DE102013102593B4 - Method for adjusting the flow of a cavitation mixer for a hygienically produced fluid mixture - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Durchflussanpassung eines Cavitations-Mischers für ein hygienisch herzustellendes Fluid-Gemisch mit einer Cavitator-Strecke (1), die einen Cavitator (1a) oder mehrere parallel geschaltete Cavitatoren (1a, b) aufweist, die hinsichtlich ihrer Spaltbreite (11) einzeln steuerbar sind, wobei- ein Mindest-Druckabfall über die Cavitator-Strecke (1) unter Berücksichtigung der Eigenschaften, insbesondere der Temperatur, des zu verarbeitenden Fluids festgelegt wird,- ein Teil des Fluid-Gemisches von der Abführleitung (9) über eine Rückführleitung (3) von einem Punkt (3a) hinter der Cavitator-Strecke (1) an einen Punkt (3b) vor der den Arbeitsdruck für die Cavitator-Strecke (1) liefernden Pumpe (4) und vor dem Mischpunkt (5) der beiden Komponenten des Fluid-Gemisches zurückgeführt wird,- die Pumpe (4) hinsichtlich ihrer Förderleistung größer gewählt wird als die maximale Entnahme von Fluid-Gemisch aus dem Cavitations-Mischer, sodass am Ende der Cavitator-Strecke (1) immer ein Überdruck vorliegt,- die Rückführleitung (3) permanent geöffnet ist, und- bei Unterschreiten des Mindest-Druckabfalls- der über die Rückführleitung (3) zurückgeführte Teilstrom (2a) vergrößert wird und/oder- bei Vorhandensein mehrerer Cavitatoren (1a, b) mindestens einer der Cavitatoren (1a, b) geschlossen wird und/oder- die Spaltbreite (11) des bzw. der Cavitatoren (1a) verringert wird, insbesondere durch axiale Verstellung des Hindernis-Bäumchens (109)dadurch gekennzeichnet, dass- die Entnahme des eine gasförmige Komponente enthaltenden Fluid-Gemisches im Bereich des Punktes (3a) am unteren Ende eines Rohrstückes (22') erfolgt, dessen Verlaufsrichtung eine vertikale Komponente aufweist und dessen oberes Ende mit einem Punkt (3b) vor der den Arbeitsdruck für die Cavitator-Strecke (1) liefernden Pumpe (4) in Verbindung steht und- die Abführleitung (9) mit einem nach oben gerichteten offenen Ende (9a) in dem Rohrstück (22') oberhalb des Entnahmepunktes (3a) für das Fluid-Gemisch endet.Method for adjusting the flow of a Cavitations-mixer for a hygienically produced fluid mixture with a Cavitator distance (1) having a Cavitator (1a) or more parallel Cavitatoren (1a, b), with their gap width (11) individually controllable are, wherein- a minimum pressure drop across the Cavitator distance (1) is determined taking into account the properties, in particular the temperature of the fluid to be processed, - a part of the fluid mixture from the discharge line (9) via a return line (3 ) from a point (3a) behind the cavitator path (1) to a point (3b) in front of the pump (4) supplying the working pressure for the cavitator path (1) and before the mixing point (5) of the two components of the fluid -Mixtures is returned, - the pump (4) is selected in terms of their capacity greater than the maximum removal of fluid mixture from the Cavitations-mixer, so that at the end of the Cavitator distance (1) in the an overpressure is present, - the return line (3) is permanently open, and- if the minimum pressure drop of the partial line (2a) returned via the return line (3) is increased and / or- in the presence of several cavitators (1a, b ) at least one of the cavitators (1a, b) is closed and / or the gap width (11) of the cavitator or cavities (1a) is reduced, in particular by axial displacement of the obstacle tree (109), characterized in that the removal of the gaseous component containing fluid mixture in the region of the point (3a) at the lower end of a pipe section (22 ') takes place, the extending direction has a vertical component and the upper end with a point (3b) before the working pressure for the Cavitator- (1) supplying pump (4) is in communication and the discharge line (9) with an upwardly open end (9a) in the pipe section (22 ') above the removal point (3a) for the fluid mixture ends.
Description
Anwendungsgebietfield of use
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchflussanpassung einer Cavitator-Anlage sowie eine Cavitator-Anlage.The invention relates to a method for adjusting the flow of a Cavitator system and a Cavitator system.
II. Technischer HintergrundII. Technical background
Bekanntermaßen wird mit hydrodynamischen Cavitationsmischern eine Suspension oder Emulsion oder ein Gas-Flüssigkeit-Gemisch, beispielsweise ein Kohlensäurehaltiges Getränk, mit geringem Aufwand und ohne mechanisch angetriebene Teile hergestellt, indem in der dahinströmenden Flüssigkeit zunächst dampfgefüllte Gasblasen erzeugt werden, die anschließend implosionsartig wieder zusammenbrechen.As is known, hydrodynamic cavitation mixers are used to produce a suspension or emulsion or a gas-liquid mixture, for example a carbonated beverage, with little effort and without mechanically driven parts, by initially generating steam-filled gas bubbles in the liquid flowing along, which subsequently collapse again in an implosion manner.
Wenn dieses Zusammenbrechen einer großen Anzahl von Blasen, der so genannten Cavitationsblasen, in der Nähe der Grenzfläche zwischen zwei Phasenbereichen, also etwa großen Gasblasen in Wasser, geschieht, wird dadurch die zweite Komponente, in diesem Fall die Gasblasen, in kleinere Einheiten zerrissen und dadurch eine sehr feine Vermischung der beiden Komponenten und damit ein sehr stabiles Gas-Wassergemisch erzeugt.When this collapse of a large number of bubbles, the so-called cavitation bubbles, occurs near the interface between two phase areas, say large gas bubbles in water, the second component, in this case the gas bubbles, is torn into smaller units and thereby a very fine mixing of the two components and thus produces a very stable gas-water mixture.
Die Erzeugung der Cavitationsblasen geschieht in einer strömenden Flüssigkeit - durch einen Abfall des statischen Druckes unter den Dampfdruck der Flüssigkeit, wodurch sich dampfgefüllte Gasblasen bilden, z. B. aufgrund einer Stromeinengung.The generation of Cavitationsblasen happens in a flowing liquid - by a drop in the static pressure below the vapor pressure of the liquid, which form vapor-filled gas bubbles, eg. B. due to a current narrowing.
Wenn anschließend der statische Druck durch eine Aufweitung des Strömungsquerschnitts wieder zunimmt und der statische Druck wieder den Dampfdruck übersteigt, brechen die Gasblasen zusammen.When the static pressure then increases again due to a widening of the flow cross-section and the static pressure again exceeds the vapor pressure, the gas bubbles collapse.
Die Einengung und anschließende Aufweitung des Strömungsquerschnitts kann erreicht werden, indem in einer Durchflusskammer ein Hinderniskörper angeordnet wird, wobei der verbleibende Spalt z. B. zwischen Hinderniskörper und umgebendem Gehäuse der Durchflusskammer die Engstelle bildet.The constriction and subsequent expansion of the flow cross section can be achieved by an obstacle body is arranged in a flow chamber, wherein the remaining gap z. B. between obstacle body and surrounding housing of the flow chamber forms the bottleneck.
Durch mehrfache Anordnung solcher Hinderniskörper hintereinander, aus Platzgründen vorzugsweise in Form von quer zur Strömungsrichtung stehenden Scheiben, wird der Cavitationseffekt vervielfacht, besonders indem in Strömungsrichtung die Ringspaltfläche von einer Scheibe zur nächsten jeweils abnimmt.By multiple arrangement of such obstacle bodies in a row, for reasons of space preferably in the form of transverse to the flow direction discs, the Cavitationseffekt is multiplied, especially in the flow direction, the annular gap area decreases from one disc to the next respectively.
Zusätzlich entstehen dabei zu dem ersten, sich im Ringspaltbereich ausbildenden, Cavitationsfeld ergänzende Cavitationsfelder in den durchströmbaren Hohlräumen zwischen den Hinderniskörpern, und durch die räumliche Überlagerung der einzelnen Cavitationsfelder entsteht ein so genanntes Super-Cavitationsfeld, was eine Vervielfachung der Cavitationswirkung jedes einzelnen Cavitationsfeldes bewirkt.In addition, cavitation fields are formed in the cavities between the obstacle bodies that are permeable to the first cavitation field forming in the annular gap area, and the superposition of the individual cavitation fields produces a so-called super-cavitation field, which causes a multiplication of the cavitation effect of each individual cavitation field.
Der statische Druck, dessen Unterschreitung zum Cavitationseffekt, wird bei Wasser Null oder negativ, wenn die Strömungsgeschwindigkeit einen bestimmten, von Umgebungsbedingungen abhängigen Wert von beispielsweise etwa 14 m/s an den Abrisskanten der Hinderniskörper überschreitet.The static pressure, which falls short of the cavitation effect, becomes zero or negative in the case of water when the flow velocity exceeds a certain, dependent on environmental conditions value of, for example, about 14 m / s at the trailing edges of the obstacle body.
Derartige Cavitatoren werden beispielsweise in Betrieben zur Mineralwasserabfüllung oder Limonadenherstellung benutzt, um entweder das zugesetzte CO2 möglichst vollständig im Wasser zu binden, und/oder auch den zugesetzten Limonaden-Grundstoff (Sirup).Cavitators of this kind are used, for example, in mineral water bottling plants or lemonade production, in order either to bind the added CO 2 as completely as possible in the water, and / or also to add the soda-based raw material (syrup).
Dabei treten in der Praxis mehrere Probleme auf:There are several problems in practice:
Zum einen kann sich die pro Zeiteinheit angelieferte und zu verarbeitende Menge des Produktes, also vor allem der flüssigen Hauptkomponente des Getränkes, stark ändern, abhängig von dem Betriebszustand der vorgelagerten Anlagenteile oder auch der Verfügbarkeit und damit auch der über den Cavitator auftretende Druckabfall.On the one hand, the amount of product delivered per unit of time and to be processed, ie above all the liquid main component of the beverage, can change greatly, depending on the operating state of the upstream plant parts or also the availability and thus also the pressure drop occurring via the cavitator.
Des Weiteren können sich z. B. durch Produktwechsel dessen Eigenschaften ändern, beispielsweise dessen Temperatur, Viskosität, Anlieferungsdruck usw.Furthermore, z. B. by changing the product whose properties change, for example, its temperature, viscosity, delivery pressure, etc.
Um bei solchen wechselnden Bedingungen dennoch zuverlässig im Cavitator den Cavitationseffekt zu bewirken, muss eine bestimmte Mindest-Fließgeschwindigkeit, insbesondere in den Durchflussspalten bei den Hinderniskörpern, und/oder ein Mindest-Druckabfall erreicht oder überschritten werden, die jedoch von den genannten Umgebungsbedingungen abhängt.In order nevertheless to reliably effect the cavitation effect in the cavitator under such changing conditions, a certain minimum flow velocity, in particular in the flow gaps in the obstacle bodies, and / or a minimum pressure drop must be reached or exceeded, which, however, depends on the stated environmental conditions.
Aus der
Dabei beschreibt lediglich die
In diesen Schriften wird jedoch als Zweck für die Rückführung bestenfalls die Verbesserung des Cavitationseinflusses auf das Produkt genannt. Eine Steuerung des Mindestdruckabfalles über der Cavitator-Strecke mit Hilfe der Größe des Rückführstromes wird dort jedoch weder vorgeschlagen noch nahegelegt, und erst recht keine konkrete Abfolge und Kombination von unterschiedlichen Maßnahmen, die in Summe den Mindestdruckabfall sicherstellen sollen.However, in these references, at best, the purpose of the recycle is to improve the cavitation effect on the product. However, a control of the minimum pressure drop across the Cavitator route with the help of the size of the recirculation flow is there neither suggested nor suggested, and certainly no specific sequence and combination of different measures, which should ensure in sum the minimum pressure drop.
Es ist jedoch aus der
Wenn es sich bei dem herzustellenden Gemisch um ein Lebensmittel handelt, oder aus anderen Gründen hygienische Zustände unbedingt eingehalten werden müssen, ergeben sich zusätzliche Probleme:If the mixture to be produced is a foodstuff, or if it is necessary to comply with hygienic conditions for other reasons, additional problems arise:
Wird das Cavitatorrohr aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt, vor allem in axialer Richtung aneinander anschließenden Einzelteilen, aber auch aus zwei in Längsrichtung geteilten Halbschalen, so müssen dazwischen Dichtungen angeordnet werden, die zwischen Dichtung und umgebenden Material kleinste Hohlräume belassen, in denen sich Keime sammeln und vermehren können. Zusätzlich müssen die miteinander zu verbindenden, meist zu verschraubenden, Einzelteile dicht und möglichst hohlraumfrei aneinander passen, um diese Möglichkeiten für die Verkeimung soweit als möglich zu verringern.If the Cavitatorrohr composed of several individual parts, especially in the axial direction adjoining individual parts, but also from two split in the longitudinal half shells, so must be arranged between seals that leave between seal and surrounding material smallest cavities in which collect and multiply germs can. In addition, the individual parts which are to be joined together, usually to be screwed, must fit tightly against one another and as cavity-free as possible in order to reduce these possibilities of contamination as far as possible.
Wird das Cavitatorrohr dagegen aus möglichst wenigen, insbesondere einem einzigen Stück hergestellt, so ist entweder der Herstellungsaufwand sehr hoch oder die Montage des darin anzuordnenden Hindernisbäumchens nicht möglich bzw. sehr aufwendig.If the Cavitatorrohr, however, made from as few, in particular a single piece, so either the production cost is very high or the assembly of the obstacle to be arranged therein is not possible or very expensive.
Werden die einzelnen Abschnitte des Cavitatorrohres nachträglich mit Flanschteilen verschweißt, mit denen die einzelnen Abschnitte des Cavitatorrohres später gegeneinander verschraubt werden können, so können je nach Unterteilung des Cavitatorrohres die Schweißnähte zwischen Flanschteil und eigentlichem Rohrabschnitt nicht nachbehandelt, insbesondere verschliffen oder auf andere Art und Weise die Schweißnähte geglättet werden mangels Zugänglichkeit im verschweißten Zustand. Dadurch entsteht wiederum das Risiko von in der Schweißnaht verbleibenden, zum Innenraum des Cavitatorrohres offenen Poren, die wiederum als Ablagerungsstätte und Vermehrungsstätte für Keime dienen können.If the individual sections of the Cavitatorrohres subsequently welded with flange, with which the individual sections of Cavitatorrohres can be screwed against each other later, so depending on the subdivision of Cavitatorrohres the welds between flange and actual pipe section not treated, in particular sanded or otherwise Welds are smoothed for lack of accessibility in the welded state. This in turn creates the risk of remaining in the weld, open to the interior of Cavitatorrohres pores, which in turn can serve as a deposit site and propagation for germs.
Zusätzlich verlängert das Anschweißen von Flanschen die Gesamtlänge des Cavitatorrohres und damit zwangsweise auch die Länge des Hindernisbäumchens, welches jedoch ohnehin hinsichtlich seiner Stabilität auf Grund der hohen im Betrieb auftretenden Kräfte immer bereits an der Stabilitätsgrenze liegt.In addition, the welding of flanges extends the overall length of the Cavitatorrohres and thus forcibly also the length of the Obstisbäumchens, which, however, always already in terms of its stability due to the high forces occurring during operation is at the stability limit.
Sofern sich die Schweißnähte in Bereichen befinden, in denen lediglich laminare Strömungen während des Betriebs des Cavitators herrschen, werden diese Bereiche durch die Strömung des Mediums nicht optimal selbst gereinigt.If the welds are in areas where there are only laminar flows during operation of the cavitator, these areas are not optimally self-cleaned by the flow of the medium.
III. Darstellung der ErfindungIII. Presentation of the invention
Technische AufgabeTechnical task
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit deren Hilfe eine Cavitator-Anlage, die auch mehrere Cavitatoren umfassen kann, einem Wechsel der Betriebsbedingungen, insbesondere variierende Durchflussmengen und Produktparameter, angepasst, insbesondere automatisch, angepasst werden kann und dennoch die gestellten Hygieneanforderungen erfüllt.It is therefore the object according to the invention to provide a method and a device with the aid of which a cavitator system, which may also comprise a plurality of cavitators, is adapted to a change in operating conditions, in particular varying flow rates and product parameters, in particular automatically. can be adjusted and yet meets the hygiene requirements.
Lösung der AufgabeSolution of the task
Diese Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved in each case by the features of claims 1 and 16. Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Da der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Cavitators feststellbare Druckabfall mit der Fließgeschwindigkeit im Cavitator und insbesondere mit der Fließgeschwindigkeit an den Hindernis-Körpern, also in den Engstellen des Cavitators, korreliert, kann der Cavitator aufgrund des über der Cavitator-Strecke gemessenen Druckabfalls gesteuert werden. Die Cavitator-Strecke kann aus einem oder mehreren, in diesem Fall dann in der Regel parallel geschalteten, Cavitatoren bestehen.Since the pressure drop detectable between the inlet and outlet of the cavitator correlates with the flow rate in the cavitator and in particular with the flow velocity at the obstruction bodies, ie cavities bottoms, the cavitator can be controlled due to the pressure drop measured across the cavitator span become. The Cavitator distance can consist of one or more, in this case then usually connected in parallel, Cavitatoren.
Zunächst muss ein Mindest-Druckabfall festgelegt werden, der an der Cavitator-Strecke auftreten muss, damit innerhalb des Cavitators tatsächlich Cavitation und damit der gewünschte Effekt der Durchmischung auftritt.First, a minimum pressure drop must be established that must occur at the cavitator path so that cavitation and thus the desired effect of mixing occur within the cavitator.
Wie hoch dieser Mindest-Druckabfall sein muss, hängt von einer Vielzahl von Randbedingungen ab, einerseits von Bauform und Größe des Cavitators, andererseits aber auch von Umgebungsbedingungen wie den physikalischen Eigenschaften des mit dem Cavitator zu behandelnden Fluids, z. B. der Temperatur, Viskosität und dem Druck, mit dem das zu bearbeitende Fluid angeliefert wird.How high this minimum pressure drop must be depends on a variety of On the one hand on the design and size of the Cavitators, on the other hand, but also from environmental conditions such as the physical properties of the fluid to be treated with the Cavitator, z. As the temperature, viscosity and the pressure at which the fluid to be processed is delivered.
Damit der Druckabfall während des Betriebes nicht unter den vorgegebenen Mindest-Druckabfall sinkt, wird am Ausgang der Cavitator-Strecke ein Teilstrom vom Hauptstrom über eine ständig offene Rückführleitung abgezweigt und im Kreis zur Hauptstrecke vor dem Beginn der Cavitator-Strecke zurückgeführt und diesem erneut zugeführt, wodurch die der Cavitator-Strecke zugeführte Menge pro Zeiteinheit künstlich erhöht wird, um das Auftreten von Cavitation sicherzustellen. Dies erfolgt primär durch Erhöhung des Durchsatzes pro Zeiteinheit der den Arbeitsdruck für die Cavitatorstrecke liefernden. Pumpe.Thus, the pressure drop does not fall below the predetermined minimum pressure drop during operation, a partial stream is diverted from the main stream via a constantly open return line at the exit of the Cavitator route and returned in a circle to the main line before the beginning of the Cavitator route and this fed again, whereby the quantity supplied to the Cavitator distance per unit of time is artificially increased to ensure the occurrence of cavitation. This is done primarily by increasing the throughput per unit time of the working pressure for the Cavitatorstrecke delivering. Pump.
Im Detail kann das hierfür notwendige Steuerungsverfahren unterschiedlich ausgeführt werden:In detail, the necessary control method can be executed differently:
So kann beispielsweise immer ein feststehender, bestimmter Anteil des Hauptstromes im Kreis zurückgeführt werden, beispielsweise immer 50% des Hauptstromes.Thus, for example, always a fixed, certain proportion of the main stream can be recycled in a circle, for example, always 50% of the main stream.
Besser ist es jedoch, den zurückgeführten Teilstrom hinsichtlich seiner Größe variieren zu können, beispielsweise stufenweise oder auch kontinuierlich, was durch die oben erwähnte Maßnahme leicht zu realisieren ist. Dadurch kann erreicht werden, dass der auftretende Druckabfall immer knapp oberhalb des vorgegebenen Mindest-Druckabfalls liegt und damit Cavitation auftritt.It is better, however, to be able to vary the recirculated partial flow in terms of its size, for example, gradually or continuously, which is easy to implement by the above-mentioned measure. As a result, it can be achieved that the occurring pressure drop is always just above the predetermined minimum pressure drop and therefore cavitation occurs.
Ein deutliches Ansteigen des Druckabfalls über diesen Mindestwert bringt kaum einen effektiven Nutzen, da die dann auftretende Cavitation quantitativ kaum größer wird, also die Vermischung kaum verbessert wird. Dagegen treten mit Rückführung eines erheblichen oder gar großen Teil des Hauptstromes andere Probleme auf:A significant increase in the pressure drop over this minimum value brings little effective benefit, since the then occurring cavitation is quantitatively hardly larger, so the mixing is hardly improved. In contrast, other problems occur with the return of a considerable or even large part of the main flow:
Durch die mehrfache Behandlung im Cavitator wird die Temperatur des zu behandelnden Mediums erhöht, was für viele Anwendungen von Nachteil ist. Ebenso wird das zu behandelnde Fluid dadurch nicht nur einfach, sondern mehrfach den im Cavitator auftretenden Belastungen unterworfen, beispielsweise hohen ScherKräften, was je nach zu behandelnden Fluid von Nachteil sein kann.The multiple treatment in the Cavitator increases the temperature of the medium to be treated, which is disadvantageous for many applications. Likewise, the fluid to be treated thereby not only simple, but several times subjected to the stresses occurring in the cavitator, for example, high shear forces, which depending on the fluid to be treated may be disadvantageous.
Die Rückführung des Teilstromes erfolgt zu einem Punkt vor der den Arbeitsdruck für den Cavitator zur Verfügung stellenden Pumpe, so dass der zurückgeführte Teilstrom mittels dieser Pumpe wiederum auf den gewünschten Arbeitsdruck gebracht wird, und auch vor dem Mischpunkt der zugeführten Komponenten in die Hauptkomponente.The return of the partial flow is made to a point before the working pressure for the Cavitator making available pump, so that the returned partial flow is again brought by means of this pump to the desired working pressure, and also before the mixing point of the supplied components in the main component.
Üblicherweise wird der Druckabfall kontinuierlich gemessen und die Ergebnisse der Druckmessung einer Steuerung zugeführt, die den Durchfluss durch die Rückführstrecke regelt. Eine besonders einfache Steuerung die dies bietet, ist ein einfacher Differenzdruckregler. In der Regel wird jedoch eine komplexere Steuerung verwendet, die zusätzlich andere Steuerungsfunktionen mit übernehmen kann.Usually, the pressure drop is measured continuously and the results of the pressure measurement fed to a controller that regulates the flow through the return line. A particularly simple control that offers this is a simple differential pressure controller. In general, however, a more complex control is used, which can also take over other control functions.
So können beispielsweise neben dem auftretenden Druckabfall auch unmittelbar die interessierenden physikalischen Eigenschaften des Produktes, beispielsweise Temperatur, Viskosität etc. gemessen werden und ebenso der Druck, vorzugsweise der Druck nach der Pumpe, also der Arbeitsdruck am Eingang in den Cavitator gemessen werden. Da der Druckabfall ohnehin ermittelt wird durch Bestimmung der Drücke vor und hinter dem Cavitator, ist einer dieser Einzeldrücke bereits der Druck am Eingang in den Cavitator.Thus, for example, in addition to the pressure drop occurring directly the physical properties of the product, such as temperature, viscosity, etc. are measured and also the pressure, preferably the pressure after the pump, so the working pressure at the entrance into the cavitator are measured. Since the pressure drop is determined anyway by determining the pressures in front of and behind the cavitator, one of these individual pressures is already the pressure at the entrance to the cavitator.
Falls die Cavitator-Strecke nicht nur einen, sondern mehrere parallel geschaltete Cavitatoren umfasst, kann die Anpassung an einen zu geringen Durchfluss - insbesondere zusätzlich - auch dadurch geschehen, dass - wiederum nach vorheriger Festlegung eines Mindest-Druckabfalles über der Cavitator-Strecke - im Falle der Unterschreitung wenigstens ein Cavitator oder der Reihe nach mehrere Cavitatoren deaktiviert, also verschlossen werden, bis über die Cavitator-Strecke mit den restlichen im Betrieb befindlichen Cavitatoren, also mindestens einem in Betrieb befindlichen Cavitator, der Mindest-Druckabfall erreicht wird.If the cavitator path comprises not just one but several cavitators connected in parallel, adaptation to a low flow rate can also be achieved, in particular additionally, by the fact that - again after a minimum pressure drop above the cavitator distance has previously been established the undershooting of at least one cavitator or sequentially disabled several cavitators, so be closed until the minimum pressure drop is achieved over the Cavitator distance with the remaining cavitators in operation, ie at least one in-service Cavitator.
Wenn die Cavitator-Strecke zwei oder mehrere gleich dimensionierte Cavitatoren umfasst, wird bei Unterschreiten des Mindest-Druckabfalls einer nach dem anderen dieser Cavitatoren der Reihe nach stillgelegt, bis nur noch ein Cavitator betrieben wird.If the cavitator route comprises two or more equally sized cavitators, one step after the other, these cavitators are shut down when the minimum pressure drop is not reached until only one cavitator is operated.
Wenn die Cavitatoren einer Cavitator-Strecke dagegen unterschiedlich groß dimensioniert sind, ist die Vorgehensweise eine andere:On the other hand, if the cavitators of a cavitator path are dimensioned differently, the procedure is different:
Sofern der Ausgangszustand darin bestand, dass alle Cavitatoren der Strecke aktiviert waren und dann der Druckabfall unter den Mindest-Druckabfall sinkt, so wird zunächst der kleinste Cavitator stillgesetzt.If the initial state was that all Cavitatoren the route were activated and then the pressure drop below the minimum pressure drop decreases, so first the smallest Cavitator is stopped.
Wenn dies nicht ausreichend ist, wird der kleinste Cavitator aktiviert und stattdessen der nächst größere Cavitator deaktiviert usw., bis der Mindestdruckabfall erreicht ist.If this is not enough, the smallest cavitator will be activated and instead the next larger cavitator will be deactivated and so on until the minimum pressure drop is reached.
Sollte dies mit dem Stilllegen eines einzigen Cavitators nicht erreichbar sein, so wird der größte einzelne Cavitator deaktiviert belassen und mit den verbleibenden aktivierten Cavitatoren der gleiche Durchlauf fortgesetzt und so fort, bis zum Schluss zwei oder auch mehrere Cavitatoren stillgesetzt sind. Auf diese Art und Weise wird der Mindest-Druckabfall knapp überschritten ohne zu stark anzusteigen, was lediglich hohe Energieverluste bedeutet. Should this not be achievable with the shutdown of a single Cavitators, the largest single Cavitator is left disabled and continued with the remaining activated Cavitatoren the same run and so on until the end of two or more Cavitatoren are stopped. In this way, the minimum pressure drop is just exceeded without too much increase, which means only high energy losses.
Auf diese Art und Weise kann beispielsweise mit drei unterschiedlich großen Cavitatoren bereits eine sehr gute Steuerung der Cavitator-Anlage durchgeführt werden.In this way, for example, with three different size cavitators already a very good control of the Cavitator system can be performed.
Vorzugsweise verhalten sich die einzelnen, jeweils nächst größeren Cavitatoren zueinander immer im gleichen Größenverhältnis, beispielsweise 1:2 oder 1:4.Preferably, the individual, each next larger Cavitatoren always behave to each other in the same size ratio, for example, 1: 2 or 1: 4.
Sofern ein Betrieb mit einem oder mehreren stillgelegten Cavitatoren erfolgt, wird nach einem vorgegebenen Zeitraum - sofern dies aufgrund gleicher Dimensionierung der Cavitatoren möglich ist - der stillgelegte Cavitator gewechselt, um ein zu langes Stehen des zu bearbeitenden Mediums im stillgelegten Cavitator zu vermeiden, was dort die Möglichkeit für unerwünschte Keimbildung erhöhen würde.If an operation with one or more disused Cavitatoren takes place, after a predetermined period - if this is possible due to the same dimensioning of Cavitatoren - the disused Cavitator changed to avoid too long standing of the medium to be processed in disused Cavitator, which there Possibility for undesirable germination would increase.
Im umgekehrten Fall werden bei einer Cavitator-Strecke, bei der momentan nicht alle Cavitatoren im Betrieb sind, dann zusätzliche Cavitatoren aktiviert, wenn der momentane Druckabfall um mehr als 30%, insbesondere um mehr als 50% über dem vorgegebenen Mindest-Druckabfall liegt. Dadurch wird ein zu hoher Energieverlust und zu hohe Scherbelastungen auf das Medium vermieden.Conversely, in a cavitator path where not all cavitators are currently in operation, additional cavitators are activated when the instantaneous pressure drop is greater than 30%, and more than 50%, above the predetermined minimum pressure drop. This avoids excessive energy loss and excessive shear stress on the medium.
Zur Stilllegung eines Cavitators werden sowohl die Zufuhrleitung und insbesondere auch die Abfuhrleitung, also vor und hinter dem Cavitator, separat gesperrt.To shut down a Cavitators both the supply line and in particular the discharge line, ie in front of and behind the Cavitator, locked separately.
Dies verhindert die Migration von Verkeimungen in und aus dem Cavitator, aber auch Druckschläge aus dem aktivierten Bereich der Cavitator-Strecke in den stillgelegten Cavitator hinein.This prevents the migration of microbial contamination into and out of the cavitator, as well as pressure surges from the activated area of the cavitator route into the decommissioned cavitator.
Da der Cavitator oder die Cavitatoren einer Cavitator-Strecke hinsichtlich der Spaltgröße - also der Größe des wirksamen Spaltes zwischen Hinderniskörpern und äußerem Gehäuse des Cavitators zum Erzeugen der Cavitation - veränderbar ist, kann eine Steuerung und Anpassung an schwankenden Durchfluss auch - insbesondere zusätzlich - durch die Veränderung der Spaltgröße erfolgen.Since the cavitator or cavitators of a Cavitator distance with respect to the gap size - ie the size of the effective gap between obstacle bodies and the outer housing of Cavitators for generating the Cavitation - changeable, a control and adjustment to fluctuating flow also - in particular additionally - by the Change the gap size done.
In der Regel sind die Hinderniskörper axial hintereinander im Abstand angeordnete, etwa scheibenförmige Körper, die auf einer axial verlaufenden Stange angeordnet sind. Zur Verstellung der Spaltgröße wird in der Regel nicht jeder einzelne Hinderniskörper in seiner Axialposition innerhalb des meist konisch zulaufenden äußeren Gehäuses verschoben, sondern die axiale Stange und mit ihm alle Hinderniskörper, also das gesamte Hindernis-Bäumchen.In general, the obstacle bodies are arranged axially one behind the other at a distance, such as disc-shaped bodies which are arranged on an axially extending rod. To adjust the gap size not every single obstacle body is usually moved in its axial position within the usually tapered outer housing, but the axial rod and with him all obstacle body, so the entire obstacle tree.
Eine besonders einfache Ansteuerung ist dadurch möglich, dass das Hindernisbäumchen lediglich zwischen zwei Endstellungen hin und her verstellt werden kann, was auf einfache Art und Weise mittels eines Druckluft-Zylinder erfolgen kann.A particularly simple control is possible because the Obstisbäumchen can only be adjusted back and forth between two end positions, which can be done in a simple manner by means of a compressed-air cylinder.
Eine feinere Regelungsmöglichkeit ist gegeben, wenn die axiale Verstellung in mehreren Stufen oder gar stufenlos erfolgen kann, wofür das Bäumchen beispielsweise mittels eines Servomotors bewegt werden muss.A finer control option is given if the axial adjustment can be done in several stages or even continuously, for which the tree must be moved, for example by means of a servo motor.
Vor allem die kontinuierliche Verstellung der Spaltgröße wird dann in direkter Abhängigkeit von dem aktuell gemessenen Druckabfall über der Cavitator-Strecke durchgeführt, so dass der erforderliche Mindest-Druckabfall gerade eben erreicht wird.In particular, the continuous adjustment of the gap size is then carried out in direct dependence on the currently measured pressure drop over the Cavitator distance, so that the required minimum pressure drop is just reached.
Bei einem Cavitator, dessen Spaltbreite nur zwischen zwei Stellungen variiert werden kann, wird bei eingestellter großer Spaltbreite auf die kleinere Spaltbreite umgeschaltet, sobald der Mindest-Druckabfall unterschritten wird. Umgekehrt wird von kleiner auf große Spaltbreite umgestellt, sobald der Mindest-Druckabfall um mehr als 20% überschritten wird.In a cavitator, the gap width can only be varied between two positions, is switched with set large gap width to the smaller gap width as soon as the minimum pressure drop is exceeded. Conversely, switching from smaller to larger gap width is made as soon as the minimum pressure drop is exceeded by more than 20%.
Der Mindest-Druckabfall wird dabei so festgelegt, dass beispielsweise bei Wasser als zu verarbeitenden Produkt, beziehungsweise einem Produkt, dessen Hauptkomponente Wasser ist, bei einer Verarbeitungstemperatur von 20°C mit Abweichungen von +/- 2°C eine Fließgeschwindigkeit von mindestens 15 m pro Sekunde im Cavitator, insbesondere an allen Engstellen im Cavitator, erreicht oder überschritten wird. Dies entspricht z. B. einem Mindest-Druckabfall von 4000 hPa über der Cavitator-Strecke.The minimum pressure drop is set so that, for example, in water as the product to be processed, or a product whose main component is water, at a processing temperature of 20 ° C with deviations of +/- 2 ° C, a flow rate of at least 15 m per Second in Cavitator, especially at all bottlenecks in Cavitator, reached or exceeded. This corresponds to z. B. a minimum pressure drop of 4000 hPa on the Cavitator route.
Eine Cavitator-Anlage kann nn mehrere weitere Beeinflussungsmöglichkeiten aufweisen, auch gleichzeitig:A Cavitator system can have a number of other influencing options, including:
Da die Anlage Cavitatoren besitzt, die hinsichtlich der Spaltbreite veränderbar sind, werden bei einem Absinken des Druckabfalls unter den Mindest-Druckabfall zunächst der Reihe nach mehrere bis zu allen Cavitatoren der Cavitator-Strecke von einem großen Spalt auf einen kleinen Spalt reduziert, wenn nur zwei Stellungen der Spaltbreite möglich sind.Since the system has cavitators that are variable in gap width, as the pressure drop drops below the minimum pressure drop, multiple cavities, up to all cavitators in the cavity, are reduced from one large gap to a small gap, if only two Positions of the gap width are possible.
Sofern eine gestufte mehrfache Variation möglich ist, wird die Spaltbreite zunehmend abgesenkt, vorzugsweise in allen Cavitatoren der Strecke parallel, bis der Mindest-Druckabfall erreicht ist.If a stepped multiple variation is possible, the gap width is increasing lowered, preferably in parallel in all Cavitatoren the distance until the minimum pressure drop is reached.
Wenn die zur Verfügung stehende Cavitator-Anlage außer der Verstellung der Spaltbreite über eine Cavitator-Strecke mit mehreren parallel gestalteten Cavitatoren verfügt, die einzeln aktiviert und deaktiviert werden können, so ist das Abschalten eines oder nacheinander mehrerer Cavitatoren die primär gewählte Beeinflussungsmöglichkeit für den Druckabfall, und erst wenn dies nicht ausreicht, wird zusätzlich die Spaltbreiten-Verringerung und die Erhöhung des Rückführanteils - in dieser Reihenfolge - zusätzlich benutzt.If the available Cavitator plant except the adjustment of the gap width on a Cavitator distance with several parallel cavitators has that can be activated and deactivated individually, the shutdown of one or successively more cavitators is the primary choice of influence for the pressure drop, and only if this is insufficient, in addition, the gap width reduction and the increase of the return portion - in this order - additionally used.
Eine Alternative zu dieser Steuerungs-Priorität liegt darin, als erste Maßnahme die Spaltbreite bei allen noch durchgängigen Cavitatoren der Cavitator-Strecke zu verringern, und erst falls dies nicht ausreicht, einzelne oder mehrere Cavitatoren zu deaktivieren.An alternative to this control priority is, as a first measure, to reduce the gap width for all cavitators of the cavitator path that are still continuous, and only if this is not sufficient to deactivate one or more cavitators.
Der Rückfluss durch die Leitung wird im Praxisbetrieb nie geschlossen, um Ablagerungen und Verkeimungen in der Leitung zu vermeiden. Ein Rückführanteil von mindestens 2%, besser 5% des Hauptstromes ist hierfür ausreichend.The return flow through the line is never closed in practical operation, in order to avoid deposits and microbial contamination in the line. A return of at least 2%, better 5% of the main stream is sufficient for this.
Eine Cavitator-Anlage zur Realisierung der zuvor beschriebenen Beeinflussungsmöglichkeiten weist somit folgende Elemente auf:
- - Eine Cavitator-Strecke mit mehreren, parallel zueinander geschalteten Cavitatoren, die einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden können. Dabei können die Cavitatoren sowohl vollständig abgeschaltet werden, als auch im geöffneten Zustand ihre Spaltenbreite wenigstens zwischen einer großen und einer kleinen Spaltenbreite, vorzugsweise stufenlos, verstellt werden,
- - wenigstens eine steuerbare Pumpe in der Zufuhrleitung zur Cavitator-Strecke, um den für die Funktion der Cavitatoren notwendigen Druck aufzubringen,
- - eine Messvorrichtung, die den Differenzdruck zwischen zwei Messpunkten vor und nach der Cavitator-Strecke und damit den Druckabfall über der Cavitator-Strecke misst,
- - eine Einspeiseleitung für die zuzuführende zweite Komponente der Mischung, wobei die Leitung insbesondere in der Haupt-Strecke der Cavitator-Anlage vor der Pumpe mündet,
- - eine Steuerung, die unter anderem die Signale der Differenzdruckmessvorrichtung als Input verwendet und in Abhängigkeit davon wenigstens sowohl die einzelnen Cavitatoren ansteuert, also schließt oder öffnet, und im geöffneten Zustand deren Spaltenbreite variiert.
- - A Cavitator track with several cavitators connected in parallel, which can be individually and independently controlled. In this case, the cavitators can both be switched off completely, and in the opened state their column width can be adjusted, at least between one large and one small column width, preferably continuously,
- at least one controllable pump in the supply line to the cavitator path in order to apply the pressure necessary for the function of the cavitators,
- a measuring device which measures the differential pressure between two measuring points before and after the cavitator path and thus the pressure drop across the cavitator path,
- a feed line for the second component of the mixture to be supplied, wherein the line opens in front of the pump, in particular in the main section of the cavitator system,
- - A controller that uses, inter alia, the signals of the differential pressure measuring device as input and depending on at least both the individual cavitators controls, so closes or opens, and varies in the open state whose column width.
Dabei können die Spaltbreiten innerhalb eines Cavitators an den einzelnen Hindernis-Körpern in der Regel nur gemeinsam verstellt werden, beispielsweise durch axiales Verschieben des gesamten, vom Außenumfang her meist konischen, Hindernis-Bäumchen ins ebenfalls meist konische Gehäuse des Cavitators.The gap widths within a cavitator on the individual obstacle bodies can usually only be adjusted together, for example, by axial displacement of the entire, from the outer periphery ago mostly conical, obstacle trees in also mostly conical housing of the Cavitators.
Der Durchsatz durch die Rückführleitung kann von der Steuerung, zum Beispiel mittels der steuerbaren Pumpe, ebenfalls abhängig von dem Druckabfall über der Cavitator-Strecke gesteuert werden.The flow rate through the return line may also be controlled by the controller, for example by means of the controllable pump, depending on the pressure drop across the cavitator path.
Zum Absperren, also Deaktivieren, der einzelnen Cavitatoren in der Cavitator-Strecke besitzt jeder Cavitator vorzugsweise Sperrventile sowohl vor als auch hinter dem Cavitator, um Rückschläge und Verunreinigungen in bzw. aus dem stillgelegten Cavitator zu verhindern.For shutting off, ie deactivating, the individual cavitators in the cavitator path, each cavitator preferably has check valves both in front of and behind the cavitator to prevent kickbacks and contamination in and out of the disused cavity.
Die Messpunkte für die Messvorrichtung, welche die Druckdifferenz über der Cavitator-Strecke misst, befinden sich einerseits zwischen dem Ende der CavitatorStrecke und spätestens an der Abzweigung zur Rückführung, also noch auf der unverzweigten Hauptstrecke hinter dem Cavitator und andererseits zwischen der Pumpe und dem Eingang in die Cavitator-Strecke, um den vollen anfänglichen Arbeitsdruck zur Cavitator-Strecke hin zu erfassen.The measuring points for the measuring device, which measures the pressure difference over the Cavitator-distance, are located on the one hand between the end of CavitatorStrecke and at the latest at the junction to the return, so still on the unbranched main line behind the Cavitator and on the other hand between the pump and the input in the Cavitator track to capture the full initial working pressure towards the Cavitator track.
Die Einspeiseleitung für die zweite Komponente befindet sich hinsichtlich ihrer Mündung im Hauptstrang zwischen der Mündung der Rückführleitung und der Pumpe, besitzt vorzugsweise jedoch eine Querverbindung zur Rückführleitung.The feed line for the second component is located with respect to its mouth in the main strand between the mouth of the return line and the pump, but preferably has a cross-connection to the return line.
Der in dieser Cavitator-Anlage verwendete, wenigstens eine, Cavitator, und insbesondere dessen Cavitatorrohr ist wie folgt aufgebaut:The at least one cavitator used in this cavitator system, and in particular its cavitator tube, is constructed as follows:
Das Cavitatorrohr besteht aus einzelnen Abschnitten, insbesondere getrennten Abschnitten für Produkteinlauf, Cavitationskonus, Entlastungskammer und Axialstangen-Durchführung in Fließrichtung hintereinander. Dadurch können die an diesen einzelnen Rohrabschnitten angeordneten Schweißnähte vor dem Zusammenflanschen gut erreicht werden und die Schweißnähte nachbearbeitet werden, insbesondere verschliffen werden oder auf andere Art und Weise der Oberfläche der Schweißnaht zum Innenraum des Cavitators hin beseitigt werden.The Cavitatorrohr consists of individual sections, in particular separate sections for product inlet, Cavitationskonus, discharge chamber and Axialstangen-implementation in the flow direction in a row. As a result, the welds arranged on these individual pipe sections can be achieved well before the jointing together, and the weld seams can be reworked, in particular sanded, or otherwise removed from the surface of the weld to the interior of the cavitator.
Vorzugsweise werden die Befestigungsflansche an diesen einzelnen Rohrabschnitten jedoch nicht angeschweißt sondern einstückig zusammen mit diesen Rohrabschnitten aus dem Vollen gefertigt, insbesondere aus dem Vollen gedreht, so dass gar keine Schweißnähte entstehen, die die beschriebenen Problemen aufwerfen können.Preferably, however, the mounting flanges are not welded to these individual pipe sections but made in one piece with these pipe sections from the solid, in particular turned from solid, so that no welds arise that can raise the problems described.
Die Entlastungskammer, die den radial abfließenden Produktauslauf enthält, ist dabei ein als Zukaufteil beschafftes T-Stück, welches somit zwar in der Regel eine Schweißnaht zwischen dem radialen Rohrstück und dem in Längsrichtung verlaufenden Rohrstück besitzen kann, diese Schweißnaht jedoch vom Hersteller porenfrei nachbehandelt wurde, was bei einer Massenfertigung und spezialisierten Vorrichtungen möglich ist. An die axialen Enden dieses T-Rohrstückes werden die benötigten Flansche angeschweißt und die Schweißnähte nachbehandelt zum Verschließen von Poren. The discharge chamber, which contains the radially outflowing product outlet, is a purchased as a purchased part tee, which thus may indeed have a weld between the radial pipe section and extending in the longitudinal direction pipe section, but this weld was pore-free treated by the manufacturer, which is possible in mass production and specialized devices. At the axial ends of this T-tube piece, the required flanges are welded and the welds aftertreated to close pores.
Auf der dem Cavitationskonus zugewandten Seite ist zusätzlich ein Stützflansch vorhanden, der von der äußeren Rohrwandlung aus wenigstens zwei auf gegenüberliegenden Seiten radial nach innen weisende Streben aufweist, welche die Axialstange radial abstützen, jedoch den Fluss des Mediums in axialer Richtung möglichst wenig behindern. Dieser Stützflansch kann integraler Bestandteil des angeschweißten Flansches der Entlastungskammer sein, oder ein separater Flansch, verschraubt zwischen Entlastungskammer und Cavitationskonus.In addition, a support flange is provided on the side facing the cavitation cone, which has at least two struts which point radially inward from the outer tube conversion and radially support the axial rod, but hinder as little as possible the flow of the medium in the axial direction. This support flange may be an integral part of the welded-on flange of the relief chamber, or a separate flange screwed between the relief chamber and the cavitation cone.
Zwischen den einzelnen Rohrabschnitten, die vorzugsweise durch Verschrauben der Flansche axial gegeneinander fixiert werden, werden spaltfreie Dichtungen, insbesondere so genannte Keimfrei-Dichtungen, eingesetzt, die das Ablagern von Keimen mangels vorhandener Resträume zwischen Dichtung und umgebenden Material und auch in der Dichtung verhindern.Between the individual pipe sections, which are preferably fixed axially against each other by screwing the flanges, gap-free seals, in particular so-called germ-free seals, are used, which prevent the deposition of germs for lack of residual space between seal and surrounding material and in the seal.
Dabei empfiehlt sich die Anordnung von Dichtungen in solcher Art und Weise, dass die Hauptströmungsrichtung nicht mit der Richtung der Dichtungen zusammenfällt, also die Dichtungen vorzugsweise in Umfangsrichtung bzw. radialer Querrichtung der Hauptströmungsrichtung angeordnet werden, und somit die einzelnen Abschnitte, aus denen das Cavitatorrohr besteht, sich in axialer Richtung aneinander anschließen.The arrangement of seals is recommended in such a way that the main flow direction does not coincide with the direction of the seals, so the seals are preferably arranged in the circumferential direction or radial transverse direction of the main flow direction, and thus the individual sections of which the Cavitatorrohr consists , connect to each other in the axial direction.
Ebenfalls um Ablagerungen zu vermeiden und die Selbstreinigungseffekte beim Betrieb des Cavitators zu verbessern, werden am Hindernisbäumchen, die Übergänge zwischen den Hinderniskörpern und der sie tragenden Axialstange gerundet ausgeführt, insbesondere mit einem Rundungsradius von wenigstens 1 mm, besser mindestens 10 mm, und ebenso alle Innenkanten, insbesondere ringförmigen Innenkanten, an den Innenflächen des Cavitators, insbesondere die Innenkanten zwischen zylindrischen und konischen Abschnitten des Cavitators.Also to avoid deposits and to improve the self-cleaning effects during operation of the Cavitators be executed on obstacle trees, the transitions between the obstacle bodies and the axial bar carrying them, in particular with a radius of curvature of at least 1 mm, better at least 10 mm, and also all inner edges , In particular annular inner edges, on the inner surfaces of the Cavitators, in particular the inner edges between cylindrical and conical portions of the Cavitators.
Ein unter hygienischen Gesichtspunkten sehr kritischer Bereich ist weiterhin die Durchführung der Axialstange durch das stirnseitig geschlossene Ende des Cavitatorrohres, nämlich den Abschnitt der Axialstangendurchführung.A very critical area from a hygienic point of view is also the passage of the axial rod through the front end of the closed Cavitatorrohres, namely the portion of the Axialstangendurchführung.
Der Ringspalt zwischen der Axialstange und dem aufnehmenden, umgebenden Bauteil wird dabei vorzugsweise mit einer spaltfreien, insbesondere keimfreien, Dichtung wie etwa einer Lippendichtung abgedichtet und nur im einfachen Fall von einer O-Ring-Dichtung.The annular gap between the axial rod and the receiving, surrounding component is preferably sealed with a gap-free, in particular germ-free, seal such as a lip seal and only in the simple case of an O-ring seal.
Um dennoch dort sich bildende Keime entfernen zu können, ohne den Cavitator zerlegen zu müssen, mündet in dem Bereich der Stangendurchführung durch das Gehäuse hindurch in dem Ringspalt eine oder besser zwei einander gegenüberliegende Reinigungsleitungen, durch welche ein Reinigungsfluid, beispielsweise Dampf, in den Ringspalt zu- und abgeführt werden kann und dadurch dort gebildete Keime abtötet.In order nevertheless to be able to remove there forming germs without having to disassemble the Cavitator, in the region of the rod passage through the housing in the annular gap opens one or better two opposing cleaning lines, through which a cleaning fluid, such as steam, in the annular gap - And can be dissipated and thereby kills germs formed there.
Stromaufwärts und stromabwärts der Mündungen der Reinigungsleitungen wird dieser Ringspalt durch entsprechende Dichtungen abgedichtet.Upstream and downstream of the mouths of the cleaning lines, this annular gap is sealed by appropriate seals.
Durch die Ausbildung des ersten Hinderniskörpers als Prallplatte, also mit einer der Strömungsrichtung der ersten Komponente ein möglichst starkes Hindernis bietenden Prallfläche, die eben oder sogar gegen die anströmende erste Komponente konkav ausgebildet ist, wirkt der Aufprall und das Vermischen deswegen besonders stark mischend, weil über den ersten Hinderniskörper hinaus, der Strömungsrichtung der ersten Komponente entgegen ragend, keine Halterung der Strömung entgegensteht, denn dieser erste wie auch die folgenden Hinderniskörper können an einer insbesondere in Form einer zentralen Achse ausgebildeten Halterung, die sich von der Gegenrichtung, also entgegen der Strömungsrichtung der ersten Komponente, annähert, im Zentrum der Durchflusskammer gehalten werden.Due to the formation of the first obstacle body as a baffle plate, so with one of the flow direction of the first component as strong obstacle bidding baffle, which is flat or even concave against the oncoming first component, the impact and mixing therefore very strong mixing, because over The first obstacle body out, the flow direction of the first component projecting opposite, no support the flow, because this first as well as the following obstacle body can be formed on a particular in the form of a central axis bracket, which is opposite to the flow direction of the first component, approximately, be held in the center of the flow chamber.
Indem das Fluid in Strömungsrichtung nach der Eingangsöffnung zunächst eine Querschnittsverengung und anschließend eine Querschnittsaufweitung, beide vorzugsweise jeweils konusförmig, durchläuft, wird durch die Querschnittsaufweitung ein Unterdruck mittels des hindurch fließenden Fluids in der Durchflusskammer vor der Prallplatte erzeugt, der zusätzlich die Durchmischung verbessert.By the fluid in the direction of flow after the inlet opening first a cross-sectional constriction and then a cross-sectional expansion, both preferably in a cone shape, passes through the cross-sectional widening a negative pressure generated by the flowing fluid in the flow chamber in front of the baffle plate, which additionally improves the mixing.
Ein hinsichtlich seiner Fläche kleiner werdender Durchflussspalt, gemessen in Hauptströmungsrichtung des Gemisches, kann besonders in Kombination mit dem Aufprall auf dem ersten Hinderniskörper dadurch erzielt werden, dass die Hinderniskörper in ihrem Querschnitt in Hauptströmungsrichtung abnehmen und damit auch die Länge des Ringspaltes um die Hinderniskörper herum, und damit einen in Strömungsrichtung schmaler werdenden Konus bilden.A smaller in terms of its area flow gap, measured in the main flow direction of the mixture can be achieved in particular in combination with the impact on the first obstacle body, that decrease the obstacle body in its cross section in the main flow direction and thus the length of the annular gap around the obstacle body, and thus form a narrowing cone in the direction of flow.
Das hergestellte Gemisch wird über eine Ausgangsöffnung abgeführt, die vorzugsweise radial, insbesondere in Form eines radialen Ringspaltes, aus dem Gehäuse herausfließt. The mixture produced is discharged via an outlet opening, which preferably flows out of the housing radially, in particular in the form of a radial annular gap.
Die Effizienz der Vorrichtung, die in der Regel in eine bestehende Rohrleitung eingesetzt wird, lässt sich steigern, indem - beispielsweise in Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeit im zuführenden Rohr, der Viskosität der einzelnen Komponenten und deren Mischbarkeit - die Hinderniskörper axial verstellbar sind, und zwar in ihrem Abstand zueinander und/oder gruppenweise oder gar insgesamt relativ zum umgebenden Gehäuse, wodurch bei einem kegelförmigen Gehäuse auch das Absolutmaß der Ringspaltflächen verändert wird.The efficiency of the device, which is usually used in an existing pipeline, can be increased by - for example, depending on the flow rate in the feeding tube, the viscosity of the individual components and their miscibility - the obstacle bodies are axially adjustable, in their Distance to each other and / or in groups or even total relative to the surrounding housing, whereby in a conical housing and the absolute size of the annular gap surfaces is changed.
Wenn zusätzlich die Vorrichtung so gestaltet ist, dass in deren Betrieb bestimmte strömungstechnische Bedingungen eingehalten werden, ist der Cavitationseffekt besonders ausgeprägt:In addition, if the device is designed so that in their operation certain fluidic conditions are met, the cavitation effect is particularly pronounced:
So sollte die Querschnittsverengung nach der Eingangsöffnung so bemessen sein, dass die Fließgeschwindigkeit an der engsten Stelle der Querschnittsverengung der Fließgeschwindigkeit im Durchflussspalt des letzten Hinderniskörpers entspricht. Demgegenüber sollte die Fließgeschwindigkeit dahinter, am Auslass nach dem letzten Hinderniskörper, etwas höher liegen als im Durchflussspalt beim letzten Hinderniskörper.Thus, the cross-sectional constriction should be dimensioned after the inlet opening so that the flow velocity at the narrowest point of the cross-sectional constriction corresponds to the flow velocity in the flow gap of the last obstacle body. In contrast, the flow rate behind it, at the outlet after the last obstacle body, should be slightly higher than in the flow gap at the last obstacle body.
Eine besonders einfache Ausführungsform ist dann gegeben, wenn als Hinderniskörper runde Hinderniskörper , insbesondere runde Scheiben, mit in Strömungsrichtung gleich bleibendem Durchmesser verwendet werden, und der abnehmende Ringspalt erzielt wird, indem sich das Gehäuse in Hauptdurchflussrichtung verjüngt. Allerdings ist dieser Effekt weniger stark als bei kegelförmig kleiner werdenden Hinderniskörpern, insbesondere Scheiben.A particularly simple embodiment is provided when round obstacle bodies, in particular round disks, with the diameter remaining the same in the flow direction are used as obstacle bodies, and the decreasing annular gap is achieved by the housing tapering in the main flow direction. However, this effect is less pronounced than with conically smaller obstacle bodies, in particular slices.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin eine starke Querschnittsverengung nach der Eingangsöffnung, so dass sich von der Eingangsöffnung bis zur engsten Stelle der Querschnittsverengung die Fließgeschwindigkeit um den Faktor
Vorteilhaft ist ferner, wenn die Hinderniskörper zueinander und/oder zu dem umgebenden Gehäuse so positioniert und dimensioniert werden, dass sich die Fließgeschwindigkeit im Durchflussspalt beim letzten Hinderniskörper in Strömungsrichtung verglichen zu dem Durchgangsspalt beim ersten Hinderniskörper um den Faktor 1,8 - 2,5, insbesondere um 2,0 - 2,3, erhöht.It is also advantageous if the obstacle bodies are positioned and dimensioned relative to one another and / or to the surrounding housing in such a way that the flow velocity in the flow gap at the last obstacle body in the flow direction is 1.8 to 2.5 compared to the passage gap for the first obstacle body. in particular increased by 2.0 - 2.3.
Gleiches gilt, wenn erreicht wird, dass die Fließgeschwindigkeit vom einen zum nächsten Hinderniskörper im jeweiligen Durchgangsspalt jeweils um den Faktor 1,1 - 1,4 zunimmt.The same applies if it is achieved that the flow velocity increases from one to the next obstacle body in the respective passage gap by a factor of 1.1 - 1.4 in each case.
Als optimales Verhältnis zwischen einfacher Bauform und hoher Effizienz der Vorrichtung hat sich eine Anzahl von Hinderniskörpern zwischen 3 und 10, insbesondere zwischen 5 und 7, herausgestellt.As the optimal ratio between simple design and high efficiency of the device, a number of obstacle bodies between 3 and 10, in particular between 5 and 7, has been found.
Der axiale Abstand von Mitte zu Mitte zweier benachbarter Hinderniskörper sollte dabei zwischen dem Zweifachen und dem Siebenfachen der Dicke der Platten betragen, insbesondere das Dreifache bis Fünffache.The axial distance from center to center of two adjacent obstacle body should be between two and seven times the thickness of the plates, in particular three times to five times.
Die radiale Breite des Ringspaltes zwischen dem Außenumfang der plattenförmigen Hinderniskörper und dem Gehäuse sollte dabei zwischen 1 und 5 mm, insbesondere zwischen 1,5 und 3,8 mm, betragen.The radial width of the annular gap between the outer circumference of the plate-shaped obstacle body and the housing should be between 1 and 5 mm, in particular between 1.5 and 3.8 mm.
Darüber hinaus hat sich eine axiale Länge der Strecke mit konstantem Querschnitt des Gehäuses zwischen der Querschnittsaufweitung und der Prallplatte von einem 0,7 - 1,4-fachen des Durchmessers nach der Querschnittsaufweitung, also des konstanten Querschnitts, als vorteilhaft erwiesen.Moreover, an axial length of the constant cross-section of the housing between the cross-sectional expansion and the baffle plate of 0.7 to 1.4 times the diameter after cross-sectional expansion, that is, the constant cross-section, has been found to be advantageous.
Ebenso sollte der innere freie Durchmesser nach der Querschnittsaufweitung, also auf der Strecke mit konstantem Querschnitt zwischen dem 0,9-fachen und 2,0-fachen, insbesondere zwischen dem 0,9-fachen und 1,1-fachen, des freien Querschnitts der zu- und/oder abführenden Rohrleitung betragen.Likewise, the inner free diameter after the cross-sectional expansion, so on the route with a constant cross section between 0.9 and 2.0 times, in particular between 0.9 and 1.1 times, the free cross section of supply and / or discharge piping amount.
Vorzugsweise wird dabei vor allem der erste, als Prallplatte ausgebildete, Hinderniskörper, ggf. auch der zweite Hinderniskörper, eine wesentlich größere Erstreckung in axialer Richtung aufweisen als die übrigen, eher plattenförmigen Hinderniskörper. Diese in axialer Richtung dickeren ersten Hinderniskörper weisen vorzugsweise an ihrem Außenumfang eine ringförmig umlaufende konkave Einbuchtung auf, so dass sie jeweils zwei ringförmig umlaufende, axial beabstandete Abrisskanten besitzen, wobei die Einbuchtung mindestens der Größe der radialen Breite des Ringspaltes entsprechen sollte, vorzugsweise einem Vielfachen dieses Spaltes.Preferably, in particular, the first obstacle body formed as a baffle plate, possibly also the second obstacle body, will have a substantially greater extent in the axial direction than the remaining, rather plate-shaped obstacle bodies. These thicker in the axial direction first obstacle body preferably have on its outer circumference on an annular circumferential concave indentation, so that they each have two annular circumferential, axially spaced Abrisskanten, the indentation should correspond to at least the size of the radial width of the annular gap, preferably a multiple of this gap.
Insgesamt sollte die Vorrichtung so dimensioniert und gestaltet sein, dass sich über die Gesamtlänge der Vorrichtung ein Druckabfall von 2,5 - 6 bar, insbesondere von 5 - 6 bar, einstellt.Overall, the device should be dimensioned and designed so that over the entire length of the device, a pressure drop of 2.5 - 6 bar, in particular from 5 - 6 bar adjusts.
Ausführungsbeispieleembodiments
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 : eine erfindungsgemäße Cavitator-Anlage, -
2a, b : einen dabei verwendeten Cavitator, -
3 : das Mündungsstück und -
4 : den Abzweigungspunkt der Rückführleitung.
-
1 a cavitator system according to the invention, -
2a, b : a cavitator used, -
3 : the mouth piece and -
4 : the branch point of the return line.
Damit in den Cavitatoren
Im vorliegenden Fall wird die Cavitator-Anlage als Mischer eingesetzt, da dem in Hauptdurchflussrichtung
Die Einspeiseleitung
Von der Hauptdurchflussrichtung
Letzteres deshalb, um auch in dem Mündungsstück
Diese Rückführung, also eine Kreisführung, dient lediglich dazu, bei in Hauptdurchflussrichtung gering angelieferten Mengen an zu bearbeitendem Fluid pro Zeiteinheit die notwendige Mindestdurchflussmenge durch die Cavitator-Strecke
Zu diesem Zweck wird der Druckabfall über der Cavitator-Strecke 1von einer Differenzdruck-Messvorrichtung
Die Differenzdruck-Messvorrichtung
Damit die Steuerung
Diese Steuerung
Ferner kann jeder der parallel geschalteten Cavitatoren
Auch diese Sperrventile
Hierfür wäre bei jedem einzelnen Cavitator
Ferner ist bei jedem Cavitator
Auch die diese Verstellung bewirkenden Druckluftzylinder
Zwischen der Einspeiseleitung
Diese Verbindungsleitung
Denn durch Schließen des Rückschlagventils
Ferner sind in den Leitungen diverse Rückschlagventile
Damit steuert die Steuerung
- - Einerseits die Leistung der den Arbeitsdruck für die Cavitatorstrecke
1 zur Verfügung stellen der Pumpe4 sowie hier auch der weiteren, stromaufwärts gelegenen,Pumpe 22 für die Hauptkomponente, - - andererseits das Zu- und Abschalten einzelner Cavitatoren
1a ,b der Cavitator-Strecke1 , - - weiterhin das Vergrößern oder Verkleinern der Spaltbreite in
den einzelnen Cavitatoren 1a ,b , in diesem Fall durch Umschalten von großer auf kleiner Spaltbreite und zurück, separat und unabhängig für jeden einzelnen Cavitator1a ,b .
- - On the one hand, the performance of the working pressure for the Cavitatorstrecke
1 providing the pump4 and here also the other, upstream, pump22 for the main component, - - On the other hand, the connection and disconnection of
individual Cavitatoren 1a .b the Cavitator range1 . - - Continue to increase or decrease the gap width in the
individual Cavitatoren 1a .b , in this case by switching from large to small gap width and back, separately and independently for eachindividual Cavitator 1a .b ,
Die
Das Cavitatorrohr
Die einzelnen Rohrstücke sind konventionell mittels radial von diesen nach außen vorstehenden Flanschen
In axialer Richtung
Um die frei auskragende Länge des Hindernisbäumchens
Dieser Stützflansch
In Längsrichtung
Der rotationssymmetrische Innenquerschnitt dieses Produkteinlaufes
Zwischen der Querschnittsaufweitung
An den Produkteinlauf
Auch der Cavitationskonus
Anschließend vollzieht der Innenraum
Dabei sind die ersten beiden Hinderniskörper
Die weiteren Hinderniskörper
In diesem Fall sind die Hinderniskörper
In Durchflussrichtung
Das in axialer Richtung
Zur Abdichtung dieser Durchführung
Um das Ansammeln von Keimen etc. im Raum dazwischen und auch im Bereich der Dichtungen zu vermeiden bzw. diese anschließend abtöten und beseitigen zu können, ist im axialen Abstand dazwischen im Innenumfang der Durchführung
Hinter der Durchführung
Die
Um Ablagerungen in Poren von Schweißnähten zu vermeiden, sind wenigstens bei den individuell für den Cavitator hergestellten Abschnitten, also Produkteinlauf
Die Entlastungskammer
Dort ist erkennbar, dass es sich hierbei nicht um ein einfaches T- Stück in der Rohrleitung handelt. Vielmehr ist an dieser Stelle die Rückführleitung
In dieser Rückführleitung
Sofern nämlich in dem in der Abführleitung
Daraus ist ersichtlich, dass in der Durchflussrichtung
Dadurch wird erreicht, dass beim Spülen des Mündungsstückes
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Cavitator-StreckeCavitator route
- 1a, b1a, b
- CavitatorCavitator
- 22
- Hauptstrommain power
- 2a2a
- Teilstrompartial flow
- 33
- RückführleitungReturn line
- 3a, b3a, b
- PunktPoint
- 44
- Pumpepump
- 55
- Mischpunktmixing point
- 66
- Steuerungcontrol
- 77
- Dosierventilmetering valve
- 8,8'8,8 '
- Zufuhrleitungsupply line
- 9,9'9.9 '
- Abführleitungdischarge
- 1010
- Durchflussrichtung, AxialrichtungFlow direction, axial direction
- 11, 11'11, 11 '
- Spaltbreitegap width
- 12a-d12a-d
- Rückschlagventilcheck valve
- 13a,b13a, b
- DruckluftzylinderAir Cylinder
- 14a-d14a-d
- Druckmesserpressure gauge
- 1515
- DifferenzdruckmessvorrichtungDifferential pressure measuring device
- 16a- d16a d
- Messpunktemeasuring points
- 1717
- Einspeiseleitungfeeder
- 18a-d18a-d
- Sperrventilecheck valves
- 1919
- Verbindungsleitungconnecting line
- 2020
- Dosierventilmetering valve
- 21a, b21a, b
- DurchflussmesserFlowmeter
- 2222
- Pumpepump
- 2323
- Mündungsstückmouthpiece
- 100100
- CavitatorrohrCavitatorrohr
- 101a101
- Innenrauminner space
- 102, 102'102, 102 '
- Produkteinlaufproduct inlet
- 102a,b102a, b
- Befestigungsflanschmounting flange
- 103a,b103a, b
- Befestigungsflanschmounting flange
- 103103
- CavitationskonusCavitationskonus
- 104a,b104a, b
- Befestigungsflanschmounting flange
- 104104
- Axialdurchführungaxial passage
- 105a,b105a, b
- Befestigungsflanschmounting flange
- 105105
- Entlastungskammerrelief chamber
- 106a,b,c106a, b, c
- SchweißnahtWeld
- 107107
- AxialstangeAxial rod
- 108a,b,c108a, b, c
- Hinderniskörperobstacle body
- 109109
- Hindernisbäumchenobstacle trees
- 110110
- Fließrichtungflow direction
- 111111
- Querrichtungtransversely
- 112112
- Übergangcrossing
- 113a,b,c113a, b, c
- Inneneckeinside corner
- 114114
- Durchführungexecution
- 115115
- O-RingO-ring
- 116116
- Lippendichtunglip seal
- 117a,b117a, b
- Reinigungsleitungcleaning line
- 118118
- Ringspaltannular gap
- 119119
- Ausgangsöffnungoutput port
- 120120
- Keimfrei-DichtungSterile seal
- 121, 121'121, 121 '
- QuerschnittsverengungCross-sectional narrowing
- 122122
- QuerschnittsaufweitungSectional widening
- 123123
- Abrisskantetear-off edge
- 124124
- Eingangsöffnungentrance opening
- 125125
- Klemmkonusclamping cone
- 126126
- Stützflanschsupport flange
- 127127
- Ringraumannulus
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