DE1428285A1

DE1428285A1 - Strahlgeblaese zum Foerdern oder zum Foerdern und Zerstaeuben eines staubfoermigen,fluessigen oder gasfoermigen Stoffes

Info

Publication number: DE1428285A1
Application number: DE19621428285
Authority: DE
Inventors: Sailer Dipl-Ing Ernst; Schroeder Dr Hans J
Original assignee: MAN Turbo GmbH
Current assignee: MAN Turbo GmbH
Priority date: 1962-12-14
Filing date: 1962-12-14
Publication date: 1969-05-29
Also published as: DE1428285B2; US3292556A; GB1073307A

Description

Patentanmeldung P l4 28 285.O

U28285

M.A.N. TURBO GMBH,
ba/sn

München, den 9.Oktober I968

"Strahlgebläse zum Fördern oder zum Fördern und Zerstäuben eines staubförmigen, flüssigen oder gasförmigen Stoffes"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Strahlgebläse zum Fördern oder zum Fördern und Zerstäuben eines staubförmigen, flüssigen oder gasförmigen Stoffes mittels eines gasförmigen Treibstromes, der das Fördergut aus einem Fördergutbehälter ansaugt und von einer Mischzone aus in einen Raum mit im wesentlichen gleichem oder höherem Druck als im Fördergutbehälter ausschiebt.

Bei derartigen Gasstrahlpumpen kann auf Grund der gegebenen Werte von Druck und Dichte des Treibstromes bzw. des zu fördernden Stoffes sowie der je Zeiteinheit verfügbaren Treibgasmenge und des gegebenen Druckes in der Mischzone unter Ausnutzung des Unterdruckes an der Ansaugöffnung des Fördergutes in stetiger Förderung mit stationärer Strömung nur eine beschränkte Menge des Fördergutes gefördert werden.

Auf diese Weise - d.h. also mit stationärer Strömung - ar-

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beitende Gasstrahlpumpen benötigen jedoch eine unverhältnismäßig große Menge Treibgas je Mengeneinheit Fördergut, so daß die spezifische Förderleistung derartiger Gasstrahlpumpen äußerst beschränkt ist.

Ferner ist ein. Strahlgebläse bekannt, bei dem der Treibgasstrom mittels mechanisch gesteuerter Organe,, beispielsweise einem Drehschieber, periodisch unterbrochen wird, wodurch sich ein intermittierende Förderung mit einer etwas höheren spezifischen Förderleistung ergibt. Dieses Strahlgebläse weist jedoch insofern Nachteile auf, als der Steuermechanismus für den Drehschieber einen erheblichen baulichen Aufwand erfordert und im praktischen Betrieb sich dieser Steuermechanismus den prinzipbedingten Schwingungen in den Zuleitungen für das Treibgas und Fördergut nicht selbsttätig anpassen kann, so daß auch mit diesem bekannten Strahlgebläse keine wesentliche Verbesserung der Förderleistung erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, lediglich mit strömungstechnischen Mitteln und ohne irgendwelche bewegliche Bauteile ein im intermittierenden Betrieb arbeitendes Strahlgebläse zu schaffen, dessen spezifische Förderleistung wesentlich höher ist, als die der bekannten Gasstrahlpumpen oder Strahlgebläse. Um dieses Ziel zu erreichen, schlägt die Erfindung vor, die Zuleitungsmittel für den zu fördernden Stoff so zu bemessen, daß in der Misohzone periodisch ein kritisches Massen-

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verhältnis von Treibstrom zu Fördergut überschritten wird, bei dem die Geschwindigkeit des Treibstromes am Austritt aus der Lavaldüse von überschall- in Unterschallgeschwindigkeit umschlägt, so daß im Strahlgebläse eine Ansaugphase periodisch mit einer Ausstoßphase abwechselt.

Gemäß der Erfindung saugt dabei der Treibstrom den zu fördernden Stoff in einem momentanen Massenverhältnis entsprechend der Beziehung

an, wobei Gl die Masse des Treibstromes, U2 die Masse des zu fördernden Stoffes, Mi die Machzahl des Treib- ' stromes und 1, vorzugsweise 2, ist.

Messungen an Gasstrahlpumpen, die alleine mit strömungstechnischen Mitteln erfindungsgemäß intermittierend arbeiten, haben ergeben, daß ohne zusätzlichen konstruktiven bzw. baulichen Aufwand eine Steigerung des Verhältnisses von Fördergutmenge zu Treibstrahlmenge und damit der Fördermenge selbst auf ein Mehrfaches des im kontinuierlichen Betrieb mit stationärer Strömung Möglichen erzielt wird. Dies ist insbesondere dann von größter Bedeutung, wenn aus prozeßbedingten oder wirtschaftlichen Gründen nur eine beschränkte Menge eines Treibmittels verfügbar ist, beispiels- J weise wenn einer Gasturbine Luft oder Verbrennungsgas zur Zerstäubung des Nachbrennerkraftstoffes, von Schädlingsbekämpfungsmitteln, Feuerlöschpulver oder dergl. entnommen wird.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar zeigen die

Fig. 1 bis 8 jeweils verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in schematischer Darstellung, wobei jeweils Teile gleicher Funktion mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.

Der Grundaufbau sämtlicher Ausführüngsbeispiele der Erfindung besteht aus einer vom Fördermittel bzw. Treibstrom durchströmten Düse 1, der oder den Ansaugöffnungen 2 für den Eintritt des Fördergutes und einer Mischzone J>, von

, der aus das Gemisch Fördergut/Treibmittel ausgestoßen wird. Die Fördergutzufuhr kann entweder über einzelne um die Düse 1 verteilte Rohrleitungen, oder eine Ringleitung erfolgen. Außerdem kann in die Leitung bzw. Leitungen für die Fördergutzufuhr ein Rückschlagventil eingebaut sein, um das Rückströmen von Eördergut aus der Mischzone J5

j zu verhindern (in der Zeichnung nicht dargestellt).

j In Fig. 1 ist die Düse 1 für die Zufuhr des Treibmittels als Lavaldüse ausgebildet, wobei sich die Mischzone J5 ohne Erweiterung im Durchmesser in axialer Verlängerung des Düsenaustrittsquerschnittes anschließt, während das Fördergut über eine Ringleitung 4 zuströmt.

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In Pig. 2 ist mit 1 wiederum eine Lavaldüse für die Treibmittelzufuhr, mit 2 die Ansaugöffnungen und mit 3 die Mischzone bezeichnet, deren Querschnitt jedoch gegenüber dem Austrittsquerschnitt 5 der Düse um eine Differenzfläche 6 erweitert ist.

Fig. 3 zeigt eine Lavaldüse 1 sowie die um eine Differenzfläche 7 erweiterte Mischzone 3. Die Fördergutzufuhr erfolgt in axialer Hichtung durch den Ringkanal 8.

In den Fig. 4 und 5 ist die Düse 1 für die Treibmittelzufuhr als eine im wesentlichen kreisscheibenförmige von ebenen oder schwach kegelförmigen Wänden 9 und 10 begrenzte Ringscheibendüse ausgebildet, an die sich die ebenfalls scheibenförmige Mischzone 3 anschließt. Das Treibmittel strömt hierbei durch den Kanal 11 axial zu und wird radial in der Ringscheibendüse 1 abgelenkt; das Fördergut tritt ebenfalls axial über die kreisringförmige Ansaugöffnung 2 in die Mischzone 3 ein und wird in radialer Richtung aus der Mischzone 3 ausgeschoben. Mit 5 ist in Fig. 5 wiederum die Differenzfläche bezeichnet, um die sich die Mischzone 3 gegenüber dem Scheibenquerschnitt der Ringscheibendüse erweitert.

In den Fig. 6 und 7 weist die Misohzone 3 stromabwärts von den jeweiligen Ansaugöffnungen 2 für das Fördergut, vorzugsweise an deren stromabwärts gelegenen Rand, eine

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geringe Querschnittsverringerung, um beispielsweise 5 bis 10 #, unter Bildung einer einspringenden Kante 12 auf.

In Pig. 8 ist die Düse für die Zuführung des Treibmittels ebenfalls als Ringscheibendüse ausgebildet, wobei sich die kreisringförmige Ansaugöffnung 2 für das Fördergut unmittelbar an eine Abrundung IJ der Düse 1 anschließt und somit eine ringförmige Kante 14 bildet, umdie die Stromlinien der auf Überschallgeschwindigkeit expandierenden Treibstrahlströmung eine Schwenkung (Prandtl-Meyer-Strömung) ausführen. Dadurch, daß sich die Ansaugöffnungen unmittelbar an die Kante 14, anschließen, wird der Vorteil geringster Grenzschichtbildung bis zu den Ansaugöffnungen

, und damit geringster Verluste erreicht. Die Treibstrahl-

j zufuhr erfolgt über einen Ringkanal 8.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Gasstrahlpumpe ist wie folgt:

j Die Gasstrahlpumpe arbeitet abweichend von den bekannten

j Systemen intermittierend, d.h. es bildet sich eine Ansaugphase und eine Ausstoßphase·

Diese Arbeitsweise wird dadurch erreicht, daß die Zuleitungsmittel für den zu fördernden Stoff in einer dem Fachmann geläufigen Weise hinsichtlich ihrer Eintrittsöffnung in die Misohzone, ihres Leitungswiderstandes etc. so bemessen ist, daß sich in der Mischzone ein momentanes Mas-

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senverhältnis von Fördergut zu Treibstrom einstellt, welches größer 1st als das kritische Massenverhältnis

bei welchem die Machzahl M des Treibstromes am Austritt aus der LavaldUse von Überschallgeschwindigkeit auf Unterschallgeschwindigkeit umschlägt. Qemäß der Erfindung soll das Massenverhältnis in der Mischzone momentan vorzugsweise mehr als das Doppelte des kritischen Wertes erreichen.

In der Ansaugphase expandiert der durch die LavaldUse strömende Treibstrahl auf Überschallgeschwindigkeit. Es herrscht dabei an der Einmündung der Düse in die Mischzone bzw. am Ende der Düse ein Druck, der kleiner ist als der Druck im Fördergutbehälter· Die Ansaugöffnung für das Fördergut liegt nun erfindungsgemäß an der Einmündung der LavaldUse in die Mischzone bzw· In dem dort gebildeten, unter Unterdruck stehenden toten Raum und 1st derart abgestimmt, daß unter der Wirkung des in dem toten Raum herrschenden Unterdruokes eine größere Menge an Fördergut in die Mischzone eingesaugt wird, als der Treibstrom auf Grund des ihm am Ende der LavaldUse innewohnenden Impulses kontinuierlich auf den am Ende der Mischzone herrschenden Außendruck zu fördern vermag. Der Fördergutfluß kommt also in Gang und führt, verbunden mit einer Geschwindigkeitsabnahme des Treibstromes infolge Trägheit des Fördergutes, zu einer "Verstopfung der Mischzone¹¹.

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Nach der "Verstopfung" der Mischzone kommt es zu einer Stockung des Fördergutflusses. Der Treibstrahl schlägt daraufhin, d.h. bei überschreiten des vorstehend definierten kritischen Massenverhältnisses, am Bnde der Lavaldüse auf reine Unterschallströmung um, was zu einem Druckanstieg auf Überdruck gegenüber der Atmosphäre führt· Das durch Massenträgheit in der Mischzone eingeschlossene Fördergut wird nunmehr vom Treibstrom durch den Überdruck desselben ausgeschoben. Während dieser Ausstoßphase ist die Fördermittelzufuhr zur Mischzone unterbrochen· Sie kommt jedoch sofort wieder in Gang, sobald die in die Mischzone eingedrungene Fördergutmenge ausgestoßen und die Strömung in der Lavaldüse wieder in den überschallzustand umgeschlagen ist (Ansaugphase). Der Enddruck der Lavaldüse muß dabei so niedrig, gewählt werden, daß der beim Ausbleiben des Fördergutes nach den Bedingungen der Prandtl-Meyer'sehen Eokenumströmung von der Lavaldüse aus sich aufflächernde bzw. aufplatzende Strahl die Ansaugöffnung für das Fördergut mit seiner Strahlgrenze noch überspringt, um somit das ordnungsgemäße Ansaugen von neuem Fördergut durch in dem toten Winkel hinter der Lavaldüse sich bildenden Unterdruck zu gewährleisten.

Dieses Grundprinzip der erfindungsgemäßen Arbeitsweise der Gasstrahlpumpe findet bei sämtlichen Ausführungsbeispielen Anwendung.

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Eine Verbesserung des Wirkungsgrades der in Fig. 1 dargestellten Strahlpumpe wird dadurch die Ausführung gemäß den Pig. 2 und 3 erzielt, da durch die plötzliche Erweiterung der Mischstrecke gegenüber dem Endquerschnitt der Lavaldüse um eine Differenzfläche, eine Steigerung des Unterdruckes und damit eine Steigerung des Mengenverhältnisses von Fördergut zu Treibmittel erzielt wird.

In den Fig. 4 und 5 ist als Ausführungsbeispiel jeweils die Düse zur Treibmittelzufuhr als Ringscheibendüse ausgebildet. Diese Gasstrahlpumpe arbeitet in derselben Weise wie schon beschrieben und eignet sich z.B. hauptsächlich zur gleichmäßigen Beschickung rotationssymmetrischer Räume mit einem Flüssigkeitsnebel, beispielsweise als Einspritzdüse für Nachbrenner.

In den Fig. 6 und 7 ist jeweils in der Mischstrecke stromabwärts von den Ansaugöffnungen für das Fördergut eine vorspringende Kante vorgesehen. Diese hat den Zweck, während der Ansaugphase in der Mischstrecke auftretende Verdichtungsstöße an dieser Stelle zu fixieren, um damit zu verhindern, daß der Druckanstieg in der Mischstrecke bereits im Bereich der Ansaugöffnungen einsetzt, wodurch kein ausreichender Unterdruck zur Förderung des Fördergutes erzielt würde und somit der Fördergutfluß unterbrochen wäre.

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Claims

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Patentansprüche

I Strahlgebläse zum Fördern oder zum Fördern und Zerstäuben eines staubförmigen, flüssigen oder gasförmigen Stoffes mittels eines gasförmigen Treibstromes, mit einer Lavaldüse, einer in Strömungsrichtung hinter dieser angeordneten Mischzone und einer hinter dem Endquerschnitt der Lavaldüse in die Mischzone mündenden Zuleitung für den" zu fördernden Stoff, wobei der Treibstrom mit Überschallgeschwindigkeit aus der Lavaldüse austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungsmittel für den zu fördernden Stoff so bemessen sind, daß in der Mischzone periodisch ein kritisches Massenverhältnis von Treibstrom zu Fördergut überschritten wird, bei dem die Geschwindigkeit des Treibstromes am Austritt aus der Lavaldüse von Überschall- in Unterschallgeschwindigkeit umschlägt, so daß im Strahlgebläse eine Ansaugphase periodisch mit einer Ausstroßphase abwechselt.
2. Strahlgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibstrom den zu fördernden Stoff in einem mo-

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montanen Nassenverhältnls entsprechend der Beziehung

ansaugt, wobei G^ die Masse des Treibstromes, Q₂ die Hass· des zu fördernden Stoffes, M₁ die Machzahl des Treib stromes und gleich oder größer als 2 1st.
3· Gasstrahlpumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel durch eine Laval- düse in die Mischzone (3) einströmt, die z.B. als ein la wesentlichen kreisscheibenförmiger, von ebenen oder schwach kegelförmigen Wänden (9 und 10) begrenzter, von innen nach außen radial durchströmten Raum oder Kanal ausgebildet 1st, wobei die Ansaugöffnung (2) für das Fördergut kreisringförmig ausgebildet ist.
4. Gasstrahlpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzone (3) einen gegenüber dem Austrittsquerschnitt (5) der Lavaldüse um eine DIfferenzflache (6) erweiterten Querschnitt aufweist.
5. Gasstrahlpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzfläche (6 bzw.7) ganz oder teilweise von einer festen Wand eingenommen wird.
6. Gasstrahlpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 5> dadurch ge· kennzeichnet, daß sich der am Ende der Lavaldüse austretende Treibstrahl unter einem bestimmten Winkel auf·

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fächert, wobei die Eintrittsöffnung oder-öffnungen (2) für das zu fördernde Gut in die Mischzone (3) innerhalb des durch die Strahlgrenze des Uberexpandierenden Strahles begrenzten toten Raumes angeordnet sind.
7· Gasstrahlpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Misohzone (3) stromabwärts von den Ansaugöffnungen (2) für das Fördergut vorzugsweise an deren stromabwärts gelegenen Rand, eine geringe Querschnittsverminderung um beispielsweise 5 bis 10 % mit einer einspringenden Kante (12) aufweist·
8. Gasstrahlpumpe nach den Ansprüchen 1 bis J, mit einer Ringscheibendüse zur Treibmittelzuführung, dadurch gekennzeichnet, daß sich die kreisringförmige Ansaugöffnung (2) für das Fördergut unmittelbar an eine Abrundung (I?) der Ringscheibendüse unter Bildung einer ringförmigen Kante (14) anschließt.
9. Gasstrahlpumpe nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung bzw* Leitungen für die Fördergutzufuhr ein Rückschlagventil eingebaut ist.

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