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Druckminderer Die Erfindung bezieht sich auf einen neuartig konstruierten
Druckminderer für die Belüftungseinrichtung an elektrischen Apparaten.
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Es ist bekannt, bei elektrischen Geräten unter Spannung stehende Isolierteile
zu belüften, um einen elektrischen Überschlag infolge von Kondenswasserbildung und
Feuchtigkeitsniederschlag zu vermeiden. Als Beispiel hierfür sei die Belüftung von
Polsäulen elektrischer Hochspannungsschalter genannt, bei denen ein Luftstrom ständig
im Innern der keramischen Polsäule aufrechterhalten wird.
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Die erforderliche Druckluft wird vielfach aus einem ohnehin vorhandenen
Druckluftspeicher entnommen. Hierbei ist eine Entspannung erforderlich, beispielsweise
von dem Kesseldruck 2o atü auf einen Druck von o bis 0,3 atü. Zu diesem Zweck
hat man bisher meist die in der Technik auch sonst vielfach angewandten Reduzierventile
benutzt. Diese Reduzierventile sperren den Durchfluß ab, sobald auf der Niederdruckseite
ein bestimmter Höchstdruck überschritten wird. Sie besitzen bewegliche Teile und
sind störungsanfällig und außerdem in der Herstellung teuer. In anderen Fällen hat
man sich einfach damit begnügt, eine kleine Austrittsöffnung in Form einer Kerbe
oder winzigen Bohrung zu verwenden. Wegen der großen Gefahr der Verstopfung durch
Schmutzteilchen, aber auch wegen der Möglichkeit der Vereisung ist diese Lösung
in den meisten Fällen ungenügend.
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Man könnte nun daran denken, durch Hintereinanderschaltung einer großen
Anzahl von kleinen Düsenquerschnitten eine Entspannungsvorrichtung herzustellen.
Dabei könnte die einzelne Düse so groß gehalten werden, daß Schmutzteilchen im allgemeinen
hindurchtreten können. Das würde aber bedeuten, wie sich berechnen läßt, daß man
bei der obengenannten Entspannung um den Betrag von 2o Atm. etwa zwanzig bis dreißig
solcher Düsen benötigt. Aber auch durch diese Anordnung ist die Gefahr der Vereisung
nicht beseitigt, da sich
an jeder Düse infolge der plötzlichen Einschnürung
des Luftstromes auf engem Raum nahezu ädiabatische Entspannungsvorgänge abspielen,
die sehr leicht zu einer Vereisung führen können.
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Die Erfindung benutzt statt dessen, das an sich bekannte Prinzip der
Entspannung in einer langen dünnen Röhre. Hält man den Durchmesser der Röhre für
den Durchtritt von Schmutzteilchen genügend groß, d. h. wählt man ihn in der Größenordnung
von i mm2, so errechnet sich in dem vorliegenden Fall eine Rohrlänge von 9 m. Gegenstand
der Erfindung ist nun eine besonders zweckmäßige Anordnung dieses langen dünnen
Kanals.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckminderer zur Belüftung elektrischer
Isolationen, dessen enge Kanäle erfindungsgemäß durch das Zusammenfügen von wahlweise
mit Rillen versehenen Gehäuseteilen und Deckelteilen gebildet werden. Diese Anordnung
besitzt den Vorteil der leichten Reinigungsmöglichkeit und läßt sich ferner in einer
sehr kompakten Ausführung herstellen.
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Die Erfindung sieht also die Verwendung von solchen Gehäuse- bzw.
Deckelteilen vor, in denen ein oder mehrere in einer Ebene liegende Spiralsysteme
od. dgl. angeformt sind. Verwendet man gemäß der Erfindung gut wärmeleitendes Material
in möglichst großem Umfang, so -erreicht man, wie durch Versuche festgestellt würde,
eine praktisch isofherme Entspannung innerhalb des Druckminderers. Sorgt man erfindungsgemäß
weiterhin dafür, daß sich das Gehäuse des Druckminderers etwa auf der gleichen Temperatur
befindet wie der in dem Druckkessel befindliche Luftvorrat, dann ist eine Vereisung
völlig unmöglich gemacht. Man. kann also bei dieser Ausführung auf eine Beheizung
des Druckminderers, wie sie bisher üblich war, verzichten.
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Besonders bei der Heranziehung von Preß- oder Gießverfahren lassen
sich vorteilhaft Einzelteile des Druckminderers auch aus elastischen Werkstoffen,
z. B. Kunststoffen, herstellen, und die Kunststoffe können dann so gewählt werden,
daß Dichtungen in Fortfall kommen können. Metallische Einlagen längs der Spirale
können dann den isothermen Ablauf der Entspannung sicherstellen.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung seien an Hand der Fig. i bis q.
näher erläutert.
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Fig. i zeigt schematisch die bevorzugte Hintereinanderschaltung zweier
enger Kanäle in Form ebener Spiralen. Die bei A in die erste Spirale i eintretende
Luft erreicht über den Verbindungskanal 2 die zweite Spirale 3 und tritt aus dieser
bei B wieder aus. An den Verbindungskanal 2 ist der Druckanzeiger q. angeschlossen:
Für das oben bereits erwähnte Beispiel der Reduzierung von etwa 2o auf etwa
0,3 atü ergab sich eine Gesamtlänge des Drosselkanals von 9 m. Es ist daher
zweckmäßig, die beiden Spiralen i und 3 jeweils mit einer Länge von q.1/2 m auszulegen..
In diesem Fall ergibt sich rechnerisch und experimentell ein Druck von i¢ atü im
Verbindungskanal 2. Ist in der Spirale i infolge Verstopfung eine Querschnittsverminderung
eingetreten, so sinkt der Druck bei 2 und q. ganz erheblich ab, im extremen Fall
bis o atü. Umgekehrt kann eine Verstopfung der Spirale 3 dazu führen, daß in dem
Kanal 2 schließlich der Kesseldruck von 2o atü erreicht wird. Auf obige Weise ist
es gelungen, unter Verwendung eines üblichen robusten Manometers eine empfindliche
Anzeige für solche Störungen in der Arbeitsweise des Druckminderers zu schaffen.
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Eine Ausführungsmöglichkeit für einen gemäß der Erfindung hergestellten
Druckminderer zeigt ausschnittsweise die Fig. 2. Eine Gehäuseplatte 5 ist zwischen
zwei Deckelplatten 6 und 7 in der dargestellten Weise eingeschlossen. Die Gehäuseplatte
5 besteht aus einer kreisförmigen Scheibe, in die beiderseits Rillen 8 und 9 eingeschnitten
sind. Der Querschnitt dieser spiralförmig eingeformten Rillen beträgt etwa i mm2.
Bei io ist druckdicht die Zufuhrleitung an den Deckel? angeschlossen, so daß Druckluft
durch die Bohrung i i des Deckels 7 in den äußersten Gang r2 der Spirale 9 eintreten
kann. Von hier aus gelangt das Gas unter ständigem Druckabfall bis zur nicht dargestellten
innersten Windung. Zur Abdichtung zwischen benachbarten Gängen des Spiralsy stems
ist eine Dichtungsplatte 1q. jeweils zwischen Gehäuseplatte und Deckelplatte eingelegt.
Die Deckelteile und das Gehäuseteil werden durch mehrere Schraubbolzen 13 zusammengehalten,
die auf dem Umfang der Scheiben 6 und 7 verteilt sind. Es ist besonders darauf zu
achten, daß überall ein genügender Anpreßdruck zwischen den Platten herrscht. Man
wird also nötigenfalls auch zentral eine Druckkraft ausüben.
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Von der innersten Windung der Spirale 9 ist ein Verbindungskanal zu
der innersten Windung der Spirale 8 geschaffen. Zur Ablesung des in dem ebenfalls
nicht dargestellten Verbindungskanal herrschenden Druckes kann in bekannter Weise
ein Manometer eingesetzt werden.
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Von der innersten Windung der Spirale 8 gelangt die Luft nun unter
weiterer Entspannung in die äußerste Windung 15 und von da aus in die Austrittsleitung
22, die in gleicher Weise in dem Deckel 6 angeordnet ist, wie es von der Anordnung
der Leitung io oben gesagt worden ist.
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Der Querschnitt der Rillen 8 und 9 muß nicht rechteckig sein, man
kann ihn auch halbrund oder anders wählen. In dem vorliegenden Beispiel kann die
mit den Rillen versehene Gehäuseplatte 5 zweckmäßig aus dem gut wärmeleitenden und
gut bearbeitbaren Messing hergestellt werden, während die Deckel 6 und 7 aus Eisen
bestehen können.
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In hier nicht dargestellter Weise kann der Druckminderer nun unmittelbar
mit dem Drückluftbehälter wärmeleitend verbunden sein, so daß er in seiner Gesamtheit
sich im wesentlichen auf der gleichen Temperatur befindet wie die im Behälter enthaltene
Luft.. Ist der Druckminderer in Betrieb;-so wird ihm -infolge der Abkühlung der
sich entspannenden Luft Wärme entzogen. Da jedoch alle Teile aus gut wärmeleitendem
-Material bestehen, sind nennenswerte Temperaturunterschiede innerhalb des Druckminderers
nicht möglich, und da
derselbe wärmeschlüssig mit dem Kessel verbunden
ist, kann er sich auch nicht wesentlich unter die Temperatur des letzteren abkühlen.
Die bei 22 austretenden Gase besitzen bei dem oben zahlenmäßig angeführten Beispiel
deshalb im stationären Betriebszustand eine Temperatur, die etwa 2° unter der Kesseltemperatur
liegt.
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Wie wichtig es ist, möglichst isotherm zu entspannen, ergibt sich
aus folgenden, einschlägigen Tabellen zu entnehmenden Zahlen: Auf 2o atü komprimierte,
feuchtigkeitsgesättigte Luft besitzt bei 2o° einen Wassergehalt von 0,76
- io-3 kg Wasser pro Kilogramm Luft. Entspannt man i kg Luft auf i Atm., so ist
es in der Lage, 1,52 - io-2kg Wasser aufzunehmen. Bei der isothermen Entspannung
anfangs gesättigter Luft wird die relative Feuchtigkeit also geringer. Entspannt
man jedoch die vorgenannte Luftmenge auf Atmosphärendruck unter gleichzeitiger Abkühlung
auf -:2o', ebenfalls unter Beibehaltung des absoluten Feuchtigkeitsgehaltes, so
tritt eine Kondensation ein, da Luft bei Atmosphärendruck und -2o° schon mit o,65
- io-3 kg Wasser pro Kilogramm Luft gesättigt ist. Das örtliche Auftreten von so
tiefen Temperaturen innerhalb des Entspannungsprozesses muß also unbedingt vermieden
werden. Der neue Druckminderer ist also deshalb ganz besonders zweckmäßig konstruiert,
weil bei ihm keine solche Abkühlung möglich ist.
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Andere Ausführungsformen des Druckminderers, die ebenfalls eine kompakte
Ausbildung und leichte Reinigung desselben ermöglichen, sind in den Fig. 3 und 4
schematisch angedeutet. In Fig. 3 bedeuten 23 und 24. die Deckelteile, welche in
diesem Fall selbst die Rillen der Spiralsysteme 25 und 26 aufweisen. Die bei C eintretende
Luft gelangt nach Durchtritt -durch die Spirale 25 über den Verbindungskanal 27,
28 in die Spirale 26 und tritt bei D entspannt wieder aus. Zur Abdichtung ist zwischen
den beiden Deckeln eine Dichtungsplatte 29 vorgesehen. Bei der in Fig. 3 dargestellten
Anordnung muß die Dichtungsplatte 29 in gewissem Umfang mechanische Biegungskräfte
aufnehmen, da in den gegenüberstehenden Kanälen der beiden Spiralen verschiedene
Drucke herrschen, wie sich auch aus der Beschriftung dieser Figur ergibt. Die Anordnung
in Fig. 3 ist daher so gewählt, daß der höchste Druckunterschied zwischen gegenüberstehenden
Spiralgängen etwa 14 Atm. beträgt. Ordnet man nach Fig. q. die Spiralen gegenseitig
versetzt an (Fig. 4a), so genügt als Zwischenlage zwischen den Deckelplatten eine
dünne Dichtungsscheibe 3o, wie sich aus Fig. q.b, der ausschnittsweisen Darstellung
eines Schnittes durch diese Ausführung des Druckminderers, entnehmen läßt.
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Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können durch andere Ausführungen
im Rahmen der Erfindung ergänzt werden. Beispielsweise können mehrere spiralförmige
oder anders gewundene Gänge hintereinander- oder nebeneinandergeschaltet sein. Man
kann die benötigten Rillen auch in anderer Weise herstellen, als es in den Figuren
beschrieben ist. Beispielsweise kann man sich gewellter Bleche oder Kunststoffen
bedienen. Oder man kann die Kanäle dadurch erzeugen, daß man sowohl den Deckel als
auch das Gehäuseteil mit Rillen versieht.