DE3722529A1 - Hochdruckwasserduese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckwasserdüse mit einem Düsenkörper, in dem von einer Zuführleitung zum Düsenaustritt ein sich verjüngender Kanal ausgebildet ist.

Es ist bekannt, derartige Düsen einzusetzen, wobei die Kanalausformung im wesentlichen konisch ist oder auch die Form einer Kalotte besitzt. Die Effektivität solcher Hochdruckwasserdüsen ist von einer Reihe von Faktoren abhängig, wie Formtreue des Kanals, Oberflächenrauhigkeit, Verhältnis von Länge zu Durchmesser u.s.w. Es ist dabei das Bestreben, daß der sogenannte CD-Wert möglichst hoch liegt. Dieser Wert gibt das Verhältnis von eingegebener Energie zu der Energie nach dem Düsenaustritt an und liegt in der Regel bei 0,65 bis 0,7.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wasserhochdruckdüse verfügbar zu machen, bei der der Düsenwirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Düsen wesentlich verbessert ist.

Die Erfindung besteht darin, daß der Kanal eine Begrenzungskontur aufweist, die einen Rotationskörper von parabolischer Funktion bildet.

In einer vorteilhaften Ausbildung wird die Rotation von zwei Parabeln gebildet und ermöglicht einen optimalen Düsenwirkungsgrad, bei dem vom Düsenzufluß aus gesehen ein konkaver Parabelabschnitt einen konvexen Parabelabschnitt ablöst.

Dabei wandert der Übergangspunkt vom konkaven zum konvexen Parabelabschnitt mit ansteigendem Druck vom Bereich des Düsenaustritts zum Bereich des Düsenzuflusses.

Der Erfindung liegt die Kenntnis zugrunde, daß die im turbulenten Reynolds-Bereich liegenden Strömungs­ verhältnisse durch Beeinflussung der Unterlageströmung d. h. der Änderung der Düsengeometrie, Wirkungsgrad­ verbesserungen bringen.

Dabei wurde davon ausgegangen, daß verschiedene Betriebsdrücke einen unterschiedlichen Reynold-Wert bedeuten und somit verschiedene Düsen erforderlich machen, als der unterschiedliche Umschlagpunkt von liminarer zu turbulenter Strömung auch eine unterschiedliche Geometrie der Düse bedingen muß.

Dies haben Versuche bestätigt. Die Düsenkontur hängt insbesondere vom Volumenstrom und vom Betriebsdruck ab. Beste Ergebnisse wurden erzielt mit einer Kontur, die einer Parabelfunktion folgt.

In der beigefügten Fig. 1 sind die Konturlinien für eine Düse im Maßstab von 1:200 bei einem Eingangs­ durchmesser von 0,175 mm bei verschiedenen Betriebsdrücken von 2000 bis 3800 bar dargestellt. Es wurden Düsenwirkungs­ grade bis zu 0,88 erzielt.

Wie in Fig. 2 noch einmal schematisch dargestellt ist, wurden in einem Düsenkörper 1 Konturen 2 ausgebildet, die aus einem Rotationskörper entstehen, der von zwei Parabelabschnitten gebildet wurde. Dabei wurde in Bereich des Düseneingangs 3 ein konkaver Parabelabschnitt 4 vor­ gesehen, der nach einem Übergangspunkt 5 in einen konvexen Parabelabschnitt 6 im Bereich des Düsenaustritts 7 über­ geht.

Dabei wurde gefunden, wie Fig. 1 zeigt, daß ein hoher Wirkungsgrad dann erreicht wird, wenn bei den unterschiedlichen Konturen des Düsenkanals der Übergangs­ punkt von konkavem Parabelabschnitt 4 zu konvexem Parabel­ abschnitt 6 bei steigenden Betriebsdrücken vom Düsenaus­ gang 7 zum Düseneingang 3 hin verlagert wird.

Damit wurde eine Düse verfügbar gemacht, die einen hohen Wirkungsgrad erreicht, indem das Verhältnis von Düsenlänge zu Düsendurchmesser sich ändert, indem die Kontur von zwei aneinandergefügten Parabelabschnitten gebildet wird, nämlich einem konkaven und einem konvexen, wodurch neben einer verbesserten Kohärenz des Strahles die installierte Initialleistung um etwa 30% gegenüber herkömmlichen Düsen verringert werden konnte. Bei den erfindungsgemäßen Düsen war eine Verminderung der Grenzschichtreibung, z. B. durch Beigabe von langkettigen Copolymeren, nicht erforderlich.

Claims (4)

1. Hochdruckwasserdüse mit einem Düsenkörper (1), in dem ein vom Düseneintritt (3) zum Düsenaustritt (7) sich verjüngender Kanal (2) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (2) eine Begrenzungskontur (4, 5, 6) aufweist, die einen Rotationskörper von einer parabolischen Funktion bildet.

2. Hochdruckwasserdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper von zwei Parabelabschnitten (4, 6) gebildet wird.

3. Hochdruckwasserdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Düseneingang (3) aus gese­ hen ein konkaver Parabelabschnitt (4) einen konvexen Parabelabschnitt (6) ablöst.

4. Hochdruckwasserdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangspunkt (5) vom konkaven Düsenabschnitt (4) zum konvexen Düsenabschnitt (6) mit ansteigendem Druck vom Bereich des Düsenaus­ tritts (7) zum Bereich des Düseneintritts (3) hin sich verschiebt.