DE2141291B2 - Sprühdüse zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels - Google Patents

Sprühdüse zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels

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Description

Die Erfindung betrifft eine Sprühdose zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels, bei der eine als Wirbelkammer ausgebildete Kammer vorhanden ist, durch die die Flüssigkeit auf hohe Wlnkelgeschwindig keit und geringe Axialgeschwindigkeit gebracht wird, bei der in der stromabwärtigen Kammerwandung eine axiale Öffnung mit wesentlich kleinerem Querschnitt ais jener der Kammer vorgesehen ist, der von einem radial vorspringenden Steg gebildet wird, der die Kammer und einen Ausirittstrichter trennt, und bei der der Austrittstrichter eine sich stromabwärts kelchartig und stetig erweiternde Oberfläche besitzt. Ein.: Sprühdüse der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 91 934 bekannt Eine andere Art einer Sprühdüse ist auch aus der DE-PS 3 45 467 bekannt Bei beiden Sprühdüsen wird ein Sprühnebel in Form eines Kegelstumpfes erzeugt, dessen Spitzenwinkel bzw. dessen Kegelwinkel groß ist
Aufgabe der Erfindung ist es hingegen, eine
Sprühdüse derart auszubilden und auszulegen, daß man einen Sprühnebel in kegelstumpfförmiger Gestalt erhält, bei dem der Kegelwinkel relativ klein ist, wobei jedoch der Feinheitsgrad der Zerstäubung unbeeinflußt bleiben solL Ein derartiger Sprühnebel ist insbesondere bei Anwendungsfällen erwünscht, bsi denen beispielsweise im Innenraum eines Rohres oder um eine Elektrode eines elektrostatiscnen Abscheiders ein Sprühnebel erzeugt werden soll. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Sprühdose der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der axiale Durchmesser der öffnung zwar klein, aber nicht wesentlich kleiner als die größten Durchmesser der Kammer und des Trichters ist, daß das Profil des Austrittstrichters unter Berücksichtigung der axialen
und der Winkelgeschwindigkeit beim Übertritt der Flüssigkeit von der Kammer in den Austrittstrichter derart geformt ist, daß die Flüssigkeit unter sehr kleinem Kegelwinkel aus dem Trichter austritt und von der Innenwand des Austrittstrichters geführt wird, so daß die aus der Kammer mit geringer axialer und hoher Winkelgeschwindigkeit austretende Flüssigkeit mit einer höheren Axial- und einer geringeren Winkelgeschwindigkeit aus dem Trichter austritt Durch die Einhaltung von äußerst günstigen strö mungstechnischen Bedingungen zwischen der Verwir belung und dem Ausleiten des erzeugten Sprühnebels wird eine sehr gleichmäßige Zerstäubung erreicht die eine Sprühschicht bildet, die aus Flüssigkeitstropfen beispielsweise wirkungsvoll einen umschließenden Schleier um eine Elektrode einer elektrischen Gasreinigungsanlage bilden kann. Ferner ermöglicht ein kegelstumpfförmiger Sprühnebel mit einem sehr kleinen Kegelwinkel, wie er nach der Erfindung erzeugt
wird, die Ablenkung von Feststoffteilchen, die von einer Elektrode abfallen können. Insbesondere wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auf konstruktiv einfache und herstellungstechnisch günstige Weise gelöst.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 wiedergegeben. Bei der Ausführungsform nach Anspruch 3 ist ein axialer Einbau oberhalb der öffnung in geschätzter Weise untergebracht
Bei der Ausführungsform nach Anspruch 4 ist eine zentrifugal wirkende Spirale 3 vorgesehen, so daß die Wirbelbildung in der Kammer durch die einwirkende Zentrifugalkraft noch verstärkt wird. Hierdurch ergibt sich ein verbesserter Zerstäubungsgrad im Sprühnebel. Durch die Ausführungsform nach Anspruch 5 wird des weiteren noch erreicht, daß die Ausgestaltung und der Aufbau der Sprühdüse wesentlich vereinfacht und ihre Arbeitsweise verbessert ist, da die Fliehkraftspirale im Innern des axialen Einbaus angeordnet ist, so daß ihre Funktionsweise durch Verunreinigungen nicht gestört wird.
Die Ausführungsform der Sprühdüse nac.'i Anspruch 6 ermöglicht eine montagetechnische Vereinfachung, und insbesondere läßt sich die Anzahl der einzelnen Bauteile verringern, wodurch einerseits die Herstellungskosten niedriger und andererseits die Montagezeiten kürzer werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert Dabei zeigt
F i g. 1 ein Längsschnitt einer Sprühdüse gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Fig.2 ein durch die Linie H-II der Fig. 1 geführter Querschnitt In dieser Abbildung bezieht sich die Linie I-1 auf den Schnitt der F i g. 1,
F i g. 3 ein durch die Linie III-III der F i g. 1 geführter Längsschnitt
F i g. 4 ein Schnitt ähnlich dem von F i g. 2, jedoch eine Modifikation darstellend,
F i g. 5 e,ii Längsschnitt einer anderen Ausführungsform,
F i g. 6 ein durch die linie VI-VI der F i g. 5 geführter Querschnitt
Fig.7 ein Längsschnitt einer dritten Ausführungsform,
F i g. 8 ein durch die Linie VIII-ViH (F i g. 7) geführter Querschnitt
Fig.9 eine vierte Ausführungsform, die einer Doppeldüse entspricht
Fig. 10 illustriert graphisch, wie eine solche Düse verwendet werden kann, um zwischen einem flüssigen oder gasförmigen Medium und einer aus der Düse austretenden Substanz einen engen Kontakt herzustellen,
F i g. 11 zeigt eine modifizierte Anordnung.
Die in den Abbildungen der F i g. 1 bis 3 dargestellte Sprühdüse 1 enthält einen röhrenförmigen Körper 2, der eine axiale Eintrittsbohrung 2a aufweist die in eine erste Ringkammer 2b mit kreisförmigem Querschnitt (F i g. 2) führt Die obere Wand der Kammer Ib ist mit einer zentralen, kreisförmigen Öffnung 2c ausgestattet die in eine zweite Kammer 2d führt welche die Form einer sich nach oben erweiternden Tasse hat wobei die seitliche Wand dieser zweiten Kammer im Längsschnitt einem konkaven Bogen eines Kreises oder einer anderen Kurve entspricht Betrachtet man die Tangenten an die jeweiligen t;nden dieses Bogens auf beiden Seiten der Düsenachse, so bestimmen diese an der öffnung 2c einen verhältnismäßig großen Winkel α und an der oberen öffnung 2e der Kammer 24 d. h. am Düsenaustritt, einen viel kleineren Winkel β (im dargestellten Beispiel für α und β etwa 120 bis 130° bzw. 4 bis 8°).
Das obere Ende der Bohrung 2a ist mit einem Gewinde versehen und nimmt die hohle, zylindrische Basis 3a eines inneren Bauelementes 3 auf. Dieses Bauelement weist einen Fortsatz 3b auf, welcher sich durch die öffnung 2c erhebt und etwas oberhalb der Querkante der öffnung 2e vorspringt Das untere, innerhalb der Kammer 2b liegende Ende dieses Fortsatzes wird durch eine flache, horizontale Oberfläche gebildet die mit einem Zwischenraum zur Basis 3a angeordnet ist und mit der oberen Wand 3d dieser Basis durch eine vertikale Zwischenwand 3c verbunden ist deren Querschnitt die Form einer Spirale hat (siehe F i g. 2). Die obere Wand 3d ist mit einer öffnung 3e ausgerüstet die in den zentralen Teil dieser Spirale führt
Unter der Annahme, daß me zu versprühende Substanz eine Flüssigkeit ist fließt sie unter Druck durch die Bohrung 2a, passiert die öffnung 3e und wird gezwungen, einem spiralförmigen Weg zu folge;:, bevor sie die erste Kammer 2b erreicht in der sie mit einer hohen Winkelgeschwindigkeit frei wirbelt Die wirbelbehaftete Flüssigkeit fließt durch die öffnung 2c und tritt in die zweite Kammer 2d ein. Infolge der bezeichneten Konizität (Winkel tx) der seitlichen Wand dieser Kammer in deren zur öffnung 2c anstoßenden Partie beginnt die Flüssigkeit an dieser Wand in Form einer dünnen, zusammenhängenden Schicht zu fließen und zwar mit einer kleinen axialen Geschwindigkeitskomponente und einer hohen Umfangskomponente der Geschwindigkeit Sobald die Flüssigkeit entlang der Wand der Kammer 2d hochsteigt, verringert sich die Konizität der Wand, und folglich wächst die axiale Geschwindigkeitskomponente des Flüssiskeitistromes, während seine Umfangskomponente abnimmt Schließlich strömt die Flüssigkeitsschicht aus der Düse (d. h. aus d'-ren zweiter öffnung 2e) in Form einer von feinen Partikeln gebildeten, kegelstumpfförmigen Räche aus, wobei der Kegelwinkel sehr klein ist. Infolge der niedrigen Umfangskomponente der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes in der Kammer 2t/ nahe der öffnung 2e ist die Zentrifugalbeschleunigung vermindert und folglich erweitert sich die Sprühschicht nur ganz schrittweise, was z. B. im Falle eines elektrostatischen Filters vorteilhaft ist weil diese Schicht von Flüssigkeitstropfen wirkungsvoll die eine Elektrode umschließende hülle formen kann, wie das oftmals wünschenswert ist. In einem solchen Fall mag der Fortsatz 3a Ionen anzuziehen und festzuhalten, die von ionisierenden Substanzen, die sich an dieser Elektrode festgesetzt haben können, emittiert werten (in einem solchen Fall sind das innere Bauglied 3 und der Körper 2 natürlich metallisch oder zumindest mit Metall überzogen).
Es kann votf jilhaft sein, am Bauelement 3 eine kreisförnvge Schulter 3/vorzusehen, die einen größeren Durchmesser aufweist als die erste Öffnuni» 2c und zwischen letzterer und der zweiten Öffnung 2e liegt, wobei diese Schulter einen Schirm bildet der Fremdkörper davon abhält direkt durch die erste öffnung 2c in die erste Kammer 2b zu fallen, wo sie durch die Zentrifugalwirkung festgehalten würden. Solche Fremdkörper, wie z. B. von einer elektrostatischen
Elektrode abfallende, feste Teilchen, werden zur gekrümmten Wand der Kammer 2d hin abgelenkt, von wo sie durch die Flüssigkeit ausgestoßen werden.
Die beschriebene Düse kann zum Sprühen von Festkörperpartikeln in Aufschwemmung in einer ί Flüssigkeit oder ein Gas verwendet werden. In einem solchen Fall, und wie in Fig.4 dargestellt, kann am Umfang des Düsenkörpers 2 ein tangentialer Einlaß 2( vorgesehen werden, der in die erste Kammer 2b führt. Dieser Einlaß nimmt unter Druck stehende Flüssigkeit w oder Gas auf, welche die Rotation der Festkörperteilchen in der Kammer fördern, unabhängig von der Wirkung der spiralförmigen Zwischenwand 3c; letztere kann ebensogut durch rein vertikale Stege ersetzt werden. ι r>
In der Ausführungsform nach F i g. 5 und 6 erweitert sich der (in zwei miteinander verschraubten Teilen ausgeführte) Düscükörpcr 2 g!c;ch oberhalb der Einlaßbohrung 2a, so daß eine Partie von verhältnismäßig großem Durchmesser gegeben ist, in welchem ein axialer Kern 2guntergebracht ist, der mit dem Körper 2 mittels radialer Arme 2h fest verbunden ist. Der Kern 2g ist so ausgebildet, daß er eine flache, horizontale obere Oberfläche aufweist, an der eine mit einer radial ausladenden Rippe 4a integrierte Nabe 4 angeordnet ist. -'"> Diese Rippe erhebt sich über etwas mehr als 360° spiralförmig um die Düsenachse; ihre äußere Kante ist mit der Wand des Körpers 2 in festem Kontakt. Das innere Bauelement 3 hat ein mit einem Gewinde versehenes Endteil 3g, das durch die Nabe 4 1» hindurchgeführt und in eine korrespondierende Bohrung im Kern 2g geschraubt ist. Wie zu sehen ist, formt die Rippe Aa sozusagen die untere Wand der ersten Kammer 2b.
Die von der Eintrittsbohrung 2a kommende Flüssig- ΐί keit ist gezwungen, dem durch die Rippe 4a vorgeschriebenen, schraubenförmigen Weg zu folgen, und es ist ihr daher vor dem Erreichen der ersten Kammer 26 eine hohe Umfangskomponente ihrer Geschwindigkeit gegeben. Ansonsten arbeitet die Düse nach F i g. 5 und 6 wie schon erläutert.
In der Ausführungsform nach F i g. 7 und 8 ist der Düssnkörper 2 an seinem unteren Ende durch eine kreisförmige Platte 5 geschlossen, welche in ihrer Position auf irgendeine geeignete Weise gesichert *ί werden kann, wie beispielsweise in der Darstellung, durch Schrauben. Diese Platte trägt die Nabe 4 mit ihrer schraubenförmigen Rippe 4a. Der Eintritt der Flüssigkeit erfolgt hier durch eine tangentiale öffnung 2i, welche in die Nähe des unteren Endes der Rippe 4a w führt und das natürlich in passender Richtung (d. h. in einer Weise, daß der aus der Öffnung 2/ austretende Flüssigkeitsstrahl geneigt ist, entlang der Rippe 4a aufwärts zu fließen). Ansonsten arbeitet die Düse wie im Falle der F ig. 5 und 6.
F i g. 9 zeigt eine Doppeldüse, die man so betrachten kann, als sei sie aus zwei elementaren Düsen der Art nach F i g. 5 und 6 aufgebaut Die erste und untere elementare Düse hat einen Düsenkörper 2 von großem Durchmesser, ihr Kern 2g ist rohrförmig. Dieser Kern trägt die Nabe 4 mit ihrer schraubenförmigen Rippe 4a, und seine axiale Bohrung ist mit einem Gewinde zur Aufnahme des Endteiles ig des korrespondierenden inneren Bauelementes 3 versehen. Aber hier ist dieses Endteil, wie der Kern 2gselbst, rohrförmig, während das Bauelement 3 selbst hohl ist und den Teil 12 der zweiten elementaren Düse trägt. Letztere enthält einen Kern \2g, eine Nabe 14 integriert mit einer schraubenförmige" Rippe i^5, ein inneres Bsucle^ent 13, dss ein Endteil 13# aufweist, das in den Kern 12^ eingeschraubt ist, usw., wobei der Aufbau gleich wie in den F i g. 5 und 6 ist, mit den gleichen Bezugszahlen, zu welchen jedoch 10 hinzugefügt wurde, um irgendeine Verwechselung mit der unteren elementaren Düse zu vermeiden. Es ist klar, daß es möglich wäre, auf gleiche Weise Mehrfachdüsen zu verwirklichen, welche mehr als zwei Elemente enthalten.
In "^ig. 10 ist angedeutet, wie eine Sprühdüse in einem Kanal 6, durch welchen ein flüssiges oder ein Gas fließt, angeordnet werden kann, um dieses Gas mit der durch die Düse versprühten Subrtanz zu versetzen oder, allgemeiner, um einen engen Xontakt zwischen der Substanz und dein Gas herzustellen. Die Düse 1 ist axial in einer Weise angeordnet, daß sie einen kegelstumpfförmigen Sprühnebel 7 von verminderter Konizität erzeugt, dessen axiale Geschwindigkeitskomponente entgegengesetzt zur Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen oder gasförmigen Mediums im Kanal 6 gerichtet ist. Die relative Geschwindigkeit zwischen dem flüssigen oder gasförmigen Medium und der versprühten Substanz ist daher beträchtlich, was die Kontaktbedingungen verbessert.
Es ist zu erkennen, daß in Fig. 10 die Sprühdüse die für den Durchgang des flüssigen oder gasförmigen Mediums im Kanal 6 zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche vermindert, was zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Mediums von Interesse sein kann. Wenn die Düse, bezogen auf den Kanal, einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweist, kann eine solche Erhöhung bequem durch Formung einer venturiartigen Einschnürung in den Kanal erzielt werden, wie das in der F i g. 11 bei 6a gezeigt ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Sprühdüse zur Erzielung eines kegelstumpfförmigen Sprühnebels, bei der eine als Wirbelkammer ausgebildete Kammer vorhanden ist, durch die die Flüssigkeit auf hohe Winkelgeschwindigkeit und geringe Axialgeschwindigkeit gebracht wird, bei der in der stromabwärtigen Kammerwandung eine axiale öffnung mit wesentlich kleinerem Querschnitt als jener der Kammer vorgesehen ist, der von einem radial vorspringenden Steg gebildet wird, der die Kammer und einen Austrittstrichter trennt, und bei der der Austrittstrichter eine sich stromabwärts kelchartig und stetig erweiternde Oberfläche besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der axialen öffnung (2c) zwar kleiner, aber nicht wesentlich kleiner als die größten Durchmesser der Kammer (2b) und des Trichters (2d) ist, daß das Profil des Austrittstrichters (2d) unter Berücksichtigung der axialen und der Winkelgeschwindigkeit beim Übertritt der Flüssigkeit von der Kammer (2b) in den Austrittstrichter (2d) derart geformt ist, daß die Flüssigkeit unter sehr kleinem Kegelwinkel aus dem Trichter austritt und von der Innenwand des Austrittstrichters (2d) geführt wird, so daß die aus der Kammer (2b) mit geringer axialer und hoher Winkelgeschwindigkeit austretende Flüssigkeit mit einer höheren Axial- und einer geringeren Winkelgeschwindigkeit aus dem Trichter (2c/;austritt
2. Sprühdüse nach Anspruch 1 mit einem axialen Einbau, der vom Grund der Kammer durch die öffnung zum Austrittstrichter und in diesen unter Freilassung eines Zv-ischen? .mmes für den Durchgang der Flüssigkeit zr der Kammerinnenwandung hineinreicht, dadurch gekenn; :ichnet, daß dieser Einbau (3) oberhalb der Durchtrittsöffnung (2c) einen kreisförmigen Vorsprung (Zi) von größerem Durchmesser als den der öffnung (2c) hat und dadurch einen Schutzmantel gegen das Hineinfallen von Fremdstoffen in diese öffnung bildet.
3. Sprühdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Einbau (3) eine axiale Ausnehmung hat, die mit dem Flüssigkeitsstrom Im Bereich der Eintrittsbohrung (2a) zusammenwirkt und der kreisförmige Vorsprung (3f) zur Aufnahme eines Rohrteils mit einer zweiten Düse ausgebildet ist, das gleichachsig mit dem Hauptrohr verläuft und diesem in Strömungsrichtung im Innern des Flüssigkeitskegels vorgelagert ist, den die stromaufwärts gelegene erste Düse erzeugt (F i g. 9).
4. Sprühdüse nach Anspruch 1, bei der die Zuleitungen für die in der ersten Kammer umlaufende Flüssigkeit spiralförmig ausgebildet sind, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, daß die Flüssigkeit in der Spirale (3c) nahe dem Innenumfang eintritt und nahe dem Außenumfang austritt.
5. Sprühdüse nach Anspruch 4 mit einem axialen Einbau, der sich vom Boden der Kammer in die öffnung und den Austrittstrichter unter Freilassung eines Zwischenraumes zum Durchgang der Flüssigkeit erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraftspirale (3c) im Innern des Einbaus (3) angeordnet ist.
6. Sprühdüse nach Anspruch 1 und 5 mit einem axialen Einbau, um die Flüssigkeit zum Umlauf in der Kammer mittels eines schraubenförmigen Kanales einzuführen, der in den Umfang eines Bauteiles eingearbeitet ist, und der gleichachsig zu der
Kammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Einbau (3) auf dem Boden der Kammer (2b) liegend mittels eines mit Gewinde versehenen Fortsatzes (3g) befestigt ist, der durch die Nabe (4) geht und mit dem Boden der Kammer (2b) verschraubt ist, wobei dieser Fortsatz (3g) einen derart geringeren Durchmesser als der Grundteil des axialen Einbaus (3) hat, daß die Unterfläche des axialen Einbaus (3) die Nabe (4) in Form eines Schraubenkopfes gegen den Boden der Kammer (26jdrückt
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