DE2340924A1

DE2340924A1 - Diffusor fuer zusatzstoffe

Info

Publication number: DE2340924A1
Application number: DE19732340924
Authority: DE
Inventors: Harvey Ernest Richter
Original assignee: TEC GROUP
Current assignee: TEC GROUP
Priority date: 1972-08-14
Filing date: 1973-08-13
Publication date: 1974-02-28
Also published as: IT992950B; US3862747A; FR2196190B3; FR2196190A1; JPS4959349A; GB1390340A

Description

Pafeatonwolt

Dr. Helmut Spdth 8200 Ro;cnheim/Oü>. Max-Jos^-Plate 4 , 59 P 88

Deutschland

The Tec Group, Inc., 9 Britton Drive, Bloomfieltf, Connecticut,

Diffusor für Zusatzstoffe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Materialhandhabung, insbesondere zur homogenen Vermischung großer Volumina unterschiedlicher Stoffe.

Die Erfindung schafft einen Diffusor zur besonders günstigen Anwendung in Verbindung mit Axial-Strömungsvortriebseinheiten. Ferner schafft die Erfindung einen Diffusor der erwähnten Art zur kontinuierlichen Zuführung eines gewählten Zusatzes zu einem durch einen Strömungsweg vorgetriebenen Material zwecks Durchführung einer wirksamen Vermischung des Zusatzstoffee sowie des vorgetriebenen Materials in Form eines stark diffundierten homogenen Gemisches. Der erfindungsgemäße Diffusor kann auch für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsfälle verwendet werden und dient besonders zur kontinuierlichen Dispergierung eines Zusatzstoffes in einen Strömungsweg hinein in Zuordnung zu Bauelementen von gesteigertem Durchsatz für hohe Volumina umfassende Prozesse. Der erfindungsgemäße Diffusor erfüllt auch strenge Erfordernisse hinsichtlich der Leistungsfähigkeit unter beanspruchenden Bedingungen bei geringen WartungsproblemeHo

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher er-

409809/0945

läutert. Is zeigen:

Pig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Axialströmungseinheit einschließlich eines erfindungsgemäßen Diffusors für Zusätze in Seitenansicht, teilweise aufgebrochen und im Schnitt,

Fig. 2 einen Sammelring für Zusätze in äußerer Anbringung an einem Rotor der Axialströmungseinheit von Pig. 1 in Seitenansicht, teilweise aufgebrochen und im Schnitt,

Fig. 3 eine Blattprofilprojektion der Axialströmungseinheit von Fig. 1 in axialer Stirnansicht„

Gemäß der Zeichnung stellt eine Pumpe ΊΟ eine Axialströmungseinheit dar und kann entweder eine einstufige oder vielstufige Einheit mit einem zylindrischen Rotor 12 in jeder Einheitsstufe sein, wie dies bruchstückweise im Halbschnitt von Figo 1 dargestellt ist.

Propellerblätter 14- gemäß Fig. 1 ergeben einen Vortrieb für Material in einem Strömungsweg des Rotors 12 in Richtung eines Pfeiles 16 von einem Einlaßende der Einheit (nicht veranschaulicht) zu einem Auslaßende der Einheit an der linken Seite des Rotors 12 von Figo 1. Gemäß Fig. 3 sind drei in gleichem Abstand vorgesehene schraubenförmige Propellerblätter 14- vorgesehen, welche einen axial unbehinderten Strömungsdurchtritt durch den Rotor 12 ermöglichen, obgleich es sich versteht, daß der Erfindungsgedanke nicht auf eine derartige besondere Propelleranordnung beschränkt ist. Der Rotor 12 ist drehbar innerhalb einer zylindrischen Kammer vorgesehen, die innerhalb eines Gehäuses 18 ausgebildet ist. Einheiten dieser allgemeinen Art sind normalerweise kraftgetrieben und erfordern eine geeignete Antriebsquelle, beispielsweise einen (nicht veranschaulichten) Motor, um eine Antriebswelle (nicht veranschaulicht) in Drehung zu versetzen, die in Antriebs verbindung mit einem Antriebs zahnrad 20 steht, das mit einem getriebenen Zahnkranz 22 kämmt; dieser letztere ist durch Bolzen 2Pt- an einer Außenwandung des Rotors

Λ09809/09Α5

12 befestigt. Das Gehäuse 18 ergibt Anbringungsmöglichkeiten für Antriebswellenlager 26 innerhalb eines Ge triebe gehäuses 28 und auch für Lager 30 zur Lagerung des Rotors 12, damit sich dieser um eine Drehachse X-X zu drehen vermag«

Ringförmige Endanbringungsflansehe 34 sind über einen (nicht veranschaulichten) Maschinenbolzen mit jedem axialen Ende des Gehäuses 18 verbunden, um eine Dichtanordnung 36 in Betriebszuordnung zu dem Rotor 12 innerhalb vergrößerter ringförmiger Kammern 38 zu halten, welche sich umfangsmäßig rund um die axialen Endabschnitte des Rotors 12 erstrecken» Das dargestellte linke axiale Ende des Rotors 12 ist mit einem Dichtungsfinpassungsring 40 versehen, der an dem linken Endabschnitt des Rotors 12 (Fig. 1) befestigt ist; ein Paar O-Ringdichtungen 42, 42 erstrecken sich kontinuierlich rund um den Außenumfang des Rotors 12 mit einem gewünschten radialen Zwischensitz, um eine fluiddichte Abdichtung herbeizuführen, wobei jede O-Ringdichtung 42, 4-2 in vertieften Nuten 44, 44 in einem Diohtungsanpasstuagsring 40 aufgenommen ist. Der Dichtanpassungsring 40 ist antriebsmäßig mit dem Rotor durch entferribare Haltestifte 46 verbunden, welche mit einem Haltering 48 zusammenwirken, um die Dichtungsanordnung 36 in ihrer Stellung an dem Rotor 12 lösbar zu halten» Ein unerwünschter Durchtritt von Öl, Wasser und anderen Verunreinigungen in die Kammer 38 wird durch ein Paar von Ringdichtungs-Unteranordnungen 50, 52 gesteuert, welche an dem Gehäuse 18 befestigt sind und gegenüberliegend zugewendete radiale Flächen zur Dichtungsanlage mit einer benachbarten Seite des Dichtungsanpassungsringes 40 darstellen_o

Um in wirksamer Weise einen gesteuerten homogenen Vermischungs·- prozeß für verschiedene Kombinationen von Fluiden oder Fluid und Feststoff bestandteilen in einer Vorrichtung zu schaffen, die besonders geeignet für einen kontinuierlichen Betrieb mit hohem Volumen ist, wird ein Diffusor 53 für Zusatzstoffe vorgesehen, um einen gewählten Zusatzstoff in gesteuerten Anteilen gegenüber den Strömungsmedien zu dispergieren, die durch den Rotor 12 verlaufen. Die Erfindung kann auf unterschiedliche Weise verwendet werden, beispielsweise zur Dispergierung von Feststoffteilchen

409809/0945

in einen Schlamm von fließfähigem Material, das durch den Rotor 12 verläuft, oder zur Vermischung unterschiedlicher Fluide, beispielsweise eines gasförmigen Zusatzstoffes, der mit einem flüssigen Medium homogen in dem Durchtrittsweg des Rotors 12 zusammenzumischen ist. Obgleich das bevorzugte Ausführungsbeispiel einen Diffusor 53 für Zusatzstoffe für jedes der Propellerblätter 14- umfaßt,·versteht es sich, daß. die beschriebene Vorrichtung insoweit lediglich als beispielsweise zu betrachten ist; unter dieser Voraussetzung wird lediglich ein Diffusor 53 für Zusatzstoffe beschrieben, welche für das Blatt 14- von Fig. 1 veranschaulicht ist.

Das Eotor-Propellerblatt 14- (Fig. 1) verläuft von einer innenseitigen Rotorwandung 54- (längs einer Linie 56) zur Schaffung einer freien Kante 58 an dem Blatt 14- radial innerhalb der Wandung 54-, so daß das Blatt 14- bei Drehung als Schraubenpropeller wirksam ist, um Strömungsmedium durch den Rotor 12 vorzutreiben» Das Blatt 14- weist vorzugsweise eine Schraubenform auf und umfaßt eine nachlaufende stromabwäxtige Kante 60, welche radial nach außen von einem Scheitel 62 des Blattes 14-gegen die innenseitige Rotorwandung 54- gerichtet ist«

Diese stumpfe stromabwärtige nachlaufende Kante 60 des Propellerblattes 14- schafft einen Boreich geringen Druckes in der Gegend des Strömungsdurchtrittes,unmittelbar benachbart der Kante 60 bei einer bestimmten Rotordrehzahl; gemäß einem anderen Gedanken der vorliegenden Erfindung sind mehrere Dispersionsauslässe 64 in der stromabwärtigen nachlaufenden Kantenfläche des Propellerblattes ausgebildet. Jeder Dispersionsauslaß 64- ist über einen besonderen Durchtritt 66 mit einem gemeinsamen inneren Verteiler 68 verbunden, der innerhalb des Blattes 14- ausgebildet ist und gegen seinen Wurzelabschnitt hinführt, wo das Blatt 14- in die innenseitige Wandung 56 des Rotors 12 einläuft. An der Wurzel dos Blattes 14- definiert ein Ventilkörper 70 eine Ventilkammer 72 „ Die Kammer 72 steht mit dem Verteiler 68 über einen Auslaßdurchtritt 74- in Verbindung und verbindet die Kammer 38 des Gehäuses 18 über einen Einlaßdurchtritt 76 in dem Ventilkörper 70 sowie eine Verbindungsöffnung 78 in dem Dichtungsanpassungsring 40ο

409809/0945

Die Kammer 38 kann zweckmäßig als Zusatzstoff-Sammelkammer dienen, um verschiedene gewählte Zusatzstoffe zu dem Strömungsdurchtritt des Rotors 12 zu liefern. Zur Steuerung der Zusatzstoffströmung durch den oben beschriebenen Durchtritt zwischen der Kammer 38 sowie den Auslässen 64 ist ein geeignetes Steuerelement vorgesehen, welches auf die Wirkung der Zentrifugalkraft bei einer Rotordrehung anspricht und den Durchtritt von Zusatzstoffströmung während des Rotorbetriebes ermöglicht. Obgleich andere besondere Steuerelemente anwendbar sind, beispielsweise ein Zentrifugalschalter oder ein Steuerschalter, welcher auf Änderungen der Drehzahl oder des Druckes anspricht, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kugelrückschlagventilglied 80 in der Ventilkammer 72 aufgenommen und mittels einer Feder 82 radial nach innen gegen einen Ventilsitz· vorgeepannt, welcher den Auslaßdurchtritt 74 umgibt, sowie in die dargestellte normalerweise geschlossene Strömungssteuerstellung»

Die Zusatzstoff-Diffusoren für jedes Propellerblatt 14 werden durch einen gemeinsamen Zusatzstoff-Sammelring 84 bedient, welcher durch geeignete (nicht gezeigte) Elemente befestigt ist und sich rund um den Dichtungsanpa'ssungsring 40 erstreckt= Bei Drehung des Rotors 12 wird Zusatzstoff innerhalb der Sammelkammer 38 von der Kammer 38 durch angehobene Flügel 86 (Fig. 3) gesammelt, die an dem Sammelring 84 ausgebildet sind und deren Öffnungen in Drehrichtung weisen«, Die Flügel 86 richten positiv den Zusatzstoff in eine gemeinsame Sammelnut 88, welche sich umfangsmäßig rund um den Außenumfang des Dichtungsanpassungsringes 40 erstreckt, sowie durch jede der mehreren Öffnungen, beispielsweise der Öffnung 78, in dem Dichtungsanpassungsring 40 und in jede Ventilkammer 72 der Propellerblätter 14» Auf Wunsch kann eine geeignete Kupplung 90 zu einer Versoigingsleitung 92 an dem Gehäuse 18 befestigt sein, um Zusatzstoff (über einen darin vorgesehenen Vorbindungkanal 94) in die Samme!kammer 38 zu fördern. Die dargestellte Anordnung kann verändert werden oder auf unterschiedliche Arten von zu fördernden Zusatzstoffen zugeschnitten werden, in Abhängigkeit davon, ob der Zusatzstoff ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Festkörper ist, sowie in Abhängigkeit von der Art des FeststoffZusatzes, wenn ein solcher

409809/0945

verwendet wird.

Der Niederdruckbereich hinter jedem Propellerblatt 14 ergibt eine Saugkraft bei einer bestimmten Drehzahl des Rotors, wenn Strömungsmedium über gegenüberliegende Seiten der Blätter 14 verlaufen; eine durch die Rotordrehung verursachte Zentrifugalkraft bewirkt, daß sich das Kugelrückschlagventilglied 80 automatisch radial nach außen unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft bewegt, um die Vorspannungskraft von deren Feder zu überwinden, wobei Zusatzstoff in der Kammer 38 angesammelt und positiv durch den Zusatz stoff -Sammelring 84 in den gemeinsamen Verteiler 68 sowie von dort durch die einzelnen Verbindungsdurchtritte 66 zu jedem der Dispersionsauslässe 64 gerichtet werden kann.

Eine gleichmäßige Verteilung von Zusatzstoff durch jedes Kugelrückschlagventil der betreffenden Propellerblätter 14 und in deren Verteiler 68 ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß Zusatzstoff aus den Dispersionsauslässen 64 unter Saugwirkung gefördert und in den Strömungsdurchtritt in dem Rotor in einer flügelartigen kontinuierlichen Wischwirkung dispergiert wird, wobei sich eine sehr wirksame spiralartige ühirbulenzvermischung des Zusatzstoffes mit dem Strömungsmedium ergibt» Wenn der Rotor 12 sich beim Abschalten verlangsamt, wird die Wirkung des Niederdruckbereiches stromabwärts des Blattes 14 reduziert, wobei das Druckdifferential zwischen der Kammer 38 sowie den Dispersionsauslässen reduziert wird; die Zentrifugalkraft wird vermindert, wobei die Feder 82 automatisch ihr Kugelrückschlagventilglied 80 in die normalerweise geschlossene Strömungssteuerstellung zurückführt. Jede unerwünschte Ansammlung von Strömungsmedium innerhalb der Sammelkammer 38 wird in wirksamer Weise verhindert, um die Unversehrtheit der Zusatzstoff-Zusammensetzung zusätzlich zum Schutz des Dichtungsbereiches um den äußeren Umfang des Rotors zu gewährleisten.

409809/0945

Ein Zusatzstoff-Diffusor nach der Erfindung ist in einer Verschiedenheit Tanters chi edli eher Anwendungsfälle anwendbar, um Strömungsme&ien und einen Zusatzstoff im Sinne eines stark diffundierten homogenen Zustandes zu vermischen.

Der Erfindungsgegenstand bewirkt nicht nur eine solche Mischung in wirksamer Weise, sondern kann auch in die Propellerblätter in einer besonders kompakten Ausbildung eingearbeitet werden, um eine direkte Dispersion über den Strömungsweg der zu behandelnden Medien zu erzielen_o Ferner ist der Zusatzstoff-Diffusor schnell und leicht instandzuhalten, um eine ausgedehnte zuverlässige Leistungsfähigkeit unter erschwerten Bedingungen zu gewährleisten«

Die Erfindung schafft also eine Vorrichtung zur Behandlung von Strömungsmedien, wobei ein Zusatzstoff-Diffusor in einem Strömungsweg einer iod-alströmungseinrichtung vorgesehen ist, um eine homogene Vermischung der Strömungsmedien und eines Zusatzstoffes zu gewährleisten«,

409809/0945

Claims

Ίΐ An einem Gehäuse gelagerter Rotor mit einem daran angebrachten Propollerblatt zur Drehung in einem Strömungsmedium-Durchtritt um eine Drehachse des Rotors nob st einem Zusatz stoff-Diffusor, gekennzeichnet durch einen seitens des Propellerblattes (14) aufgenommenen Dispersionsauslaß (64), eine Zusatzstoff -ZufQii-JUßfisgu^llo, Leitungselemente (68) in dem Rotor, welche den Disperionsauslaß mit der Zusatzstoff-Zuführungsquelle verbinden, um einen Zusatzstoff in den Strömungsdurchtritt zu dispergieren, und eine zusätzliche Steuerung (Rückschlagventilkörper 80) in dem Durchtritt zur Steuerung der Zusatzstoff-Strömung, wobei die Zusatzstoff-Steuerung zwischen einer ersten Stellung, welche normalerweise eine Zusatzstoff-Strömung blockiert, und einer zweiten Stellung beweglich ist, welche eine Zusatzstoff-Strömung durch die Durchtritte ermöglicht, und wobei das Ventilglied von der ersten Stellung in die zweite Stellung in Abhängigkeit von der Rotordrehung beweglich ist.
2. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchtrittselement ein Ventilglied (Rückschlagventilkörper 80) sowie Einlaß- und Auslaßdurchtritte zu der Ventilkammer umfaßt, die in dem Rotor nahe einer wurzel des Propellerblattes ausgebildet sind, daß der Einlaßdurchtritt in Verbindung mit der Zusatzstoff-Zufuhrquelle steht und der Auslaßdurchtritt mit dem Dispersionsauslaß verbunden ist und daß die Zusatzstoff-Steuerung ein Ventilglied (Rückschlagventilkörper 80) ist, welches in allgemein radialer Richtung in eine normalerweise geschlossene erste Stellung vorgespannt und von der normalerweise geschlossenen Stellung allgemein radial nach außen gegenüber der Achse der Rotordrehung in eine zweite Öffnungsstellung beweglich ist, in Abhängigkeit von der Zentrifugalkraft, welche bei einer Rotordrehung auf das Ventilglied wirkt.
3. Diffusor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine darin ausgebildete, allgemein zylindrische Kammer um-

4098Q9/Q945

faßt und daß der Rotor ein allgemein zylindrisches Glied ist, das drehbar innerhalb der Gehäusekammer gelagert ist und einen Strömungsdurchtritt aufweist, wobei das Propellerblatt an der Wandung des Rotors angebracht ist und allgemein radial nach innen von einer innenseitigen Wandung vorsteht.
4. Diffusor nach Anspruch 3, dadurdch gekennzeichnet, daß das Durchtrittselement eine Sammelkammer (38) umfaßt, die in dem Gehäuse in umfangsmäßig verlaufender Beziehung um den Rotor vorgesehen ist und daß ein Zusatzstoff-Sammelring innerhalb der Sammelkammer aufgenommen und an dem Rotor drehbar hiermit angebracht ist, wobei der Zusatzstoff-Sammelring darin ausgebildete Öffnungen in Verbindung mit dem Ventil (Ventilkörper 80) in dem Durchtrittselement und radial nach außen gerichtete Flügel

(86) aufweist, die in einem Stück an dem Ring in überdeckender Beziehung zu den öffnungen in dem Zusatzstoff-Sammelring ausgebildet sind und in Richtung der Rotordrehung weisen, um Zusatzstoffe von der Sammelkammer durch die Öffnungen zu dem Ventil während der Rotordrehung zu führen und zu sammeln.
5. Diffusor nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Propellerblatt (14-) eine stromabwartige nachlaufende Kante aufweist, die radial nach innen von der innenseitigen Wandung des Rotors vorsteht, daß die stromabwärtige nachlaufende Kante des Propellerblattes eine ausreichende Dicke aufweist, um einen Bereich von verhältnismäßig niedrigem Druck in dem Durchtritt des Rotors in stromabwärtiger benachbarter Beziehung zu der nachlaufenden Kante des Blattes bei einer Rotordrehung zu schaffen, und daß dor Dispersionsauslaß in der stromabwärtigen nachlaufenden Kante des Blattes örtlich so angeordnet ist, daß eine Saugkraft geschaffen wird, die eine Zusatzstoff-Diffusion in den Rotor-Strömungsdurchtritt bei einer Rotordrehung ermöglicht.
6. Diffusor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dor Rotor mehrere Propellerblättcr umfaßt, von denen jedes an dor innenseitigen Wandung des Rotors angebracht ist und hiervon

A09809/094S

- 'tO —

radial nach innen vorsteht_s daß die Blätter eine im wesentlichen gleichartige Konstruktion aufweisen und an dem Rotor in einer schraubenförmigen, allgemein symmetrischen Anordnung im Abstand rund um dessen größere Längsachse angeordnet sind und daß jedes der Blatter mehrere Dispersionsauslässe in Verbindung mit einem gemeinsamen Verteiler auf v/eisen, der in dem Blatt (Ί4-) ausgebildet ist, wobei der Verteiler als Teil des Durchtrittselementes zur Zusatzstoff-Dispersion in einer flügelartigen kontinuietlichen Wischwirkung in dem Strömungsdurchtritt bei Drehung des Rotors dient.

7ο Verteiler nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Durchtrittselement eine Sammelkammer (38) in dem Gehäuse in umgebender Beziehung zu dom Rotor aufweist und daß ein Zusatzstoff-Sammelelement an dem Rotor drehbar hiermit angeordnet ist, wobei das Zusatzstoff-Sammelelement innerhalb der Sammelkammer drehbar ist, um Zusatzstoff von der Sammelkammer zu dem Ventil in dem Durchtritt während der Rotordrehung zu richten.

8ο Diffusor nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß das Durchtrittselement eine Ventilkammer sowie Einlaß- und Auslaßdurchtritte zu der Ventilkammer aufweist, welche in dem Rotor neben einer Wurzel des Propellerblattes ausgebildet sind, daß der Einlaßdurchtritt in Verbindung mit der Zusatzstoff-Zuführung.⁰ quelle steht_s daß ein Ventilsitz den Auslaßdurchtritt umgibt., daß der- Auslaßdurchtritt mit dem Dispersionsauslaß in Verbindung steht und daß die Zusatzstoff-Steuerung ein Rückschlagventil umfaßt, das allgemein in Radialrichtung vorgespannt ist., die sich zu einer Rotationsachse des Rotors erstrockt., sowie gegen eine normalerx/eise geschlossene erste Stellung in Anlage gegen den Ventilsitz.

0'9809/0945

Le e rs e

ite