EP0121877B1 - Hohlkegelzerstäubungsdüse - Google Patents

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EP0121877B1
EP0121877B1 EP84103521A EP84103521A EP0121877B1 EP 0121877 B1 EP0121877 B1 EP 0121877B1 EP 84103521 A EP84103521 A EP 84103521A EP 84103521 A EP84103521 A EP 84103521A EP 0121877 B1 EP0121877 B1 EP 0121877B1
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EP
European Patent Office
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nozzle
mixing chamber
inlet bore
inlet
liquid
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EP84103521A
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French (fr)
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EP0121877A2 (de
EP0121877A3 (en
Inventor
Günter Eipper
Hans Langenfelder
Hans-Jochen Beyse
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3405—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl
    • B05B1/341—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet
    • B05B1/3478—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet the liquid flowing at least two different courses before reaching the swirl chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3405—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl
    • B05B1/341—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet
    • B05B1/3421—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet with channels emerging substantially tangentially in the swirl chamber
    • B05B1/3426—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet with channels emerging substantially tangentially in the swirl chamber the channels emerging in the swirl chamber perpendicularly to the outlet axis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/10—Spray pistols; Apparatus for discharge producing a swirling discharge

Definitions

  • the invention relates to a hollow cone atomizing nozzle according to the preamble of the claims, in which the spray cone of the atomized liquid is adjustable.
  • the swirl of the liquid to be atomized which is required for the formation of the spray cone, is generated by built-in parts in the nozzle housing or by eccentric introduction of the liquid into the nozzle housing.
  • the angular momentum of the liquid which is decisive for the swirl, in turn depends on its flow velocity.
  • the spray angle of the nozzle also changes due to the fixed geometry of the internals or the eccentric introduction and the subsequent chamber in the nozzle housing. If, on the other hand, the flow velocity is constant, the spray angle can only be changed by exchanging the swirl-generating internals.
  • an atomizing nozzle is known in which the liquid to be atomized is introduced into a mixing chamber of the nozzle housing in an axial partial flow and in an eccentrically guided partial flow.
  • the two partial streams which can be adjusted by valves, should unite in the mixing chamber to form a total stream emerging from the nozzle opening in a spray cone.
  • the axial partial flow largely strikes the nozzle opening directly without mixing with the eccentrically introduced partial flow.
  • little influence can be exerted on the swirl of the liquid to be atomized resulting in the nozzle opening and thus on the spray cone.
  • tests have shown that a nozzle designed in this way works irregularly and in an uncontrollable manner. Associated with this is a fluctuating large spectrum of the drops emerging from the spray cone. This is due to the fact that the axial partial flow disturbs the air base in the mixing chamber, which influences the swirl of the eccentrically introduced partial flow.
  • Hollow cone atomizing nozzles are e.g. B. used in the production of dyes for atomizing dye suspensions in atomization dryers.
  • a certain spray angle of the atomized suspension must be kept constant in a small area. If the angle is too small, the heat content of the dry air is not used optimally, so that in addition to a reduced efficiency of the system, incompletely dried product particles are the result.
  • a spray angle that is too large causes product caking on the dryer wall, which must be removed for safety and quality reasons. For this purpose, the drying process is interrupted again and again.
  • the drying process may have to be interrupted several times in order to replace by Nozzle parts to optimize the spray angle.
  • the principle of the construction of the present hollow cone atomizing nozzle is based on the measure of introducing the liquid to be atomized into the nozzle housing in two or more partial flows, of which at least one partial flow is given a swirl which builds up the spray angle of the nozzle and the further partial flow (s) can be fed without twist.
  • the partial streams are superimposed in a mixing chamber of the nozzle, so that there is a flow out of the nozzle opening escaping total flow of the liquid results in a swirl which determines the angle of the spray cone with an angular momentum resulting in accordance with the size of the partial flows.
  • the partial flows leading to the nozzle and thus the spray angle can be adjusted.
  • the nozzle housing 1 is provided with an inlet bore 3 opening eccentrically into a swirl chamber 2 and with an inlet bore 6 arranged in an insert 4 coaxial to the nozzle axis 5, which has one or more inlet bores 7 at an angle from Z. B. 450 opens into the swirl chamber to the nozzle axis.
  • the swirl chamber is followed by a rotationally symmetrical mixing chamber 8, in which the partial flows introduced via the inlet bores 3 and 6 mix, so that the angular momentum of the eccentrically introduced partial flow is distributed over the entire liquid flow to be atomized.
  • the outlet of the mixing chamber is led to the nozzle opening 9.
  • inlet bore 6 can be replaced by a bore 12 parallel to the nozzle axis 5 (FIG. 5) or else a bore opening radially into the mixing chamber 8 10 (FIG. 3).
  • the supply lines, not shown in the drawing, for the inlet bores 3 and 6 can be guided via fine control valves, so that the partial streams supplied to the bores and thus the spray angle of the entire liquid stream leaving the nozzle opening 9 can be adjusted without the nozzle having to be changed or internals having to be replaced . This also enables automatic control of the spray angle.
  • a further embodiment of the nozzle according to the invention provides that two inlet bores are guided eccentrically and in the flow direction of the partial streams of the liquid to be atomized to be introduced into the swirl chamber and the downstream mixing chamber opposite to one another.
  • swirl-generating internals can also be provided for the inlet bores.
  • the nozzle according to the invention it is now possible to readjust the spray angle with a variable total volume flow through the nozzle, with fluctuations in the viscosity of the liquid to be atomized or with fluctuations in the solids content of the liquid. Conversely, with a constant volume flow, the spray angle can be changed over a wide range.

Landscapes

  • Nozzles (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hohlkegelzerstäubungsdüse gemäß Oberbegriff der Patentansprüche, bei der der Sprühkegel der zerstäubten Flüssigkeit einstellbar ist.
  • Bei den bekannten Düsenkonstruktionen wird der für die Ausbildung des Sprühkegels erforderliche Drall der zu zerstäubenden Flüssigkeit durch Einbauten im Düsenghäuse oder durch exzentrisches Einleiten der Flüssigkeit in das Düsengehäuse erzeugt. Der für den Drall maßgebende Drehimpuls der Flüssigkeit hängt wiederrum von deren Strömungsgeschwindigkeit ab.
  • Ändert sich während des Betriebs die Strömungsgeschwindigkeit, so ändert sich Infolge der festen Geometrie der Einbauten bzw. der exzentrischen Einleitung und der nachfolgenden Kammer im Düsengehäuse auch der Sprühwinkel der Düse. Ist hingegen die Strömungsgeschwindigkeit konstant, so kann der Sprühwinkel nur durch Austausch der drallerzeugenden Einbauten verändert werden.
  • Aus der FR-A-2 397 889 ist eine Zerstäubungsdüse bekannt, bei der die zu zerstäubende Flüssigkeit in einem axialen Teilstrom und in einem exzentrisch geführten Teilstrom in eine Mischkammer des Düsengehäuses eingeleitet wird. Die beiden Teilstrome, die durch Ventile einstellbar sind, sollen sich in der Mischkammer zu einem aus der Düsenöffnung in einem Sprühkegel austretenden Gesamtstrom vereinigen. Der axiale Teilstrom trifft jedoch großenteils direkt auf die Düsenöffnung, ohne sich mit dem exzentrisch eingeleiteten Teilstrom zu vermischen. Auf den in der Düsenöffnung resultierenden Drall der zu zerstäubenden Flüssigkeit und damit auf den Sprühkegel kann demzufolge wenig Einfluß genommen werden. Ferner haben Versuche gezeigt, daß eine derartig gestaltete Düse unregelmäßig und unkontrollierbar arbeitet, im Fachjargon wird von einem Pulsieren oder Stoßen der Düse gesprochen. Damit verbunden ist ein schwankendes Großenspektrum der aus dem Sprühkegel entstehenden Tropfen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der axiale Teilstrom die Luftbase in der Mischkammer stört, die den Drall des exzentrisch eingeleiteten Teilstroms beeinflußt.
  • Hohlkegelzerstäubungsdüsen werden z. B. bei der Herstellung von Farbstoffen zum Zerstäuben von Farbstoffsuspensionen in Zerstäubungstrocknern eingesetzt Dabei muß ein bestimmter Sprühwinkel der zerstäubten Suspension in einem kleinen Bereich konstant gehalten werden. Bei zu kleinem Winkel wird der Wärmeinhalt der Trockenluft nicht optimal ausgenutzt, so daß neben einem verminderten Wirkungsgrad der Anlage unvollständig getrocknete Produktteilchen die Folge sind. Ein zu großer Sprühwinkel verursacht Produktanbackungen an der Trocknerwand, die aus Sicherheits und Qualitätsgründen beseitigt werden müssen. Hierzu wird der Trocknungsprozeß immer wieder unterbrochen.
  • Werden hochdisperse Textil-Farbstoffzubereitungen getrocknet, ist es erforderlich, die Trocknungsbedingungen wie z. B. die Eingangs- und Ausgangstemperaturen der Trockenluft bei einzelnen Chargen neu festzulegen. Einerseits soll ein optimaler Produktfluß erhalten werden, andererseits ist ein Qualitätsabfall z. B. durch zu hohe Temperaturbelastung während der Trocknung zu verhindern. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, den Mengenstrom zur Düse zu variieren.
  • Bei sich ändernden Betriebsparametern, wie Änderung des Durchsatzes und damit der Strömungsgeschwindigkeit in der Düse beim Anfahren des Trockenprozesses, Änderung der Viskosität und/oder des Feststoffgehaltes der Flüssigkeit, die den Sprühwinkel beeinflussen, muß der Trocknungsprozeß unter Umständen mehrmals unterbrochen werden, um durch Austausch von Düsenteilen den Sprühwinkel zu optimieren.
  • Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Hohlkegelzerstäubungsdüse zu entwickeln, bei der ein axialer Teilstrom der zu zerstäubenden Flüssigkeit in einer Mischkammer auf einen exzentrisch eingeleiteten Teilstrom trifft und sich die Teilstrome dadurch so intensiv vermischen, daß der Drehimpuls des aus der Düsenöffnung austretenden Gesamtstroms der Flüssigkeit dem Teilstromverhältnis entspricht und somit der Winkel des Sprühkegels einstellbar ist.
  • Gelöst wurde die Aufgabe durch eine Hohlkegelzerstäubungsdüse mit den in den Patentansprüchen 1 bis 4 gekennzeichneten Merkmalen.
  • Die erfindungsgemäße Hohlkegelzerstäubungsdüse ist anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert.
    Es zeigen
    • Figur 1 eine Hohlkegelzerstäubungsdüse mit einer exzentrisch und einer koaxial angeordneten Eintrittsbohrung im Längsschnitt
    • Figur 2 dieselbe Düse im Querschnitt gemäß der Schnittlinie I-I in Figur 1
    • Figuren 3 bis 5 schematisch verschiedene Anordnungen der in das Innere des Düsengehäuses führenden Eintrittsbohrungen.
  • Das Prinzip der Konstruktion vorliegender Hohlkegelzerstäubungsdüse, nachfolgend Düse genannt, beruht auf der Masßnahme, die zu zerstäubende Flüssigkeit in zwei oder mehreren Teilströmen in das Düsengehäuse einzuleiten, wovon mindestens einem Teilstrom ein den Sprühwinkel der Düse aufbauender Drall erteilt wird und der bzw. die weiteren Teilströme ohne Drall zugeführt werden. In einer Mischkammer der Düse werden die Teilströme überlagert, so daß sich für den aus der Düsenöffnung austretenden Gesamtstrom der Flüssigkeit ein den Winkel des Sprühkegels bestimmender Drall mit einem entsprechend der Größe der Teilströme resultierenden Drehimpuls ergibt. Mit Hilfe betätigbarer Ventile können die der Düse zuführenden Teilströme und somit der Sprühwinkel eingestellt werden.
  • Hierzu ist das Düsengehäuse 1 nach der in Figur 1 und 2 gezeigten Ausführungsform mit einer exzentrisch in einen Drallraum 2 mündenden Eintrittsbohrung 3 und mit einer in einem Einsatz 4 koaxial zur Düsenachse 5 angeordneten Eintrittsbohrung 6 versehen, die über eine oder mehrere Zulaufbohrungen 7 unter einem Winkel von z. B. 450 zur Düsenachse in den Drallraum mündet. An den Drallraum schließt sich eine rotationssymmetrische Mischkammer 8 an, in der sich die über die Eintrittsbohrungen 3 und 6 eingeleiteten Teilströme vermischen, so daß sich der Drehimpuls des exzentrisch eingeleiteten Teilstroms auf den gesamten zu zerstäubenden Flüssigkeitsstrom verteilt. Der Ausgang der Mischkammer ist auf die Düsenöffnung 9 geführt.
  • Anstelle einer exzentzisch angeordneten Eintrittsbohrung kann auch eine zum Drallraum radial 11 oder parallel zur Düsenachse geführte Bohrung mit sich anschließenden Drall erzeugenden Einbauten, wie Drallkammerplatten oder drallerzeugenden Kanälen, vorgesehen werden. Ebenso kann die Eintrittsbohrung 6 durch eine zur Düsenachse 5 parallele 12 (Figur 5) oder aber auch eine in die Mischkammer 8 radial 10 (Figur 3) mündende Bohrung ersetzt sein.
  • Die in der Zeichnung nicht dargestellten Zuleitungen für die Eintrittsbohrungen 3 und 6 können über Feinregelventile geführt sein, so daß die den Bohrungen zugeführten Teilströme und damit der Sprühwinkel der gesamten die Düsenöffnung 9 verlassenden Flüssigkeitsstromes einstellbar ist, ohne daß die Düse verändert oder Einbauten ausgetauscht werden müssen. Ferner ist dadurch eine automatische Regelung des Sprühwinkels möglich.
  • Eine weitere Ausführungsform der Düse nach der Erfindung sieht, wie in Figur 4 im Schema gezeigt, vor, daß zwei Eintrittsbohrungen exzentrisch und in Strömungsrichtung der durch sie einzuleitenden Teilströme der zu zerstäubenden Flüssigkeit zueinander entgegengesetzt in den Drallraum und die nachgeordnete Mischkammer geführt sind. Dabei können anstelle der exzentrischen Anordnung auch Drall erzeugende Einbauten für die Eintrittsbohrungen vorgesehen werden.
  • Mit der erfindungsgemäßen Düse ist es nun möglich, bei variablem Gesamtvolumenstrom durch die Düse, bei Schwankungen der Viskosität der zu zerstäubenden Flüssigkeit oder bei Schwankungen des Feststoffgehaltes der Flüssigkeit den Sprühwinkel nachzuregeln. Umgekehrt kann bei konstantem Volumenstrom der Sprühwinkel in weitem Bereich verändert werden.

Claims (4)

1. Hohlkegelzerstäubungsdüse, bestehend aus einem Düsengehäuse (1), in dem eine rotationssymmetrische Mischkammer (8) ausgebildet ist, einer ersten und einer zweiten Eintrittsbohrung für die zu zerstäubende Flüssigkeit sowie aus einer die Mischkammer abschließenden Düsenöffnung (9), wobei den Eintrittsbohrungen zur Einstellung der Flüssigkeitsteilströme betätigbare Ventile zugeordnet sind, wobei die erste Eintrittsbohrung (6) koaxial zur Düsenachse angeordnet ist und die zweite Eintrittsbohrung (3) exzentrisch in die Mischkammer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eintrittsbohrung über mindestens eine Zulaufbohrung (7) zur Düsenachse geneigt in die Mischkammer mündet.
2. Hohlkegelzerstäubungsdüse, bestehend aus einem Düsengehäuse (1), in dem eine rotationssymmetrische Mischkammer (8) ausgebildet ist, einer ersten und einer zweiten Eintrittsbohrung für die zu Zerstäubende Flüssigkeit sowie aus einer die Mischkammer abschließenden Düsenöffnung (9), wobei den Eintrittsbohrungen zur Einstellung der Flüssigkeitsteilströme betätigbare Ventile zugeordnet sind, wobei die erste Eintrittsbohrung (6) koaxial zur Düsenachse (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eintrittsbohrung über mindestens eine Zulaufbohrung (7) zur Düsenachse geneigt und die zweite Eintrittsbohrung radial oder parallel zur Düsenachse mit sich anschließenden Drall erzeugenden Einbauten in die Mischkammer münden.
3. Hohlkegelzerstäubungsdüse, bestehend aus einem Düsengehäuse (1), in dem eine rotationssymmetrische Mischkammer (8) ausgebildet ist, einer ersten und einer zweiten Eintrittsbohrung für die zu zerstäubende Flüssigkeit sowie aus einer die Mischkammer abschließenden Düsenöffnung (9), wobei den Eintrittsbohrungen zur Einstellung der Flüssigkeitsteilsströme betätigbare Ventile zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eintrittsbohrung (10) radial zur Düsenachse (5) und die zweite Eintrittsbohrung (3) exzentrisch in die Mischkammer münden.
4. Hohlkegelzerstäubungsdüse, bestehend aus einem Düsengehäuse (1), in dem eine rotationssymmetrische Mischkammer (8) ausgebildet ist, einer ersten und einer zweiten Eintrittsbohrung für die zu zerstäubende Flüssigkeit sowie aus einer die Mischkammer abschließenden Düsenoffnung (9), wobei den Eintrittsbohrungen zur Einstellung der Flüssigkeitsteilströme betätigbare Ventile zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eintrittsbohrung (11) radial zur Düsenachse (5) und die zweite Eintrittsbohrung (12) radial oder parallel zur Düsenachse mit sich anschließenden Drall erzeugenden Einbauten in die Mischkammer münden.
EP84103521A 1983-04-06 1984-03-30 Hohlkegelzerstäubungsdüse Expired EP0121877B1 (de)

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EP0121877A2 EP0121877A2 (de) 1984-10-17
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