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Schutzrohr für einen Isolierkörper eines
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elektrostatischen Abschaiders
Beschreibung: Die Erfindung
bezieht sich auf ein Schutzrohr für einen Isolierkörper eines elektrostatischen
Abscheiders. Derartige Schutzrohre schützen an Hochspannung liegende Hänge-Isolatoren
in elektrostatischen Abscheidern sowohl gegen einen Staubniederschlag wie auch gegen
eine Dampfkondensation.
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In elektrostatischen Abscheidern wird das Hochspannungs-Entlade-Elektrodensystem
von mehreren Stangen getragen, die am Dach der Abscheiderkammer aufgehängt sind.
Weil die Abscheiderkammer geerdet ist, müssen die Stützen für das Abscheide-Elektrodensystem
von der Abscheidekammer isoliert werden. Der Isolator ist im allgemeinen zylinderförmig
und besteht aus elektrisch nicht leitendem Material, üblicherweise Porzellan oder
Keramik. Er trennt die Stütze für die Elektrode des Hochspannungs-Entladesystems
von dem geerdeten Gehäuse der Abscheidekammer.
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Im Betrieb eines solchen elektrostatischen Abscheiders schlagen sich
Feuchtigkeit, Säure, Alkali und andere elektrisch leitende Verunreinigungen aus
den gereinigten Gasen allein oder auch zusammen mit Staubteilchen an der Innenwand
des Isolierkörpers ab. Dadurch wird aber der Wirkungsgrad des Abscheiders verschlechtert.
In erster Linie finden Überschläge oder Funkenbrücken zwischen der Hochspannungs-Stützstange
und der Verunreinigung des Isolierkörpers statt, wodurch die am Abscheider anstehende
Leistung verringert wird. Zusätzlich können Wörmeschocks von den Lichtbogen-Überschlägen
den Isolierkörper beschädigen, insbesondere Isolierkörper aus Porzellan.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es üblich, den Hochspannungs-Isolierkörper
vom Inneren des Abscheidersnmit Hilfe eines Schutzrohres zu schützen. Es hat sich
jedoch herausgestellt, dass die Verwendung eines Schutzrohres allein nicht
vollständig
verhindert, dass verunreinigte Gase den Hochspannungs-Isolierkörper berühren. Es
ist daher üblich, einen Strom reiner und üblicherweise heisser Luft in das Innere
des Isolierkörpers von einer äusseren Quelle einzuführen, um den 7utritt unerwünschter
Verunreinigungen zum Inneren des Isolierkörpers zu verhindern. Die US-Patentschriften
3,531,918, 3,714,762 und 3,033,918 sind Beispiele für diesen Stand der Technik.
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Diese Kombination eines Schutzrohres mit Reinigungsgas arbeitet aber
immer noch nicht vollständig zufriedenstellend.
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Es wurde gefunden, dass das an der Unterseite des Schutzrohres austretende
Reinigungsgas Turbulenzen mit dem verunreinigten Gas im Inneren des Abscheiders
hervorruft, wodurch das Aufsteigen des unerwünschten, verunreinigten Gases aus dem
Inneren des Abscheiders die Wände des Schutzrohres nach oben zum Inneren des Isolierkörpers
hin verstärkt wird. Dadurch werden aber Lichtbogen und Wärmeschock weiter verstärkt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes derartiges
Schutzrohr vorzuschlagen, dessen Verwendung eine vollständige Reinigung des Inneren
des Hochspannungs-Isolierkörpers sicherstellt und das den Isolierkörper von den
Verunreinigungen im Inneren des Abscheiders trennt, indem der Rückstrom des verunreinigten
Gases in Kontakt mit dem Isolierkörper verhindert wird.
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Die Erfindung geht somit aus von einem Schutzrohr für einen Isolierkörper
eines elektrostatischen Abscheiders. Das neuartige Schutzrohr isoliert nicht nur
den Isolierkörper vom Inneren des Abscheiders, sondern verhindert auch die Ausbildung
einer turbulenten Strömungsbedingung beim Reinigen, wodurch sonst der Rückstrom
des verunreinigten Gases in Kontakt mit der Stütze des Isolierkörpers bewirkt würde.
Das neuartige Schutzrohr ermöglicht es daher, dass der Isolierkörper gereinigt
wird
und verhindert, dass unerwünschtes, verunreinigtes Gas in das Innere des Isolierkörpers
einströmt. Abscheider mit dem neuartigen Schutzrohr mit Isolierkörper können mit
Hochspannung betrieben werden, ohne das Spannungsüberschläge oder Wärmeschocks auftreten.
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Die Lösung der Erfindungsaufgabe erfolgt durch eine entsprechende
Formgebung des Schutzrohres. Das neuartige Schutzrohr ist erfindungsgemäss konvex
geformt, und zwar bezüglich der Haltestange, die durch die Mitte des Schutzrohres
hindurchgeht.
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Es wird bevorzugt, wenn das Schutzrohr als rechteckige Hyperbel beschrieben
werden kann, die der Gleichung x2 - y2 = z2 genügt, wobei x der grösste Radius des
Schutzrohres ist, z der kleinste Radius des Schutzrohres und y dessen halbe Länge.
x ist vorzugsweise gleich dem Radius des zylinderförmigen Isolierkörpers.
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Es wurde gefunden, dass ein derartiges Schutzrohr den Isolierkörper
vom Inneren des Abscheiders isoliert und weiterhin für gute Strömungsbedingungen
des Reinigungsgases in das Innere des Abscheiders sorgt, ohne dass das verunreinigte
Gas in die Schutzrohre und in Kontakt mit dem Isolierkörper zurückströmt.
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Die Abmessung der Grösse z ist ebenfalls wichtig und kann durch Versuche
festgestellt werden. Es wurde gefunden, dass eine elektromotorische Kraft von 75.000
Volt an die Haltestange in der Mitte der Anordnung angelegt werden kann, ohne dass
an der Innenfläche des Schutzrohres Spannungsüberschläge stattfinden, sofern ein
Mindestabstand von 7,6 cm (= 3 Zoll) zwischen den Zylinderflächen der Stange und
des Schutzrohres eingehalten wird. Diese Betriebsbedingungen blieb stabil, auch
wenn zusätzlich Wasserdampf auf den Boden des Schutzrohres aufgesprüht wurde. Um
Montagetoleranzen ebenfalls zu testen, wurde ein Abstand von 1/8 Zoll zu dem anfänglichen
Spalt von 3 Zoll hinzugefügt, so dass eine gesamte Exzentrizität von 1j4 Zoll zwischen
den axialen Mittelpunkten der Stützstange und des Schutzrohres bestand, ohne dass
dadurch die gewünschte Stabilität
des Betriebes nachteilig beeinflusst
wurde. Es wird daher bevorzugt, wenn der kleinste Radius z wenigstens gleich 3 Zoll
ist. Die besten Werte für diesen kleinsten Radius z bei verschiedenen Abscheidern
können ähnlich wie vorstehend erläutert ermittelt werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt: Fig.
1 einen Schnitt durch eine Hochspannungs-Stützkammer einer Entlade-Elektrode, in
der sich ein rohrförmiger Isolierkörper befindet; Fig. 2 einen Schnitt längs der
Linie A-A von Fig. 1; Fig. 3 perspektivisch eine bevorzugte Ausführungsform des
neuartigen Schutzrohres.
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In den Figuren 1 und 2 ist ein Hochspannungs-Isolierkörper 2 gezeigt,
der im wesentlichen als zylinderförmiges Rohr ausgebildet ist. Der Isolierkörper
hat eine Deckplatte 4, die mit wenigstens einer Drosselöffnung 6 ausgerüstet ist,
durch die ein Reinigungsgas in das Innere des Isolierkörpers 2 zuströmen kann. Der
Isolierkörper 2 wird von justierbaren Grundplatten 8 und 10 oder von anderen Stützen
getragen, die sich auf einer Deckplatte 12 einer Kammer 16 eines elektrostatischen
Abscheiders befinden. Tragarme 13 dienen zum Versteifen der Deckplatte und stützen
auch das Haltesystem für die Elektroden. Unterhalb des rohrförmigen Isolierkörpers
2 befindet sich ein Schutzrohr 14, welches im wesentlichen aus Metall besteht. Das
Schutzrohr 14 schützt den Isolierkörper 2 von verunreinigten Gasen, die sich in
der Abscheidekammer 16 befinden. Die Konstruktion des Schutzrohres 14 verhindert
es, dass verunreinigte Gase beim Reinigen einer Isolierkammer 18 im Inneren des
Isolierkörpers 2 mit einem von einer äusseren Quelle stammenden Gas einströmen.
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In der Abscheiderkammer 16 ist ein zeichnerisch nicht dargestelltes
Abscheide-Elektrodensystem herkömmlicher Art aufgehängt. Das Elektrodensystem ist
an einer Vielzahl von Stützstangen 20 aufgehängt, von denen in den Figuren nur eine
gezeigt ist. Jede Stange wird von der Platte 4 getragen und von einer Mutter 22
gehalten. Rings um jede Stange erstreckt sich eine Kammer 24 mit einer Abdeckung
26. Die Kammer 24 ist eine Stützkammer für die Hochspannungs-Entladeelektrode.
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Die Kammer 24 ist gasdicht und hat einen Gaseinlass 28, wodurch äusseres
Reinigungsgas in die Kammer 24 eindringen kann.
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Im Betrieb strömt das Reinigungsgas kontinuierlich von der Kammer
24 durch die Öffnungen 6 in die Isolierkammer 18.
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Das Reinigungsgas, welches üblicherweise erwärmt und getrocknet ist,
heizt den Isolierkörper 2 und badet fortwährend die Innenseite des Isolierkörpers,
so dass ein Niederschlag von Staub oder Dampf an der Innenfläche des Isolierkörpers
verhindert wird. Das Reinigungsgas strömt durch das Schutzrohr 14 in die Kammer
16 des Abscheiders. Wegen der neuartigen Formung des Schutzrohres 14 strömt das
verunreinigte Gas beim Reinigen nicht zurück durch das Schutzrohr 14 in die Isolierkammer
18 und in Kontakt mit dem Isolierkörper 2.
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Die Figuren 1 und 3 zeigen, dass das neuartige Schutzrohr bezüglich
der durch dessen Mitte hindurchgehenden Haltestange konvex ist. Es wurde gefunden,
dass ein solches, konvex geformtes Schutzrohr den Isolierkörper bezüglich der verunreinigten
Gase in der Abscheiderkammer schützt. Die konvexe Form des Schutzrohres verhindert
weiterhin, dass verunreinigte Gase beim Reinigen in die Isolierkammer zurückströmen.
Luft, die aus dem konvex geformten Schutzrohr ausströmt, bewirkt keine turbulenten
Strömungsbedingungen zusammen mit dem verunreinigten Gas, welches leitend ist, so
dass dieses in das Schutzrohr und die Isolierkammer nicht zurückströmen kann.
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Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Form des neuartigen Schutzrohres, wobei
dieses als rechteckiges Hyperboloid beschrieben werden
kann, welches
der Gleichung x2 - y2 = z2 genügt, wobei x der grösste Radius des Schutzrohres 14
ist, z dessen kleinster Radius und y die halbe Länge des Schutzrohres darstellt.
Der grösste Radius des Schutzrohres ist vorzugsweise gleich dem Radius des Isolierkörpers
2. Der kleinste Radius z ist vorzugsweise wenigstens gleich 7,6 cm (= 3 Zoll).
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Wichtig für die Erfindung ist es somit, dass ein neuartiges Schutzrohr
für einen Hochspannungs-Isolierkörper eines elektrostatischen Abscheiders vorgeschlagen
wird, wobei das Schutzrohr bezüglich einer Haltestange konvex ist, die durch dessen
Mittelpunkt geht. Die Oberfläche des Schutzrohres ist vorzugsweise als rechteckiges
Hyperboloid der Gleichung x2 - y2 = z2, wobei x der grösste Radius des Schutzrohres
ist, z dessen kleinster Radius und y dessen halbe Länge.
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Das erwähnte Hyperboloid ist in rechtwinkligen Koordinaten definiert