接的部分的附近产生溅射(Weldspatter：焊接飞溅)，必须进行溅射清理，由于焊接所产生的热而在结构材料上产生变形，还需要去除变形的作业。

此外，在相对的壁面材料之间形成板状的强化材料的情况下，在罐主体内用于安装开关部等的区域变小，存在气体绝缘开关装置难以小型地构成这样的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种制造容易、能实现小型化的压力罐、使用了该压力罐的气体绝缘开关装置及压力罐的制造方法。

解决技术问题的技术方案

本发明的压力罐包括：罐主体，该罐主体至少形成有一个贯穿的榫孔，并在内部形成空间；强化材料，该强化材料具有在端部朝向一个方向形成的榫头部，并且在所述榫头部的相反侧具备电场缓和部，通过将榫头部插入榫孔，来将强化材料安装在罐主体的内侧；以及焊接部，该焊接部从壁面材料的外侧使榫头部的前端熔解从而无间隙地密封并固定榫孔和榫头部。

发明效果

本发明的压力罐通过将在强化材料的一个方向上突出的榫头部插入形成于构成压力罐的罐主体的壁面材料上的榫孔中，并通过焊接从罐主体的外部进行固定，从而能获得一种制造变得容易并且能实现开关装置的小型化的压力罐。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的气体绝缘开关装置的结构的示意图。

图2是表示本发明的实施方式1所涉及的气体绝缘开关装置的压力罐的投影图。

图3是本发明的实施方式1所涉及的强化材料的投影图。

图4是本发明的图2所示的压力罐的A-A剖视图。

图5是本发明的图2所示的压力罐的B-B剖视图。

图6是本发明的实施方式1所涉及的焊接方法的说明图。

图7是本发明的实施方式2所涉及的压力罐的强化材料的投影图。

图8是本发明的实施方式3所涉及的压力罐的强化材料的投影图。

图9是表示图8的焊接部位的图。

图10是本发明的实施方式4所涉及的压力罐的强化材料的投影图。

图11是本发明的实施方式5所涉及的压力罐的强化材料的焊接部位的图。

图12是本发明的实施方式6所涉及的压力罐的强化材料的焊接部位的图。

图13是本发明的实施方式7所涉及的压力罐的强化材料的焊接部位的图。

图14是本发明的实施方式8所涉及的压力罐的立体图。

图15是表示图14的压力罐的图。

具体实施方式

在实施方式的说明和各图中，标有相同标号的部分表示相同或者相当的部分。

实施方式1.

<气体绝缘开关装置的结构>

图1是示意性地表示气体绝缘开关装置的结构的图，用虚线表示的部分示出收纳在压力罐4的内部的开关部。气体绝缘开关装置由绝缘杆6、真空阀7、固定端子8、以及绝缘托架9构成，收纳在压力罐4内的开关部与使该开关部动作的操作弹簧2a以及弹簧操作装置1经由向真空阀7内的电极7a施加接触力的触压弹簧2b进行连接。由真空阀7等构成的开关部与弹簧操作装置1被凸缘3隔开，凸缘3作为压力罐4的盖部被固定。

在图1中，将多个壁面材料彼此焊接来进行固定、密闭后得到的长方体的盒状的罐主体5作为基本结构，在其内表面上设置有棒状的强化材料10，构成压力罐4。即，罐主体5是利用多个壁面材料包围周围，通过彼此焊接来固定、密闭的容器，在该罐主体5上安装强化材料10等来提高强度，从而形成作为构成气体绝缘开关装置的结构部件之一的压力罐4。

<压力罐的结构>

图2是压力罐4的投影图，图2(a)是将由真空阀7等构成的开关部插入内部，并从由凸缘3覆盖的方向观察得到的主视图，11是罐正面侧的壁面材料。图2(b)是罐的侧视图，12是罐侧面侧的壁面材料。图2(c)是从与罐正面相反的方向即后方观察得到的后视图，13是罐背面侧的壁面材料。图2(d)是从上表面观察得到的俯视图，14是罐上表面侧的壁面材料。在罐侧面侧的壁面材料12与罐背面侧的壁面材料13上，详细情况在后文中阐述，形成有多个狭缝状的榫孔15，该狭缝状的榫孔15用于将在本实施方式中使用的进行了使截面形状成为U字型那样的弯曲加工的强化材料10安装于罐主体5的内部。另外，记载在图2(a)中的强化材料10表示安装于罐背面侧的壁面材料13的罐主体5的内侧的强化材料10。

另外，罐的壁面材料、强化材料由铁、不锈钢或者铝、铜形成。

＜强化材料的结构＞

图3是表示在本实施方式中使用的进行了使截面形状成为U字型那样的弯曲加工的强化材料16的形态的投影图。图3(a)示出了强化材料16的截面形状，图3(b)示出了强化材料16的侧面形状。图3(c)示出了强化材料16的底面形状，是从榫头部17的延伸方向进行观察得到的。强化材料16如之前所述的那样，从内侧安装于罐主体5的壁面材料12、13来进行使用，但图3示出还未安装于壁面材料12、13的强化材料16的单独的形状。

如图3所示，本实施方式所使用的强化材料16具有进行了使截面形状成为U字型那样的弯曲加工的结构，在图3(b)的下半部分，形成有用于与形成于壁面材料的狭缝状的榫孔15嵌合，将强化材料16固定在壁面材料12、13上的榫头部17。如图3(a)所示，该榫头部17形成在U字型的截面形状的右面与左面的弯曲部的双方的下端，形成在右面与左面的各弯曲部的双方的下端的榫头部17均插入形成在相同的壁面材料12、13上的榫孔15中并嵌合，因此强化材料16的右面的榫头部17与左面的榫头部17均朝相同方向(图3(a)、图3(b)中的下方)形成。

<强化材料的安装>

图4是在图2所示的罐主体5的内部将强化材料16安装于垂直方向的状态中，从图2(b)的A-A方向观察得到的俯视剖视图。图5(a)、图5(b)是从图2(c)所示的罐主体5的B-B方向上观察得到的剖视图。

如图4所示，强化材料16安装于压力罐4的内部的侧面和背面的壁面材料12、13上。如上所述，在进行了使截面形状成为U字型那样的弯曲后得到的强化材料16的两侧弯曲部的前端，强化材料16的榫头部17朝向相同方向形成。形成在一个强化材料16的右面和左面的榫头部17均插入形成在相同的壁面材料12、13上的多个榫孔15并嵌合来进行安装。

在该实施方式中，如图4所示，将形成U字型强化材料16的U字的2个腿部16a、16b朝向壁面材料12、13进行安装，U字型强化材料16的U字弯曲部朝向成为高电压的充电部的开关部的方向来配置。其结果，U字型强化材料16的U字弯曲部形成圆形，因此相对于成为高电压充电部的开关部发挥电场缓和效果，从而能提高开关部与压力罐4内表面(包含U字型强化材料16)之间的耐压性能。

在压力罐4内，U字型强化材料16的上端配置在稍低于压力罐4的上端的位置，U字型强化材料16的下端配置在稍高于压力罐4的下端的位置。其结果，在压力罐内，需要提高成为高电压的充电部的开关部与成为接地部的压力罐4的内侧之间的耐电压性能，但将U字型强化材料16的U字型弯曲部朝向开关部侧安装，因此能使开关部与成为接地部的压力罐4内表面部(包含U字型强化材料16)之间的电场缓和，所以能提高耐电压性能。其结果，能使压力罐4小型化。将U字型强化材料16的上端和下端与压力罐4的上端和下端隔开规定距离进行配置，因此U字型强化材料16在压力罐4内形成压力罐4的上端和下端间的通气用管道。因此，在密闭的压力罐4内，伴随开关部的通电、温度上升变大，但U字型强化材料16以与壁面材料12、13紧密接触的形式安装在上下方向上，因此被封入的气体利用对流现象在U字型强化材料16内朝向压力罐4的上方流动，在此时气体与壁面材料12、13接触能使压力罐4内的热量高效地释放至压力罐4外。

图5(a)示出榫头部17被插入榫孔15，但还未利用焊接等进行固定的状态。图5(b)示出将榫头部17的从壁面材料13突出的榫头部17的前端部熔解，焊接后固定的状态。如图5(a)所示出的详细情况那样，榫孔15形成得比榫头部17稍大，使得榫孔15与榫头部17之间产生极小的间隙。榫头部17的高度形成得比形成了榫孔15的壁面材料13的厚度略高。即，如图5(a)所示，焊接前，在将榫头部17嵌合至榫孔15的状态下，在榫头部17的周围产生间隙，榫头部17处在从壁面材料的外表面向外方向略微突出的状态。

该突出的高度设定成在通过焊接来进行熔解后的榫头部17的熔解部填埋了上述榫孔15与榫头部的上述间隙的状态下，榫头部17的高度成为与壁面材料13的外表面大致相同的高度。

接着，使用图6对焊接的方法进行说明。图6(a)是图5(b)的右边、即从C方向观察榫孔15的方向的图，图6(b)是在图6(a)的D-D方向观察得到的剖视图。在图6(a)中，在榫孔15的内侧具有规定的间隙并插入榫头部17。图6(b)示出榫孔15与榫头部17的卡合部的焊接方法。在该实施方式中，示出通过TIG焊接方式来进行的示例。30是TIG焊接用的焊枪，31是焊枪30的钨电极，32是从焊枪30向焊接部喷出的氩、氦等惰性气体。为了在榫孔15内使榫头部17均匀地熔解，如在图6(a)中作为动作路径33所示的那样，使焊枪呈椭圆状地进行动作。由此，从焊接前的榫头部17a的状态开始，使榫头部17的前端在狭缝状的榫孔15内均匀地熔解，并且填埋榫孔15内的间隙。

由此，通过TIG焊接方式使榫头部17的前端部或者榫孔15的壁面熔解，能利用该熔解物将榫孔15与榫头部17之间的间隙填埋成气密状态，并且能将U字型强化材料16牢固地固接于壁面材料13。另外，通过使榫头部17从壁面材料13的端面突出的部位的体积与榫孔15和榫头部17之间的间隙的熔融部(即焊接部18)的体积相同，从而能消除在焊接后形成在壁面材料13上的榫孔15的凹部，能使榫孔15部与壁面材料13的其他面同样地平坦化。由此，通过使榫孔15部与壁面材料13的其他面同样地平坦化，从而可获得能提高接合部的强度这样的效果。还可以获得能防止压力罐4外表面的美观性降低这样的效果。

TIG焊接利用来自钨电极31的电弧仅使焊接对象物(在本实施方式中为榫头部17以及榫孔15的壁面)熔融，因此没有从外部提供焊接材料，所以容易掌握由焊接产生的熔融量。因此，能容易地进行榫孔15的间隙与榫头部17的高度的设计，从而相比其他的焊接方法能容易地进行如下处理：使榫孔15部的焊接加工面相对于壁面材料12、13的平面实现同一平面化。

如上所述，榫头部17的高度优选为如上述那样大于壁面材料12、13的厚度，优选为能通过熔解，填埋榫孔15与榫头部17之间的间隙，并且能使压力罐4表面平坦化。榫头部17与榫孔15的大小关系需要是如下的大小关系：能将榫头部17插入榫孔15并嵌合，在之后使榫头部17的前端熔解来对榫孔15与榫头部17之间进行填埋，形成焊接部18来进行固定。

在本实施方式中，榫头部17的高度比壁面材料的厚度高0.3mm，但并不限于此。例如，通过提高0.05mm～0.5mm能获得与本实施方式的结构相同的效果。即使提高0.5mm～1mm，虽然加工时间稍微变长，但也能获得相同的效果。

在本实施方式中，榫孔15的大小在纵向和横向均比榫头部17的大小要大0.3mm，但并不限于此。例如，即使将纵向和横向的大小增大0.05mm～0.5mm，也能获得与实施方式的结构相同的效果。即使增大0.5mm～1mm，虽然加工时间稍微变长，但也能获得相同的效果。

在本实施方式中，通过将截面形状弯曲成U字型那样的强化材料16固定在罐主体5的壁面材料12、13的内侧，能较大地提高压力罐4的强度。通过将强化材料16弯曲使截面形状成为U字型，朝向相同方向形成榫头部17，从而能提高压力罐4的强度，而不会如以下情况那样对收纳于罐主体5内的开关部的大小、形态加以限制：例如在截面形状为平板状的强化材料两端的相对的两边上设置榫头部17，并横跨相对的两个壁面材料间来固定强化材料。

而且，在本实施方式中，在构成压力罐4的罐主体5的壁面材料12、13上形成榫孔15，将形成于强化材料16的榫头部17从罐主体5的内侧插入嵌合，从而能从罐主体5的外部进行焊接作业。由此，不需要压力罐4内的焊接后的溅射清理，焊接作业本身也变得容易。

在从压力罐4的内部进行焊接的情况下，在完成了焊接的部分中，被高温熔解的材料急剧地冷却，焊接作业面在凹陷方向上产生变形，但如本实施方式那样通过从压力罐4的外部进行焊接，能减少该变形，能缩短压力罐4的焊接后的变形消除的时间。

使用了该压力罐4内的强化材料16的强化结构能根据设置于压力罐4内的机器的大小、填充在压力罐4内的气体的压力、压力罐4内的电场强度等来调整强化材料的数量、大小、安装间隔等。榫孔15的形态并不限定于长方形，例如也可以是正方形、椭圆形、三角形以上的多边形或者L字、V字形的特殊形状的孔。

实施方式2.

在本实施方式中，与实施方式1相比，仅强化材料的形状不同，其他的结构、加工条件等相同。

在图7中示出在本实施方式中使用的截面形状为平板状的强化材料19的投影图。图7(a)示出了强化材料19的截面形状，图7(b)示出了侧面的形状，图7(c)示出了底面的形状。在实施方式1中，强化材料被弯曲成U字型，在其两端形成朝向相同方向的榫头部17，与此相对，在本实施方式中，不同之处在于：在平板状的强化材料19的一个端部形成榫头部17。

在平板状的强化材料19上，在榫头部17的相反侧的端部和角部形成圆角，因此相对于成为高电压充电部的开关部发挥电场缓和效果，从而能提高开关部与压力罐4内表面(包含强化材料19)之间的耐电压性能。

在本实施方式中，通过从压力罐4的外部进行焊接，也能使焊接工序简化，使焊接后的溅射清理变得容易，而且能缩短焊接后的变形消除工序等，能获得与实施方式1相同的效果。

实施方式3.

在本实施方式中，与实施方式1和实施方式2相比，仅强化材料的形状不同，其他的结构、加工条件等相同。

在图8中示出在本实施方式中使用的大致为四边形棒状的强化材料20的投影图。图8(a)示出了强化材料20的截面形状，图8(b)示出了侧面的形状，图8(c)示出了底面的形状。在实施方式1中，强化材料被弯曲成U字型，在其两端形成朝向相同方向的榫头部17，与此相对，在本实施方式中，不同之处在于：在大致为四边形棒状的强化材料20的一个面形成大致为四边形块状的榫头部17，并且在与榫头部17相反侧的角部设置具有圆形的电场缓和部20a。由于电场缓和部20a朝向成为高电压充电部的开关部配置，因此利用由具有圆形的电场缓和部20a产生的电场缓和效果，能提高开关部与压力罐4的内表面之间的耐电压性能。

接着，利用图9对本实施方式的焊接结构进行说明。图9(a)和图9(b)示出焊接前的榫孔15与榫头部17的组合的状态，因此图9(a)是示出榫头部17贯通榫孔15并与其结合的状态的侧剖视图，图9(b)是在强化材料20的轴向观察图9(a)的榫孔15与榫头部17的结合状态的剖视图(E-E剖视图)。图9(c)和图9(d)分别与上述图9(a)和图9(b)对应，示出焊接后的榫孔15与榫头部17的组合状态，图9(d)是示出图9(c)的F-F截面的图。在图9(c)与图9(d)中，18是通过焊接使榫孔15的内壁和榫头部17熔解而形成的焊接部。

另外，上述说明的四边形块状的榫头部17并不限定于四边形，也可以是圆筒形块状。

在本实施方式中，通过从外部进行焊接，也能使焊接工序简化，使焊接后的溅射清理变得容易，进而能缩短焊接后的变形消除工序等，能获得与实施方式1相同的效果。

实施方式4.

在本实施方式中，与从实施方式1至实施方式3相比，仅强化材料的形状不同，其他的结构、加工条件等相同。

在图10中示出在本实施方式中使用的截面形状为山形的棒状的强化材料21的投影图。图10(a)示出了强化材料21的截面形状，图10(b)示出了侧面的形状，图10(c)示出了底面的形状。在实施方式1中，强化材料被弯曲成U字型，在其两端形成朝向相同方向的榫头部17，与此相对，在本实施方式中，不同之处在于：在截面形状为山形的棒状的强化材料21的一个底面上形成四边形块状的榫头部17。

另外，该四边形块状的榫头部17并不限定于四边形，也可以是圆筒块状。

在本实施方式中，通过从外部进行焊接，也能使焊接工序简化，使焊接后的溅射清理变得容易，进而能缩短焊接后的变形消除工序等，能获得与实施方式1相同的效果。

实施方式5.

在本实施方式中，对于焊接部18的形状的特征进行说明。

该实施方式5的焊接部如图11所示，焊接部18形成为相对于壁面材料13的平面呈圆顶状突起的状态。图11(a)相当于实施方式1的图5(a)，是示出焊接前的榫孔15与榫头部17的结合状态的图，图11(b)是示出图11(a)的G-G截面的图。图11(c)相当于实施方式1的图5(c)，是示出焊接后的榫孔15与榫头部17的焊接状态的图，图11(e)是示出图11(c)的H-H截面的图。在图中，18是示出从壁面材料13的平面部起高度为h呈圆顶状突起的焊接部18。

通过设为上述的形状，虽然美观性稍差，但具有能提高壁面材料13与U字型强化材料的接合强度的这样的效果。

实施方式6.

在本实施方式中，对于与实施方式5不同的焊接部18的形状的特征进行说明。

该实施方式6的焊接部如图12所示，焊接部18与壁面材料13的平面形成为在同一平面上。图12(a)相当于实施方式1的图5(a)，是示出焊接前的榫孔15与榫头部17的结合状态的图，图12(b)是示出图12(a)的J-J截面的图。图12(c)相当于实施方式1的图5(c)，是示出焊接后的榫孔15与榫头部17的焊接状态的图，图12(e)是示出图12(c)的K-K截面的图。在图中，18示出与壁面材料13的平面部形成为在同一平面上的焊接部18。

通过设为上述的形状，具有能提高壁面材料13与U字型强化材料的接合强度并且美观性较好的这样的效果。

实施方式7.

在本实施方式中，对于还与实施方式5不同的焊接部18的形状的特征进行说明。

该实施方式7的焊接部如图13所示，焊接部18形成为比壁面材料13的平面凹陷的状态。图13(a)相当于实施方式1的图5(a)，是示出焊接前的榫孔15与榫头部17的结合状态的图，图13(b)是示出图13(a)的L-L截面的图。图13(c)相当于实施方式1的图5(c)，是示出焊接后的榫孔15与榫头部17的焊接状态的图，图13(e)是示出图13(c)的M-M截面的图。在图中，18是示出从壁面材料13的平面部起深度h呈反圆顶状凹陷的状态的焊接部18。

通过设为上述的形状，虽然美观性稍差，但具有能提高壁面材料13与U字型强化材料的接合强度，并且能将多个压力罐4紧密接触地配置的效果。

实施方式8.

在本实施方式中，对于由实施方式1进一步发展得到的压力罐的强化结构进行说明。

该实施方式8的压力罐如图14和图15所示，将U字型强化材料16安装成彼此正交的状态。图14是从压力罐4的斜前方观察的立体图，图15(a)是图14的压力罐的侧视图，图15(b)是在P-P方向观察图15(a)的主视剖视图，图15(c)是在Q-Q方向观察图15(a)的俯视剖视图。在图中，U字型强化材料16以如下方式配置：朝向垂直方向中，在前方部彼此平行地配置2个，在后方部彼此平行地配置3个，朝向水平方向中，在上述垂直方向的前方部的2个、后方部的3个之间，朝向水平方向地配置上下2个U字型强化材料16。

通过设为上述的结构，在图14、图15的示例中，可获得能提高对于向壁面材料12、13的水平方向和垂直方向的弯曲载重的强度。

在开关部与压力罐内表面(接地部)之间电场强度剧烈的位置是真空阀7与压力罐4的内表面间，但在真空阀7的侧部不设置垂直方向的U字型强化材料16，沿着真空阀7的轴方向配置水平方向的U字型强化材料16，从而能在开关部与压力罐内表面(接地部)之间使电场强度缓和，其结果可获得能使压力罐4小型化的效果。

本发明在其发明范围内可对各实施方式进行适当变形、省略。

标号说明

1弹簧操作装置

2a 操作弹簧

2b 接触压弹簧

3凸缘

4压力罐

5罐主体

6绝缘杆

7真空阀

7a 电极

8固定端子

9绝缘托架

10 强化材料

11 罐正面侧的壁面材料

12 罐侧面侧的壁面材料

13 罐背面侧的壁面材料

14 罐上表面侧的壁面材料

15 榫孔

16 强化材料

16a、16b腿部

17 榫头部

17a焊接前的榫头部

18 焊接部

19 强化材料

20 强化材料

20a电场缓和部

21 强化材料

30 焊枪

31… 钨电极

32 焊接用气体

33 动作路径。