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Einrichtung zur Verteilung von Gas- oder Flüssigkeitsströmen Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Verteilung von Gas- oder Flüssigkeitsströmen, die
aus einem Verteilkanäl in quer zu diesem liegender Richtung durch eine Mehrzahl
von Übertrittsdüsen nach einem anschließenden Raum bzw. umgekehrt in entgegengesetzter
Richtung von letzterem nach dem Verteilkanal hin strömen, und hat die Aufgabe, eine
gleichmäßige Mengenverteilung der hindurchströmenden Stoffe über die Länge des Verteilkanals
für jede der beiden entgegengesetzten StrÖ-mungsrichtungen zu sichern. Als Anwendungsfälle
dieser Art ergeben sich insbesondere bei Koksöfen (Horizontal-, Vertikal- und Schrägkammeröfen),
die mit Zugwechsel betrieben werden, die folgenden: die Verteilung von gasförmigen
Verbrennungsstoffen (Luft, Schwachgas) bzw. von Verbrennungserzeugnissen (Abgasen)
über einen Verteilkanal nach und von einem Wärmespeicher; bei Heizwänden solcher
Kammeröfen mit senkrechten Heizzügen, die gruppenweise durch einen sie oben verbindenden
Abgasverteilkanal zusammengefaßt werden, die Gestaltung der als Durchtritte wirkenden
Heizzugausmündungen; ferner die Ausbildung der Luft- und Schwachgasdüsen bei einer
über die
ganze Höhe der Heizzüge gestuften Verteilung dieser Verbrennungsstoffe
in die senkrechten Heizzüge hinein durch ihnen parallele Verteilkanäle.
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Es ist bei Horizontalkoksöfen mit hälftig sn der Ofenmitte geteilten
Einzelwärmespeichern und unter diesen liegenden waagerechten Verteilkanälen bekannt,
,zur Herbeiführung einer gleichmäßigen Verteilung der Verbrennungsstoffe bzw. Abgase
über den Wärmespeicher die lichten Querschnitte der Durchtrittsöffnungen zwischen
diesem und dem Verteilkanal über dessen Länge verschieden groß auszubilden, und
zwar gewöhnlich derart, daß diese Querschnitte sich von dem Einlaßende des Verteilkanals
her, wo die gasförmigen Verbrennungsstoffe zugeführt werden, in Richtung dieses
Gasstromes zunehmend erweitern. Eine gleichartige Einrichtung in entsprechender
Anordnung ist bei hälftig geteilten, im. Zugwechsel betriebenen Koksofenheizwänden
mit senkrechten Heizzügen und diese oben verbindendem Abgassammelkanal für die Ausbildung
der Heizzugausmündungen nach diesem Kanal hin bekannt. Durch dieses bekannte Mittel
der bloßen Veränderung der Lichtweiten der einzelnen Übertrittsquerschnitte kann
man jedoch günstigstenfalls eine gleichmäßige Verteilung aus .dem Verteilkanal in
den anschließenden Raum nur für die eine Strömungsri(:htung, nicht aber zugleich
für die in der Wechselphase auftretende entgegengesetzte Strömungsrichtung erzielen.
Bei Anwendung dieser Einrichtung etwa zur Verteilung von Verbrennungsstoffen bzw.
Verbrennungserzeugnissen nach und von einem Wärmespeicher. in dem als bekannt erwähnten
Beispiel von Koksöfen mit in Ofenmitte halb geteilten Einzelregeneratoren, sogenannten
Ouerregeneratoren, die unter den Ofenkammern bzw. Heizwänden in deren Längsrichtung
liegen, würde man also mit dem besagten bekannten Mittel höchstens eine gleichmäßige
Verteilung der Verbrennungsstoffe etwa auf ihrer Zufuhrseite aus dem Verteilerkanal
nach dem Regenerator und weiter nach der Reihe der Heizzüge hin, nicht jedoch zugleich
eine ebensolche gleichmäßige Verteilung in der anderen Ofenhälfte von den Heizzügen
und dem' angeschlossenen Regenerator nach dem bezüglichen Verteil- bzw. Sammelkanal
hin schaffen können.
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Mit der Einrichtung nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß die einzelnen übertrittsdüsen jeweils aus zwei aufeinandergesetzten, an ihrer
engsten Stelle aneinanderstoßenden Einzeldüsen von verschiedenen Profilen gebildet
sind und daß die durch diese Profile bedingten Ausflußzahlen der beiden Reihen von
Einzeldüsen zur Beeinflussung der in sie einströmenden Stoffmengen von dem Einlaß
bzw. Auslaß des Verteilkanals an über dessen Länge nach verschiedenen Gesetzen gehalten
sind, derart, daß eine gleichmäßige Mengenverteilung der durch die Übertrittsdüsen
hindurchströmenden Stoffe über diese in jeder der beiden entgegengesetzten Strömungsrichtungen
erfolgt. Dieses Ergebnis wird dadurch ermöglicht, daß eine Beeinflussung der Durchtrittsmengen
durch die einzelnen Düsen lediglich durch die Formgebung des Düsenteilß allein auf
der jeweiligen Eintrittsseite dieser Durchtrittsmenge erfolgt und ein Einfluß des
folgenden sich erweiternden Düsenteils auf die Durchtrittsmenge nichtauftritt,weil
dervonderEintrittsseite her zuströmende Gas- oder Flüssigkeitsstrahl durch den anschließenden
Düsenteil der Austrittsseite frei hindurchgeht. Eine praktisch besonders zweckmäßige
Ausführungsform der Übertrittsdüsen ist dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Querschnitt
einer aus zwei aufeinandergesetzten Düsen gebildeten Übertrittsdüse in allen zu
ihrer Mittelachse senkrechten Schnitten rechteckig ist, wobei jede der beiden Einzeldüsen
ein Düsenprofil von in einer Längsmittelebene dieser Rechtecke unveränderlicher
und in der anderen Längsmittelebene veränderlicher lichter Weite besitzt und wobei
weiter die Ebenen der jeweiligen Profile gleicher Art, d. h. derjenigen von veränderlicher
bzw. unveränderlicher Weite, für die beiden Einzeldüsen um 9o° ,gegeneinander in
der Achse verdreht sind.
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Die für die Ausflußzahlen anzuwendenden Berechnungsgrundlagen sind
in dem Aufsatz von Dr. R. v. M i s e s »Berechnung von Ausfluß- und Überfallzahlen«
in der »Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure«, B. 61, (Jahrgang 29i7), S.
q.69 ff., veröffentlicht, vgl. insbesondere auf S.472 und 473 die Abb. 15, 16, 17
und 18, die Gleichung (4) und die Zahlentafel i. Hiernach ist wesentlich bestimmend
für die Größe der Ausflußzahl die Größe des Neigungswinkels a, den die Tangente
an die Wandung bzw. das Profil der Düse bei ihrem Übertritt in die engste Einschnürungsstelle
mit der Düsenachse bildet. Beispielsweise beträgt nach dieser Veröffentlichung für
die Verhältnisse vorliegender Erfindung (wo praktisch x = o ist) für a =
o die Ausflußzahl 9p = i, für a = 45° 9p = 0,746, für a = 67,5° cp
= 0,66o, für a .=9o° 9p = o,611.
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-- Bei der Anwendung auf Kammeröfen für Koks-und Gaserzeugung mit
hälftig geteilten Einzelregeneratoren und darunterliegenden Verteülkanälen kann
man nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die vorstehend erläuterte Veränderung
der Düsenprofilform zusätzlich mit einer über die Länge des Verteilkanals anzuwendendenVeränderung
der Lichtquerschnitte der einzelnen Düsen kombinieren. Dies geschieht iri der Weise,
daß die an den Einschnürungsstellen der Übertrittsdüsen bestehenden engsten Lichtquerschnitte
in der im Verteilkanal herrschenden Durchströmrichtung der vorzuwärmenden Verbrennungsstoffe
(Luft, Schwachgas) vom Einlaßende dieses Kanals aus zunehmend .kleiner gehalten
werden. Für sich allein würde diese .unterschiedliche Größengestaltung der verschiedenen
übertrittsdüsen nicht nur, wie eingangs dargelegt, zur Aufgabenlösung ungeeignet,
sondern sogar der als bekannt erklärten, als Mittel zur Herbeiführung einer gleichmäßigen
Mengenverteilung dienenden Veränderung der Lichtweiten entgegengesetzt sein und
daher im allgemeinen eine ungleichmäßige Mengenverteilung, nämlich eine zu große
Zufuhr an Luft bzw. Schwachgas am Einlaßende
des Verteilkanals
bzw. an der Ofenstirnseite der Regeneratoren und eine zu geringe Zufuhr am entgegengesetzten
Ende, in der Ofenmitte, herbeiführen. Durch die Kombination des besagten zusätzlichen
Mittels mit der erfindungsgemäßen Veränderung der Ausflußzahlen der einzelnen Düsen
über die Länge des Verteilkanals wird der Ausgleich dafür geschaffen, um eine gleichmäßige
Mengenverteilung in beiden entgegengesetzten Durchströmrichtungen zu sichern. Der
Vorteil dieser Kombination liegt darin, daß man für die beiden in ihrem Verlauf
verschiedenen Gesetze der Veränderung der Düsenprofile auf den beiden Seiten der
Übertrittsdüsen einen gewissen mittleren Ausgleich schaffen und die praktische Verwirklichung
dieser verschiedenen Düsenprofilformen über die ganze Länge des Verteilkanals erleichtern
kann.
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Durch die Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel für die Einrichtung
nach der Erfindung in Anwendung auf Einzelregeneratoren bei Horizontalkammeröfen
zur Koks- und Gaserzeugung erläutert. Die Abb. i ist ein senkrechter Längsschnitt,-der
nur die eine Ofenhälfte umfaßt, durch den unteren Teil eines Einzel.regenerators,
oberhalb dessen die Ofenkammer bzw. Heizwand anzunehmen ist, und den zugehörigen
untenliegenden Regeneratorsohl- bzw. -verteilkanal, und zwar nach der Schnittlinie
I-I der Abb. 3. Die Abb. a, 3 und .4 zeigen in vergrößertem Maßstabe senkrechte
Querschnitte durch den unteren Teil der Abb. i nach den Schnittlinien 11-II, III-III,
IV-IV derselben. Die Abb. 5 zeigt die Gestaltung einer Übertrittsdüse im einzelnen
in perspektivischer Darstellung, wobei die durch die Linien I-1 angedeutete Mittelebene
der Schnittebene 1-1 von Abb. 3 auch der Zeichnungsebene von Abb. i entspricht.
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Der Regeneratorraum i, der durch die vordere Stirnwand z, die Mittelwand
3 des Ofens und die Seitenwände q. (Abb. z, 3 und q.) begrenzt wird, ist mit Gittersteinen
ausgefüllt, die auf dem Regeneratorrost 8 unter Zwischenfügung der Steinzwischenlage
1 2 ruhen. In der Betriebsphase der Benutzung dieses Regenerators i zur Aufheizung
der Verbrennungsstoffe Luft bzw. Schwachgas gelangen diese letzteren durch die Einlaßöffnung
5 in den als Verteilkanal dienenden Regeneratorsohlkanal6 und werden von hier aus
durch die Übertrittsdüsen 7 im Regeneratorrost 8 gleichmäßig über die gesamte Länge
des Kanals 6 bzw. den gesamten Querschnitt des Regenerators i verteilt. In der entgegengesetzten
Betriebsphase der Aufheizung des Regenerators i durch Abgase gelangen diese aus
dem Regenerator durch dieselben übertrittsdüsen 7 in den Sohlkanal 6 und von hier
durch die dann als Auslaß wirkende Öffnung 5 nach dem Schornstein.
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Nach der Erfindung erhalten die übertrittsdüsen 7 die in Abb. 5 dargestellte
Gestaltung. Sie sind hiernach in der Mitte zu einem engsten Querschnitt g eingeschnürt
und erweitern sich von diesem her zu einer unteren Düsenöffnung io und einer oberen
Düsenöffnung i i von verschieden gestalteten Profilformen. Jede dieser beiden Einzeldüsen
nach Abb. 5 hat in jeder zu der gemeinsamen, im Raum senkrecht stehenden Mittelachse
senkrechten, d. h. im Raum waagerecht liegenden Schnittebene einen rechteckigen
Querschnitt, und jede dieser beiden Einzeldüsen besitzt ein Düsenprofil, das in
der einen Längsmittelebene dieses Rechtecks (z. B. in Abb. 5 bei der oberen Düse
die Ebene nach I-I unveränderliche lichteWeite und in der anderen Längsmittelebene
veränderliche lichte Weite aufweist; außerdem sind die jeweiligen Profilebenen von
gleicher Art, d. h. die von veränderlichen bzw. die von unveränderlichen Weiten,
für die beiden Einzeldüsen um go° gegeneinander in der Mittelachse verdreht. Die
den Einzeldüsen zukommenden verschieden großen Austrittszahlen werden durch entsprechende
Wahl des Neigungswinkels a, den die Tangente des veränderlichen Profils der Düse
mit der senkrechten Achse bildet (vgl. Abb. 5), erreicht. Die Einzeldüsen der unteren
Reihe erhalten, über die Länge. des Verteilerkanals 6 gerechnet, in der Einströmungsrichtung
der zuzuführenden und aufzuheizenden Verbrennungsstoffe, also in der Richtung von
dem Einlaß 5 nach dem bei der Mittelwand 3 liegenden Kanalende hin, Größen der Winkel
a von 45 bis go° bzw. entsprechende Werte der Ausflußzahlen 9p von 0,746 bis o,611;
dagegen erhalten die Einzeldüsen der oberen Reihe, die also die Abgase aus dem Regenerator
i nach dem Verteilkanal 6 hin abzuführen haben, in derselben Längsrichtung dieses
Kanals 6 gerechnet, Größen der Winkel a von go bis o° bzw. der Ausflußzahlen p von
o,61 i bis i. Die Größen der Ausflußzahlen der beiden Düsenreihen werden also über
die Länge des Verteilkanals 6 in entgegengesetztem Sinne und in verschiedenem Ausmaß
verändert.
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Gemäß Abb. i wird zur Lösung der Aufgabe, außer der geschilderten
Veränderung der Düsenprofilformen bzw. der dadurch bedingten Ausflußzahlen, das
zusätzliche Mittel benutzt, daß die Lichtquerschnitte an den engsten Einschnürungsstellen
g der Übertrittsdüsen 7 über die ganze Länge des Verteilkanals 6 verschieden groß
gewählt werden, und zwar in der Weise, daß diese Lichtquerschnitte in Richtung des
Durchströmens der vorzuwärmenden Verbrennungsstoffe (Luft, Schwachgas) von dem Einlaßende
5 des Verteilkanals aus zunehmend kleiner werden, wie die Darstellung der Abb. i
im einzelnen deutlich zeigt. Diese Kombination der beiden geschilderten Mittel ist
besonders vorteilhaft bei der in Abb. i zugrunde gelegten Anwendung von hälftig
geteilten Einzelregeneratoren, um hierbei nicht nur die Regeneratorkammern selbst,
sondern auch die darüberliegenden, in Heiz= zöge aufgeteilten Heizwände über die
ganze waagerechte Längenerstreckung in beiden Wechselphasen gleichmäßig zu beaufschlagen,
was bei den verhältnismäßig großen waagerechten Längenabmessungen einer Heizwand
neuzeitlicher Horizontalkammeröfen erfahrungsgemäß beträchtliche Schwierigkeiten
macht und bei unvollkommener Lösung zu störenden Ungleichmäßigkeiten der Ofenbeheizung
führt.
Für die Wirksamkeit dieser Kombination ist zu beachten, daß der Veränderung der
Aüsflußzahlen der Einzeldüsen, die ja lediglich. durch die verschiedenen Größen
der oben erklärten Tangentenwinkel a (Abb. a, 3 und 5) ermöglicht wird, wegen
des begrenzten Größenspielraums der letzteren zwischen o und 9o° verhältnismäßig
enge Grenzen zwischen den oben angegebenen Extremwerten o,6ii und i gezogen sind,
wogegen die verhältnismäßige Änderung der Lichtquerschnitte einen wesentlich weiteren
Spielraum zuläßt. Demgemäß ergibt die Kombination beider Mittel bei geschickter
Bemessung und Gestaltung derselben durch Summierung ihrer einzelnen verschiedenen
Einflüsse vergrößerte Möglichkeiten zur richtigen und baulich vorteilhaften Lösung
der Erfindungsaufgabe.
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Die Erfindung kann für alle beliebigen Verteilprobleme der eingangs
erklärten Art, sowohl bei Gasen wie auch bei Flüssigkeiten, mit Vorteil angewendet
werden.