CH651420A5

CH651420A5 - Blowout nozzle arrangement for a gas-blast circuit breaker

Info

Publication number: CH651420A5
Application number: CH351180A
Authority: CH
Inventors: Christian Dr Sturzenegger; Hans-Joerg Dr Schoetzau; Rudolf Reinhard
Original assignee: Sprecher & Schuh Ag
Priority date: 1980-05-06
Filing date: 1980-05-06
Publication date: 1985-09-13
Also published as: DE3042112A1; ATA131481A; AT377382B

Description

Die Erfindung betrifft eine Blasdüsenanordnung für einen Druckgasschalter, mit einem ringförmigen, an eine Löschgas-Druckquelle angeschlossenen Einlasskanal, von dessen innerem Durchmesser ein radial nach innen führender, mit strahlenförmig angeordneten Leitschaufeln versehener Ringspalt ausgeht, dessen inneres Ende in eine zentrale, axial verlaufende Ausblasöffnung übergeht, die dazu bestimmt ist, von einem Schaltlichtbogen durchsetzt zu werden. The invention relates to a blow nozzle arrangement for a pressure gas switch, with an annular inlet channel connected to an extinguishing gas pressure source, from the inner diameter of which a radially inwardly leading annular gap provided with radially arranged guide vanes extends, the inner end of which merges into a central, axially extending outlet opening which is intended to be penetrated by a switching arc.

Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE-PS 1 029 905 bekannt. Die bei dieser Anordnung an das innere Ende des durch zwei ebene Ringflächen begrenzten Ringspaltes anschliessende, axiale Ausblasöffnung erweitert sich vom genannten Ende weg diffusorartig in beiden axialen Richtungen. Diese Anordnung hat zur Folge, dass die vom Einlasskanal ausgehende Löschgasströmung ihre grösste Strömungsgeschwindigkeit beim Verlassen des Ringspaltes, also in radialer Richtung aufweist, weil der engste Strömungsquerschnitt am Auslass des Ringspaltes vorhanden ist. Dementsprechend besitzt der Druckgradient der Löschgasströmung an dieser Stelle auch ein Maximum und ist gleichgerichtet wie die grösste Strömungsgeschwindigkeit. Such an arrangement is known for example from DE-PS 1 029 905. In this arrangement, the axial blow-out opening adjoining the inner end of the annular gap delimited by two flat annular surfaces widens in a diffuser-like manner in both axial directions away from the mentioned end. The result of this arrangement is that the extinguishing gas flow emanating from the inlet channel has its greatest flow velocity when leaving the annular gap, that is to say in the radial direction, because the narrowest flow cross section is present at the outlet of the annular gap. Accordingly, the pressure gradient of the extinguishing gas flow also has a maximum at this point and is the same direction as the greatest flow speed.

Bei der bekannten Anordnung wurde angenommen, dass das dem Ringspalt etwa mit Schallgeschwindigkeit entströmende Löschgas infolge seiner Massenträgheit zunächst die radiale Strömungsrichtung beibehält und sich im Zentrum der Ausblasöffnung (die von allen Seiten her radial angeblasen wird) staut. In dieser Stauung - so ist in bezug auf die vorbekannte Anordnung weiter ausgeführt - wird die Löschgasströmung von selbst in die axiale Richtung umgelenkt und ver-lässt dann die Anordnung durch die diffusorartig sich rasch erweiternden Abschnitte der Ausblasöffnung in zwei entgegengesetzt gerichteten Strahlen, in denen die Strömungsgeschwindigkeit rasch abnimmt. Die bekannte Anordnung beruht offenbar auf dem Konzept, momentan eine möglichst hohe Löschgasdichte in dem vom Schaltlichtbogen durchsetzten Teil der Blasdüse zu erwirken, um damit eine rasche Kühlung und Löschung des Lichtbogens zu erreichen. In the known arrangement, it was assumed that the extinguishing gas flowing out of the annular gap approximately at the speed of sound initially maintains the radial flow direction due to its inertia and builds up in the center of the blow-out opening (which is blown radially from all sides). In this stowage - so it is further explained in relation to the previously known arrangement - the extinguishing gas flow is automatically redirected into the axial direction and then leaves the arrangement through the diffuser-like, rapidly expanding sections of the blow-out opening in two oppositely directed jets, in which the Flow rate decreases rapidly. The known arrangement is apparently based on the concept of currently achieving the highest possible extinguishing gas density in the part of the blowing nozzle which is penetrated by the switching arc in order to achieve rapid cooling and extinguishing of the arc.

Demgegenüber wurde aber überraschenderweise gefunden, dass bei einer solchen Düsenanordnung die Lichtbogenspannung bezogen auf den momentanen Abstand der Kontaktstücke, zwischen welchen der die Ausblasöffnung durchsetzende Schaltlichtbögen brennt, relativ bescheiden ist. In contrast, however, it was surprisingly found that with such a nozzle arrangement the arc voltage is relatively modest in relation to the instantaneous distance of the contact pieces between which the switching arcs passing through the blow-out opening burn.

Damit ist aber auch die erzielbare Abschaltleistung vergleichsweise bescheiden. However, the switch-off power that can be achieved is comparatively modest.

Ebenso überraschend wurde gefunden, dass diese Lichtbogenspannung steigt, wenn die grösste Geschwindigkeit der den Schaltlichtbogen beblasenden Löschgasströmung drallfrei und etwa gleich wie der Schaltlichtbogen selbst gerichtet ist, wenn also ein Maximalwert des Druckgradienten etwa gleich wie der Schaltlichtbogen gerichtet ist. Man ist daher derzeit geneigt anzunehmen, dass der Richtung der grössten Strömungsgeschwindigkeit des Löschgases in der Nähe des zu löschenden Lichtbogens eine ebenso grosse wenn nicht grössere Bedeutung in bezug auf die erzielbare Abschaltleistung zukommt wie der in diesem Bereich zu erzielenden Löschgasdichte. It has also been found, surprisingly, that this arc voltage increases when the greatest speed of the quenching gas flow blowing the switching arc is directed swirl-free and approximately the same as the switching arc itself, that is, when a maximum value of the pressure gradient is directed approximately the same as the switching arc. It is therefore currently inclined to assume that the direction of the greatest flow rate of the quenching gas in the vicinity of the arc to be quenched is just as important, if not greater, in terms of the achievable shutdown power as the quenching gas density to be achieved in this area.

Dementsprechend ist ein Zweck der Erfindung darin zu sehen, eine Blasdüsenanordnung der eingangs genannten Art in der Weise zu verbessern, dass sie den vorstehend erwähnten Erkenntnissen bzw. Postulaten weitgehend genügt. Accordingly, one purpose of the invention is to be seen in improving a blow nozzle arrangement of the type mentioned at the outset in such a way that it largely satisfies the findings or postulates mentioned above.

Zu diesem Zweck ist die vorgeschlagene Blasdüsenanordnung gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Strömungsquerschnitt für die vom Einlasskanal ausgehende Löschgasströmung in einem vom inneren Ende des Ringspaltes axial versetzten Bereich der Ausblasöffnung vorgesehen ist. For this purpose, the proposed blow nozzle arrangement according to the invention is characterized in that the smallest flow cross section for the extinguishing gas flow emanating from the inlet channel is provided in a region of the blow-out opening which is axially offset from the inner end of the annular gap.

Merkmale bevorzugter Ausführungsbeispiele sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Features of preferred exemplary embodiments can be found in the dependent patent claims.

Nachstehend ist die Erfindung rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert, in deren einzigen Figur ein schematischer Axialschnitt durch eine Blasdüsenanordnung eines Druckgasschalters gezeigt ist. The invention is explained in more detail below purely by way of example with reference to the drawing, in the single figure of which a schematic axial section through a blowing nozzle arrangement of a pressure gas switch is shown.

Bei der ohne Anspruch auf Massstäblichkeit dargestellten Blasdüsenanordnung 10 sind zwei Platten 11,12 mit im wesentlichen ringscheibenförmiger Gestalt quer in einem rohrförmigen Gehäuse 13 eingebaut. Das Gehäuse 13 kann das Gehäuse eines Druckgasschalters oder die Wand einer Löschkammer in einem solchen Schalter sein. Mit ihren einander zugekehrten, profilierten Seiten begrenzen die beiden Platten 11, 12, die beispielsweise aus einem lichtbogenbeständigen Isolierstoff (beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen) sein können, zusammen mit einem Abschnitt der Innenwand des Gehäuses 13 einen ringförmigen Einlasskanal 14, von dessen Innendurchmesser ein radial nach innen führender Ringspalt 15 ausgeht. Wie bei 16 angedeutet, ist der Einlasskanal 14 an eine Löschgas-Druckquelle 17 angeschlossen. Diese kann eine im Zuge eines Ausschalthubes unter Druck setzbare Pumpeinrichtung sein. Im Ringspalt 15 ist eine Anzahl (hier vier) strahlenförmig verlaufender Leitschaufeln 18 eingebaut, deren radiale Länge die Breite des Ringspaltes 15 erheblich übertrifft. Mit ihrer im wesentlichen zylindrischen, zentralen Bohrung 19, 20 umschliessen die Platten 11, 12 je eine Ausblasöffnung 21, 22. Der Innendurchmesser der beiden ebenen, den Ringspalt 15 begrenzenden Ringflächen 23,24 der Platten 11,12 gehen je über einen verrundeten Abschnitt 25 bzw. 26, also kantenlos in die zylindrische, In the blow nozzle arrangement 10, which is shown without any claim to scale, two plates 11, 12 with an essentially annular disk-shaped configuration are installed transversely in a tubular housing 13. The housing 13 can be the housing of a compressed gas switch or the wall of an arcing chamber in such a switch. With their mutually facing, profiled sides, the two plates 11, 12, which can be made, for example, of an arc-resistant insulating material (for example made of polytetrafluoroethylene), together with a section of the inner wall of the housing 13, define an annular inlet channel 14, the inside diameter of which is radially inward leading annular gap 15 goes out. As indicated at 16, the inlet channel 14 is connected to an extinguishing gas pressure source 17. This can be a pump device which can be pressurized in the course of a switch-off stroke. In the annular gap 15 a number (here four) radiating guide vanes 18 are installed, the radial length of which considerably exceeds the width of the annular gap 15. The plates 11, 12 each surround a blow-out opening 21, 22 with their essentially cylindrical, central bore 19, 20 or 26, i.e. without edges into the cylindrical,

durch die Bohrungen 19 bzw. 20 gebildete Fläche über. Die Leitschaufeln 18 können sich radial bis in den Bereich der verrundeten Abschnitte 25, 26 erstrecken. area formed by the bores 19 and 20 respectively. The guide vanes 18 can extend radially into the region of the rounded sections 25, 26.

Der Durchmesser der Bohrungen 19, 20 und die Breite des Ringspaltes 15 sind nun so gewählt und aufeinander abgestimmt, dass der Durchflussquerschnitt der beiden Ausblasöffnungen 21,22 kleiner ist als der kleinste Durchflussquerschnitt am inneren Ende des Ringspaltes 15. The diameter of the bores 19, 20 and the width of the annular gap 15 are now selected and matched to one another such that the flow cross-section of the two blow-out openings 21, 22 is smaller than the smallest flow cross-section at the inner end of the annular gap 15.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

Beim dargestellten Beispiel sind die Bohrungen 19, 20 in Einschaltstellung des Schalters durch je ein Kontaktstück 27, 28 verschlossen, welche Kontaktstücke auf der Höhe des Ringspaltes 15 miteinander in Eingriff stehen. Bei einem Ausschalthub entfernen sich die Kontaktstücke 27,28 im Sinne der Pfeile 29, 30 voneinander und geben die Bohrungen 19, 20 frei. Zugleich wird ein Schaltlichtbogen 31 gezogen, der die Ausblasöffnungen 21, 22 durchsetzt. In the example shown, the bores 19, 20 are closed in the switched-on position of the switch by a contact piece 27, 28, which contact pieces are in engagement with one another at the height of the annular gap 15. In the case of a switch-off stroke, the contact pieces 27, 28 move away from one another in the direction of the arrows 29, 30 and expose the bores 19, 20. At the same time, a switching arc 31 is drawn through the blow-out openings 21, 22.

Die nun vom Einlasskanal 14 her einsetzende Löschgasströmung durch den Ringspalt 15 wird durch die Leitschaufeln 18 von einem allfälligen Drall befreit, also rein radial gerichtet und im Ringspalt 15 selbst erheblich beschleunigt. Beim Übergang in die Ausblasöffnungen 21, 22 entlang der verrundeten Abschnitte 25, 26 wird die zentripetale Löschgasströmung in zwei entgegengesetzt gerichtete Axialströme aufgeteilt und da - wie erwähnt - nochmals eine Verringerung des Durchflussquerschnittes vorhanden ist, werden diese beiden Axialströme nochmals beschleunigt. The extinguishing gas flow now starting from the inlet channel 14 through the annular gap 15 is freed from any swirl by the guide vanes 18, that is to say directed purely radially and considerably accelerated in the annular gap 15 itself. At the transition into the blow-out openings 21, 22 along the rounded sections 25, 26, the centripetal extinguishing gas flow is divided into two oppositely directed axial flows and since - as mentioned - there is a further reduction in the flow cross-section, these two axial flows are accelerated again.

Daraus folgt, dass die höchste, von der Löschgasströmung erreichte Geschwindigkeit etwa gleich gerichtet wie der Schaltlichtbogen 31 ist, wodurch, entsprechend der eingangs It follows from this that the highest speed reached by the extinguishing gas flow is directed approximately the same as the switching arc 31, as a result of which, corresponding to the input

3 651420 3 651420

dargelegten Erkenntnisse, die Lichtbogenspannung und mithin die Abschaltleistung des Schalters erhöht wird. Insights presented, the arc voltage and thus the breaking capacity of the switch is increased.

Konstruktiv lässt die dargestellte Blasdüsenanordnung zahlreiche Varianten zu. So brauchen die beiden Ringflächen 5 23, 24 nicht parallel zueinander zu sein. Sie können sich in Strömungsrichtung gesehen einander näher oder voneinander leicht divergieren, vorausgesetzt, dass in radialer Richtung der Strömungsquerschnitt im Ringspalt abnimmt. In terms of construction, the blow nozzle arrangement shown permits numerous variants. So the two ring surfaces 5 23, 24 need not be parallel to each other. Seen in the direction of flow, they can diverge closer to one another or slightly diverge from one another, provided that the flow cross section in the annular gap decreases in the radial direction.

Ebenso ist es nicht zwingend erforderlich, dass die Aus-lo blasöffnungen 21,22 über ihre gesamte Länge durch die zylindrischen Bohrungen 19 bzw. 20 begrenzt sind. Diese Bohrungen können in Strömungsrichtung konisch divergierend sein und/oder im Bereich der Flachseiten der Platten 11, 12 leicht verrundet oder angesenkt sein. Likewise, it is not absolutely necessary for the outlet openings 21, 22 to be delimited over their entire length by the cylindrical bores 19 and 20, respectively. These bores can be conically divergent in the flow direction and / or can be slightly rounded or countersunk in the area of the flat sides of the plates 11, 12.

15 Während die dargestellte Blasdüsenanordnung zwei nach entgegengesetzten Richtungen wegführende Ausblasöffnungen 21, 22 aufweist, kann dasselbe Konzept auch mit nur einer, nach einer Richtung wegführenden Ausblasöffnung realisiert werden. Diese zuletzt genannte Anordnungsvariante 2o eignet sich für Druckgasschalter mit einem festen und einem beweglichen Kontaktstück. 15 While the blow nozzle arrangement shown has two blow-out openings 21, 22 leading away in opposite directions, the same concept can also be realized with only one blow-out opening leading away in one direction. This latter arrangement variant 2o is suitable for pressure gas switches with a fixed and a movable contact piece.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

651 420

1. Blower nozzle arrangement for a pressure gas switch, with an annular inlet channel (14) connected to an extinguishing gas pressure source (17), from the inner diameter of which a radially inwardly leading annular gap (15) with radially arranged guide vanes (18) extends inner end into a central, axially extending blow-out opening (21, 22), which is intended to be penetrated by a switching arc (31), characterized in that the smallest flow cross-section for the extinguishing gas flow emanating from the inlet channel (14) in a from inner end of the annular gap (15) axially offset region of the blow-out opening (21, 22) is provided.

2. Blower nozzle arrangement according to claim 1, characterized in that the smallest flow cross-section is formed by an essentially cylindrical section (19, 20) of the blow-out opening (21, 22).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Blower nozzle arrangement according to claim 2, characterized in that the inner end of the annular gap (15) merging into the cylindrical section of the blow-out opening (21, 22) has a rounded, edgeless profile (25, 26).

4. Blower nozzle arrangement according to claim 1, characterized in that the smallest flow cross-section corresponds at most to 0.8 times the value of the smallest flow cross-section present in the area of the annular gap (15).