DE2510830A1 - Vorrichtung zum aufteilen eines fluidstromes in mehrere fluesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Aufteilung eines Fluidstromes, der gegebenenfalls suspendiertes Pulver enthält, in mehrere Flüsse.

Man kann in einen Flüssigkeits- oder Gasstrom pulverige Produkte, im allgemeinen "Pulver" genannt, in Suspension einbringen. Man weiß auch durch Anwendung unterschiedlicher bekannter Mittel eine homogene Suspension zu erhalten, d. h. eine Suspension der Art, bei der jedes elementare Volumen des Fluids die gleiche Menge Pulver suspendiert erhält. Die Mehrzahl der industriellen Anwendungen von Gasen, in denen ein Pulver suspendiert ist, macht die Verwendung von homogenen Suspensionen nötig.

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Aber im Fall einer gasförmigen, fluidisierten Strömung wird die Homogenität durch einen Zentrifugaleffekt zerstört, wenn der Gasstrom nicht in gerader Linie strömt $ dies wegen des großen Dichteunterschiedes zwischen den festen Teilchen und dem tragenden Gas.

Wenn nun ein Hauptstrom, der in gerader Richtung herangeführt wird, in mehrere sekundäre Flüsse unterteilt werden soll, ist es sehr schwierig* eine Minderung der Homogenität zu vermeiden und eine gute gleichmäßige Verteilung des Pulvers in den unterschiedlichen sekundären Flüssen zu erzielen. Man stellt im allgemeinen in diesen Flüssen große Unterschiede in der Konzentration des Pulvers fest.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ausgehend von einem einzigen Speisestrom, der ein Pulver in Suspension enthält, eine möglichst homogene Verteilung zwischen den unterschiedlichen sekundären Gasflüssen zu erzielen, die aus dem Hauptstrom kommen.

Eine Lösung dieser Aufgabe ergibt der Gegenstand der Erfindung als eine Vorrichtung zur Verteilung eines Fluids oder eines fluidisierten Stromes auf mehrere Leitungen, welche einen abgeschlossenen Raum bildet, der eine Rotationssymmetrie um eine Längsachse aufweist und durch einen einzigen Einlaß gespeist wird. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung von dem Zufluß ab im Sinne der Strömung nacheinander längs seiner Drehachse die folgenden Elemente aufweist:

- eine Kugelkalotte mit einer normalerweise durch einen Stopfen verschlossene Öffnung, in die von der Seite und unter einem Winkel der Einlaß für die Speisung mündet;

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- einen seitlichen Kegelstumpfmantel mit abnehmendem Durchlaßquerschnitt ;

- einer Endfläche, die mit Öffnungen versehen ist, welche die Anschlußöffnungen für die zu speisenden Leitungen bilden.

Nach einem speziellen Merkmal der Erfindung ist der die Verteilervorrichtung bildende geschlossene Raum innen mit einem abriebfesten Überzug versehen.

Nach einem weiteren speziellen Merkmal der Erfindung ist der Verschlußstopfen für die sphärische Kalotte an der Einströmseite mit zumindest einem Abnutzungs-Prüfzapfen versehen, der in der Rotationsachse des Innenraumes oder in der Nähe dieser Achse angeordnet ist.

Nach einem weiteren besonderen Erfindungsmerkmal trifft die Achse der einzigen Zuführleitung für die Speisung nicht die Rotationsachse des geschlossenen Raumes, so daß im Inneren dieses Raumes eine schraubenlinienförmige Strömung entsteht.

Nach noch einem anderen besonderen Beispiel der Erfindung hat der seitliche Kegelstumpfmantel die gleiche Rotationsachse wie der gesamte Innenraum, und der halbe Spitzenwinkel des seitlichen Kegelstumpfmantels mit seiner Rotationsachse liegt zwischen 4 und 12 Grad, wobei diese Vinkelwerte aufgrund von Experimenten als geeignet erkannt wurden, um eine ausreichende Beschleunigung der schraubenlinienförmigen Strömung im Inneren des Vorrichtungsraumes zu erzeugen, um Wirbel und tote Zonen zu verringern und zu unterdrücken und

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so einerseits das Niederschlagen von Pulver zu vermeiden und andererseits eine gleichmäßige Verteilung des Durchsatzes und der Konzentrationen in den unterschiedlichen Austrittsöffnungen des geschlossenen Raumes zu gewährleisten.

Nach einem anderen zusätzlichen Erfindungsmerkmal ist die Abschlußfläche, die mit Öffnungen versehen ist, welche die Auslässe zu den zu speisenden Leitungen bilden, konkav| ihre Konkavität ist nach dem Innenraurn gerichtet, und die unterschiedlichen Öffnungen sind entsprechend einer Drehsymmetrie um die Längsachse des Innenraumes verteilt.

Nach noch einem besonderen Erfindungsmerkmal ist der seitliche Kegelstumpf mit abnehmendem Querschnitt in Richtung des Flusses an seiner Innenfläche mit Schaufeln oder Leitblechen versehen, die jeweils eine verwundene Ablenkfläche bilden, um die schraubenlinienförmige Bewegung der Strömung zu verstärken. Die Gesamtheit dieser Schaufeln oder Leitflächen hat eine Rotationssymmetrie um die Rotationsachse des geschlossenen Raumes.

Wie man leicht versteht, ist einer der Hauptvorteile der Erfindung darin zu sehen, daß man in einem einzigen Raum das Einführen des Hauptstromes, sein Versetzen in eine schraubenlinienförmige Bewegung, anschließend eine Beschleunigung erzielen kann, welche die Wirkung hat, jedes Verlangsamen und jedes gegebenenfalls mögliche Absetzen von in der Strömung suspendiertem Pulver zu vermeiden und schließlich die Verteilung des Stromes auf mehrere Ausgangsleitungen nach einem Gesetz zu erzielen, das ein Gesetz der gleichmäßigen Verteilung sein kann.

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Ein weiterer Vorteil der erfindangsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sie nur einen kleinen Raum einnimmt.

Noch ein Vorteil der Erfindung ist, daß sie eine leichte Prüfung der Abnutzung der inneren Auskleidung des betreffenden Raumes erlaubt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auf Wunsch in einem, zwei oder mehreren durch Flansche zusammengefaßten Teilen hergestellt werden, sie soll aber auf jeden Fall einen einzigen und gleichen geschlossenen Raum bilden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr als die Erfindung betreffendes Beispiel ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben, die "Verteiler" genannt wird.

Es handelt sich bei diesem Beispiel darum, einen einzigen Hauptstrom, der aus reinem Sauerstoff mit in ihm suspendiertem Kalkpulver besteht und einen Gehalt von 2 kg Kalkpulver je Normalkubikmeter Sauerstoff enthält und unter einem Druck von 10 bar am Einlaß des Verteilers einströmt, gleichmäßig auf fünf Abzweige zu verteilen. In der Zeichnung zeigen s

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Verteiler, der außerdem drei von den fünf bestehenden Abzweigen sichtbar macht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Verteiler längs der Linie B-B¹ in Fig. 1,

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Fig. 3 einen Querschnitt durch den Verteiler längs der Linie C-C' in Fig. 1.

Aus der Figur 1 erkennt man, daß der Hauptstrom, der durch die Einlaßleitung 1 kommt, in schräger Richtung und seitlich sowie in exzentrischer Weise (vgl. die Fig. 2) in den geschlossenen, den Verteiler bildenden Raum 2 eintritt, der eine Rotationssymmetrie um die geometrische Achse 3 aufweist.

Die Wände dieses Raumes 2 sind mit einem abriebfesten Materialüberzug 4 versehen und haben - gesehen mit der Ström ungs richtung im Sinne dieses Stromes - folgende Elemente:

a) die sphärische Kalotte 5, die den zuflußseitigen Boden des Verteilers bildet und eine Öffnung aufweist, die normalerweise durch den Verschlußstopfen 6 verschlossen ist; dieser Stopfen hat in seiner Achse einen A bnut zung sprüf zapf en, der lösbar und austauschbar ist,

b) einen kegelstumpfmantelförmigen Behälterteil 8 mit abnehmendem Querschnitt, der mit der Drehsymmetrieachse 3 einen halben Spitzenwinkel von 7 hat,

c) eine Endfläche 9, die in der Fig. 1 wenig sichtbar ist, besser aber in der Fig. 3, und die die fünf Auslässe, wie 10, enthält, von denen nur drei in der Fig. 1 dargestellt sind. Ihre Verteilung ergibt sich aus der Fig. 3. Diese Auslässe können ggf. einen konvergent-divergenten Abschnitt aufweisen oder lediglich ganz einfach einen divergenten Abschnitt, was es möglich macht - wie aus der Mechanik der

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Fluide bekannt - eine Zunahme der zusätzlichen Geschwindigkeiten in jedem der sieben aus dem Verteiler austretenden Flüsse ergibt. Diese Bedingung ist aber nicht unbedingt notwendig.

In der Fig. 2, einem Querschnitt durch die Vorrichtung nach der gebrochenen Schnittlinie B-B¹, sieht man, daß die Achse 11 der Zuführleitung 1 nicht durch die Längsachse 3 des geschlossenen Raumes geht, die in der Fig. 2 durch einen einfachen Punkt dargestellt ist, der ihre Spur in der Zeichenebene bildet.

So bringt die Einlaßleitung 1 seitlich schräg und exzentrisch in dem geschlossenen Raum 2 infolge der Reaktion an den Wänden, wie 4, des geschlossenen Raumes, eine schraubenlmienförmige Bewegung der Strömung zustande.

Die Strömungsfäden mit dieser schraubenlinienförmigen Bewegung erhöhen ihre Geschwindigkeit im Inneren des geschlossenen Raumes 2 wegen des abnehmenden Querschnitts des kegelstumpfmantelförmigen Teiles 8 des Raumes 2.

Die Figur 3 zeigt auf der Endabschlußfläche 9 die fünf Abflüsse; einer zentral, die vier anderen schräg relativ zur Achse 3, aber normal relativ zu der Endabschluß fläche 9, die eine Rotations symmetrie um die Längsachse 3 aufweist. Diese Fig. 3 ist eine Wiedergabe des metallischen Teiles der Endabschlußfläche. Dieser metallische Teil, wie der ganze Raum 2, ist an der Innenseite mit einem abriebfesten Material ausgekleidet, wie 4, das in der Fig. 1 aber nicht in Fig. 3 dargestellt ist. Unter Berücksichtigung der Dicke dieser inneren Aus-

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kleidung sind die fünf Ausflußöffnungen für die fünf abzweigenden Leitungen einander auf der inneren Fläche der End- oder Abschlußfläche des geschlossenen Raumes sehr nahe, und die zwischen ihnen vorhandenen toten Zonen haben sehr geringe Ausdehnung, was in der Fig. 3 nicht eindeutig sichtbar ist.

Die Fig. 3 zeigt einen zentralen Abfluß 10a, vier seitliche schräggestellte Abflüsse 10b, 10 c, 1Od, 1Oe, deren Achsen sämtlich senkrecht zur Oberfläche des Abschlusses 9 liegen.

In dem vorliegenden Aesführungsbeispiel hat jeder Abfluß in der abriebfesten Auskleidung und in dem metallischen Teil einen ersten Abschnitt 12 von einem bestimmten Durchmesser, auf den in dem metallischen Teil allein ein zweiter Abschnitt 13 mit größerem Durchmesser folgt, der dem Durchmesser jeder Abflußleitung angepaßt ist.

Die Endabschlußfläche 9, als Rotationsfläche und nach außen gewölbt, wendet demnach ihre Konkavität dem Inneren des abgeschlossenen Raumes 2 zu. Die schraubenlinienförmige Bewegung der Strömung im Inneren des Raumes 2 verteilt diesen Fluß auf die fünf Ausflüsse in sehr gleichmäßiger Weise, sowohl was den gesamten Durchsatz, als auch die Konzentration des Pulvers im Traggas betrifft.

Die gleichmäßige Verteilung der Strömung auf die fünf Abflüsse wird noch verbessert durch eine genau gesteuerte schraubenlinienförmige Strömung, wenn man im Inneren des kegelstumpfförmigen Teils 8 des geschlossenen Raumes 2 Schaufeln oder Leitbleche wie 14 anordnet, die jeweils aus Mner verwundenen Fläche bestehen und eine Leit-

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fläche bilden. Die Gesamtheit dieser Schaufeln oder Leitflächen hat eine Drehsymmetrie um die Längsachse des Raumes 2. Schaufeln, wie 4, sind aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich.

Es dürfte klar sein, daß man ohne Verlassen des Rahmens der Erfindung Varianten und Verbesserungen in Einzelheiten ersinnen und auch die Verwendung äquivalenter Mittel ins Auge fassen kann. So ist es möglich, wenn man eine Ungleichmäßigkeit der Durchsätze bei unterschiedlichen Ausflußöffnungen oder Leitungen erhalten will, entweder die Austrittsquerschnitte oder die Winkel der Achse der Austrittsöffnungen gegenüber der Endabschlußfläche des Verteilerraumes zu ändern.

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Claims (5)

Patentansprüche

1.)Vorrichtung zum Verteilen eines Fluids oder einer fluidisierten Strömung auf mehrere Leitungen, bestehend aus einem geschlossenen Raum, der eine Drehsymmetrie um eine Längsachse hat und von einem einzigen Einlaß gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Raum (2) in der Flußrichtung vom Einlaß zum Auslaß längs seiner Drehachse (3) aufweist; eine sphärische Kalotte (5), die mit einer normalerweise durch einen Stopfen (6) geschlossenen Öffnung versehen ist und seitlich sowie schräg die einzige Zuflußöffnung (l) aufnimmt, deren Achse (ll) die Rotationsachse (3) der Verteilervorrichtung nicht trifft und so Anlaß zum Entstehen einer schraubenlinienförmigen Strömungsbewegung im Inneren des geschlossenen Gefäßes gibt; einen kegelstumpfmantelförmigen Behälterteil (8) mit abnehmendem Querschnitt? einer Endabschlußfläche (9), die mit Öffnungen versehen ist, welche die Abläufe (lO) für die zu speisenden Leitungen bilden, die entsprechend einer Drehsymmetrie um die Längsrotationsachse (3) verteilt sind, wobei die Konkavität dieser Endabschlußfläche nach dem Innenraum gerichtet ist, der die Verteilervorrichtung bildet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum (2), der den Verteiler bildet, an seiner Innenfläche mit einer abriebfesten Auskleidung" (4) versehen ist.

3. Vorrichtung nach dem einen oder anderem der Ansprüche 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußstopfen (6) der sphärischen

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Kalotte (5), die an der Einlaufseite sitzt, mit zumindest einem Abnutzungsprüfzapfen (7) versehen ist, der in der Eotationsachse (3) oder in deren Nähe sitzt.

4. Vorrichtung nach dem einen oder anderem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der halbe Spitzenwinkel des seitlichen Kegelstumpfmantelteiles (8) mit seiner Rotationsachse (3) zwischen 4 und 12 Grad liegt und zu einer geeigneten Beschleunigung der schraubenlinienförmigen Strömung im Inneren der Verteilervorrichtung führt, welche Wirbel und tote Zonen vermindert oder vermeidet.

5. Vorrichtung nach einem oder dem anderen der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelstumpfmantelförmige seitliche Abschnitt (8) mit sich im Sinne der Strömung verringerndem Querschnitt an seiner Innenseite mit Schaufeln (14) versehen ist, die je eine verwundene Ablenkfläche bilden und die Schraubenlinienbewegung der Strömung verstärken, wobei die Gesamtheit dieser Schaufeln drshsymmetrisch zu der Rotationsachse (3) des Vorrichtungsinnenraumes (2) ist.

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