DE3703075C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dralldüse zum Zerstäuben einer Flüssigkeit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Bei Dralldruckzerstäuberdüsen dieser Bauart wird die Flüssigkeit durch die seitlich versetzten Zufuhrkanäle im Drallraum um dessen Mittelachse in Drehung versetzt, so daß der durch die zentrale Düsenbohrung austretende Flüssigkeitsstrahl beim Austreten trichterförmig aufgeweitet wird. Der Öffnungswinkel hängt dabei von der Geometrie der Düse, insbesondere auch von der Drehgeschwindigkeit ab.

Die abgegebene Flüssigkeitsmenge läßt sich bei Druckzerstäuberdüsen durch den Druck steuern, mit dem die Flüssigkeit der Düse zugeführt wird, dies hat aber zur Folge, daß dadurch auch die Zerstäubungseigenschaften beeinflußt werden. Um dies zu vermeiden, ist es bekannt, eine Mengenregulierung bei Druckzerstäuberdüsen dadurch vorzunehmen, daß ein Teil der dem Drallraum zugeführten Flüssigkeit nicht durch die Düsenbohrung in die Umgebung abgegeben wird, sondern über eine zentrale Rücklaufbohrung wieder dem Flüssigkeitsvorrat zugeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß die Düse immer mit demselben Druck betrieben werden kann, außerdem kann bei Düsen sehr kleiner Bauart sichergestellt werden, daß auch bei kleinsten Abgabemengen keine Verstopfungen auftreten. Die in die Rücklaufbohrung eintretende Flüssigkeit befindet sich in der Rücklaufbohrung ebenso wie die Flüssigkeit im Drallraum in einer Rotation um die Längsachse des Drallraums, die gleichzeitig die Längsachse der Rücklaufbohrung bildet. Dies führt dazu, daß sich im Zentrum des Flüssigkeitsstromes durch die Rücklaufbohrung ein Gashohlkern ausbildet, der am weiteren Verlauf der Rücklaufbohrung zu einer Abschnürung von einzelnen Gasblasen und damit zur Schaumbildung in der rücklaufenden Flüssigkeit führt. Dieser Schaum verursacht beim Umschalten von einer zu einer anderen Durchsatzstufe zeitlich sehr gedehnte Übergänge des Massenstromes. Beim Abschalten des Massenstromes unter Überdruck entspannt sich das Gas des Schaumes in der Rücklaufbohrung. Dadurch tritt ein langsam abklingendes Nachsprühen der Düse auf. Bei Verwendung einer solchen Düse in Ölbrennern verursachen diese Schaumeffekte eine Erhöhung der Schadstoffemission und können in ungünstigen Fällen zu Betriebsstörungen führen.

Es ist bereits bekannt, zur Vermeidung des beschriebenen Effektes außermittig angebrachte Rücklaufbohrungen zu verwenden ("Schadstoffarme Hausheizungen mit hoher Energieumsetzung - Systemanalyse" von MAN-NT, München 1976, Seite 304 (Öl- und Gasbrenner von Brinke und Rizzetti)). Durch die außermittige Anordnung der Rücklaufbohrungen wird jedoch die Symmetrie der Hauptströmung gestört, so daß dadurch Mängel im Sprühbild der Düse auftreten.

Bei einer gattungsgemäßen Drallzerstäuberdüse wird ein Eindringen von Luft in die Rücklaufleitung dadurch herabgesetzt, daß in die erweiterte Rücklaufleitung ein kegelförmiger Difusor eingesetzt ist (DE-PS 8 84 029).

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit zu erhöhen, daß der Gashohlkern gegenüber dem Rücklaufkanal abgeschlossen wird, so daß jegliche Absperrung des Gashohlkerns und jegliche Schaumbildung vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei der Dralldüse der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Dadurch wird ein Labyrinth gebildet, durch das die Flüssigkeit zu den Rücklaufkanälen abfließt. Dies gewährleistet, daß die durch die radial außenliegenden Rücklaufkanäle zurückströmende Flüssigkeit keine Gasblasen mitnimmt. Es kann vorgesehen sein, daß die sich an die Rücklaufbohrung anschließende, der Umlenkfläche gegenüberliegende Wand des Umlenkraumes sich im wesentlichen parallel zur Umlenkfläche erstreckt. Man erhält auf diese Weise eine definierte, radial nach außen gerichtete Strömung, die längs der Umlenkfläche gerichtet ist.

Besonders günstig ist es, wenn die Düse einen äußeren Düsenkörper mit einem über die Düsenbohrung mit der Umgebung verbundenen inneren Hohlraum aufweist, in den konzentrisch zur Düsenbohrung ein Drallkörper eingesetzt ist, der mit dem Düsenkörper den Drallraum, die in diesen seitlich versetzt einmündenden Zufuhrkanäle sowie zu diesen führende Zuleitungen für die Flüssigkeit bildet, wenn der Drallkörper die zentrale Rücklaufbohrung enthält, die den Drallraum mit einem Hohlraum im Drallkörper verbindet und wenn in den Hohlraum ein Rücklaufstempel eingesetzt ist, der mit dem Drallkörper den Umlenkraum sowie die Rücklaufkanäle bildet und dessen der Rücklaufbohrung zugewandte Stirnfläche die Umlenkfläche ist. Die gesamte Düse kann dann aus drei Einzelteilen in einfacher Weise dadurch zusammengesetzt werden, daß diese konzentrisch ineinandergeschoben werden.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn in den Rücklaufkanälen Drosselstellen vorgesehen sind, durch die in den Rücklaufkanälen ein geringer Gegendruckaufbau erfolgt. Dieser geringe Gegendruckaufbau führt dazu, daß der Öffnungswinkel der rückströmenden Flüssigkeit beim Eintritt in den Umlenkraum verkleinert wird, so daß eine weitere Konzentrierung des Gashohlkerns auf den zentralen Bereich erfolgt, wodurch die Möglichkeit weiter herabgesetzt wird, daß Gas aus dem Gashohlkern in die Rücklaufkanäle gelangt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer Rücklaufdralldüse und

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1.

Die in der Zeichnung dargestellte Düse ist eine Druckzerstäuberdüse, durch welche eine unter Druck herangeführte Flüssigkeit, beispielsweise Heizöl, unter Druck zerstäubt wird. Derartige Düsen können auch für andere Flüssigkeiten eingesetzt werden, beispielsweise zum Verspritzen von Farben etc.

Die Düse umfaßt einen im wesentlichen zylindrischen Düsenkörper 1 mit einem zylindrischen Hohlraum 2, der auf einer Seite durch eine Abschlußwand 3 abgeschlossen ist. Die Abschlußwand 3 ist in Kegelform ausgeführt und weist einen relativ großen Öffnungswinkel auf, der vorzugsweise über 120° liegt. Im Bereich der Spitze der kegelförmigen Abschlußwand 3 steht der Hohlraum 2 über eine konzentrisch zur Mittelachse des Hohlraums 2 angeordnete Düsenbohrung 4 mit dem Außenraum in Verbindung.

In den Hohlraum 2 ist konzentrisch zu dessen Mittelachse ein ebenfalls zylindrischer Drallkörper 5 eingesetzt, der mit einer ebenen Stirnfläche 6 und der kegeligen Abschlußwand 3 des Düsenkörpers 1 einen rotationssymmetrisch und konzentrisch zur Mittelachse angeordneten, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Drallraum 7 ausbildet. An die ebene Stirnfläche 6 des Drallkörpers 5 schließen sich außen geneigte Abschlußflächen 8 an, deren Neigung genau der der Abschlußwand 3 des Hohlraums 2 entspricht. Diese Abschlußflächen 8 liegen dichtend an der Abschlußwand 3 an und schließen somit den Drallraum 7 gegenüber einem Ringkanal 9 ab, der sich zwischen der zylindrischen Innenwand des Hohlraums 2 und der zylindrischen Außenwand des Drallkörpers 5 ausbildet. In die Abschlußflächen 8 sind gegenüber der Mittelachse seitlich versetzt Nuten eingelassen, die zusammen mit der Abschlußwand 3 Zufuhrkanäle 10 ausbilden, durch die eine Verbindung zwischen dem Ringkanal 9 und dem Drallraum 7 gebildet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier derartige Zufuhrkanäle 10 vorgesehen (Fig. 2).

Konzentrisch zur Mittelachse des Drallraums 7 ist in dem Drallkörper 5 eine Rücklaufbohrung 11 angeordnet, die den Drallraum 7 mit einem zylindrischen Hohlraum 12 im Inneren des Drallkörpers 5 verbindet, dessen Innendurchmesser wesentlich größer is als der Innendurchmesser der Rücklaufbohrung 11. Die Rücklaufbohrung 11 ist durch eine konische Abschlußwand 13 mit der Innenwand des zylindrischen Hohlraums 12 verbunden.

In den zylindrischen Hohlraum 12 ist ein massiver, zylindrischer Rücklaufstempel 14 eingesetzt, der mit einer Stirnfläche 15 der Einmündung der Rücklaufbohrung 11 in den Hohlraum 12 gegenüberliegt und zusammen mit der Abschlußwand 13 einen sich unmittelbar an die Rücklaufbohrung 11 anschließenden Umlenkraum 16 vom Hohlraum 12 abtrennt. Dieser Umlenkraum 16 steht an seinem radial außenliegenden Rand mit einem Ringkanal 17 in Verbindung, der sich zwischen der Innenwand des Hohlraums 12 und der Außenwand des Rücklaufstempels 14 ausbildet.

Die Stirnfläche 15 weist einen ebenen Mittelbereich 21 auf, an den sich nach außen gegenüber der Längsachse der Rücklaufbohrung 11 entgegensetzt geneigte Ablenkflächen 22 anschließen, die in eine in Richtung des Ringkanals 17 abgeschrägte Randfläche 23 übergeht. Die gegenüberliegende Abschlußwand 13 des Umlenkraums 16 ist im wesentlichen parallel zu dieser Stirnfläche 15 ausgebildet, so daß der Umlenkraum 16 einen labyrinthförmigen Weg für die Strömung aus der Rücklaufbohrung 11 in den Ringkanal 17 bildet.

Im Betrieb der dargestellten Düse wird die zu zerstäubende Flüssigkeit unter hohem Druck über den Ringkanal 9 und die Zufuhrkanäle 10 in den Drallraum 7 eingeführt. Durch die seitlich versetzte Einmündung der Zufuhrkanäle 10 wird die Flüssigkeit im Drallraum 7 in eine schnelle Rotation um die Mittelachse versetzt. Ein Teil der Flüssigkeit tritt durch die Düsenbohrung 4 aus, und zwar aufgrund der Drehung der Flüssigkeit um die Mittelachse in Form eines sich nach außen öffnenden Kegels mit einem Öffnungswinkel ε (Fig. 1).

Ein weiterer Teil der Flüssigkeit gelangt aus dem Drallraum 7 über die Rücklaufbohrung 11 in den Umlenkraum 16. Auch dieser Teil der Flüssigkeit rotiert um die Mittelachse, wobei sich diese Rotation durch die Rücklaufbohrung 11 bis in den Umlenkraum 16 fortsetzt. Die in den Umlenkraum 16 eintretende Flüssigkeit wird durch die als Umlenkfläche wirkende Stirnfläche 15 des Rücklaufstempels 14 im Umlenkraum 16 radial nach außen umgelenkt und in den Ringkanal 17, aus dem diese Flüssigkeit in aus der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise einem Flüssigkeitsvorrat zugeführt wird, der dann erneut über den Ringkanal 9 in der beschriebenen Weise zum Drallraum 7 geleitet werden kann.

Durch die Drehung der Flüssigkeit im Drallraum 7, in der Düsenbohrung 4 und in der Rücklaufbohrung 11 bildet sich im Inneren der rotierenden Flüssigkeit ein Gashohlkern 18 aus, der sich bis in den Umlenkraum 16 hinein fortsetzt. Durch die nach außen umgelenkte Flüssigkeit im Umlenkraum 16 wird jedoch der Gashohlkern 18 an einer weiteren Ausbreitung in Strömungsrichtung gehindert, das heißt, der Gashohlkern 18 endet an der als Umlenkfläche wirkenden Stirnfläche 15 (Fig. 1). Es ist dadurch sichergestellt, daß aus dem Gashohlkern keine Bläschen abgetrennt werden, die von der Flüssigkeit in Form von Schaum mitgerissen werden.

Um einen sicheren Abschluß des Gashohlkerns 18 an der Stirnfläche 15 zu gewährleisten, ist es notwendig, daß die aus der Rücklaufbohrung 11 in den Umlenkraum 16 eintretende Flüssigkeit auf die Stirnfläche 15 auftritt, das heißt, die Flüssigkeit darf unter dem Einfluß der Drehung um die Mittelachse nicht so weit radial nach außen strömen, daß die Stirnfläche 15 nicht mehr getroffen wird.

Wenn man annimmt, daß die Drehung der Flüssigkeit in der Düsenbohrung und in der Rücklaufbohrung im Bereich des Eintrittes in den Umlenkraum 16 im wesentlichen gleich ausgebildet ist, ergibt sich daraus, daß die Flüssigkeit aus der Rücklaufbohrung 11 unter demselben Öffnungswinkel ε in den Umlenkraum 16 eintritt, den die Flüssigkeit beim Austritt aus der Düsenbohrung 4 ausbildet.

Unter dieser Annahme ergibt sich für die Dimensionierung der Düse folgende Beziehung:

Dabei haben die einzelnen Parameter folgende Bedeutung:

d _U: Durchmesser der als Umlenkfläche wirkenden Stirnfläche 15,
d _R: Durchmesser der Rücklaufbohrung,
L₂: Abstand der als Umlenkfläche wirkenden Stirnfläche 15 von der Einmündung der Rücklaufbohrung 11 in dem Umlenkraum 16,
e: Öffnungswinkel des aus der Düsenbohrung 4 austretenden Strömungskegels.

Wenn die genannte Beziehung erfüllt ist, ist sichergestellt, daß die aus der Rücklaufbohrung 11 in den Umlenkraum 16 eintretende Flüssigkeit unmittelbar auf die als Umlenkfläche wirkende Stirnfläche 15 auftrifft und somit den Gashohl­ kern 18 sicher gegenüber dem die Flüssigkeit rückführenden Ringkanal 17 abschließt. Aber auch wenn diese Beziehung nicht erfüllt sein sollte, gewährleistet die labyrinthförmige Ausbildung des Strömungsweges, daß der Gashohlkern 18 gegenüber dem Ringkanal 17 abgeschlossen wird und keine Abschnürung und Schaumbildung eintreten.

Claims (4)

1. Dralldüse zum Zerstäuben einer Flüssigkeit mit einem Drallraum, in den gegenüber der Mittelachse des Drallraums seitlich versetzt Zufuhrkanäle für die Flüssigkeit eintreten, mit einer auf der Mittelachse des Drallraums angeordneten Düsenbohrung, mit einer der Düsenbohrung gegenüberliegenden, längs der Mittelachse des Drallraums aus diesem austretenden Rücklaufbohrung für einen Teil der Flüssigkeit, mit einem an die Rücklaufbohrung anschließenden, in radialer Richtung erweiterten Umlenkraum, der auf der der Rücklaufbohrung gegenüberliegenden Seite eine die Strömung in der Rücklaufbohrung radial nach außen richtende Umlenkfläche aufweist, wobei der Umlenkraum mit von der Mittelachse des Drallraums entfernten Rücklaufkanälen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkfläche (15) in einem radial außenliegenden Bereich (22) entgegen der Längsachse der Rücklaufbohrung (11) geneigt ist, so daß die Flüssigkeit im Umlenkraum (16) gegenüber der Längsachse der Rücklaufbohrung (11) um einen Winkel umgelenkt wird, der größer als 90° ist.

2. Dralldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an die Rücklaufbohrung (11) anschließende, der Umlenkfläche (15) gegenüberliegende Wand (13) des Umlenkraums (16) sich im wesentlichen parallel zur Umlenkfläche (15) erstreckt.

3. Dralldüse nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse einen äußeren Düsenkörper (1) mit einem über die Düsenbohrung (4) mit der Umgebung verbundenen inneren Hohlraum (2) aufweist, in den konzentrisch zur Düsenbohrung (4) ein Drallkörper (5) eingesetzt ist, der mit dem Düsenkörper (1) den Drallraum (7), die in diesen seitlich versetzt einmündenden Zufuhrkanäle (10) sowie zu diesen führenden Zuleitungen (Ringkanal 9) für die Flüssigkeit bildet, daß der Drallkörper (5) die zentrale Rücklaufbohrung (11) enthält, die den Drallraum (7) mit einem Hohlraum (12) im Drallkörper (5) verbindet, und daß in dem Hohlraum (12) ein Rücklaufstempel (14) eingesetzt ist, der mit dem Drallkörper (5) den Umlenkraum (16) sowie die Rücklaufkanäle (17) bildet und dessen der Rücklaufbohrung (11) zugewandte Stirnfläche (15) die Umlenkfläche ist.

4. Dralldüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Rücklaufkanälen (17) Drosselstellen vorgesehen sind, durch die in den Rücklaufkanälen (17) ein geringer Gegendruckaufbau erfolgt.