DE1532901C3 - Vorrichtung zum Beimischen eines Teilstromes zu einem Hauptstrom - Google Patents

Vorrichtung zum Beimischen eines Teilstromes zu einem Hauptstrom

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Description

und durch turbulent mit dem durch die Druckleitung eintretenden Hauptstrom gemischt. Führt der Teilstrom eine pulvrige Substanz mit sich, so erzeugt diese turbulente Durchmischung eine ungewöhnlich homogene Suspension dieser pulverigen Substanz in der die Mischkammer durch die Auslaßleitung verlassenden Strömung. Die konvergenten Teil- und Hauptströme, die in die Mischkammer durch die Ansaugleitung und die Druckleitung eintreten, durchqueren beide die aufeinanderfolgenden Verdichtungen und Verdünnungen, welche die stehenden Wellen bilden, was zu dem hervorragenden Saug- und Mischungsergebnis beitragen dürfte.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Ausgestaltungen sind im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 eine geschnittene Teilseitenansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,
F i g. 2 eine weitere geschnittene Teilseitenansicht der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform bei geändertem Abstand zwischen der Öffnung der Druckleitung und der Öffnung der Auslaßleitung,
F i g. 3 eine geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die* in den F i g. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung zum Beimischen eines Teilstromes zu einem Hauptstrom zeigt eine Mischkammer 10, in die einenends eine Druckleitung 12 für den Hauptstrom und benachbart dazu eine Ansaugleitung 16 für den Teilstrom einmünden, und die anderenends durch eine Querwand 24 begrenzt ist, welche eine koaxial zur Druckleitung 12 und zur Mischkammer 10 vorgesehene, scharfkantige Auslaßöffnung 26 aufweist.
Erfindungsgemäß sind die Umfangsfläche 22 der Mischkammer 10 zylindrisch und deren einlaßseitige Stirnfläche als in Strömungsrichtung sich erweiternde Kegelfläche 14 von vergleichsweise großem Öffnungswinkel ausgebildet. Ferner mündet die Druckleitung 12 zentrisch und die Ansaugleitung 16 etwa senkrecht in die Kegelfläche 14 ein.
Sowohl die Druckleitung 12 als auch die Ansaugleitung 16 und die Mischkammer 10 können durch entsprechendes Ausbohren eines Materialklotzes 11 hergestellt werden.
Wie gezeigt, schneiden sich die Achsen der Druckleitung 12 und der Ansaugleitung 16, zweckmäßig unter .einem Winkel von etwa 30°, so daß der durch die Ansaugleitung 16 in die Mischkammer 10 eintretende Teilstrom zu dem durch die Druckleitung 12 eintretenden Hauptstrom konvergent ist. Die Ansaugleitung 16 wird dabei von einem Bohrloch 17 gebildet, das einen erweiterten Bohrungsabschnitt 19 aufweist, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser eines Rohrstücks 21 entspricht, dessen Innendurchmesser wiederum dem Durchmesser des Bohrloches 17 entspricht; die Ansaugleitung 16 ist somit glattwandig und weist keine Stufe am Übergang zwischen dem Rohrstück 21 und der Bohrung 17 auf. Das Rohrstück 21 kann mit seinem anderen Ende an nicht gezeigte Gas- oder Pulverbehälter od. dgl. angeschlossen werden.
Bei dem in den F i g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die die Auslaßöffnung aufweisende Querfläche aus zwei Flächenabschnitten, und zwar einem äußeren, konvex/konischen Abschnitt 24, der im wesentlichen den gleichen Öffnungswinkel wie die sich erweiternde Kegelfläche 14 aufweist, und einem inneren konkav/konischen Abschnitt 26. Diese Flächen 24 und 26 sind am inneren Ende eines koaxial zur Mischkammer 10 verschieb- und einstellbaren Kerns 28 ausgebildet. Wie in F i g. 1 gezeigt, ist der Kern 28 so eingepaßt, daß er eine teleskopartige Bewegung innerhalb der Mischkammer 10 in eine extreme innere Stellung ausführen kann, in welcher der äußere
ίο konvexe Abschnitt 24 der sich erweiternden Kegelfläche 14 dicht benachbart ist. Dadurch wird, wie in F i g. 2 gezeigt, die Mischkammer 10 im wesentlichen durch die Kegelfläche 14 und den am Kern 28 ausgebildeten inneren konkaven Abschnitt 26 begrenzt.
In F i g. 2 ist der Kern 28 aus der Mischkammer 10 herausgezogen dargestellt, um eine Mischkammer mit wesentlich größerem Volumen zu bilden, welche durch beide Abschnitte 24 und 26 des Kerns 28, die zylindrische Umfangsfläche 22 des Klotzes 11 und die sich erweiternde Kegelfläche 14 begrenzt wird.
Diese axiale Einstellung des Kerns 28, welcher sich teleskopartig aus der Mischkammer 10 herausbewegt, vergrößert die Länge der Mischkammer 10 entsprechend. Die axiale Einstellung des Kerns 28 kanngeändert werden, um die optimalen Volumen- oder Druckverhältnisse an der Ansaugleitung 16 herzustellen.
Wenn ein -Hauptstrom, z. B. Druckluft durch die -· Druckleitung—12 eingeleitet wird, um durch die "Mischkammer 10 und aus der Auslaßleitung 18 zu strömen, so erzeugt die sich ergebende Expansion der Druckluft bei ihrem Eintreten in die Mischkammer 10 einen negativen Druck bzw. einen Unterdruck an der Ansaugleitung 16. Die Ansaugleitung 16 kann beispielsweise mit einem Vakuumanschluß, einer Gasoder Flüssigkeitsquelle oder mit einem Vorrat an Pulversubstanz verbunden werden. In jedem dieser Fälle wird ein Teilstrom durch die Ansaugleitung 16 gesaugt, um in der Mischkammer 10 mit dem durch die Druckleitung 12 eintretenden Hauptstrom vermischt zu werden; die vermischte Strömung wird sodann durch die Auslaßleitung 18 ausgestoßen.
Ist die Ansaugleitung 16 mit einem Vorrat von Pulversubstanz verbunden, so wird die_s.e Substanz durch die Ansaugleitung 16 zusammen mit dem die Umgebungsatmosphäre bildenden Gas gesaugt und in der Mischkammer 10 mit dem Hauptstrom gemischt.
Durch Veränderung der Lage des Kerns 28 wird
ein maximaler Unterdruck an der Ansaugleitung 16 erzeugt. Dieser maximale Unterdruck beruht auf den Eigenschaften stehender Wellen, welche lediglich durch das Strömen des Haupt- und des Teilstroms durch die Leitungen 12 und 16 und durch die Mischkammer 10 hervorgerufen werden. Es wurden kombinierte Frequenzen einschließlich einer niedrigen Frequenz zwischen 1 und 6 Hz vermischt mit einer hohen Grundfrequenz in der Nähe von 14 000 Hz beobachtet. Die Frequenzkomponenten können durch Einstellung des Kerns 28 etwa in der Art verändert werden, wie eine Posaune durch Bewegung ihres Schiebers eingestellt wird. Weiter können stehende Wellen der gewünschten Frequenzen erzeugt oder durch Resonanz verstärkt werden, indem mechanische, piezoelektrische oder elektromagnetische Wandler wie die Wandler 29 und 31 bei dem abgeänderten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 bei den gewünschten Frequenzen betrieben werden. Diese Wandler sind jeweils nahe den Leitungen 12 und 16 angeordnet, wo sie Resonanz-
schwingungen in den durchströmenden Medien erzeugen können.
Verschiedene Einstellungen des Kerns 28 erzeugen entweder maximalen Unterdruck oder maximales Volumen des durch die Ansaugleitung 16 gesaugten Teilstroms, und die beobachteten Arbeitscharakteristiken der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, daß die theoretische Anwendung des Boyleschen Gesetzes wesentlich abgeändert werden muß, wenn stehende Schallwellen in Strömungsmittelströmungen erzeugt werden.
Eine praktische Ausbildung zur Einstellung des Kerns 28 ist auch in F i g. 3 dargestellt, wobei der Kern mit Gewinde versehen ist und drehbar in die mit Muttergewinde versehene Umfangsfläche 22 a des Klotzes 11 eingreift, die die Mischkammer 10 umgibt. Eine Drehung des Kerns 28 bezüglich des Klotzes 11 erzeugt daher eine koaxiale Verlagerung des Kerns 28. In F i g. 3 werden die Abmessungen der Teile folgendermaßen gekennzeichnet:
A: Länge der Druckleitung 12,
B: Durchmesser der Ansaugleitung 16,
C: Länge der Auslaßleitung 18,
D: Durchmesser der Auslaßleitung 18,
; E: Länge der Mischkammer 10,
F: Durchmesser der Mischkammer 10,
G: Durchmesser der Druckleitung 12.
I«
Nachfolgende Tabelle gibt typische Abmessungen für diese verschiedenen Teile in zwei Ausführungsformen des in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispieles:
B J . C j D j E-
Millimeter
I F
19,05
19,05
3,17
3,17
9,52
9,52
2,56
1,93
verändert,
verändert.
7,94
7,94
Bei diesem in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Querwand 20 eine eben ausgebildete Fläche im Gegensatz zu den konischen Flächenabschnitten 24 und 26, welche in den F i g. 1 und 2 dargestellt sind.
In allen Fällen ist die Auslaßleitung 18 größer als die Druckleitung 12.
Die verbesserte Mischwirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt einen ungewöhnlichen zusätzlichen Vorteil in der Handhabung von pulverisierten Feststoffen: schnelle und wirksame Trocknung. Die ungewöhnlich homogenen, durch die Erfindung erzeugten Pulversuspensionen setzen alle Oberflächen der Pulverteilchen der mitführenden Luft oder einem anderen Gas aus, und Wasser oder Lösungsmittel in den Pulverteilchen werden schnell verdampft. Diese Trockenwirkung kann mit einem Fördervorgang verbunden werden, welcher das Pulver von Ort zu Ort fördert und gleichzeitig seinen Feuchtigkeitsgehalt auf das gewünschte Ausmaß vermindert.
Außer ihrer äußerst wirksamen und homogenen Mischwirkung, welche bei der Herstellung von Suspensionen von in strömendem Gas mitgeführtem Pulver nützlich ist, erzeugt die erfindungsgemäße Vorrichtung ungewöhnlich fein zerteilte Flüssigkeitstropfen, welche als feiner Nebel suspendiert sind, sobald komprimiertes Gas in die Druckleitung eingeleitet und die Ansaugleitung mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden wird. Die Erfindung schafft so einen äußerst wirksamen Zerstäuber zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffes in die Brennkammern von Motoren, Turbinen oder Öfen. Bei'mehrstufigen Vorrichtungen ergibt sich eine ausgezeichnete Zumischung eines zweiten flüssigen Brennstoffes, eines Zusatzes, eingespritzten Wassers oder anderer zusätzlicher Flüssigkeiten mit dem weiterströmenden Brennstoff-Luft-Gemisch.
ίο Abschalten und Wiedereinschalten der positiven Druckzuführung zur Druckleitung erzeugt nahezu augenblicklich eine Beendigung und eine Erzeugung des Unterdrucks an der Ansaugleitung, was eine ausgezeichnete Steuerung des Brennstoff-Luft-Gemisches ergibt, welche insbesondere nützlich ist, wenn ein unterbrochener oder intermittierender Betrieb erwünscht ist. Die Mischungsverhältnisse werden leicht durch Einstellung der Mischkammergröße gesteuert. Die Vorrichtungen nach der Erfindung mischen außerdem Seife, Reinigungsmittel und Wäschezusätze in Waschwasser so wirksam, daß kleinere Mengen benötigt und beträchtliche Einsparungen, insbesondere in kommerziellen Wäschbetrieben, erzielt werden. Die Verhältnisse werden leicht durch Einstellung der Mischkammergröße gesteuert, .wie oben erläutert. Die gleiche Strömungsmittel-Mischwirkung ist außerordentlich brauchbar in Trockenreinigungsanlagen und vielen anderen Herstellungs- und Verfahrensvorgängen. -.,-·
Ferner sind erfindungsgemäße Vorrichtungen auch ' allein als ausgezeichnete Sauggeräte dort zu verwenden, wo es auf die Mischwirkung weniger ankommt.
Beispielsweise kann in Krankenhäusern die Absaugung von Speichel oder anderen Strömungsmitteln innerhalb von Sauerstoffzelten ohne Explosionsgefahr durchgeführt werden, wenn die erfindungsgemäßen Vorrichtungen durch Druckluft aus Kompressoren oder Aerosolbehältern oder durch den unter Druck stehenden Sauerstoff selbst betrieben werden, da nur kleine Mengen von unter Druck stehendem Strömungsmittel mit hohem Wirkungsgrad in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen verbraucht werden. Tatsächlich kann der einem Sauerstoffzelt zugeführte Sauerstoff zuerst durch ein. erfindungsgemäßes Sauggerät geleitet und sodann ins Innere des Zeltes entlassen werden, wodurch sowohl ein Absaugen als auch die Anreicherung der Atmosphäre nacheinander durchgeführt werden.
Komprimiertes Gas aus Aerosol-Druckbehältern kann verwendet werden, um die erfinduagsgemäßen Sauggeräte an entfernten Stellen, wie den Notlenzpumpen an Bord von kleinen Schiffen, mit Energie zu versorgen, wo Luftkompressoren im allgemeinen nicht vorhanden sind.
Es kann irgendeine Gasströmung durch die jeweilige Druckleitung geleitet werden, um diese Saugwirkung auszuüben. So kann die Luft, welche an einer Flugzeugfläche vorbeiströmt, durch die Druckleitung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung geleitet und der dadurch an der Ansaugleitung erzeugte Unterdruck leicht durch Einstellung der Mischkammergröße geändert und beispielsweise zur Erzeugung von Unterdrücken verwendet werden, welche zur Steuerung der Grenzschichtwirkungen und der Turbulenz in mit Schlitzen versehenen Flugzeugflügeln mit laminarer Strömung verwendet werden.
Die nahezu augenblickliche Steuerung des Unter-
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druckes, welche durch Anschalten oder Abschalten Sand, Grobsand, Schlamm vom Meeresboden, Zement von positivem Druck an der Druckleitung erzielt und ähnliche teilchenförmige Substanzen mit großer wird, macht die Vorrichtungen gemäß der Erfindung Verschiedenheit der Teilchengrößen werden leicht bei genauen Vakuum-Aufnahmeanlagen, wie Druck- in die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bzw. Saugpressen-Papierabgabeanlagen, Förderanlagen zur Ma- 5 geräte gesaugt, welche lediglich durch die eintretende terialbehandlung und Vakuumauswerfern, außer- Strömung von Gas oder Flüssigkeit mit Energie verordentlich nützlich. Minimale Leitungszeit der Steue- sorgt werden, die Teilchen von anderen Feststoffen rung und optimale Empfindlichkeit machen aus diesen oder Flüssigkeiten zwecks Vermischung, wenn geVorrichtungen ausgezeichnete Unterdruckquellen für wünscht, mitführen kann. So sind das Ausbaggern diese Anwendungen. io von Häfen, das Beladen und Entladen von Korn
Weiter sind die erfindungsgemäßen einstellbaren bei Frachtschiffen, das Mischen und Fördern von Sauggeräte gut geeignet, um bei Kohlenwasserstoff- nassen oder trockenen Beton-Zuschlagstoffen oder Fraktionierverfahren die Umgebungsdrücke um vor- -Mischungen Beispiele für Stoffe, welche durch die gegebene Werte zu vermindern, wodurch die Ab- erfindungsgemäßen Vorrichtungen gehandhabt wertrennung von aufeinanderfolgenden flüchtigen Be- 15 den können. Weiter ergeben die Mischungs- und Zerstandteilen bei der gleichen Temperatur ermöglicht stäubungseigenschaften der erfindungsgemäßen Vorwird. Verfahren zur Umwandlung von Brack- oder richtungen unerwartete Vorteile bei der Herstellung Salzwasser in frisches Wasser durch Destillation wer- von pulverisierten Metallen durch Zerstäubung von den ebenfalls von der durch die erfindungsgemäßen geschmolzenen Metallmassen unter Verwendung einer Vorrichtungen ermöglichte exakte Drucksteuerung ao Ansaugströmung von Luft oder einem oxydierenden verbessert. oder reduzierenden Gas, um pulverisierte Oxyde oder
Körnige oder pulverförmige Substanzen, wie Korn, andere pulverisierte Substanzen zu erzeugen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 in Garbenform angeordnete Wirbelstromzerstäuber Patentansprüche: angeschlossen, die einen ganz erheblichen zusätzlichen Aufwand darstellen, zumal für jeden Wirbelstrom-
1. Vorrichtung zum Beimischen eines Teil- zerstäuber zwecks Bildung einer besonderen Wirbelstromes zu einem Hauptstrom, mit einer Misch- 5 kammer eine Mehrzahl von speziell ausgebildeten kammer, in die einenends eine Druckleitung für Teilen erforderlich ist. Es handelt sich dabei zum den Hauptstrom und benachbart dazu eine An- einen um eine die scharfkantige Auslaßöffnung aufsaugleitung für den Teilstrom einmünden, und die weisende Wirbelstromplatte mit radial gerichteten anderenends durch eine Querwand begrenzt ist, und schräg eingeschnittenen Schlitzen, zum anderen welche eine koaxial zur Druckleitung und zur io um eine Zerstäuberkappe.
Mischkammer vorgesehene, schaftkantige Auslaß- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird
öffnung aufweist, dadurch gekennzeich- darin gesehen, eine Vorrichtung der eingangs genannten
net, daß die Umfangsfläche (22) der Misch- Bauart zu schaffen, die nicht nur Gase, sondern auch
kammer (10) zylindrisch und deren einlaßseitige von Gasen mitgeführte Flüssigkeitsteilchen oder
Stirnfläche als in Strömungsrichtung sich er- 15 pulverisierte Feststoffe, Flüssigkeiten oder Kombi-
weiternde Kegelfläche (14) von vergleichsweise nationen dieser Stoffe besonders wirkungsvoll ansaugt
großem Öffnungswinkel ausgebildet sind, und daß und mit einem besonders guten Wirkungsgrad mög-
die Druckleitung (12) zentrisch und die Ansaug- liehst homogen mischt; dies soll bei einfacher Bauart
leitung (16) etwa senkrecht in die Kegelfläche ein- ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Teile erreicht werden,
münden. 20 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- löst, daß die Umfangsfläche der Mischkammer kennzeichnet, daß sich die Achsen der Druck- zylindrisch und deren einlaßseitige Stirnfläche als in leitung (12) und der- Ansaugleitung (16) unter Strömungsrichtung sich erweiternde Kegelfläche von einem Winkel von etwa 30° schneiden. vergleichsweise großem öffnungswinkel ausgebildet
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, 25 sind, und daß die Druckleitung zentrisch und die Andadurch gekennzeichnet, daß die Querwand (20) saugleitung etwa senkrecht in die Kegelfläche eineben ausgebildet ist. münden.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, Es ist festzustellen, daß durch die erfindungsgemäße dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Ausgestaltung.--nicht nur eine gute Saugleistung,
- der Öffnung der Druckleitung (12) und der Öff- 3v. sondern auch" eine besonders gute Durchmischung nung der Auslaßleitung (18) veränderbar ist. von Haupt- und Teilstrom durch Verwirbelung in der
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, Mischkammer selber erfolgt, wodurch ein oder dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurch- mehrere Wirbelstromzerstäuber, wie sie beim Stand messer der Druckleitung (12) kleiner als V4 des der Technik vorgesehen sind, entfallen können.
Innendurchmessers der Mischkammer (10) ist. 35 Vorteilhaft schneiden sich die Achsen der Druckleitung und der Ansaugleitung unter einem Winkel von etwa 30°. Die' beiden Leitungen konvergieren
- somit bzw. treffen unter einem solchen Winkel in der
Mischkammer aufeinander, was eine Verwirbelung 40 und damit Durchmischung begünstigt.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bei- Ferner ist vorzugsweise der Abstand zwischen der
mischen eines Teilstromes zu einem Hauptstrom, mit Öffnung der Druckleitung und der Öffnung der Auseiner Mischkammer, in die einenends eine Druck- laßleitung veränderbar. Eine Veränderung des Ableitung für den Hauptstrom und benachbart dazu eine stands zwischen diesen Öffnungen und damit der Ansaugleitung für den Teilstrom einmünden, und die 45 Größe der Mischkammer trägt ebenfalls, und zwar anderenends durch eine Querwand begrenzt ist, welche zusätzlich zu der angeführten" Wirkung der konvereine koaxial zur Druckleitung und zur Mischkammer gierenden Druckleitung und Ansaugleitung, sowie der vorgesehene, scharfkantige Auslaßöffnung aufweist. sich erweiternden Kegelfläche, die praktisch einen
Es ist eine Vorrichtung dieser Art bekannt, die nach Diffusor mit entsprechender Wirkung bildet, zur Verdem Prinzip eines Venturirohrs aufgebaut ist. Der 50 wirbelung und guten Durchmischung insofern bei, Teil" *der Mischkammer, in den der Hauptstrom als anzunehmen ist, daß in der Mischkammer stehende koaxial und der Ansaugstrom senkrecht dazu eintritt, Wellen von Hör- oder Ultraschallfrequenzen erzeugt konvergiert unter einem verhältnismäßig kleinen werden, die aus Grundresonanzfrequenzen und Har-Kegelwinkel bis zu einem engsten Querschnitt und monischen oder anderen Frequenzen zusammengeerweitert sich dann über eine verhältnismäßig lange 55 setzt sind, wobei in den meisten Fällen mindestens Strecke unter einem ebenfalls sehr kleinen Kegel- zwei Hauptschwingungsfrequenzen vermischt sind, winkel (deutsche Patentschrift 1 068 223). Es handelt Durch ein Verändern des Abstands zwischen der sich dort um die Zumischung von Luft oder Gas zu Öffnung der Druckleitung und der öffnung der Auseiner Flüssigkeit. Es ist in der genannten Druckschrift laßleitung, und somit ein Verändern der Länge der ausdrücklich angegeben, daß die Arbeitsweise mit 60 Mischkammer läßt sich eine Einstellung bzw. »Abeinem solchen sogenannten Injektor den Nachteil Stimmung« erreichen, um optimalen Druck, optimales habe, daß ein wesentlicher Luft- oder Gasanteil des Volumen, optimale Mischung qder andere gewünschte Gemisches alsbald nach dem Austritt aus dem In- Eigenschaften zu erzeugen. Dabei ist zu beachten, jektor wieder in Form von verhältnismäßig großen daß auch die in die Mischkammer einströmenden Blasen entweicht. Um letzteres zu verhindern bzw. 65 Volumina einstellbar sind, da auch diese Faktoren eine bessere Durchmischung zu erzielen, wird an das die Resonanzeigenschaften der Mischkammer ver-Austrittsende der bekannten Vorrichtung ein be- ändern. In allen Fällen wird der in die Mischkammer sonderer Wirbelstromzerstäuber oder sogar mehrere durch die Ansaugleitung'eintretende Teilstrom durch
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