DE1921411C3 - Rückwärtsströmungsweiche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückwärtsströmungsweiche gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Derartige Rückwärtsströmungsweichen können in einer Vielzahl von Anlagen angewendet werden. Ein Beispiel dafür ist ein selbstreinigendes Filtersystem, bei dem eine zu filternde Flüssigkeit normalerweise durch eine Zweigleitung ankommt und von dort aus durch einen gemeinsamen Leitungsabschnitt zu einem Filter und weiter zu einer Benutzungs- oder Speieherstelle strömen muß. Wenn die Reinigung des Filters nach einer bestimmten Benutzungszeit erwünscht ist, wird das Strömungsmittel in entgegengesetzter Richtung durch das Filter geschickt, so daß dieser gereinigt und die daher verunreinigte Flüssigkeit veranlaßt wird, durch den gemeinsamen Abschnitt der verzweigten Leitung in der umgekehrten Richtung zu strömen. Die Flüssigkeit muß in diesem Fall so umgelenkt werden, daß sie durch die zweite Zweigleitung strömt, wodurch eine zu starke Verschmutzung der Zweigleitung vermieden wird, die während des Betriebs des Filters die Eingangsleitung bildet

In der GB-PS 10 55 311 ist eine Rückwärtsströmungsweiche der eingangs erwähnten Gattung beschrieben, die eine Hauptleitung und zwei sich daran anschließende Zweigleitungen aufweist Diese drei Leitungen verlaufen im wesentlichen in einem Winkel von 120°. Mit Hilfe dieser Weiche soll erreicht werden, eine von der Hauptleitung kommende Strömung in die Ausgangs-Zweigleitung zu leiten, ohne daß gleichzeitig das Strömungsmittel auch in die andere Zweigleitung abgezweigt wird. Wenn andererseits ein Strömungsmittel in die letztgenannte Zweigleitung in Richtung zur Hauptleitung eingeführt wird, dann soll dieses Strömungsmittel nur durch die Hauptleitung abfließen, ohne daß ein Teil in die Ausgangs-Zweigleitung gelangt Diese erwünschte Wirkung tritt aufgrund des Coanda-Effektes ein, der die Ursache dafür ist, daß sich eine Strömung nicht ohne weiteres von einer nur flach gekrümmten Wand ablöst und in eine andere Richtung umlenken läßt Diese Wandhaftung tritt in der einen Strömungsrichtung an der einen Wand und in der anderen Strömungsrichtung an der anderen Wandseite ein.

Wie sich in der Praxis gezeigt hat arbeitet die bekannte Rückwärtsströmungsweiche nur in einem sehr schmalen Strömungsgeschwindigkeitsbereich; wenn die Strömungsgeschwindigkeit über oder unter diesem Bereich liegt tritt die gewünschte Wirkung nicht mehr oder nur sehr unvollkommen ein. Das unvollkommene Arbeiten würde beispielsweise bedeuten, daß ein der Hauptleitung zugeführtes Strömungsmittel nicht nur in die eine Zweigleitung, sondern teilweise auch in die zweite Zweigleitung gelangt Für viele Anwendungsfälle, in denen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, ist die bekannte Rückwärtsströmungsweiche ungeeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückwärtsströmungsweiche derart auszugestalten, daß sie in einem beträchtlich vergrößerten Bereich der Strömungsgeschwindigkeiten zuverlässig arbeitet

Im Patentanspruch 1, dessen Oberbegriff die Grundstruktur einer Rückwärtsströmungsweiche nach der genannten Druckschrift beschreibt, sind diejenigen Merkmale angegeben, die zur Erzielung des angestrebten erweiterten Einsatzbereichs der Weiche notwendig und ausreichend sind. Aufgrund der speziellen geometrischen Anordnung der Haupt- und Zweigleitungen zueinander wird eine ausgezeichnete Trennung der Zweigleitungen in den beiden Strömungsrichtungen erzielt, in der einen Strömungsrichtung gelangt das Strömungsmittel aus der Eingangs-Zweigleitung ausschließlich in die Hauptleitung und in der anderen Strömungsrichtutig tritt das Strömungsmittel aus der Hauptleitung nur in die Ausgangs-Zweigleitung, nicht dagegen in die Eingangs-Zweigleitung ein. Dies ist beispielsweise für den eingangs geschilderten Anwendungsfäll der Filtrierung einer Flüssigkeit mit einem von Zeit zu Zeit durchgeführten Filterreinigungszyklus mit umgekehrter Strömungsrichtung äußerst vorteilhaft. Dabei wird zunächst das an der Hauptleitung angeschlossene Filter mit einem Strömungsmittel aus der Eingangs-Zweigleitung beschickt. Ist das Filter dann verunreinigt, kann die Strömungsrichtung durch das Filter umgekehrt werden, so daß die der Filter

zusetzenden Verunreinigungsieilchen wieder aus dem Filter heraus und in die Hauptleitung geschwemmt werden. Das dabei eingesetzte Strömungsmittel, das zwangsläufig stark verunreinigt ist, darf dabei nicht zur Eingangs-Zweigleitung gelangen» sondern es soll vollständig zur Ausgangs-Zweigleitung abströmen, was bei Anwendung der erfindungsgemäßen Rückwärtsströmungsweiche auch tatsächlich erreicht wird.

Die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 4 beireffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt Darin zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Rückwärtsströmungsweiche im Vorwärtsströnvmgszustand,

Fig.2 die Rückwärtsströmungsweiche im Rückwärtsströmungszustand,

F i g. 3 eine vergrößerte Darstellung der Strömungslinienanordnung, von der man annimmt, daß sie beim Betrieb der Weiche im Vorwärtsströmungszustand auftritt,

F i g. 4 eine vergrößerte Darstellung der Strömungslinienanordnung, von der man annimmt, daß sie beim Betrieb der Weiche im Rückwärtsströmungszustand auftritt, und

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform.

Die Weiche nach F i g. 1 und 2 kann aus einem aus Kunststoff hergestellten Block 1 bestehen, in dem ein Leitungssystem eingraviert ist, das einen gemeinsamen, eine Hauptleitung B bildenden Leitungsabschnitt enthält, an dessen linkes Ende sich eine Eingangs-Zweigleitung A und eine Ausgangs-Zweigleitung C anschließen, die durch ein schneidenartiges Trennglied 2 getrennt werden. Das Leitungssystem ist mit einer Deckplatte abgeschlossen, die aus einer ebenen Platte 3 aus durchsichtigem Material bestehen kann. Die Eingangs-Zweigleitung A soll als Eingangsleitung dienen, durch die beim Betrieb im normalen Vorwärtsströmungszustand nach F i g. 1 Strömungsmittel eingeführt wird, wobei die Strömungsrichtung durch Pfeile 4 angezeigt ist. Man kann erkennen, daß die Außenwand 5 der Eingangs-Zweigleitung A, d. h. die dem Trennglied 2 gegenüberliegende Wand, in Richtung der Hauptleitung B, aber seitlich gegen die entsprechende Wand dieser Hauptleitung etwa um die Breite der Zweigleitung versetzt verläuft, so daß die Messerschneide 6 und die Fläche des Trenngliedes 2, die düc Innenwand der Eingangs-Zweigleitung A bildet, etwa in der gleichen Ebene wie diese Wand der Hauptleitung B liegen. Jenseits der Messerklinge 6 ist die Außenwand S der Eingangs-Zweigleitung A etwa um 45° abgewinkelt, so daß eine Stufe 7 gebildet wird, ehe sich die entsprechende Wand der Hauptleitung B anschließt. Die Ausgangs-Zweigleitung C, die den Rückwärtsströmungsausgang bildet, entfernt sich von der Eingangs-Zweigleitung A in .einem kleinen Winkel zur Richtung der Hauptleitung B. Die Außenwand 8 der Ausgangs-Zweigleitung C erstreckt sich geradlinig bis dicht zu ihren Überschneidungspunkten 9 mit der Führungslinie der entsprechenden Wand der Hauptleitung B. Die Überschneidungszone ist vorzugsweise abgerundet, damit der Coanda-Effekt unterstützt wird, durch den die Rückwärtsströmung in Kontakt mit der Außenwand 8 gehalten wird, während die Stufe 7 auf der an die Eingangs-Zweigleitung A angrenzenden Seite der Hauptleitung B das Lösen der Rückwärtsströmung von der Leitungswand erleichtert, wodurch der Neigung der von den Pfeilen 10 in F i <$. 2 angegebenen Rückwärtsströmung, in die Eingangs-Zweigleitung A einzudringen, entgegengewirkt wird.

In Fig,3 und 4 sind die Strömungslinienmuster dargestellt, von denen man erwartet, daß sie während der Vorwärts- bzw. der Rückwärtsströmung in dieser > Ausführungsform entstehen. In dem in Fig.3 dargestellten Vorwärtsströmungszustand wird die durch die Eingangs-Zweigleitung A ankommende Strömung in einem von der Stufe 7 der Außenwand 5 gebildeten Beschleunigungsbereich beschleunigt, wie durch den

in engeren Abstand der Strömungslinien zu erkennen ist Die resultierende kinetische Energie bewirkt im Zusammenhang mit dem relativ scharfen Ablenkungswinkel zwischen der Stufe 7 und der Wand 12 der Hauptleitung B eine Loslösung der Vorwärtsströmung

ιϊ von dieser Wand der Leitung und die Bildung einer Wirbelzone 11 bei der angrenzenden Wand 12 der Hauptleitung. Gleichzeitig wird die Strömung infolge ihrer Trägheit daran gehindert, in die Ausgangs-Zweigleitung C einzudringen, was einem Strömungslinienver-

2it lauf mit fast vollständiger Richtungsumkehr entsprechen würde. Das Ergebnis ist eine hst ausschließliche Strömung von der Eingangs-Zweigleiting A in die Hauptleitung B, möglicherweise mit einer leichten Saugwirkung, durch die eine geringe Strömungsmittel-

ji menge aus der Ausgangs-Zweigleitung C mitgeführt wird.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Rückwärtsströmungszustand ermöglicht der im wesentlichen kontinuierliche Verlauf der Außenwand 8 der Ausgangs-Zweigleitung C

«ι mit der entsprechenden Wand 13 der Hauptleitung B, daß durch den Coanda-Effekt die Anlehnung der Strömung an die Wand 8 der Ausgangs-Zweigleitung C aufrechterhalten wird, während die Strömung an der anderen Wand 12 der Hauptleitung infolge ihrer

ι. Trägheit quer über die öffnung des angrenzenden Teils der Eingangs-Zweigleitung A, deren Stufe 7 einen relativ großen Winkel zur Strömungsrichtung bildet, auf der Seite des Strömungsteilers 2 ankommt, der zur Ausgangs-Zweigleitung C führt Durch diese Erechei-

Hi nung wird die Bildung von Wirbeln 14 auf ein Minimum reduziert, so daß in der Praxis bei geeigneten Geschwindigkeits- und Druckbedingungen die gesamte Strömung von der Hauptleitung B in die Ausgangs-Zweigleitung C gelangt, wobei das Strömungsmittel in

r> der Eingangs-Zweigleitung A im wesentlichen stillstehend verharrt, und nur einer leichten Strömungsmitführung ausgesetzt ist, wie durch die gestrichelten Pfeile 15 angegeben ist.
F i g. 5 ist eine der Ansicht von F i g. 1 ähnliche

)ii Ansicht einer Rückwärtsströmungsweiche nach der Erfindung, die zwar allgemein der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform gleicht, aber mit einer Anzahl von Änderungen versehen ist, die dazu beitragen, daß die Umltiikwirkung sicherer eintritt. Die Hauptleitung und

> "> die Eingangs- bzw. Ausgangs-Zweigleitungen tragen, die gleichen Bezugszeichen ßbzw. A und Cwie in Fig. 1, doch sind die Bezugszeichen der entsprechenden Teile gegenüber den in F i g. 1 verwendeten Teilen um den Wert 20 vergrößert worden. Im Vergleich zu F i g. 1 sind

mi folgende Änderungen durchgeführt worden. Die in F i g. 1 dargestellte Stufe 7 ist durch eine gekrümmte Wand 27 ersetzt worden, so daß ein etwas stärkerer Richtungswechsel von der Eingangs-Zweigleitung A zur Hauptleitung B entsteht, während bei Strömung durch

i<"> die Hauptleitung din der umgekehrten Richtung für den Eintritt eines Flüssigkeitsteilchens in die Eingangs-Zweigleitung A eine Richtungsänderung nötig wäre, die noch größer ist als bei der Ausführung nach Fig. 1,

wodurch die Strömung in der unerwünschten Richtung weiter reduziert wird. Eine weitere Reduzierung einer solchen Strömung wird durch die zusätzliche Anbringung eines Seitenkanals 33 erzielt, längs der während des Rückwärtsströmungszustandes etwas Flüssigkeit aus der Hauptleitung B durch eine öffnung in der mit der Wand 25, 27 der Eingangs-Zweigleitung A verbundenen Wand 32 der Hauptleitung B strömen kann. Die durch den Seitenkanal 33 von der Hauptleitung B abgezweigte Flüssigkeit wird infolge der Krümmung dieses Seitenkanals so abgeleitet, daß sie am Ende der Hauptleitung dicht beim schneidenartigen Trennglied 22 mit einer merklichen Impulskomponente in Richtung zur Ausgangs-Zweigleitung Cwieder in die Strömung eintritt, wodurch die Neigung der Rückwärtsströmung vergrößert wird, an dieser Stelle in die Ausgangs-Zweigleitung C und nicht in die Eingangs-Zweigleitung A zu strömen. Damit diese Neigung noch weiter vergrößert wird, ist in der anderen Wand der Hauptleitung Bund des angrenzenden Endes der Ausgangs-Zweigleitung C eine Ausnehmung 29 angebracht, so daß diese Wand in einem scharfen Winkel, beispielsweise mit 90°, von der glätten Wandfläche der Hauptleitung B zurückweicht, wiiihrend der Boden der Ausnehmung 29 eine glatte Fortsetzung der Außenwand 28 der Ausgangs-Zweigleitung C'bildet, und nur einen kleinen Winkel mit dieser Ausftangs-Zweigluitung einschließt. Man kann leicht erkennen, daß diese Anordnung insbesondere zusammen mit der Wirkung des Seitenkanals 33 dazu beiträgt, daß die durch die Hauptleitung B erfolgende Rückwäritsströmung eine Impulskomponente annimmt, die die Strömung rund um die scharfe Kante der Stufe gegen die Ausgangs-Zweigleitung Czu lenken versucht.

Während des Vorwärtsströmungszustandes erzeugt die anstelle der Stufe 7 von Fig. 1 verwendete gekrümmte Wand 27 eine leichte Impulskomponeinte in Richtung der Ausgangs-Zweigleitung C, die der Entstehung einer Saugwirkung der Hauptströmung im Verbindungsbereich der beiden Zweigleitungen und so einer Mitführungsströmung aus der Eingangs-Zweigleitung A entgegenwirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Rückwärtsströmungsweiche mit einer Hauptleitung, an die sich an einem Ende eine als Flüssigkeitseingang dienende Zweigleitung für die eine Strömungsrichtung in der Hauptleitung und eine bei der anderen Strömungsrichtung in der Hauptleitung als Flüssigkeitsausgang dienende Zweigleitung anschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zweigleitungen (A, C) durch ein schneidenartiges Trennglied (2; 22) voneinander getrennt sind, das die benachbarten Wände der Zweigleitungen bildet, daß die eine Wand der Eingangs-Zweigleitung (A) bildende Seitenfläche des Trennglieds (2) etwa in einer Linie nut einer Wand (12) der Hauptleitung (B) verläuft, während die andere Wand (5) der Eingangs-Zweigleitung (/4J außerhalb des Querschnitts der Hauptleitung (B) verläuft und sich unter Bildung einer Stufe (7) an die gliche Wand (12) der Hauptleitung (B) anschließt, und daß die eine Wand der Ausgangs-Zweigleitung (C) bildende Seitenfläche des Trennglieds (2) im Strömungsquerschnitt der Hauptleitung (B) unter einem flachen Winkel bezüglich der Richtung der Hauptleitung (B) verläuft

2. Rückwärtsströmungsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Trennglied (2) gegenüberliegende Außenwand (28) der Ausgangs-Zweigleitung (C) an der Übergangsstelle zu Hauptleitung (B) mit einer von der Wand der Hauptleitung (B) stufenartig zurücktretenden Ausnehmung (29) versehen ist

3. Rückwärtsströmungsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die dem Trennglied (2) gegenüberliegende Außenwand '3) der Ausgangs-Zweigleitung (C) ohne scharfe Winkeländerung in die angrenzende Wand (13) der Hauptleitung (B) übergeht

4. Rückwärtsströmungsweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß von der Hauptleitung (B) ein Seitenkanal (33) abzweigt der in der Nähe der Obergangsstelle zwischen der dem Trennglied (2) gegenüberliegenden Wand (25, 27) der Eingangs-Zweigleitung (A) und der damit verbundenen Wand (32) der Hauptleitung (B) in einer zur Ausgangs-Zweigleitung (C) hin geneigten Richtung wieder in die Hauptleitung f£FJ eintritt