一种高压隔离开关连续竖向喷涂装置及方法

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连续竖向喷涂装置及方法。


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。而电力系统的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，不能实现现场零件的修复强化，同时喷涂强化效率低，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连续竖向喷涂装置及方法，以解决现有技术的喷涂装置占地面积大，不能实现现场零件的修复强化，同时喷涂强化效率低的问题。
6.第一方面，提供一种高压隔离开关连续竖向喷涂装置，包括：机架、沿所述机架的前后方向依次设置在所述机架上的第一净尘间、喷涂间和第二净尘间，以及，设置在所述机架的下方的粉尘回收间；
7.所述机架上设置可沿所述机架前后方向移动的第一滑块，所述第一滑块上设置开关放置架；
8.所述喷涂间内设置有喷涂组件，所述喷涂组件包括：水平支撑板、两个竖向安装板、两个拉瓦尔喷嘴和两个激光器，所述水平支撑板设置在所述机架的上表面上且位于所述第一滑块的下方，两个所述竖向安装板平行相对设置，两个所述竖向安装板的下端分别连接所述水平支撑板的左右两端的上表面，每一所述竖向安装板的朝向另一所述竖向安装板的表面上设置可上下移动的第二滑块，每一所述第二滑块的下端面设置每一所述拉瓦尔喷嘴，每一所述第二滑块的上端面设置角度可调的每一所述激光器，所述拉瓦尔喷嘴的喷嘴端和所述激光器的发射端均朝向所述水平支撑板的竖向中轴线；
9.所述第一净尘间和所述第二净尘间的左右两侧壁分别穿设超声除尘设备；
10.所述粉尘回收间设置在所述机架的下方，所述第一净尘间、所述喷涂间和所述第
二净尘间的下表面均连通集粉斗的入口，所述集粉斗的出口连通所述粉尘回收间的上表面，所述粉尘回收间内设置有抽风机，所述粉尘回收间的下表面开设有回收口，所述回收口处设置粉尘回收盒。
11.第二方面，提供一种高压隔离开关连续竖向喷涂方法，采用第一方面实施例所述的高压隔离开关连续竖向喷涂装置向所述高压隔离开关喷涂粉末；
12.所述方法包括：
13.将高压隔离开关放置在所述开关放置架上；
14.设置所述拉瓦尔喷嘴、所述激光器、所述第一滑块、所述第二滑块、所述超声除尘设备和所述抽风机的作业参数；
15.调整所述激光器的角度以调整所述激光器发射的激光光斑与所述拉瓦尔喷嘴喷涂的粉斑的重合程度；
16.启动所述高压隔离开关连续竖向喷涂装置进行喷涂。
17.这样，本发明实施例，将整个装置设置在一个较小的空间内并结合丝杠传动的特点，实现高压隔离开关的高效率喷涂，得到均匀的涂层；由于占地面积小，可以随时随地进行搬运，显著提高超音速激光沉积技术的应用场景。
附图说明
18.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。
19.图1是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂装置的立体图；
20.图2是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂装置的侧视图；
21.图3是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂装置的前视图；
22.图4是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂装置的喷涂组件的立体图；
23.图5是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂装置的喷涂组件的前视图；
24.图6是图5中的a处的放大图；
25.图7是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂方法的流程图；
26.图8是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂的过程示意图；
27.图9是本发明实施例的高压隔离开关连续竖向喷涂的效果图。
具体实施方式
28.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。
29.本发明实施例公开了一种高压隔离开关连续竖向喷涂装置，如图1～6所示，该装置包括：机架1、沿机架1的前后方向依次设置在机架1上的第一净尘间2、喷涂间3和第二净尘间4，以及，设置在机架1下方的粉尘回收间5。第一净尘间2、喷涂间3、第二净尘间4和粉尘
回收间5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。机架1可通过在四角设置支腿支撑。
30.机架1上设置可沿机架1前后方向移动的第一滑块6。本发明实施例所述的前后方向为如图2所示的左右方向。第一滑块6上设置开关放置架7。开关放置架7用于放置高压隔离开关8。开关放置架7的竖截面为倒置的u形形状，以适应高压隔离开关8的u形形状。
31.喷涂间3内设置有喷涂组件。具体的，喷涂组件包括：水平支撑板9、两个竖向安装板10、两个拉瓦尔喷嘴11和两个激光器12。水平支撑板9设置在机架1的上表面上且位于第一滑块6的下方，从而水平支撑板9不会限制第一滑块6的移动。两个竖向安装板10平行相对设置。两个竖向安装板10的下端分别连接水平支撑板9的左右两端的上表面。本发明实施例所述的水平支撑板9的左右指的是如图5所示的左右方向。应当理解的是，第一滑块6沿着水平支撑板9的前后延伸的中轴线移动。每一竖向安装板10的朝向另一竖向安装板10的表面上设置可上下移动的第二滑块13。每一第二滑块13的下端面设置每一拉瓦尔喷嘴11。每一第二滑块13的上端面设置角度可调的每一激光器12。优选的，为了保证两个竖向安装板10的稳定，两个竖向安装板10的上端可通过一弧形板14连接。
32.拉瓦尔喷嘴11的喷嘴端和激光器12的发射端均朝向水平支撑板9的竖向中轴线，从而当第一滑块6带着开关放置架7移动到位时，拉瓦尔喷嘴11和激光器12可对着高压隔离开关8作业。两个拉瓦尔喷嘴11分别喷涂u形的高压隔离开关8的两竖直臂，两个激光器12也分别对着高压隔离开关8的两竖直臂照射。
33.拉瓦尔喷嘴11通过进粉管连通外部供粉设备，拉瓦尔喷嘴11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11，使得粉末以超音速从拉瓦尔喷嘴11的喷嘴端喷出。
34.拉瓦尔喷嘴11的喷嘴端的出口形状为圆形。优选的，拉瓦尔喷嘴11水平设置，从而使得粉末水平喷出。
35.激光器12形成的激光光斑的形状为矩形。光斑尺寸可以为5mm
×
10mm激光器12用于：喷涂前，发射的光斑对待喷涂的工件表面进行预热，起到预热基材的作用，以促进涂层与基体的结合；喷涂过程中，当粉末或者基板材质硬度过大，则发射的激光光斑与粉斑重合，软化基板和粉末，提高粉斑和基板的结合强度。通过调节激光器12的发射角度可调节激光光斑的位置。
36.通过上述的结构设计，将高压隔离开关8放置到开关放置架7上。第一滑块6沿着机架1前后移动，将隔离开关放置架7移动到水平支撑板9上，使拉瓦尔喷嘴11、激光器12对着高压隔离开关8的初始喷涂位置，以便进行喷涂作业。每一第二滑块13带动其上的拉瓦尔喷嘴11和激光器12上下移动，对高压隔离开关8进行竖向喷涂。当一竖向喷涂完成后，第二滑块13带动开关放置架7前后移动，以便全面喷涂高压隔离开关8的表面。
37.第一净尘间2和第二净尘间4的左右两侧壁分别穿设超声除尘设备15。例如，每一侧壁在竖向上设置两个超声除尘设备15。其中，超声除尘设备15可采用现有的设备，例如包括：超声波换能器、超声波发生器等等。超声波换能器、超声波发生器可将第一净尘间2和第二净尘间4内的粉末凝聚成微粒团，以便通过下述的抽风机快速将尘粒吸走，更有利于将多余的粉末排出。
38.第一净尘间2、喷涂间3和第二净尘间4的下表面均连通集粉斗16的入口。集粉斗16
的出口连通粉尘回收间5的上表面。粉尘回收间5内设置有抽风机。抽风机用于吸收喷涂产生的粉末。粉尘回收间5的下表面开设有回收口。回收口处设置粉尘回收盒17。粉尘回收盒17用于收集来自抽风机吸收的粉末。粉尘回收盒17可拆卸，从而粉尘集满后，可将粉尘回收盒17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。回收口的数量可根据实际情况设置，粉尘回收盒17的数量与回收口的数量相同。例如，本发明实施例设置两个回收口和两个粉尘回收盒17。
39.通过上述的结构设计，启动抽风机，粉末从第一净尘间2、喷涂间3和第二净尘间4的下表面开口进入集粉斗16后，经由集粉斗16从粉尘回收间5的上表面开口进入粉尘回收间5，经由回收口进入粉尘回收盒17中。
40.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
41.机架1的上表面的前后两端相对设置两个端板18。机架1的上表面的左右两侧还可以分别设置两个侧板19，进一步保护机架1上的结构。第一电机20设置在一端板18的与另一端板18相隔的表面上。第一丝杠21的两端分别与两个端板18可转动地连接。第一电机20的输出轴连接第一丝杠21的一端。第一丝杠21位于水平支撑板9的上方，且位于两个竖向安装板10之间。第一滑块6可移动地啮合套设在第一丝杠21上。优选的，第一丝杠21的数量为两根，因此，第一电机20的数量为两个，这样，可以使得第一滑块6更加平稳地移动。
42.通过上述的结构设计，启动第一电机20，第一电机20带动第一丝杠21转动，第一丝杠21带动第一滑块6沿着机架1前后移动，从而依次进入第一净尘间2、喷涂间3和第二净尘间4，以便对高压隔离开关8进行相应的作业。
43.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
44.每一竖向安装板10的与另一竖向安装板10相隔的表面上沿着竖向相对设置两个限位板22。每一竖向安装板10的两个限位板22之间的表面开设有通口23。每一第二丝杠24的两端分别可转动地连接每一竖向安装板10的两个限位板22。同一竖向安装板10上的一限位板22的与另一限位板22相隔的表面设置有第二电机25。每一第二电机25的输出轴连接每一第二丝杠24的一端。每一第二滑块13的朝向同侧的第二丝杠24的一端可移动地啮合套设在每一第二丝杠24上。每一第二滑块13的背向同侧的第二丝杠24的另一端穿过对应的竖向安装板10的通口23。每一第二滑块13的背向同侧的第二丝杠24的另一端的上端面和下端面分别设置激光器12和拉瓦尔喷嘴11。优选的，同一竖向安装板10上安装的第二丝杠24的数量为两根，因此，同一竖向安装板10上安装的第二电机25的数量也为两个，从而使得第二滑块13更加平稳地移动。
45.通过上述的结构设计，启动第二电机25，第二电机25带动第二丝杠24转动，第二丝杠24带动第二滑块13上下移动，从而对高压隔离开关8进行上下方向的喷涂。
46.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
47.每一激光器12安装在底座26上。每一底座26的靠近安装的激光器12的发射端的下表面与每一第二滑块13的背向同侧的第二丝杠24的另一端的上端面通过转轴27连接，使每一底座26可绕每一转轴27转动，且每一底座26的远离安装的激光器12的发射端的下表面与每一第二滑块13的背向同侧的第二丝杠24的另一端的上端面分别连接弹簧螺栓28的弹簧的两端。弹簧螺栓28的螺栓穿过对应的底座26并穿入弹簧螺栓28的弹簧中。
48.通过上述的结构设计，旋转弹簧螺栓28的螺栓，通过螺栓的旋进长度，进而控制弹
簧的伸长量，使得底座26绕转轴27转动，进而实现激光器12的角度的调节，使得发射的光斑和粉斑可以重合。
49.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
50.第一净尘间2的进口的上端连接多条第一柔性档条29的上端。多条第一柔性档条29的下端与第一净尘间2的进口的下端齐平。多条第一柔性档条29依次排列密封第一净尘间2的进口。第一柔性档条29可以是橡胶材质。这样第一柔性档条29可以密封第一净尘间2的进口，避免粉末外溢，并且，第一滑块6移动的过程中，可以凭借自身的力量就能掀开第一柔性档条29进入到第一净尘间2中。
51.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
52.第二净尘间4的出口的上端连接多条第二柔性档条的上端。多条第二柔性档条的下端与第二净尘间4的出口的下端齐平。多条第二柔性档条依次排列密封第二净尘间4的出口。第二柔性档条可以是橡胶材质。这样第二柔性档条可以密封第二净尘间4的出口，避免粉末外溢，并且，第一滑块6移动的过程中，可以凭借自身的力量就能掀开第二柔性档条从第二净尘间4中移出。
53.优选的，本发明实施例还可以进一步包括如下的结构：
54.该装置还包括：控制器。控制器分别与拉瓦尔喷嘴11和两个激光器12电连接。此外，控制器还可与第一电机20、第二电机25、超声除尘设备15和抽风机电连接。通过控制器实现该装置的自动控制。
55.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。
56.本发明实施例还公开了一种高压隔离开关连续竖向喷涂方法。该方法采用上述实施例所述的高压隔离开关连续竖向喷涂装置向高压隔离开关喷涂粉末。具体的，如图7所示，该方法包括如下的步骤：
57.步骤s1：将高压隔离开关放置在开关放置架上。
58.一般的，先将高压隔离开关进行喷砂处理。
59.步骤s2：设置拉瓦尔喷嘴、激光器、第一滑块、第二滑块、超声除尘设备和抽风机的作业参数。
60.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，激光器的功率，喷涂距离，第一滑块和第二滑块的移动速度和停顿时间，超声除尘设备的参数、抽风机的参数等。
61.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2.0rpm/min，喷涂距离为30mm，激光器的激光功率为1500w。第二滑块的移动速度为20mm/s，根据喷涂的要求停顿以便喷涂均匀。第一滑块的移动速度根据高压隔离开关的尺寸和喷涂方向确定。例如高压隔离开关表面每竖道的尺寸为宽10mm
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150mm，粉斑大小ф10mm，沿着竖向喷涂，设定第一滑块移动速度1mm/s，停顿7.5s之后再移动。
62.步骤s3：调整激光器的角度以调整激光器发射的激光光斑与拉瓦尔喷嘴喷涂的粉斑的重合程度。
63.一般的，粉斑位于光斑之中，使得激光可以有效软化粉末。
64.步骤s4：启动高压隔离开关连续竖向喷涂装置进行喷涂。
65.具体的，移动第一滑块使第一滑块依次进入第一净尘间、喷涂间和第二净尘间，对应启动第一净尘间的超声除尘设备、喷涂间的激光器和拉瓦尔喷嘴，第一净尘间的超声除尘设备。在喷涂间内，第一滑块移动到位后，停止移动第一滑块，移动第二滑块使拉瓦尔喷嘴上下喷涂，完成该竖向的喷涂后，移动第一滑块，使得拉瓦尔喷嘴对着高压隔离开关的下一竖向，移动第二滑块进竖向喷涂，以此类推，直到完成所有喷涂作业，在高压隔离开关表面形成厚度均匀的涂层，其喷涂过程和喷涂效果如图8和9所示，再移动第一滑块到第二净尘间。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。
66.综上，本发明实施例，将整个装置设置在一个较小的空间内并结合丝杠传动的特点，实现高压隔离开关的高效率喷涂，得到均匀的涂层；由于占地面积小，可以随时随地进行搬运，显著提高超音速激光沉积技术的应用场景。
67.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。