BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blasdüsenanordnung an einem Druckgasschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Die Blasdüse eines Druckgasschalters hat bei einem Ausschalthub nicht nur dem Druck des dem Druckraum entströmenden Druckgases zu widerstehen, sondern, und vor allem den örtlich und zeitlich begrenzten Druckspitzen, die durch die plötzliche Erhitzung des Druckgases durch den durch dieses beblasenen Schaltlichtbogens bedingt sind. Diese Druckspitzen sind im Bereich der engsten Stelle des Düsenraumes am ausgeprägtesten, weil hier das Druckgas unmittelbar benachbart zum Schaltlichtbogen abströmt.
Es ist daher in der CH-PS 423 927 bereits vorgeschlagen worden, den Düsenkörper dadurch zu entlasten, dass im Bereich seiner engsten Stelle vom Düsenraum Durchlässe ausgehen. Bei dieser bekannten Anordnung führen die Durchlässe im wesentlichen radial nach aussen in den den Düsenkörper umgebenden Raum. Das durch diese Durchlässe abströmende, erhitzte Druckgas ist aber - wegen der Erhitzung - stark ionisiert und kann ausserdem Metalldämpfe enthalten, die durch Abbrand der sich trennenden Kontaktstücke an den Fusspunkten des Schaltlichtbogens entstanden sind.
Das radiale Abströmen dieser hochgespannten und elektrisch leitenden Gase durch die Durchlässe der bekannten Anordnung beeinträchtigt die dielektrische Festigkeit des den Düsenkörper umgebenden und von der Wand eines Schaltergehäuses begrenzten Raumes, was besonders dann schwerwiegend ist, wenn das Schaltergehäuse auf der Höhe des Düsenkörpers eine Metallkapselung gebildet ist.
Bei einer anderen, bekannten, gattungsgemässen Anordnung, nämlich gemäss der CH-PS 537 092, wurde das direkte radiale Abströmen der hochgespannten erhitzten Schaltgase verhindert. Die Durchlässe münden zwar noch immer in den den Düsenkörper umgebenden Raum, aber bevor sie in diesen Raum eintreten, prallen sie auf eine geneigte, kegelige Wand, die die Strömungsrichtung der durch die Durchlässe strömenden Gase in eine etwa parallel zur Achse des Düsenkörpers verlaufende Richtung umlenken soll. Damit ist zwar eine unmittelbare Verseuchung des den Düsenkörper umgebenden Raumes vermindert, aber die kinetische Energie der hochgespannten, die Durchlässe durchströmenden Gase geht ungenutzt verloren.
Bei diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Blasdüsenanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der nicht nur die Verseuchung des den Düsenkörper umgebenden Raumes weiter vermindert werden kann, sondern bei der auch die kinetische Energie der die Durchlässe durchströmenden Schaltgase zur Unterstützung der den Schaltlichtbogen beblasenden Gasströmung herangezogen werden kann.
Zu diesem Zweck weist die vorgeschlagene Anordnung die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 definierten Merkmale auf.
Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen definiert. Nachfolgend sind anhand Zeichnung Ausführungsbeispiele der vorgeschlagenen Anordnung näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch die im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Teile, und zwar links in einer ersten und rechts in einer zweiten Ausführungsform, und
Fig. 2 einen Querschnitt im wesentlichen längs der Linie II II der Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Blasdüsenanordnung 10 in nahezu offener Stellung des zugeordneten Druckgasschalters dargestellt. Dieser besitzt einen ortsfesten Kontaktsatz mit einem rohrförmigen Nennstromkontakt 11 und einem von diesem koaxial umgebenen, ebenfalls rohrförmigen Lichtbogenkontakt 12. Das freie Ende des Lichtbogenkontaktes 12 steht über des Ende des Nennstromkontaktes 11 vor und ist mit einem Abbrandring 13 versehen.
Der ortsfeste Kontaktsatz wirkt mit einem in Richtung des Doppelpfeiles 14 mittels eines nicht dargestellten Antriebes hin und her bewegbaren beweglichen Kontaktsatz zusammen. Dieser weist ebenfalls einen Nennstromkontakt 15 auf, der in einen Aussenmantel 16 eines Druckraumes 17 übergeht. Dieser Druckraum 17 ist nach innen durch ein rohrförmiges Teil 18 begrenzt, das mittels radial nach innen verlaufenden Stegen 19 starr mit dem Aussenmantel 16 verbunden ist. In dieses rohrförmiges Teil 18 ist ein beweglicher Lichtbogenkontakt 20 eingeschraubt, der somit elektrisch mit dem beweglichen Nennstromkontakt 15 verbunden ist. Das freie Ende des Lichtbogenkontaktes 20 steht ebenfalls über das freie Ende des Nennstromkontaktes 15 vor und ist ebenfalls mit einem Abbrandring 21 versehen. Der Innendurchmesser des Abbrandringes 21 entspricht dem Aussendurchmesser des Lichtbogenkontaktes 12.
Axial ist der Druckraum 17 durch einen nicht dargestellten, vorzugsweise ortsfest abgestützten, ringförmigen Kolben begrenzt, der bei einem Ausschalthub das im Druckraum 17 befindliche Gas, beispielsweise ein Löschgas wie SFs, unter Druck setzt.
Das unter Druck gesetzte Gas entströmt dann dem Druckraum 17 durch zwischen den Stegen 19 vorhandene Durchlässe 22 in einen (in Strömungsrichtung gesehen) konvergierenden Einlassabschnitt 23 eines von einem Düsenkörper 24 umgebenen Düsenraumes ein. Der Düsenkörper 24.ist aus einem elektrischen Isoliermaterial, beispielsweise aus PTFE. Um die Gasströmung im Einlassabschnitt 23 möglichst zu beschleunigen und um die Aussenfläche des beweglichen Lichtbogenkontaktes 20 zu schützen, ist ein koaxial diesen umgebender Füllkörper 25 aus Isoliermaterial vorgesehen, der ebenfalls am rohrförmigen Teil 18 befestigt, zum Beispiel wie dargestellt, eingeschraubt ist.
Auf den Einlassabschnitt 23 folgt eine engste Stelle 26, auf die ein diffusorartig divergierender Ausblasraum 27 folgt. Im Bereich der engsten Stelle 26, jedoch auf einer axial in Richtung des Ausblasraumes etwas versetzten Höhe, sind im Düsenkörper 24 in regelmässigen Umfangsabständen angeordnete Einlässe 28 von Durchlässen 29 vorhanden. Wie in Fig. 1 gezeigt, können diese Einlässe 28 sich zunächst trichterförmig verengen, um dann in einen kurzen, radial verlaufenden Abschnitt zu übergehen. Diese kurzen, radial verlaufenden Abschnitte der Durchlässe 29 gehen über einen Krümmer in im wesentlichen parallel zur Achse des Düsenkörpers 24 verlaufende Endabschnitte 30 über, die in den Ausblasraum 27 ausmünden.
Bei der in Fig. 1 links dargestellten Ausführungsform ist der Ausblasraum 27 durch eine im wesentlichen konisch divergierende aber stetige Fläche begrenzt. Dementsprechend erscheinen die Einmündungen der Endabschnitte 30 in den Ausblasraum 27 etwa in der Form von Ellipsen.
Bei der in Fig. 1 rechts dargestellten Ausführungsform weist dagegen die den Ausblasraum 27 begrenzende Fläche eine Unstetigkeit in Form einer Stufe 31 auf, durch welche - in Strömungsrichtung gesehen - der Ausblasraum 27 eine plötzliche Querschnittserweiterung erfährt. Der Innenumfang dieser Stufe 31 ist durch eine Abrisskante 32 gebildet. Die Endabschnitte 30 der Durchlässe 29 enden bei dieser Ausführungsform auf der Stufe 31. Auf die besonderen Eigenschaften dieser Ausführungsform wird noch zurückzukommen sein.
Da - wie erwähnt - der Düsenkörper 24 aus einem elektrischen Isoliermaterial, beispielsweise PTFE, besteht, ist es selbst wenn das Isoliermaterial giessfähig sein sollte - schwierig, die Durchlässe 29 in einem einstückigen Düsenkörper 24 auszubilden. Im Falle von PTFE, das bekanntlich nur gesintert werden kann, ist es praktisch nicht möglich, den Düsenkörper 24 einstückig mit den Durchlässen 29 herzustellen. Daher ist der Düsenkörper 24 im dargstellten Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt. Namentlich besitzt der Düsenkörper 24 einen Aussenteil 33, in den koaxial und vorzugsweise im Presssitz ein Innenteil 34 eingesetzt ist und in eingesetztem Zustand beispielsweise durch quer verlaufende Stifte 35 (Fig. 2) aus demselben Isoliermaterial gesichert ist.
So können die Durchlässe 29 leicht durch Ausnehmungen in der Art von Nuten gebildet werden, die an den stirnseitig sowie umfangsseitig aneinander grenzenden Stossflächen zwischen dem Aussenteil 33 und dem Innenteil 34 ausgebildet sind. Diese Herstellungsweise gestattet auch ohne weiteres, wie in Fig. 2 dargestellt, den Endabschnitten 30 der Durchlässe 29 einen Querschnitt in Form eines gekrümmten Ovals zu geben.
Es wird nun abermals auf die in Fig. 1 rechts dargestellte Ausführungsform Bezug genommen, bei der - wie erwähnt der Durchflussquerschnitt des Ausblasraumes 27 durch die innen durch die Abrisskante 32 begrenzte Stufe 31 eine plötzliche Erweiterung verfährt. Strömungsmessungen haben ergeben, dass das von der engsten Stelle 26 direkt in den Ausblasraum 27 strömende Gas nach Passieren der Abrisskante 32 nicht mehr in Berührung mit der stromabwärts der Stufe 31 vorhandenen Wand des Ausblasraumes 27 gelangt, dies vor allem wegen der auf der Höhe der Stufe den Endabschnitten 30 der Durchlässe 29 parallel zur Achse des Düsenkörpers 24 entströmenden Gasströme.
In der Nähe des Stromnulldurchganges des Schaltlichtbogens kann sogar eine Umkehr der Strömungsrichtung in den Durchlässen 29 stattfinden, was zu einer zusätzlichen Zufuhr von verhältnismässig kühlem (expandierten) Gas in den Bereich der engsten Stelle 26 und damit eine zusätzliche Kühlung des Schaltlichbogens zur Folge haben kann.
DESCRIPTION
The present invention relates to a blow nozzle arrangement on a gas pressure switch according to the preamble of claim 1.
During a switch-off stroke, the blowing nozzle of a compressed gas switch not only has to withstand the pressure of the compressed gas flowing out of the pressure chamber, but above all the local and temporally limited pressure peaks which are caused by the sudden heating of the compressed gas by the switching arc blown by this. These pressure peaks are most pronounced in the area of the narrowest point of the nozzle area, because here the pressure gas flows out directly adjacent to the switching arc.
It has therefore already been proposed in CH-PS 423 927 to relieve the pressure on the nozzle body in that passages extend from the nozzle area in the area of its narrowest point. In this known arrangement, the passages lead essentially radially outwards into the space surrounding the nozzle body. The heated pressurized gas flowing out through these passages is strongly ionized due to the heating and can also contain metal vapors that have arisen from the contact pieces separating at the base points of the switching arc.
The radial outflow of these high-voltage and electrically conductive gases through the passages of the known arrangement affects the dielectric strength of the space surrounding the nozzle body and delimited by the wall of a switch housing, which is particularly serious when the switch housing is formed at the height of the nozzle body, a metal encapsulation .
In another, known, generic arrangement, namely according to CH-PS 537 092, the direct radial outflow of the high-tension heated switching gases was prevented. The passages still open into the space surrounding the nozzle body, but before they enter this space, they collide with an inclined, conical wall that redirects the direction of flow of the gases flowing through the passages in a direction approximately parallel to the axis of the nozzle body should. This does reduce direct contamination of the space surrounding the nozzle body, but the kinetic energy of the high-tension gases flowing through the passages is lost unused.
In this prior art, it is an object of the invention to provide a blow nozzle arrangement of the type mentioned, in which not only the contamination of the space surrounding the nozzle body can be further reduced, but also the kinetic energy of the switching gases flowing through the passages Support of the gas flow blowing the switching arc can be used.
For this purpose, the proposed arrangement has the features defined in the characterizing part of patent claim 1.
Preferred embodiments are defined in the dependent claims. Exemplary embodiments of the proposed arrangement are described in more detail below with reference to drawings. It shows:
1 shows an axial section through the parts of interest in the present context, namely on the left in a first and on the right in a second embodiment, and
2 shows a cross section substantially along the line II II of FIG. 1st
1 shows a blow nozzle arrangement 10 in the almost open position of the associated compressed gas switch. This has a stationary contact set with a tubular nominal current contact 11 and a tubular contact 12 that is also coaxially surrounded by it. The free end of the arcing contact 12 projects beyond the end of the nominal current contact 11 and is provided with an erosion ring 13.
The stationary contact set interacts with a movable contact set which can be moved back and forth in the direction of the double arrow 14 by means of a drive (not shown). This also has a nominal current contact 15 which merges into an outer jacket 16 of a pressure chamber 17. This pressure space 17 is delimited on the inside by a tubular part 18 which is rigidly connected to the outer jacket 16 by means of webs 19 which extend radially inwards. A movable arcing contact 20 is screwed into this tubular part 18 and is thus electrically connected to the movable nominal current contact 15. The free end of the arcing contact 20 also protrudes beyond the free end of the rated current contact 15 and is also provided with an erosion ring 21. The inner diameter of the erosion ring 21 corresponds to the outer diameter of the arcing contact 12.
Axially, the pressure chamber 17 is delimited by an annular piston, not shown, which is preferably supported in a stationary manner and which, during a switch-off stroke, pressurizes the gas in the pressure chamber 17, for example an extinguishing gas such as SFs.
The pressurized gas then flows out of the pressure chamber 17 through passages 22 present between the webs 19 into a converging inlet section 23 (seen in the direction of flow) of a nozzle chamber surrounded by a nozzle body 24. The nozzle body 24. is made of an electrical insulating material, for example made of PTFE. In order to accelerate the gas flow in the inlet section 23 as much as possible and to protect the outer surface of the movable arcing contact 20, a filler 25 made of insulating material and coaxially surrounding it is provided, which is also fastened to the tubular part 18, for example screwed in as shown.
The inlet section 23 is followed by a narrowest point 26, which is followed by a diffuser-like diverging blow-out space 27. In the area of the narrowest point 26, but at a height slightly offset axially in the direction of the blow-out space, inlets 28 of passages 29 are provided in the nozzle body 24 at regular circumferential intervals. As shown in FIG. 1, these inlets 28 can initially narrow in a funnel shape, and then merge into a short, radially extending section. These short, radially running sections of the passages 29 merge into end sections 30 which run essentially parallel to the axis of the nozzle body 24 and which open into the blow-out space 27.
In the embodiment shown on the left in FIG. 1, the blow-out space 27 is delimited by an essentially conically diverging but continuous surface. Accordingly, the openings of the end sections 30 into the blow-out space 27 appear approximately in the form of ellipses.
In the embodiment shown on the right in FIG. 1, on the other hand, the area delimiting the blow-out space 27 has a discontinuity in the form of a step 31, through which - viewed in the direction of flow - the blow-out space 27 experiences a sudden cross-sectional expansion. The inner circumference of this step 31 is formed by a tear-off edge 32. The end sections 30 of the passages 29 end in this embodiment at the level 31. The special properties of this embodiment will have to be returned.
Since - as mentioned - the nozzle body 24 consists of an electrical insulating material, for example PTFE, even if the insulating material should be pourable, it is difficult to form the passages 29 in a one-piece nozzle body 24. In the case of PTFE, which, as is known, can only be sintered, it is practically not possible to manufacture the nozzle body 24 in one piece with the passages 29. Therefore, the nozzle body 24 is designed in two parts in the illustrated embodiment. In particular, the nozzle body 24 has an outer part 33, into which an inner part 34 is inserted coaxially and preferably in a press fit and is secured in the inserted state, for example by transverse pins 35 (FIG. 2) made of the same insulating material.
Thus, the passages 29 can easily be formed by recesses in the manner of grooves which are formed on the abutting surfaces that adjoin one another on the end face and on the circumference between the outer part 33 and the inner part 34. This method of manufacture also allows, as shown in FIG. 2, to give the end sections 30 of the passages 29 a cross section in the form of a curved oval.
Reference is now made again to the embodiment shown on the right in FIG. 1, in which — as mentioned, the flow cross-section of the blow-out space 27 moves suddenly due to the step 31 delimited internally by the tear-off edge 32. Flow measurements have shown that the gas flowing from the narrowest point 26 directly into the blow-out space 27 after passing the tear-off edge 32 no longer comes into contact with the wall of the blow-out space 27 downstream of the step 31, primarily because of the level of the step the end portions 30 of the passages 29 parallel to the axis of the nozzle body 24 flowing gas streams.
In the vicinity of the zero current crossing of the switching arc, there can even be a reversal of the flow direction in the passages 29, which can result in an additional supply of relatively cool (expanded) gas in the area of the narrowest point 26 and thus an additional cooling of the switching arc.