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Die
Erfindung betrifft Zerstäubungsdüsen und
insbesondere Doppelfluid-Zerstäuber,
welche die Merkmale des Vermischens von Brennstoff und Gas durch
Ineinanderführen
(doubledipped mixing) sowie der Selbstreinigung des Zapfens aufweisen, um
Sprühnebel
mit äußerst feinen
Tropfen zu erzeugen.
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Die
Flüssigkeitszerstäubung ist
eine der wirksamsten Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeit
mit maximierter Gesamtoberfläche
für verschiedene
technische Anwendungen, wie beispielsweise dem Versprühen in der
Landwirtschaft, dem Abkühlen
durch Verdampfen, dem Trocknen einer Aufschlämmung, dem Waschen von Rauchgasen,
dem Sammeln von Staub und der Verbrennungstätigkeit eines Ölbrenners.
Es gibt zwei Arten von Zerstäubungstechniken,
die bei der Zerstäubung
durch Düsen
angewandt werden: Das Zerstäuben
durch Druck (Einzelfluid) und das Doppelfluid-Zerstäuben. Der
Druckzerstäuber
mit Einzelfluid erzielt eine Zerstäubung von Tröpfchen durch
die Umformung der Druckenergie der Flüssigkeit in die Ausbildung
eines Strahls oder eines Vorhanges der Flüssigkeit von hoher Geschwindigkeit
beim Austreten aus dem Zerstäuber.
Der austretende Strahl oder Vorhang von hoher Geschwindigkeit wird
durch das umgebende Luftfeld, welches angrenzend an dem Zerstäuberausgang
induzierte turbulente Energie aufweist, weiter aufgeteilt. Dieser
Zerstäuber
findet für
Anwendungsbereiche mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit weite
Verbreitung. Beim Erfordernis einer hohen Strömungsgeschwindigkeit wird jedoch
der Vorhang bzw. Strahl mit hoher Geschwindigkeit, der aus einem
Druckzerstäuber
austritt, wesentlich dicker, was es schwieriger macht, ihn durch
lediglich die Umgebungsluft zu zerstäuben. Ein Gegenmittel besteht
darin, eine Doppelfluid-Düse
zu verwenden, welche unter Druck gesetztes Gas einleitet, um es
mit der Flüssigkeit
vor der Ausspritzung zu vermischen und auf diese Weise die Zerstäubung bei
höheren
Strömungsgeschwindigkeiten
zu verbessern. Während des
Betriebes, wird, mikroskopisch betrachtet, Gas unter Druck eingeleitet,
damit es sich mit der Flüssigkeit
in der Düsenkammer
vermischt und diese verrührt,
um zahlreiche winzige Gasblasen zu erzeugen, die in der Flüssigkeit
eingeschlossen sind, was dazu führt,
daß die
Viskosität
und die Oberflächenspannung
der Flüssigkeit
stark verringert (blasenbeladenes Fluid) und wesentlich feinere
Sprühnebel
erzeugt werden. Technisch sind zwei Zerstäubungsmechanismen bei diesem
Verfahren zum Aufbrechen der Flüssigkeit
beteiligt. Die primäre
Zerstäubung
wird am Auslaßpunkt
der Düse
durch die plötzlich
erfolgende Ausdehnung der umschlossenen Blasen in der Flüssigkeit
erreicht, wenn sie einer Druckverminderung unterliegen, wodurch
ein sich schnell bewegender, dichter Sprühnebel aus feinen Tropfen gebildet
wird. Die sekundäre
Zerstäubung
wird daraufhin durch die turbulente Scherkraft aus der umgebenden Luft
bewirkt, welche die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Tropfen
in einen noch feineren Sprühnebel
aufbricht. Das zuletzt genannte Verfahren stimmt mit dem Zerstäubungsmechanismus
des Druckzerstäubers überein,
wie er oben beschrieben worden ist. Allgemein besitzt die Doppelfluid-Düse einen
weiteren Einsatzbereich bei technischen Anwendungen wegen der Möglichkeit
einer viel höheren Strömungsgeschwindigkeit
und wegen der viel feineren Tropfen, die über einen verhältnismäßig breiten Betriebsbereich
erzeugt werden (auch Zerkleinerungsverhältnis genannt).
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Bezüglich der
Doppelfluid-Düse
ist in 8 der Zeichnungen eine verhältnismäßig wirksame Vorrichtung des
Standes der Technik dargestellt. Diese Düse verwendet eine Düsenkappe 1000 zur
Mithilfe bei der Herstellung von Flüssig keitströpfchen. Die Düsenkappe 1000 umfaßt einen äußeren Rahmen 1005,
einen Zapfen 1010 und Trägerspeichen 1015, um
den Zapfen 1010 mit dem äußeren Rahmen 1005 zu
verbinden und ihn dort zu haltern. Der Zapfen besteht aus einer
Einlaß-Prallplatte 1020,
einem sich verjüngenden
Schaft 1025 und einer Auslaß-Ablenkplatte 1040 (9).
Die Funktion dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß ein Flüssigkeitsstrom auf
die Prallplatte 1020 senkrecht auftrifft, um Flüssigkeitsüberzüge auf der
Oberfläche
von sowohl Platte 1020 als auch Speichen 1015 auszubilden.
Die wirbelnde Zerstäubungsluft,
welche von einer (nicht dargestellten) Stelle stromaufwärts der
Prallplatte eingeleitet wird, wird anschließend mit den Flüssigkeitsüberzügen in dem
Durchtritt zwischen den Speichen sowie in dem stromabwärts gerichteten
ringförmigen
Durchtritt, der durch die äußere Oberfläche des
Zapfens 1025 und der Innenoberfläche 1035 des Rahmens 1005 festgelegt
wird, vermischt. Ein weiteres Beispiel des Standes der Technik ist
in 10 dargestellt. Diese Vorrichtung modifiziert
die Vorrichtung gemäß 8 dadurch,
daß Absperrnasen 1051 auf
den Speichen 1052 vorgesehen sind, um den Betrieb der Düse dadurch
zu verbessern, daß man
die Menge an Flüssigkeit,
die auf den Speichen entlang fließt, während sich Flüssigkeit
und Luft in der Düse vermischen,
vermindert.
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Eine ähnliche
Vorrichtung ist in
DE 4011891 beschrieben.
Hier werden in einer Zweistoff-Zerstäubungsdüse zwei Komponenten, Gas und
Flüssigkeit, gemischt,
wobei die Flüssigkeitskomponente,
nachdem die Gaskomponente eine Lavaldüse durchströmt hat, mit der Gasdüse in Kontakt
gebracht wird. Mit Hilfe eines Pralltellers wird der Flüssigkeitsstrom aufgeweitet,
so daß er
unter möglichst
breitem Winkel in den aus dem Austrittsbereich des Düsengehäuses austretenden
Hochgeschwindigkeitsstrom eintreten kann, um dort zerstäubt zu werden.
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DE 36 01 081 beschreibt
eine elektrostatische Sprühpistole,
die insbesondere für
Pulver eingesetzt wird. Luft wird durch einen Ringspalt, der von zwei
ineinandergesteckten Rohren gebildet wird, geführt, und trifft auf einen Prallteller.
An dieser Stelle wird die Luft mit einem Pulver-Luft-Gemisch vermischt, das durch einen
Ringkanal geleitet wird, der den Ringspalt umgibt, und als Ringstrahl
aus der Mündung
austritt.
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Ferner
ist in
EP 0 722 065
A2 eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einer Verwirbelungseinrichtung
beschrieben. Die Verwirbelungseinrichtung enthält tangential zur einer axialen
Bohrung angeordnete Schlitze. Luft, die tangential durch die Schlitze
in die Bohrung eintritt, kommt in der Bohrung in kreisförmige oder
verwirbelte Bewegung. Der Brennstoff wird ebenfallsdurch die Schlitze
zugeführt,
wobei er bei Vollast mit der Luft vorgemischt und bei geringerer Last
parallel zum Luftstrom eingespeist wird.
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Diese
Vorrichtungen sind zur Erzielung eines Vermischens und Zerstäubens von
Gas und Flüssigkeit
verhältnismäßig wirksam,
unterliegen jedoch mehreren Einschränkungen.
- 1.
Wenn die Düse
dazu verwendet wird, Flüssigkeit
mit abschmirgelnden Teilchen oder Verunreinigungen einzublasen,
kann auf den Speichen 1015 oder 1052 eine Erosion
stattfinden, was zur Schädigung
des Zapfens und damit zum Versagen der Düse führen kann.
- 2. Wenn die Verwirbelungsluft, welche in die (nicht dargestellte)
Mischkammer der Düse
eingeführt wird,
mit der Flüssigkeit
auf der Oberfläche
von sowohl Prallplatte 1020 als auch Speichen 1015 vermischt
wird, können
stromabwärts
von diesen Speichen mehrere aerodynamische Wirbelschleppen erzeugt
werden. In dem Wirbelschleppen-Bereich
der Düsenkammer
(stromabwärts der
Speichen 1015) werden sowohl Geschwindigkeit als auch Drehimpuls
des vermischten Fluids beträchtlich
verringert, und ihre Verteilung kann nichtaxialsymmetrisch abgeschrägt werden.
Das abgeschrägte
Strömungsmuster
verstärkt
sich danach durch den Düsenausgang
hindurch und führt
zu uneinheitlichen Sprühnebeln.
Dieses Ergebnis kann den Betrieb der Düse bei mehreren weithin angewandten
Verwendungsarten stark beeinträchtigen,
beispielsweise bei Öfen
mit technischen Ölbrennern,
wenn es darauf ankommt, daß die
Gleichmäßigkeit
eines Sprühnebels
sowie sein gut aufrecht erhaltenes Drehmoment entscheidend dazu
beitragen, die Flammen in dem Brenner zu stabilisieren.
- 3. Wenn ein Sprühnebel
nach dem Auftreffen auf die Ablenkungsplatte 1040 gebildet
wird, wird auch in der Mitte des Sprühnebels angrenzend an die Oberfläche 1040 der
Ablenkungseinrichtung 1039 ein axialsymmetrischer Rückführungsbereich
mit niedrigerem Druck gebildet. In dieser Rückführungszone von niedrigem Druck
werden feine Tröpfchen
in dem Sprühnebel
nach rückwärts in Richtung
auf die stromabwärts
liegende Oberfläche
der Ablenkungseinrichtung gesaugt und bilden dort große Tropfen
auf der Oberfläche, was
als erneutes Anhaften bezeichnet wird. Dieser Vorgang beeinträchtigt die
Qualität
des Sprühnebels
in einigen Fällen
ganz beträchtlich.
Beispielsweise bei der Verbrennung in einem Ölbrenner oder beim Erhitzen
von Aufschlämmungen können, wenn
die Strahlungswärme
im Ofen die Oberflächentemperatur
der Ablenkeinrichtung erhöht,
einige zurückgeführte feine
Tropfen im Sprühnebel,
die sich auf der stromabwärts
gelegenen Oberfläche 1040 der
Ablenkeinrichtung ansammeln, Schichten aus getrockneten Ablagerungen
oder Verkokungen bilden. Mit der Zeit können die erhärteten Aufschlämmungsablagerungen
oder Verkokungsschichten im Ölbrennergehäuse auf
dem Rand der Ablenkungseinrichtung die scharfen Ränder abrunden
und stumpf machen und somit bewirken, daß der Sprühwinkel verringert wird, was
zu einer Erhöhung
der Anzahl von großen
Tropfen im Sprühnebel
führt.
Düsen unter
dieser Belastung können
die Qualität
der Pulverherstellung bei Verfahren zur Trocknung von Aufschlämmungen
beeinträchtigen.
Sie können
auch die Auskleidung eines Brenners schwer beschädigen und zu instabilen Flammen
führen. Die
Abscheidungs- oder Verkokungsschicht auf der Zapfenoberfläche im Ölbrenner
führt außerdem zur
Bildung von heißen
Stellen auf der Zapfenoberfläche
selbst und schließlich
zur Beschädigung
des Zapfens und zum Versagen der Düse.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Düse zum Versprühen einer
Flüssigkeit,
welche die genannten Nachteile nicht aufweist.
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Gegenstand
der Erfindung ist die in Anspruch 1 angegebene Sprühdüse.
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Erfindungsgemäß umfaßt eine
Verwirbelungsmischeinrichtung zwei neue Merkmale. Erstens werden
ein Flüssigkeitsstrom
und ein Gasstrom vorgemischt, indem man beide in dieselben Verwirbelungsschlitze
einleitet, bevor sie in die ringförmige Mischkammer der Einrichtung
gelangen. Zweitens ist ein Zapfen in der Mitte montiert und mit
einem Selbstreinigungsmerkmal ausgestattet. Durch diese Mischeinrichtung
mit Ineinanderführen
der Fluide wird die Wirksamkeit der Vermischung zwischen Flüssigkeit und
Gas stark verbessert, und die Größe der Mischeinrichtung
kann im Vergleich mit dem Stand der Technik stark verringert werden,
wobei gleichmäßigere feine
Sprühnebel
mit hohem Zerkleinerungsverhältnis erhalten
werden. Die Anordnung mit dem in der Mitte montierten Zapfen eliminiert
die Möglichkeit einer
Beschädigung
des Zapfens durch die Erosion der Speichen, wie sie sich hinsichtlich
der Einrichtungen des Standes der Technik dargelegt (8 und 10),
vollständig
und ermöglicht
eine ungestörte ringförmige Mischkammer
zur Erzeugung eines gut vermischten Fluids mit hohem Drehimpuls.
Das Merkmal der Selbstreinigung auf dem Zapfen dient zur Verbesserung
der Sprühnebelqualität und zur
Erhöhung
der Zeitdauer zwischen den Wartungen der Düse und ist außerdem vorteilhaft
bei einer Brenneranwendung, bei der die Abkühlung der heißen Oberfläche der
Ablenkungseinrichtung erforderlich ist. Im einzelnen wird das Selbstreinigungsmerkmal
bei dem Zapfen durch eine in der Mitte gebohrte Öffnung längs des Schaftes des Zapfens
bis zur stromabwärts gerichteten
Seite der Ablenkungsplatte, wo eine Reinigungsscheibe im wesentlichen
konzentrisch zur stromabwärts
gerichteten Oberfläche
der Ablenkungseinrichtung montiert ist, erzielt. Dies bildet einen
Durchlaß,
der einen Teil des Zerstäubungsgases von
der Druckquelle abzweigen und nach außen leiten kann, damit es als
Reinigungsgas für
die stromabwärts
gelegene Oberfläche
der Ablenkungsplatte dienen kann. Da das Reinigungsgas aus dem Schlitz auf
der Ablenkungseinrichtung mit außerordentlich hoher Geschwindigkeit
austritt, säubert
es die Oberfläche
und verhindert, daß zurückgeführte Tropfen die
unerwünschte
Ansammlung von Krusten auf der Oberfläche ausbilden, welche den Zapfen
beschädigen
und den Betrieb der Düse
beeinträchtigen.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert, worin
bedeuten:
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1 die
Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer Doppelfluid-Düse
mit selbstreinigendem Zapfensystem, das so aufgebaut ist, daß es erfindungsgemäß arbeitet,
in auseinandergezogenem Zustand;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Wirbelmischeinrichtung 3 von 1 in
auseinandergezogenem Zustand, von vorne gesehen;
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3 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Wirbelmischeinrichtung 3 von 1 in
auseinandergezogenem Zustand, von hinten betrachtet;
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4 einen
Längsschnitt
durch eine bevorzugte Ausführungsform
einer Doppelfluid-Düse
mit selbstreinigendem Zapfensystem, die derart aufgebaut ist, daß sie gemäß der Erfindung
arbeitet;
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5 eine
Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform einer Doppelfluid-Düse, mit
der Linie A-A, längs
der der Längsschnitt
gemäß 4 vorgenommen
worden ist;
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6 einen
vergrößerten Teilquerschnitt
des Reinigungsgasauslasses, der in der Zone der geschlossenen gestrichelten
Linie in 4 dargestellt ist;
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7 einen
Längsschnitt
einer weiteren Ausführungsform
einer Wirbelmischeinrichtung gemäß der Erfindung,
kombiniert mit einer konvergierenden und divergierenden (Venturi-)Düsenöffnung, welche
mit einem kegelförmigen
Ablenkungskopf gekoppelt ist;
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8 eine
perspektivische Ansicht einer Düsenkappe
gemäß dem Stand
der Technik, von hinten gesehen;
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9 eine
perspektivische Ansicht einer Düsenkappe
gemäß dem Stand
der Technik, von vorne gesehen, und
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10 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Düsenkappe gemäß dem Stand
der Technik, von hinten gesehen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Düse,
wie sie in 1 dargestellt ist und wie sie
aufgebaut ist, daß sie
gemäß der Erfindung
arbeiten kann, umfaßt
eine Wirbelmischeinrichtung oder einen Wirbelmischmodul 3,
eine Überwurfmutter
oder einen Moduladapter 1 und ein Halterungsteil 9.
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Der
Wirbelmischmodul 3 (8, 2, 3 und 4)
umfaßt
ein Verwirbelungsgehäuse 30,
einen Düsenöffnungskörper 50,
einen Zapfenkörper 60 und
eine Scheibe 80. Das Verwirbelungsgehäuse 30 ist praktisch
ein zylindrischer Körper,
in den eine Mischkammer 32 von der Oberfläche 34 bis
zur Oberfläche 36 gebohrt
worden ist. An dem Ende der Oberfläche 34 ist auch eine
konische, konvexe Oberfläche 38 mit
einem eingeschlossenen Winkel ausgebildet, welcher im Bereich von
90 bis 150° liegt,
um einen selbst ausgerichteten Oberflächenkontakt während der
Montage mit der passenden Oberfläche des
Düsenöffnungskörpers 50 zu
bewerkstelligen. Am anderen Ende des Verwirbelungsgehäuses 30 (3)
ist von der Oberfläche 42 bis
zur Oberfläche 44 eine
Pufferkammer 40 gebohrt. Mehrere in gleichem Abstand angeordnete
Schlitze 35 sind in der zylindrischen Wand der Mischkammerseite
eingearbeitet, um Verbindungswege von der Außenseite des Gehäuses in
die Mischkammer 32 herzustellen. Diese Schlitze sind praktisch
tangential auf der Wand hergestellt, so daß, wenn die Flüssigkeit
von der Außenseite
des Körpers
in die Kammer 32 durch diese Schlitze hindurchgeführt wird,
ein verwirbelnder Strom erzeugt wird. In jedem Schlitz ist auch
eine Öffnung 37 parallel
zur Zylinderachse des Verwirbelungsgehäuses vom Boden des Schlitzes
aus durch die Decke, die durch die Oberflächen 36 bzw. 44 des Verwirbelungsgehäuses definiert
wird, und nach oben bis zu einer bestimmten Höhe (Oberfläche 46) in der Wand
der Pufferkammer 40 gearbeitet, beispielsweise gebohrt.
Wie aus den 2 und 3 ersichtlich,
sind die Öffnungen 37,
welche einen Durchmesser aufweisen, der nicht größer ist als die Breite des
Schlitzes, in dem Schlitz angeordnet und liegen mit ihrem Rand sehr
dicht am Rand der Mischkammer. Die Gasöffnungen 37 sind,
von der Seite der Pufferkammer aus betrachtet, teilweise in die Wand
der Pufferkammer und nach oben bis zur Höhe der Oberfläche 46 gebohrt.
Die Entfernung zwischen Oberfläche 46 und
Oberfläche 44 ist
vorbestimmt, um sicherzustellen, daß die Strömungsdurchlaßöffnung von
der Kammer 40 bis zu der Öffnung 37 größer ist als
die Querschnittsfläche
der Öffnung 37 selbst.
Diese Anordnung soll dazu dienen, den ausgesetzten Abschnitt der Öffnung 37 in
der Pufferkammer als Leiteintritt zu nutzen, um das Gas durch die Öffnung hindurch
in die mit Flüssigkeit
gefüllten
Schlitze zu leiten und das Mischen zu initiieren, welches von der Erzeugung
eines turbulenten Wirbels gefolgt wird, wenn das vermischte Fluid
in die Mischkammer eintritt. Unter einigen anderen Bedingungen,
wenn die Mischkammer kleiner sein soll als üblich und wie dargestellt oder
wenn die Gasöffnung 37 in
einem schrägen
Winkel (nicht dargestellt) zur Achse des Gehäuses 30 gebohrt ist,
kann es sein, daß die Öffnungen 37 nicht
in die Wand der Pufferkammer eingelassen sind und lediglich an der
Decke 44 enden. Bei diesen Ausführungsformen ist die Funktion
des Mischmoduls im Sinne der Erfindung gleich. Diese Anordnung gehört zu den
Vorteilen einer Mischeffektivität
zwischen Flüssigkeit
und Gas durch Ineinanderführen mit
sehr kompakter Verwirbelungsgeo metrie, indem man erlaubt, daß beide
Fluide durch dieselben tangential angeordneten Schlitze strömen.
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Gemäß 2 und 3 wird
ein zylindrischer Düsenöffnungskörper 50 mit
einer zentral gebohrten Durchgangsöffnung 52 hergestellt,
deren Größe den Innendurchmesser
der Mischkammer 32 nicht übersteigt. Die stromaufwärts gelegene
Oberfläche 54 des
Düsenöffnungskörpers besitzt
eine konischkonkave Form mit demselben eingeschlossenen Winkel,
wie ihn die Oberfläche 38 des
Verwirbelungsgehäuses 30 aufweist,
nämlich
von zwischen 90 und 150°,
um beim Zusammenbau einen guten Verschluß zwischeneinander herzustellen.
An der gegenüberliegenden
Seite der Oberfläche 54 ist
eine Flanschoberfläche 56 im
wesentlichen senkrecht zur Körperachse
als Flüssigkeitsverschluß ausgebildet, wenn
der Verwirbelungsmodul 3 mit der Überwurfmutter 1 verbunden
wird (1 und 4).
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Der
Außendurchmesser
des Flansches (Oberfläche 59)
ist derart bemessen, daß der Flansch
mit dem passenden Teil des Adapters 1 nur einen geringen
Abstand zu dem entsprechenden Teil des Adapters 1 aufweist,
damit die Düse
gerade eingestellt werden kann. Bei einer möglichen Ausführungsform
der Erfindung ist die durchgehende Öffnung 52 des Düsenöffnungskörpers in
der Form einer Venturidüse,
wie beispielsweise bei der Düsenoberfläche 210 in 7 erkennbar,
konstruiert, d.h. der Innendurchmesser der Wand verkleinert sich
kontinuierlich längs
des Düsendurchganges
bis zu einem Minimum und vergrößert sich
dann allmählich
wieder. Diese Ausführungsform
läßt sich
auf Fälle
anwenden, bei denen die Menge an Zerstäubungsgas verhältnismäßig gering
ist und die Gleichmäßigkeit
des vermischten Fluids hauptsächlich
durch die Verteilung der Flüssigkeitsströmung bestimmt
wird; dabei kann der sich verengende und wieder erweiternde Durchlaß nach Venturi
ihr Verteilungsmuster maximal verbessern.
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Gemäß 2 und 3 umfaßt der Zapfenkörper 60 einen
praktisch zylindrischen Schaft 62 sowie einen Ablenkungskopf 64,
welcher praktisch scheibenförmig
ist und in der Mitte eine durchgebohrte Öffnung 65 aufweist.
Auf dem Ablenkungskopf 64 steht die stromaufwärts gerichtete
Oberfläche 66 praktisch
senkrecht zur Achse des Zapfens, und der Außendurchmesser des Kopfes 64 ist
geringfügig kleiner
als der kleinste Durchmesser der Düsenöffnung 52. Diese Anordnung
dient der Zugänglichkeit beim
Zusammensetzen der gesamten Verwirbelungsmischeinrichtung. Auf der
stromabwärts
gerichteten Seite des Ablenkungskopfes ist konzentrisch auf der
Oberfläche
eine ringförmige
Rille 68 vorgesehen, welche die restliche Oberfläche in zwei
ringförmige
Oberflächen 70 und 72 aufteilt.
Die ringförmige Oberfläche 70 ist
derart bearbeitet, daß sie
ein bestimmtes Stück
niedriger ist als die ringförmige
Oberfläche 72.
Mehrere Schlitze 74 (2), von
denen vier dargestellt sind, sind auf der ringförmigen Oberfläche 72 in
einem bestimmten Ausmaß eingeschnit ten,
um radiale Leitungen zwischen der mittigen Öffnung 65 und der
ringförmigen
Rille 68 vorzusehen. Schließlich ist die Oberfläche 82 der
Scheibe 80, welche keinen größeren Durchmesser als der Ablenkkopf 64 aufweist,
praktisch konzentrisch auf der Oberfläche 72 befestigt,
beispielsweise durch Schweißen.
Bei dieser Anordnung ist zwischen der ringförmigen Oberfläche 70 auf
dem Ablenkkopf und der Oberfläche 82 der
Scheibe 80 ein Spalt 76 (6) gelassen.
Beim Zusammenbau von Zapfenkörper 60 und
Scheibe 80 wird im einzelnen ein Gasdurchlaß gebildet,
der aus Öffnung 65,
Schlitzen 74, ringförmiger
Rille 68 und ringförmigem
Spalt 76 besteht. Diese Anordnung wird danach mit der in
der Mitte gebohrten Öffnung 39 an
der Decke des Gehäuses 30 an
einer vorherbestimmten axialen Stelle längs des Schaftes 62 des
Zapfenkörpers 60 befestigt.
Dadurch wird ein vorherbestimmter Spalt zwischen dem Auslaßrand 58 des
Düsenöffnungskörpers 50 und
der Ablenkungskopf-Oberfläche 66 ausgebildet,
wenn sie zusammengesetzt sind. Der vorherbestimmte Spalt ist der
Meßdurchlaß der Düse, welcher
dazu dient, die Strömungskapazität sowohl für das Gas
als auch für
die Flüssigkeit
wie auch die Form des Sprühwinkels
festzulegen. Die Methoden der Befestigung des Zapfenkörpers 60 und
des Gehäuses 30 können aus
Schweißen
oder aus anderen Maßnahmen,
wie beispielsweise Befestigen durch Gewinde, bestehen.
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Das
Halterungsteil 9 (1 und 4)
besteht aus einem Stab von Trommelschlegelform mit Außengewinden 92 an
einer Seite und einer O-Ring-Dichtung 94 auf der anderen
Seite. Eine mittige Öffnung 98 ist
durch das Halterungsteil hindurchgebohrt. Die O-Ring-Dichtung 94 soll
eine äußere Leitung
zum Einführen
von Gas in die Düse
durch die zentrale Öffnung 98 anschließen. Bei
einigen anderen Anwendungsarten gemäß der Erfindung kann die O-Ring-Dichtung
durch ein (nicht dargestelltes) Innen- oder Außengewinde für Verbindungszwecke
ersetzt sein. Auf der Außenfläche 104 des
Halterungsteils 9 sind zwei parallele ebene Oberflächen 96 ausgebildet,
damit die Drehung beim Zusammensetzung erleichtert wird. Durch das
Gewinde 92 sind mit vorherbestimmter Breite und Tiefe mehrere
in gleichem Abstand voneinander angeordnete Schlitze 100 axial eingeschnitten,
um Flüssigkeitsleitungen
für die
zusammengesetzte Düse
zu bieten, wenn sie in Betrieb ist.
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Der
Adapter oder die Überwurfmutter 1 (1 und 4),
ausgestattet mit sowohl einem Außengewinde 14 als
auch einem Innengewinde 12, beherbergt die Verwirbelungsmischeinrichtung 3 und das
Halterungsteil 9. Stromabwärts vom Innengewinde 12 ist
eine ringförmige
Rille 16 in Fortsetzung des Gewindes 12 bis zur
Oberfläche 18 gebohrt,
und konzentrisch zwischen der Oberfläche 18 und der Oberfläche 20 ist
außerdem
eine paßgenaue Öffnung 19 übereinstimmend
mit dem Flanschdurchmesser 59 des Düsenöffnungskörpers 50 gebohrt.
Wenn die Durchwirbelungsmischeinrichtung 3 in die Überwurfmutter 1 eingesetzt
wird (1 und 4), stößt die Flanschoberfläche 56 des
Düsenöffnungskörpers 50 an
die Oberfläche 15 der Überwurfmutter 1 an
und bildet damit eine Dichtung. Das Verwirbelungsgehäuse 30 einschließlich dem
Zapfenkörper 60 und
der Scheibe 80 wird dann gleichzeitig von der rückseitigen
Oberfläche 42 des
Gehäuses
aus durch die Oberfläche 102 des
Halterungsteils 9 angedrückt. Durch die Andrückkraft
von Halterungsteil 9 werden sowohl Verwirbelungsgehäuse 30 als
auch Düsenöffnungskörper 50 in
enge Berührung
gebracht und zufolge der konischen Paßfläche, die auf beiden Teilen vorhanden
ist, konzentrisch ausgerichtet. Dieselbe Kraft bewirkt außerdem eine
dichte Abdichtung zwischen der Oberfläche 56 des Düsenöffnungskörpers 50 und
der Oberfläche 15 der Überwurfmutter 1.
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Eine
mögliche
Ausführungsform
gemäß der Erfindung
nutzt eine Kombination des Düsenöffnungskörpers 50 mit
der Überwurfmutter 1 in
Form eines (nicht dargestellten) einstückigen Teils aus. In diesem
Falle sind die Merkmale auf dem Düsenöffnungskörper 50, wie beispielsweise
kegelförmige Oberfläche 54 und
durchgehende Öffnung 52 Teil
der Überwurfmutter 1.
Diese Anordnung stellt eine sehr einfache Lösung dar, die sich durch eine
verringerte Gesamtanzahl an Teilen auszeichnet, jedoch die Variierbarkeit
zwischen der Überwurfmutter
und der Düse
einschränkt.
Gelegentlich kann die Fähigkeit der
Materialauswahl zwischen dem Düsenöffnungskörper 50 und
der Überwurfmutter 1 wie
bei der dargestellten Hauptausführungsform
für den
Erfolg bestimmter Düsenanwendungen
ausschlaggebend sein.
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Eine
weitere mögliche
Ausführungsform
gemäß der Erfindung,
wie sie in 7 dargestellt ist, besteht darin,
daß die
Durchgangsöffnung 210 des Düsenöffnungskörpers 200 als
sich verengende und wieder erweiternde Durchlaßöffnung vom Venturityp ausgebildet
ist. Diese Modifikation bündelt
das Fluidgemisch zu einem verengten Querschnitt, bevor es in den
Einspritzer austritt und macht auf diese Weise die Sprühnebelverteilung
gleichmäßiger, wenn
die Verbrauchsgeschwindigkeit des Zerstäubungsgases beschränkt ist.
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Eine
weitere mögliche
Ausführungsform
gemäß der Erfindung,
wie sie in 7 dargestellt ist, besteht darin,
daß die
stromaufwärts
gerichtete Oberfläche 320 des
Ablenkungskopfes 310 auf dem Zapfenschaft 300 eine
konische Form aufweist. Diese Modifikation ermöglicht alternative Wege zur
Formung des Sprühwinkels
durch den Winkel des Kegels des Ablenkungskopfes.
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Nach
der Einzelbeschreibung sämtlicher
Teile der Vorrichtung gemäß der Erfindung
wird angenommen, daß der
Zweck und die Vorteile der Vorrichtung klarer dadurch beschrieben
werden können, daß die Funktionsweise
der gesamten Vorrichtung, wie sie in 1 und 4 dargestellt
ist, erläutert wird.
Die Verwirbelungsmischeinrichtung 3 ist in der Überwurfmutter 1 angeordnet,
wo der Flansch 56 des Düsenöff nungskörpers 50 an
die Oberfläche 15 der Überwurfmutter 1 anstößt. Das
Halterungsteil 9 wird in das Innengewinde 12 der Überwurfmutter 1 eingeschraubt
und dichtet gegen die Oberfläche 42 des Gehäuses 30 mit
seiner Oberfläche 102 ab.
Dadurch wird auch Flansch 56 des Düsenöffnungskörpers 50 durch die
Oberfläche 15 der Überwurfmutter 1 abgedichtet.
Während
des Betriebs der Düse
wird eine Flüssigkeit
von einer stromaufwärts
gelegenen (nicht dargestellten) Quelle aus in die Leitungen zwischen dem
Gewinde 12 der Überwurfmutter
und der Außenfläche 104 des
Halterungsteils 9 gepumpt. Sie wird anschließend durch
die Schlitze 100 auf das Halterungsteil 9 geführt und
gelangt zwischen dem Gewinde 12 und der Außenfläche des
Gehäuses 30 in
die ringförmige
Kammer, die durch die Rille 16 in der Überwurfmutter 1 und
die äußere Oberfläche des Verwirbelungsgehäuses 30 festgelegt
ist. Die Flüssigkeit
wird danach in die tangential eingeschnittenen Schlitze 35 des
Verwirbelungsgehäuses
eingespritzt.
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In
der Zwischenzeit wird unter Druck gesetztes Gas aus einer (nicht
dargestellten) Gasquelle dem Halterungsteil 9 zugeführt und
gelangt durch dessen mittige Öffnung 98 in
die Pufferkammer 40 des Verwirbelungsgehäuses 30.
Die Hauptmenge des Gases, welches als Zerstäubungsgas dient, wird in die Öffnungen 37 an
der Decke des Gehäuses 30 geführt und
trifft auf die Flüssigkeit,
welche durch die Schlitze 35 strömt. Das vorgemischte Fluid
aus Flüssigkeit
und Gas in den Schlitzen wird danach in die Mischkammer 32 unter
Ausbildung von verwirbelten Strömungen
eingespritzt. Während
dieses Vorganges werden zahlreiche winzige Gasbläschen gebildet und von dem
Fluid eingeschlossen. Das vermischte, mit Blasen beladene Fluid
bewegt sich anschließend aus
der Mischkammer durch den ringförmigen
Durchlaß,
der durch die Öffnung 52 des
Düsenöffnungskörpers 50 und
die Außenfläche des
Schaftes 62 des Zapfens 60 festgelegt ist, und
strömt
nach unten in den Messungsabschnitt der Verwir belungsmischeinrichtung,
welche durch die Entfernung zwischen dem Rand 58 des Düsenöffnungskörpers 50 und
der Oberfläche 66 des
Ablenkungskopfes 64 begrenzt ist. Wenn das mit Blasen beladene
Fluid durch den Messabschnitt der Einrichtung strömt, beschleunigt die
plötzliche
Ausdehnung der Gasblasen in dem Fluid, welche durch die Druckminderung
hervorgerufen wird, dessen Geschwindigkeit und bricht die Flüssigkeit
zu feinen Tropfen auseinander. Die Hochgeschwindigkeitstropfen in
diesem Strom erleiden dann eine sekundäre Zerstäubung, die durch das durch Turbulenz
induzierte Strömungsfeld
der Umgebung verursacht wird. Ein vorherbestimmter Anteil an Gas, das
sogenannte Reinigungsgas, in der Pufferkammer 40 des Verwirbelungsgehäuses 30 wird
in der Zwischenzeit, wie in 6 dargestellt,
durch die zentrale Öffnung 65 im
Zapfenkörper 60,
durch die Schlitze 74, die ringförmige Rille 68 auf
dem Ablenkungskopf 64 und durch den Spalt 76 geleitet,
wobei er den Rand der stromabwärts
liegenden Oberfläche 70 des Ablenkungskopfes 64 gründlich säubert.
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Es
wurde somit gefunden, daß die
Wirkungsweise der Düse
und ihre Lebensdauer aus den folgenden Gründen stark verbessert worden
sind. Die Einleitung von sowohl Brennstoff als auch Gas in dieselben
tangential geschnittenen Schlitze auf der Mischeinrichtung führt erstens
nicht nur zu einer Verbesserung der Mischung der beiden Fluide in
einem kompakteren Verwirbelungsmuster, sondern verbessert auch das
Zerkleinerungsverhältnis
der Düse
zufolge eines stabileren aerodynamischen Verwirbelungsstroms, der
sich unter Bedingungen von niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten bildet.
Durch Einführung
des Zapfenschaftes mit einer Gasreinigungseinrichtung unmittelbar
an die Decke des Gehäuses 30 werden
zweitens sowohl die Möglichkeit eines
durch Erosion hervorgerufenen Düsenschadens
an den Zapfenspeichen als auch die Beeinträchtigungen der Sprühqualität durch
harte Verkokungsschichten auf der Zapfenoberfläche, wie sie beim Stand der
Technik beobachtet werden, vollständig eliminiert. Es ist auch
zu bemerken, daß die Nachteile
einer unsymmetrischen Sprühverteilung mit
beeinträchtigtem
Drehimpuls der Versprühung, wie
sie durch die Speichen in der Mischkammer der bekannten Vorrichtungen
verursacht werden, ebenfalls stark verringert werden.
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Die
beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
und die beschriebenen Abwandlungen davon, die im Bereich des Erfindungsgedankens
liegen, dienen lediglich der Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung. Zahlreiche Abwandlungen sind dem Fachmann
möglich,
ohne daß der
Erfindungsbereich verlassen wird.