一种高压隔离开关喷涂装置及方法

1.本发明涉及材料表面处理技术领域，尤其涉及一种高压隔离开关喷涂装置及方法。


背景技术：

2.随着电力系统容量的持续增加，隔离开关正在向高电压、大容量、小型化方向发展。而电力系统中保有量最大的设备隔离开关的正常运行对电力系统的稳定运行具有非常关键的作用。高压隔离开关是电力系统中使用量最大、应用范围最广的高压开关设备。变电站大部分使用的高压隔离开关仍为敞开式，触头多在户外，运行条件恶劣，大部分组件基本裸露，长期受到外界环境和气候的影响，因此在隔离开关长期运行的情况下容易出现不同程度的氧化、触头表面变黑、锈蚀、裂纹、镀层脱落、触头变形等情况，造成触头接触电阻过大、发热影响触头工作性能，继而影响整个线路的可靠性供电和电网的安全稳定运行。
3.激光辅助冷喷涂(laser assisted cold spray)又称为超音速激光沉积(supersonic laser deposition)，该技术是将冷喷涂技术与激光加热相结合的一种新型的材料表面处理技术，它利用高压气流将粉末颗粒送入送粉器中，粉末颗粒通过送粉器进入拉瓦尔喷嘴进行加速，最终以超音速撞击经高能激光束同步加热的工件表面。
4.然而，传统的超音速激光沉积技术场地占地面积大，而且喷涂之后的强化层存在毛刺，表面平整度不高，严重影响喷涂质量。除此之外，传统的激光辅助冷喷涂效率低，这限制了其在工业中广泛应用。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种高压隔离开关喷涂装置及方法，以解决现有技术的喷涂装置占地面积大，喷涂质量不高，喷涂效率低的问题。
6.第一方面，提供一种高压隔离开关喷涂装置，包括：依次设置的喷涂间和粉尘回收间；
7.所述喷涂间内包括：机架、拉瓦尔喷嘴、第一激光器、第二激光器和开关放置架；所述机架上设置有可上下移动的第一滑块，所述拉瓦尔喷嘴通过安装架安装在所述第一滑块的中心，所述安装架的下端固定连接弧形轨道板的中部，所述第一激光器和所述第二激光器对称设置在弧形轨道板上；所述机架上设置有可在水平方向左右移动的第二滑块，所述第二滑块上设置有可在水平方向前后移动的第三滑块，所述开关放置架设置在所述第三滑块上，所述弧形轨道板的内表面朝向所述开关放置架，所述拉瓦尔喷嘴的喷嘴端、所述第一激光器和所述第二激光器的发射端均朝向所述开关放置架；
8.所述喷涂间的与所述粉尘回收间相对的壳体开设第一开口，所述粉尘回收间的与所述第一开口相对的壳体开设第二开口，所述第一开口连通集粉斗的入口，所述第二开口连通所述集粉斗的出口，所述第二开口内设置有抽风机，所述抽风机的下方的所述粉尘回收间的壳体开设第三开口，所述第三开口处设置粉尘回收盒。
9.第二方面，提供一种高压隔离开关喷涂方法，采用第一方面实施例所述的高压隔离开关喷涂装置向所述高压隔离开关喷涂粉末；
10.所述方法包括：
11.将高压隔离开关放置在所述开关放置架上；
12.设置所述拉瓦尔喷嘴、所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一滑块、所述第二滑块、所述第三滑块和所述抽风机的作业参数；
13.调整所述第一激光器和所述第二激光器的位置以调整各自发射的激光光斑的位置；
14.启动所述高压隔离开关喷涂装置进行喷涂。
15.这样，本发明实施例，通过将喷涂装置整合在有限的空间内、通过两个激光器同步耦合，对喷涂层重熔强化，降低表面毛刺现象，实现高压隔离开关的强化涂层制备。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明实施例的高压隔离开关喷涂装置的立体图；
18.图2是本发明实施例的高压隔离开关喷涂装置的喷涂组件的立体图；
19.图3是本发明实施例的高压隔离开关喷涂装置的喷涂组件的俯视图；
20.图4是本发明实施例的高压隔离开关喷涂装置的喷涂组件的侧视图；
21.图5是本发明实施例的高压隔离开关喷涂方法的流程图；
22.图6是本发明实施例的高压隔离开关喷涂的过程示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明实施例公开了一种高压隔离开关喷涂装置。如图1～4所示，该装置包括：依次设置的喷涂间1和粉尘回收间2。喷涂间1和粉尘回收间2均满足安全标准，实验过程中能够为内部实验提供密闭环境。
25.喷涂间1内包括：机架、拉瓦尔喷嘴3、第一激光器4、第二激光器5和开关放置架6。开关放置架6用于放置高压隔离开关7。
26.其中，拉瓦尔喷嘴3通过进粉管连通外部供粉设备，拉瓦尔喷嘴3通过进气管连通外部供气设备，外部供粉设备提供的喷涂粉末在外部供气设备提供的高压气体的作用下通过进粉管进入拉瓦尔喷嘴3，使得粉末以超音速从拉瓦尔喷嘴3的喷嘴端喷出。拉瓦尔喷嘴3的喷嘴端的出口形状为矩形。
27.第一激光器4用于在喷涂前对待喷涂的高压隔离开关7表面进行预热，起到预热基
材的作用，以促进涂层与基体的结合。第二激光器5用于在喷涂过程中软化粉末或者基板，提高粉斑和基板的结合强度。第一激光器4和第二激光器5发射的激光光斑均为矩形，激光光斑的尺寸为3mm
×
6mm。
28.开关放置架6的竖截面为倒置的u形形状，以适应高压隔离开关7的u形形状。
29.机架上设置有可上下移动的第一滑块8。拉瓦尔喷嘴3通过安装架9安装在第一滑块8的中心。安装架9可以是一种上表面开槽的结构。拉瓦尔喷嘴3安装在槽内，拉瓦尔喷嘴3的喷嘴端穿过安装架9的朝向开关放置架6的一侧。安装架9的下端固定连接弧形轨道板10的中部，使得弧形轨道板10相对于拉瓦尔喷嘴3对称设置。优选的，弧形轨道板10的弧度为120
°
。第一激光器4和第二激光器5对称设置在弧形轨道板10上。机架上设置有可在水平方向左右移动的第二滑块11。第二滑块11上设置有可在水平方向前后移动的第三滑块12。本发明实施例所述的左右指的是图3所示的左右方向，前后指的是图3所示的上下方向。开关放置架6设置在第三滑块12上。弧形轨道板10的内表面朝向开关放置架6。拉瓦尔喷嘴3的喷嘴端、第一激光器4和第二激光器5的发射端均朝向开关放置架6。
30.通过上述的结构设计，将高压隔离开关7放置到开关放置架6上。第二滑块11左右移动，将开关放置架6移动到合适的位置，与拉瓦尔喷嘴3、第一激光器4和第二机关器5具有合适的距离，以便进行喷涂作业。第一滑块8带动拉瓦尔喷嘴3、第一激光器4和第二激光器5上下移动，第三滑块12带动开关放置架6前后移动，以便全面喷涂高压隔离开关7的表面。
31.喷涂间1的与粉尘回收间2相对的壳体开设第一开口。粉尘回收间2的与第一开口相对的壳体开设第二开口。第一开口连通集粉斗13的入口。第二开口连通集粉斗13的出口。第二开口内设置有抽风机。抽风机的下方的粉尘回收间2的壳体开设第三开口。抽风机用于吸收喷涂产生的粉末。第三开口处设置粉尘回收盒14。粉尘回收盒14用于收集来自抽风机吸收的粉末。粉尘回收盒14可拆卸，从而粉尘集满后，可将粉尘回收盒14拆卸后收集其内的粉尘并对粉尘通过喷雾和干燥处理进行回收。第三开口的数量可根据实际情况设置，粉尘回收盒14的数量与第三开口的数量相同。例如，本发明实施例设置两个第三开口和两个粉尘回收盒14。
32.通过上述的结构设计，启动抽风机，粉末从喷涂间1的第一开口进入集粉斗13后，经由集粉斗13从第二开口进入粉尘回收间2，经由第三开口进入粉尘回收盒14中。
33.优选的，本发明实施例进一步包括如下的结构：
34.机架包括：顶板15、底板16和两个竖向支撑板17。底板16在左右方向上的长度大于顶板15在左右方向上的长度。顶板15靠近底板16的左右方向上的一侧。每一竖向支撑板17的两端分别连接顶板15和底板16。两个竖向支撑板17在底板16的前后方向上相对设置。
35.顶板15的上表面上安装有第一电机18。两个竖向支撑板17的靠近底板16的位置之间连接与顶板15相对的限位板19。竖直的第一丝杠20的两端分别可转动地连接顶板15和限位板19。第一电机18的输出轴连接第一丝杠20的上端。第一滑块8可移动地啮合套设在第一丝杠20上，从而当第一丝杠20转动时，第一滑块8可顺着第一丝杠20移动。
36.竖直的两条第一滑轨21的两端分别连接顶板15和限位板19。两条第一滑轨21分别位于第一丝杠20的两侧。第一滑块8可移动地套设在两条第一滑轨21上，通过第一滑轨21使得第一滑块8的移动更加稳定。
37.通过上述的结构设计，启动第一电机18，第一电机18带动第一丝杠20转动，第一丝
杠20带动第一滑块8上下移动，从而对高压隔离开关7进行上下方向的喷涂。
38.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
39.底板16的左右方向上相对设置第一侧板22和第二侧板23，且第二侧板23靠近底板16的对着顶板15的一侧。第一侧板22的与第二侧板23相隔的表面上安装有第二电机24。水平的第二丝杠25的两端分别可转动地连接第一侧板22和第二侧板23。第二电机24的输出轴连接第二丝杠25的一端。第二滑块11可移动地啮合套设在第二丝杠25上，从而当第二丝杠25转动时，第二滑块11可顺着第二丝杠25移动。
40.水平的两条第二滑轨26的两端分别连接第一侧板22和第二侧板23。两条第二滑轨26分别位于第二丝杠25的两侧。第二滑块11可移动地套设在两条第二滑轨26上，通过第二滑轨26使得第二滑块11的移动更加稳定。
41.通过上述的结构设计，启动第二电机24，第二电机24带动第二丝杠25转动，第二丝杠25带动第二滑块11在左右方向上水平移动，从而将高压隔离开关7靠近或远离拉瓦尔喷嘴3。
42.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
43.第二滑块11的前后方向上的两端相对设置第三侧板27和第四侧板28。第三侧板27的与第四侧板28相隔的表面上安装有第三电机29。水平的第三丝杠30的两端分别可转动地连接第三侧板27和第四侧板28。第三电机29的输出轴连接第三丝杠30的一端。第三滑块12可移动地啮合套设在第三丝杠30上，从而当第三丝杠30转动时，第三滑块12可顺着第三丝杠30移动。
44.水平的两条第三滑轨31的两端分别连接第三侧板27和第四侧板28。两条第三滑轨31分别位于第三丝杠30的两侧。第三滑块12可移动地套设在两条第三滑轨31上，通过第三滑轨31使得第三滑块12的移动更加稳定。
45.通过上述的结构设计，启动第三电机29，第三电机29带动第三丝杠30转动，第三丝杠30带动第三滑块12在前后方向上水平移动，从而对高压隔离开关7进行前后方向的喷涂。
46.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
47.弧形轨道板10的上表面开设有安装槽。第一激光器4和第二激光器5的安装座通过螺栓可拆卸地安装在安装槽上。第一激光器4和第二激光器5的安装座可在安装槽上移动。当第一激光器4和第二激光器5的位置移动合适以后，可通过拧紧螺栓上的螺母锁定第一激光器4和第二激光器5的位置。
48.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
49.该装置还包括：控制器32。控制器32分别与拉瓦尔喷嘴3、第一激光器4和第二激光器5电连接。此外，控制器32还可与第一电机18、第二电机24和第三电机29电连接。通过控制器32实现该装置的自动控制。
50.应当理解的是，该装置还包括其他常规辅助组件，以保证装置的正常使用，确保实验达到理想效果，例如，水冷机、泵浦源、光纤、管道等等。
51.本发明实施例还公开了一种高压隔离开关喷涂方法。该方法采用上述实施例的高压隔离开关喷涂装置向高压隔离开关喷涂粉末。
52.具体的，如图5所示，该方法包括如下的步骤：
53.步骤s1：将高压隔离开关放置在开关放置架上。
54.一般的，先将高压隔离开关进行喷砂处理。
55.步骤s2：设置拉瓦尔喷嘴、第一激光器、第二激光器、第一滑块、第二滑块、第三滑块和抽风机的作业参数。
56.具体的，作业参数包括：拉瓦尔喷嘴的送粉率、载气压强和载气类型，第一激光器和第二激光器的功率，喷涂距离，第一滑块、第二滑块和第三滑块的移动速度和停顿时间、抽风机的参数等。
57.粉末在进行喷涂前，先在120℃下烘干2小时后再送入外部送粉设备。喷涂的载气种类为氮气，载气压强为6mpa，送粉率为2.5rpm/min，喷涂距离为25mm，激光器的激光功率为1000w。第一滑块的移动速度为50mm/s。应当理解的是，由于第二滑块的移动可调整喷涂距离、光斑和粉斑的大小等等。因此，当上述参数确定后，第二滑块的移动速率也可以确定。第三滑块的移动速率可根据第一滑块的移动、喷涂方向、粉斑大小、高压隔离开关的喷涂面积等确定。例如，高压隔离开关平面尺寸宽100mm
×
长150mm，沿着高压隔离开关长度方向(竖向)喷涂，粉斑大小ф10mm，那么设定第三滑块的速度就是1mm/s，停顿3s之后再移动；沿着高压隔离开关宽度方向(横向)喷涂，粉斑大小ф10mm，那么设定第三滑块的速度就是50mm/s。第一滑块、第二滑块和第三滑块的停顿时间可根据实际情况设定，以使喷涂均匀。
58.步骤s3：调整第一激光器和第二激光器的位置以调整各自发射的激光光斑的位置。
59.通过调整位置以调整激光光斑与拉瓦尔喷嘴喷涂的粉斑的重合程度。一般的，粉斑位于光斑中间。
60.步骤s4：启动高压隔离开关喷涂装置进行喷涂。
61.具体的，移动第二滑块使第二滑块进入喷涂间，使高压隔离开关与拉瓦尔喷嘴具有适当的距离，停止移动第二滑块。喷涂时，第一滑块上下移动，带动第一激光器、拉瓦尔喷嘴和第二激光器上下移动，从而实现竖向的预热、喷涂和软化的操作，其喷涂过程如图6所示。在喷涂完拉瓦尔喷嘴正对的竖向的表面后，第三滑块前后移动，使得拉瓦尔喷嘴对着另一竖向的表面进行喷涂，以此类推，直到完成所有喷涂作业，从而可实现整个高压隔离开关的全面的预热、喷涂和软化的操作，在高压隔离开关表面形成厚度均匀的涂层。全部喷涂完后，可移动第二滑块将高压隔离开关从喷涂间中移出。在整个作业的过程中以及作业后，可通过抽风机进行粉尘的回收。
62.综上，本发明实施例，通过将喷涂装置整合在有限的空间内、通过两个激光器同步耦合，对喷涂层重熔强化，降低表面毛刺现象，实现高压隔离开关的强化涂层制备。
63.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。