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Stromrichter, bei welchem der Strom durch periodisch veränderte Strahlen
leitender Flüssigkeit übertragen wird Zusatz zum Patent 681394 Gegenstand des Hauptpatents
ist ein Stromrichter, bei welchem der Strom. durch periodisch veränderte Strahlen
leitender Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, übertragen wird. Dieser Stromrichter ist
dadurch gekennzeichnet, daß zur Löschung ,der am Schluß der Stromübertragungszeit
jeder Phase auftretenden Lichtbögen Löscheinrichtungen mit unter erhöhtem Druck
durch Führungseinrichtungen strömendem. Löschmittel nach Art ,der im Hochleistungsschalberbau
verwendeten vorgesehen sind. Bei solchen Stromrichtern müssen besondere Vorkehrungen
getroffen werden, um den leibenden Flüssigkeitsstrahl nach dem Auftreffen auf die
im folgenden mit Fangelektrode bezeichnete Gegenelektrode in geeigneter Weise zu
führen, so daß -die @erforderlichen Isolierabstände gewahrt bleiben und daß möglichst
die gesamte Flüssigkeitsmenge in ein Sammelgefäß zurückgeführt wird, ohne ,daß unterwegs
Teilchen abirren. Gleichzeitig muß für eine gute Kontaktgabe des Flüssigkeitsstrahles
mit der Fangelektrode gesorgt werden. Zu diesem Zweck ist nach der Erfindung die
Fangelektrode, auf welche der leitende Flüssigkeitsstrahl den Strom überträgt, mit
einer zu dem leibenden Flüssigkeitsstrahl koaxialen Durchtrittsöffnung versehen.
Infolgedessen kann der Flüssigkeitsstrahl seine ursprüngliche Richtung beibehalten
und nach Durchtritt durch ;die Fangelektrode eine längere Strecke frei durchfliegen.
Die Flugstrecke dient als Isolierstrecke. Gleichzeitig ist durch eine solche Ausbildung
der Fangelektrode dafür gesorgt, daß in dieser keine allzu großen Wärmeverluste
auftreten, da sich der leitende Querschnitt der hohlen Elektrode in Abhängigkeit
von dem Abstand von der Berührungsfläche nach außen stark vergrößert, im Gegensatz
zu einer Vollelektrode, welche von der auftretenden Flüssigkeit umspült wird und
bei der ,der stromleitende Querschnitt mit der Entfernung von der Berührungsstelle
nach innen abnimmt.
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Hat der Strahl einen kreisförmigen Querschnitt, so empfiehlt es sich,
der Durchtrittsöffnung einen anderen Querschnitt zu geben,
also
z. B. einen vieleckigen. Da nämlich die Strahlgeschwindigkeit durch die Kontaktreibung
innerhalb :der Durchtrittsöffnung ietway herabgesetzt wird, wodurch der Strahlq,
IUX schnitt .anwächst, muß eine Ausweichmögl keit vorhanden sein. Gleichzeitig muß
a dafür gesorgt werden, daß dadurch der gute Kontakt zwischen den leitenden Flüssigkeitsstrahlen
und der Fangelektrode nicht beeinträchtigt wird. Bildet man nun bei rundem. Strahlquerschnitt
die Durchtrittsöffnung vieleckig aus, so berührt der Strahl die Wandung der Durchtrittsöffnung
an den flachen Seiten des Vielecks, kann aber bei Vergrößerung seines Querschnitts
in die zwischen den Seiten liegenden Winkel eintreten. Ein Rückstau des Strahles
wird also dadurch mit Sicherheit vermieden. Zum gleichen Zweck kann die Durchtrittsöffnung
so ausgebildet sein, daß sich ihr lichter Querschnitt in Richtung der Strahlbewegung
erweitert. Zur weiteren Verbesserung der Kontaktgabe können Längsrippen innerhalb
der Durchtrittsöffnung vorgesehen sein, welche in den lichten Querschnitt hineinragen.
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Nach der weiteren Ausbildung der Erfindung ist in der Achse der Durchtrittsöffnung
ein Leitkörper mit dem ankommenden Strahl zugekehrter Spitze oder Schneide angeordnet,
der vorzugsweise aus Isolierstoff besteht. Die Durchtrittsöffnung ist an der Stelle,
wo der Leitkörper eingebaut ist, erweitert und verengt sich in Strahlrichtung derart,
daß die leitende Flüssigkeit wieder zu einem Strahl mit vollem Querschnitt zusammengeführt
wird.
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Durch den Leitkörper wird die kontaktgebende Oberfläche, auf der die
leitende Flüssigkeit mit der Gegenelektrode in Berührung kommt, stark vergrößert.
Der Kontaktdruck wird durch die infolge der Ablenkung auftretende Zentrifugalwirkung
erhöht.
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Reicht die Vergrößerung der Kontaktoberfläche nicht aus, um eine übermäßige
Erhitzung der Fangelektrode zu verhindern, so kann die Fangelektrode vorteilhaft
mit einer Flüssigkeit besonders gekühlt sein. Eine Kühlung des Flüssigkeitsstrahles
ist dagegen nicht notwendig, weil dieser im Gegensatz zu der Elektrode den Strom
nur eine ganz kurze Zeitlang führt. Zur Vermeidung eines Stromschlußfunkens ist
es bei Mehrphasenstromrichtern von Vorteil, daß der Stramschluß im. Augenblick der
Spannungsgleichheit zwischen der abgebenden und der übernehmenden Phase stattfindet.
Andererseits ist es vorteilhaft, auch den Beginn des Lichtbogens auf den Zeitpunkt
der Spannungsgleichheit zu verlegen, weil dann. auch bei kleinen Strömen bzw. völliger
Entlastung keine Nachregelung der Kontaktdauer zu erfolgen braucht. Soll!dann: der
Lichtbogen noch vor dem Verschwinden des letzten Teiles des stromübertragenden Strahles
in der Gegenelektrode zum Ver-4öschen kommen, so muß der stromübertra-'de Strahl
eine solche Geschwindigkeit haben, daß seine einzelnen Teile, z. B. auch der letzte
Teil, während der 1Jberla.ppungsdauer gerade den Weg zwischen den beiden Elektroden
zurücklegen. Ist es jedoch mit Rücksicht auf die Betriebsverhältnisse möglich, die
Länge des stromübertragenden Flüssigkeitsstrahles nachzuregeln, so kann man die
Strahlgeschwindigkeit noch höher nehmen, was den Vorteil hat, daß der einzelne Quecksilberstrahl
sich noch weniger erwärmt und noch weniger vom Löschmittelstrom abgelenkt wird.
Man erhält also als Vorschrift für die zweckmäßige Geschwindigkeit des Strahles
leitender Flüssigkeit, daß seine Geschwindigkeit etwa gleich groß oder größer sein
soll als
worin a der Abstand zwischen den beiden Elektroden, f die Frequenz des gleichzurichtenden
oder zu erzeugenden Wechselstromes und u der Überlappungswinkel bei Nennstrom ist.
Bei einer solchen Geschwindigkeit hat der leitende Flüssigkeitsstrahl auch nach
dem Durchtritt durch die Fangelektrode noch genug lebendige bi Kraft, um eine größere
Strecke frei zu durchfliegen.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungs-Beispiele der Erfindung dargestellt.
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Fig. i zeigt eine Anordnung mit waagerechter Strahlführung. In den
Fig.2 und 3 sind einzelne Teile dieser Anordnung besonders dargestellt. Bei der
Anordnung nach Fig. q. ist der Strahl senkrecht von unten nach oben gerichtet.
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In Fig. i ist i i der Sendekopf, d. h. der Teil, von welchem der strorcnübertragende
Strahl leitender Flüssigkeit ausgeht, mit den um die Austrittsstelle herum angeordneten
Einrichtungen. 12 ist der dem Sendekopf gegenüberstehende Fangkopf, von welchem
die stromübertragende Flüssigkeit aufgenommen wird. Die beiden Elektroden sind von
einem geraden Isolierrohr 13 koaxial umgeben. In dem Rohr 13 befindet sich unter
erhöhtem Druck das beispielsweise gasförmige Löschmittel, welches durch Düsen, die
an den Elektroden i i und 12 koaxial zum Flüssigkeitsstrahl angeordnet sind, hindurchströmt.
An dem äußeren Abschlußflansch 29 dieses Rohres befindet sich die Stromzuführung.
An das Rohr 13 ist ein zweites gerades Rohr 39 angeschlossen, das gegen das Rohr
13 etwas geneigt ist. Zwischen den beiden Rohren ist ein keilförmiger Verbindungsflansch
42 angeordnet. An diesem ist der Fangkopf 12 über ein Rohr q.3 befestigt. Er trägt
auch die zweite Anschlußleitung 58. Am
Ende des Rohres 39 ist ein
Leitapparat 44 angebracht, in dem der Flüssigkeitsstrahl in die Abflußrichtung umgelenkt
wird. Sie gelangt dann über sein Zwischenstück 45 und einen. Kühler 46 in ein Sammelgefäß
47, in dessen oberen Raum das Abflußrohr 48 tangential @einmündet, so daß die leitende
Flüssigkeit durch Zentrifugalwirkung von dem mit ihr auf gleichem Wege strömenden,
beispielsweise gasförmigen Löschmittel getrennt wird. Die Löschmittelmenge, welche
durch den Strahlsendekopf I i hindurch ausströmt, gelangt durch das an diesen
angeschlossene Rohr 28, den Abzweig 32 und den Kühler 49 ebenfalls in den Sammelbehälter
47, mit ihm die leitende Flüssigkeit, welche um den stramübertragenden Strahl: herum,
etwa zum Schutz der festen Elektrodenteile gegen Abbrand, am Sendekopf i i austritt:
Von dem Sammelbehälter 47 aus wird das Löschmittel über die Leitung 5o, die Pumpe
51 und die Leitung 52 in das Gehäuse 13 zurückgeführt. Die leitende Flüssigkeit
durchläuft das Saugrohr 53, die Pumpe 54, das Rohr 55 und einen Win:dkessel 56,
von dem es über das Rohr 14 in ,das Zuführungsrohr 15 gelangt, das innerhalb des
Rohres 28 zur Austrittsstelle des Strahles führt. 22 ist seine das Zuführungsrohr
durchsetzende Antriebswelle für die Einrichtung zum Steuern des Flüssigkeitsaustritts
und 57 der Antriebsmotor dafür.
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In Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel des Strahlfangkopfes nach der
Erfindung besonders ,dargestellt. 6o ist die Fangelektrode, 61 ist die darin befindliche,
zum Flüssigkeitsstrahl koaxiale Durchtrittsöffnung.
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Die Fangelektrode 6a ist abgeschirmt durch einen Abschirmkörper 62,
innerhalb dessen sie z. B. mittels Rippen befestigt ist. In der Vorderwand des Schirmkörpers
62 befindet sich eine düsenförmige öffnung 63, durch welche gleichzeitig der leitende
Flüssigkeitsstrahl und das Löschmittel hindurchtreten. Letzteres strömt durch die
öffnungen zwischen den Rippen des Schirmkörpers in das Rohr 64, von welchem der
Schirmkörper 62 getragen wird und das in den Verbindungsflansch 42 eingesetzt ist.
Der Schirmkörper 62 und die Fangelektrode 6o sind mit Kanälen versehen, welche von
einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Die Flüssigkeit wird beispielsweise durch
einen Kanal 65 in dem Zwischenflansch 42 und von @da durch ein Rohr 66 dem Abschiimikörper
62 zugeführt, gelangt von hier durch einen Radialkanal67, der in der Zeichnung gestrichelt
angedeutet ist, in das Innere der Elektrode 6o. Von dort aus wird per durch einen
zweiten, in der Zeichnung nicht dargestellten Radialkanal, der vorteilhaft gegen
den ersten um 18o° versetzt angeordnet ist, wieder zum Abschirmkörper 62 und von
da durch ein zweites, ebenfalls nicht dargestelltes Rohr ähnlich dem Rohr 66 über
den Zwischenflansch 42 nach außen abgeführt. An das Rohr 64 ist noch ein Abflüßrohr
68 für solche Teilchen leitender Flüssigkeit vorgesehen, die sich innerhalb des
Rohres 64 etwa an den Wänden niederschlagen. Das Abflußrohr 68 mündet in das Rohr
39.
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In Fig.3 ist eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Fangelektrode
6o dargestellt. Hier ist in der Achse der Durchtrittsöffnung .ein Leitkörper 69
angeordnet, der eine dem ankommenden Strahl zugekehrte Spitze oder Schneide hat
und vorzugsweise aus möglichst hartem Isoliermaterial, z. B. Sinterkorund, Achat
@o. dgl., besteht, damit die Abnutzung gering ist. Die Durchtrittsöffnung ist an
der betreffenden Stelle entsprechend erweitert. Der Leitkörper ist mittels nach
Strömungslinien geformter Rippen 7o an der Elektrode 6o befestigt. Mit Hilfe des
Leitkörpers wird erreicht, daß ,der Strahl nach außen umgelenkt und kräftig gegen
die Wandungen, der Elektrode 6o geschleudert wird, die wegen der Querschnittserweiterungeine
vergrößerte Kontaktoberfläche aufweist. Die Kontaktgabe wird also durch diese Anordnung
wesentlich verbessert. Zur Weiterführung des Strahles in geschlossener Form ist
die Durchtrittsöffnung in Strahlrichtung wieder derart verengt, daß der austretende
Strahl einen vollen Querschnitt erhält. Auch diese Elektrode ist mit Kühlkanälen
versehen.
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Bei der Ausführungsform des Stromrichters nach Fig.4 ist der Strahl
der üb:erstromtragenden Flüssigkeit senkrecht gerichtet. Er wird von unten nach
oben geschleudert; die Teile, die den in Fig. i enthaltenen entsprechen, sind mit
den gleichen Bezugszeichen versehen. Statt zweier Rohre 13 und 39 ist hier ein einziges
gerades Rohr 71 vorhanden, das die Elektroden umgibt und dessen oberen Teil der
leitende Flüssigkeitsstrahl frei durchfliegt. Zwischen den beiden Rohrhälften ist
ein metallischer Einsatz 72 eingefügt, der dem Flansch 42 nach Fig. i entspricht.
Das von diesem Einsatz 72 getragene Rohr 43 ist nach oben ein Stück verlängert,
so daß etwa an den Rohrwandungen kondensierte herabfließende leitende Flüssigkeit
nicht in das Rohr 43 zurückfließen kann, sondern sich oberhalb des Einsatzes 72
in einem Flüssigkeitssumpf sammelt. Es kann von hier aus durch ein Rohr 73 .abgeführt
werden, das vorn mit einer feinen Düse 74 versehen ist, aus der die leitende Flüssigkeit
nur tropfenweise austreten kann. Die Tropfen durchfallen eine längere Isolierstrecke,
die von einem Isolierrohr 75 umgeben ist, ehe sie in das Rohr 76 gelangen, das die
leitende Flüssigkeit zum Sammelbehälter 47 führt. _
Um nach Möglichkeit
zu verhindern, daß sich an den auf Überschlag beanspruchten Gehäuseteilen leitende
Flüssigkeit in Tropfen niederschlägt, kann man nach Fig.4 in den auf Überschlag
beanspruchten Teilen des Gehäuses Leitflächen 76 von geringer Längenausdehnung in
kurzen Abständen voneinander und von der Gehäusewandung anordnen, welche die Wandung
vor dem Zutritt der Löschmittelströmung schützen.
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Zum gleichen Zweck können diese Teile auch heizbar gemacht werden.
Das kann in der Weise geschehen, daß diese Gehäuseteile aus keramischem Werkstoff
hergestellt werden. Es ist dann vorteilhaft, sie von der Beanspruchung durch den
in ihrem Innern herrschenden Druck zu entlasten, indem man sie in ein zweites Rohr
aus druckfestem Isolierstoff einschließt und die Zwischenräume zwischen dem Gehäuse
und dem. äußeren druckfesten Isolierrohr unter einen Druck von nahezu der gleichen
Höhe setzt, wie er im Gehäuse herrscht.
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Zur Verringerung der überschlagsgefahr können ferner in den auf Überschlag
beanspruchten Gehäuseteilen mechanische Wischvorrichtungen angeordnet sein.