DE1158147B

DE1158147B - Compressor for pressurized gas circulation switch

Info

Publication number: DE1158147B
Application number: DES82449A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Kesselring; Peter Selbmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-11-14
Filing date: 1962-11-14
Publication date: 1963-11-28

Description

Kompressor für Druckgasumlaufschalter Bei Gasumlaufschaltern mit einem Niederdruck-und einem Hochdruckbehälter sind bisher vornehmlich Kompressoren üblicher Bauart in Form von Kolben- oder Rotationskompressoren verwendet worden. Sofern als Löschmittel beispielsweise Luft oder Stickstoff verwendet wird, arbeiten solche Kompressoren einwandfrei. Es muß aber darauf geachtet werden, daß kein Kompressoröl, das infolge der unvermeidlichen Abnützung im Kompressor Metallteilchen enthält, in das Löschsystem gelangt. Da im Lichtbogen die Öltröpfchen verbrennen, werden zusätzlich noch Kohleteilchen ausgeschieden. Durch die Metall-und Kohlepartikel wird die innere Isolation derartiger Schalter stark gefährdet. Wird zur Lichtbogenlöschung und Isolation Schwefelhexafluorid (S F6) verwendet, so treten weitere Zersetzungsprodukte auf. Da ferner die handelsüblichen Kompressoren gegen einen hohen Druck, wie er im Hochdruckbehälter bestehen muß, nicht ohne weiteres anlaufen, müssen Maßnahmen, z. B. ein sogenannter Druckbypaß, vorgesehen werden, um den Druckunterschied beim Anlaufen des Kompressors zunächst auszugleichen. Berücksichtigt man, daß der Motor noch einen Temperaturschutz benötigt und daß ein Druckregler vorgesehen werden muß, ferner eine größere Zahl von Absperrschiebern erforderlich ist, so erkennt man, daß der Aufwand für die Druckgaserzeugung bei einem Umlaufschalter sehr groß ist. Ziel der Erfindung ist, nicht nur die geschilderten Schwierigkeiten zu vermeiden, sondern zugleich auch die Konstruktion weitgehend zu vereinfachen.Compressor for pressurized gas circulation switch For gas circulation switches with a Low-pressure and one high-pressure container have hitherto mainly been more common with compressors Design in the form of reciprocating or rotary compressors has been used. Unless as Extinguishing agents such as air or nitrogen are used, such work Compressors flawless. However, it must be ensured that no compressor oil, which contains metal particles due to the inevitable wear and tear in the compressor, gets into the extinguishing system. Since the oil droplets burn in the arc, will In addition, particles of coal were also excreted. Through the metal and carbon particles the internal insulation of such switches is seriously endangered. Becomes arc extinguishing and insulation sulfur hexafluoride (S F6) is used, further decomposition products occur on. Furthermore, since the commercial compressors against a high pressure, like him must exist in the high-pressure container, do not start without further ado, measures must be taken z. B. a so-called pressure bypass, can be provided in order to reduce the pressure difference Compensate for starting the compressor first. Taking into account that the engine a temperature protection is still required and that a pressure regulator must be provided, Furthermore, a larger number of gate valves is required, so you can see that the effort for the generation of compressed gas in a circulation switch is very large. The aim of the invention is not only to avoid the difficulties outlined, but at the same time also to simplify the construction to a large extent.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor für Gasumlaufschalter, bei dem ein Gas aus einem Niederdruckbehälter in einen Hochdruckbehälter gefördert wird. Sie besteht darin, daß im Niederdruckbehälter ein elastischer Hohlkörper angeordnet ist, der zwecks Verdrängung und Kompression des im Niederdruckbehälter befindlichen Gases durch Steigerung seines Innendruckes ausgeweitet wird. In der Regel wird man bestrebt sein, möglichst den gesamten Gasinhalt des Niederdruckbehälters in den Hochdruckbehälter zu verdrängen; man wird daher vorzugsweise den elastischen Hohlkörper so weit ausdehnen, daß er sich an die Innenwand des Niederdruckbehälters anlegt. Der Niederdruckbehälter kann z. B. Kugelform haben, wobei als elastischer Hohlkörper in entsprechender Weise eine ballartige Gummiblase verwendet werden kann. Bevorzugt wird jedoch eine Bauform, bei der in einem zylindrischen Niederdruckbehälter ein elastischer Schlauch konzentrisch angeordnet ist.The invention relates to a compressor for gas circulation switches, in which a gas is conveyed from a low-pressure container into a high-pressure container will. It consists in that an elastic hollow body is arranged in the low-pressure container is that for the purpose of displacement and compression of the in the low-pressure tank Gas is expanded by increasing its internal pressure. Usually one will strive to keep the entire gas content of the low-pressure tank in the To displace high pressure vessels; one is therefore preferably the elastic hollow body Expand so far that it rests against the inner wall of the low-pressure container. The low pressure vessel can, for. B. have a spherical shape, as an elastic hollow body a ball-like rubber bladder can be used in a corresponding manner. Preferred however, a design in which a cylindrical low-pressure vessel is used elastic hose is arranged concentrically.

Fig. 1 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform eines Kompressors nach der Erfindung im Zusammenwirken mit einem Gasumlaufschalter mit Naßdampfantrieb, während Fig. 2 einen ähnlichen Kompressor, jedoch mit Knallgasantrieb wiedergibt.Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a compressor according to the invention in cooperation with a gas circulation switch with wet steam drive, while Fig. 2 shows a similar compressor, but with an oxyhydrogen drive.

In Fig. 1 bedeutet 1 einen zylindrischen Niederdruckbehälter, der über den Isolator 2 mit dem Niederdruckteil 3 der Schaltkammer 4 in Verbindung steht. Der Hochdruckteil 6 der Schaltkammer 4 ist über die ebenfalls isolierte Hochdruckzuleitung 5 mit dem Behälter 1 verbunden. Am unteren Ende des Isolators 2 ist ein Plattenventil 7 angeordnet, während der Isolator 5 ein Kugelventil 8 aufweist. Mit 9 ist der durch den Niederdruck zusammengelegte elastische, an sich zylindrische Schlauch bezeichnet, der an seinen Enden gasdicht mit den Einsätzen 10 und 11 verbunden ist. Bei Fortfall des Niederdrucks würde der Schlauch die gestrichelt gezeichnete Ruhestellung 12 einnehmen, in der er völlig entspannt ist.In Fig. 1, 1 denotes a cylindrical low-pressure vessel which is in communication with the low-pressure part 3 of the switching chamber 4 via the insulator 2. The high-pressure part 6 of the switching chamber 4 is via the high-pressure supply line, which is also insulated 5 connected to the container 1. At the lower end of the isolator 2 is a plate valve 7, while the insulator 5 has a ball valve 8. With 9 he is through The term for low-pressure collapsed elastic, cylindrical tubing, which is connected at its ends to the inserts 10 and 11 in a gas-tight manner. In case of failure of the low pressure, the hose would be in the rest position 12 shown in dashed lines in which he is completely relaxed.

Mit 13 ist ein wärmeisolierter Behälter bezeichnet, in dem sich eine Flüssigkeit 14, z. B. Wasser, Glykol, befindet. Die Flüssigkeit 14 wird durch eine Heizwicklung 15 geheizt, die über einen Bimetallschalter 16 mit einer Stromquelle 17 in Verbindung steht. Der Dampfraum 28 des Behälters 13 ist über ein elektrisch betätigtes Ventil 18 mit dem Innenraum des Schlauches 9 verbunden.At 13, a thermally insulated container is referred to, in which a liquid 14, for. B. water, glycol is located. The liquid 14 is heated by a heating coil 15 which is connected to a power source 17 via a bimetal switch 16. The steam space 28 of the container 13 is connected to the interior of the hose 9 via an electrically operated valve 18.

Im Normalzustand ist das Ventil 18 geschlossen. Die Flüssigkeit 14 wird durch die Heizwicklung 15 ständig auf erhöhter Temperatur gehalten, so daß sich in dem Raum 28 beispielsweise Saftdampf von 200° C mit einem entsprechenden Druck von etwa 16 atm befindet. Bei Erreichung der Temperatur von 200° C wird der Heizstrom durch den Bimetallsehalter 16 unterbrochen. Fällt die Temperatur infolge Wärmeverlust wieder etwas ab, so schaltet der Bimetallschalter 16 die Heizung wieder ein.In the normal state, the valve 18 is closed. The liquid 14 is kept at an elevated temperature by the heating coil 15, so that there is, for example, juice vapor of 200 ° C. with a corresponding pressure of about 16 atm in the space 28. When the temperature of 200 ° C. is reached, the heating current through the bimetallic holder 16 is interrupted. If the temperature drops slightly again as a result of heat loss, the bimetal switch 16 switches the heating on again.

Ferner herrscht im Normalzustand im Raum 6 der Schaltkammer 4 Hochdruck; das Kugelventil 8 und der Schieber 26 schließen den Raum 6 nach außen ab. Der Niederdruckraum 3 steht mit dem Niederdruckkessel 1 in Verbindung; das Plattenventil 7 liegt nur mit geringem Druck an.Furthermore, in the normal state there is high pressure in space 6 of switching chamber 4; the ball valve 8 and the slide 26 close the space 6 from the outside. The low pressure room 3 is in communication with the low-pressure boiler 1; the plate valve 7 is only with low pressure.

Zur Öffnung des Schalters wird der bewegliche Kontakt 22 mit Hilfe der Schaltstange 24 vom festen Kontakt 23 abgehoben. Gleichzeitig wird ein Schieber 26 durch die Isolierstange 27 in nicht näher dargestellter Weise zur Beblasung des entstehenden Lichtbogens geöffnet und kurz darauf wieder geschlossen. Dabei strömt eine gewisse Gasmenge aus dem Raum 6 in den Raum 3; das Plattenventil 7 öffnet sich und mindestens ein Teil des Löschgases tritt in den Niederdruckkessel 1 über.To open the switch, the movable contact 22 is with the help the switching rod 24 is lifted from the fixed contact 23. At the same time becomes a slider 26 through the insulating rod 27 in a manner not shown for blowing the resulting arc opened and closed again shortly afterwards. It flows a certain amount of gas from space 6 into space 3; the plate valve 7 opens and at least part of the extinguishing gas passes into the low-pressure boiler 1.

Praktisch gleichzeitig mit der Trennung der Kontakte 22, 23 wird über den Isolierhebel 25 der Schalter 19 umgeschaltet; infolgedessen entlädt sich der durch die Stromquelle 20 geladen gehaltene Kondensator 21 impulsartig über die Betätigungsspule des Ventils 18, das sich daraufhin öffnet und nach Verbrauch der gespeicherten Kondensatorenergie wieder schließt. Das Öffnen des Ventils hat zur Folge, daß der im Raum 28 gespeicherte Sattdampf in den Schlauch 9 übertritt. Infolge des damit verbundenen Druckabfalles verdampft beinahe explosionsartig ein weiterer Teil des auf Sattdampftemperatur gebrachten Wassers 14. Durch den in den Schlauch 9 einströmenden Dampf wird derselbe ausgeweitet und schmiegt sich schließlich, wie dies strichpunktiert angedeutet ist, gegen die Innenwand des Niederdruckkessels 1. Schon bei Beginn dieser Bewegung wird das Plattenventil ? geschlossen. Erreicht der Druck in dem Behälter 1 den Hochdruck im Raum 6, so öffnet sich das Kugelventil 8, und das im Niederdruckbehälter befindliche Löschgas wird hierauf in den Raum 6 der Schaltkammer 4 zurückgepreßt. Bereits bei der Expansion des Sattdampfes nach dem Öffnen und Wiederschließen des Ventils 18 kondensiert ein Teil des Dampfes in Form kleiner Tröpfchen; durch weitere Abkühlung kondensiert auch noch der Rest des Dampfes. Dies hat zur Folge, daß im Inneren des elastischen Schlauches 9 Unterdruck auftritt, so daß der Schlauch wieder in die gezeichnete Ausgangslage zurückgeht, während das Löschgas aus dem Niederdruckteil3 der Schaltkammer durch das nur lose aufliegende Plattenventil 7 in den Behälter 1 nachströmt. Gleichzeitig wird der Hochdruckraum 6 durch das Kugelventil 8 abgeschlossen.Practically simultaneously with the separation of the contacts 22, 23, the switch 19 is switched over via the insulating lever 25; As a result, the capacitor 21, which is kept charged by the power source 20, discharges in a pulse-like manner via the actuating coil of the valve 18, which then opens and closes again after the stored capacitor energy has been consumed. The opening of the valve has the consequence that the saturated steam stored in the space 28 passes into the hose 9. As a result of the associated pressure drop, another part of the water 14, which has been brought to saturated steam temperature, evaporates almost explosively. The steam flowing into the hose 9 expands it and finally hugs the inner wall of the low-pressure boiler 1, as indicated by dash-dotted lines this movement will the plate valve? closed. If the pressure in the container 1 reaches the high pressure in the space 6, the ball valve 8 opens and the extinguishing gas in the low-pressure container is then pressed back into the space 6 of the switching chamber 4. As soon as the saturated steam expands after the valve 18 is opened and closed again, some of the steam condenses in the form of small droplets; the remainder of the steam also condenses as a result of further cooling. As a result, negative pressure occurs inside the elastic hose 9, so that the hose returns to the initial position shown, while the extinguishing gas flows from the low-pressure part 3 of the switching chamber through the only loosely resting plate valve 7 into the container 1. At the same time, the high-pressure space 6 is closed off by the ball valve 8.

Man kann nun das kondensierte Wasser in an sich bekannter Weise ansammeln und, falls dies wünschenswert ist, in einfacher Weise wieder in den Behälter 13 zurückpressen, so daß das Wasser sich im Kreislauf bewegt. Es ist aber auch möglich, den Behälter 13 verhältnismäßig groß auszulegen, so daß der Wasserinhalt für sehr viele Schaltungen ausreicht. Das Kondenswasser kann also abgelassen und der Behälter 13 muß von Zeit zu Zeit neu gefüllt werden. Sofern durch den verwendeten Schlauch z. B. Spuren von Wasser diffundieren, kann es zweckmäßig sein, im Niederdruckbehälter ein an sich bekanntes Absorptionsmittel für Wasserdampf vorzusehen. Im allgemeinen wird es jedoch vorteilhaft sein, einen Dampf zu verwenden, der mit dem Löschmittel und seinen Zersetzungsprodukten keine schädlichen chemischen Verbindungen eingeht.You can now collect the condensed water in a known manner and, if this is desirable, simply back into the container 13 press back so that the water moves in a circuit. But it is also possible to design the container 13 relatively large, so that the water content for very many circuits is sufficient. The condensed water can be drained off and the container 13 must be refilled from time to time. If through the hose used z. B. diffuse traces of water, it may be useful in the low pressure tank to provide a per se known absorbent for water vapor. In general however, it will be advantageous to use a vapor that is compatible with the extinguishing agent and its decomposition products does not enter into any harmful chemical compounds.

Sofern an der Einbaustelle des Schalters z. B. Preßluft aus dem Betriebsnetz mit ausreichendem Druck vorhanden ist, kann das Ventil 18 unmittelbar an diese Druckluftversorgung angeschlossen werden, wobei es zweckmäßigerweise auch zur nachfolgenden Entlüftung verwendet wird.If at the installation point of the switch z. B. Compressed air from the company network with sufficient pressure is available, the valve 18 can be directly connected to this compressed air supply can be connected, it also expediently for subsequent venting is used.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der Schlauch 9 in der Stellung 12, d. h. annähernd im Zustand größter Ausweitung, völlig entspannt ist. Das hat den Vorteil, daß für die Schlauchausweitung praktisch keine Energie erforderlich ist, so daß sich ein höherer Wirkungsgrad ergibt. Es hat sich gezeigt, daß normale Schläuche für Fahrzeugbereifung für den vorliegenden Zweck gut geeignet sind; sie arbeiten bei einer Sattdampftemperatur bis zu 200° C einwandfrei.It has already been pointed out that the hose 9 is in the position 12, d. H. approximately in the state of greatest expansion, is completely relaxed. That has the advantage that practically no energy is required for expanding the hose is, so that there is a higher efficiency. It has been shown that normal Hoses for vehicle tires are well suited for the present purpose; she work perfectly at a saturated steam temperature of up to 200 ° C.

Fig. 2 zeigt einen im Prinzip ähnlichen Kompressor, wobei die Teile, die denen in Fig. 1 genau entsprechen, auch die gleichen Bezugszeichen aufweisen. Er unterscheidet sich insofern von der Ausführung nach Fig. 1, daß der Schlauch 9 mit kleinerem Durchmesser jetzt auf ein Rohr 31 mit radialen Löchern 32 aufgezogen und an den Enden gasdicht mit denselben verbunden ist. Der Behälter 13 nach Fig. 1 ist nun durch ein Elektrolysegerät 33 mit den Elektroden 34 und 35 ersetzt, das unmittelbar mit dem Rohr 31 in Verbindung steht. An Stelle des Bimetallschalters ist ein Druckschalter 36 vorgesehen, der die Unterbrechung des Gleichstromes aus der Batterie 37 bewirkt, wenn das Knallgasgemisch im Raum 38 einen vorgeschriebenen Druck erreicht. 39 ist eine an sich bekannte Zündkerze, die über eine Zündspule 40 und einen Unterbrechungskontakt 41 gespeist wird. Zwangläufig wird beim Ausschalten der Unterbrechungskontakt 41 über den Isolierhebel 25 geöffnet. Hierbei erzeugt die Zündspule 40 eine hohe Spannung, die zu einem überschlag an der Zündkerze 39 führt. Dadurch wird das Knallgasgemisch im Innern des elastischen Schlauches 9 zur Explosion gebracht; der Schlauch 9 weitet sich in die strichpunktiert angedeuetete Lage aus, wodurch die Kompression des im Niederdruckbehälter 1 befindlichen Gases bewirkt wird.Fig. 2 shows a compressor that is similar in principle, the parts which exactly correspond to those in FIG. 1 also have the same reference numerals. It differs from the embodiment of FIG. 1 in that the hose 9 with a smaller diameter now drawn onto a tube 31 with radial holes 32 and is connected to the same at the ends in a gas-tight manner. The container 13 according to Fig. 1 is now replaced by an electrolysis device 33 with electrodes 34 and 35, the is directly connected to the pipe 31. Instead of the bimetal switch a pressure switch 36 is provided, which interrupts the direct current the battery 37 causes when the oxyhydrogen mixture in space 38 is a prescribed Pressure reached. 39 is a known spark plug that has an ignition coil 40 and a break contact 41 is fed. Inevitably when switching off the interruption contact 41 is opened via the insulating lever 25. Generated here the ignition coil 40 carries a high voltage, which leads to a flashover at the spark plug 39 leads. As a result, the oxyhydrogen gas mixture inside the elastic tube 9 is used Brought an explosion; the tube 9 widens into the one indicated by dash-dotted lines Location, whereby the compression of the gas in the low-pressure container 1 is effected.

Durch den Engpaß 38 a wird verhindert, daß die Explosion aus dem Innern 9a des Schlauches in den Vorratsraum 38 zurückschlägt; der Engpaß 38 a ist jedoch so bemessen, daß sich der Raum 9 a nach Ablauf der Explosion schnell wieder mit Knallgas füllt. Bei der chemischen Reaktion entstehen aus dem Knallgas lediglich einige Tropfen Wasser, wodurch die Funktion der Anordnung jedoch in keiner Weise beeinträchtigt wird. Erst nach sehr vielen Kompressionsvorgängen bzw. Abschaltungen wird es notwendig sein, das Wasser im elastischen Schlauch 9 abzulassen und das Elektrolysegerät wieder aufzufüllen. Selbstverständlich kann es auch vorteilhaft sein, das Gas nicht nach jeder Abschaltung aus dem Niederdruckbehälter wieder in den Hochdruckbehälter zu befördern. Man kann vielmehr erst nach einer Anzahl von Ausschaltungen den Kompressor in Tätigkeit setzen, beispielsweise nach einer vorgegebenen, von einem Zähler kontrollierten Zahl von Ausschaltungen oder nach Erreichen eines bestimmten Druckes im Niederdruckbehälter.The bottleneck 38 a prevents the explosion from inside 9a of the hose strikes back into the storage space 38; however, the bottleneck is 38 a dimensioned so that the space 9 a quickly with again after the explosion Oxyhydrogen fills. During the chemical reaction, the oxyhydrogen gas is only produced a few drops of water, which in no way affects the function of the arrangement is affected. Only after a large number of compression processes or shutdowns it will be necessary to drain the water in the elastic tube 9 and that Refill the electrolyzer. Of course, it can also be advantageous The gas does not come back in from the low-pressure tank after each shutdown to convey the high pressure container. Rather, one can only after a number of Switch-offs put the compressor into operation, for example after a specified, number of switch-offs controlled by a counter or after one has been reached certain pressure in the low pressure tank.

Man erkennt, daß Kompressoren nach der Erfindung sehr einfach sind und ihre Herstellung keinerlei Präzision verlangt. Mit Ausnahme des elastischen Schlauches handelt es sich um ruhende Aggregate. Geringfügige Verschmutzungen beeinträchtigen das Arbeiten des Kompressors in keiner Weise; ebenso kann kein Öldampf in die Schaltkammer 4 eindringen. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, daß der Kompressionsvorgang selbst sich in Sekunden vollzieht, bei der Anordnung nach Fig.2 sogar in Bruchteilen von Sekunden, da dann der Gasumlaufschalter auch bei einer größeren Zahl unmittelbar nacheinander auftretender Schaltungen immer wieder betriebsbereit ist. In diesem Fall muß man lediglich dafür sorgen, daß bei der Anordnung nach Fig. 1 die Speisewassermenge ausreichend bemessen wird bzw. die Heizung kurzzeitig genügend Energie bereitstellt, um die Bedingungen für den Kompressionsvorgang in der gewünschten kurzen Zeitspanne wiederherzustellen. Entsprechendes gilt bei der Verwendung von Knallgas gemäß Fig.2. Der Kompressor nach der Erfindung erfordert praktisch keine Wartung.It can be seen that compressors according to the invention are very simple and their manufacture none Precision demands. With the exception of the elastic hose are static units. Minor soiling do not affect the operation of the compressor in any way; no oil vapor can either penetrate into the switching chamber 4. Under certain circumstances it can also be advantageous that the compression process itself takes place in seconds, with the arrangement according to Figure 2 even in fractions of a second, since then the gas circulation switch too always with a larger number of switching operations occurring immediately one after the other is ready for operation again. In this case you just have to make sure that at the arrangement of FIG. 1, the amount of feed water is adequately dimensioned or the Heating briefly provides enough energy to meet the conditions for the compression process restore in the desired short period of time. The same applies to the use of oxyhydrogen according to Fig. 2. The compressor according to the invention requires practically no maintenance.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Compressor for pressurized gas circulation switch, in which a gas is conveyed from a low-pressure container into a high-pressure container, characterized in that an elastic hollow body is arranged in the low-pressure container is that for the purpose of displacement and compression of the in the low-pressure tank Gas is expanded by increasing its internal pressure.

2. Compressor after Claim 1, characterized in that the elastic hollow body extends when expanding applied to the inner wall of the low-pressure tank.

3. Compressor according to claim 1, characterized in that in a cylindrical low-pressure container an elastic Hose is arranged concentrically.

4. Compressor according to claim 1, characterized in that that the hollow body is designed such that it is in the state of greatest expansion is essentially relaxed.

5. Compressor according to claim 1, characterized in that that the elastic hollow body expanded by saturated steam generated in an evaporator will.

6. Compressor according to claim 1, characterized in that the elastic Hollow body in normal operation with oxyhydrogen generated in an electrolysis device is filled, with its expansion due to the explosive increase in pressure Ignition of the detonating gas takes place. Publications considered: French Patent Nos. 1034 903, 1144785.