DE3025864C2 - Mit einem Schnellschlußventil kombinierte Schlitzdüse - Google Patents
Mit einem Schnellschlußventil kombinierte SchlitzdüseInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
- B01D59/34—Separation by photochemical methods
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Description
3. Darstellung der Erfindung
a) Aufgabe
a) Aufgabe
Ausgehend von der bekannten, mit einem Schnellschlußvenlil
kombinierten Schlitzdüse mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches (DE-OS
28 10 791) liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
so durch eine Konzentrierung der Abdichtung zwischen dem inneren drehbaren Zylinder und dem äußeren Zylinderkörper
im Bereich der Schlitzdüse eine genauere Steuerung der öffnungs- und Schließzeiten des Schnellverschlußventils
zu erreichen und durch diese Verlagerung der Abdichtung den Innenraum des Schnellschlußventils
für zusätzliche Maßnahmen nutzbar zu machen.
!.Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Behandlung so
gasförmiger Stoffe und Stoffgemische und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Schlitzdüse anzuwenden,
mit der impulsförmigc Gasstrahlen erzeugt
werden.
b5
2. Stand der Technik Bei der Untersuchung von chemischen Reaktionen in
b) Lösung der Aufgabe
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der innere drehbare Zylinder exzentrisch
zum äußeren Zylinderkörper gelagert ist und mit seiner Mantelfläche den Eingang der Schlitzdüse gleitend
berührt und daß zwischen dem inneren drehbaren Zylinder und dem äußeren Zylinderkörper beiderseits
der Schlitzdüse sich in axialer Richtung erstreckende Dichtungskörper angeordnet sind.
c) VorteiJie und weitere Ausgestaltung
Bei einer derart ausgebildeten Schlitzdüse ist die gleitende Reibung des Schnellschlußventils auf einen kleinen
Umfangsbereich beschränkt, wodurcii höhere Drehzahlen des drehbaren Zylinders und damit schnellere
Taktfolgen beim öffnen und Schließen der Schlitzdüse
möglich sind. Da die Abdichtung zwischen dem inneren drehbaren Zylinder und dem äußeren Zylinderkörper
nur im unmittelbaren Bereich der Schlitzdüse erfolgt, kann der übrige Raum des Schnellschlußventils
für zusätzliche Maßnahmen wie Mischung von Gasen, Verdichtung eines Gases oder Gasgemisches oder für
Dosierzwecke verwendet werden. Für eine Mischung verschiedener Gase innerhalb des äußeren Zylinderkörpers
ist dieser mit zwei Gaszuführungsstutzen zu versehen. Für die Verdichtung eines Gases oder eines Gasgemisches
und für Dosierzwecke ist eine Ausgestaltung geeignet, bei der der innere drehbare Zylinder als Vollkörper
oder geschlossener Körper ausgebildet ist und einen sich axial erstreckenden Dichtungsschieber aufweist,
der in Umdrehungsrichtung gesehen kurz hinter dem der Düsenlänge entsprechenden axialen Schlitz angeordnet
ist und radial am äußeren Zylinderkörper gleitet, und bei der weiterhin der axiale Schlitz die öffnung
eines im drehbaren Zylinder angeordneten Hohlraumes bildet.
d) Ausführungsbeispiele
Zwei Ausführungsbeispiele einer mit einem Schnellschlußventil
gekoppelten Schlitzdüse sind in den F i g. 1 bis 4 dargestellt.
Bei dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. I ist ein äußerer Zylinderkörper 2 vorgesehen,
in dem exzentrisch der innere Zylinder 4 drehbar gelagert ist. Der Zylinderkörper 2 umschließt den
Raum 24, dem über den Stutzen 3 ein Gasgemisch zugeführt wird. Der innere Zylinder 4 ist mit wenigstens
einem Längsschlitz 41 versehen, der äußere Zylinderkörper 2 hat einen Längsschlitz 1, der als Entspannungsdüse ausgebildet ist. Beiderseits dieser Düse 1 sind Dichtungskörper
21 vorgesehen, so daß das durch den Stutzen 3 eingebrachte Gasgemisch nur über die Schlitze 41
in den Innenraum des drehbaren Zylinders 4 eindringt
und — sobald dieser Schlitz 41 mit dem Düsenschlitz 1 zur Deckung kommt — entspannt wird. Die Öffnungszeit
für diese Düse ergibt sich dabei aus der Zahl der axialen Schlitze 41 und der Umdrehungsgeschwindigkeit
des drehbaren Zylinders 4. Dieser Zylinder 4 wird elektromotorisch mit einem Spaltrohrmotor angetrieben,
wie er im Querschnitt in der F i g. 2 angedeutet ist. Auf einer Achse mit dem drehbaren Zylinder 4 und
seinen axialen Schlitzen 41 ist der Rotor 52 des Spalirohrmotors
angeordnet. Dessen Statorwicklung ist mit 51 bezeichnet. Dieses System ist auf der einen Seite im
Lager 42 und auf der anderen Seite im Lager 54 zentriert, wobei letzteres am Gehäuse 5 befestigt ist. Das
Gehäuse 5 schließt den Innenraum des äußeren Zylinderkörpers 2 in der dargestellten Weise gasdicht.
Die leistenförmigen Dichtungskörper 21 können aus einem Kunststoff, wie z. B. Teflon bzw. kohlegefülltem
Teflon, oder auch aus Kohle bzw. teflon- oder kupfergefüllter Kohle oder aus Bronze bestehen. Es ist dabei
zweckmäßig, daß diese in entsprechende Nuten des äußeren Zylinderkörpers 2 eingelassen sind und ihre Oberflächen
in die Innenoberfläche dieses Zylinderkörpers stufenlos übergehen.
Die Stirnseite des drehbaren Zylinders 4 sind gegenüber der Stirnseite des äußeren Zylinderkörpers 2 mit
Hilfe einer speziellen Dichtung, z. B. einer Labyrinthdichtung,
oder eines Dichtrahmens abgedichtet, der die
% Dichtungskörper 21 entsprechend dem Radius des Rotors
52 miteinander verbindet. Auf diese Weise bleiben die Leckverluste des Schnellschlußventils möglichst gering.
Falls ein zu entspannendes Gasgemisch gemeinsam
Falls ein zu entspannendes Gasgemisch gemeinsam
ίο mit einem Reaktionsparnter entspannt werden soll,
kann die Einrichtung gemäß den F i g. 1 und 2 so ausgestaltet werden, daß der Reaktionspartner gleichfalls in
den Innenraum 24 eingeführt und dort durch die Rotation des Innenzylinders 4 mit dem über den Stutzen 3
eingeführten Gas gemischt wird.
Zur weiteren Veranschaulichung des mit der Schlitzdüse
kombinierten Schnellschlußventils seien mögliche Abmessungen kurz erwähnt. Der Durchmesser des
drehbaren Zylinders 4 beträgt beispielsweise 50 mm, die Breite der Schlitze 41 400 μπι, deren Länge 100 mm. Der
Durchmesser des äußeren Zylinderkörpers 2 beträgt etwa 55 mm und die Umdrehungszahl des drehbaren Zylinders
1500 U/min. Dies ergibt eine Umfangsgeschwindigkeit von 3,9 ni/sec, was bei der angegebenen Schlitz-
breite von 400 μπι eine Öffnungszeit von ungefähr
200 ys><zz bedeutet. Bei einer Anzahl von vier Schlitzen
ist die Wiederholungsfrequenz 100 Hz, eine solche ist auch mit vielen Lasergeräten zu erreichen. Andere Öffnungszeiten
lassen sich durch Variieren der Umfangsgeschwindigkeit und die Wiederholfrequenz durch eine
Änderung der Zahl der Schlitze erreichen.
Eine Konstruktionsvariante, bei der das Schnellschlußventil gleichzeitig als Verdichter- und Dosiereinrichtung
wirkt, ist in den F i g. 3 und 4 dargestellt. Der drehbare Zylinder ist hier nicht mehr hohl, sondern als
Vollkörper oder geschlossener Körper ausgebildet und mit 6 bezeichnet. In einem radialen Schlitz ist ein Schieber
61 gelagert, der durch die Zentrifugalkraft stets an die Innenwand des äußeren Zylinderkörpers 2 ange-
drückt wird und als Drehkolben wirkt. In Ümdrehungsrichtung
gesehen liegt vor diesem Schieber ein nach außen offener Hohlraum 7, der die zur Entspannung
durch die Düse 1 vorgesehene Gasmenge aufnimmt. Über den Stutzen 31 wird das in dieser Vorrichtung
zunächst zu komprimierende und dann über die Düse 1 zu entspannende Gas eingeführt, über den Stutzen 32
eventuell ein Zusatzgas, was bei dieser Gelegenheit mit dem anderen Gas vermischt wird und gemeinsam über
die Düse 1 entspannt und der Bestrahlung, beispielsweise durch einen Laserstrahl, zugeführt wird. Durch die
Rotation des drehbaren Zylinders 6 der ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt angetrieben wird, komprimiert der
Schieber 61 das im Raum 26 befindliche Gasvolumen V11
mit dem Druck Pa schließlich auf das Volumen V,. im
Raum 7 mit dem Druck pc vor der Düse. In dieser wird
dann das nur in diesem Raum 7 befindliche Gasvolumen vollständig oder teilweise entspannt.
Bei teilweiser Entspannung ist das Volumen Vt. des
Raumes 7 so ausgelegt, daß der Druckabfall pc im Raum
bo 7 klein ist und damit die Diisenbetriebsdaten konstant
bleiben. Diese Vorrichtung kann gemäß F i g. 4 auch dahingehend abgewandet werden, daß die eigentliche Entspannrngsdüse
im drehbaren Zylinder 6 als Verbindung zwischen dem Raum 7 zum Raum 26 angebracht wird,
b5 wobei dann der Schlitz 1 im äußeren Zylinderkörper 2
lediglich eine räumliche Ergänzung der Düse 71 darstellt.
Bei dieser Einrichtung wird also mit Hilfe des Sc
bers 61 das Gas umgepumpt, verdichtet und bei Überlappung der Spalte des Raumes 7 und der Spalte 1 im
äußeren Zylinderkörper 2 kurzzeitig über die Düse dreigegeben. Dabei wird das Gas vom Anfangsvolumen
V3 + V1. auf das Volumen Vc im Raum 7 komprimiert.
Das Verhältnis der Volumina wird dabei so gewählt, daß V,,/Vedem Entspannungsverhältnis der Düse entspricht.
Hier ist zu berücksichtigen, daß der theoretische Wert aufgrund der Leckrate des Ventils (durch Schieber und
Dichtungen) nicht erreicht wird, so daß mit einem Wirkungsgrad ^gerechnet werden muß.
Die Verdichtung ist näherungsweise durch das Boyle-Mariott'sche
Gesetzt gegeben.
Ya. mL·.
V. r>«
gen. Somit ergibt sich für
— - 100
— - 100
und für
10
Pa
V. =
100 · 5 · 10"31
_ 0,51
(gilt für ideales Gas, wobei T- const)
Vj Anfangsvolumen (Volumen zwischen den Zylindern
6 und 2
Ve Endvolumen (Volumen im Zylinder 6)
p3 Anfangsdruck in V11 und Vc Pe Enddruck in Ve (Raum 7)
p3 Anfangsdruck in V11 und Vc Pe Enddruck in Ve (Raum 7)
Unter Berücksichtung des Wirkungsgrades φ erhält
man
1,45 · 10« Ι/Γ
T Temperatur = 300 K
M Molekulargewicht = 21.4 für 5% UF6 in He (als
Beispiel)
ν mittlere Geschwindigkeit
ν mittlere Geschwindigkeit
Hieraus folgt
V = 5· 10"3Cm-10 cm 1,45-104
V
= 2,71/sec
300 cm 21,4 see Bei einem Wirkungsgrad von 0,25, der durch die
Leckrate des Ventils gegeben ist. beträgt damit das Volumen V1 zwischen Rotor und Stator
V1, = 2 1
Diese Werte sind mit folgenden Dimensionierungen der Einrichtung nach F i g. 3 zu erreichen.:
0 Rotor | 150 mm |
0 Stator | 220 mm |
0 Bohrung im Rotor | 3 mm |
30 Spaltweite | 400 μσι |
Drehzahl | 1500 U/min |
Der Durchsatz durch eine Düse der nachstehend angegebenen Dimensionierung ergibt sich aus nachstehender
Formel zu:
V- = ds ■ I ■ ν
V Durchsatz
d% öffnung der Düse an der engsten Stelle = 50 μίτι
/ Länge der Düse = 10 cm
ν mittlere Geschwindigkeit der Teilchen und die
mittlere Geschwindigkeit aus
Sollte die Gefahr groß sein, daß bei über den Stutzen 31 gleichzeitig zugeführtem Gemisch aus zu bestrahlen-
j5 dem Gas und Reaktionspartner unerwünschte Reaktionen
zwischen diesen stattfinden, so besteht die Möglichkeit diese Reaktionspartner beispielsweise über den
Stutzen 32, an den in nicht dargestellter Weise kleine Dosierventile oder zwangsgesteuerte Ventile bekannter
Bauart angeflanscht sind, zuzugeben. Während dieser Zeit ist der Druck im Raum 26 noch sehr klein, so daß es
erst sozusagen im letzten Moment des Kompressionsvorganges zu Reaktionen kommen kann. Dies beruht
darauf, daß die Reaktionsgeschwindigkeit dem Partialdruck der Reaktionspartner proportional ist. Diese Verhinderung
vorzeitiger und auch unselektiver Reaktionen läßt sich nicht nur über den Druck des zugeführten
Reaktionspartners, sondern auch über den Anbringungsort des Stutzens 32 am Außenzylinder 2 auf günstigste
Werte bringen.
Die beschriebenen, mit einem Schnellschlußventil kombinierten Entspannungsdiisen sind besonders für
Trenneinrichtungen geeignet, mit denen gasförmige Isotopengemische, speziell Uranisotope, durch adiabatisehe
Entspannung und nachfolgende Laserbestrahlung behandelt werden.
Bei einer Öffnungszeit von r = 200 iisec beträgt der
Durchsatz V2Oa^eC -u w~* I. Bei einem zulässigen
Druckabfall Apc = 10% pro Entspannung muß das Volumen
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Ve = 10 · V200 Mscr
ic ~ 5 - 10-»/ b5
betragen.
Das Entspannungsverhältnis der Düse soll 100 betra-
Claims (6)
1. Mit einem Schnellschlußventil kombinierte Schlitzdüse zur Erzeugung impulsförmiger Gasstrahlen,
bestehend aus einem äußeren Zylinderkörper mit einem Gaszuführungsstutzen und mit einer
direkt angeschlossenen, in Längsrichtung des Zylinderkörpers verlaufenden Schlitzdüse und aus einem
inneren drehbaren Zylinder, der auf seinem Umfang wenigstens einen axialen Schlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der innere drehbare Zylinder (4, 6) exzentrisch zum äußeren Zylinderkörper (2) gelagert ist und mit
seiner Mantelfläche den Eingang der Schlitzdüse (1) gleitend berührt und
daß zwischen dem inneren drehbaren Zylinder (4,6)
und dem äußeren Zylinderkörper (2) beiderseits der Schlitzdüse (1) sich in axialer Richtung erstreckende
Dichtungskörper (21) angeordnet sind.
2. Schlitzdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche der Dichtungskörper (21) stufenlos in die Innenfläche des äußeren Zylinderkörpers
(2) übergeht.
3. Schlitzdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Zylinder (4) mit
seinem einen Ende mittels der Rotorachse eines gleichachsig angeordneten Spaltrohrmotors (51,52)
in dem Lager (54) eines Gehäuses (5) gelagert ist, welches den Rotor (52) des Spaltrohrmotors gasdicht
gegenüber dem Raum außerhalb des Zylinderkörpers (2) abschließt.
4. Schlitzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Zylinder
(4) als Hohlzylinder ausgebildet ist.
5. Schlitzdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet.
daß der drehbare Zylinder <6) als Vollkörper oder
geschlossener Körper ausgebildet ist und einen sich axial erstreckenden Dichtungsschieber (61) aufweist,
der in Umdrehungsrichtung gesehen kurz hinter dem der Düsenlänge entsprechenden axialen Schlitz
(71) angeordnet ist und radial am äußeren Zylinderkörper gleitet, und
daß der axiale Schlitz (71) die öffnung eines im drehbaren
Zylinder (6) angeordneten Hohlraumes (7) bildet.
6. Schlitzdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die axialen Schlitze (71) des
drehbaren Zylinders (6) die Form einer Entspannungsdüse haben, die ihre räumliche Ergänzung in
der Schlitzdüse (1) des äußeren Zylinderkörpers (2) finden.
der Gasphase, bei der Gasanalyse in Verbindung mit Laserspektrometern, bei der konstruktiven Ausgestaltung
gasdynamischer Laser und bei der adiabatischen Entspannung gasförmiger Stoffe oder Stoffgemische
werden schlitzartige Düsen verwendet, um Gasstrahlen
mit bestimmten Eigenschaften hinsichtlich Druck, Temperatur
und Geschwindigkeit zu erzeugen. Beispielsweise bei der Isotopentrennung werden gasförmige Isotopengemische
mittels einer Schlitzdüse adiabatisch ent-
spannt und anschließend einer isotopenselektiven Laserbestrahlung ausgesetzt. Die für die tsotopenselektive
Laseranregung benötigten hohen Leistungen werden ohne Schwierigkeiten von gepulsten Lasern erreicht.
Zur Abstimmung der Gasströmung auf die gepulste Laserbestrahlung ist daher eine Schlitzdüse bekannt, die
mit einem Schnellschlußventil gekoppelt ist. Der Schließ- und Öffnungstakt dieses Ventils kann an die
Pulsfolge der Laserstrahlung angepaßt werden. Zu diesem Zweck besteht das Schnellschlußventil aus einem
äußeren Zylinderkörper und aus einem inneren drehbaren Zylinder. Während der äußere Zylinderkörper mit
einem auf der Mantelfläche angeordneten Gaszuführungsstuizen und mit einer direkt angeschlossenen, in
Längsrichtung des Zylinderkörpers verlaufenden
Schlitzdüse versehen ist, weist der innere drehbare Zylinder auf seinem Umfang wenigstens einen axialen
Schlitz auf, und seine übrige Mantelfläche dient als Dichtfläche zum Sperren der Schlitzdüse (DE-OS
28 10 791). Durch eine konzentrische Anordnung des
ίο drehbaren Zylinders in dem äußeren Zylinderkörper
wirkt dabei der Spalt zwischen beiden Teilen als Dichtung. Mit Rücksicht auf Reibungsprobleme darf dieser
Spalt nicht zu klein sein. Er läßt daher eine gewisse Leckströmung des jeweiligen Gases oder Gasgemisches
zu, die sich nachteilig auf die zeitliche Genauigkeit der mit dem Schnellschlußventil erzielten Impulsfolge bzw.
Impulslängen auswirkt. Von gewissem Nachteil ist weiterhin das relativ große Volumen des drehbaren Zylinders,
da in diesem bereits Reaktionen zwischen gasför-
4n migen Reaktionspartnern stattfinden können.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803025864 DE3025864C2 (de) | 1980-07-08 | 1980-07-08 | Mit einem Schnellschlußventil kombinierte Schlitzdüse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803025864 DE3025864C2 (de) | 1980-07-08 | 1980-07-08 | Mit einem Schnellschlußventil kombinierte Schlitzdüse |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3025864A1 DE3025864A1 (de) | 1982-02-11 |
DE3025864C2 true DE3025864C2 (de) | 1984-07-05 |
Family
ID=6106703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803025864 Expired DE3025864C2 (de) | 1980-07-08 | 1980-07-08 | Mit einem Schnellschlußventil kombinierte Schlitzdüse |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3025864C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3828052A1 (de) * | 1988-08-18 | 1990-02-22 | Siemens Ag | Schlitzduesenanordnung und verwendung derselben zur adiabatischen entspannung eines gasgemisches bei der uranisotopentrennung |
DE4331267A1 (de) * | 1993-09-15 | 1995-03-16 | Uranit Gmbh | Mehrfachlochdüsen-Anordnung |
-
1980
- 1980-07-08 DE DE19803025864 patent/DE3025864C2/de not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NICHTS-ERMITTELT |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3025864A1 (de) | 1982-02-11 |
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