DE2548432A1

DE2548432A1 - Vorrichtung zur erzeugung eines rotierenden duesen- oder spruehstrahles

Info

Publication number: DE2548432A1
Application number: DE19752548432
Authority: DE
Inventors: Bernard Eaton Hart
Original assignee: HART BERNARD EATON
Current assignee: Harben Systems Ltd
Priority date: 1974-10-30
Filing date: 1975-10-29
Publication date: 1976-05-13
Also published as: DE2548432C2

Description

Vorrichtung zur Erzeugung eines rotierenden Düsen-oder Sprühstrahles Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstanregende Vorrichtung zur Erzeugung eines rotierenden Düsen- oder Sprühstrahles, der gegen eine Fläche gerichtet ist und z. B. diese die Vorrichtung tragende Fläche reinigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine einen Sprühstrahl bildende Düse auf, die mit einem Druckfluiderzeuger verbunden ist und um eine zur Düsenachse versetzte, senkrecht zur angeströmten Fläche verlaufende Drehachse rotiert, wobei die Düsenachse zur Drehachse derart geneigt ist, -daß das ausströmende Fluid eine die Düse antreibende Drehkraft erzeugt. Erfindungsgemäß besitzt diese Sprühvorrichtung eine von der umlaufenden Düse angetriebene Einrichtung zum-Erzeugen einer Fluidströmung aus dem die Vorrichtung umgebenden Medium, die auf die Vorrichtung eine in Richtung der Drehachse wirkende Kraft ausübt.
Diese Einrichtung kann so ausgerichtet sein, daß die von ihr erzeugte Kraft die Vorrichtung gegenüber der Fläche anhebt und abstützt oder daß sich die Vorrichtung durch diese Kraft an die Fläche anlegt. Die Einrichtung kann ein sich radial von der Drehachse erstreckendes langgezogenes Organ aufweisen, das bei einer Drehung der Düse in einer sich radial erstreckenden Kammer um die Drehachse umläuft.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch eine Sprühvorrichtung; Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Sprühvorrichtung nach Fig. 1; Fig. 3 einen Ausschnitt der Sprühvorrichtung nach Fig. 1 längs der Schnittlinie III-III in Fig. 1; Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Sprühvorrichtung.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Sprühvorrichtung enthält mehrere um gleiche Winkel gegeneinander versetzt angeordnete Radialarme 1, von denen lediglich zwei dargestellt sind. Jeder einen Strömungskanal 2 enthaltende Arm 1 weist an seinem äußeren Ende eine Düse 3 und an seinem inneren Ende einen Drehteil 4 einer Kupplung 5 auf und ist um eine Drehachse 6 drehbar, wie dies in der GB-Anmeldung 16 356/74 beschrieben ist. Ein ortsfester Teil 7 der Kupplung 5 ist über einen Einlaß 8 mit einem - nicht dargestellten - Druckfluiderzeuger verbunden. Beispielsweise kann der Einlaß 8 über einen kurzen Schlauch an ein Metallrohr angeschlossen sein, in dem ein Ein-Aus-Schaltventil angeordnet ist und das über einen flexiblen Schlauch mit einem Hochdruckfluid, z. B. Wasser, beaufschlagt wird, wobei das Ventil eine Steuerfunktion für die Drehbewegung der Sprühvorrichtung ausübt.
Die Achse 9 jeder Düse 3 erstreckt sich in einer parallelen Ebene zur Achse 6 und ist zu dieser Achse 6 und zur Drehebene der Düse in einem Winkel geneigt, so daß das aus der Düse austretende Fluid eine Kraft auf die Düse ausübt, die eine Drehbewegung des Düsenarmes 1 um die Drehachse 6 bewirkt. Dabei hängt die Drehzahl der Düsen von dem Druck des ankommenden Fluides und dem Neigungswinkel der Düse ab.
Die Arme 1 laufen in einer radial äußeren Kammer um, die durch einen ortsfesten oberen radialen Haubenteil 13, welcher über Streben 13a an einem festen Teil 14 der Kupplung 5 angeschlossen ist, und einen unteren radialen Deckelteil 11 gebildet wird, der an dem Drehteil 4 der Kupplung 5 befestigt ist und mit den Armen 1 sowie den Düsen 3 umläuft. Der untere Deckel 11 weist mit den Düsenachsen 9 fluchtende ffnungen 12 auf, durch die die Düsen- bzw. Sprühstrahlen austreten können.
Der obere Haubenteil 13 begrenzt in seinem mittleren Teil einen Lufteinlaß 15. Die beiden Teile 11 und 13 der Abdeckung bilden zusammen einen ringförmigen axial gerichteten Abströmkanal 18 zwischen ihren abgebogenen Rändern 16, 17.
Die Endkante 17 der oberen Haube 13 erstreckt sich bis unter die Endkante 16 des Deckels 11 und weist eine verformbare Dichtung 19 auf, die entweder als verformbarer Ring oder auch als Bürste ausgebildet sein kann.
Die Sprühvorrichtung enthält ferner eine Einrichtung zur Erzeugung eines Luftstromes in der von der Abdeckung gebildeten Kammer, welcher die Sprühvorrichtung oberhalb einer Fläche 20 trägt. Diese Einrichtung weist mehrere, z. B.
sechs, unter gleichen Winkeln gegeneinander versetzte radiale Flügel 10 auf, die an dem Deckelteil il montiert sind.
Im Betrieb wird die Sprühvorrichtung auf die Fläche 20, z. B. eine Straße oder einen Papiermaschinen-Filz, aufgesetzt, die mit dem aus den Düsen austretenden Druckfluid gereinigt werden soll. Die durch das Druckfluid rotierenden Radialarme 1 nehmen die Flügelblätter 10 mit, die in der Kammer einen von dem radial inneren Einlaß 15 zu dem Ringkanal 18 nach radial auswärts gerichteten Luftstrom erzeugen, der als axial gerichteter Ringströmung austritt und den Raum zwischen dem Deckel 11 und der Fläche 20 mit Druckluft füllt.
Durch das sich unter dem Deckel 11 und oberhalb der Fläche 20 ausbildende Luftkissen wird die Sprühvorrichtung angehoben und gehalten. Eine entsprechend abgeänderte Ausführung könnte auch lediglich durch die Rückstoßkraft eines ringförmigen Luftstromes getragen werden.
Da die Sprühvorrichtung sich über ein Luftkissen auf der Fläche 20 abstützt, kann sie einfach gesteuert werden und ist gegenüber mechanisch getragenen Vorrichtungen unempfindlicher gegen Störungen. Darüber hinaus ist eine Drehzahlsteuerung der Vorrichtung, wie sie z. B. in der oben genannten GB-Anmeldung beschrieben ist, unnötig, weil durch die Pumpwirkung der Flügel überschüssige Energien absorbiert werden, die andernfalls die Drehzahl der Vorrichtung in unzulässiger Weise erhöhen könnte. Als einzige Maßnahme ist lediglich die Neigung der Düsen in Abhängigkeit vom Druck des der Vorrichtung zugeführten Fluides einzustellen, um eine gewünschte Umlaufgeschwindigkeit zu erhalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die obere Haube und der untere Deckel mit den Flügeln aus einem hochfesten pulver-gegossenen Polyäthylen, wobei die Wandstärke zwischen 3 und 4,5 mm betragen kann. Das Wasser strömt der Vorrichtung mit einem Druck von vorzugsweise 300 psi zu, und die Drehzahl der Sprührohre liegt zwischen 200 und 300 Upm. Bei dieser Drehzahl wird eine ausreichend große Luftströmung zum Anheben und Halten der Vorrichtung oberhalb der Fläche 20 erzeugt.
Bei einer beispielsweise in der GB-Anmeldung 16 356/74 beschriebenen Sprühvorrichtung können von den Düsenstrahlen erzeugte nicht unerhebliche Führungskräfte auf die Vorrichtung längs der Rotationsachsen auftreten, die die Vorrichtung von der Prallfläche der Düsenstrahlen wegbewegen. Bei vertikaler Drehachse sind diese Reaktionen zwar unerheblich, sie können jedoch nicht mehr toleriert werden, wenn die Drehachse zur Vertikalen bzw. zur Horizontalen geneigt ist. Wenn die Sprühvorrichtung beispielsweise zum Reinigen von Schiffsrümpfen verwendet wird, können diese Reaktionskräfte insbesondere bei einer Reinigung mit Wasser die Handhabung dieses Sprühapparates erheblich erschweren. Diese Schwierigkeit wird bei einer Ausführung nach Fig. 4 beseitigt, die im wesentlichen derjenigen nach den Fig. 1 bis 3 entspricht, die jedoch so ausgebildet ist, daß die erzeugte Luftströmung den axialen Reaktionskräften der Düsenstrahlen gegen die Fläche 20 mehr entgegenwirkt als bei der Ausführung nach den Fig.
1 bis 3.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 sind die der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 entsprechenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, die auch nicht mehr im einzelnen beschrieben werden. Diese Sprühvorrichtung ist vorzugsweise für einen Betrieb mit einem gasförmigen Medium, z. B. Luft, ausgelegt. Der Lufteinlaß in die Kammer befindet sich neben dem Mittelpunkt des drehbaren Deckels 11 und der Luftauslaß am Kammerumfang innerhalb der festen Haube 13. Mehrere gegeneinander winkelversetzt angeordnete Einlaßöffnungen 30 sind im mittleren Bereich des Deckels 11 vorgesehen, wobei die Haube 13 - unter Weglassen des Einlasses 15 - zentral mit der Kupplung 5 in Eingriff steht und mehrere gegeneinander winkelversetzt angeordnete Auslaßöffnungen 31 in ihrem Umfangsbereich aufweist.
Wenn die Arme 1 und mit ihnen die Flügel 6 rotieren, wird das Fluid in die Kammer zwischen den Abdeckungen 11 und 13 durch die Öffnungen 30 aus dem Raum zwischen der Fläche 20 und dem Deckel 11 eingesaugt und aus der Kammer durch die Abströmöffnungen 31 abgeblasen. Dadurch entsteht ein Unterdruck oberhalb der Fläche 20, welcher eine Anziehung der Vorrichtung gegen diese Fläche bewirkt. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, daß dieser Unterdruck zumindest teilweise oder vorzugsweise vollständig den axialen Reaktionen entgegenwirkt, die durch die Düsenstrahlen aus der Ringdüse erzeugt werden, wobei in gegenseitiger Abstimmung dieser Kräfte die Vorrichtung definitiv an der Fläche 20 gehalten werden kann.
Der Rand des Deckels 11 weist bei der Ausführung nach Fig. 4 eine Dichtung 19 auf oder kann mit - nicht dargestellten - Rollen versehen sein, die eine Bewegung der Vorrichtung auf der Fläche 20 unterstützen.
Für einen Unterwasserbetrieb können die Flügel 6 weggelassen werden, wobei dann die Fluidströmung in der Kammer zwischen den Abdeckungen 11 und 13 durch die Wirkung der Radialarme 1 auf das in der Kammer enthaltene Wasser bewirkt wird.
Diese Arme 1 versetzen das Wasser in der Kammer in eine Drehbewegung, durch die es unter der Wirkung von Zentrifugalkräften nach radial auswärts gedrückt wird und aus der Kammer durch die Umfangsöffnungen 31 abströmt. Das Wasser wird in die Kammer durch die Zentralöffnungen 30 aus dem Raum zwischen dem Deckel 11 und der Fläche 20 angesaugt, so daß in diesem Zwischenraum ein Unterdruck entsteht. Bei dieser Ausführung können die Auslaßöffnungen 31 zweckmäßig an dem sich axial erstreckenden Umfangsrandteil der Haube 13 befinden, was gegenüber einer Anordnung in der Ecke zwischen den axialen und radialen Wandteilen vorteilhaft ist.
Die genannten Unterschiede zwischen den Vorrichtungen für einen Luft- bzw. einen Wasserbetrieb sind offensichtlich auf die unterschiedlichen Dichten von Luft und Wasser zurückzuführen, wobei-entsprechend den jeweiligen Anforderungen auch für einen Luftbetrieb keine zusätzlichen Flügel vorhanden sein müssen und für Wasserbetrieb diese Flügel vorgesehen sein können. Das Hauptmerkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß durch eine Eigenrotation der Düsen eine Strömung des Mediums erzeugt wird, in welchem die Vorrichtung arbeitet, die eine Axialkraft erzeugt. Diese Strömung kann entweder als direkte Folge der umlaufenden Arme oder indirekt durch andere Mittel, z. B. mit den Armen rotierende Flügel, erreicht werden. Die Größe dieser Axialkraft kann durch Vergrößerung oder Verringerung des Druckes in dem Raum zwischen dem unteren Deckel und der Arbeitsfläche oder durch den Rückstoß der Düsenstrahlen selbst erzeugt werden.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines gegen eine Fläche gerichteten rotierenden Düsen- oder Sprühstrahles mit mindestens einer den Strahl bildenden Düse, die mit einem Druckfluiderzeuger verbunden ist und um eine zu ihrer Achse versetzte, senkrecht zur angeströmten Fläche verlaufende Drehachse rotiert, wobei die Düsenachse zur Drehachse derart geneigt ist, daß das ausströmende Fluid eine die Düse antreibende Drehkraft erzeugt, g e k e n n z e i c h n e t durch eine von der umlaufenden Düse (3) angetriebenen Einrichtung (1, 13) zum Erzeugen eines Fluidstrahles aus dem die Vorrichtung umgebenden Medium, der auf die Vorrichtung eine in Richtung der Drehachse (6) wirkende Kraft ausübt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zur Ausbildung einerdie Vorrichtung über der Oberfläche (20) tragenden Kraft ausgebildetist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1, 10) zur Ausbildung einer die Sprühvorrichtung auf die Fläche drückenden Kraft ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mindestens einen sich radial von der Drehachse (6) erstreckenden und durch die Rotation der Düse (3) um diese Achse (6) drehbaren Organ (1, 10) zum Fördern des Mediums nach radial auswärts aufweist, und daß eine Abdeckung (11, 13) eine sich radial erstreckende Kammer mit Einlaß- und Auslaßöffnungen (15, 18; 30, 31) für das umgebende Medium bildet, in welcher das Organ (1, 10) umläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderorgan mindestens ein Flügelblatt (10) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderorgan durch ein die Düse (3) aufweisendes Rohr gebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung aus einer äußeren ortsfesten Haube (13) und aus einem inneren, zwischen dem Drehflügelglied und der Bearbeitungsfläche (20) angeordneten Deckel (11) besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß zentral in der äußeren Haube (13) und der Auslaß (18) im Umfangsbereich der Abdeckung angeordnet und axial gegen die Fläche gerichtet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (15) zentral in der äußeren Haube (13) angeordnet ist und daß der im Umfangsbereich der Abdeckung liegende Auslaß (18) mit einem Raum zwischen dem inneren Deckel (11) und der Fläche kommuniziert, der durch einen axialen Rand (16) der Abdeckung gebildet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Haube (13) einen axialen Randteil (16) aufweist, zwischen dem und dem Umfangsrand des inneren Deckels (11) ein ringförmiger Abströmkanal (18) gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zentral im inneren Deckel (11) ein mit dem Raum zwischen dem Deckel und der Fläche kommunizierender Einlaß (30) vorgesehen ist, wobei der Raum durch einen axialen Rand (16) der Abdeckung (11, 13) begrenzt wird und ein Auslaß (31) am Umfang der Abdeckung (11, 13) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Haube (13) einen die Kammer begrenzenden Umfangsrand (16) aufweist und daß der Auslaß (31) in einem Umfangsteil angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Rand (16) der Abdeckung durch eine abgebogene Verlängerung der äußeren Haube (13) gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Deckel (11) zusammen mit der Düse (3) drehbar und die äußere Haube (13) ortsfest sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gegeneinander um gleiche Winkel versetzte Propellerflügel (1, 10) vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnungen (12) in der Abdeckung (11, 13) vorgesehen sind, durch die die Düsenstrahlen aus der in der Kammer rotierenden Düse (3) austreten.

17. Vorrichtung nach einem der vorherghenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gegeneinander um gleiche Winkel versetzte Düsen (3) vorgesehen sind.

L e e r s e i t e