DE1297481B

DE1297481B - Ausstroemduese mit variablem Ausstroemkoeffizienten, insbesondere fuer Fluessigkeitsverteiler

Info

Publication number: DE1297481B
Application number: DEH58970A
Authority: DE
Original assignee: HAMON MAURICE
Current assignee: HAMON MAURICE
Priority date: 1965-03-30
Filing date: 1966-03-30
Publication date: 1969-06-12
Also published as: US3450349A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausströmdüse mit variablem Ausströmkoeffizienten, bestehend aus einem konvergierenden und einem zylindrischen Abschnitt für ein Leitungssystem mit veränderlichem Flüssigkeitsdruck, insbesondere für einen Flüssigkeitsverteiler mit mehreren hintereinander angeordneten Düsen.
Die Ausströmmenge durch eine Ausströmdüse ist gegeben durch den folgenden Ausdruck: worin Q die Ausströmmenge, S der Ausströmquerschnitt der Düse, H die Flüssigkeitshöhe über diesem Querschnitt oder der entsprechende Druck, ausgedrückt in Flüssigkeitshöhe, g die Erdbeschleunigung und m ein Ausströmkoeffizient ist.
Der Koeffizient m ist abhängig von der Form der Ausströmdüse. Für ein glattes konisches oder zylindrisch-konisches Ausflußrohr mit abgerundetem Einlaß liegt m in der Nähe von 1.
Um bei der Anordnung von mehreren Düsen an einem Flüssigkeitsverteiler einen gleichmäßigen Ausfluß durch alle Düsen zu erreichen, ist es notwendig, daß die Düsen unter demselben statischen Druck stehen. In der Praxis ist jedoch der statische Flüssigkeitsdruck nicht für alle Düsen derselbe, sei es wegen des Druckverlustes oder wegen der Änderung des dynamischen Drucks der Flüssigkeit, die in einem oben offenen Kanal oder in einer Rohrleitung strömt.
Es gibt Ausströmdüsen, die zur Erzielung einer konstanten Durchflußmenge bei veränderlichen Zulaufdruck selbsttätige Regelelemente haben, um den Eintrittsquerschnitt zu verändern. Es ist aber zu aufwendig, eine große Anzahl von Ausströmdüsen mit solchen Regelorganen auszurüsten.
Es sind ferner Ausströmdüsen bekannt, die aus einem konvergierenden, einem zylindrischen und einem divergierenden Teil bestehen. Bei diesen Düsen, die für Gas vorgesehen sind, sind der konvergierende und der zylindrische Teil mit zahlreichen Öffnungen versehen, die sich in eine geschlossene Kammer öffnen, deren Druck gesteuert werden kann. Diese Düsen sind für Flüssigkeiten nicht vorgesehen und bedürfen eines veränderlichen Steuerdrucks.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auch für Flüssigkeiten brauchbare Ausströmdüse zu schaffen, deren Ausströmkoeffizient sich bei veränderlichem Zuströmdruck selbsttätig ohne Verwendung mechanisch beweglicher Teile so ändert, daß die Durchflußmenge sich weniger ändert, als der Wurzel aus dem Flüssigkeitsdruck entspricht.
Dies wird, ausgehend von einer Ausströmdüse der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in dem konvergierenden Abschnitt auf einem Niveau, auf dem bei normaler Ausströmmenge der statische Flüssigkeitsdruck gleich dem Druck der umgebenden Luft ist, eine oder mehrere Wandöffnungen vorgesehen sind, durch die bei verringertem Flüssigkeitsdurchfluß Luft einströmen kann-Durch diese Maßnahme wird der Ausströmkoeffizient der Düse in entgegengesetztem Sinne wie der statische Druck über der Düse verändert. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Ausströmdüsen für einen Flüssigkeitsverteiler mit mehreren in Strömungsrichtung hintereinanderliegenden Ausströmdüsen wird eine gleichmäßigere Verteilung der Flüssigkeit auf die verschiedenen Düsen erreicht.
Beispielsweise Ausführunsgformen der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine herkömmliche Ausströmdüse am Boden eines Flüssigkeitskanals, F i g. 2 bis 5 Schnitte durch verschiedene erfindungsgemäße Ausströmdüsen, F i g. 6 in einem Schaubild die Durchflußeigenschaften einer herkömmlichen und einer erfindungsgemäßen Ausströmdüse und F i g. 7 schematisch ein geschlossenes Rohr mit zwei Düsen.
Jede der in den F i g. 2 bis 5 dargestellten Düsen weist einen abgerundeten Einlaß 3, einen konischen Teil 4 und einen zylindrischen Teil 5 auf. Außerdem hat jede dieser Düsen ein Einschraubgewinde 7 und einen Anschlag 8, durch den die Einschraubtiefe so begrenzt wird, daß der Einlaß 3 mit der Innenwand eines Behälters, eines Kanals oder einer Leitung abschließt.
Die Düsen weisen weiter in dem konischen konvergierenden Teil 4 eine oder mehrere Wandöffnungen auf. Diese COffnungen können beispielsweise runde Löcher 9 sein (F i g. 2), oder sie können durch einen ringförmigen Spalt 10 gebildet werden (F i g. 3), der durch Stege 11 unterbrochen ist, oder es können Schlitze 12 sein (F i g. 4), die in parallelen benachbarten Ebenen liegen, oder es können auch senkrecht angeordnete Langlöcher 13 sein (F i g. 5).
Die Wandöffnungen liegen auf einem »neutralen« Niveau rz, in dem bei normaler Ausströmmenge aus der Düse der statische Druck im Inneren der Düse gleich dem Druck außerhalb der Düse, d. h. im praktischen Fall gleich dem Druck der Luft ist. Es kann daher weder Flüssigkeit von innen nach außen, noch Luft von außen nach innen strömen. Die Düse hat in diesem Betriebszustand einen Ausströmkoeffizienten m, der sehr nahe bei 1 liegt.
Vor Erläuterung der Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Ausströmdüse sei an Hand der F i g. 1 zunächst dargelegt, wie eine herkömmliche Düse mit unveränderlichem Ausströmkoeffizienten die Flüssigkeitshöhe in einem Flüssigkeitskanal beeinflußt.
Ist z. B. die Höhe a der Ausströmdüse 8 cm (F i g. 1) und bei voller Ausströmmenge Q die Höhe b der Flüssigkeit über der Eintrittsstelle in die Ausströmdüse 40 cm, so beträgt die Höhe der Flüssigkeit über der Basis dieser Düse H=a+b, d. h. 48 cm.
Die Ausströmmenge aus dieser Düse wäre dann Wird die dem Flüssigkeitskanal zugeführte Flüssigkeitsmenge herabgesetzt auf so vermindert sich die Flüssigkeitshöhe, wenn z. B. für z = 2 gesetzt wird, auf, Die Flüssigkeitshöhe in dem Kanal beträgt also nur b' = 4 cm, d. h. ein Zehntel von b = 40 cm. Dadurch erhöht sich die Geschwindigkeit der Flüssigkeit um das 5fache. Da der Druckverlust in dem Kanal proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit ist, wäre er also 25mal so groß. Dies würde bei Anordnung einer zweiten Ausströmdüse weiter stromab im Flüssigkeitskanal zu einer bemerkenswerten Druckminderung über dieser Düse und folglich zu einer Zunahme der Differenz der Ausströmmengen zwischen den beiden Düsen führen.
Bei herabgesetzter Zuströmung in den Kanal vermindert sich also die Flüssigkeitshöhe über einer am Boden desselben angeordneten: Ausströmdüse. Ist diese Düse von der erfindungsgemäßen Bauart, so tritt dabei auf dem Niveau n ein Unterdruck gegenüber dem Außendruck auf. Infolge dieses Unterdrucks wird Gas in das Innere der Düse gesaugt, wodurch der Ausströmkoeffizient m reduziert wird als Funktion der Luftmenge, die sich in der Düse mit Flüssigkeit mischt.
F i g. @6 zeigt das Ergebnis von Vergleichsversuchen mit zwei jeweils in einem gesonderten Flüssigkeitskanal angeordneten Düsen, deren Länge a = 8 cm und deren Durchmesser 2,26 cm beträgt. Eine der Düsen hat bei sonst gleicher Gestalt keine seitlichen Öffnungen, während die andere acht Löcher mit einem Durchmesser von 0,5 cm aufweist (F i g. 2).
Auf der Abszisse der F i g. 6 ist die Ausströmmenge Q abnehmend von 4,5 bis 2 m3/h, und auf den Ordinaten sind die Flüssigkeitshöhe b über dem Boden eines Kanals, in den jeweils eine der Düsen eingesetzt war, und der Ausströmkoeffizient m aufgetragen.
Die Kurve 14 zeigt die Höhe b der Flüssigkeitssäule über einer Düse ohne seitliche Öffnungen bei verminderter, im Flüssigkeitskanal zugeführter Flüssigkeitsmengen. Wird diese Menge, wie vorstehend bereits ausgeführt ist, um die Hälfte verringert, so wird b auf ein Zehntel reduziert, d. h., die Flüssigkeitshöhe b = 40 cm, bei der eine Ausströmmenge von Q = 4,5 m3/h vorliegt, wird auf b = 4 cm bei einer Ausströmmenge von Q = 2,25 m3/h verringert. Um diese Flüssigkeitshöhe konstant zu halten, muß also die Menge der ausströmenden Flüssigkeit gleich der der zuströmenden sein. Würde man Q auf 2 m3/h herabsetzen, so würde man feststellen, daß die Strömung durch die Düse wegen der Bildung von Wirbeln instabil wird. Der Ausströmkoeffizient m ist nicht variabel und bleibt für alle Ausströmmengen Q in der Nähe von 1, wie in F i g. 6 durch die gestrichelte waagerechte Linie gezeigt ist.
Hat die Düse seitliche Öffnungen, so ändert sich die Flüssigkeitshöhe bin dem Kanal in Abhängigkeit von. der Zuflußmenge gemäß Kurve 15. Für die nominale Ausströmmenge von Q=4,5 m3/h ist die Höhe b wie in dem vorhergehenden Fall 40 cm, da bei dieser Ausströmmenge in Höhe des Niveaus n Druckgleichgewicht herrscht und daher kein Gas durch die öffnungen einströmen kann. Deshalb liegt der Zuströmkoeffizient m gleichfals in der Nähe von 1. Wird die Ausströmmenge reduziert, so entsteht bei sinkender Flüssigkeitshöhe auf dem Niveau n ein Unterdruck, der entsprechend der Verminderung der Zuströmmenge zunimmt. Die Menge der angesaugten Luft steigt mit der Verringerung der Zufluß- und somit der Ausströmmenge Q, womit der Wert m abfällt, wie die Kurve 16 zeigt. Bei einer Ausströmmenge von Q = 2,25 m3/h wird m = 0,73. Der Wert b verringert sich deshalb nicht so sehr wie bei der herkömmlichen Düse. Wenn die Ausströmmenge Q auf die Hälfte herabgesetzt ist, beträgt b noch 10 cm und damit 2,5mal soviel wie die Höhe der Flüssigkeitssäule bei einer Düse ohne seitliche Öffnungen. Wenn mehrere der erfindungsgemäßen Düsen hintereinander angeordnet sind, erhält man eine wesentlich gleichmäßigere Verteilung der Flüssigkeit auf die einzelnen Düsen.
F i g. 7 zeigt ein Rohr, durch welches eine Flüssigkeit zwei hintereinander angeordneten Ausströmdüsen A und B zuströmt. Infolge des Druckverlustes in dem Rohr herrscht in dem Querschnitt b ein geringerer statischer Druck als in dem Querschnitt a, so daß bei Verwendung herkömmlicher Düsen durch die Düse b weniger Flüssigkeit ausströmt als durch die Düse A. Dieser Unterschied in der ausströmenden Flüssigkeitsmenge wird verringert, wenn die Düsen A und B erfindungsgemäß ausgebildet sind.

Claims

Patentansprüche: 1. Ausströmdüse mit variablem Ausströmkoeffizienten, bestehend aus einem konvergierenden und einem zylindrischen Abschnitt für ein Leitungssystem mit veränderlichem Flüssigkeitsdruck, insbesondere für einen Flüssigkeitsverteiler mit mehreren hintereinander angeordneten Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem konvergierenden Abschnitt (4) auf einem Niveau, auf dem bei normaler Ausströmmenge der statische Flüssigkeitsdruck gleich dem Druck der umgebenden Luft ist, eine oder mehrere Wandöffnungen (z. B. 9) vorgesehen sind, durch die bei verringertem Flüssigkeitsdurchfluß Luft einströmen kann.
2. Ausströmdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandöffnungen in Form ringförmiger Spalte ausgebildet sind, die durch Stege unterbrochen sind.
3. Ausströmdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandöffnungen in mehreren parallelen Ebenen in der Nähe dieses Niveaus angeordnet sind.