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Elektrodenandidnung mit Strömungselektrode für Hochspannungs-Elektroden-Dampfkessel
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung mit Strömungselektrode für
Hochspannungs-Elektroden-Dampfkessel, bestehend aus einer Mehrzahl von auf einem
sich unten verengenden Kegelstumpfmantel in Form eines Käfigs angeordneten Elektrodenstäben.
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Die ältesten Elektrodendampfkessel verwenden auch bei hochgespanntem
Wechsel-oder Mehrphasenstrom einfache zylinderförmige Elektroden mit kugel- oder
kegelförmiger Spitze. Man stellt hierbei eine sehr ungleichmäßige Potentialverteilung
fest. Besonders an der untenliegenden Spitze der Elektrode treten hohe Spannungsbeanspruchungen
auf, die ein Feuern der Elektroden bewirken, das sich durch starke Schwankungen
in der Stroinaufnahme und Bildung großer Knallgasmengen äußert. Diese ungleichePotentialverteilung
wurde bei neueren Konstruktionen durch Einbau von Isolierverdrängungskörpern, die
planetartig um die Elektroden angeordnet sind, verbessert. Da jedoch die Lebensdauer
der keramischen Verdrängungskörper beschränkt ist und daher beträchtliche Unterhaltungskosten
entstehen, wurde immer wieder versucht, die Verdrängungskörper durch andere Maßnahmen,
wie zwangsweise Wasserumwälzung, Formgebung der Strombahnen im Wasser durch keramische
Rohre usw., zu ersetzen. Zusätzliche Einrichtungen wie Umwälzpumpe, keramische Rohre
usw. sind die bekanntesten Hilfsmittel. Besonders bei Verwendung von Umwälzpumpen
treten im Betrieb große Schwierigkeiten durch Verstopfung der Pumpe (Zentrifugalkesselsteinausscheider)
und Verschleiß des Laufrades auf. Der Verwendung von keramischen Rohren steht die
Bruchgefahr gegenüber. Bei Bruch eines keramischen Rohres tritt meist ein Kurzschluß
auf.
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Diese Nachteile werden nun bei einer Elektrodenanordnung mit Strömungselektrode
für Hochspannungs-Elektroden-Dampfkessel, bestehend aus einer Mehrzahl von auf einem
sich nach unten verengenden Kegelstumpfmantel in Form eines Käfigs angeordneten
Elektrodenstäben, dadurch beseitigt, daß gemäß der
Erfindung die
Elektrodenstäbe einen ströinungstechnisch günstigen tropfenforrnähnlichen Ouerschnitt
mit nach dein Elektrodeninneren gerichteter Spitze aufweisen und daß diese Stäbe
an ihrem unteren Teil schwächer und an ihrem oberen Teil stärker ausgeführt sind,
während der burchströmungsquerschnitt für das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch nach oben
größer wird. Hierdurch wird das in der Nähe der Elektroden sich bildende Wasser-Dampf-Gemisch
rasch in das Innere der Elektroden abgeleitet, so daß die StroM-bahn der Elektrode
nicht gestört wird. Außerdem fördert diese Anordnung die Wasserströmung, so daß
günstige Wassergeschwindigkeiten auch an der Außenseite der Elektrode erreicht werden
und daß selbst bei hohem spezifischen Spannungsabfall an der Elektrode (Volt/cm)
das Feuern und der damit verbundene starke Elektrodenverschleiß verhindert wird.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung dargestellt.
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Die Strömungselektrode nach Bild i, von der je nach der Phasenzahl
des Stromes bei Wechselstrom eine oder zwei, bei Drehstrom drei im Kesselkörper
auf den druckdichten Durchführungen hängend, eingebaut -sind, besteht aus der Stromzuführung
a, meist aus Kupfer, -welche die Elektrode mit den druckdichten Durchführungen verbindet,
die im oberen Kesselboden angeordnet sind; ferner dem Elektrodenstern
b, auf dem eine größere Anzahl Elektrostäbe mit strömungsgünstigern Querschnitt
durch Schrauben e befestigt und im Elektrodenboden f durch Zapfen d gehalten
werden. Der Elektrodenboden f ist durch eine Verbindungsstange
g mit dem Elektrodenstern verbunden. Alle Elektrodenteile sind aus einer
Eisenlegierung, die sich für Elektrodenzwecke besonders gut eignet, hergestellt
und gut leitend untereinander verbunden.
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Bei der Ausführung der Elektroden wurde Rücksicht darauf genommen,
daß trotz der -,7ielen Einzelteile alle Schraubverbindun-en im oberen Teil der Elektrode,
also im Dampfraum des Kessels, angeordnet sind, so daß eine leichte Zerlegung zwecks
Reinigung auch nach längeren Betriebszeiten möglich ist. Die Elektrodenstäbe c sind,
wie Schnitt A-B und C-D in Bild i zeigen, so geformt, daß die kiifigförmig angeordneten
Stäbe unten einen geringeren Abstand lt voneinander aufweisen als im oberen Teil
i. Auch ist die Stabstärke im unteren Teil geringer als oben.
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Die vorbeschriebene Strömungselektrode für höhere Spannungen in Verbindung
mit isoliert gelagerten Potentialverteilungsgittern zeigt Bild:2. Hierbei bedeutet
a die Elektrode, b die Stromzuführungsstange, an der die Elektrode aufgehängt
wird, c sind Isolatoren, welche die inneren Gitter d und die äußeren Gitter
e, die um die Elektrode angeordnet sind, isoliert lagern. f sind die Trageisen
für die isolierte Befestigung der Elektrodengitter. b
Die Regulierung der
Leistungsaufnahme erfolgt durch Veränderung der Wasserstandshöhe im Kessel; der
höchste Wasserstand ist mit h, der niedrigste mit g bezeichnet.
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Um die Elektrode sind ein oder mehrere isoliert gelagerte Potentialverteilung
gitter Z, Pen angeordnet, deren Gitterstäbe im gleichen Abständ von der Elektrode
liegen, -wobei der Abstand der Gitter voneinander je nach der Potentialverteilung
verschieden ausigeführt wird. Die Potentialverteilungsgitter werden ZD über den
Keigelmantel der Elektrode hinaus verlängert, so daß sie den kegelstumpfförmigen
Elektrodenboden teilweise umgreifen. Durch diese Maßnahme wird eine gleichmäßige
Potentialverteilung insbesondere in dem unteren Teil der Elektrode erreicht. Die
Potentialverteilungsgitter erhalten somit im senkrechten Teil aus der konzentrischen
Elektrodenanordnung eine Mittelspannung, die durch die leitende Verbindung im Gitter
nach dem Elektrodenboden geführt wird. Die Gitter d, e stellen
sich daher auf ein mittleres Potential ein und bewirken dadurch eine Verminderung
der höchsten spezifischen Spannungsbeanspruchung im Elektrodenboden. Ferner können
die Elektrodengitterd, e mit Transformatoren in Sparschaltung verbunden werden,
so daß die Potentialverteilung durch die Transformatorenteilspannungen aufrechterhalten
wird. Die Teilspannungen könneil den Gittern auch durch andere feste oder flüssige
Widerstände innerh - alb oder außerhalb des Elektrodenkessels aufgedrückt
werden. Abdeckungen unterhalb der Elektrode aus Isoliermaterial können ebenfalls
durch günstige Potentialverteilung mit oder ohne Potentialverteiltingsgittern verwendet
werden.
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Werden nach Bild 3 die Strömungselektroden a allein oder zusammen
mit den Potentialverteilungsgittern auf einem in der Höhe verstellbaren Träger
b isoliert durch Durchführungen c befestigt, und ist hierbei die Führungsstange
k in einer Stopfbilchse i verschiebbar und gewichtlich durch Gegengewichte
k und Federn 1 entfastet, so kann bei Enthaltung eines Wasserstandes
gleichbleibender Höhe eine einfache und schnell wirkende Regulierung auf konstantem
Dampfdruck erreicht werden. Die Stromzuführung zu den Elektroden erfolgt Über Durchfüllrungf,
über bifilar gewickelte Kupferwendel d, die in Teleskoprohren e angeordnet
sind, nach den Anschlußkleminen der Elektrode a. Zwecks besserer Führung des Trägers
b sind an der Kesselinnenwand Gleitschienen g vorgesehen.
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Bei sinkendem Dampfdruck überwiegt das Gewicht der Elektroden- und
Potentialverteilungsgl
tter das über einen Seilzug außerhalb des
Kessels angeordnete Gegengewicht k und t' zi den Zu-, der Feder
1, das Elektrodensystein taucht tiefer in den mit konstantem Wasserstand
betriebenen E, lektrodenkessel ein, die Leistungsaufnahrne und damit auch die Dampferzeugung
steigt; desgleichen erhöht sich auch der Dampfdruck. Die Dampfdruckerhöhung drückt
die als Kolben wirkende in der Stopfbuchse geführte abgedichtete Führungsstange
lt mit dem darauf angeordneten Elektrodensystem nach außen, die Elektroden werden
gehoben, die Leistungsaufnahme sinkt. Dieses Spiel wiederholt sich, #vobei die Feder
1 die Rückführung besorgt und die Pendelungen auf ein Mindestmaß herabdrückt.
Die Rückführfeder ist so eingestellt, daß das System bei hoher Leistung auf einen
geringeren und bei geringerer Leistung auf einen etwas höheren Dampfdruck anspricht.