DE2163893C3 - Mixing device - Google Patents

Mixing device

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DE2163893C3 DE2163893A DE2163893A DE2163893C3 DE 2163893 C3 DE2163893 C3 DE 2163893C3 DE 2163893 A DE2163893 A DE 2163893A DE 2163893 A DE2163893 A DE 2163893A DE 2163893 C3 DE2163893 C3 DE 2163893C3
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Description

a:b d:b c:baway d: b c: b

0.580.58

2.02.0

3.5-4.3.5-4.

wobei die Eintrittsspirale als logarithmische Spirale vom Strömungswinkel 6,85" gegen die Umfangsrichtung ausgebildet ist, und wobei Variationen der Abmessungen (a und b) nach den üblichen Regeln der Strömungslehre gegeneinander kompensiert werden können.The inlet spiral is designed as a logarithmic spiral with a flow angle of 6.85 "against the circumferential direction, and variations in the dimensions (a and b) can be compensated against each other according to the usual rules of fluid mechanics.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsspirale aus einem scheibenförmigen Platte (4) besteht, das in eine radiale Ausnehmung vor dem Eintrittsende eingesetzt ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the inlet spiral a disk-shaped plate (4) which is inserted into a radial recess in front of the inlet end is used.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die koaxiale Zuführung (8) am Austnttsende der Mischkammer düsenartig ausgebildet ist und in eine spitze strömungsformige Lippe ausläuft7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the coaxial feed (8) is designed like a nozzle at the discharge end of the mixing chamber and into a point streamlined lip runs out

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung Züfri Mischen einer ersten, insbesondere flüssigen Strömungskomponenle mil wenigstens einer zweiten gasförmigen, flüssigen oder püiverförmigeri Strömungskomponente oder Gemischen aus solchen Komponenten in einer sich konisch erweiternden Mischkammer, an deren den The invention relates to a device for mixing a first, in particular liquid, flow component with at least one second gaseous, liquid or powdery flow component or mixtures of such components in a conically widening mixing chamber, at the

kleinsten Kammerdurchmesser aufweisenden Eintrittsende eine der ersten Komponente einen Drall vermittelnde Eintrittsspirale und an deren den größten Kammerdurchmesser aufweisenden Austrittsende ein ί koaxiales Rohr zum Zuführen der zuzumischenden zweiten Komponente angeordnet istsmallest chamber diameter having an inlet end imparting a twist to the first component Entry spiral and at its exit end, which has the largest chamber diameter ί a coaxial pipe for supplying the second component to be mixed is arranged

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. durch die DE-OS 15 57 212 bekanntgeworden.
Bei der bekannten Mischvorrichtung beruht der
Such a device is e.g. B. has become known from DE-OS 15 57 212.
In the known mixing device is based on

>° Mischvorgang aufgrund freier Turbulenz, die sich in der röhrenförmigen Zone zwischen der vom Eintrittsende zum Austrittsende strömenden wandnahen Hauptströmung und der entgegengerichteten zentralen Rückströmung ausbildet Es ist klar, daß die auf solcher Turbulenz beruhende Mischwirkung nicht bis an die Kammerwände der Mischvorrichtung heranreichen kann. Die wandnahe Grenzschicht stellt somit eine nicht beigemischte Zone dar, die in den Austritt gelangt und die Mischleistung beeinträchtigt> ° Mixing process due to free turbulence in the tubular zone between the near-wall main flow flowing from the inlet end to the outlet end and the opposing central return flow forms it is clear that the on such turbulence based mixing effect cannot reach up to the chamber walls of the mixing device. the The boundary layer close to the wall thus represents a non-admixed zone, which reaches the outlet and which Mixing performance impaired

-° Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine wesentlich erhöhte ^yiischΐeisί·uΓιg erreicht.- ° The invention is based on the object of a Specify device of the type mentioned at the outset, which achieves a significantly increased level of resistance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst daß das Austrittsende an einen radialenAccording to the invention, this object is achieved in such a way that the exit end is connected to a radial one

-"" Ringspalt mit Strömungsabreißkante anschließt, der in einen erweiterten Raum mit einer Austrittsleistung übergeht An der Strömungsabreißkiuite bilden sich Wirbel aus, die eine Nachmischung der aus dem Spalt austretenden Strömungskomponenien bewirken, in die- "" Annular gap with flow separation edge, which is in an extended space with an outlet passes over Eddy currents, which cause a post-mixing of the flow components emerging from the gap, into the

!" die vorerwähnte wandnahe Grenzschicht der Hauptströmung voll einbezogen ist. ! "the aforementioned boundary layer of the main flow near the wall is fully included.

Eine weitere Intensivierung der Nachmischung in dem sich an den Ringspalt anschließenden Raum ergibt sich, wenn dessen Wand gekrümmt ist. Dieser Raum kann torusförmig ausgebildet sein, er kann aber auch aus einer aus dem Strömungsmaschinenbau bekannten Austrittsspirale bestehen. Die Austrittsleitung kann tangential oder radial an den Raum anschließen.A further intensification of the post-mixing results in the space adjoining the annular gap if its wall is curved. This space can be toroidal, but it can also consist of an outlet spiral known from turbo engine construction. The outlet line can Connect tangentially or radially to the room.

Vorteilhafterweise weist der Ringspalt eine solche Breite auf. daß der in ihm auftretend« Staudruck etwa 10 bis 30%. vorzugsweise 20% des Druckverlustes der Hauptströmungskomponente durch die gesamte Kammer beträgt.The annular gap advantageously has such a width. that the back pressure occurring in it is about 10 up to 30%. preferably 20% of the pressure loss of the main flow component through the entire chamber amounts to.

Eine Steigerung der Mischleistung ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch dadurch erreichbar, daß die axiale Erstreckung der Eintrittsspirale, der Eintnttsdurchmesser der Mischkammer, ihre Länge und ihr Austrittsdurchmesser in folgendem Maßverhältnis zueinander stehen:In the device according to the invention, an increase in the mixing performance can also be achieved by that the axial extent of the inlet spiral, the Eintntts diameter of the mixing chamber, its length and their outlet diameters are in the following proportions:

ab d.b cbaway d.b cb

0,580.58

2.02.0

3.5-4.3.5-4.

wobei die Eintrittsspirale als logarithmische Spirale vom Strömungswinkel 6.85" gegen die Umfangsrichtung ausgebildet ist und wobei Variationen der Abmessungen nach den üblichen Regeln der Strömungslehre gegeneinander kompensiert werden kön nen.where the entry spiral is a logarithmic spiral from the flow angle 6.85 "is formed against the circumferential direction and with variations of the Dimensions can be compensated against each other according to the usual rules of fluid mechanics nen.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die koaxiale Zuführung am Austrittsende der Mischkammer düsenartig ausgebildet ist Und in eine spitze slfömungsförfhige Lippe ausläuftIt is advantageous if the coaxial feed is designed like a nozzle at the outlet end of the mixing chamber and into a pointed, slfömungsförfhige lip expires

Da zur Erzielung optimaler Mischleistungen eineSince to achieve optimal mixing performance a

möglichst präzise Fertigung der Vorrichtung mit bestimmten Abmessungen erforderlich ist, besteht die Eintrittsspirale vorteilhafterweise aus einem scheiben· förmigen Werkstück, das sich präzise fertigen und leichtAs precise as possible manufacturing of the device with certain dimensions is required, there is Inlet spiral advantageously made from a disk-shaped workpiece which can be manufactured precisely and easily

in eine radiale Ausnehmung vor dem Eintrittsende der Kammer einsetzen läßt Dabei weist die Zunge der Eintrittsspirale vorteilhafterweise einen Krümmungsradius von mehr als 1 mm auf.can be inserted into a radial recess in front of the inlet end of the chamber Entry spiral advantageously has a radius of curvature of more than 1 mm.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbei- '. spiel der Erfindung schematisch dargestellt Es zeigt:In the drawing is a preferred embodiment . game of the invention shown schematically It shows:

F i g. 1 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel undF i g. 1 shows a cross section through the embodiment and

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in F i g. 1.F i g. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1.

Die erfinduiigsgemäße Vorrichtung besteht aus einer sich konisch erweiternden Mischkammer 1 in einem Gehäuse 2, dem die Hauptströmungskomponente Vi tangential am kleinsten Kammerdurchmesser b der Mischkammer 1 über eine Eintrittsspirale zugeführt wird. Der Einlauf wird durch eine gesonderte Platte 4 ΐί gebildet wodurch eine besonders genaue Bearbeitung der Eintrittsspirale möglich ist Versuche haben gezeigt daß die präzise Einhaltung bestimmter Abmessungen der Spirale einen überraschenden Einfluß auf die Mischleistung hat. Die Platte 4 wird durch einen kolbenförmigen Deckel 5 an die Stirnwand einer Gehauseausnehmung unterhalb des kieinsten Kammer durchmessen b am Kammereintritt geprebt In dem unteren Deckel 5 kann sich eine Bohrung 6 zur Messung des Unterdrucks im Zentrum der Spirale befinden. 2=> Durch einen die Platte 4 durchdringenden Zentrierungsstift 7, der einerseits in das Gehäuse 2 und andererseits in den Deckel 5 eingreift, wird vorteilhafterweise eine Verdrehung der Platte 4 verhindert.The device according to the invention consists of a conically widening mixing chamber 1 in a housing 2, to which the main flow component Vi is fed tangentially at the smallest chamber diameter b of the mixing chamber 1 via an inlet spiral. The inlet is formed by a separate plate 4 whereby a particularly precise machining of the inlet spiral is possible. Experiments have shown that the precise maintenance of certain dimensions of the spiral has a surprising influence on the mixing performance. The plate 4 is pressed through a piston-shaped cover 5 to the end wall of a housing recess below the smallest chamber diameter b at the chamber inlet. In the lower cover 5 there can be a bore 6 for measuring the negative pressure in the center of the spiral. 2 => A centering pin 7 penetrating the plate 4 and engaging on the one hand in the housing 2 and on the other hand in the cover 5 advantageously prevents the plate 4 from rotating.

Die /weite Komponente V2 wird am Kamnieraustritt mit dem größten Kammerdurchmesser d zentral in die Mischkammer 1 hineingeblasen. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, die Einmündung der Zuführung 8 der zweiten Komponente V2 in den oberen Deckel 9 düsenartig zuzuschärfen; diese vom Deckel 9 Ji lippenförmig vorspringende Zuschärfung 10 vermeidet das Ansetzen von »Barten« aus unerwünschten Produkten.The / wide component V 2 is blown centrally into the mixing chamber 1 at the chamber outlet with the largest chamber diameter d. It has proven to be particularly advantageous to sharpen the confluence of the feed line 8 of the second component V 2 into the upper cover 9 like a nozzle; this lip-shaped protrusion 10 from the cover 9 avoids the attachment of "whiskers" from undesired products.

Die Mischung beider Komponenten tritt durch einen am großen Durchmesser der Mischkammer 1 befindli- *o chen radialen Spalt 11 aus. Dieser Spalt wird vorzugsweise so dimensioniert, daß der Staudruck der in ihm auftretenden Geschwindigkeit, vorzugsweise etwa 20%. schwankend zwischen 10 und 30% des Druckverlustes der ffauptströmungskomponente beträgt. «The mixture of the two components occurs through a large diameter of the mixing chamber 1 located chen radial gap 11 from. This gap is preferably dimensioned so that the back pressure of the in occurring speed, preferably about 20%. fluctuating between 10 and 30% of the pressure loss the main flow component is. «

Die erf'nderiscbe Wirkung des Ringspalts 11 mit seiner als Abreißkante gemäß F i g. 1 besonder? geformten Austrittslippe ist beträchtlich. Mischkammern werden normalerweise für den Bereich von 03 bis 10 m Vh Flüssigkeitsdurrhsatz gebaut. Der Schwerpunkt V) der Fertigung hegt derzeit bei I bis 3 m'/h Flüssigkeitsdurchsat/ Das bedeutet. Haß die Mischkammern einen Durchmesser von nur 10 bis 20 mm haben. Die auf Turbulenz beruhende Mischwirkung Her Mischkammer 1 kann, wie eingangs gesagt, nicht bis an die Wände des w Gehäuses 2 heranreichen; die dort befindliche (jrerizschicht hat eine Dicke von ca. I bis 2 mm und stellt eine nicht beigemischte Stromungszone dar. Der erfmdungs gemaüe Ringspalt 11 in Verein mit seiner Strömungsab reilikante bewirkt jedoch, daß das in den Sammelraum &o 12 mit hoher Geschwindigkeit eintretende, aus fertiger Mischung und nicht beigemischter Grenzschicht bestehende Flüssigkeitsgemisch vollständig nachgemischt wird.The inventive effect of the annular gap 11 with its tear-off edge according to FIG. 1 special? shaped exit lip is considerable. Mixing chambers are normally built for the range of 03 to 10 mVh fluid flow rate. The focus V) of the production is currently at 1 to 3 m '/ h liquid throughput / that means. Hate the mixing chambers are only 10 to 20 mm in diameter. The mixing effect Her mixing chamber 1, which is based on turbulence, cannot, as stated at the beginning, extend as far as the walls of the housing 2; the jrerizschicht located there has a thickness of approx. 1 to 2 mm and represents a non-admixed flow zone. However, the annular gap 11 according to the invention in conjunction with its flow outlet causes that which enters the collecting space 12 at high speed from finished mixture and unmixed boundary layer existing liquid mixture is completely remixed.

Aus dem Sanimelrautn 12 wird das Gemisch aus Vx und V2 in beliebiger Richtung abgezogen. The mixture of V x and V 2 is drawn off in any direction from the Sanimelrautn 12.

Versuche haben gezrgt, daß die erfindungsgemäße Mischkammerkonstruktion allen bekannten Konstruktionen hinsichtlich der Qualität der Ausmischung erheblich überlegen ist Hierbei zeigte es sich, daß die genaue Einhaltung aller Abmessungen und sehr präzise Fertigung des Geräts besonders vorteilhaft ist Überraschenderweise zeigten Versuche, daß die Mischungsergebnisse bereits wesentlich schlechter wurden, wenn die Zunge der Eintrittsspirale in der Platte 4 (F i g. 2) nur mit einem Krümmungsradius von ! mm ausgerundet worden war.Tests have shown that the mixing chamber construction according to the invention can be used in all known constructions is considerably superior in terms of the quality of the mixture. It was found that the Surprisingly, exact compliance with all dimensions and very precise manufacture of the device is particularly advantageous Experiments showed that the mixing results were already significantly worse when the Tongue of the inlet spiral in plate 4 (FIG. 2) only with a radius of curvature of! mm rounded was.

Als besonders günstige Abmessungen haben sich folgende Abmessungsverhältnisse erwiesen. Hierbei ist der kleinste Kammerdurchmesser am Eintrittsende mit b, der größte Kammerdurchmesser am Austrittsende mit d, die axiale Länge der Kammer mit cund die Höhe der Platte 4 mit der Eintrittsspirale mit a bezeichnet:The following dimensional relationships have proven to be particularly favorable dimensions. The smallest chamber diameter at the inlet end is marked with b, the largest chamber diameter at the outlet end with d, the axial length of the chamber with c and the height of the plate 4 with the inlet spiral with a :

a:b = 0,58
d:b = 2,0
c:b = 3,5-4.
a: b = 0.58
d: b = 2.0
c: b = 3.5-4.

Das Maß /für die engste Stelle des Spalts 11 ist derart gewählt, daß der Staudruck der ' . h in diesem Spalt einstellenden Sirörnungsgeschwindigli'-it etwa 10 bis 30%, vorzugsweise 20% des Druckverlustes der Kammer beträgt.The dimension / for the narrowest point of the gap 11 is such chosen that the back pressure of the '. h in this gap Adjusting Sirörnungsgeschwindigli'-it about 10 to 30%, preferably 20% of the pressure drop in the chamber.

Der Spiralwinkel der Eintrittsspirale in der Platte 4 gegenüber der Umfangsrichtung betragt bevorzugt 6.85J; bei Abweichungen nach unten oder oben verschlechtert sich der Mischeffekt.The spiral angle of the inlet spiral in the plate 4 with respect to the circumferential direction is preferably 6.85 J ; if there are deviations upwards or downwards, the mixing effect is worsened.

Das gleiche gilt für Abweichungen von den Maßverhältnissen. Die gegebenen Mißverhältnisse sind optimal; mit steigender Abweichung werden die Mischeffekte schlechter; bei gewissen Grenzwerten, beispielsweise a : b — 1.0—1.10. tritt ein sprunghafter Abfall der Mischle-s'.ung ein.The same applies to deviations from the proportions. The given disparities are optimal; the more the deviation increases, the worse the mixing effects; at certain limit values, for example a: b - 1.0-1.10. there is a sudden drop in mixed flow.

Nach den üblichen Regeln der Strömungslehre können Veränderungen der Abmessungen a und b gegeneinander kompensiert werden. Dai bedeuten daß ζ. B. eine 10%ige Vergrößerung von a duren eine 10%ige Verkleinerung von öausgeglicheii weri^-n kann etc.According to the usual rules of fluid mechanics, changes in dimensions a and b can be compensated for against each other. Dai mean that ζ. B. a 10% enlargement of a and a 10% reduction of a balanced value etc.

Bei der Mischung von zwei Volumenströmen V- und V/ wird der größere Voiumenstrom durch den Eintritt 3 und der kleinere Volumenstrom durch die koaxiale Zuführung 8 zugegeben.When two volume flows V- and V / are mixed, the larger volume flow is through inlet 3 and the smaller volume flow through the coaxial feed 8 is added.

Die erfindungsgemaße Vorrichtung ist zur Herstellung von Mischungen unter Zuhilfenahme von Kavitationseffekten im Zentrum der Eintrittsspirale besonders geeignet; hierzu wird der Durchsatz so weit gesteigert bis der mit dem Durchsatz quadratisch steigende Unterdruck in der Eintrittsspirale den Dampfdruck der jeweiligen Flüssigkeit unterschreitet. Der Dampfdruck der Flüssigkeit läßt sich aus entsprechenden Handbüchern entnehmen: dei Unterdruck (relativ zum statischen Druck in der Austrittsleitung 13) beträgt etwa die Hälfte des Druckverlustes der Hauptströmungskomponente Vi. Diese Faustregel dient als erster Anhalt zum Einstellen der richtigen Durchsatzmenge und damit der richtigen Unterdrucke in Abhängigkeit von der Art der verwendeten f lussigkeit. ihrer Temperatur und dem Gegendruck. Das Erreichen des Dampfdruckes der Hauptströmungskomponente kann durch ein an die Bohrung 6 in dem unleren Deckel S angCscrtlossenes Manometer angezeigt werden.The device according to the invention is for production of mixtures with the aid of cavitation effects in the center of the inlet spiral in particular suitable; for this purpose, the throughput is increased so much until the negative pressure in the inlet spiral, which increases by the square of the throughput, reduces the vapor pressure of the falls below the respective liquid. The vapor pressure of the liquid can be found in appropriate manuals take: the negative pressure (relative to the static Pressure in the outlet line 13) is about Half of the pressure loss of the main flow component Vi. This rule of thumb serves as a first guide to the Setting the correct throughput and thus the correct negative pressure depending on the type of used liquid. their temperature and that Back pressure. Reaching the vapor pressure of the main flow component can be achieved by a Hole 6 in the lower cover is closed Pressure gauges are displayed.

Bei geringeren Ansprüchen an die Mischungsgüte ist die Erreichung des Dampfdruckes der Hauptströmungskomponenle nicht erforderlich; hier können auch geringere Durchsätze und damit Druckverluste der Hauplslrömiingskomponente benutzt werden.With lower demands on the mixing quality, reaching the vapor pressure is the main flow component not mandatory; lower throughputs and thus pressure losses can also occur here Hauplslrömiingsverbindungen are used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zum Mischen einer ersten, insbesondere flüssigen Strömungskomponente mit wenigstens einer zweiten gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Strömungskomponente oder Gemischen aus solchen Komponenten in einer sich konisch erweiternden Mischkammer, an deren den kleinsten Kammerdurchmesser aufweisenden Eintrittsende eine der ersten Komponente einen Drall vermittelnde Eintrittsspirale und an deren den größten Kammerdurchmesser aufweisenden Austrittsende ein koaxiales Rohr zum Zuführen der zuzumischenden zweiten Komponente angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende an einen radialen Ringspalt (11) mit Strömungsabreißkante anschließt, der in einen erweiyerten erweiterten (12) mit einer Austrittsleitung (13) übergeht1. Device for mixing a first, in particular liquid flow component with at least one second gaseous, liquid or powdery flow component or mixtures of such components in one conically widening mixing chamber, at the inlet end having the smallest chamber diameter one of the first components a swirl imparting inlet spiral and on the one The outlet end having the largest chamber diameter is a coaxial tube for supplying the is arranged to be admixed second component, characterized in that the The outlet end is connected to a radial annular gap (11) with a flow separation edge, which is converted into a extended enlarged (12) with an outlet line (13) passes 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (12) torusförmig ausgebildet ist, der die Mischkammer symmetrisch umgibt.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the collecting space (12) is toroidal is formed, which surrounds the mixing chamber symmetrically. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (12) als Austrittsspirale ausgebildet ist3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the collecting space (12) as an outlet spiral is trained 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (11) eine solche Breite (f) aufweist, daß der in ihm auftretende Staudruck etwa 10 bis 30%, vorzugsweise 20% des Druckverlustes der Hauptströmungskomponente durch die ge:, .mte Kammer beträgt4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the annular gap (11) has such a width (f) that the dynamic pressure occurring in it about 10 to 30%, preferably 20% of the pressure loss of the main flow component through the ge :,. the first chamber is 5. Vorrichtung nach einem ^er Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung (a) der Eintrittsspirale, der Eint-'ttsdurchmesser (b) der Mischkammer, ihre Länge (c) und ihr Austrittsdurchmesser (d) in folgendem Maßverhältnis zueinander stehen:5. Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the axial extent (a) of the inlet spiral, the inlet diameter (b) of the mixing chamber, its length (c) and its outlet diameter (d) in the following dimensional ratio to stand by each other:
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DE1557212C3 (en) * 1967-05-26 1974-01-17 Fritz Dr.-Ing. 8026 Ebenhausen Schoppe Method for mixing a main liquid with at least one gaseous, liquid or powdery additional component or mixtures of such components

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