DE2252218A1

DE2252218A1 - Fluidumduese

Info

Publication number: DE2252218A1
Application number: DE2252218A
Authority: DE
Inventors: Sherman E Conrad
Original assignee: Delavan Manufacturing Co
Current assignee: Delavan Manufacturing Co
Priority date: 1971-10-27
Filing date: 1972-10-25
Publication date: 1973-05-03
Also published as: JPS556425B2; AU460360B2; CA957410A; GB1412133A; AU4824972A; DE2252218C2; US3693886A; JPS4852009A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluiduradüse und insbesondere eine Düse zum Ausstoßen eines herumwirbelnden Fluidums, vor allem von herumwirbelnder fein zerstäubter Flüssigkeit, und ein Verfahren zur feinen Zerstäubung von Flüssigkeiten.

Düsen zum Ausstoßen von herumwirbelndem Fluidura haben eine weite Anwendung gefunden auf vielen Gebieten, auf denen eine sehr genaue Zerstäubung von Flüssigkeiten erwünscht ist. Z.B. wurden solche Düsen bei der Wasserkühlung, bei Belüftungs- und Abschreckungsvorgängen, landwirtschaftlichen Sprühvorrichtungen und bei der Sprühtrocknung angewendet. Zusätzlich sind solche Düsen in den verschiedensten Vorrichtungen zum Zurückhalten von Verunreinigungen zum Einsatz gekommen, wie bei Staubsammlern, bei der Verdampfungskühlung und beim Herauswaschen von Schornstein- oder Auspuffgasen. Dies sind nur einige von vielen Anwendungsmögliohkeiten solcher Zerstäu-

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berwirbe!düsen, bei denen eine hohe Durob£lußmenge in der Zeiteinheit und eine feine Zerstäubung bei geringen Drücken erforderlich ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine im Aufbau einfache verbesserte Düse der oben beschriebenen Art und ein Verfahren anzugeben, durch die eine feine Zerstäubung von Flüssigkeiten bei geringem Druck und großer Durchflußmenge und eine Steuerung des Sprühwinkels und des Zerstäubungsgrades ermöglicht werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Düsenkörper mit einer darin befindlichen Fluidumkammer, durch eine Ausströmöffnung in der Fluiduuikammer, durch einen ersten Fluidumeinlaß, der exzentrisch in die Eluidumkanraier einmündet und über den FLuidura in diese Kammer eintritt und der eine Wirbelbewegung des Fluidums bewirkt, durch einen zweiten in die Kammer einmündenden Fluidumeiniaß zum Zuführen und Zumischen eines Fluidums zu dem herumwirbeinden Fluidum und durch Aufprailvorrichtungen mit einem ersten Aufprallteil zwischen der Ausströmöffnung und dem ersten Fluidumeiniaß, auf das die herumwirbeinde Fluidummischung auf dem Wege zur Ausströmöffnung auftrifft, und mit einem zweiten Aufprailteii, das stromabwärts im Abstand vom ersten Aufprailteii und nahe der Ausströmöffnung angeordnet ist, auf das zumindest ein Teil der herumwirbeinden Fluidummischung auftrifft, die das erste Aufprailteii passiert hat.

Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lösung der obigen Aufgabe, das dadurch gekennzeichnet ist,

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daß eine zu zerstäubende Flüssigkeit einem herumwirbelnden Gas zugeführt wird, daß die Flüssigkeit mit dem herumwirbelnden Gaο zur Erzeugung einer herumwirbelnden Mischung aus Gas und Flüssigkeit vermischt wird, daß die herumwirbelnde Mischung über eine erste Aufprallfläche strömt, wobei diese Mischung auf diese Fläche auftrifft, und daß die Mischung danach über eine zweite stromab-wärts der ersten Aufprallfläche befindliche Aufprallfläche strömt, wobei die Mischung ebenfalls auf diese zweite Fläche auftrifft.

Die erfindungsgemäße Düse bewirkt eine sehr feine Zerstäubung hoher Qualität bei niedrigen. Fluidumdrücken und großen iTüGsigkeitsdurchflußrnengen. Durch die Düse gemäß der angeneldeten Erfindung ist eine genaue Steuerung des Sprühwinkels leicht und rasch ersielbar, und der Zerstäubungsgrad kann genau geregelt werden, ohne die Durchflußmenge des Fluiduras durch die Düse au beeinflussen. Umgekehrt kann die Durchfuzßmenge der Flüssigkeit durch die Düse leicht und rasch geregelt werden ohne nachteilige Beeinflussung der Güte der Zerstäubung. Bei der erfindungsgemäßen Düse sind enge Fluidumdurchlaßkanäle nicht erforderlich, die andererseits durch Partikel und andere Verunreinigungen, welche im Fluidumstrom vorhanden sein können, verstopft werden könnten. Äußere Verstrebungen und andere Stützen, die störend auf das Sprühbild einwirken könnten, sind ebenfalls nicht erforderlich. Die Düse dor vorliegenden Erfindung ist sowohl durch ihren Aufbau als auch durch die Zusammensetzung ihrer Materialien, aus denen

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sie konstruiert int, beständig gegen Korrosion und hohe Umgebungstemperaturen, denen sie ausgesetzt sein kann. Zusätzlich kann die Düse sehr leicht so konstruiert sein, daß sie in Übereinstimmung mit bekannten Prinzipien ein Schallfeld erzeugt, um so die Verdampfung von Flüssigkeitströpi'chen zu steigern. Die niedrige Gasdurchf iußmenge und die Leistungsanforderung an die Düse gestatten ee, kleinere Kompressoren oder Gebläse zur Gaszufuhr zu verwendet). Bei. der erf indungsgenäßeti Düse und detn erj'indungsgemäßen Verfahren zur Zerstäubung wird die Zerstäubung nicht nur durch einen Verv/irbelungs- und J'iischvorgang der Fl.uiäe bewirkt, sondern zusätzlich wesentlich verbessert durch das erste und zweite Auftreffen der verwirbelten und gemischten Fluide auf starre Flächen.

Die Erfindung soll nun an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:

J'ig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Düse in auseinandergezogener Darstellung,

Fig. 2 einenvergrößertai Seitenaufriß der Ausführungsform nach Fig. 1 im zusammengesetzten Zustand und

Flg. 3 einen Endaufriß entlang der Linie 3 — der Düse noch Fig. 2.

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Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgeniäßen Düse "weist einen im wesentlichen kubischen Düsenkörper IO mit einer Fluidumkammer 12 auf, die sich von einer v)ffnung' in einer Seite 16 des DUsenkörpers 10-axial in den Körper hinein erstreckt. Auf einer anderen Fläche 20 des Düsenkörpers 10 ist ein emporstehendes Gewindestück 18 ausgebildet. Das Gewindestück 18 weist einen exzentrisch gebohrten Kanal 22 auf, der sich durch das Gewindestück hindurch erstreckt und im wesentlichen tangential in die im wesentlichen zylindrische Kammer 12 einmündet.. Das Gewindestück 18 ist bei 24 in geeigneter Weise mit einem Gewinde versehen zur Aufnahme einer Leitung o.Ä. (nicht gezeigt) zur 2iufuhr eines Gases, z.B. Luft oder Dampf, zu dem Kanal 22, aus dem das Gas tangential in die Kammer 12 einströmt, so daß eine Wirbeibewegung in dieser Kammer entsteht.

Zusätzlich steht eine Öffnung 26 in einer anderen Seite 20 des Düsenkörpers 10 mit der Kammer 12 in Verbindung, und ein geeignetes Verbindungsrohrstück 30 als Flüssigkeitsein-Laß ist in diese Öffnung eingesetzt und mit dem Düsenkörper IO z.B. durch ein Verschweißen bei 32 verbunden. Dieses Verbindungsrohrstück 30 weist einen Flüssigkeitskanal 33 auf und ist vorzugsweise bei 34 mit einem Gewinde versehen zum AnschLießen einer geeigneten Leitung (nicht gezeigt) zur Zuführung von Flüssigkeit, durch die die Flüssigkeit, wie Wasser, die mittels der Düse zerstäubt werden soll, axial dem herumwirbelnden Gas in der Kammer 12 zugeführt wird.

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SAD 0RiGiNAL

Das Ende der Kammer 12 nahe der Öffnung 14 ist bei 36 mit einem Innengewinde zur Aufnahme einer mit einem Gewinde versehenen Dosiermutter 38 versehen. Die Dosiermutter 30 weist eine sich in axialer Richtung erstreckende doppelt verjüngte Bohrung 40 auf, die sich zu einer Ausstoßöffnung 41 öffnet. Die Bohrung 40 weist bei 42 vorzugsweise eine vorbestiramte · minimale Querschnittsgröße auf und ist vorzugsweise so konstruiert, daß der Durchmesser der Bohrung vom Abschnitt 42 mit dem minimalen Durohmesser bis zum Ende der Kutter stetig zunimmt. Man wird erkennen können, daß, sobald das Fluidum von links nach rechts,entsprechend dem Beispiel in der Pig. 2, fließt, das Pluidum dadurch zunehmend an Geschwindigkeit gewinnt, wenn es durch den verjüngten Teil 44 fließt und sich dem Abschnitt 42 mit dem minimalen Durchmesser nähert/ und dann expandiert, sobald es aus der Bohrung 40 ausströmt. Die kegelige Erweiterung des verjüngten Endabschnittes 46 steuert den Zerstäubungswinkel·.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die feine genaue Zerstäubung nicht nur durch den Verwirbelungs- und Vermischungsvorgang des Gases mit der Flüssigkeit in der Fluidumkammer 12 als auch in dem durch die Bohrung 40 gebildeten Kammerkanal erreicht, sondern die Güte der Zerstäubung wird wesentlich gesteigert durch die Verwendung eines Aufprallteils 48. Das Aufprallteil 48 weist einen verlängerten sich verjüngenden Stift 50 mit einem flachen stron^fwärts befind Liehen Ende auf, das eine Auftreff- oder AufpraL!fläche 52 bildet,

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die zur ]?luiduakaiumer 12 zeigt. Der Aufprall und die extrem feine Zerstäubung in. dieser ersten Aufprallzone A, die sich zv/iscben der Düsenausstoßöffnung und den Einlaßkanälen 22 , und 33 befindet, werden verstärkt durch mehrere radiale Arne 54? die sich von der flachen Aufprallflache 52 nach außen erstrecken. Diese Arme 54 vergrößern nicht nur die Flache und den Umfang der ersten Aufprallzone A, wenn die heruuwirbelnde idLochuiif-; aus Gas und i'lüssigkeit von der ".•Lanier 12 in die Bohrung 40 und durch die Aufprallzone A strömt, sondern weiser, darüber hinaus eine derartige Länge aul', daß sie au einer abgesetzten Fläche 56 anliegen, die am stromaufwärts befindlichen Ende der Dosiermutter 30 gebildet ist, um das Aufprallte!! 48 in der zusammengesetzten Düse in die richtige Lage zu bringen. ■

Zusätzlich wird eine zweite Aufprallzone B durch das Aufprallteil der vorliegenden Erfindung erzeugt. Diese zweite Zone B wird gebildet durch eine flache im wesentlichen kreisförmige Scheibe 58, die am stromabwärts befindlichen Ende des Stiftes 50 angeordnet ist und die eine ringförmige Fläche 60 bildet, die der Ausstoßüffnung 41 der Dosierrautter zugekehrt ist unu οίου nahe, jedoch in einem geringen Abstand, stromabwärts von dieser öffnung 41 befindet.

Dor Querschnitt des rit<.{;förai<;en Gebietes des Kanals odea.: del¹ Bob. run;; 40 zwischen der äußeren Fläche 62 des Stiftes unc den Seitenwanden 64 der Bohrung in der Dosiermutter 3k ist ein wenig geringer als der Querschnitt, der FLuidurakaminer |2;

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dadurch erhöbt sich die Geschwindigkeit der herumwirbelnden Mischung aus Gas und Flüssigkeit, sobald diese den ringförmigen Kanal 40 passiert, wodurch die Turbulenz in der Mischung erhöbt wird, welche wiederum die Zerstäubung verstärkt. Die Düsenkapazität und die Auostoßctaarakteristika können einfach und leicht durch Änderung der Querschnittsmaße dieses ringförmigen Kanals 40 verändert werden, indem einfach entweder eine andere Dosiermutter mit einer anderen Bohrung oder eiö. Aufprallteil mit einem anderen Querschnitt oder beide eingesetzt v/erden, um dadurch den Querschnitt des Pluidumdurchflußkanals durch die Dosiermutter zu verändern.

Obwohl die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung aus der vorhergehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform klar ersichtlich ist, soll nachfolgend eine Beschreibung der Wirkungsweise folgen.

Gas, wie Luft oder Dampf, wird der l-'luidumkamraer 12 über den exzentrischen Kanal 22 zugeführt. Da der Kanal 22 in die Kammer 12 im wesentlichen tangential einmündet, erhält man. in der Kammer 12 eine herumwirbelnde Gastnasse. Dieser berumwirbelnden Gasmasse wird die zu zerstäubende Plüssigkeit, z.13. V/asser, axial über den Kanal 33 zugeführt, und das Wasser wird in der Kammer 12 mit dem Gas vermischt, um eine herumwirbelnde Mischung aun Gas und zerstäubter !''"Lustigkeit zu erzeugen.

Diese herumwirbelnde Mischung passiert dann die erste Aufprallzone Λ, wo sie auf die Oberfläche 52 und die Arme 54 auftrifft, wodurch die Güte der Flüssigkeitszerstäubung erhöht wird.

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ITachdem die herumwirbelnde Mischung die Zone A passiert hat, nimmt die Geschwindigkeit dieser Mischung stetig zu und expandiert dann, sobald sie den sich verjüngenden Abschnitt 44, den minimal dimensionierten Abschnitt 42 und den kegelig zunehmenden Abschnitt 46 der Bohrung passiert, und strömt dann aus der Öffnung 41 heraus. Dabei wird eine weitere !Turbulenz und 'Vermischung der berumwirbelnden Mischung bewirkt, was die Güte der Zerstäubung weiterhin erhöht.

Schließlich trifft die herumwirbelnde Mischung auf die Oberfläche 60 der Platte 58 in der zweiten Aufprallzone B zur weiteren verstärkten Zerstäubung, nachdem die Mischung aus der Öffnung 41 herausgeströmt ist.

Man fand, daß die Güte oder der Grad der Zerstäubung·, der Flüssigkeit bei Betrieb leicht durch Steuerung des Gas/ I'Lüssigkeits-Yerhältnisses über einen weiten Bereich von Durchflußmengen variiert werden kann. Wenn der Gasdruck anfänglich auf einen bestimmten Wert gesetzt ist und die Flüssigkeitsdurchflußmenge regelbar sein soll, so wird auch die Gasdruckänderung und die Durchflußmenge automatisch so reagieren, daß die Zerstäubungsgüte im wesentlich gleich bleibt. Aus diesem letzten Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine Geräteeinsparung, indem nämlich Gasventil- und andere notwendige G-assteuerungsvorrichtungen forlgelassen werden können.

Die Erfindung ist selbstverständlich' auch für andere Gase und Flüssigkeiten anwendbar, obwohl nur Luft und Dampf als brauchte Gase und Wasser a Ls brauchbare Flüssigkeit genannt wurden.

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Claims

- 10 Patentansprüche

1.) Düse zum Ausstoßen eih.es berumwirbelndeti Fiuid-ums, gekennzeichnet durch einen Düsenkörper (10) nit einer darin befindlichen FLuidunikaramer (12), durch eine Ausströmöffnung (14) in der Fluidumkammer (12), durch einen ersten. Fluidumeinlaß, der exzentrisch in die Fluidumkammer (12) einmündet und über den Fiuidum in diese Kammer eintritt und der eine Wirbelbewegung des Fluidums bewirkt, durch einen zweiten in die Kammer einmündenden Fluidumeiniaß (26) zum Zuführen und Zumischen eines Fluidums zu dem herumwirbelndeti Fluidum und durch Aufprallvorrichtungen mit einem ersten Aufprallteil (48) zwischen der Ausströmöffnung (14) und dem ersten Fluidumeinlaß, auf das die herumwirbelnde Fluidummischung auf dem Wege zur Ausströmöffnung (14) auftrifft, und mit einem zweiten Aufprallbeil (58), das stromabwärts im Abstand vorn ersten Aufprallteil (48) und nahe der Ausströmöffnung (14) angeordnet ist, auf das zumindest ein Teil der herumwirbelnden Fluidummischung auftrifft, die das erste Aufprallteil (48) passiert hat.

2. Düse nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnetί ,· daß das über den ersten Fluidumeinlaß zugefübrte Fluidum ein Gas ist und daß das über den zweiten Fluiduraeinlaß (26) zugeführte Fluidira eine Flüssigkeit ist.

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3."Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fluidumeinlaß im wesentlichen tangential in die Flu>idumkamme r (12) e i unrund et.

4. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Fluidumkammer (12) zwischen dem ersten und zweiten Aufprallteil (48,53) einen \tfesentTicb kleineren Durchmesser aufweist als der Abschnitt stromaufwärts des ersten Aufprallteils (48).

5. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Aufprallteil (58) im Abstand von der Ausströmöffnung^ ( 14) angeordnet ist.

6. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprallvorrichtung einen -verlängerten Stift (50) aufweist, der sich axial von der Fluidumkammer (12) aus erstreckt, das erste Aufprallteil (48) eine ebene Fläche (52) am stromaufwärts befindlichen Ende des Stiftes (50) und mehrere radial von der ebenen Fläche wegstebende Arme (54) aufweist und daß das zweite Aufprallteil (58) eine Platte umfaßt, die am anderen Ende des Stiftes (50) angeordnet ist. . " ₍

7. Düse nach Anspruch 1, dadurch ^eke nnz'e i ο tone t, daß das erste Aufprallteil· (48) im wesentlichen die Größe des

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- 'Ίι. ■

Querschnitts der Fluidumkammer (i2) hat und daß das zweite, Aufprallten (5S) eine Größe aufweist, die kleiner als der Querschnitt der Ausströmöffnung (14) ist.

8. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fluiduneinlaß (26) im wesentlichen axial zu dem herumwirbelnden Fluidum in die Fluidutnkammer (12) einmündet.

9. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß eine Dosiervorrichtung (38) vorgesehen ist, die die Ausstoß-Öffnung (41.) bildet und die einen FluidumBtrömungskanal (40) aufweist, daß die Aufprallvorrichtung einen Ctift (50) umfaßt, der sich axial durch diesen Fluidumströraungskanal (40) erstreckt, daß das erste Aufprallte!! (43) am Ende dieses Kanals nahe der Fluidumkammer (12) angeordnet

,ist und daß das zweite Aufprallteil (5S) nahe dea anderen Ende, aber im Abstand von dieses) Kanal (40) angeordnet ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ZUCi₁ feinen Zerstäuben von Flüssigkeiten, dadurch gekennz eichnet. daß eine zu zerstäubende Flüssigkeit einem herutnwirbeuiden Gas zugeführt wird, daß die Flüssigkeit mit dem heruqwirbelnden Gas zur Erzeugung einer herumwirbelnden Mischung aus Gas und Flüssigkeit vermischt wird, daß die herumwirbeln.de Mischung über eine erste Aufprallfläohe (52) strömt, wobei

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diese Mischung auf diese Fläche auftrifft, und daß die-HiscüULifj danach über eine zweite stromab-würts der ersten AufpraLIf Lache (52)· befindlidie AufprallfLache- (60) strömt, wobei die Kischung ebenfalls auf diese zweite ¥Iache (60) auftrifft.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der I-Iischung zwischen der ersten und zweiten ÄufpraLIfLache (52, 60) erhöbt·wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß. die l'lüssigkeit im wesentlichen in', zum herumv/irbelnden G-as axialer Richtung zugeführt wird.

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