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Elektrischer Darnpfgleichrichter. In der deutschen Patentschrift
255547 ist ein Verfahren zur Regelung der Wirkungsweise eines Dampfgleichrichters
beschrieben, welches darin besteht, daß man die physikalischen Bedingungen des Dampfes
im Gleichrichtergefäß ändert. Bei Gleichrichtern großer Leistung, z.B. 75o KW, wird
nach der vorliegenden Erfindung die Anode und die Kathode oder die Anode oder die
Kathode gegeneinander verstellbar und einstellbar gemacht, um die Länge der Entladungsstrecke
während des Betriebes zu regeln. Bei der Einstellung der Kathode kann letztere gegen
eine Mehrzahl Anoden hin bewegt werden, und durch Zurückziehen der Kathode in ihre
frühere Lage oder in irgendeine gewünschte Stellung kann der Gleichrichter angelassen
und der Lichtbogen eingestellt werden.
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Anstatt die Kathode zu bewegen oder einzustellen, könnte man auch
die Bauart so wählen, daß die Hauptanode oder Hauptanoden gegen die stationäre Kathode
hin bewegt und eingestellt werden, und zwar in bezug auf den Deckel des Gleichrichterbehälters,
obschon für einen Mehrphasengleichrichter die Kathodeneinstellung vorzuziehen ist
und solche Kathodeneinstellung auch bei Einphasengleichrichtern einfache und wirkungsvolle
Anodenkühlung zuläßt.
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Die erforderliche Einstellung der Anoden oder Kathoden bedingt eine
besondere Bauart für dieselben.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dargestellt. Abb. i ist ein senkrechter Achsialschnitt durch einen
Gleichrichter für größere und größte Leistungen.
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Abb. 2 ist ein senkrechter Achsialschnitt durch die mechanischen Mittel
zum Heben und Senken der in Abb. i dargestellten Kathode.
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Abb. 3 ist ein ähnlicher Schnitt durch elektrische Mittel zum
Heben und Senken der Kathode.
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In Abb. i ist die Hauptkammer i o des Gleichrichters aus einem Quecksilber
widerstehenden, nicht magnetischen Metall gegossen, wie z. B. aus einer Nickeleisenlegierung.
Der Boden i i dieser Kammer hat einen ringförmigen, am Umfange befindlichen. aufrecht
stehenden Flansch 12, in welchen der untere Rand der äußeren Wandung 13 der Kammer
io hineinragt. Zwischen dem Flansch 12 und dem unteren Teil der Wand 13 befindet
sich Dichtungsmaterial 14, außerdem sind die Teile fest miteinander in irgendeiner
geeigneten Weise verbunden, und zwar im vorliegenden Fall durch Schrauben, die einen
Flansch 15 der Wand 13 mit dem oberen Randteil des Flansches 12 verbinden. Die untere
Kante der Wandung 13 ist mit einem korrespondier,enden Sitz für sie am Boden i i
bündig.
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Im unteren Teil der Hauptkammer io des Gleichrichters ist die Kathode
eingebaut. Diese hat die Form einer schalenförmigen Schüssel 16 zur Aufnahme
des Quecksilbers, weiche Schale annähernd den gleichen Durchmesser der Kammer io
hat. Diese Schale ist so angeordnet, daß sie in vertikaler Richtung einstellbar
ist,
um die Länge des Lichtbogens während des Betriebes zu regeln. Der dargestellte Gleichrichter
. ist als Dreiphasen-Quecksilber-Dampfgleichrichter ausgebildet und hat drei
Anoden, welche in Form von rohrförmigen Vorsprüngen 18 sich vom oberen Teil ig der
Kammer abwärts erstrecken.
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Für das Heben und Senken der Kathode können verschiedene Mittel benutzt
werden, und zwar sowohl mechanische als auch elektrische Mittel, die entweder automatisch
oder von Hand verstellt werden.
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In Abb. ?- (und auch in Abb. i) ist gezeigt, daß der Boden
i i der Hauptkammer i o einen rohrförnügen Ansatz ioa aufweist, welcher sich nach
unten erstreckt und in welchen ein mechanisches Mittel für die Verstellung der Kathode
eingebaut ist. Dieses Mittel ist gegen außen hin in an und für sich bekannter Weise
luftdicht abgeschlossen. Die Quecksilberschale ist unbeweglich an einem
Ge-
windebolzen 2o befestigt, welcher mit seinem unteren Ende in eine mit
Gewinde versehene üffnung eines Bockes 21 ragt. Dieser Bock 21 wird von einer Abschlußplatte
22 drehbar getragen, welch letztere in einer ringförmigen Aussparung 23 eines
wa,-erechten Flansches des Ansatzes ioa liegt. Diese Abschlußplatte ist auf einem
ortsfesten Abschlußstück 24 montiert, welches in den Ansatz joa eingeschraubt ist,
während die Platte22 von- dem Abschlußstück 24 durch eine ringförmige Reihe Tragkugeln
25 (die durch eine andere geeignete, geringe Reibung aufweisende Lagerung ersetzt
sein können) getrennt gehalten wird. Das AbschlUßStÜCk 24 hat eine zentrale öffnung,
durch welche eine Welle 26
ragt, welche an ihrem unteren Ende ein Handrad
27 für ihre Betätigung trägt. Um einen luftdichten, Abschluß zu -erzielen,
hat das--Abschlußstück 24- -eine abgeschrägte Kante 28, welche auf einem- entsprechenden
Sitz in der Wandung des Ansatzes ioa aufsitzt. Zwischen diesem Sitz -28-un-d dem
Gewinde 228 ist als Abdichtung eine mit Quecksilber gefüllte Kammer-'-29
vorhanden.- Die Welle 26 hat einen Kragelt Jo. welcher eine konische
Gestalt hat- und in eine. entsprechend geformte Aussparung des Abschlußstückes 2-1
ragt. Un ter diesem Kragen liegt eine Asbestscheibe 3 1 und ei ne
Eisenscheibe 32. Sowie eine Abschlußmutter 33. Um -diese Scheiben
herum befindet sich eine- mit Qu,--ksilber gefüllte Abdichtungskammer 34. D-,-,
Kammern 29 und 34 können in irgendeiner geeigneten Weise,- z.B. mittels Kanälen,
mit Quecksilber gefüllt und gefüllt gehalten werden. Das Abschlußstück -24 weist
zwei Aussparungen 36
auf, die für das Festdrehen des Abschlußstückes mittels
eines geeigneten Schlüssels dienen. Die Welle 26 ist somit in dem Abschlußstück
24 drehbar und ist fest mit der Abschlußplatte 22 und mit dem Handrad
27
verschraubt. Durch Drehen des letzteren wird auch die Abschlußplatte 22
und mit ihr der Bock 21 gedreht. Hierdurch ist es möglich, den GewindebOlZen 20
und mit ihm die Quecksilberschale 16 zu heben und zu senken, wenn diese gegen Drehung
während der Betätigung des HandradeS 27 gesichert ist. Zu diesem Zwecke befindet
sich eine Nase 37
an der Schale 16, welche Nase zwischen zwei Leisten
3 8, die mit den Wandungen der Hauptkammer io fest sind, liegt, wie der rechte
Teil der Abb. i zeigt.
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Die Quecksilberschale 16 ist zweckmäßig aus Quarz gebildet und ist
am Gewindebolzen 20 mittels zweier Muttern 39 und 4o befestigt. Um einen
K urzschluß zu vermeiden, ist der Behälter i o mit einer Auskleidung 41 aus Quarz,
Email o. dgl. versehen. Um das Zurückfließen von Quecksilber, welches. auf diese
Auskleidung kondensiert und längs ihr herunterfließt, in die Kathodenschale zu erleichtern,
hat die Wandung der letzteren eine Anzahl Durchtrittsöffnungen 42, die -gerade über
dem normalen Quecksilberniveau in der Schale sich befinden.
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Es ist klar, daß verschiedene andere Mittel benutzt werden können,
um die Kathode oder Quecksilberschale zu betätigen, z. B. könnte ein Elektromotor
direkt mit der Welle 26
oder unter Verwendung eines Übersetzungsgetriebes
verbunden sein.
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An Stelle des Handrades 27 können auch ein Hebel und irgendwelche
geeigneten Mittel für die Betätigung dieses Hebels benutzt werden. Man könnte auch
ein Solenoid benutzen und die Welle 2o direkt oder indirekt hiermit verbinden. In
Abb. 3 ist ein Solenoid gezeigt -, welches die direkte vertikale Hebung und
Senkung der Kathode bewirkt. Zu diesem Zwecke ist am Boden des Gleichrichterbehälters
io eine Metallröhre 43 fest angebracht. Diese Röhre hat -einen ringförmigen Flansch
44, -welcher zwischen der Wandung des Gefäßes und einer in diese Wandung eingeschraubten
Mutter 45 und einer Eisen- und Asbestunterlagsscheibe 46 festgeklemmt ist. Rund
um den Flansch 44 und die Unterlagsscheiben 46 befindet sich eine ringförmige Kammer
4-/, welche durch einen Kanal 48 mit Quecksilber gefüllt ist, um eine genügende
Abdichtung zu erzielen.
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Rund um die Metallröhre 43 liegt eine Solenoids Pule 49, welche
von einer Schraubenmutter 5o am unteren Ende der Röhre 43 getragen wird. Die Röhre
ist an ihrem unteren Ende geschlossen, so daß keine Luft oder Gas ausströmen. kann.
Das untere Ende
5 1 der Röhre 43 trägt in seinem Innern eine
zentral gelegene Spindel 5 2, welche zwischen sich und der Röhre Raum frei
läßt und in ihrem oberen Ende ein biegsames Kabel 53 trägt, welches mit der
Quecksilberschale bzw. Kathode verbunden ist. Rund um die Spindel 52 und
auf ihr gleitbar befindet sich eine Büchse 54, welche an ihrem unteren Ende verdickt
ist und als Solenoidkern dient. Das obere Ende dieser Büchse ist durch eine .Mutter
55 geführt und in irgendeiner nicht dargestellten Weise mit dem Boden der
Kathode bzw. Quecksilberschale fest verbunden. Rund um diesen Kein befindet sich
eine Schraubenfeder 56, welche den unteren Teil des Kernes ständig nach unten
drückt, entgegengesetzt zu der auf den Kern ausgeübten Zugwirkung, wenn die Spule49
erregt wird. Eine Anschlußklemme 57 für die Kathode befindet sich an der
Mutter 5o, so daß Strom von ihr durch das untere Ende S i der Röhre 43 durch
die Spindel 52 zum Kabel 53 fließen kann. Geeignete Klemmen sind mit
der Solenoidspule verbunden, und der Stromkreis, in welchem diese Spule liegt, kann
automatisch oder von Hand geregelt werden. Wird die Spule 49 erregt, so wird der
Kern 54 gehoben, und die Kathode wird in der Richtung zur Anode bewegt. Nach Schließen
des Hauptstromkreises kann der Solenoidstromkreis unterbrochen werden, und die Feder
allein oder das Gewicht der Kathode allein oder beide zusammen bringen die Kathode
in ihre Ausgangsstellung zurück.
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Es sei bemerkt, daß das ganze Gehäuse, welches das Solenoid umschließt,
luftdicht ausgebildet ist, so daß die Kathode nach Belieben gehoben und gesenkt
werden kann, ohne daß ein Einströmen von Luft in die Hauptkammer zu befürchten ist.
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Die Quecksilberschale 16 trägt einen Deckel 61 mit öffnungen in der
oberen Wandung 62
desselben, welche öffnungen genügend groß sind, um die herabhängenden
Elektroden 18 hindurchtreten zu lassen. Die Decke 62 dieses Deckels 61 trägt
zylindrische Ansätze 63, die rund um die Durchtrittsöffnungen für l# die
Anoden angeordnet sind und Anodenschinne bilden. Sie erstrecken sich je-
doch
nicht bis in das Quecksilber 17 der Schale 16.
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Die Hauptkammer io des Gleichrichters hat einen Kondensationsraum
64 in ihrem oberen Teil. Von diesem Raum 64 führt ein Dampfrohr 65, vorzugsweise
aus Quarz, hinab bis annähernd an die Decke 62 des Deckels 61, wenn dieser
sich in seiner normalen Lage befindet. Letzterer hat eine zentrale öffnung, deren
Durchmesser ein wenig größer ist als derjenige des Rohres, so daß letzteres durch
die öffnung hindurchtreten kann, wenn die Kathode und mit ihr der Deckel 61 gehoben
wird. Die Decke 62 trägt ebenfalls einen nach abwärts gerichteten ringförmigen
Ansatz 66, welcher zwischen seinem oberen Teil und dem Rohr 65 Raum
frei läßt, dessen unterer Teil jedoch bei der Aufwärtsbewegung der Kathode längs
dem Rohr schleift. Dies erlaubt dem Quecksilberdampf, welcher in dem Kondensationsraum
64 kondensiert, längs der Wandung des Rohres 65 in die Kathode zurückzufließen,
ohne gegen die Anoden abgelenkt zu werden, und bezweckt ebenfalls zu verhindern,
daß Quecksilberdampf aus 'der Nähe der Lichtbögen direkt durch den mittleren Teil
der öffnungen in den Kondensationsraum eintritt.
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Der stromleitende Teil 68 jeder Anode ist mit einem Rohr
76 verschraubt, welches durch die Wasserkammer der Anode 18 ragt und mit
der Hauptstromleitung verbunden ist.
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In Abb. i hat der Kondensationsraum 64 einen Wassermantel
78, der obere Teil der Hauptkammer io einen Wassermantel 79, wel-Cher
mit dem Innern der verschiedenen Anoden kommuniziert, und die unteren Teile der
Hauptkammer io sind mit einem Wassermantel 8o umgeben. Wird ein bestimmtes Wasserquantum
für die Kühlung wiederholt verwendet, anstatt das Wasser einer geeigneten Quelle
für Kühlwasser zu entnehmen, so werden in Verbindung mit diesen einzelnen Wassermänteln
ein oder mehrere Wasserkühler oder Kondensatoren 81, 82 verwendet. Es können
auch Heizspiralen 83 (in Abb. i im Wassermantel 79) vorgesehen sein.
Für den Umlauf des Kühlfluidums und zur Kontrolle dieses Umlaufes ist eine Wasserpumpe
84 mit den nötigen Leitungen versehen. Die Pumpe, zweckmäßigerweise eine Zentrifugalpumpe,
wird durch einen Elektromotor 85 angetrieben. Die Pumpe saugt Wasser durch
das Rohr 86 an, welches mit den Kondensatoren 81 und 82 durch separate
Verbindungen , in welchen Hähne 88 liegen, verbunden i
ist und
Wasser entweder aus dem einen oder andem Kondensator entnehmen kann. Die Pumpe 84
speist die Leitung 89, welche eine Abzweigung go nach dem Wassermantel
78
hat und in welcher ein Hahn 9 1 liegt. Vom Wasserinantel
78 kann das Wasser durch überläufe 92 durch eine Rohrleitung 93 in
die Wasserkühler fließen. Von der Rohrleitung 89 zweigt eine zweite Leitung
94 mit Hahn 95 ab, welche Wasser zu dem Wassermantel . 79 führt. Aus
'diesem kann das Wasser durch Leitungen 96 und 97 in die Kühler
zurückfließen. In der Leitung 89 befindet sich ein Hahn 99, an welchem
eine Leitung 98 angeschlossen ist, die Wasser zu dem unteren Teil des Wassermantels
8o an mehreren Punkten führt. überläufe dieses
Wasserinantels stehen
mit der Leitung 79 in Verbindung, so daß das Wasser zu den Kühlbehältem 81
und 82 fließen kann, steht aber auch durch die Leitung 103, in welcher die
Hähne 103a und 103 b liegen, mit der Zweigleitung go in Verbindung, so daß
der Hauptkühlmantel mit dem Kühlmantel 78 des Dampfkondensators 64 hintereinandergeschaltei
werden kann. Um den Umlauf des Wassers durch die Leitung 89 selbsttätig zu
kontrollieren, liegt in dieser ein Ventil ioo, welches mit einem Hebel mit dem Kern
des Solenoids 102 verbunden ist. Dieses Solenoid liegt zweckmäßigerweise in dem
Gleichrichterstromkreis oder in einer Abzweigung hiervon oder in einem unabhängigen
Stromkreis, wobei Schwankungen in dem Strom das Ventil ioo öffnen und schließen.
Zum Beispiel wird Abnahme des Wirkungsgrades des Apparates oder eine Zunahme der
Wattverluste den Strom des Solenoids 102 verändern, so daß das Ventil ioo betätigt
wird, wodurch die Temperatur des Gleichrichters geändert wird und der Wirkungsgrad
wieder zunimmt. Man könnte das Ventil ioo auch von Hand betätigen unter Beobachtung
der Ablesungen an verschiedenen Anzeigeinstrumenten, welche in den verschiedenen
Stromleitungen liegen.
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Der Elektromotor 85 dient zum Betätigen einer Luftpumpe io6,
um Luft oder Gas aus dem Gleichrichter auszupumpen und dadurch d.en Druck in letzterem
herabzusetzen. Auch ist ein Luftbehälter 107 aufgesetzt, welcher das gewünschte
gasförnüge Medium unter Druck enthält. Ein Dreiwegehahn iog ist vorgesehen, durch
welchen entweder die Vakuum-oder Saugpumpe io6 oder der Lufthehälter 107
mittels Leitung i i o mit dem Innern des Gleichrichters verbunden werden können.
Dieser Hahn ist von Hand mittels Hebel iog betätigbar und ist durch eine Verbindungsleitung
iii mit der Luftpumpe und durch eine Verbindung 112 mit dem Luftbehälter verbunden.
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Die Einstellung der Kathode ist nicht allein bei Dreiphasengleichrichtern,
wie beschrieben und dargestellt, sondern auch bei einem Einphasengleichrichter verwendbar.
Es ist eine einzige Kathode für den Gebrauch in Verbindung mit einer Mehrzahl Anoden
gezeigt worden, aber es können auch drei getrennte Kathoden für drei getrennte Anoden
angeordnet sein oder gar für jede Anode eine Kathode, unbekümmert um die Anzahl
der Anoden.
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Der Dreiphasengleichrichter gemäß Erfindung wird angelassen, indem
die Kathode gegen die Anoden hin bewegt wird oder geg(:n eine Hilfselektrode zu
und daraufhin die Kathode zurückgezogen wird.