DE2137830C2 - Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasstroms in sehr viele kleine Wirbel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist insbesondere auf dem Gebiet der Schalldämpfungseinrichtungen bekannt, einen Gasstrom in viele Einzelströmungen verminderter Energie zu zerlegen. Die Zerlegung erfolgt bei bekannten Vorrichtungen durch eine kegelig geformte Düsenblende, die zwischen unterschiedlichen Rohrleitungsabschnitten eingefaßt ist.

Der Gestaltung des durch die Düsenblende geformten Düsenkegels sind jedoch gewisse Grenzen gesetzt, die in einer Faustregel zum Ausdruck kommen, wonach der Durchmesser des Kegels der Düsenblende immer größer sein soll als der Abstand der Düsen zur Rohrleitungswandung, da sonst die geräusch- und Schwingungserzeugenden Ursachen im Gebiet der Strahlvermischung stärker als erwünscht in Erscheinung treten.

Durch diese Faustregel bzw. Randbedingung wird der Freiraum für die anwendungsorientierte Gestaltung der Düsenblende eingeengt Eine Verkürzung des Kegels hat zur Folge, daß die Mantelfläche der Düsenblende ίο und damit der Platz für die Unterbringung der Düsendurchbrüche abnimmt, so daß die Strömung über ein gewünschtes Maß hinaus gestaut wird. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, müßte die Konizität des Kegels der Düsenblende verringert werden, woraus aber zwangsläufig eine unerwünschte Beeinflussung der Strömung resultierte, da sich die Ringfläche zwischen Kegel- und Strömungskanalwandung über einen großen Bereich verändern würde. Daraus ergäbe sich aber ein unnötiger Anstieg der Verlustziffern der Strömung.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die unter Verwendung des bekannten Strömungs-Aufteilungsprinzips eine wirksame, den jeweiligen Anforderungen leicht anzupassende Verwirbelung der Strömung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Ausbildung der Düsenblende in Form einer Mantelfläche eines Strömungskanals engt die Düsenblende in ihrer Länge nicht ein. Die ringförmigen Strömungsquerschnitte innerhalb und außerhalb der Düsenblende bleiben dabei über die ganze Länge der Blende konstant. Da nach der Kontinuitätsgleichung eine Veränderung der Strömungsquerschnitte zwangsläufig eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeiten des Fluids nach sich zieht, folgt für den Fall der Erfindung, daß keine zusätzlichen Beschleunigungen bzw. Verzögerungen der Gasströmung im Bereich der ■»ο Düsenblende bewirkt werden, woraus sich ergibt, daß mit niedrigen Verlustziffern gearbeitet werden kann. Dabei liegt ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung darin, daß die Verwirbelung der aufgeteilten Strömungen wesentlich intensiver als im Stand der Technik erfolgt, da jede Teilströmung einer engen S-Kurve (2x90°) folgen muß, und die Auswirkungen dieser Teilströmungen durch die Düsen zur Prallplatte hin stetig zunimmi. weil die Energie der Teilströmungen immer größer wird und der Abstand der Düsendurchbrüche von der Wandung konstant bleibt. Die Frequenz der Turbulenzen hinter der Düsenblende wird dadurch wesentlich höher, die Amplitude der Turbulenzen jedoch wesentlich geringer als vor der Blende.

Zu einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung gelangt man mit den Merkmalen des Unteranspruchs 2.

Die Durchströmungsrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf eine Richtung beschränkt, wie dies in den Unteransprüchen 3 und 4 zum Ausdruck M> kommt. Dadurch ergibt sich einerweitertes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Unteranspruch 5 kennzeichnet die Verwendung der erfindiingsgemäßen Vorrichtung zum Vermischen kondensierbarer Flieümiue! Die Weiterbildung bzw. die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Unteranspruch 6 schafft einen akustischen Austritts-Schalldämpfer, und die Weiterbildung gemäß Unteranspruch 7 hat den besonderen Vorteil, daß die

erfindungsgemäße Vor- richtung als akustischer Schalldämpfer in einer Plastikhaube einer Sicherheitsgarnitur wirken kann.

Nachstehend werden anharJ schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Düsenblende,

F i g. 2 einen Schnitt durch einen Strömungskanal,

Fig.3 einen schematischen Grundriß einer Gasleitung,

Fig.4 eine Graphik, welche die Wirkung einer Düsenblende auf die Messung der Strömungsgeschwindigkeiten in einer Gasleitung bzw. Strömungsmittelleitung veranschulicht,

Fig.5 einen Schnitt durch eine Gasleitung, zum Vermischen kondensierbarer Fließmittel,

F i g. 6 einen Schnitt durch eine Gasleitung, welche als akustischer schallgedämpfter Auslaß fungiert, und

F i g. 7 einen Schnitt durch eine Gasieitung, welche als akustischer Schalldämpfer für eine Sicherheitsgarnitur wirkt

F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform des inneren Abschnittes einer Gasleitung in Form einer Düsenblende aus einem Hohlrohr 1, bei dem ein Abschnitt 2 seiner Wandung massiv und ein weiterer Abschnitt 3 der Wandung mit Querschlitzen 4 durchlöchert ist. Die Schlitze 4 können diskontinuierlich sein oder sich ringsum die gesamte Wandung erstrecken. Das Ende 5 des festen Rohres 1, welches sich in Nachbarschaft der jo Schlitze 4 befindet ist massiv. Das entgegengesetzte Ende 6 ist offen.

F i g. 2 veranschaulicht eine Gasleitung, welche einen Abschnitt eines Leitungsrohres bildet. Die Gasleitung besteht aus einem Hohlrohr 1 innerhalb der Rohrleitung » 11, wobei eine Reihe Reifen 8 mittels verbindender Stäbe 7 an das Rohr angegliedert sind. Der Endreifen 9 ist massiv. Die Summe der Querschittsflächen der durch die Reifen 8 gebildeten Schlitze ist größer als die Querschnittsfläche des Ringraumes, welcher durch Rohrleitung 11 rings um das Rohr 1 gebildet wird, und in welche das Gas, von den Schlitzen herkommend, austritt.

Das Hohlrohr 1 ist mittels eines Flansches 12 in einem Hals 10 des Leitungsrohres 11 gelagert.

Beim Arbeiten strömt ein Strömungsmittel, beispielsweise Sauerstoff, in das Leitungsrohr 11 in Richtung des Pfeiles in F i g. 2 und wird gezwungen, wegen der Schaffung des Halses 10 durch das Hohlrohr 1 hindurchzugehen. Das Strömungsmittel tritt aus dem Rohr zwischen den Reifen 8 aus.

F i g. 3 veranschaulicht eine weitere Anordnung einer Gasleitung, welche einen Abschnitt eines Leitungsrohres bildet. Das Leitungsrohr 11 besitzt einen Abschnitt 13 größeren Durchmessers, in welchen ein Hohlrohr 1 eingepaßt ist, welches mit einer Reihe von Schlitzen 4 versehen ist. Das Ende 6 des Hohlrohres ist offen und das Ende 5 ist massiv. Die Summe der Querschnittsflächen der Schlitzte 4 ist größer als die Querschnittsfläche des Ringraumes, welcher durch Leitung 13 rings um das Rohr 1 gebildet wird.

Im Betrieb der Vorrichtung strömt das Strömungsmittel in Richtung des in Fig.3 gezeigten Pfeiles, trifft auf das massive Ende 5 des Rohres, und wird in den erweiterten Abschnitt 13 der Rohrleitung 11 gedruckt. Der einzige Ausgang für das Strömungsmittel aus dem Abschnitt 13 wird von den Schlitzen 4 gebildet, durch die hindurch das Strömungsmittel in die Rohrleitung 6, stromabwärts des Rohres 11 strömt

Die Auswirkung der Gasleitung gemäß F i g. 2 auf Gasstromdurchwirbelungen, ist in Fig.4 veranschaulicht Es wurden zu diesem Zweck zwei Stauränder A und B in ein Leitungsrohr eingesetzt, wobei die Stauränder durch eine rechtwinkelige Biegung -"ineinander getrennt sind. An jedem Staurand wurden Messungen eines Sauerstoffstromes vorgenommen, wobei jede Messung im Idealzustand der Strömungsverhältnisse die gleiche Fließgeschwindigkeit aufzeichnen hatte müssen. Die Fließgeschwindigkeiten wurden, wie in Fig.4 gezeigt aufgetragen. Die Linie A stellt die theoretische Kurve dar, während die Linie B eine erste tatsächlich erhaltene Kurve zeigt Bei den Ablesungen an jedem Staurand treten, wie klar ersichtlich, große Schwankungen an den Strömungsgeschwindigkeiten auf. ngsgeschwindigkeiten auf. Stromaufwärts eines jeden Staurandes wurden erfindungsgemäße Gasströmungsleitungen eingepaßt und die Messung der Sauerstoffströmung wurde dann erneut vorgenommen. Die Kurve C zeigt die Graphik dieser Messung, aus der ersichtlich ist, daß sich in den Leitungen die Geschwindigkeitsschwankungen beträchtlich vermindert haben, welche von Durchwirbelungen verursacht werden; die Meßwerte sind sehr nahe an die theoretischen Werte herangebracht.

Es wurde gefunden, daß vor dem Einsetzen der Gasleitungen gerade Rohrlängen mit einer Länge von mindestens 60 Rohrdurchmessern stromaufwärts der Stauränder geschaffen werden müssen, um einigermaßen exakte Messungen zu gewährleisten. Nach dem Einsetzen der Gasströmungsleitungen, sind gerade Rohrlängen mit einer Länge von 16 Rohrdurchmessern völlig befriedigend und wahrscheinlich könnten die Längen bis auf 10 Rohrdurchmesser vermindert werden. Auf diese Weise können Strömungsgeschwindigkeiten längs gewundener Gasleitungen exakt überwacht werden. Zur Strömungsüberwachung kann eine Differentialdruckzelle oder ein Pilotrohr Anwendung finden.

F i g. 5 zeigt eine Anordnung einer Gasströmungsleitung zum wirksamen Vermischen kondensierbarer Strömungsmittel. Die Rohrleitung 11 weist einen Abschnitt 13 größeren Durchmessers auf, in welchen eine andere Leitung 14 eintritt; diese mündet in ein Hohlrolir 1, welches mit einer Reihe von Schlitzen 4 versehen ist. Das Ende 5 des Rohres 1 ist massiv. Der gemeinschaftliche Bezirk der Schlitze ist größer als der Querschnittsbezirk des Ringraumes, welcher durch Leitung 13 rings um das Rohr 1 gebildet wird.

Im Betrieb der Vorrichtung fließen unterschiedliche Strömungsmittel in der Leitungen 11 bzw. 14 in Richtung der Pfeile in Fig. 5. Das Strömungsmittel in der Leitung 14 trifft auf das massive Ende 4 hindurch in den erweiterten Abschnitt 13 des Rohres 11 gedrückt, wo es mit dem Strömungsmittel aus Leitung 11 zusammentrifft und sich vermischt.

Ein Anwendungsgebiet dieser Mischmethode ist die Verdünnung eines Gemisches heißen Kondensats aus einem Ammoniak-Vorerhitzer und gesättigten Wasserdampfes, mit weiterem gesättigten Wasserdampf vor dem Zurückkehren zum Boiler des Systems. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung dieser Mischmethode die Schwingungsamplitude des verdünnten Strömungsmittelstromes bis zu lOmal niedriger ist als bei herkömmlichen Mischmethoden, bei denen beispielsweise ein einfaches Vermischen durch Leitungen mit offenen Enden in Form von T-Verbindungen oder durch konzentrisch angeordnete Rohre erfolgt.

F i g. 6 zeigt die Anordnung einer Gasleitung, die als akustischer Austritts-Schalldämpfer wirkt. Das Hohlrohr 1 ist mit Schlitzen 4, einem massiven Ende 5, und stromaufwärts der Schlitze mit einem Druckreduzierventil 15 versehen. Das Hohlrohr ist ferner in einen Austrittsbehälter 16 eingesetzt, welcher zur Atmosphäre hin offen ist, wobei das Hohlrohr so angeordnet ist, daß die Schlitze 4 zur Atmosphäre hin offen sind. Die Summe der Querschnittsflächen der Schlitze ist größer als die Querschnittsfläche des Ringsraumes, welcher durch den Austrittsbehälter 16 rings um das Rohr 1 gebildet wird.

Es wurde gefunden, daß diese Form des Schalldämpfers den akustischen Lärm eines Strömungsmittelstromes um bis zu 25 db mehr herabmindert als herkömmliche Schalldämpfer; außerdem wurde herausgefunden, daß er bei viel höheren Temperaturen als herkömmliche Schalldämpfer eingestzt werden kann, weil herkömmliche schallabsorbierende Materialien, beispielsweise Glaswolle und Stillit, bei hohen Temperaturen und in einem System, welches mit Wasser gesättigt sein kann (entweder in einem Gas getragen oder von Regen) Schaden erleiden. Diese Materialien neigen dazu, zusammenzubrechen bzw. sich zu zersetzen und auf diese Weise unwirksam zu werden.

F i g. 7 zeigt als weitere Verwendung der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Vorrichtung eine Anordnung einer Gasleitung, welche als akustischer Schalldämpfer in einer Plastikhaube eines Schutzanzugs ■j bzw. einer Sicherheitsgarnitur wirkt, wie sie bei der Durchführung von Arbeiten in einer gefahrvollen Atmosphäre verwendet werden mat. Ein biegsames Rohr 1 mündet in die Haube 17 einer Sicherheitsgarnitur und ist mit Schlitzen 4 und einem massiven Ende 5

ίο versehen.

Mit diesem Schalldämpfer kann die Zeitspanne, während der die Haube bequem getragen werden kann, erheblich vergrößert werden. Bei einer herkömmlichen Sicherheitsgarnilur verursacht die Luft, welche der Haube durch das offene Ende des biegsamen Rohres zugeführt wird, beträchtlichen akustischen Lärm, welcher dem Träger der Haube sehr rasch unbequem wird. Eine herkömmliche Haube kann beispielsweise nicht länger als eine Stunde ununterbrochen getragen werden, ohne das Gehör des Trägers für einige Zeit danach nicht zu beeinträchtigen. Das Einsetzen des in F i g. 7 gezeigten Schalldämpfers in die Haube steigert die Zeitdauer, in der die Haube ohne jegliche Unbequemlichkeit getragen werden kann, um 4 bis 8 Stunden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Zerlegung eines Gasstroms in sehr viele kleine Wirbel, mit einer Gasleitung aus mindestens zwei ineinander übergehenden zylindrischen Strömungs-Kanaiabschnitten, in deren Obergangsbereich eine Düsenblende angeordnet ist, durch die der Gasstrom in viele Einzelströmungen verminderter Energie zerlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblende ein zylindrischer Endabschnitt eines inneren Strömungskanals (1) ist, der auf seiner vorderen Stirnseite durch eine Prallplatte (5) verschlossen und dessen, in den äußeren zylindrischen Strömungskanalabschnitt (13) eintauchender Mantel mit Düsendurchbrüchen (4) versehen ist, deren Gesamtfläche größer als die Ringfläche zwischen Düsenblende (1) und Strömungskanalabschnitt (13) ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblende (1) von einer Vielzahl von Reifen (8) gebildet ist, die durch Distanzstäbe (7) in Abstand gehalten und untereinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblende (1) stromauf des äußeren zylindrischen Strömungskanalabschnitts (13) angeordnet ist (F i g. 2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblende (1) stromab des äußeren zylindrischen Strömungskanalabschnitts (13) angeordnet ist (F i g. 3).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenblende (1) mit einer Leitung (14) versehen ist, die radial durch den äußeren zylindrischen Strömungskanalabschnitt (13) geführt ist und einen weiteren Gasstrom führt (Fig. 5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochdüsenblende (1) in einen zur Atmosphäre hin offenen zylindrischen Austrittsbehälter (16) abdichtend hineinragt und daß der Lochdüsenblende (1) ein Druckreduzierventil (15) vorgeschaltet ist (F i g. 6).

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochdüsenblende (1) von einem flexiblen Rohr gebildet ist, welches in eine Haube (17) einer Sicherheitsgarnitur hineinragt und sich in deren Inneren in einen zylindrischen, mit Düsendurchbrüchen (4) versehenen Endabschnitt erweitert, der mit Schlitzen (4) und einer massiven Prallplatte (5) versehen ist.