DE2362557C2 - Einrichtung zur Herstellung strömungswiderstandsverminderndfar Lösungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Herstellung strömungswiderstandsvermindernder Lösungen, die in die Grenzschicht eines durch eine rohrförmige Hauptleitung strömenden Mediums eingebracht werden, mit einem im Nebenschluß zur Hauptleitung vorgesehenen Mischkreis, dem eine Zumischdüse, ein Vorratsbehälter für widerstandsvermindernde Additive und ein Hydrationstand zugeordnet sind, wobei zwisehen der Hauptleitung und dem Hydrationstank eine die Zumischdüse enthaltende Zuleitung verläuft

Aus der DT-OS 20 51 873 ist ein Verfahren und eine

Vorrichtung zur Mischung löslicher Polymermaterialicn mit einer Flüssigkeit und insbesondere das leichte und wirksame Mischen löslicher Materialien mit einem flüssigen Lösungsmittel bekannt Mit diesem Verfahren und der Vorrichtung können strömungswidsrstandsreduzierende Lösungen auf kontinuierlicher Basis hergestellt werden. Das Verfahren und die Vorrichtung dienen zum Mischen eines Additivs- oder Zusatzes mit einer Flüssigkeit und zum Einspritzen dieser Mischung in eine Grenzschicht, um die Reibung zwischen der Flüssigkeit oder Oberfläche eines Körpers zu vermindern, der sich relativ zu der Flüssigkeit bewegt Insbesondere ist es möglich, das Verfahren und die Vorrichtung in der Schiffahrt zum schnellen Mischen von Wasser und einem Polymerzusatz anzuwenden. Das Polymer ist unmittelbar vor dem Zeitpunkt wirksam hydratisiert, zu dem es entlang der Oberfläche, an der die Reibung vermindert werden soll, injiziert wird.

In der genannten Offenlegungsschrift ist eine Vorrichtung zur Zuführung von widerstandsvermindernden Zusätzen beschrieben, die eine Mischkammer zur schnellen Bildung einer Suspension des löslichen Polymermaterials in einem Lösungsmittel einen Behälter zum Hydratisieren der Suspension und eine Vorrichtung zum Einspritzen der gebildeten Lösung in die Grenzschicht mit einer für eine Widerstandsverminderung ausreichenden Fließgeschwindigkeit aufweist Hierbei ist die Mischkammer in einer zwischen der Hauptleitung und dem Hydrationsbehälter verlaufenden Rohrleitung angeordnet Die Suspension wird so lange hydratisiert, bis eine beträchtliche Lösung des Polymers eingetreten ist, wobei die Lösung eine stärkere Konzentration hat als sie für die Widerstandsverminderung benötigt wird. Die Mischkammer kann eine Anordnung aufweisen, in der Polymermaterial mit einem Strahl des Lösungsmittels in Berührung gebracht wird und in der die Hydratisation während des Durchflusses der Lösung fortschreitet Auch können Mittei zum Verdünnen der Lösung mit zugefügtem Lösungsmittel vorgesehen sein. Bei dieser Vorrichtung ist es nachteilig, daß infolge der vielen Abzweigleitungen und der Staudüsen hohe hydrodynamische Verluste auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Herstellung strömungswiderstandsvermindernder Lösungen, die in die Grenzschicht eines durch eine rohrförmige Leitung strömenden Mediums eingebracht werden, zu schaffen, bei der verhältnismäßig geringe hydrodynamische Verluste auftreten und die konstruktiv optimal gestaltet ist

Die Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hydrationstank koaxial um die Hauptleitung angeordnet ist, daß die Zuleitung unter einem von dem Geschwindigkeitsverhältnis bzw. Durchsatzmengenverhältnis der Hauptleitung zur Zuleitung abhängigen Winkel an der Hauptleitung befestigt ist und daß der Innenraum des Hydrationstanks über eine Mischdüse mit der Hauptleitung in Verbindung steht

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß durch die bauliche Ausgestaltung ein Minimum an Druckverlusten im Mischkreis erreicht wird, wodurch die von der gesamten Einrichtung in der Hauptleitung erzeugten Verluste verhältnismäßig gering sind. Es wird somit erreicht, daß nur ein geringer Prozentsatz des durch die Widerstandsverminderung erzielten Druckgewinnes zum Betrieb der Einrichtung, wieder verwandt werden muß. Der Gesamtwirkunnsaxad der

Einrichtung wird erhöht und der praktische Nutzeffekt vergrößert, so daß ein sinnvoller Einsatz gewährleistet ist. Ein weiterer erfindungsgemäßer Verteil ist in der äußerst kompakten und handlichen Bauweise zu sehen, was bei einer Ausbildung der Einrichtung als'tragbares' s Gerät besonders vorteilhaft ist

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daft die Mischdüse im Innenraum des I lydrationstanks ingeordnet ist Es ist zweckmäßig, sie in der Nähe des Endbodens des Hydrationstanks zu befestigen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, caß in der Nähe der Mischdüse an der Hauptleitung ein Zentrierring befestigt ist, der über Stützelemente mit dem Endboden und/oder den Seitenwänden des Hydrationstanks mechanisch fest verbunden ist Hierdurch wird zusammen mit dem anderen, der Zuleitung näher liegenden Endboden eine sichere Lagerung der Hauptleitung innerhalb des Hydrationstanks erreicht Erfindungsgemäß kann an diesem Endboden die Zumischdüse befestigt sein. Es ist vorgesehen, eine von Hand oder automatisch regelbare Zumischdüse zu verwenden.

Erfindungsgemäß wird weiterhin vorgeschlagen, daß der der Zumischdüse benachbarte Endboden des Hydrationstanks verschiebbar ist Durch eine Volumenänderung des Hydrationstanks kann vorteilhafterweise die Hydrationszeit optimal eingestellt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß alle Bauelemente in einem Gehäuse untergebracht sind, das von außen zugängliche Bedienungselemente und Anschlußelemente zum Anschluß von Schläuchen od. dgl, insbesondere Feuerwehrschläuchen, an die Hauptleitung aufweist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung nach der Erfindung dargestellt Die Einrichtung zur Herstellung strömungswiderstandsvermindernder Lösungen weist einen Hydrationstank 1 auf, durch dessen Endböden 2 und 3 eine rohrförmige Hauptleitung 4 geführt ist Die Hauptleitung 4 ist mit Hilfe von Dichtelementen 5 und 6 mit den Endböden 2 und 3 des Hydrationstanks 1 flüssigkeitsdicht verbunden. Eine zeichnerisch nicht dargestellte Pumpe fördert durch die Hauptleitung 4 einen Wasserstrom, in dessen Grenzschicht Über eine Mischdüse 7 die strömungswiderstandsvermindernden Additive eingespritzt werden. Die Mischdüse 7 ist im Inneren des Hydrationstanks 1 in der Nähe des Endbodens 3 angeordnet. Im Bereich der Mischdüse 7 ist auf der Hauptleitung 4 ein Zentrierring 8 angeordnet, der über z. B. runde oder viereckige Stützelemente 9 mit dem Endboden 3 des Hydrationstanks 1 mechanisch fest verbunden ist. Die Stützelemente 9 können auch an die zeichnerisch nicht näher bezeichneten Seitenwände des Hydrationstanks geführt sein.

Der Innenraum 10 des Hydrationstanks 1 steht über eine Zuleitung 11, die durch den Endboden 2 des Hydrationstanks geführt und unter einem Winkel <x an einem außerhalb des Hydrationstanks 1 liegenden Stück der Hauptleitung 4 mechanisch befestigt ist, mit dem Innenraum der Hauptleitung 4 in Verbindung. Der optimale Winkel λ ist von dem Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit in der Hauptleitung 4 und der Strömungsgeschwindigkeit in der Zuleitung 11 oder entsprechend dem Verhältnis der Durchsatzmengen dieser beiden Leitungen abhängig und beträgt in diesem Ausfuhrungsfall 15°.

In der Zuleitung U ist eine Zumischdüse 12 angeord-

net, die über eine Rohrleitung 13, einen Dreiwegehahn 14 und über Rohrleitungen 15 bzw. 16 mit einem Vorratsbehälter 17 für chemische Additive bzw. mit einem eine Sperr- bzw. Pufferflüssigkeit enthaltenden Behälter 18 mechanisch fest verbunden. In den Behältern 17 bzw. 18 ist jeweils eine Rollmembran 19 bzw. 20 angeordnet die zur Trennung der widerstandsvermindernden Additive bzw. der Sperr- oder Pufferflüssigkeit von den Treibmedien vorgesehen sind. Als Treibmedien wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl für den Vorratsbehälter 17 als auch für den Sperr- oder Pufferflüssigkeitsbehälter 18 Wasser verwendet das der Hauptleitung 4 über Rohrleitungen 21 und 22 entnommen wird. Es ist auch möglich, die Rohrleitungen 21 und 22 an zeichnerisch nicht dargestellte Druckeinrichtungen zur Förderung der chemischen Additive und/oder der Sperr- oder Pufferflüssigkeit anzuschließen. In diesem Falle kommen außer Wasser noch andere Treibmedien in Frage. Auch ist es zweckmäßig, in allen Rohrleitungen zeichnerisch nicht dargestellte Ventile anzuordnen, die ein Zurückfließen der Treibmedien, der chemischen Additive, der Sperroder Pufferflüssigkeit bzw. der Polymerlösung verhindern.

Als chemische Additive im Vorratsbehälter 17 können alle Polymere und Zusätze verwendet werden, die die Eigenschaft der Widerstandsverminderung aufweisen, wenn sie mit einer Flüssigkeit gemischt werden. Im allgemeinen ist das Polymer im Vorratsbehälter 17 in einer Lösung neutraler Dichte suspendiert, die das gleiche spezifische Gewicht wie das Polymer besitzt und mit dem Polymer nicht reagiert Ein Beispie! einer derartigen Lösung ist eine Lösung neutraler Dichte aus Äthylen-Glycol, der Bleiazetat oder Zinkjodid zugesetzt ist Ein weiteres System ist die Kombination aus Alkoholen, z. 3. Glyzerin. Auch als Sperr- oder Pufferflüssigkeit können Alkohole verwendet werden.

Die Funktion der gesamten Einrichtung sei an Hand eines Abstellvorganges beschrieben. Hierbei sind die Strömungsrichtungen der verschiedenen Flüssigkeiten in den Rohrleitungen und Düsen durch Pfeile gekennzeichnet Fließt durch die Hauptleitung 4 ein Wasserstrom, so tritt ein Teil dieses Stromes in die Zuleitung U und die Rohrleitungen 21 und 22 ein. In der Zuleitung 11 entsteht ein kontinuierlicher Wasserstrom, der über den Hydrationstank 1 und die Mischdüse 7 wieder in die Hauptleitung 4 eintritt. Hingegen kommt das in die Rohrleitungen 21 und 22 fließende Wasser dann zum Stillstand, wenn es mit den in den Behältern 17 bzw. 18 enthaltenen Membranen 19 bzw, 20 in Berührung kommt. Auf die Membranen wird dann ein Druck ausgeübt, so daß die chemischen Additive aus dem Vorratsbehälter 17 in die Rohrleitung 15 und die Sperrbzw. Pufferflüssigkeit aus dem Behälter 18 in die Rohrleitung 16 gedrückt werden. In der in der Zeichnung dargestellten Stellung des Dreiwegehahnes 14 ist der Vorratsbehälter 17 über die Rohrleitungen 15 und 13 mit der Zumischdüse 12 verbunden, während die Verbindung des Behälers 18 für die Sperr- bzw. Pufferflüssigkeit zur Zumischdüse t2 gesperrt ist Die chemischen Additive aus dem Vorratsbehälter 17 gelangen in die Zumischdüse 12, in der sie dem durch die Zuleitung 11 fließenden Wasserstrom beigemischt werden. Diese Mischung wird in dem Hydrationstank hydratisiert und anschließend über die Mischdüse 7 dem Wasserstrom in der Hauptleitung 4 zugeführt. Der Endboden 2 des Hydrationstanks 1 ist mit Hilfe von zeichnerisch nicht dargestellten mechanischen Mitteln verstellbar, so daß

die Hydrationszeit durch eine Volumenänderung des Hydrationstanks optimal einstellbar ist

Um die Einrichtung einwandfrei abzustellen, wird zunächst der Dreiwegehahn 14 in seine zweite Stellung gebracht, so daß der Sp irr- oder Pufferflüssigkeitsbehälter 18 mit der Zumischdüse 12 über die Rohrleitungen 16 und 13 in Verbindung steht Die Sperr- bzw. Pufferflüssigkeit drückt den Rest der in der Rohrleitung 13 vorhandenen chemischen Additive in die Zuleitung 11. Sobald die Zuleitung 11 und die Eingangsöffnung der Zumischdüse 12 mit Sperr- bzw. Pufferflüssigkeit gefüllt sind, kann die Vorrichtung abgestellt werden, ohne daß eine Verstopfung der Rohrleitungen bzw. der Zumischdüse 12 auftreten kann. Auch ist dann ein erneutes einwandfreies Anfahren der Vorrichtung möglich.

An Stelle des Dreiwegehahns ist es möglich, eine Regelautomatik vorzusehen, mit deren Hilfe eine automatische Umschaltung von einem instationären in einen stationären Strömungszustand oder umgekehrt erfolgen kann.

Es ist zweckmäßig, alle Bauelemente 1 bis 22 der Einrichtung in einem .Gehäuse unterzubringen. Das Gehäuse muß dann von außen zugängliche Bedienungsund Anschlußelemente aufweisen. Als Anschlußelemen-

S te können Überwurfmuttern vorgesehen sein, die einen schnellen Anschluß von Schläuchen od. dgL, insbesondere von Feuerwehrschläuchen, an die Enden der rohrförmigen Hauptleitung 4 ermöglichen. Die Hauptleitung 4 kann aus einem Metall-, Kunststoffrohr oder einem Schlauch hergestellt sein.

Als Anwendungsgebiet für die vorgeschlagene Einrichtung kommen auch festinstallierte Sprinklersysteme in Frage, insbesondere automatische Feuerlöscheinrichtungen in Kaufhäusern od. dgL Mit der Einrichtung

is wird-eine größere Reichweite und stärkere Bündelung des Austrittsstrahls als bei den herkömmlichen Löscheinrichtungen erreicht. Hierdurch ist eine Feuerbekämpfungsverbesserung sowie eine Verminderung der durch das Löschwasser auftretenden Folgeschäden sichergestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Herstellung strömungswiderstandsverminderndcr Lösungen, die in die Grenz- s schicht eines durch eine rohrförmige Hauptleitung strömenden Mediums eingebracht werden, mit einem im Nebenschluß zur Hauptleitung vorgesehenen Mischkreis, dem eine Zumischdüse, ein Vorratsbehälter für widerstandsvermindernde Additive und ein Hydrationstatik zugeordnet sind, wobei zwischen der Hauptleitung und dem Hydrationstank eine die Zumischdüse enthaltende Zuleitung verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydrationstank (1) koaxial um die Hauptleitung (4) angeordnet ist, daß die Zuleitung (11) unter einem von dem Geschwindigkeitsverhältnis bzw. Durchsatzmengenverhältnis der Hauptleitung zur Zuleitung abhängigen Winke! (α) an der Hauptleitung befestigt ist und daß der Innenraum (10) des Hydrat ions tank s über eine Mischdüse (7) mit der Hauptleitung in Verbindung steht

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine im Innenraum (10) des Hydrationstanks

(1) angeordnete Mischdüse (7).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischdüse (7) in der Nähe des Endbodens (3) des Hydrationstanks (1) angeordnet ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet durch einen in der Nähe der Mischdüse (7) mn der Hauptleitung (4) befestigten Zentrierring (8), der über Stützelemente (9) mit dem Endboden (3) und/oder den Seitenwänden des Hydrationstanks (1) mechanisch fest verbunden ist

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischdüse (12) direkt an dem der Zuleitung (U) näherliegenden Endboden (2) befestigt ist

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 5, gekennzeichnet durch eine von Hand oder automatisch regelbare Zumischdüse (12).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der der Zumischdüse (12) benachbarte Endboden (2) des Hydrationstanks (1) verschiebbar ist

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bauelemente (1 bis 22) in einem Gehäuse untergebracht sind, das von außen zugängliche Bedienungselemente und An-Schlußelemente zum Anschluß von Schläuchen od dgl, insbesondere Feuerwehrschläuchen, an die Hauptleitung (4) aufweist