Коммутатор электролизера кэ-"остшуг" Советский патент 1980 года по МПК H01H29/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электролизной промышленности для, оперативного шунтирования и дешунти рования электролизных ванн при рабо напряжениях 5-6. Известны жидкометаллические коммутаторы, например коммутатор, являющийся аппаратом вертикальной установки и содержащий жидкий метал в нижней части, поступающий в кольцевую полость между изолированными друг от друга цилиндрическими электродами при сокращении нижнего силь на, при этом жидкий металл удержива ется в заданном объеме с помощью изоляционной жидкости, полностью заполняющей оставшийся внутренний объем, и изолированного снаружи кол ,ца,препятствующего смешиванию жидко тей при их движении в кольцевой полости 1 , Олнако устройство имеет тот недос таток, что при коммутациях сверхтоков (десятков и сотен тысяч ампер) под действием перегрева жидкого металла в первые моменты коммутации возникают газообразные продукты разложения жидкого диэлектрика, вызывги щие внутреннее давление, препятствую щее сокращению сильфона и работе аппарата. Кроме того, использование сильфона в качестве упругого элемента привода с учетом крлебаний давления в магистралях сжатого воздуха предприятий и содержания в нем конденсата, делают привод малопригодным в наружHTdx установках при низких температурах, в которых должен работать коммутатор электролизера. Известен коммутатор электролизера содержащий внутренний rf наружный электроды, разделенные друг от друга изоляционными проклсщками и образующие кольцевую полость, в которой установлено уплотнительное кольцо, резервуар с диафрагмой, установленный под электродами, жидкий металл и пневмопривод 2. Однако это устройство недостаточно надежно. Для повышения надежности предлагаемое устройство, содержащее внутренний и наружный электроды, разделенные друг от друга изоляционными прокладками и образующие кольцевую полость, в которой установлено уплотнительное кольцо, резервуар с диафрагмой, установленный под электродами, жидкий металл и пневмопривод, снабжено двумя плоскими шинами и дополнительным резервуаром с диафрагмой, установленными над электродами, а плоские шины закреплены между электродами и резервуарами и выполнены с отверстиями, соединяющими резервуары с кольцевой полостью.

Кроме того, коммутатор снабжен предохранительным клапаном, соединенным при помощи каналов с кольцевой полостью.

Верхняя и нижняя грани уплотнител ного кольца и внутренние поверхности изоляционных прокладок могут быть выполнены в виде конусов.

Боковые грани уплотнительного кольца могут быть выполнены с многозаходными винтовыми проточками, соединяющими объемы над и под кольцом.

На чертеже дана конструктивная схема предлагаемого коммутатора - в разомкнутом состоянии.

Он имеет внутренний цилиндрический электрод 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 плоские шины, которые стягиваются шпильками о жесткого упора по плоскости в центральный электрод и упругого упора в наружный электрод 4 через изоляционные кольца 5 и упругие кольца 6, герметизирующие стыки. Коммутатор содержит уплотнительное изоляционное кольцо 7, вста ленное по скользящей посадке в кольцевую полость между электродами 1 и 4, жидкий металл 8, диафрагмы 9, резервуары 10, снабженные отверстиями 11 для подачи и выброса воздуха, клапаны 12 давления . К электроду 4 приварена шина 13.

Коммутатор работает следующим образом.

Через электропневмоклапан (не показанный на чертеже) сжатый воздух пподается через отверстия 11 нижнего резервуара. При этом отверстия 11 верхнего резервуара через тот же электроклапан соединены с атмосферой Под давлением воздуха диафрагма 9 вытесняет жидкий металл 8 через отверстия в шине 2, совпадающие с проточками на торце электрода 1 под уплотнительное кольцо 7, которое впереди металла устремляется к верхнему фланцу, не позволяя ему фонтанировать, и предохраняет верхнюю диафрагму 9 от горячих брызг, летящих с большой скоростью.

Через жидкий Металл 8 между электродами 1 и 4 возникает электрическа цепь,, уменьшающая свое сопротивление по мере подъема жидкого металла. Кольцо 7, достигнув верхнего изоляционного кольца 5, плотно входит в коническую проточку кольца 5, уплотняя объем жидкого металла В. Поскольку кольцо несколько опережает сплошной столб жидкого металла, газ между ним и металлом демпфирует удар

жидкого металла 8 с кольцо 7 и предотвращает его быстрый износ. Затем этот газ через зазор между кольцом 7 и электродом 1, а также через винтовую проточку на боковой поверхности кольца 7 вытесняется жидким металлом Давление над и под кольцом уравнивается. При этом кольцо 7 выходит из проточки в кольце 5. В процессе длительной эксплуатации не исключается попадание жидкого металла под верхнюю диафрагму хотя бы в виде пара. Поэтому на шине 2 выполнено углубление, в котором капельки жидкого металла собираются, а затем через сверления попадают в кольцевую полость. По наклонной грани кольца 7 они стекают к наружной стороне и по винтовым проточкам попадают под кольцо 7. При этом практически исключается образование мостика из жидкого -металла на поверхности кольца 7.

Процесс включения коммутатора завершается, когда нижняя диафрагма 9 прижимается к шине 3, а верхняя - к стенкам сферической плоскости в верхнем резервуаре 10. Упругость диафрагм 9 такова, что свое конечное положение они занимают при давлении- в, нижнем резервуаре меньше 1 атм Это обеспечивает стабильную работу независимо от колебаний давления промышленного воздуха.

Если по каким-либо причинам внутри коммутатора возникает давление, превышающее 2-2,5 атм., срабатывает клапан 12, который предотвращает возникновение условий недовключения или невключения аппарата.

Переходное сопротивление в прижимных контактах между центральным электродом 1 .и шинами 2 и 3 равноценно сопротивлению сварного соединения благодаря жидкому металлу, который заполняет заэор между контактирующими поверхностями и остается там под действием капиллярных сил.

Отключение коммутатора происходит при подаче сжатого воздуха в верхний резервуар и соединения отверстия 11 нижнего фланца с атмосферой. При это жидкий металл под действием веса и нарастающего давления со стороны верхней диафрагмы с ускорением уходи из кольцевой полости. Кольцо 7, след за жидким металлом и войдя с ударом в коническую проточку изоляционного кольца 5, окончательно разрывает элетопроводящие мостики, создает твердоизоляционное покрытие электродов в зоне коммутации, что обеспечивает надежный однократный разрыв цепи.

Отекание со стенок избыточного металла не приводит к самопроизвольному включению, благодаря скошенным граням кольца 7 и многозаходныг.1 проточкам на его боковых гранях.

В коммутаторе использована более глубокая, чем в аналогах, компенсаии