DD235305A1 - Vorrichtung zur verteilung fluider medien mittels stroemungsbeeinflussung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung eines gleichmaessig verteilten Stroemungsfeldes nach dem Uebergang eines Volumenstromes in einen im Verhaeltnis zum Anstroemquerschnitt sehr viel groesseren Querschnitt. Die Erfindung ist geeignet zur Verteilung und Vermischung fluider Medien, vorzugsweise von Feststoff-Luft-Gemischen zur gleichmaessigen Beschichtung von Werkstuecken. Sie bewirkt eine intensive Verwirbelung und Vermischung des Traegermediums mit anderen fluiden Stoffen auf kuerzestem Wege. Die erfindungsgemaesse Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt eines Anstroemrohres (1), dass in den Boden eines trichterfoermigen Behaelters (3) einmuendet, zentrisch angeordnet, ein Stroemungsverteiler (2) angebracht ist. Der Stroemungsverteiler (1) setzt sich aus einem System mehrerer uebereinander angeordneter Prallkoerper (5 bis 9), Figur 2, zusammen, in das das Stroemungsmedium eingeleitet wird und durch Umlenkung und Teilung des Volumenstromes ein kaskadenaehnliches Stroemungsfeld mit den beschriebenen Eigenschaften erzeugt. Fig. 1

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die geeignet ist, z. B. ein Feststoff-Luft-Gemisch in einem Behälter so zu bewegen, daß die Funktion der zugehörigen Anlage zur Oberflächenbeschichtung von Werkstücken erfüllt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der engsten Stelle eines trichterförmigen Behälters, weiterhin als Behälterboden bezeichnet, ein kegelförmig aufgebautes Prallkörpersystem, weiterhin als Strömungsverteiler bezeichnet, angeordnet ist. Es besteht aus mehreren, in Abständen etagenförmig übereinander angeordneten, leicht kegelig gewölbten, vorzugsweise dünnwandigen Prallkörpern mit in axialer Richtung abnehmendem Durchmesser, die bis auf die oberste mit differenziert angebrachten Öffnungen versehen sind. Diese Durchtrittsöffnungen werden durch den jeweils darüber liegenden Körper so verdeckt, daß in der Draufsicht keine Öffnung mehr sichtbar ist. Der Zwischenraum zwischen den einzelnen Prallkörpern ist offen. Der Strömungsverteiler ist am Behälterboden angebracht, bzw. mit dem unteren Rand des Behälters verbunden. Die Wirkungsweise des Strömungsverteilers wird dadurch bestimmt, daß das Strömungsmedium zum Teil radial zwischen den Körpern austritt, zum Teil axial durch die Öffnungen in die nächst höhere Etage geführt wird, dort wieder seitlich austreten kann und so weitergeführt wird bis zum letzten Körper mit dem kleinsten Durchmesser, der keine Öffnung aufweist. Dadurch entsteht ein kaskadenähnliches Strömungsgebiet im Austrittsbereich, das sich im weiteren Verlauf zu einem gut durchwirbelten und den gesamten Behälterquerschnitt ausfüllenden Strömungsfeld entwickelt. Folgende Effekte werden damit als notwendige Bedingungen für die Funktionsfähigkeit der Beschichtungsanlage erzielt:

Das Beschichtungsgut wird gleichmäßig über den Querschnitt verteilt, gut durchwirbelt, in die gewünschte Arbeitshöhe gefördert und es wird die technologisch geforderte Gutkonzentration im Arbeitsbereich erzeugt. Weiterhin wird erreicht, daß das Gut sich im Ruhezustand am Boden ablagern kann, ohne außerhalb des Behälters zu gelangen, während es im Betriebszustand restlos vom Boden gelöst und mindestens im Schwebezustand gehalten wird. In Verbindung mit dem trichterförmigen Behälterteil kommt das System strömungstechnisch dem Wirkprinzip eines Kurzdiffusors mit intensiver Verwirbelung nahe. Die Steuerung der Förderhöhe wird primär von der Kornfraktion des Gutes bestimmt und durch Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Das kann durch Ändern des zuströmenden Volumenstromes des Trägermediums mittels Regelklappe von außen oder durch Ändern des Druckverlustes des Strömungsverteilers geschehen.

Ausführungsbeispiel

Im folgenden soll anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Es zeigen

Fig. 1: das Schnittbild eines Ausführungsbeispieles der erfinderischen Lösung in vertikaler Anordnung als Teil einer

Beschichtungsanlage Fig. 2: die zerlegte Darstellung des Strömungsverteilers

Aus einem Anströmrohr 1 tritt ein Trägermedium in einen Strömungsverteiler 2 mit einem dem Querschnittsverhäitnis zwischen Anströmrohr 1 und einem den Arbeitsraum bildenden Behälter 2 angepaßten Volumenstrom ein. Der Strömungsverteiler 2 ist an der engsten Stelle des trichterförmigen Behältermantels 4 mit diesem verbunden. Der Behälter 3 erweitert sich in diesem Beispiel im Flächenverhältnis 1:36 auf den Durchmesser des Arbeitsraumes, dessen Verhältnis zur Höhe der Erweiterung 1:0,5 beträgt. Der Strömungsverteiler 2 besteht in diesem Beispiel aus fünf übereinander angeordneten Prallkörpern 5 bis 9, die mit Ausnahme des obersten Prallkörpers 9 je vier Durchtrittsöffnungen 10 aufweisen, deren Durchmesser nach oben hin abnimmt. Der obere Prallkörper 9 ist mit einem Achsbolzen 11 fest verbunden, auf den, durch Distanzringe 12 getrennt, die Prallkörper 5 bis 8 zentrisch aufgeschoben und mit Hilfe einer Gegenmutter 13 fest verschraubt sind. Die Durchmesser der Prallkörper 5 bis 9 nehmen in einem bestimmten Verhältnis zueinander nach oben hin ab, so daß der Strömungsverteiler 2 ein tannenbaumähnliches Aussehen erhält. Zwischen den unteren beiden Prallkörpern 5 und 6 wird über die Durchtrittsöffnungen 10 des Prallkörpers 5 ein Teil des Volumenstromes unmittelbar am Behältermantel 4 nach oben geführt. Dieser Anteil hat in erster Linie die Aufgabe, das im Anfahrzustand am Boden der engsten Stelle angelagerte Beschichtungsgut zu lösen und nach oben anzuheben. Dabei wird es von den aus den folgenden Etagen austretenden Volumenstromanteilen erfaßt und breitflächig verteilt. Das entstehende fächerartige, verwirbelte Strömungsfeld erhält im Zuge des nachfolgenden Vermischungsprozesses seine relativ gleichmäßige Verteilung und aus Kontinuitätsgründen die dem Querschnittsverhältnis entsprechende vertikale Durchschnittsgeschwindigkeit. Der untere Prallkörper 5 ist im Beispiel nach Figur 2 mit dem Anströmrohr 1 fest verbunden, kann aber nach Figur 1 auch als lösbare Steckverbindung gestaltet sein, um eine eventuelle Demontage zu erleichtern. Der Volumenstrom wird also ausschließlich durch die Bohrungen 10 des Prallkörpers 5 in die untere Etage des Strömungsverteilers 2 geführt und von dort in beschriebener Weise weitergeleitet.

Claims (7)

1. - ι - /oo ου

   Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung zum räumlichen Verteilen eines Gemisches von Feststoffen und einem gasförmiger/Trägermedium, das über ein Anströmrohr in einen Behälter gelangt, dessen Strömungsquerschnitt um ein Vielfaches größer ist als der des Anströmrohres und der integraler Bestandteil einer Einrichtung zum Beschichten von in einer definierten Arbeitsebene im Behälter angeordneten Werkstücken ist, gekennzeichnet dadurch, daß sich der Behälter (3) vom Eintritt des Anströmrohres (1) bis zur Arbeitsebene trichterförmig erweitert und daß über der Eintrittsöffnung des Anströmrohres (1) im Behälter (3) ein aus mindestens zwei gleichartigen geformten, mit Abstand übereinander positionierten Prallkörpern (5, 9) bestehender Strömungsverteiler (2) angeordnet ist, dessen unterer mit Durchtrittsöffnungen (10) versehener Prallkörper (5) die Eintrittsöffnung des Anströmrohres (1) völlig überdeckt und der obere Prallkörper (9) keine Durchtrittsöffnungen aufweist.
2. 2. Vorrichtung gem. Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Strömungsverteiler (2) aus einer Vielzahl von Prallkörpern (5-9) besteht, die mit Ausnahme der obersten (9) Durchtrittsöffnungen (10) aufweisen, die zu den Durchtrittsöffnungen des darüberliegenden Prallkörpers eine beliebige Lage haben und daß die äußeren Abmessungen der Prallkörper (5-9) in Strömungsrichtung abnehmen.
3. 3. Vorrichtung gem. Punkt 1 bis 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Zwischenräume zwischen den Prallkörpern (5-9) mit porösem Material ausgefüllt sind.
4. 4. Vorrichtung gem. Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Durchtrittsöffnungen (10) der einzelnen Prallkörper (5—9) beliebig gegeneinander verstellbar sind.
5. 5. Vorrichtung gem. Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Boden des Behälters (3) größer ist, als die Einströmöffnung des Anströmrohres (1).
6. 6. Vorrichtung gem. Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Strömungsverteiler (2) vorgesehen sind.
7. 7. Vorrichtung gem. Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die strömungsleitenden Teile (1,3, 5—9) beliebige Querschnittsund äußere Formen aufweisen.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur räumlichen Verteilung fluider Medien durch einen Strömungsverteiler in einem Behälter, dessen Strömungsquerschnittsfläche im Verhältnis vielfach größer als die der Zuführungsleitung ist. Die Vorrichtung ist geeignet für Mischungs- oder Verteilungsvorgänge fluider Medien, z. B. zwischen mehreren gasförmigen oder tropfbaren Flüssigkeiten, für chemische Reaktionen zwischen mehreren Komponenten und allgemein für strömungstechnische Einrichtungen, die auf kürzestem Wege eine starke Erweiterung des Strömungsfeldes mit gleichmäßiger Verteilung und hoher Turbulenz verlangen. Eine bevorzugte Anwendung ist die Verteilung von Feststoffen mittels eines gasförmigen Trägermediums in die Arbeitsebene einer Beschichtungseinrichtung.

   Charakteristik der bekannten Lösungen

   Bekannt sind Vorrichtungen zur Strömungsverteilung, bei denen durch einen Prallkörper eine Richtungsänderung aus axialer Zuströmung in eine davon abgelenkte, vorwiegend radiale Verteilungsströmung erfolgt, z.B. nach dem vpn W. Albring angegebenen Prinzip des Radialdiffusors (Angewandte Strömungslehre, Verlag Th. Steinkopff Dresden 1970). In den DE-OS 27 128 083 und 2 836 113 werden 90°-Umlenkungen durch entsprechend geformte Prallkörper beschrieben, die als Spritzkopfverteiler eingesetzt werden. Einen anderen Anwendungsfall beschreibt die DE-OS 3 038 521, in dem das Prinzip für einen Schalldämpfer angewendet wird. Dabei wird eine Umlenkung der Strömung um 180° bewirkt, ähnlich wie bei den Verteilerköpfen des bekannten Glockenbodens, beschrieben im Taschenbuch Maschinenbau, Bd. 2, Energieumformung und Verfahrenstechnik, VEB Verlag Technik Berlin 1976.

   Weitere Anwendungsfälle für Prallkörper als Funktionalorgan sind bei Sprüh- und Spritzgeräten für verschiedene Einsatzgebiete bekannt, wie sie in den DE-OS 2 926 248 und 3 220 796 A1 sowie der DE-PS 3 208 583 beschrieben werden. Alle diese Ausführungen haben den Nachteil gemeinsam, daß damit keine gleichmäßige räumliche Verteilung erzeugt werden kann und entweder der gesamte Volumenstrom nur eine flächenhafte Verteilung erfährt (Sprühköpfe), oder er sich nur in einem stark konzentrierten Strahl auf sehr langem Wege ausbreiten kann (Sprühdüsen). Andere bekannte Hilfsmittel, wie Multidiffusoren (US-PS 3 597 166) oder drallerzeugende Einbauten (DE-OS 3 028 003 C1) haben hingegen den Nachteil, wenn sie im Boden eines Behälters verwendet werden, daß sie z. B. für Feststoffbestandteile (Pulver, Stäube) durchlässig und deshalb für bestimmte Verwendungszwecke ungeeignet sind. Den gleichen Nachteil haben Vorrichtungen zum Verteilen strömender Medien über einen Strömungsquerschnitt (DE-OS 2 610 556) oder zur Vergleichmäßigung des Geschwindigkeitsprofils (DD-WP 95 189). Bei letzterer, wie auch bei einer Variante im DD-WP 113 289, kommt der Nachteil hinzu, daß diese Vorschläge nur für geringe Strömungsgeschwindigkeiten und turbulenzarme Strömung brauchbar sind und somit beispielsweise einer Anwendung zum Aufwirbeln von Feststoffpartikeln entgegen stehen. Alle genannten Systeme beruhen außerdem darauf, daß jeweils immer der gesamte Volumenstrom durch nur einen Prallkörper umgelenkt und verteilt wird. Damit ist der Nachteil verbunden, daß ein gezieltes Ausrichten einzelner Teilströme auf bestimmte Funktionen, z. B. neben intensiver wandnaher Strömung auch eine gut durchwirbelte Kernzone zu erzeugen, mit diesen Lösungen nicht möglich ist.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Strömungsverteilung zu schaffen, die geeignet ist, eine räumliche Strömung mit gleichmäßiger Verteilung und intensiver Durchmischung des Fluids zu erzeugen.