DE2632821A1 - Einlasskegel und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents
Einlasskegel und verfahren zu dessen herstellungInfo
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Description
Dr. Hans-Heinrich Willrath t D_,2 WIESBADEN 20< η^ 1$n
Dr. Dieter Wei>er Posrfsdi 1SS 6145 n/eE
Dipl.-Phys. Klaus Seiffert K
Telex 4-186 247
P.D. 7500-62 Ge
Allied Chemical Corporation Morristown, New Jersey 07960
USA
Einlaßkegel und Verfahren zu dessen Herstellung
Priorität; v. 22.JuIi 1975 in USA Serial No.: 598 107
Die Erfindung betrifft einen überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegel
für die Verbindung des Verfahrensgasauslasses eines Kohlenwasserstoff-Krackerhitzers mit dem Einlaß eines Überführungslei
tungswärmeaus tauschers. Speziell betrifft die Erfindung einen verbesserten überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegel
und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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ORIGINAL IhSSPECTED
Die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen unter Bildung erwünschter ÖLefine und Diolefine ist stark endotherm. Die Verfahrenstemperaturen
sind gewöhnlich hoch und liegen im Bereich von 704 bis 871°C (1300 bis 1600°F), wobei der Druck normalerweise nahe
Atmosphärendruck und die Verweilzeit vorzugsweise kurz ist, um die unerwünschte Bildung von Koksteilchen zu verhindern. Abstromwärts
von dem Erhitzer ist in dem Pyrolysereaktorsystem eine Kühl- oder Abschreckeinrichtung sowie eine Wärmerückgewinnungseinrichtung
vorgesehen, um eine Kühlung der Reaktionsprodukte von der Kracktemperatur zu bewirken und auf diese
Weise zusätzliche Sekundärreaktionen zu verhindern, die einen nachteiligen Einfluß auf die Ausbeute hätten und zur Koksbildung
führen würden. Der Kohlenwasserstoffkrackerhitzer kann (
ein herkömmlicher Ofen sein, der eine Reihe vertikaler Röhren mit Verfahrensgas darin umfaßt, welches von außen auf 704 bis
871°C (1300 bis 16000F) erhitzt wird. Das gesamte Gas aus den
Röhren wird gesammelt und geht durch den überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegel
zu dem überführungsleitungswärmeaustauscher. Der überführungsleitungswärmeaustauscher, der normalerweise
in vertikaler Stellung oberhalb des Einlaßkegels installiert ist, umfaßt zahlreiche Röhren mit kleinem Durchmesser,
durch die das Verfahrensgas strömt. Diese dünnen Röhren umgibt ein Mantel, der Wasser enthält. Das heiße Verfahrensgas wird
durch Wärmeleitung durch die Röhrenwände zu dem Wasser gekühlt. Die Wassertemperatur wird dabei auf Siedetemperatur angehoben,
und der resultierende Wasserdampf kann zur Deckung von Kraftbedarf in der Anlage verwendet werden.
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Gelegentlich treten in dem überführungsleitungswärmeaustauscher
oder Röhrenwärmeaustauscher Röhrendefekte ein, die dazu führen, daß durch ein Leckwerden Wasser in die Röhren gelangt, da sich
das Wasser auf einem viel höheren Druck als das Gas befindet. Das Wasser fließt dann abwärts, bis es auf das Innere des Einlaßkegels
stößt. Eine vollständige Verdampfung tritt nicht ein infolge' der Wassermenge, die abwärts fließt, und in einigen
Fällen muß das Wasser infolge des relativ kurzen Abstandes wandern, um den Einlaßkegel zu erreichen. Im allgemeinen bestehen
die Einlaßkegel aus Gußmetall oder bearbeitetem Metall. Die Kegel dieses Typs bekommen Defekte durch Brüche, wenn sie durch
Wasser infolge Leckwerdens in.der oben beschriebenen Weise plötzlich abgeschreckt werden. Der Bruch kann dazu führen, daß
das Verfahrensgas in die Atmosphäre austritt, wo es brennt. Dies ergibt eine potentielle Sicherheitsgefahr, da Menschen durch
die entweichenden heißen Gase verbrannt werden können. Unter diesen Umständen muß der Ofen abgeschaltet werden, was die Anlagenproduktion
nachteilig beeinflußt. Wenn der Einlaßkegel nicht repariert werden kann, wie beispielsweise durch Schweißen, so
muß er ersetzt werden, was zu Verlusten bezüglich Anlageteilen führt. Diese Probleme können etwas gemildert werden, wenn man
die Einlaßkegel im Inneren mit einer Isolierung, wie beispielsweise einem hitzebeständigen Material, auskleidet. Es ist aber
dennoch möglich, daß der Einlaßkegel infolge Durchsickerns von Wasser bricht, wenn es Sprünge in der Isolierung oder der hitzebeständigen
Auskleidung gibt.
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Es ist daher erwünscht, ein Reparaturverfahren für gebrochene
Einlaßkegel zu bekommen, die nicht durch Schweißen repariert werden können und somit normalerweise weggeworfen werden müssen.
Es ist auch erwünscht, den Einlaßkegel als vorbeugende Maßnahme umzugestalten, um so eine Unterbrechung des Ofenbetriebs
durch Defekte des Einlaßkegels zu verhindern.
In diesem Zusammenhang wird auf die US-PS 3 374 832, 3 409 o74, 3 416 598, 3 443 631, 3 449 212 und 3 525 389 hingewiesen.
Keine dieser Veröffentlichungen lehrt das Reparaturverfahren oder den verbesserten Überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegel
nach der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Reparieren eines gebrochenen oder gerissenen Metalleinlaßkegels, der den
Verfahrensgasauslaß eines Kohlenwasserstoffkrackerhitzers mit dem' Einlaß eines Überführungsleitungswärmeaustauschers verbindet.
Das Verfahren besteht in folgenden Stufen: Man schneidet einen Teil der Einlaßkegelwand weg, welcher darin den Riß oder Bruch
hat, und erzeugt so eine öffnung in der Wand, schafft eine druckbeständige
Außenwand aus Metall, die mit dem Einlaßkegel verbunden ist, wobei man zwischen diesem und der Außenwand einen
Spalt erzeugt, und füllt diesen Spalt mit gießfähigem hitzebeständigem Material und erstreckt das hitzebeständige Material
nach innen durch die Öffnung, bis das hitzebeständige Material mit
dem Inneren der Wand des Einlaßkegels nahezu bündig abschließt. Spannungsrisse und Defekte auf Grund hoher Temperatur werde η ohne
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Beeinflussung des Flusses des Verfahrensgases beseitigt, wenn man
einen nach dieser Methode reparierten Überführungsleitungsaus
tauscher-Einlaßkegel verwendet. Überraschenderweise haben nach dieser Reparaturmethode erzeugte Einlaßkegel auch eine
längere Lebensdauer als herkömmliche Einlaßkegel, so daß für die Erfindung auch ein Verfahren zur Modifizierung herkömmlicher
Überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegel vor dem Auftreten irgendwelcher Rißbildung und Defekte entwickelt
wurde. Das Verfahren zur Verhinderung des Reißens oder Brechens eines Überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegels der obigen
Type umfaßt folgende Stufen: Man sehe id eteinen Teil der Wandung
des Einlaßkegels weg und erzeugt so in der Wandung eine Öffnung, sieht eine druckbeständige Außenwand aus Metall vor, die
mit dem Einlaßkegel verbunden wird, wobei man zwischen beiden einen Spalt erzeugt, und füllt diesen Spalt mit einem gießfähigen
hitzebeständigen Material und erstreckt das hitzebeständige Material nach innen durch die Öffnung, bis es mit dem
Inneren der Wand des Einlaßkegels nahezu bündig abschließt. Es ist bevorzugt, daß die Zahl der erzeugten Öffnungen vier ist und
daß jede der Öffnungen in ihrem betreffenden Quadranten der Wand des Einlaßkegels gleich beabstandet ist.
Die Apparatur nach der vorliegenden Erfindung liefert einen Einlaßkegel für das überführen von Gasen von der Auslaßseite
eines Kohlenwasserstoffkrackerhitzers zu der Röhrenseite eines Wärmeaustauschers. Die wesentlichen Elemente sind eine allgemein
kegelförmige Wand, eine druckbeständige Außenwand aus Metall und eine gießfähige hitzebeständige Füllung. Die allge-
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mein kegelförmige Wand ist um die Peripherie ihres größeren Endes mit dem Wärmeaustauscher und um die Peripherie ihres
kleineren Endes mit dem Krapkerhitzer verbindbar. Zwischen ihrem größeren und ihrem kleineren Ende hat die allgemein
kegelförmige Wand eine gefüllte öffnung. Die druckbeständige Außenwand aus Metall liegt im Abstand von der allgemein kegelförmigen
Wand, und ihre Enden sind mit der allgemein kegelförmigen Wand an Punkten oberhalb beziehungsweise unterhalb des
kleineren und des größeren Endes der allgemein kegelfärmigen
Wand verbunden. Das gießfähige hitzebeständige Füllmaterial füllt den Spalt zwischen der druckbeständigen Außenwand und
der allgemein kegelförmigen Wand aus. Das hitzebeständige Füllmaterial erstreckt sich nach innen und füllt die öffnung und
überdeckt nahezu im wesentlichen das Innere der allgemein kegelförmigen Wand. Selbst wenn im Betrieb die allgemein kegelförmige
Wand des Einlaßkegels infolge vorn Röhrendefekten in dem Wärmeaustauscher abgeschreckt wird und bricht, bleibt das Fließbild
des Verfahrensgases doch unbeeinflußt, da das gießfähige hitzebeständige bzw. feuerfeste Füllmaterial die druckbeständige
Außenwand schützt. Es ist bevorzugt, daß die Zahl der gefüllten öffnungen bei vier liegt und daß jede Öffnung in ihrem betreffenden
Quadranten der allgemein kegelförmigen Wand gleich beabstandet ist.
In der Zeichnung bedeutet
Fig.l einen senkrechten Schnitt eines herkömmlichen Erhitzerauslasses,
Einlaßkegels und Überführungsleitungsaustauschers, - 7 -
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Fig.2A und 2B sind perspektivische Darstellungen eines herkömmlichen
Einlaßkegels und eines modifizierten Einlaßkegels und
Fig.3A, 3B, 3C und 3D sind senkrechte Schnitte, die das bevorzugte
Verfahren zum Reparieren eines gebrochenen herkömmlichen Einlaßkegels, um den modifizierten Einlaßkegel
nach der Erfindung zu bekommen, zeigen.
In der Zeichnung bedeuten gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile. In den Figuren 1, 2A und 3A umfaßt ein herkömmlicher
Einlaßkegel 11, der aus zusammenhängendem Gußmetall besteht, eine allgemein kegelförmige Wand 25, einen Flansch 14
an seinem kleineren Ende und einen Flansch 21 an seinem größeren Ende. Der Flansch 14 ist an einem Flansch 13 des Erhitzerauslasses
10 mit geeignetei.Einrichtungen, wie mehreren nicht gezeigten
Bolzen und einem Dichtungsring 16 befestigt. Ein zweiter Dichtungsring 22 bewirkt eine Dichtung zwischen dem Flansch 20 des
Überführungsleitungsaustauschers 12 und dem Flansch 21 des Einlaßkegels
11. Der Überführungsleitungsaustauscher 12 umfaßt eine Schale 17, eine Röhrenplatte 18, mehrere Röhren 19 und
einen Flansch 20. Es ist aus Gründen der leichteren Erläuterung nur eine kleine Zahl von Röhren 19 gezeigt, obwohl eine größere
Zahl bevorzugt ist. Die Röhren 19 umhüllt ein wasserhaltiger Mantel 24.
Der Kohlenwasserstoffkrackerhitzer kann ein herkömmlicher Ofen sein, der eine Reihe nicht gezeigter vertikaler Röhren mit Ver-
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fahrensgas darin umfaßt, wobei dieses von außen auf etwa 849 C (1560 F) erhitzt wird. In Fig.l wird das gesamte Gas aus diesen
Röhren gesammelt und geht von dem Erhitzerauslaß 10 über den herkömmlichen Einlaßkegel 11 zu dem Überführungsleitungsaustauscher
12, wo es durch mehrere Röhren 19 mit kleinem Durchmesser
geht. Der Verfahrensgasdruck liegt bei etwa 0,95 bis 1,4 atü (14 bis 20 psig). Die Röhren 19 sind von einem Mantel
umgeben, der Wasser 24 enthält. Das heiße Verfahrensgas wird durch Wärmeleitung durch die Röhrenwände zu dem Wasser 24 gekühlt.
Der Wasserdruck liegt bei etwa 41 atü (600 psig). Gelegentlich treten Röhrendefekte in einer oder mehreren der Röhren
19 des Überführungsleitungswärmeaustauschers 12 auf, was dazu führt, daß Wasser in die defekten Röhren eindringt. Das Wasser
24 fließt abwärts, bis es auf die Wand 25 des herkömmlichen Einlaßkegels 11 trifft, was zu Defekten in dem Einlaßkegel
durch Brüche oder Risse führt. Um unnötige Ausgaben für einen Ersatz des gerissenen oder gebrochenen Einlaßkegels 11 zu vermeiden,
und speziell, um künftige Defekte des Einlaßkegels zu verhindern, wurde das folgende Reparaturverfahren mit dem resultierenden
modifizierten Einlaßkegel II1 entwickelt.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 3A, 3B, 3C und 3D wird das
Reparaturverfahren nach der vorliegenden Erfindung folgendermaßen erläutert. Fig.3A zeigt einen herkömmlichen Einlaßkegel 11 mit
einem Riß 26 darin. Der Wandteil 25 mit dem Riß 26 darin wird weggeschnitten, um so eine Öffnung 27 in der Wand 25 zu erzeugen.
Es ist bevorzugt, daß mehrere öffnungen 27 gebildet werden, und
speziell vier öffnungen jeweils in gleichem Abstand in ihrem
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betreffenden Quadranten der Wand 25. Die Zahl und der Abstand der Öffnungen 27 kann jedoch von der Zahl und dem Abstand der
Risse oder Brüche bestimmt werden. Nach Ausbildung der Öffnungen 27 wird die druckbeständige Außenwand 28 (siehe Fig.3C)
mit der Wand 25 unmittelbar unter bzw. über den Flanschen 21 und 14 mit herkömmlichen Mitteln, wie durch Verschweißen, verbunden.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Öffnungen 27 zwischen diesen Verbindungspunkten liegen. Die Form der druckbeständigen
Außenwand 28 ist derart, daß ein Spalt zwischen ihr und der Wand 25 bleibt, mit Ausnahme an ihren Verbindungspunkten. Der
Spalt oder Zwischenraum wird mit einem gießfähigen hitzebeständigen Material 29 (siehe Fig.3D) ausgefüllt, das sich nach innen
durch die Öffnungen 27 erstreckt, bis es in etwa mit den Konturen der Wand 25 bündig abschließt. Nach diesem Verfahren bekommt
man einen modifizierten Einlaßkegel II1. Dies ist die bevorzugte
Modifikationsfolge, da Öffnungen 27 Fenster liefern,
dunh die man sich vergewissern kann, daß gießfähiges hitzebeständiges
Material 29 vollständig den Zwischenraum zwischen der druckbeständigen Außenwand 28 und der Wand 25 des modifizierten
Einlaßkegels II1 ausfüllt. Die druckbeständige Außenwand
28 kann aber auch an der Wand 25 befestigt werden, bevor die Öffnungen 27 ausgebildet werden, überraschenderweise haben
modifizierte Einlaßkegel II1 eine längere Lebensdauer als herkömmliche
Einlaßkegel 11. Wenn das Innere des modifizierten Einlaßkegels II1 abgeschreckt wird, unterliegen die nicht
herausgeschnittenen Teile der Wand 25 noch einem Reißen oder Brechen, doch wird das Fließbild des Verfahrensgases dadurch
nicht nachteilig beeinflußt. Als direkte Folge wurde die obige
- Io -
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- Io -
Reparaturmethode in ein Präventiwerfahren umgearbeitet,
bei dem Überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegel vor solchen Defekten durch Brüche oder Risse modifiziert werden.
Ein Verfahren zur Verhinderung des Reißens oder Brechens eines herkömmlichen Überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegels 11
umfaßt im wesentlichen die gleichen Stufen wie das Verfahren zum Reparieren eines gerissenen oder gebrochenen Kegels. Der
Kauptunterschied besteht darin, daß es keine Risse oder Brüche
26 gibt, die die Zahl und den Abstand der Öffnungen 27 bestimmen, so daß die Zahl und der Abstand der Öffnungen 27 unabhängig
gewählt werden können. Da die Flansche 14 und 21 allgemein durch Abschrecken des Inneren der Wand 25 nicht beeinträchtigt werden,
ist es bevorzugt, daß die Höhe der öffnungen 27 im wesentlichen zwischen diesen Flanschen liegt. Es ist auch bevorzugt, daß
die öffnungen 27 vier an der Zahl sind, wobei jede in ihrem betreffenden Quadranten der allgemein kegelförmigen Wand 25
gleich beabstandet ist. Seit der Durchführung dieses Präventivverfahrens wurde die Lebensdauer von Überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegeln
stark verlängert, und die Wahrscheinlichkeit von Defekten eines Einlaßkegels durch Brüche oder Risse
wurde wesentlich vermindert.
Durch den modifizierten Überführungsleitungsaustauscher-Einlaßkegel
11' nach der vorliegenden Erfindung gehen Gase von der Außenseite 10 des Kohlenwasserstoffkrackerhitzers zu der Röhrenseite
eines Wärmeaustauschers 12. In den Figuren 2B und 3D sind
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- li -
die wesentlichen Elemente ein kegelförmige Wand 25, eine druckbeständige
Außenwand 28 aus Metall und ein gießfähiges hitzebeständiges Füllmaterial 29. Allgemein kann die kegelförmige
Wand 25 aus bearbeitetem Metall bestehen, doch besteht sie vorzugsweise aus einem zusammenhängenden Metallgießling. Allgemein
ist die kegelförmige Wand 25 um die Peripherie ihres größeren Endes mit Hilfe des Flansches 21 mit dem Flansch 20
des Wärmeaustauschers 12 verbindbar, und um die Peripherie ihres kleineren Endes ist sie mit Hilfe des Flansches 14 mit
dem Flansch 13 des Krackerhitzerauslasses 10 verbindbar. Zwischen ihren Flanschen 14 und 21 hat die allgemein kegelförmige
Wand 25 eine gefüllte Öffnung 27. Die druckbeständige Außenwand 28 aus Metall ist derart von der allgemein kegelförmigen Wand
25 beabstandet, daß man einen Zwischenraum dazwischen bekommt, und an ihren Enden ist die druckbeständige Außenwand mit der
allgemein konischen Wand 25 an Punkten oberhalb bzw. unterhalb der Flansche 14 und 21 verbunden, wie beispielweise durch Verschweißen.
Das gießfähige hitzebeständige Füllmaterial 29 nimmt den Zwischenraum zwischen der druckbeständigen Außenwand
28 und der allgemein kegelförmigen Wand 25 ein. Das hitzebeständige Füllmaterial 29 erstreckt sich nach innen und bildet
die Füllung der Öffnungen 27 und ist in etwa bündig mit dem Inneren der allgemein kegelförmigen Wand 25. Selbst wenn im
Betrieb die allgemein kegelförmige Wand 25 der Verbindungsleitung infolge von Röhrendefekten in dem Wärmeaustauscher 12 abgeschreckt
wird und reißt, bleibt das Fließbild des Verfahrensgases doch unbeeinträchtigt, da das gießfähige hitzebeständige
Füllmaterial 29 die druckbeständige Außenwand 28 schützt.
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Die bevorzugten Werkstoffe sind folgende: Für die Wand des Einlaßkegels bearbeiteter Stahl oder Gußmetall, vorzugsweise
letzteres, und für die druckbeständige Außenwand ein Metall, wie rostfreier Stahl.
Innerhalb des Erfindungsgedankens können zahlreiche für den Fachmann auf der Hand liegende Veränderungen vorgenommen werden
Speziell sind für die hier als "Kegel" bezeichnete Vorrichtung auch andere Formen möglich, solange sie eine kleine Öffnung
zu dem Auslaß des Kohlenwasserstoffkrackerhitzers und eine große Öffnung zu dem Einlaß des überführüngsleitungswärmeaustauschers
haben.
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Claims (5)
1.jEinlaßkegel für die Überführung von Gasen einer Auslaßseite
eines Kohlenwasserstoffkrackerhitzers zu den Röhren eines Wärmeaustauschers, gekennzeichnet durch eine allgemein kegelförmige
Wand, die um die Peripherie ihres größeren Endes mit dem Wärmeaustauscher und um die Peripherie ihres kleineren
Endes mit dem Krackerhitzer verbindbar ist und zwischen ihrem größeren Ende und ihrem kleineren Ende wenigstens eine mit
Füllstoff ausgefüllte Öffnung aufweist,
eine druckbeständige Außenwand aus Metall, die im Abstand von der allgemein kegelförmigen Wand angeordnet ist und deren
Enden an Punkten oberhalb bzw. unterhalb des kleineren Endes und des größeren Endes der allgemein kegelförmigen Wand mit
dieser verbunden ist, und ein gießfähiges hitzebeständiges Füllmaterial, das den Zwischenraum zwischen der druckbeständigen
Außenwand und der allgemein kegelförmigen Wand ausfüllt und sich nach innen unter Ausfüllung der Öffnungen erstreckt,
wobei das hitzebeständige Füllmaterial in den ausgefüllten Öffnungen im wesentlichen bündig mit dem Inneren der allgemein
kegelförmigen Wand abschließt.
2. Einlaßkegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er vier mit Füllstoff ausgefüllte Öffnungen aufweist, von denen
jede in ihrem betreffenden Quadranten der allgemein kegelförmigen Wand gleich beabstandet ist.
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3. Verfahren zur Herstellung eines Einlaßkegels nach Anspruch 1 und 2 zum Reparieren desselben oder zur Verhinderung von
Brüchen desselben, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen Teil der Wand des Einlaßkegels, der gegebenenfalls
Brüche aufweist, unter Ausbildung wenigstens einer Öffnung in der Wand wegschneidet, eine druckbeständige Außenwand aus
Metall mit dem Einlaßkegel derart verbindet, daß zwischen ihnen ein Zwischenraum geschaffen wird, und diesen Zwischenraum
mit einem gießfähigen hitzebeständigen Material ausfüllt und dieses hitzebeständiges Material derart durch die Öffnungen
sich erstrecken läßt, bis es mit dem Inneren der Wand des Einlaßkegels im wesentlichen bündig abschließt oder fluchtet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Wand des Einlaßkegels wenigstens zwei Öffnungen vorsieht.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
man in der Wand des Einlaßkegels vier Öffnungen vorsieht, die jeweils in ihrem betreffenden Quadranten der Wand des Einlaßkegels
gleich beabstandet sind.
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