DE2610556B1

DE2610556B1 - Vorrichtung zum Verteilen stroemender Medien ueber einen Stroemungsquerschnitt

Info

Publication number: DE2610556B1
Application number: DE2610556A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl-Ing Christoph; Horst Guessefeld
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1977-06-08
Also published as: GB1581729A; JPS52111470A; CA1091543A; FR2343912A1; US4134425A; FR2343912B1; DE2610556C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien über einen Strömungsquerschnitt, bestehend aus einer den Strömungsquerschnitt ausfüllenden Verteilerplatte, über die eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen verteilt ist, und einer an der Verteilerplatte angeordneten Deckplatte, die zu den Durchtrittsöffnungen passende Durchlässe aufweist, wobei der Durchtrittsquerschnitt der Durchtrittsöffnungen durch entsprechende Stellung der Deckplatte festlegbar ist.

Verteiler werden z. B. in Anlagen für chemische Prozesse benötigt, bei denen in einer mit Füllkörpern gefüllten Kammer die Füllkörper möglichst gleichmäßig mit einem gasförmigen öfter flüssigen Medium in Kontakt gebracht werden sollen. Auch zur Belüftung von Flüssigkeiten mit Gasen ist es Ott erforderlich, daß in die mit Flüssigkeit gefüllte Kammer das Gas in möglichst gleichmäßiger Verteilung eingeleitet wird. Besonderer Bedarf an einem derartigen Verteiler besteht, wenn eine zylindrische, mit einem Katalysator gefüllte Kammer mit einem aus einem engeren Zuleitungsrohr kommenden Gemisch von gasförmigen Reaktanten so beschickt werden soll, daß die Reaktanten möglichst gleichmäßig über den gesamten Kammerquerschnitt verteilt werden, damit der Katalysator möglichst gleichmäßig belastet wird.

Bei in Rohrleitungen strömenden Medien liegt nach den Untersuchungen von Hagen und P ο i s e u i 11 e in der Mitte des Rohres meist eine Kernströmung mit erhöhtem Durchfluß, an den Rohrwänden jedoch eine gebremste Strömung mit kleinem Durchfluß vor. Erweitern sich die Rohrleitungen, z. B. wenn ein enges Zuleitungsrohr auf den Eingangsquerschnitt einer Kammer aufgeweitet wird, so entstehen in den Randbereichen der Kernströmung noch zusätzlich Turbulenzen, die zu einer weiteren Störung der Verteilung in Nähe der Rohrwände führen.

Um das strömende Medium über einen Strömungsquerschnitt zu verteilen, werden beispielsweise in Brausen von Duschanlagen den Strömungsquerschnitt ausfüllende, von einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen durchsetzte Verteilerplatten verwendet, an denen das Medium aufgestaut und über die Durchtrittsöffnungen verteilt wird. Die Wirkung derartiger Verteilerplatten ist jedoch stark von den jeweiligen Strömungsverhältnissen abhängig. Ist nämlich bei vorgegebener Größe und Anordnung der Durchtrittsöffnungen der Masjendurchfluß durch die Vorrichtung zu gering, so kommt es nicht zu einer ausreichenden Stauwirkung und Verteilung der Medien. Umgekehrt ist bei zu großem Massendurchfluß die Stauwirkung der Verteilerfläche so groß, daß ein erheblicher, bei vielen Anwendungen unerwünschter Druck- und Energieverlust an dem Verteiler auftritt. Hinzu kommt, daß die Verteilerwirkung in erheblichem Maße auch von den Strömungsverhältnissen hinter der Verteilerfläche abhängt. So kann z. B. in einer der Verteilerfläche nachgeschalteten Füllkörperschüttung infolge von Verunreinigungen der Strömungswiderstand in gewissen Bereichen zunehmen. Als Folge hiervon sinkt der Massendurchfluß durch diese Bereiche und die angestrebte gleichmäßige Verteilung wird gestört.

Aus der DT-AS 11 38 290 ist eine mehrstufige Vorrichtung zur Entspannung hoher Drücke und zur Regelung von unter hohem Druck slrömenden Medien bekannt, die in jeder Stufe ein feststehendes Sitzteil mit Drosselöffnungen und ein zugehöriges bewegbares Verschlußstück enthält, durch das die Drosselöffnunger, freigegeben oder verschlossen werden können. Das Verschlußstück kann als Kolbenschieber. Plattenschieber oder Drehschieber ausgeführt sein. Die Vorrichtung diert da?u, die Druckenergie der strömenden Medien möglichst schwingungs- und geräuscharm sowie wirbelfrei zu vernichten, es wird also ein möglichst hoher Druckverlust angestrebt. Die Drosselöffnungen können in zwei gegenüberliegenden Quadranten eines scheibenförmigen Sitzteiles angeordnet sein, wobei das Verschlußstück als Deckplatte ausgebildet ist und in zwei gegenüberliegenden Quadi ,inten sektorförmige Durch brechungen aufweist. Durch Drehen der Deckplatte wird ein Teil oder die Gesamtheit der öffnungen abgedeckt und somit der Gesamtdurchtrutsquerschnitt aller öffnungen festgelegt. Sitzteil und Verschlußstück können aber auch als konzentrische Ringe mit längs ihres Umfangs angeordneten öffnungen und Durchlässen ausgebildet sein, wobei durch Drehen des Verschlußstiickes der freie Dnrchtrittsquerschnitt jeder öffnung veränderbar ist. Bei dieser Anordnung der Drosselöffnungen wird keine gleichmäßige Verteilung des strömenden Mediums über den gesamten Strömungsquerschnitt der Vorrichtung erreicht.

Aus der US-PS 30 23 775 ist eine Drosselvorrichtung bekannt, die eine feste Sitzplatte und eine daran anschließende, drehbare Deckplatte aufweist, wobei die Sitzplatte eine Vielzahl von öffnungen und die Deckplatte entsprechende, dazu passende Durchlässe besitzen. Die Öffnungen selbst sind kreisförmig und auf konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt der Sit?platte gleichmäßig angeordnet. Der Durchmesser der öffnungen auf jedem Kreis ist kleiner als der halbe Abstand der Öffnungsmittelpunkte. Zum Plattenmittelpunkt nehmen die Öffnungsdurchmesser ab. Durch eine starre Drehung der Deckplatte können die Durchlässe mehr oder weniger mit den Durchtrittsöffnungen zur Deckung gebracht werden, so daß der Durchtrittsquerschnitt jeder öffnung für alle öffnungen in gleichem Maße verändert wird. Die Vorrichtung dient zur Durchsatzregelung für sti Omende Medien.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß aus einer Zuleitung strömende Medien gleichmäßig oder in einer anderen, für die Anwendung wünschenswerten Weise über den Strömungsquerschnitt verteilt werden können. Die Vorrichtung soll dabei ferner an die jeweils auftretenden Strömungsver-

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hältnisse derart angepaßt werden können, daß der auftretende Druckverlust klein gehalten wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Deckplatte aus einer Kreisscheibe und die Kreisscheibe konzentrisch umschließenden Ringen besteht und daß die Kreisscheibe und die Ringe unabhängig voneinander drehbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die öffnungen der Verteilerplatte demnach dem Medien-Strom nur in dem Maße zugänglich, wie sie von den Durchlässen überlappt und somit freigegeben werden. Der an den Überlappungen entstehende Druckunterschied wächst mit fallender Größe der überlappten Fläche. Bei gegebenen Massendurchsätzen durch die Vorrichtung wird man die Überlappungen so wählen, daß der auftretende Druckveriust nicht über das zur Ausbildung der Verteilung nötige Ma^Q hinaus anwächst. Bei kleinen Massendurchsälzen wird man also kleine, bei größeren Durchsätzen größere Überlappungen einstellen. Die gegenseitige Lage von Verteilerplatte und Deckplatte kann sodann durch Schweißpunkte oder durch Schrauben fixiert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann wegen ihrer einfachen Verstellbarkeit bei Anlagen benutzt werden, die zwar gleiche Eintrittsquerschnitte besitzen, aber im übrigen unterschiedlich ausgelegt sind und in denen unterschiedliche Strömungsverhältnisse herrschen. Man kanr daher für diese Kammern mit einem einzigen, serienmäßig herstellbaren Typ der erfindungsgemäßen Vorrichtung auskommen und es werden nicht jeweils unterschiedliche Verteilervorrichtungen benötigt, zu deren Herstellung unterschiedliche Werkzeuge erforderlich wären.

Durch entsprechende Drehung der Ringe kann dann der lokale Strömungswiderstand an der Kreisscheibe und den Ringen unabhängig voneinander verändert werden.

Der Strömungswiderstand wird damit zu einer Funktion des Ortes auf der Verteilerfläche. Diese Funktion kann so gewählt und den vorliegenden Strömungsverhältnissen angepaßt werden, daß die strömenden Medien mit der gewünschten Verteilung die öffnungen und Durchlässe durchströmen. Soll das strömende Medium beispielsweise so in eine Katalysatorkammer geleitet werden, daß die in Nähe der Kamnierachse austretende Kernströmung verlangsamt und der Durchsatz in Nähe der Kammerwände erhöht wird, so kann man dies durch eine Stellung der Kreisscheibe und Ringe erreichen, bei der die Durchlässe in der Kreisscheibe und den inneren Ringen die öffnungen der Verteilerplatte kaum, in den äußeren Ringen jedoch stark überlappen.

Sollten sich ferner bei längeren Betriebszeiten in der Kammer Verunreinigungen absetzen, die z. B. in Nähe der Kammerwände zu einer Erhöhung des Strömungs-Widerstandes führen, so kann man die dadurch entstehende Störung der gleichmäßigen Strömung durch entsprechende Vergrößerung der Überlappungen in den inneren Ringen korrigieren.

Die Verteilerplatte der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine ebene Lochplatte sein, sie kann aber auch gewölbt oder konisch ausgebildet sein, wobei die Deckplatte eine gleiche geometrische Gestalt aufweist. Vorteilhaft sind die öffnungen und Durchlässe kreisförmig. Ihre Mittelpunkte liegen hierbei vorzugsweise auf <\s konzentrischen Kreisen um den Mittelpunkt der Kreisscheibe und haben auf jedem K. eis gleichen Abstand voneinander, wobei die Durchmesser der öffnungen bzw. Durchlässe auf jedem Kreis weniger als den halben Abstand der Mittelpunkte betragen. Dadurch kann eine vollständige, teilweise oder verschwindende Überlappung de· Durchlässe mit den öffnungen eingestellt werden.

Bevorzugt sind die Durchlässe in der Deckplatte und die öffnungen in der Verteilerplatte derart ausgebildet und angeordnet, daß sie bei entsprechender Stellung der Ringe und der Kreisscheibe miteinander vollständig zur Deckung kommen.

Anhand zweier Figuren und eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt im Schnitt ein trichterförmiges Rohrstück mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 entlang der Schnittlinie 11-11.

In ein konisch sich erweiterndes Führungsrohr 1 mit einem Einlaß 2 an der Spitze und einem Auslaß 3 am erweiterten Ende ist am erweiternden Ende eine kreisförmige Verteilerplatte 4 mit einer Jarüberliegenden Deckplatte 5 eingesetzt. Die Verteilerplatte 4 weist auf vier konzentrischen Kreisen 6 gelegene, kreisförmige Öffnungen 7 auf, deren Durchmesser vom Mittelpunkt nach außen zunehmend größer werden. Die Abstände der Mittelpunkte der öffnungen sind längs eines Kreises konstant und betragen mindestens das Doppelte des Durchmessers der auf diesem Kreis liegenden öffnungen.

Die darüberliegende Deckplatte 5 besteht aus einer zentralen Kreisscheibe 8 und drei dazu konzentrischen Ringen 9, 10 und 11, die gegeneinander und gegenüber der Verteilerplatte 4 um die gemeinsame Rotationsachse 12 drehbar sind. Die Kreisscheibe 8 und die Ringe 9, 10 und 11 enthalten Durchlässe 13, 14, 15 und 16, die so zu den öffnungen 7 passen, daß sie mit dieser bei entsprechender Stellung der Kreisscheibe 8 bzw. der Ringe 9,10 und 11 genau zur Deckung kommen. Bei der in den F i g. 1 und 2 gezeigten Stellung ist die Kreisscheibe 8 so gegenüber der Verteilerplatte 4 verdreht, daß sich ihre Durchlässe 13 nicht mit öffnungen der Verteilerplatte 4 überlappen. Die Durchlässe 14 der inneren Kreisscheibe 9 überlappen sich nur geringfügig mit den zugehörigen öffnungen 7 der Verteilerplatte, die Überlappung der Durchlässe 15 des mittleren Ringes 10 mit den zugehörigen öffnungen 7 ist nahezu vollständig und die öffnungen 16 des äußeren Ringes 11 überdecken die zugehörigen öffnungen der Verteilerplatte vollständig.

Ein derartiger Satz aus Verteilerplatte und Deckplatte mit zueinander passenden öffnungen und Durchlässen kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß zunächst zwei identische Lochplatten hergestellt und sodann aus einer dieser Lochplatten die Kreisscheibe 8 und die Ringe 9,10 und 11 ausgestanzt werden.

Um die Lage der Kreisscheibe bzw. Ringe zu fixieren, sind Schrauben 17 vorgesehen, die durch Schlitze 18 in der Kreisscheibe und den Ringen hindurch in die Verteilerplatte 8 eingreifen. Diese Schlitze weisen die Form zum Mittelpunk', der Kreisscheibe 8 konzentrischer Kreisbögen auf und sind so lang, daß sie eine Drehung der Kreisscheibe bzw. der Ringe wenigstens soweit gestatten, daß die Überlappung der Durchlässe mit den öffnungen von vollständiger bis zu verschwindender Überlappung verändert werden kann. Durch Eindrehen der Schrauben 17 in die Verteilerplatte 4 werden die Kreisscheibe 8 und die Ringe 9, 10 und 11 zwischen dem Schraubenkopf und der Verteilerplatte 4

festgeklemmt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, entsprechend der Natur der zu verteilenden Medien, aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Zum Verteilen anorganischer Medien niedriger Temperatur s eignen sich beispielsweise im Spritzguß hergestellte Platten aus Kunststoff, für organische Stoffe mit hohen Temperaturen können Metall- oder Keramikplatten verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft angewendet werden, um ein aus einem engeren Zuleitungsrohr kommendes Gemisch gasförmiger Reaktanten einer zylindrischen Reaktionskammer stirnseitig zuzuführen, wobei der Eingangsquerschnitt der Reaktionskammer größer als der Querschnitt des Zuleitungsrohres ist und die Reaktionskammer einen Katalysator enthält, der möglichst gleichmäßig belastet werden soll.

Derartige Katalysatorkammern sind z. B. bei Spaltgasgeneratoren vorhanden, die beispielsweise in den deutschen Offenlegungsschriften 2103 008 und 21 35 650 beschrieben sind. In solchen Spaltgasgeneratoren soll kohlenwasserstoffhaltiger flüssiger Brennstoff, beispielsweise verdampftes oder versprühtes Benzin, mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise Luft, zu einem Brenngas (Spaltgas) umgesetzt werden. Das in solchen Gasgeneratoren erzeugte Brenngas ist zum Betrieb von Brennkraftmaschinen besonders geeignet. Wenn man beispielsweise die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 einem solchen Gasgenerator vorschaltet, wird das durch den Einlaß 2 in das Rohrstück 1 eintretende Benzin-Luft-Gemisch bei der in Fig. 2 gezeigten Stellung der Kreisscheibe 8 und der Ringe 9,10 und 11 im Bereich der Kernströmung, d. h. in Nähe der Achse 12, abgebremst werden. Die zum Platlenrand hin zunehmenden Querschnitte der öffnungen bewirken keine gleichmäßige Verteilung über den Eintrittsquerschnitt der Katalysatorkammer sondern eine Verteilung, bei der der Durchfluß in Nähe der Kammerwand gegenüber der Strömung in Nähe der Achse 12 sogar noch erhöht ist. Dadurch soll in Nähe der Kammerwand ein verstärkter Durchsatz und z. B. bei exothermer Umsetzung eine erhöhte Wärmeentwicklung erreicht werden, um die Wärmeabstrahlung und andere Wärmeverluste der Kammerwand auszugleichen.

Für den Fall, daß sich von der Kammerwand ausgehend in der Katalysatorfüllung Ruß oder andere Verunreinigungen absetzen, die bei längeren Betriebszeiten des Gasgenerators zu erhöhten Strömungswiderständen in diesen Bereichen der Katalysatorfüllung führen wurden, kann auch vorgesehen sein, die Verteilerwirkung der Anordnung in gewissen Zeitabständen an die veränderten Strömungsverhältnissen in der Kammer anzupassen.

Ferner liegt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Verteilerplatte 4 über Abstandshaltern 19 auf einer von einer Vielzahl von Durchtrittskanälen 20 durchsetzten keramischen Platte 21 auf, die im erweiterten Ende 3 des Führungsrohres 1 auf einem Sprengring 22 aufsitzt. Diese Platte bewirkt die endgültige Verteilung des austretenden Medienstromes und dient bei Verwendung der Vorrichtung bei einem Spaltgasgenerator zugleich als Rückschlagsicherung, um das entflammbare Benzin-Luft-Gemisch im Führungsrohr t vor den hohen Temperaturen der Katalysatorkammer zu schützen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Patentanspruch:

Vorrichtung zum Verteilen strömender Medien über einen Strömungsquerschnitt, bestehend aus einer den Strömungsquerschnitt ausfüllenden Verteilerplatte, über die eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen verteilt ist, und einer an der Verteiler platte angeordneten Deckplatte, die zu den Durchtrittsöffnungen passende Durchlässe aufweist, wobei der Durchtrittsquerschnitt der Durchtrittsöffnungen durch entsprechende Stellung der Deckplatte festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte aus einer Kreisscheibe und die Kreisscheibe konzentrisch umschließenden Ringen besteht und daß die Kreisscheibe und die Ringe unabhängig voneinander drehbar sind.