Liehtbogenstr omr ieliter mit Elektroden in strömendem Löschmittel. Bei Lichtbogenstromrichtern ist die pe riodische Löschung der Lichtbögen dadurch einwandfrei möglich geworden, dass man das Löschmittel, beispielsweise ein Gas, radial zwischen den Elektroden dem Lichtbogen raum zuführt und durch düsenförmige Off nungen an beiden Elektroden wieder ab führt. Hierbei entfernt das Gas die Licht bogenfusspunkte aus dem Gebiet, in dem eine hohe Feldstärke herrscht.
Man hat da- bei auch bereits jede Elektrode (die Kathode und die Anode) in Haupt- und Schirmelek troden unterteilt und die Schirmelektroden mit düsenförmigen Gasaustrittsöffnungen versehen. Bei diesen Lichtbogenstromricli- tern strömt dann das Gas zwischen den Elektroden radial dem Lichtbogenraum zu und durch die Öffnungen der beiden Schirm elektroden, also sowohl der Schirmelektrode der jeweiligen Anode, als auch der Schirm elektrode der jeweiligen Kathode hindurch und zwischen Schirmelektrode und der zu gehörigen Hauptelektrode ab.
Zur besseren Zündung ist bei den neue ren Lichtbogenstromrichtern ein weiterer Gasstrom (axialer Gasstrom) vorgesehen, welcher einen Hilfslichtbogen periodisch zwischen die Hauptelektroden bewegt. Beide Gasströmungen, der radiale Hauptgasstrom und der axiale Hilfsgasstrom, stören sich nun sehr häufig trotz sorgfältiger Einstel- lung und verursachen damit Störungen das Lichtbogenstromrichterbetriebes.
Diesen Nachteil beseitigt die Erfindung dadurch, dass bei Lichtbogenstzomrichtern mit Elektroden in strömendem Löschmittel, bei denen jede Elektrode mindestens aus einer Haupt- und einer Schirmelektrode be steht, die Strömung mindestens teilweise durch die Durchtrittsöffnung der einen Schirmelektrode in den Liehtbogenraum ein tritt und durch die Durchtrittsöffnung der andern Schirmelektrode aus dem Lichtbogen raum austritt. Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen veranschau licht.
Die Fig. 1 stellt einen Lichtbogenstrom- richter dar, dessen Elektroden 1 und 2 aus den Hauptelektroden 3 und 4 und den Schirmelektroden 5 und 6 bestehen. Durch die Elektrode 1, zwischen der Hauptelek trode 3 und der Schirmelektrode 5, strömt das Gas gemäss den eingezeichneten Pfeilen dem Lichtbogenraum 7 zu.
Für die Rich tung der Zuströmung zwischen der Haupt elektrode 3 und der Schirmelektrode 5 sind in der Fig. 1 rechts und links von der Mit tellinie zwei verschiedene Ausführungsbei spiele gezeigt. Das Gas durchströmt hier auf den Lichtbogenraum 7 axial und strömt durch die andere Elektrode 2, zwischen der Hauptelektrode 4 und der Schirmelektrode 6, aus dem Lichtbogenraum 7 ab.
Zusätzlich kann auch eine Gasströmung radial zwischen die Elektroden einströmen, wie dies in Fig. 1 durch die gestrichelten Pfeile angedeutet ist. Die zusätzliche Strö mung hat den Zweck, die axiale Gasströ- mung zusammenzuhalten und zu verhin dern, dass diese vor dem Eintritt in die Schirmelektrode 6 sich verbreitert und da mit auf den Rand der Öffnung der Schirm- elektrode aufprallt und schon vor dieser ab gelenkt und verwirbelt wird.
In einem sol chen Falle würde auch der Lichtbogen den unregelmässigen Bewegungen des Gasstromes folgen.
Das Geradehalten des Lichtbogens ist im allgemeinen, insbesondere, wenn nach dem Verlöschen hohe Sperrfestigkeit der Funken strecke vorhanden sein soll, schwierig, da der Lichtbogen sehr gern seitlich ausbricht und grosse Schleifen bildet oder bei zu star ker Beblasung ein hoher Spannungsabfall eintritt.
Es kann aber ein geradliniger Verlauf des Lichtbogens dadurch erzielt werden, dass die Strömung gleichmässig parallel zum Lichtbogen läuft und ihn in dieser Form einhüllt und die Strömungsgeschwindigkeit des Löschmittels gegebenenfalls auf seiner ganzen Länge oder auf den wesentlichen Teilen seiner Länge innen bezw. an denjeni gen Stellen seines Querschnittes, an denen sich der Lichtbogen befindet, geringer ge macht wird als aussen.
Der Lichtbogen 8 brennt dann in der Hauptsache zwischen den beiden Hauptelektroden 3 und 4 und wird von den an ihm entlang streichenden Gas strömungen so eingehüllt, dass er ohne Ver- längerung angenähert die kürzeste Länge zwischen den Hauptelektroden 3 und 4 ein nimmt. Auf diese Weise kann erreicht wer den, dass; die Lichtbogenspannung nicht zu gross wird.
Durch die äussere hohe Strömungsge schwindigkeit des Gasstrahls wird die vom Lichtbogen an seine Umgebung abgegebene Wärme rasch abgeführt und eine Anhäufung von Wärme im Lichtbogenraum vermieden. Der Lichtbogen selbst dagegen brennt etwa in der Mittelachse des Zylindermantels der Gasströmung, also dort, wo die Strömungs geschwindigkeit geringer ist. Dadurch wird der Lichtbogen nicht gestört, und - es wird ihm nicht mehr Wärme entzogen als not wendig ist. Will der Lichtbogen nach der Seite ausweichen, so wird er sofort durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit in seiner Umgebung wieder zur Mitte hingetrieben.
Diese Strömungsverteilung kann durch die kreisringförmige Zu- und Abströmung des Gases zwischen den Haupt- und den zu gehörigen Schirmelektroden erreicht werden, wie dies. in der Fig. 1 dargestellt ist. Wenn auch der Lichtbogenraum eine derartige Form besitzt, dass ein konzentrierter Gas strahl von der einen Hauptelektrode zur an dern fliessen kann, so wird doch durch die kreisringförmigen Zu- und Abführungen zum Teil erreicht, dass auch im Lichtbogen- raum die kreisringförmige Strömung erhal ten bleibt.
Anderseits wird diese Wirkung auch durch den Lichtbogen selbst hervorge rufen, denn die Wärmebildung des Licht bogenkanals, der sich annähernd in der Mitte der Strömung befindet, wird sich durch die Gasströmung hier anders einstel len als an den Teilen, die den Lichtbogen umhüllen, wobei die Verteilung der Strö- mungsgeschwindigkeit in radialer Richtung durch die verschieden starke Wärmebildung automatisch so erfolgt, dass, die Geschwin digkeit nach aussen hin zunimmt.
Da die physikalischen Anschauungen über die Vor gänge in und um den Lichtbogen verschie dentlich noch auseinandergehen, sei hier zur Klarlegung angegeben, dass mit Gesc@win- digkeit das strömende Gasgewicht in der Zeit- und Querschnittseinheit verstanden :-erden soll. Eine ungleichmässige Ge schwindigkeitsverteilung @n dem obenge- nannten Sinne kann also schon eintreten. wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der einzelnen Gasmoleküle gleich .gross ist, jedoch die Dichte des Gases verschieden ist.
Um ein Ausweichen des Löschmittel- stromes nach aussen zu verhindern, kann man gegebenenfalls auch in der Nähe des. Lichtbogens eine zylindrische Isolierhülle vorsehen, die sich auf einen Teil des Weges von der einen Schirmelektrode zu andern er streckt.
Dasselbe kann dadurch erreicht werden, da..ss: ein Teil des Gases durch den Raum zwischen den beiden Schirmelektroden dem eigentlichen. Lichtbogen zuströmt (radiale Gasströmung). Eine Störung der axialen Gasströmung tritt hierdurch, im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, nicht ein, da, die radiale Cla.sströmung vor dem Ab strömen durch die entsprechende Schirmelek trode die axiale Gasströmung nur umhüllt, deren Richtung aber nicht verändert.
Durch die radiale Gasströmung kann im Gegenteil erreicht werden, dass der durch die eine Schirmelektrode aus dem Lichtbogenrauin austretende axiale Gasstrahl, insbesondere vor dieser, also vor der zweiten Schirmelek trode, genügend zusammengeschnürt wird und Ausbauchungen des axialen Gasstromes bezw. des Lichtbogens durch die Wärmebil dung des Lichtbogens nicht eintreten kön nen.
Bei der beschriebenen Strömungsform für die Kühlung bezw. Löschung des Licht bogens sind hinsichtlich der Führung der Gasströmung sowohl im eigentlichen Licht- bogenraum, als auch an den Zu- und Ab- führungsatellen noch besondere Gesichts punkte zu beachten. Schwierigkeiten können unter anderem dadurch entstehen, dass, einer seits auf einzelnen Strecken sehr hohe Ge schwindigkeiten verlangt werden und ander seits bestimmte Ablenkungen der Strömung bei strengster Vermeidung von starken Wir belungen nötig sind.
Weiterhin dürfen be stimmte Teile der Elektroden nur mit gerin ger Geschwindigkeit oder auch nur mittel bar von der Strömung berührt werden oder müssen im "Windschatten" liegen. Ferner ist zu berücksichtigen, dass die .Strömungs öffnungen in beiden Elektroden bei der Er findung für die Strömung hintereinander in Reihe, also nicht wie bei den bekannten An ordnungen parallel, geschaltet sind, so dass für die gleichen Strömungsgeschwindigkei ten in dem vorliegenden Falle grösseres Druckgefälle benötigt wird.
Bei der vorlie genden Erfindung kann man demgemäss mit den allgemein bekannten Mitteln zur Ver minderung des Strömungswiderstandes nicht auskommen, denn die Formgebung der Elek troden aus. rein strömungstechnischen Rück sichten würde Elektroden ergeben, die den Anforderungen in elektrischer Hinsicht nicht .genügen würden. Die im folgenden näher beschriebenen Anordnungen der Gas strömung stellen demgemäss, zweckmässige Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes dar.
Eine hohe Geschwindigkeit ist zunächst nötig in dem eigentlichen Lichtbogenraum, das heisst in dem Raum, der in der Längs richtung begrenzt wird durch die einander gegenüberstehenden Flächen der beiden Hauptelektroden -3- und 4 und dessen Durch messer in gewisser Hinsicht durch den Durchmesser der Öffnungen in den Schirm elektroden 5 und 6 festgelegt ist. Diesem Lichtbogenraum strömt das Gas durch den Raum zwischen der Hauptelektrode 3 und der zugehörigen Schirmelektrode 5 zu. Die Strömungsform ist also angenähert ein Hohlkegel.
Der Abstand zwischen den bei den Teilelektroden 3 und 5 sollte aus elek- trischen Gründen verhältnismässig gering sein. Dadurch kann aber der Nachteil ein treten, dass die Geschwindigkeit des Gases beim Eintritt in den Lichtbogenraum schon so hoch ist, dass die dann erfolgende Umlen kung einerseits grosses Druckgefälle erfor dert, und anderseits zu Einschnürungen und Wirbelurigen der Strömung im Lichtbogen raum führt.
Eine derartige Strömung würde aber für die Reinigung des Lichtbogenrau- mes bezw. :die laufende Abführung der durch den Lichtbogen erzeugten Wärme ungünstig sein.
Durch die Form der beiden Elektroden bezw. der einander gegenüberstehenden Flä chen müssen. diese Erscheinungen vermieden werden, beispielsweise dadurch, dä.ss man den aus elektrischen Gründen nötigen geringsten Abstand zwischen Schirm- und Hauptelek troden an eine Stelle legt, die verhä.ltuis- mässig grossen Abstand von der Achse be sitzt, wie dies in der Fig. 1 an den Stellen 9 und 10 dargestellt ist.
Beispielsweise kann dies weiterhin durch eine entsprechende Nei gung der Elektroden erfolgen, so dass die Strömung nur um einen geringen Winkel bezw. auf einen grossen Krümmungsradius beim Eintritt in den Lichtbogenraum abge lenkt \Zierden muss.
(Vergleiche die vier ver schiedenen Darstellungen der Elektrodenteile 3 und 5 in der rechten und linken Hälfte der Fig. 1 und 2.) Zur Erreichung des gleichen Zweckes können ferner an den Stellen geringsten Ab standes zwischen Haupt- und Schirmelek trode Aussparungen in eine der beiden Teil elektroJen derart eingefügt werden, dass der Strömungsquerschnitt vergrössert wird und trotzdem an einzelnen Stellen der ans elek- Irischen Gründen nötige geringe Abstand zwischen Schirm- und Hauptelektrode durch die übrigbleibenden "Zähne" erhalten bleibt.
Schirmelektroden mit derartigen Zähnen sind in den Fig. 2 und 3 schematisch darge stellt. Die Fig. 2 zeigt die Zähne an den Stellen 11 und 12. In der Fig. 3 sind rechts und links zwei verschiedene Ausführungs- arten im .Schnitt gezeigt. Die Aussparungen 13 und 14 sind hierbei schraffiert angedeutet. Besonderer Beachtung bedarf auch die Führunder Gasströmung an der Stelle, an der sie'-an der zweiten Elektrode aus dein Lichtbogenraum ausströmt.
Es wird hier aus elektrischen Gründen verlangt, dass die Strömungsgeschwindigkeit schnellstens weit gehend herabgesetzt wird (z. B. um eine Verlängerung des Lichtbogens zu vermei den). Dieser Forderung steht aber gegenüber die strömungstechnisch bekannte Tatsache, dass Erweiterungen von Strömungsquer schnitten bezw. Verlangsamungen von Strö mungen mit Wirbelurigen und damit Q,uer- schnittsverengungen und hohem Druckabfall verbunden sind.
Es ist deshalb auch an die ser Stelle eine besondere Formgebung der Haupt- und Schirmelektrode insbesondere an den Flächen, die dem Lichbogenraum zuge wandt sind und den Flächen, die einander gegenüberstehen, erforderlich. Dies kann beispielsweise durch einen verhältnismässig grossen Abstand zwischen der Hauptelek trode 4 und der Schirmelektrode 6 oder da durch erreicht werden, dass die Oberfläche der Hauptelektrode eine Kugelform erhält (vergleiche Fig. 1, Hauptelektrode 4).
Ferner kann der gleiche Zweck, dadurch erzielt wer den, dass die Oberfläche der Hauptelektrode zusammen mit der Oberfläche der Schirm elektrode eine so starke Neigung erhält, dass ,der Ablenkungswinkel der aus dem Licht bogenraum austretenden, Strömung gering ist (vergleiche Fig. 2, Teilelektroden 4 und 6).
Dabei müssen Stauungen sowohl bei die ser Elektrode (2), als auch bei der andern Elektrode (1) vermieden werden. Dies ist beispielsweise durch eine besondere Bemes sung der Strömungsquerschnitte auf dem ge samten Strömungswege möglich. Diese Be messung muss derart erfolgen, dass .die Strö mung an keiner Stelle .eine höhere Geschwin digkeit besitzt als im Lichtbogenraum selbst. Würde die Geschwindigkeit vorher höher sein, so würden Wirbelurigen bei der Ver langsamung entstehen. Würde die Geschwin digkeit hinterher höher sein, so würden Stauungen durch die Querschnittsverringe- rung entstehen.
Ein weiteres für beide Elektroden (1 und 2) gemeinsames Mittel zur Verbesserung der Strömungs- und damit elektrischen Ver- hältnisse besteht in dem Einsetzen von Strö- mungsführungskörpern. Durch solche Füh rungskörper kann es weitgehend verhindert werden, dass Wirbel in der axialen Gasströ mung entstehen. Ein Beispiel hierfür ist in der Fig. 4 schematisch dargestellt.
In der Mitte der Hauptelektrode d ist ein vorne an gespitzter Stift 15 eingesetzt, der die Aus bildung einer zylinderförmigen Gasströmung, die den Lichtbogen ringsum einhüllt, begün- stigt. Eine :derartige Form des Führungs körpers 1-5 würde an sich aber in elektrischer Hinsicht wesentliche Nachteile besitzen, z. B. dadurch, dass die Schirmwirkung der Schirm elektroden zum Teil aufgehoben wird.
Es sollen deshalb derartige Führungskörper auf der Oberfläche mit einer Isolierschicht<B>16</B> versehen sein, so dass die Lichtbogenfuss- punkte auf diesen Teilen nicht Fuss fassen und demgemäss besonders heisse Stellen auf der Oberfläche dieser Körper nicht auftreten können.
Als Führungskörper kommen in diesem besonderen Falle leitende Metallkörper, bei spielsweise Wolfram, Aluminium usw. mit einer Oxydschicht, die nicht leitend ist, in Betracht.
Ein weiteres Mittel zur Lösung der strömungstechnischen Schwierigkeiten unter gleichzeitiger Berücksichtigung der elektri schen Forderungen ist in der Fig. 5 schema tisch dargestellt. Die Vermeidung von Wir- belungen soll hier erfolgen durch zusätzliche Zu- und Abströmungswege 17 und 18, bei spielsweise in den Hauptelektroden 3 und 4. Der Gegenstand der Fig. 5 ist hierbei keines wegs als räumliche Anordnung aufzufassen., sondern nur als eine schematische Darstel lung .des Gedankens, zusätzliche Zu- und Abströmwege vorzusehen.
Zusätzliche Zu- strömöffnungen können hierbei ein Gas mit höherer oder niedrigerer Geschwindigkeit, als besonders die Hauptströmung besitzt, in den Lichtbogenraum einführen, wodurch eine zusätzliche Stabilisierung ',des Gasstromes und damit des Lichtbogens eintritt. Auf der Abströmseite können solche zusätzliche Üff- nungen einen Teil des aufprallenden Gas strahls aufnehmen und somit solche Stauun gen und Wirbelungen,
die den Betrieb des Stromrichters gefährden würden, verhindern.
Bei der Lösung der strömungstechnischen Fragen ist weiterhin zu berücksichtigen, dass während des Dauerbetriebes durch .die Ein wirkung .des Lichtbogens bezw. des Abbran- des Veränderungen in den Elektrodenformen eintreten. Es ist z. B. bekannt, dass Abbrand- produkte durch die Gasströmung bezw. durch den Lichtbogen von einer Elektrode zur an dern transportiert werden.
Diese Abbrand- produkte können sich auf der Hauptelektrode festsetzen und dort zu Veränderungen der Oberflächen führen. Es kann dies beispiels weise verhindert werden durch eine entspre chende Aussparung 20 auf .der Hauptelek trode 4 (Fig. 2 und 4).
Anderseits ist es er fahrungsgemäss bekannt,,dass der Lichtbogen während des Dauerbetriebes in den Elektro den so starken Abbrand hervorruft, dass sich die Abbra-ndflächen zu kraterförmigen Ge bilden 21 (Fig. 2) aushöhlen. Diese Erschei nung soll durch entsprechende Führung der Gasströmung so ausgenutzt werden, dass die Lichtbogenfusspunkte beispielsweise auf den Hauptelektroden im Windschatten brennen.
Dies bringt den besondern Vorteil mit sich, dass die in der Nähe der Fusspunkte befind lichen Teile des Lichtbogenkanals von der Strömung nicht gestört werden bezw. nicht stark gekühlt werden, so dass, hier die Wärme bildung ,gering ist. Auf diese Weise kann ein Minimum an Abbrand erreicht werden.
Bei starker Kühlung tritt eine Steigerung des Widerstandes im Lichtbogen auf. Da hierbei gleichzeitig der Spannungsverlust ,grösser wird, steigt die Liehtbogenleistung und damit auch die entwickelte Wärme menge quadratisch. Es ist also keineswegs in allen Fällen günstig, .den Lichtbogen stark zu kühlen. Es kann im Gegenteil eine schwächere Kühlung günstigere Betriebs und Löschverhältnisse ergeben.
Manchmal wird es zweckmässig sein, den radialen und insbesondere auch den axialen Strömungen eine solche Komponente zu ge ben, dass diese Strömungen den zwischen den Hauptelektroden brennenden Lichtbogen in Spiralform umstreichen. Dies könnte bei spielsweise durch entsprechendes Schrägstel len der oben beschriebenen Zähne (11 und 12 der Fig. 2 bezw. der Aussparungen 13 und 14 der Fig. 3) erzielt werden.
Bei .den beschriebenen Anordnungen wird das Zündgas im Gegensatz zu den bisher be kannten Anordnungen zugleich als Lösch- gas benutzt. Die Erfindung ist selbstver- ständlich nicht nur auf die Verwendung von Gas beschränkt. Als Zünd- und Löschgas kann natürlich ebenso Dampf benutzt wer den. Gegebenenfalls ist auch in manchen Fällen die Verwendung von Flüssigkeit mög lich.
Im übrigen sei noch besonders bemerkt, dass alle Gesichtspunkte, die bisher im Zu sammenhang mit Anordnungen mit zwei Ausströmdüsen angeführt worden sind, in sinngemässer Weise auch beim Erfindungs gegenstand verwendet werden können. Bei spielsweise kann der mittlere Teil der Haupt elektroden leicht auswechselbar gemacht wer den, um den nachteiligen Einfluss des Ab brandes ausschalten zu können. Beispiels weise kann der Teil 2:2 der Hauptelektrode 4 (Fix. 1) oder der Teil 23 der Hauptelektrode 3. (Fix. 4) leicht auswechselbar ausgebildet sein.
Im Dauerbetrieb kann die Kühlung für die Schirm- und insbesondere für die Haupt elektrode in bekannter Weise durch eine Flüssigkeit oder durch .das vorbeistreichende Gas bezw. durch eine besondere Gas- oder Luftkühlströmung erreicht werden.
Die schnelle Bewegung der Lichtbogen Fusspunkte, insbesondere an den Stellen, an denen die Geschwindigkeit durch die Gasbe wegung klein ist, kann in bekannter Weise durch ein Magnetfeld erreicht werden, wobei die eisernen Führungsteile so zu gestalten sind, dass die magnetischen Kraftlinien weit gehend parallel zur Oberfläche der Elektro- den verlaufen.
Liehtbogenstromr ieliter with electrodes in flowing extinguishing agent. In the case of arc converters, the periodic extinguishing of the arcs has become flawlessly possible by supplying the extinguishing agent, for example a gas, radially between the electrodes to the arc chamber and removing it again through nozzle-shaped openings on both electrodes. The gas removes the arc roots from the area in which there is a high field strength.
Each electrode (the cathode and the anode) has already been subdivided into main electrodes and shield electrodes and the shield electrodes have been provided with nozzle-shaped gas outlet openings. With these arc current devices, the gas then flows radially between the electrodes to the arc space and through the openings of the two shielding electrodes, i.e. both the shielding electrode of the respective anode and the shielding electrode of the respective cathode and between the shielding electrode and the associated main electrode from.
For better ignition, a further gas flow (axial gas flow) is provided in the new ren arc converters, which moves an auxiliary arc periodically between the main electrodes. Both gas flows, the radial main gas flow and the axial auxiliary gas flow, now very often interfere with each other despite careful adjustment and thus cause disturbances in the operation of the arc converter.
The invention eliminates this disadvantage in that, in the case of arc converters with electrodes in flowing extinguishing agent, in which each electrode consists of at least one main and one shield electrode, the flow at least partially through the passage opening of one shield electrode into the arc tube and through the passage opening the other shield electrode emerges from the arc chamber. The invention is illustrated in the drawing in several exemplary embodiments.
1 shows an arc converter, the electrodes 1 and 2 of which consist of the main electrodes 3 and 4 and the shield electrodes 5 and 6. The gas flows through the electrode 1, between the main electrode 3 and the shield electrode 5, to the arc chamber 7 according to the arrows shown.
For the direction of the inflow between the main electrode 3 and the shield electrode 5, two different Ausführungsbei games are shown in FIG. 1 to the right and left of the center line. The gas flows axially through the arc chamber 7 here and flows out of the arc chamber 7 through the other electrode 2, between the main electrode 4 and the shield electrode 6.
In addition, a gas flow can also flow radially between the electrodes, as is indicated in FIG. 1 by the dashed arrows. The purpose of the additional flow is to hold the axial gas flow together and to prevent it from widening before it enters the shielding electrode 6 and then striking the edge of the opening of the shielding electrode and deflecting and deflecting it before it is swirled.
In such a case, the arc would also follow the irregular movements of the gas flow.
Keeping the arc straight is generally difficult, especially if high blocking strength of the spark gap is to be present after extinguishing, since the arc is very likely to break out laterally and form large loops or a high voltage drop occurs when the blowing is too strong.
However, a straight course of the arc can be achieved in that the flow runs evenly parallel to the arc and envelops it in this form and the flow rate of the extinguishing agent, if necessary, over its entire length or over the essential parts of its length inside or inside. at those points of its cross-section where the arc is located, is made less than outside.
The arc 8 then burns mainly between the two main electrodes 3 and 4 and is enveloped by the gas streams stroking along it so that it takes approximately the shortest length between the main electrodes 3 and 4 without being elongated. In this way it can be achieved that; the arc voltage does not become too high.
Due to the external high flow rate of the gas jet, the heat given off by the arc to its surroundings is quickly dissipated and an accumulation of heat in the arc space is avoided. The arc itself, on the other hand, burns roughly in the center axis of the cylinder jacket of the gas flow, i.e. where the flow speed is lower. As a result, the arc is not disturbed and - no more heat is withdrawn from it than is necessary. If the arc wants to move to the side, it is immediately driven back towards the center by the higher flow velocity in its surroundings.
This flow distribution can be achieved by the annular inflow and outflow of the gas between the main and the associated shield electrodes, as this. is shown in FIG. Even if the shape of the arc chamber is such that a concentrated gas jet can flow from one main electrode to the other, the circular feed and discharge means that the circular flow is maintained in the arc chamber .
On the other hand, this effect is also caused by the arc itself, because the heat generation of the arc channel, which is located approximately in the middle of the flow, is set differently here by the gas flow than on the parts surrounding the arc, whereby the The distribution of the flow speed in the radial direction takes place automatically due to the different levels of heat generation so that the speed increases towards the outside.
Since the physical views of the processes in and around the arc differ from one another, it should be stated here for the sake of clarity that the flowing gas weight in terms of time and cross-sectional unit should be understood to mean grounding. An uneven distribution of speed in the sense mentioned above can already occur. if the speed of movement of the individual gas molecules is the same, but the density of the gas is different.
In order to prevent the extinguishing agent flow from escaping to the outside, a cylindrical insulating sleeve can optionally also be provided in the vicinity of the arc, which stretches part of the way from one shielding electrode to the other.
The same can be achieved by the fact that a part of the gas passes through the space between the two shielding electrodes and the actual. Arc flows in (radial gas flow). A disturbance of the axial gas flow does not occur, in contrast to the known arrangements, since the radial Cla.sströmung before flowing through the corresponding shield electrode only envelops the axial gas flow, but does not change its direction.
On the contrary, the radial gas flow can achieve that the axial gas jet exiting through the one shield electrode from the arc roughness, in particular in front of this, i.e. in front of the second shield electrode, is sufficiently constricted and bulges of the axial gas flow or. of the arc cannot occur due to the thermal formation of the arc.
In the described flow form for cooling BEZW. Extinguishing the arc, with regard to the guidance of the gas flow, both in the actual arc space and at the inlet and outlet points, special considerations must be observed. Difficulties can arise, among other things, from the fact that, on the one hand, very high speeds are required on individual stretches and, on the other hand, certain deflections of the flow are necessary with the strictest avoidance of strong eddies.
Furthermore, certain parts of the electrodes may only be touched by the flow at low speed or even only indirectly, or they have to be in the "slipstream". It should also be taken into account that the .Strömungs openings in both electrodes in the invention for the flow are connected one behind the other in series, i.e. not in parallel as in the known arrangements, so that for the same flow velocities in the present case, a greater pressure gradient is needed.
In the present invention, you can therefore not get by with the well-known means for reducing the flow resistance Ver, because the shape of the electrodes from electrodes. Purely fluidic back views would result in electrodes that would not meet the electrical requirements. The arrangements of the gas flow, which are described in more detail below, accordingly represent appropriate designs of the subject matter of the invention.
A high speed is initially necessary in the actual arc space, that is, in the space that is limited in the longitudinal direction by the opposing surfaces of the two main electrodes -3- and 4 and its diameter in some respects by the diameter of the openings in the shield electrodes 5 and 6 is set. The gas flows to this arc chamber through the space between the main electrode 3 and the associated shield electrode 5. The flow form is therefore approximately a hollow cone.
The distance between the sub-electrodes 3 and 5 should be relatively small for electrical reasons. However, this can have the disadvantage that the speed of the gas when entering the arc chamber is so high that the deflection that then takes place on the one hand requires a large pressure gradient and on the other hand leads to constrictions and eddies of the flow in the arc chamber.
However, such a flow would bezw for cleaning the arc room. : the ongoing dissipation of the heat generated by the arc may be unfavorable.
The shape of the two electrodes BEZW. of the opposing surfaces. These phenomena can be avoided, for example by placing the smallest distance between the screen and main electrodes, which is necessary for electrical reasons, at a point that is relatively large distance from the axis, as shown in Fig. 1 is shown at positions 9 and 10.
For example, this can continue to be done by a corresponding inclination of the electrodes, so that the flow is only at a small angle or. deflected to a large radius of curvature at the entrance into the arc chamber \ Zierden must.
(Compare the four different representations of the electrode parts 3 and 5 in the right and left halves of FIGS. 1 and 2.) To achieve the same purpose, furthermore, at the points of the smallest distance between the main and shield electrode recesses in one of the two Part electroJen are inserted in such a way that the flow cross-section is enlarged and nevertheless at individual points the small distance between the shield and main electrode, which is necessary for electrical reasons, is maintained by the remaining "teeth".
Shield electrodes with such teeth are shown schematically in Figs. 2 and 3 Darge provides. FIG. 2 shows the teeth at points 11 and 12. In FIG. 3, two different embodiments are shown in a section on the right and left. The recesses 13 and 14 are indicated by hatching. Special attention also needs to be paid to the Führunder gas flow at the point where it flows out of the arc chamber at the second electrode.
For electrical reasons, it is required here that the flow velocity is reduced as quickly as possible (e.g. to avoid lengthening the arc). However, this requirement is countered by the fact, known in terms of flow, that expansions of flow cross sections respectively. Slowdowns in flows are associated with eddies and thus Q, constrictions and high pressure drops.
It is therefore also at this point a special shape of the main and shield electrodes, especially on the surfaces facing the arc chamber and the surfaces facing each other, is required. This can be achieved, for example, by a relatively large distance between the main electrode 4 and the shield electrode 6 or by giving the surface of the main electrode a spherical shape (see FIG. 1, main electrode 4).
Furthermore, the same purpose can be achieved in that the surface of the main electrode together with the surface of the shield electrode is inclined so strongly that the angle of deflection of the flow emerging from the arc space is small (see Fig. 2, partial electrodes 4 and 6).
In this case, congestion must be avoided in both the water electrode (2) and the other electrode (1). This is possible, for example, through a special dimensioning of the flow cross-sections along the entire flow path. This dimensioning must be done in such a way that .the flow at no point. Has a higher speed than in the arc chamber itself. If the speed were to be higher beforehand, turbulence would arise during the slowing down. If the speed were to be higher afterwards, congestion would result from the reduction in cross section.
Another means common to both electrodes (1 and 2) for improving the flow and thus electrical conditions is the use of flow guide bodies. Such guides can largely prevent eddies from forming in the axial gas flow. An example of this is shown schematically in FIG.
In the center of the main electrode d, a pointed pin 15 is inserted at the front, which favors the formation of a cylindrical gas flow which envelops the arc all around. Such a shape of the guide body 1-5 would have significant disadvantages in electrical terms, such. B. in that the shielding effect of the shield electrodes is partially canceled.
Such guide bodies should therefore be provided with an insulating layer 16 on the surface, so that the arc root points do not gain a foothold on these parts and accordingly particularly hot spots cannot occur on the surface of these bodies.
In this particular case, conductive metal bodies, for example tungsten, aluminum, etc. with an oxide layer that is non-conductive, can be used as guide bodies.
Another means of solving the fluidic difficulties while taking into account the electrical requirements is shown schematically in FIG. 5. Turbulence is to be avoided here by additional inflow and outflow paths 17 and 18, for example in the main electrodes 3 and 4. The subject of FIG. 5 is by no means to be understood as a spatial arrangement, but only as a schematic representation The idea of providing additional inflow and outflow paths.
Additional inflow openings can introduce a gas into the arc space at a higher or lower speed than the main flow in particular, which results in additional stabilization of the gas flow and thus of the arc. On the downstream side, such additional openings can absorb part of the impinging gas jet and thus such congestion and eddies,
that would endanger the operation of the converter.
When solving the fluidic issues, it must also be taken into account that during continuous operation, the effect of the arc or changes in the shape of the electrodes occur during the burning process. It is Z. B. known that burn-up products respectively by the gas flow. be transported by the arc from one electrode to the other.
These burn-off products can adhere to the main electrode and lead to changes in the surface there. This can be prevented, for example, by a corresponding recess 20 on the main electrode 4 (FIGS. 2 and 4).
On the other hand, it is known from experience that the arc during continuous operation in the electric causes the burn-off so strong that the burn-off surfaces are hollowed out into crater-shaped ge 21 (FIG. 2). This phenomenon should be exploited by guiding the gas flow in such a way that the arc roots burn, for example, on the main electrodes in the slipstream.
This has the particular advantage that the parts of the arc channel located in the vicinity of the base points are not disrupted by the flow or. are not strongly cooled, so that the formation of heat here is low. In this way, a minimum of burn-up can be achieved.
With strong cooling, there is an increase in the resistance in the arc. Since the voltage loss increases at the same time, the arc output and thus also the amount of heat developed increases squarely. It is therefore by no means favorable in all cases to strongly cool the arc. On the contrary, a weaker cooling can result in more favorable operating and extinguishing conditions.
Sometimes it will be expedient to give the radial and in particular also the axial flows such a component that these flows sweep in a spiral shape around the arc burning between the main electrodes. This could be achieved, for example, by appropriate inclination of the teeth described above (11 and 12 of FIG. 2 and the recesses 13 and 14 of FIG. 3).
In the case of the arrangements described, the ignition gas, in contrast to the arrangements known up to now, is also used as an extinguishing gas. The invention is of course not restricted to the use of gas. Steam can of course also be used as ignition and extinguishing gas. If necessary, the use of liquid is also possible in some cases.
Furthermore, it should be noted that all aspects that have been cited so far in connection with arrangements with two discharge nozzles can also be used in a corresponding manner in the subject matter of the invention. For example, the middle part of the main electrodes can be made easily replaceable in order to be able to switch off the adverse influence of the Ab brandes. For example, the part 2: 2 of the main electrode 4 (fix. 1) or the part 23 of the main electrode 3 (fix. 4) can be easily exchangeable.
In continuous operation, the cooling for the shield and in particular for the main electrode can be in a known manner by a liquid or by .das moving gas or. can be achieved by a special gas or air cooling flow.
The rapid movement of the arc base points, especially at the points where the speed is small due to the gas movement, can be achieved in a known manner by a magnetic field, the iron guide parts are to be designed so that the magnetic lines of force are largely parallel to Surface of the electrodes run.