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Schmiermittelzerstäuber für Druckgasleitungen Die Erfindung bezieht
sich auf einen Schmiermittelzerstäuber für Druckgasleitungen.
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Bei zahlreichen hydraulischen Anlagen ist es üb-
lich, das Druckgas
mit einem Nebel aus feinverteilten Schmiermitteltröpfchen zu beladen, um dadurch
das Schmiermittel an diejenigen Teile der Anlage zu bringen, bei denen eine Schmierung
notwendig ist. Dabei ist es wünschenswert, den Beladungsgrad des Gases mit Schmiermittel
über einen weiten Durchsatzbereich auf einem hohen Wert zu halten, und zwar bei
möglichst einheitlicher feiner Tröpfchengröße, die einem Aerosolzustand des Schmiermittels
entspricht. Zu große Tröpfchen, wie sie sich insbesondere bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten
des Gases (also im »Anfahrbereich« der Anlage) leicht ausbilden, haben nämlich die
Neigung, sich mit feineren Tröpfchen zu vereinigen und dann in der Gasleitung abzuscheiden,
bevor sie ihren Bestimmungsort erreicht haben. Dadurch wird die Schmierwirkung erheblich
beeinträchtigt, und außerdem geht ein Teil des Schmiermittels ungenutzt verloren.
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Es ist bereits bekannt, zur Beladung eines Gasstromes mit nebelartig
verteiltem Schmiennittel ein Venturirohr in der Gasleitung anzuordnen und das Schmiermittel
über einen Zufuhrkanal an der engsten Stelle des Venturirohres einzuspeisen, wobei
der Unterschied im statischen Druck des strömenden Gases, der sich zwischen der
engsten Stelle und der breitesten Stelle des Venturirohres ausbildet, zur Förderung
des Schmiermittels zum Zufuhrkanal ausgenutzt wird. Diese Vorrichtungen besitzen
jedoch den wesentlichen Mangel, daß sie eine ungleichmäßige Teilchengröße der Schmiermitteltröpfehen
liefern und daß der Beladungsgrad bei schwachem Gasstrom stark absinkt, wobei darüber
hinaus mit absinkendem Beladungsgrad der Anteil an unerwünschten großen Tröpfchen
steigt. Sie besitzen also gerade bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases
eine ungenügende Wirksamkeit.
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Weiterhin wurde schon vorgeschlagen, das Schmiermittel an einer in
die Gasleitung eingebauten Verengung einzuspeisen und im Abstand hinter dieser Verengung
eine mit einer öffnung versehene Scheibe anzuordnen, an der sich die größeren Tröpfchen
abscheiden können. Dabei bildet jedoch die öffnung in der Scheibe, die im oberen
Scheibenrand angeordnet ist, und nicht die Stelle der Schmiermittelzufuhr die engste
Stelle im Strömungsquerschnitt, so daß die öffnung in der Scheibe den Gasdurchsatz
bestimmt und sich in dem Raum vor der Scheibe eine wesentlich verminderte Strömungsgeschwindigkeit
des Gases ergibt, die eine Sedimentation zu großer Tröpfchen zuläßt. Auf diese Weise
trägt der in die öffnung am oberen Scheibenrand eintretende Gasstrom nur noch verhältnismäßig
kleine Tröpfchen - die gegebenenfalls durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit
in der öffnung nochmals zerteilt werden-, während das abgeschiedene Schmiermittel
über einen vor der Scheibe in der Gasleitung mündenden Kanal abgeleitet wird.
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Diese Vorrichtung führt zwar dadurch, daß die den Durchsatz bestimmende
engste Stelle der Gasleitung mit »vorsortierten« Tröpfchen versorgt wird, zu einer
gleichmäßigeren Teilchengröße, besitzt aber den Nachteil, daß der Beladungsgrad
des Gasstromes wegen der beim Vorsortieren der Tröpfchen eintretenden Abscheidung
eines beträchtlichen Anteils des zerstäubten Schmiermittels nur sehr gering ist.
Außerdem sind auch bei dieser Vorrichtung Beladungsgrad und Teilchengröße durchsatzabhängig,
wobei noch hinzukommt, daß bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten wegen der Turbulenz
im Raum vor der Scheibe die Gefahr eines Mitreißens zu großer Tröpfchen besteht
und daß die Zufuhrstelle des Schmiermittels nicht die strömungstechnisch glinstigste
Lage besitzt.
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Die vorgenannten Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden,
daß die öffnung der Scheibe aus einer Bohrung besteht, die koaxial zu der in an
sich bekannter Weise als Venturidüse ausgebildeten Verengung liegt.
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Die Erfindung beruht auf einer einfachen und wirksamen Anwendung der
strömungstechnischen überlegung, daß die Tröpfchen, die die verengte Zufuhrstelle
in der Gasleitung des Schmiermittels verlassen, mit einer sehr starken konvektiven
Beschleunigung radial nach außen zur Wandung der Gasleitung
hin
bewegt werden, sofern diese Verengung tatsächlich die engste Stelle (also die »Venturidüse«)
der Gasleitung darstellt und sich damit hinter der Verengung kein Stauraum ausbilden
kann. Durch diese Beschleunigungskräfte reichem sich nämlich die großen Tröpfchen
im Wandbereich und die kleinen Tröpfchen im Achsbereich der Gasleitung an, so daß
die großen Tröpfen gegen die Scheibe prallen und abgeschieden werden, während die
kleinen Tröpfchen mit dem Gasstrom durch die öffnung der Scheibe hindurch unbehindert
ausgetragen werden. die konvektive Beschleunigung um einen erheblichen Faktor größer
ist als die Erdbeschleunigung, über einen außerordentlich weiten Durchsatzbereich
ein und wird außerdem noch durch die günstige Lage der Anfuhrstelle, durch die von
vornherein eine übermäßige Bildung zu großer Tröpfchen verhindert wird, unterstützt.
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Versuche haben gezeigt, daß es mit dem Zerstäuber gemäß der Erfindung
möglich ist, innerhalb weiter Grenzen der Strömungsgeschwindigkeit nahezu die gesamte
an den Gasstrom abgegebene Schmiermittelmenge in die Form eines gleichmäßigen Aerosols
zu bringen, so daß nur sehr geringe Anteile des Schmiermittels abgeschieden und
wieder zurückgeführt zu werden brauchen. Dadurch ergibt sich nicht nur eine verbesserte
Wirksamkeit, sondern auch eine ausgezeichnete Wirtschaftlichkeit des Zerstäubers.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend in Ausführungsbeispielen
an Hand der Zeichnungen näher beschrieben, Dabei stellt dar F i g. 1 die
Seitenansicht eines Zerstäubers gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Draufsicht
des Zerstäubers von F i g. 1,
F i g. 3 einen Schnitt in der Ebene
3-3 der F i g. 1,
F i g. 4 einen Schnitt in der Ebene 4-4 der
F i g. 2 -, F i g. 5 in stark vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt
aus F i g. 3 und F i g. 6 eine abgewandelte Ausführungsforin der Erfindung
in einer der F i g. 5 entsprechenden Darstellung.
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Der in F i g. 1 bis 5 dargestellte Zerstäuber
10, der als Schmiermittelzerstäuber für Druckgasleitungen bestimmt
ist, besteht aus einem Schmiermlitelbehälter 12 und einem Kopfstück 14. Der Behälter
12 ist aus einem zylindrischen, durchsichtigen Wandteil 20 und einem Bodenteil 22
zusammengesetzt. Das obere Ende des Wandteils 20 greift in eine Ausnehmung
18 ein, die sich innerhalb eines Randflansches 16 an der Unterseite
des Kopfstückes 14 befindet, und ist mit einer Dichtung 24 gegen das Kopfstück abgedichtet.
Entsprechend ist die Verbindung zwischen dem unteren Ende des Wandteils 20 und dem
Bodenteil 22 ausgebildet, die durch eine Dichtung 26 abgedichtet ist. Die
einzelnen Teile des Zerstäubers, d. h. Kopfstück 14, Wandteil 20 und Bodenteil
22, sind durch einen Gewindebolzen 30 zusammengehalten, der sich durch den
Behälter 12 hindurch erstreckt. Das eine Ende des Bolzens 30 ist dabei in
eine am Kopfstück 14 angebrachte Nabe 28 eingesehraubt, während das andere Ende
durch eine öffnung in dem Bodenteil 22 hindurchragt und mit einer Verschlußkappe
32, die sich außen am Bodenteil 22 abstätzt, verschraubt ist. Eine Dichtung
34 ist zwischen der Verschlußkappe 32 und dem Bodenteil 22 angebracht.
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Zum Einfüllen von Schmiermittel L in den Behälter 12 ist eine Einfüllöffnung
36 im Kopfstück C
14 vorgesehen, die niittelä einer Schraubverschlußkappe
38 verschlossen ist, Am Kopfstück 14 ist weiterhin ein Anschlußstutzen 40
für eine Gaseinlaßleitung 42 und ein Anschlußstutzen 44 für eine Gasauslaßleitung
46 Anpbracht. Die beiden Stutzen sind durch eirten Dirräfttrittskanal 48 miteinander
verbunden, der sich quer durch das Kopfstück 14 hindurch erstreckt. Dieser Kanal
48 ist als Venturirohr ausgebildet und enthält, wie jedes Venturirohr, eine Verengung
50. In Strömungsrichtung vor der Verengung 50 besteht der Kanal 48
aus einem zylindrischen Teilstück 52, das in ein kegelstumpfartig konvergierendes
Teilstück 54 übergeht. Hinter der Verengung 50 schließt sich ein entsprechend
divergierendes Teilstück 56 und ein weiteres zylindrisches Teilstück
58, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser des Teilstückeg 52
sein
kann, an. In der Verengung 50 wird, wie im einzelnen weiter unten noch erläutert
wird, das den Kanal 48 durchströmende Gas mit zerstäubten Schmiermitteltröpfchen
beladen.
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Von dem stromabwärts gelegenen Teilstück 58 des Venturirohres 48 geht
ein senkrechter Verbindtuigskanal 60 aus, der an seinem anderen Ende in dem
Schmiermittelbehälter 12 mündet. Das behälterseitige Ende des Kanals 60 ist
dabei durch eine Kappe 61
gebildet, die mit dem Kopfstück 14 verschraübt ist
und die eine Anzahl seitlicher öffnungen 64 besitzt. Die öffnungen 64 liegen oberhalb
des maXimälen Schmiermittelstandes in dem gasgefüllten Raiei 6-4, der sich zwischen
der Oberfläche des Schmiemüttels L und dem Kopfstück 14 innerhalb des Behäfters
12 befindet. Mithin wird über den Kanal 60 der Gasraum 65 mit dem
im Venturirohr 48 herrschetden Gasdruck beaufschlagt. Zugleich dient der Kanal
60
aber auch noch als Rücklaufleitung für zergtäubtes und wieder abgeschiedenes
Schmiermittel.
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In das Teilstück 58 des Venturirohres 48 ist - vorzugsweise
in Strömungsrichtung hinter der Mündung des Kanals 60 - eine ringfdrmige
Scheibe 66 ein-
gesetzt und beispielsweise durch Preßsitz befestigt.
Die Mittelöffnung 68 der Scheibe 66 besitzt einen größeren Durchmesser
als die Verengung 50 des Venturirohres 48 und liegt kaaxial zur Verengung
50.
Durch diese Mittelöffnung 68 kann somit der schmiermittelbeladene
Gasstrom hindurchströmen, ohne daß dadurch die Funktion der Verengung
50 als strömungsbemessene Venturidüse beeinträchtigt wird.
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Stromabwärts der Scheibe 66 münd-et in das Venturirohr 48 ein
schräger Abffußkanal 70, dessen unteres Ende mit dem Kanal 60 oder
direkt mit dem Gasraum 65 verbunden sein kann. Dieser Kanal 70 dient zur
Rückführung von Schmiermittel, dag sich hinter der Scheibe 66 in dem Venturirohr
49 abgeschieden hat, in den Schmiermittelbehälter.
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Zur Förderung des Schmiermittels L v= Sühmiermittelbehälter 12 aus
in das Venturirohr 48 ist eift Tauchrohr 72 vorgesehen, das mit dem Kopfstrick
14 verschraubt ist und an seinem unteren, in das Schmiermittel eintauchenden Ende
zweckmäß12 eine
feinmaschige Filterhaube 74 trägt. Dieses T atw&öh-r
72 ist an einen Schiniermittelkanal 76 angeschlossen, der innerhalb
des Kopfstückes 14 liegt. An der Anschlußstelle des Tauchrehres
72 befindet sich im
Schmiermittelkanal 76 ein Rückschlagventil
78, das einen Rückfluß des Schmiermittels au-. dem Kanal 16
in den
Behälter 12 verhindert, wenn in dem Ventur!-rohr 48 kein Gasstrom vorhanden ist.
Durch eine
ständige Füllung des Kanals 76 ist sichergestellt,
daß sofort Schmiermittel in ausreichender Menge verfügbar ist, wenn die Schmiervorrichtung
zu arbeiten beginnt.
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Das obere Ende des Schmiermittelkanals 76 führt zu einem Nadelventil
82, das zur Regelung der dem Gasstrom zugeführten Schmiermittelmenge dient
und oberhalb der Verengung 50 des Venturirohres 48 in einem Nabenansatz
80 des Kopfstückes angeordnet ist. Dieses Ventil besteht aus einem Ventilkörper
90,
der in den Nabenansatz 80 eingeschraubt ist, und einer in dem Ventilkörper
geführten Stellschraube 84, deren unteres Ende einen Ventilkegel 88 trägt.
Zur Abdichtung des Sitzkörpers 82 gegen den Nabenansatz 80 dient eine
Dichtungsseheibe 83, und zur Abdichtung der Stellschraube 84 gegen den Sitzkörper
82 dient ein O-Ring 86. Der Ventilkörper 90
ist in seinem oberen
Bereich mit Gewinde versehen und weist in seinem unteren, mit verminderter Wandstärke
ausgebildeten Bereich seitliche öffnungen 92
auf. Dadurch bildet sich zwischen
dem unteren Bereich des Ventilkörpers 90 und dem Nabenansatz 80
ein
Ringraum 93 aus, der einerseits mit dem Schmiermittelkanal 76 und
andererseits über die Öffnungen 92 mit dem Innenraum des Ventils in Verbindung
steht. An seinem unteren Ende geht der Ventilkörper 90 in einen Ventilsitz
96 über, an den sich ein nach unten führendes Abflußrohr 94 anschließt.
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In dem Zwischenraum zwischen dem Nabenansatz 80 und dem Kopfstück
14 ist ein durchsichtiges Rohrstück 98 angebracht, das eine Beobachtung der
Schmiermittelabgabe vom unteren Ende des Abflußrohres 94 ermöglicht und das mit
einem Dichtungsring 100 gegen den Nabenansatz 80 und die Unterfläche
des Ventilsitzes 96 und mit einem weiteren Dichtungsring 101 gegen
das Kopfstück 14 abgedichtet ist. Das Rohrstück 98 führt zu einer im Kopfstück
14 angebrachten Bohrung 102, in die ein senkrechtes Schmiermittelabgaberohr 104
eingesetzt ist. Das Schmiermittelabgaberohr erstreckt sich etwa bis zur Mitte der
Verengung 50 des Venturirohres 48 und ist an seinem unteren Ende mit einer
abgeschrägten Mündung 105 versehen, die zur Seite des abströmenden Gases
weist.
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Beim Betrieb des Zerstäubers erreicht der Gasstrom seine größte Geschwindigkeit
und seinen niedrigsten statischen Druck in der Verengung 50 des Venturirohres
48. Demzufolge steht das Schmiermittel L im Behälter 12, das über den Kanal
60 mit dem statischen Druck im Teilstück 58 des Venturirohres 48 beaufschlagt
ist, unter einem höheren Druck als das Schmiermittel an der Mündung des Abgaberohres
104 in der Verengung 50. Durch diesen Druckunterschied wird das Schmiermittel
L über das Tauchrohr 72 und den Schmiermittelkanal 76 zum Ringraum
93 und dann in einer der Einstellung des Ventils 82 entsprechend geregelten
Menge weiter zum Abgaberohr 104 gefördert, wo es vom Gasstrom übernommen wird. Dabei
kann sich in dem Raum 108
oberhalb des Abgaberohres eine kleine Menge an Schmiermittel
ansammeln, so daß eine gleichmäßige Schmiermittelabgabe an der Mündung
105 des Ab-
gaberohres 104 gewährleistet ist.
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Da das Schmiennittel in dem Venturirohr 48 an der Stelle der größten
Strömungsgeschwindigkeit von dem Gas übernommen wird, wird es wirkungsvoll zerstäubt,
wobei nahezu die gesamte Menge des an den Gasstrom abgegebenen Schmiermittels eine
sehr feine Tröpfchengröße erhält. Wenn die Anlage richtig eingestellt ist, liegt
nur ein sehr geringer Anteil des abgegebenen Schmiermittels in größeren Tröpfchen
vor, die abgeschieden und in den Behälter 12 zurückgeführt werden müssen. Zur Abscheidung
dieser größeren Tröpfchen dient die stromabwärts der Verengung 50 gelegene
Scheibe 66. Die Schmiermitteltröpfchen im Gasstrom unterliegen nämlich beim
Verlassen der Verengung 50 des Venturirohres 48 starken radial nach außen
gerichteten Beschleunigungskräften und haben dadurch das Bestreben, sich senkrecht
zur Achse des Venturirohres 48 der Größe nach zu ordnen. Mithin prallen die größeren
Tröpfchen, die sich in der Wandzone des Teilstückes 58
des Venturirohres 48
anreichern, gegen die Scheibe 66 und werden abgeschieden, während die feineren
Tröpfchen in der Achszone des Venturirohres 48 mit dem Gasstrom durch die Mittelöffnung
68 der Scheibe 66 hindurch zur Auslaßleitung 46 gelangen. Die gleichmäßige
radiale Verteilung der Tröpfchen um die Achse des Venturirohres 48 wird dabei dadurch
unterstützt, daß die Mündung 105 des Abgaberohres 104 etwa in der Mitte der
Verengung 50 liegt.
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F i g. 5 zeigt die Wirkungsweise der Scheibe 66
beim
Abfangen der großen Schmiermitteltröpfchen aus dem Gasstrom. Ein Anteil
110 des abgefangenen Schmiermittels sammelt sich vor der Scheibe
66 an, während ein weiterer Anteil 112 des abgefangenen Schmiermittels sich
hinter der Scheibe 66 abscheidet. Der Anteil 112 fließt durch den Abflußkanal
70 zum Verbindungskanal 60, vereinigt sich dort mit dem Anteil
110 und tropft in den Schmiermittelbehälter 12 zurück.
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Die Ausführungsform gemäß F i g. 6 stimmt im wesentlichen mit
der vorangehend beschriebenen Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis
5 überein. Es sind deshalb auch gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Zum Unterschied von der Ausführungsform gemäß F i g. 1 bis
5 liegt jedoch der Rand der Bohrung 68 in der Scheibe 66, die
zur Abscheidung der größeren Schmiennitteltröpfchen in dem Teilstück 58 des
Venturirohres angeordnet ist. nicht in der Scheibenebene, sondern ist. in den Raum
stromaufwärts der Scheibe vorgezogen. Dadurch wird die Abscheidung des Schmiermittels
vor der Scheibe 66 begünstigt, so daß der schräge Kanal 70 (vgl. F
i g. 5) entfallen kann. Dementsprechend dient der im Beispiel der F i
g. 6 hinter der Scheibe 66 in dem Teilstück 58 des Venturirohres
mündende Kanal 154 auch nicht zur Rückführung von abgeschiedenem Schmiermittel.
Er bildet vielmehr ein Stück eines Umgehungskanals, über den bei hohen Gasdurchsätzen
ein vor der Verengung 50 des Venturirohres abgezweigter und um die Verengung
herumgeführter Teilstrom des Gases wieder mit dem durch die Verengung hindurchgeführten
Hauptstrom vereinigt wird.
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Die vorangehend beschriebenen Zerstäuber sind zwar als Schmiermittelzerstäuber
für Druckgasleitungen bestimmt, lassen sich jedoch ohne weiteres überall dort einsetzen,
wo Gasströme mit einer nebelartig verteilten Flüssigkeit beladen werden sollen.