DE3936080C2

DE3936080C2 - Verfahren zum Variieren der Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströmung eines Fluids

Info

Publication number: DE3936080C2
Application number: DE19893936080
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Sc Techn Kohlmann; Guenter Dr Ing Slowik; Brigitte Dr Ing Schuette
Original assignee: Individual
Current assignee: Slowik Guenter Dr-Ing O-4200 Merseburg De Ko
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2009-10-31
Also published as: DE3936080A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Variieren der Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströmung eines Fluids am Austritt aus einer Dralldüse und ist anwendbar auf Gas- und Flüssigkeitsströmungen.

Bekannte Verfahren zum Variieren der Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströ mung in Zerstäuberdüsen bestehen in der Veränderung des Anstellwinkels von Leitschau feln, in der Kombination von radialer bzw. axialer Zuführung mit einer tangentialen Zufüh rung des Fluids in einen Drallraum und der Rückführung eines Teils des Fluids aus dem Drallraum und der erneuten tangentialen Zuführung in den Drallraum.

Die Veränderung des Anstellwinkels der Leitschaufeln erfordert komplizierte Vorrichtungen, die insbesondere bei der Zerstäubung von Dispersionen störanfällig sind. Die Kombination der radialen bzw. axialen Zuführung mit einer tangentialen Zuführung des Fluids in einen Drallraum ermöglicht das Variieren der Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströ mung in einem weiten Bereich. Der entscheidende Nachteil dieses Verfahrene besteht je doch darin, daß hohe Vermischungsverluste auftreten und unsymmetrische Strömungsver hältnisse im Drallraum entstehen, insbesondere bei der Kombination von radialer und tan gentialer Zuführung.

Durch die Rückführung eines Teils des Fluidstromes aus dem Drallraum und die erneute tangentiale Zuführung in den Drallraum kann die Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströmung im Drallraum erhöht werden. Der entscheidende Nachteil dieses Verfahrens ist der hohe apparative Aufwand zu seiner Realisierung.

Die Erfindung hat das Ziel, die Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströmung ei nes Fluids am Austritt aus einer Dralldüse mit einem geringen technischen Aufwand zu vari ieren, um eine gewählte Zerstäuberdüse bei verschiedenen Fluiddurchsätzen und Fluidei genschaften einsetzen zu können oder verschiedene Tropfenspektren bei konstantem Fluid durchsatz mit der gewählten Düse zu erzeugen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens, mit dessen Hilfe die Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströmung eines Fluids am Austritt aus einer Dralldüse unabhängig vom Fluiddurchsatz variiert werden kann, bzw. mit dem die Umfangs geschwindigkeitskomponente der Drallströmung bei veränderlichem Fluiddurchsatz konstant gehalten werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art der gesamte Stoffstrom des Fluids, durch eine Teilung, auf mindestens zwei Teilströme aufgeteilt wird, mindestens ein Teilstrom in seiner Größe veränderbar gemacht wird und die Teilströme den tangentialen Zuführungskanälen des Drallraumes zugeführt werden. Es ist zweckmäßig, die Zuführungen gleichmäßig über den Umfang des Drallraumes zu verteilen, wobei erfindungsgemäß der gesamte dem Drallraum zugeführte Stoffstrom vor dem Drallraum durch eine erste Teilung in zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt wird, von denen mindestens einer über eine Einrich tung zum Variieren der Teilströme geleitet wird, wobei die Variation zu gleichen oder unglei chen Teilen erfolgt, und anschließend gegebenenfalls eine zweite Aufteilung der Teilströme auf wiederum zwei oder mehrere Teilströme erfolgt, und die aus der ersten und zweiten Teilung resultierenden Teilströme über je einen Zuführungskanal in den Drallraum geleitet werden.

Bei konstantem Durchsatz wird der niedrigste Drall im Drallraum der Zerstäuberdüse er reicht, wenn der Stoffstrom gleichmäßig auf alle Zuführungen verteilt wird. Ohne Durch satzänderung läßt sich der Gesamtstrom jedoch auch auf eine geringere Anzahl von Zufüh rungen aufteilen, indem ein oder mehrere Teilströme reduziert werden. Die Eintrittsge schwindigkeit der dadurch größer werdenden Teilströme in den Drallraum nimmt dabei zu und damit auch der Drall im Drallraum der Zerstäuberdüse. Bei konstantem Gesamtdurch satz und veränderter Umfangsgeschwindigkeitskomponente resultiert eine andere mittlere Tropfengröße.

Für die Durchführung des Verfahrens ist es grundsätzlich für alle Ausführungsmöglichkeiten vorteilhaft, den Stoffstrom auf eine geradzahlige Anzahl der dem Drallraum zuzuführenden Teilströme aufzuteilen, weil damit bei Variation der Teilströme gesichert ist, daß der Drall raum durch gleichmäßig über den Umfang verteilte Zuführungskanäle beaufschlagt wird und dadurch die Rotationssymmetrie der Strömung im Drallraum erhalten bleibt.

Es ist daher zweckmäßig, den Stoffstrom bereits durch eine erste Teilung auf eine gerad zahlige Anzahl von Teilströmen aufzuteilen, wobei bevorzugt eine Aufteilung auf zwei Stoffströme erfolgt. Vorteilhaft ist die Durchführung des Verfahrens in der Weise, daß der Stoffstrom durch eine erste Teilung auf eine geradzahlige Anzahl von Teilströmen und durch eine zweite Teilung auf vier oder eine solche Anzahl von Teilströmen aufgeteilt wird, die ein natürliches Vielfaches der Anzahl von Teilströmen der ersten Teilung ist. Dabei werden je weils die nach der zweiten Teilung erhaltenen Teilströme, die aus jeweils einem Teilstrom der ersten Teilung resultieren, in gleichmäßig über den Umfang des Drallraumes angeordne te Zuführungskanäle geleitet.

Besonders vorteilhaft kann das Verfahren so durchgeführt werden, daß der Stoffstrom durch die erste Teilung in zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt wird, von denen jeder in seiner Größe variiert werden kann. Zum Variieren der Stoffströme können dem Fachmann geläufi ge Einrichtungen wie Ventile, Schieber oder Hähne sowie andere Bauteile verwendet wer den. Es können aber auch Förderorgane verwendet werden, deren Fördercharakteristik ver ändert wird, wie dies bei drehzahlgeregelten Pumpen möglich ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß einerseits bei konstant anstehendem Stoffstrom eines Fluids eine Variation der Umfangsgeschwindigkeitskompo nente der Drallströmung in der Düse möglich ist und damit die Zerstäubung beeinflußt wer den kann, und daß andererseits bei veränderlicher Größe des Stoffstromes eines Fluids durch Variieren die Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströmung verändert wer den kann und damit eine gleichbleibende Zerstäubung erzielt wird.

Bei manchen Zerstäuberdüsen werden mehrere Fluidströme der Düse zugeführt. Dabei ist meist der Gasstrom vom Flüssigkeitsstrom getrennt einer Drallerzeugung unterworfen, bevor es zum Kontakt der Fluidströme am Düsenaustritt kommt. Das Verfahren läßt sich dabei auf jeden einzelnen Fluidstrom anwenden. Es ist damit möglich, für die Fluidströme unterschied liche Umfangskomponenten der Drallströmung einzustellen und das Verhältnis dieser Fluidströme zueinander frei zu gestalten. Ein Fluidstrom im Sinne des Verfahrens kann auch eine Mischung aus Gas und Flüssigkeit sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Beispiel

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Einstoff-Dralldüse mit der das Verfah ren vorteilhaft realisiert werden kann.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Düse entsprechend dem Schnittverlauf in Fig. 2, in der die Düse in einem senkrecht zur Symmetrieachse verlaufenden Schnitt durch den Drallraum dargestellt ist. Fig. 3 veranschaulicht das Verfahren. Die Düse hat einen rotationssymmetrischen Drallraum 1, der im oberen Teil eine Drallkammer 2 mit größerem Durchmesser besitzt. Am unteren Ende des Drallrau mes 1 befindet sich die Düsenaustrittsöffnung 3. Die Düse besitzt vier Zuleitungen 4. Diese Zuleitungen 4 münden an den vier tangentialen Zuführungskanälen 5 zur Drallkammer 2. Die vier Zuführungskanäle 5 sind gleichmäßig über den Umfang der Drallkammer 2 verteilt.

Im Betriebsfall Wird die Düse über die Zuleitungen 4 mit Flüssigkeit beschickt. Die Flüssigkeit gelangt über die tangentialen Zuführungskanäle 5 in die Drallkammer 2 und in den sich anschließenden Drallraum 1. Auf der Achse des Drallraumes 1 bildet sich ein Luftkern. Es entsteht das typische Zerstäubungsbild einer Hohlkegeldüse. Auf diese Düse wird das erfindungsgemäße Verfahren angewandt.

Der gesamte Flüssigkeitsstrom 6 wird in einer ersten Teilung auf zwei Teilströme 7 aufgeteilt, die jeweils in zwei Teilströme 8 aufgeteilt werden und so der Düse zuge führt werden, daß je zwei gegenüberliegende tangentiale Zuführungen 5 von einem Teilstrom 7 der ersten Teilung beschickt werden. Mit Hilfe des Ventils 9 ist es unter der Voraussetzung, daß der Druck in der Zuführungsleitung des Flüssigkeitsstromes konstant ist, möglich, den Volumenstrom der zu zerstäubenden Flüssigkeit zu hal bieren, falls der Betrieb mit vollständig geöffnetem Ventil 9 der Normalzustand ist, bzw. zu verdoppeln, falls der Betrieb mit vollständig geschlossenem Ventil 9 der Normalzustand ist. Dabei ist keine wesentliche Änderung der Tropfengrößenvertei lung zu verzeichnen. Innerhalb dieser beiden Grenzwerte der Ventilstellung kann jeder Zwischenzustand eingestellt werden. Auch dabei tritt keine signifikante Ände rung der Tropfengröße auf.

Claims

1. Verfahren zum Variieren der Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Drallströmung eines Fluids am Austritt aus einer Dralldüse, wobei die Dralldüse einen Drallraum mit mehreren tangentialen Zuführungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der gesamte Stoffstrom des Fluids durch eine Teilung auf mindestens zwei Teilströme aufgeteilt wird,
b) mindestens ein Teilstrom in seiner Größe veränderbar gemacht wird und
c) die Teilströme den tangentialen Zuführungskanälen des Drallraumes zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilströme (7) ihrerseits weiter in Teilströme (8) zerlegt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drallraum eine Anzahl von Teilströmen zugeleitet wird, die ein natürliches Vielfaches der Anzahl der nach der ersten Teilung entstandenen Teilströme ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der ersten Teilung resultierenden Teilströme (8) eines Teilstromes (7) auf gleichmäßig über den Umfang des Drallraumes der Zerstäuberdüse angeordnete Zuführungen aufgegeben werden.