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Ringspaltdüse
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Die Erfindung betrifft eine Ringspaltdüse zum Verteilen eines strömenden
Mediums über einem Boden, welche einen durch den Boden führenden axialen Kanal aufweist,
welcher mit einer Kappe unter Freilassung eines Ringspalts zwischen der Kappe und
dem Boden überdeckt ist, wobei die Kappe mittels eines durch den Kanal hindurch
und koaxial zu ihm geführten, in einer in Stromrichtung des Mediums am Anfang des
Kanals angebrachten Halterung befestigten Verbindungsteiles gehalten ist, wodurch
ein Strömungsraum gebildet ist, in welchem der im Kanalbereich axial verlaufende
Strom des Mediums in einem Umlenkraum umgelenkt wird und in radialer Richtung durch
den Ringspalt heraus strömt.
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Ringspaltdüsen dieser Art werden mit Vorteil am Boden eines Fliessbettapparats
eingesetzt und dienen zum Verteilen des für das Fluidisieren des Bettes zu benutzenden,
strömenden Mediums. Die Ringspaltdüsen sind an der Fläche des Bodens mit gegenseitigem
Abstand zueinander angeordnet und sollen auch das Medium dermassen verteilen und
leiten, dass entlang dem Boden ein Kissen aus dem Medium entsteht, so dass ein Kontakt
der im Fliessbett zu behandelnden Produktpartikeln mit dem erhitzten Boden verhindert
wird. Dieses Kissen verhindert so eine Beschädigung des Produkts oder sein Anbrennen,
Anbacken am Boden.
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Jedoch, genügen die bisher bekannten Ringspaltdüsen nicht immer diesen
genannten Anforderungen. Besonders in den Fällen, wenn das Medium Feststoffpartikeln
enthält, kommt es vor, dass sich die Partikeln beim Durchgang im Strömungsraum der
Düse ansetzen und so Agglomerationen an den Wandungen bilden, welche den Strom des
Mediums behindern oder schliesslich die Düse völlig verstopfen. Die gewünschte Anströmung'des
Bodens und die Fluidisierung des Bettes wird mit der Zeit verändert und unzulänilich,
und der ganze Fliessbettapparat
muss ausser Betrieb gesetzt werden,
um die gewünschte Funktion der Düsen wieder herzustellen. In Fällen aggressiver
oder abrasiver Partikeln werden die den Strom des Mediums leitenden Profile der
Düsen auch verändert, gegebenenfalls so beschädigt, dass der Apparat wegen Reparaturen
an den Düsen abgestellt werden muss. In manchen bekannten Fällen musste sogar der
ganze Boden des Apparats ersetzt werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ringspaltdüse
zu schaffen, bei welcher die bei den bisherigen Düsen bekannten und oben angeführten
Schwierigkeiten im wesentlichen entfallen. Es soll eine längere betriebliche Standzeit
der Düsen und damit auch des ganzen Apparats, in dem sie eingesetzt werden, erzielt
werden. Eine gegebenenfalls notwendige Instandsetzung der Düse soll vereinfacht
werden. Eine Verstopfung der Düse, so wie eine Beschädigung durch aggressive oder/und
abrasive Partikeln, soll weitgehend verhindert werden.
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Diese Aufgabe ist an der Ringspaltdüse der anfangs beschriebenen Art
erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass von dem Verbindungsteil bis zu einer Austrittskant
eines völlig freien Ringspalts eine rotationssymmetrische, mindestens einen Abschnitt
eines rotationssymmetrischen, ringartigen Strömungsraumes zum Führen des Mediums
begrenzende Wand gezogen ist, und dass alle den Strömungsraum begrenzenden Wände
so gezogen sind, dass der Querschnitt der durchströmten Fläche des ringartigen Strömungsraumes
in Richtung des Stromes des Mediums zu der Austrittskante des Ringspalts hin mindestens
im Umlenkraum des Strömungsraumes beginnend kontinuierlich abnimmt. In der erfindungsgemässen
Ringspaltdüse verzweigt sich der Strom des Mediums vor dem völlig freien, rotationssymmetrischen
Umlenkraum und strömt unter kontinuierlicher Beschleunigung durch den strömungsgerecht
ausgebildeten Strömungsraum als eine Strömung ohne tote Stellen, in welchen sich
die mitfliegenden Partikeln ansetzen könnten. Diese Form der Räume verhindert auch
weitgehend eine Erosion der Wandungen der Düse im Falle abrasiver oder aggrexsaxe;
Jrtikqla. Die Düse arbeitet
störungsfrei und weist eine lange Standzeit
auf.
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Im folgend'en wird der Erfindungsgegenstand anhand einiger in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erklärt.
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In der Zeichnung zeigen: Figuren 1 bis 5 jeweils schematisch ein Ausführungsbeispiel
einer Ringspaltdüse im axialen Längsschnitt.
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Die dargestellte Ringspaltdüse ist am Boden 1 eines. Fliessbettrockners
angeordnet zum Verteilen eines Mediums, z.B heisser luft, weiches Stoffpartikeln,
z.B.
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feine Natriumchloridkristalle mit sich trägt, in ein Fliessbett 2.
Der Fliessbettapparat ist z.B. eine zweite Stufe einer Trocknungsanlage und ist
mittels heisser Abluft aus einer ersten Stufe der Aage gespeist Das Mediumströmt
aus ein-'em Verteilkasten 3, unter dem Boden 1, durch einen zum Boden 1 senkrecht
durchlaufenden Kanal 4 in das; Fliessbett2. Ueber dem Kanal 4 ist mit einem Abstand
vom Boden 1 eine Kappe 5 befestigt, wobei zwischen: dem Boden1 undder Kappe 5; ein
Ringspalt 7 freigelassen ist, durch welchen; das strömende Medium zur Achse 4 radial
auswärts verteilt wfti Der im Kanalbereich 4 axial fliessende Strom wird in einem
Umlenkraum 9 in Richtung radial auswärts umgelenkt.
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Die Kappe 5 ist über dem Kanal 4 ausschliesslich mittels einesVerbindungsteiles
8 gehalten, welches zu der Kappe 5 koaxialangeordnet ist und zu Ihr befestigtist
und durch den Kanal 4 koaxial zu ihm verläuft.
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Von dem Verbindungsteil 8; biszu einer Austrittskante 6 des völlig:
freien Ringspalts 71 ist eine rotationssymmetrische Wand 10 gezogen Sie begrenzt
ihrerseits mindestens einen Abschnitt eines; rotationss;ymmetrischenStrömungsraumes,
welcher den Kanal 4, den Umienkraum 9; und den Ringspalt7 umfängt Alle den Strömungsraum
begrenzenden Wände das sind die den Kanal 4, den Umlenkraum 9 und den Ringspalt
7 begrenzenden Wände, sind so gezogen,, dass der Querschnitt der durchströmtenFläche
des- ringartigen Strömungsraumes in
Richtung des Stromes des Mediums
zu der Austrittskante 6 des Ringspalts 7 mindestens im Umlenkraum 9 beginnend ständig
abnimmt Mit zunehmendem Abstand der mittleren Linie des Strömungsraumes von seiner
Achse nimmt also die lichte Weite des Strömungsraumes so ab, dass der besagte Querschnitt
des Strömungsraumes kontinuierlich kleiner wird, so dass der Strom des Mediums ständig
beschleunigt wird.
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Der rotationssymmetrischer Umlenkraum und der in allen Richtungen
völlig freier Ringspalt bieten also dem strömenden Medium keinerlei Behinderungen
an. Aus diesem Grund ist auch eine Halterung 12, welche zum Befestigen der zweiten
Seite des Verbindungsteiles 8 vorgesehen ist, jeweils, in Strömungsrichtung des
Mediums durch die Düse gesehen, vor dem Umlenkraum 9 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel
gemäss Fig. 1 ist die Halterung 12 unterhalb des Kanals 4 und des Bodens 1, an dem
Boden im Raume des Verteilkastens 3 angeordnet und weist einen U-förmigen, flachen
Steq 13 auf, welcher zum Boden, symmetrisch zum Kanal 4 angeschweist ist. Koaxial
zur Achse des Kanals 4 ist am Steg 13 eine Nabe 14 vorgesehen, in welcher das Verbindungsteil
8 an seinem unteren Ende befestigt ist Um den gegenseitigen Abstand der mindestens
den Umlenkraum 9 und den Ringspalt 7 begrenzenden Wände, ändern zu können, ist die
Befestigung des Verbindungsteiles 8 zur Kappe 5 bzw zur Halterung 12 folgendermassen
ausgeführt: Wie in Zeichnung gezeigt, weist das Verbindungsteil 8 in Fig. 1 an der
Seite seiner Befestigung zur Kappe 5 ein Gewinde 15 auf, welches zum Eingreifen
in ein entsprechendes, in der Kappe 5 vorgesehenes Gewinde 16 ausgeführt ist. So
ist die Kappe mit dem Verbindungsteil verschraubt und eine genaue, gewünschte Position
der Kappe über dem Boden, und damit eine gewünschte Spaltbreite des Ringspaltes
7 einstellbar. Die eingestellte Position der Kappe ist dann mittels eines Zwischenringes
17 sichergestellt. Aehnlicherweise ist es möglich an der Seite einer verschraubbaren
Befestigung des Verbindungsteiles 8 zu der Halterung IZ einen Zwischenring 18 einzusetzen.
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Es wäre auch möglich das Verbindungsteil als eine Schraube mit Gewinden
an beiden Enden auszuführen, wobei eine gewünschte axiale Distanz zwischen der Nabe
14 und der Kappe 5, mit welchen das Verbindungsteil 8 verschraubt wäre, mittels
einer Distanzhülse festgelegt wäre. Eine andere mögliche Ausführung zeigt das Beispiel
in Fig. 2: Hier ist das Verbindungsteil 8 eine durch die Kappe 5 geführte Schraube,
welche zum Halten der Kappe einen Kopf 29 hat und an dem anderen Ende in die Nabe
14 der Halterung eingeschraubt ist. Die Distanz zwischen der Nabe und der Kappe
ist mittels eines Zwischenringes 17 festgelegt.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist der ganze Kanal 4 im Boden
1 mittels einer Hülse 19 gebildet, welche in einer passenden Bohrung 23 befestigt
ist, welche im Boden 1 dafür vorgesehen ist. Die den Kanal 4 bildende Hülse 19 führt
bis in den unten liegenden Verteilkasten 3 hin und ist zum Boden von unten angeschweist.
Als Halterung für das Verbindungsteil 8 sind im Kanal 4 zwei Flügel 20 angeordnet
Sie verlaufen entlang der axialen Ebene der Düse, symmetrisch zu ihr angeordnet
und tragen eine Nabe 14, in welcher das Verbindungsteil 8 eingeschraubt ist. Die
Innenwandung 21 des Kanals-4 und die Flügel 20 sind strömungsgerecht ausgeführt
und tragen zum Bilden einer sich beschleunigenden Strömung des Mediums im Kanal
4, im Umlenkraum 9 und im Ringspalt 7 bei. Die Anzahl der die Nabe 14 haltenden
Flügel ist nicht auf zwei begrenzt.
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Strömungstechnisch kann auch eine andere Anzahl, z.B. drei Flügel
vertretbar, oder gegebenenfalls wünschbar sein.
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Ein wichtiges Merkmal des Beispiels gemäss Fig. 2 ist es auch, dass
die ganze einzelne Vorrichtung, die Ringspaltdüse, welche die den Kanal bildende
Hülse 19, die Halterung mit der Nabe 14, das Verbindungsteil 8 und die Kappe 5 aufweist,
serienmässig herstellbar ist und im Falle einer Beschädigung oder einer Störung,
teilweise oder als Ganzes einfach ausgewechselt werden kann. Die serienmässig hergestellten
Teile sind einander auswechselbar.
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Dies ist auch der Fall der Ringdüse gemäss Fig. 3, bei welcher eine
Hülse 22 nur einen Teil eines längeren, in den Verteilkasten 3 hinragenden Kanals
4 bildet und in eine entsprechende, im Boden 1 vorgesehene Bohrung 23 einschraubbar
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch eine das Verbindungsteil 8 haltende
Nabe 24 stromunstechnisch vorteilhaft gebildet, wie es aus der Fig. 3 ersichtlich
ist.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 ist daran gedacht, dass die
mit dem Medium mitgetragenen Partikeln abrasiv wirken können, was zu unvermeidlichen
erosiven Beschädigungen insbesondere der den Umlenkraum 9 und den Ringspalt 7 bildenden
Wandungen führte. Die Aussenwandung ist mittels einer Hülse 25 gebildet, welche
einen Teil des Kanals an seiner Mündung bildet und in einer entsprechenden Bohrung
26 im Boden 1 befestigt ist. Wegen Gefähr erosiver Beschädigung ist diese Hülse
25 aus einem erosion-festen Material hergestellt. Diese Hülse 25 kann im Falle einer
eingetretenen Beschädigung, z.B. wenn erodiert, einfach ersetzt werden.
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Aus gleichem Grund ist auch die den Umlenkraum 9 und den Ringspalt
7 begrenzende Wand 10 der Kappe 5 mindestens teilweise, und zwar dort wo eine erosive
Beschädigung vorkommen kann, aus einem erosion-festen Material ausgeführt.
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Die Kappe 5 ist geteilt und weist einen dem Boden 1 zugewandten rotationssymmetrischen
Teil 27 auf, welcher mindestens teilweise den Umlenkraum 9 und den Ringspalt 7 begrenzt
und aus einem erosionfesten Material hergestellt ist. Der obere Teil 28 dieser Kappe
5 ist mit dem Verbindungsteil 8 zusammen verschraubbar ausgeführt und befestigt
so den leicht auswechselbaren Teil 27. Da der obere Teil 28 der Kappe 5 in meisten
Anwendungsfällen keinen besonderen thermischen oder mechanischen Belastungen ausgesetzt
ist, kann er, wie auch in dieser Fig. 4 gezeichnet, aus einem z.B. nichtmetallischen
Material hergestellt sein.
Eine herstellungstechnisch besonders
vorteilhafte Ringdüse in Fig. 5 gezeigt. Die vom Verbindungsteil 8 zur Austrittskante
6 des Ringspalts reichende Wand 10 ist mittels eines schalenförmigen Teiles 30 gebildet,
dessen Aussenwand die Form der Wand 10 aufweist. Das Teil 30 ist vorteilhafterweise
ein Pressling aus Blech und weist eine Wand 31 auf, welche für das Verbindungsteil
8 mit einer zentralen Oeffnung 31 versehen ist. Wenn es gewünscht ist, können, wie
es auch in Fig. 5 ausgeführt ist, zwei gleiche Teile, einer ist mit 30 und der zweite
mit 301 bezeichnet, zueinander zugewand zu einer nach oben gewölbten Kappe 5 zusammengesetzt
werden. Im Boden 1 ist die Düse mit einem in dem Boden eingesetzten Bodenstück 33
gebildet, zu welchem eine Halterung 12 (14) für das Verbindungsteil 8 befestigt
ist.