EP1986788A1 - Zweistoffdüse mit kreisförmig angeordneten sekundärluftdüsen - Google Patents

Zweistoffdüse mit kreisförmig angeordneten sekundärluftdüsen

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EP1986788A1
EP1986788A1 EP07703511A EP07703511A EP1986788A1 EP 1986788 A1 EP1986788 A1 EP 1986788A1 EP 07703511 A EP07703511 A EP 07703511A EP 07703511 A EP07703511 A EP 07703511A EP 1986788 A1 EP1986788 A1 EP 1986788A1
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EP
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nozzle
secondary air
air nozzles
mixing chamber
mouth
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Dieter Wurz
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B7/0441—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of liquid surrounded by an external conduit of gas upstream the mixing chamber
    • B05B7/0458—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with one inner conduit of liquid surrounded by an external conduit of gas upstream the mixing chamber the gas and liquid flows being perpendicular just upstream the mixing chamber
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    • B05B7/06—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane
    • B05B7/062—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane with only one liquid outlet and at least one gas outlet
    • B05B7/066—Spray pistols; Apparatus for discharge with at least one outlet orifice surrounding another approximately in the same plane with only one liquid outlet and at least one gas outlet with an inner liquid outlet surrounded by at least one annular gas outlet

Definitions

  • the invention relates to a two-fluid nozzle with a main nozzle, with a mixing chamber and a nozzle connected to the mixing chamber and arranged downstream of the mixing chamber.
  • FIG. 1 shows, by way of example, a two-fluid nozzle 3 according to the prior art, which is essentially symmetrical with respect to the axis 24.
  • the liquid to be sprayed 1 is introduced via a central lance tube 2 at the constriction 10 in the mixing chamber 7.
  • the compressed gas 15 is supplied via an outer lance tube 4 of an annular chamber 6, which surrounds the mixing chamber in an annular manner; over a certain number of holes 5, the compressed gas is introduced into the mixing chamber 7.
  • a first division of the liquid takes place in drops, so that here a drop-containing gas 9 is formed.
  • a divergent outlet part 26 connects, which ends with the nozzle orifice 8.
  • the droplet-containing gas stream 9 formed in the mixing chamber 7 is greatly accelerated in the convergent-divergent nozzle, also called valving nozzle, so that a further division of the droplets is effected here.
  • Two-substance nozzles with a single exit bore of conventional design suffer from the property that the jet 21 emerging from the nozzle of droplets and atomizing air has only a small opening angle ⁇ . This has the consequence that relatively large distances or large containers are required for the drop evaporation.
  • liquid films on walls can still exist as stable films without dripping even if the gas flow which drives the liquid film to the nozzle orifice, supersonic reached speed. And this is also the reason why it is possible to use liquid film cooling in rocket thrusters.
  • the film flow is particularly critical in the spraying of highly viscous liquids which simultaneously have a high surface tension, for example of glycol in refrigeration dryers of natural gas pumping stations or of solid suspensions in spray absorbers.
  • the liquid films which are driven by the gas flow to the nozzle orifice 8, can even roam around a sharp edge on the nozzle orifice due to the adhesive forces; they then form a water bead 12 on the outside of the nozzle mouth, see FIG. 1.
  • Edge drops 13 detach from this water bead whose diameter is a multiple of the mean droplet diameter in the jet core. Although these large edge drops contribute only a small mass fraction to the total drop freight, they are ultimately determining the dimensions of the container in which, for example, the temperature of a gas by evaporative cooling from 350 0 C to 120 0 C is lowered, without causing an entry of Drops come in downstream components such as blowers or fabric filters.
  • Fig. 2 shows a corresponding two-fluid nozzle with annular gap atomization.
  • the annular gap air also referred to here as secondary air, is branched off via bores 19 directly from the annular chamber 6. But even this type of nozzle suffers from the property to produce a relatively slender beam 21, with an opening angle ⁇ of about 15 °.
  • Compressed gas exits the annular gap 16 at high speed and ensures that a liquid film on the wall of the nozzle mouth, in particular of the divergent outlet section, is drawn out to a very thin liquid lamella, which then decays into small drops.
  • the annular gap air amount may be, for example, 10% to 40% of the total atomizing air amount.
  • the total pressure of the air in the annular gap is advantageously 1, 5 bar to 2.5 bar absolute.
  • the total pressure of the air in the annular gap is advantageously so high that when it is expanded to the pressure level in the container, approximately sound velocity is achieved.
  • the outlet opening is formed by means of a peripheral wall, whose extreme end forms an outlet edge and the annular gap is arranged in the region of the outlet edge.
  • the annular gap between the exit edge and an outer annular gap wall is formed.
  • the annular gap wall edge is arranged after the trailing edge.
  • the annular gap wall edge is arranged between 5% and 20% of the diameter of the outlet opening to the outlet edge.
  • a pressure of the compressed gas supplied to the annular gap and a pressure of the compressed gas opening into the mixing chamber through the compressed gas inlet can be set independently of one another.
  • the inlet bores 5 into the mixing chamber may be tangential to a circle about a central longitudinal axis of the nozzle. tet to create a spin in a first direction.
  • Multiple inlet bores may be provided spaced from each other, and different inlet bores may be tangentially aligned to produce a twist in different directions, for example, opposing twist directions.
  • non-prepublished patent application 10 2006 001 319.0 describes a two-substance nozzle for wall-mounted installation in which, to avoid wall coverings, an envelope, barrier or veiling air nozzle and the wall area in the vicinity of the nozzle are heated.
  • the nozzle described therein is designed analogously to the two-component nozzle according to DE 10 2005 048 489.1.
  • a two-fluid nozzle is to be provided with which a large opening angle of the spray jet can be achieved.
  • a two-substance nozzle with a main nozzle, with a mixing chamber and a nozzle mouth connected to the mixing chamber and arranged downstream of the mixing chamber is provided, in which secondary air nozzles open out in the region of the nozzle mouth.
  • a nozzle jet having a substantially larger opening angle ⁇ of at least approximately 30 ° to 45 ° can be produced. From the secondary air nozzles Exiting compressed air jets act on the emerging from the nozzle jet of droplets and atomizing air and expand it. At the same time, the advantages of the annular gap atomization according to the German patent application DE 10 2005 048 489.1 can be maintained even without a continuous annular gap, and in particular the formation of large peripheral drops is prevented.
  • the nozzle according to the invention thus results from a two-fluid nozzle with annular gap atomization according to the unpublished German patent application DE 10 2005 048 489.1, by replacing the annular gap for the annular gap atomization by a ring of individual air nozzles which surround the nozzle mouth.
  • the individual secondary air nozzles are arranged in a circle around the nozzle mouth around and that at several secondary air nozzles whose outlet jets touch or even overlap in the region of the nozzle mouth, so that a continuous annular beam of secondary air surrounds the nozzle mouth.
  • the imaginary projections of the secondary air bores in the plane of the nozzle mouth can overlap to form a closed, annular surface.
  • the nozzle according to the invention can thus have a geometric overlap have the secondary air holes in the mouth of the nozzle and either this overlap already takes place in the wall region of the nozzle mouth or only on an imaginary plane at the level of the nozzle mouth.
  • an annular gap atomization may also be provided.
  • a main spraying direction of the secondary air nozzles is aligned into a main spray jet emanating from the nozzle mouth.
  • the central longitudinal axes of the secondary air nozzles to a central longitudinal axis of the main nozzle at an angle ß of 20 ° to 80 ° are arranged.
  • the spray of secondary air nozzles receives both a component parallel to the central longitudinal axis of the main nozzle and a perpendicular thereto arranged component, which is mainly responsible for the expansion of the spray.
  • Different expansions of the spray jet can be achieved by the variation of the angle ß.
  • the central longitudinal axes of the secondary air nozzles do not intersect the central longitudinal axis of the main nozzle.
  • the secondary air nozzles are aligned tangentially to an imaginary circle concentric with the central longitudinal axis of the main nozzle.
  • the central longitudinal axes of the secondary air nozzles appear as tangents which rest on an imaginary circle concentrically surrounding the central longitudinal axis of the main nozzle. Since the secondary air nozzles moreover include an angle of less than 90 ° with the central longitudinal axis of the main nozzle, they thus touch an imaginary circular cylinder which concentrically surrounds the central longitudinal axis of the main nozzle.
  • this imaginary circle has a radius which is between 30% and 80% of the radius of the spray jet of the main nozzle at the level of the circle.
  • Such an orientation of the secondary air nozzles results in a clear widening of the spray jet with fine-droplet atomization. If one thus considers the imaginary circle on which the projection of the central longitudinal axes of the secondary air nozzles tangentially abuts, and especially the plane in which this circle lies, this plane forms, with the outer boundary of the main spray jet, a circular cutting line with a spray jet radius.
  • the imaginary circle then has a radius which is between 30% and 80% of this spray radius.
  • the imaginary circle is arranged downstream of the nozzle mouth of the main nozzle.
  • the contact points of the central longitudinal axes of the secondary air nozzles are thus at an imaginary circular cylinder about the central longitudinal axis of the main nozzle downstream of the nozzle mouth.
  • the secondary air nozzles open upstream of the nozzle mouth of the main nozzle in the outflow from the mixing chamber to the nozzle mouth.
  • the secondary air nozzles open directly in front of the nozzle mouth in the discharge channel. It may be advantageous that touch the mouths of the secondary air nozzles at the entrance to the discharge or partially overlap.
  • a separate air supply line is provided to the secondary air nozzles.
  • the amount of air and the speed of the air exiting the secondary air nozzles can be adjusted separately and used, for example, to set a desired spray jet angle.
  • this adjustment means are then required for setting an air pressure at the secondary air nozzles.
  • the secondary air nozzles are in flow communication with a feed line for compressed gas, wherein this feed line is also in flow communication with the mixing chamber.
  • a simple construction of the nozzle according to the invention results when the air required for the secondary air nozzles from the supply line for compressed gas of the main nozzle is shown.
  • the secondary air nozzles can advantageously be connected to an annular space surrounding the mixing chamber. In this way, the two-fluid nozzle according to the invention can be constructed very compact.
  • the nozzle mouth is surrounded by an annular gap, wherein the annular gap can be acted upon with compressed air.
  • annular gap atomization water droplets at the nozzle mouth, which originate from a liquid film occupying the wall of the outflow channel, can be drawn out into liquid lamellae and atomized into fine droplets.
  • An additional annular gap atomization can be advantageous in particular if the individual secondary air nozzles do not touch or overlap at the edge of the outflow channel.
  • an outflow channel initially narrows continuously and then, starting from a constriction in the outflow channel, widens continuously again towards the nozzle mouth.
  • the outflow channel can be designed in such a way and the pressure of the liquid and of the compressed gas can be adjusted so that at least sections of supersonic speed are achieved in the outflow channel.
  • Such a Schleierluftdüse or Hüllluftdüse may be provided in addition to the annular gap for the Annularspaltverdüsung and is subjected to lower pressure air than is required for the Annularspaltverdüsung.
  • FIG. 5 is a view on the plane V-V of FIG. 4 to illustrate the arrangement of the secondary air nozzles in the two-fluid nozzle of Fig. 4,
  • FIG. 13 is a sectional view of a fourth embodiment of a two-fluid nozzle according to the invention.
  • FIG. 14 is a sectional view of a nozzle outlet of the two-component nozzle of FIG. 13 defining component
  • Fig. 15 is a view of the component of Fig. 14 from below.
  • the sectional view of FIG. 3 shows a two-substance nozzle 30 according to the invention, which has a feed tube 34 for the liquid to be sprayed, arranged concentrically with respect to a central longitudinal axis 32 of the nozzle.
  • the feed tube 34 merges into a frusto-conical constriction 36 and then into a cylindrical constriction 38, which is followed by a mixing chamber 40 which widens in the shape of a truncated cone.
  • the mixing chamber is provided in its peripheral wall with inlet openings 42 for compressed gas.
  • the inlet openings 42 are arranged in two spaced-apart, along the outflow direction, rings in the wall of the mixing chamber 40.
  • the mixing chamber 40 is adjoined by an outflow channel 44, which ends at the nozzle mouth 46 and initially narrows continuously and then expands continuously again starting from a constriction 45.
  • the boundary of the outflow channel has a continuously curved shape.
  • the mixture of gas and liquid, for example air and water, formed in the mixing chamber 40 is greatly accelerated and can reach supersonic speed in the divergent section.
  • Compressed gas is fed to the two-substance nozzle 30 via a compressed gas pipe 48 which surrounds the feed pipe 34 concentrically.
  • the compressed gas is accordingly guided in the annular region between feed tube 34 and compressed gas tube 48.
  • the compressed gas then passes through the inlet openings 42 into the mixing chamber 40.
  • inlet openings of secondary air nozzles 52a, 52b are arranged in the compressed gas according to the indicated in Fig. 3 arrows 54th entry.
  • the secondary air nozzles 52 are formed as bores in a closure piece 56 which centrally carries the outflow channel 44 and at the upstream end of the outflow channel 44 provides a flange for receiving a, the mixing chamber 40 defining tubular component.
  • the annulus 50 for the compressed gas is also If formed by the component 56, and at its upstream end, the component 56 is screwed to the compressed gas tube 48.
  • the secondary air nozzles 52a, 52b have central longitudinal axes 58a, 58b which enclose an angle ⁇ with the central longitudinal axis 32 of the main nozzle defined by the outflow channel 44.
  • the angle ß in the illustration of FIG. 3 is about 45 ° and can be between about 20 ° and about 80 °.
  • the secondary air nozzles 52a, 52b open into the outflow channel 44 immediately upstream of the nozzle mouth 46.
  • the central longitudinal axes 58a and 58b of the two illustrated secondary air nozzles 52a, 52b intersect downstream of the nozzle mouth 46 with the central longitudinal axis 32.
  • a Hüllluftdü- 66 surrounding the nozzle mouth 46 annular which is formed by means of a Hüllluftrohres 68.
  • compressed gas is supplied at a lower pressure than the mixing chamber 40 supplied compressed gas.
  • the enveloping air surrounds the spray jet 64 annularly.
  • FIG. 4 shows a two-substance nozzle 70 according to the invention in accordance with a further embodiment of the invention. Parts identical to the two-substance nozzle 30 of FIG. 3 are provided with the same reference numerals and will not be explained again.
  • four secondary air nozzles 72a, 72b, 72c and 72d are provided in the two-fluid nozzle 70, wherein only three secondary air nozzles 72a, 72b and 72d can be seen in the representation of FIG.
  • the orifices of the four secondary air nozzles 72a, 72b, 72c and 72d are indicated in an outflow channel 74 of the two-component nozzle 70. These openings are located directly above a nozzle mouth 76.
  • the respective central longitudinal axes 78a to 78d are shown. It can be seen from the representation of FIG.
  • the central longitudinal axis 78a to 78d of the two-substance nozzle 72a to 72d are inclined on the one hand by the angle ⁇ to the central longitudinal axis 32 of the main nozzle, as can already be seen in FIG.
  • the central longitudinal axes 78a to 78d but are skewed to the central longitudinal axis 32 and lie tangentially to a circle which is arranged concentrically to the central longitudinal axis 32 of the main nozzle.
  • the secondary air nozzles 72a to 72d thus impart a twist to the two-substance mixture emerging from the outflow channel 74 and thereby ensure a widening of the spray jet to the spray angle ⁇ .
  • the lines of action of the secondary air jets are therefore not directed towards the central longitudinal axis 32 of the main jet, but they dive into this main jet at a suitable radius which is between 20% and 80% of the radius of the principal ray at the point in question.
  • the inclination angle ß of the central longitudinal axes of the secondary air nozzles relative to the central longitudinal axis 32 of the main nozzle plays a significant role, wherein, as mentioned, here the angle range between 20 ° and 80 ° for this angle ß is particularly advantageous.
  • the nozzle 30 according to the invention thus results from a two-substance nozzle with annular gap atomization according to the unpublished German patent application DE 10 2005 048 489.1, by replacing the annular gap for the annular gap atomization by a ring of individual air nozzles, which surround the nozzle mouth.
  • an annular gap atomization may be provided with the annular gap 80 in addition to the ring of secondary air nozzles.
  • a certain disadvantage of the nozzle according to the invention could be seen in the fact that the provision of secondary air requires additional energy.
  • conventional two-fluid nozzles with a single nozzle mouth produce a very compact, streamlined droplet jet.
  • the two-substance nozzle 70 of FIG. 4 is provided with a Schleierluftdüse 82 in addition to an annular gap 80, which is directly adjacent to the outflow 74 and provided for annular gap atomization for the purpose of avoiding coarse liquid droplets on the nozzle mouth 76 , which annularly surrounds the annular gap 80 and is provided for the supply of pressurized gas at a lower pressure than into the mixing chamber 40 and the annular gap 80.
  • the illustration of FIG. 5 shows a view of the two-fluid nozzle 70 from below and approximately at the level of the dashed line in Fig. 4 VV. In the illustration of FIG.
  • the central longitudinal axes 78a to 78d bear tangentially on an imaginary circle with the radius n approximately at the level of the plane VV and therefore downstream of the nozzle mouth 76.
  • the radius of this circle n is about 50% of the radius of the spray jet of the main nozzle at this point, which is defined in Fig. 4 by the section line of the dashed plane VV and also indicated by dashed lines lateral surface 84 of the main spray in Fig. 4.
  • the radius ri can be between 30% and 80% of the radius of the principal ray at the point in question. In other words, and as can be seen in Fig.
  • the radius T 1 is between the radius of the nozzle mouth 76 and the radius of a constriction 86 in the discharge channel 74.
  • the central longitudinal axes 78a to 78d thus tangentially touch an imaginary circular cylinder, which is concentric with the central longitudinal axis 32 of the main nozzle is aligned and whose radius between the radius of the nozzle mouth 76 and the radius of the constriction 86 in the convergent-divergent-shaped outflow 74 of the two-fluid nozzle 70 is located.
  • the contact point of the central longitudinal axes 78a to 78d at this imaginary circular cylinder can be located downstream of the nozzle mouth, but with the appropriate design of the nozzle but also at the level of the nozzle mouth itself or even upstream thereof.
  • FIG. 6 shows a two-substance nozzle 90 according to the invention with a nozzle body 92, which has a through hole, not visible in FIG. 6, which forms a nozzle mouth 94 on its exit from the nozzle body 92.
  • the shape of the nozzle orifice 94 is of a circular shape. This is caused by nozzle bores of four secondary air nozzles opening in the area of the nozzle mouth.
  • the representation of FIG. 7 shows the two-component nozzle 90 in a side view, with nozzle bores of the secondary air nozzles being additionally indicated by dashed lines.
  • nozzle bores 96, 98, 100 and 102 are indicated by dashed lines, which are all arranged at an angle of approximately 45 ° to a central longitudinal axis of the nozzle and open into an outflow channel 104 in the region of the nozzle orifice 94.
  • FIG. 8 shows a view of the two-component nozzle 90 from below, ie from the side of the nozzle mouth 94. Good to see the four nozzle holes 96, 98, 100 and 102 and their staggered to a coordinate system through the central longitudinal axis arrangement.
  • the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 are thereby arranged tangentially to an imaginary circle about the central longitudinal axis of the nozzle and do not intersect the central longitudinal axis.
  • the detail D which shows the mouths of the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 in the area of the nozzle mouth, is shown enlarged, wherein the ellipses of the detail D, which indicate the mouth area, are visible only when In the nozzle body 92 first the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 of the secondary air nozzles are introduced before the outflow channel 94. From the detail D it can be seen that the orifices of the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 touch each other and thereby form a ring-like configuration as a whole around the central longitudinal axis of the two-substance nozzle.
  • the secondary air emerging from the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 thus forms an annular air jet which surrounds the spray jet emerging parallel to the central longitudinal axis. It is thus ensured that a fluid film resting against the wall of the outflow channel 104 and driven through the flow toward the nozzle mouth 94, is detected by secondary air from one of the nozzle bores 96, 98, 100 or 102 over the entire circumference of the outflow channel 104 is drawn to a thin liquid lamella at the nozzle mouth 94 and atomized into fine droplets.
  • the illustration of FIG. 9 shows a sectional view along the line AA in FIG. 7.
  • the central through-hole of the nozzle and the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 of the secondary air nozzles can be clearly seen.
  • the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 intersect at the level of the sectional plane AA, each with a blind hole 106, wherein the blind holes 106 emanate from an outer periphery of the nozzle, as can be seen in Fig. 6, and provided for the insertion of throttle screws are to be able to set a free cross section of the nozzle bores 96, 98, 100 and 102 can.
  • FIG. 10 shows a view of the two-substance nozzle 90 according to the invention from the side of the nozzle mouth 94 and indicates the course of a section line B-B.
  • the section line B-B initially runs centrally through the nozzle bore 102, bends vertically at the height of the central longitudinal axis, traverses the outflow channel 94 and then bends at the level of the center of the nozzle bore 98 again at right angles.
  • FIG. 11 shows the sectional view along the line B-B.
  • the course of the nozzle bores 102, 98 which initially run parallel to a central longitudinal axis of the two-component nozzle 90 can be clearly seen, after passing through the respective associated blind hole 106 by 45 ° bend, and then finally open in the area of the nozzle mouth 94 in the outflow channel 104.
  • the nozzle bores 98, 102 and, of course, the nozzle bores 96, 100 which are not visible in FIG. 11, start from an annular space 108, which is shown in FIG. 12 and is created by inserting a mixing chamber component 110 into the nozzle body 92. In this annulus 108 pressurized gas is introduced, which then enters through a first holes 112 in a mixing chamber 114 and on the other hand into the nozzle bores 96, 98, 100, 102 of the secondary air nozzles.
  • the mouth of the nozzle bores in the region of the nozzle orifice 94 can be seen, which has one of these circular openings. give a different shape cylindrical shape of the outflow channel 104.
  • FIG. 13 shows a sectional view of a two-substance nozzle 120 according to the invention in accordance with a fourth embodiment of the invention.
  • the nozzle bores which are to be introduced obliquely to the central longitudinal axis of the nozzle, are problematic for the two-component nozzles 30, 70 and 90 shown in FIGS. 3, 4, 5 and 6 to 12.
  • the dual-substance nozzle 120 of FIG. 13 therefore, another possibility was chosen to realize a ring of secondary air nozzles arranged in the region of the nozzle mouth.
  • the two-fluid nozzle 120 has a feed tube 122 through which liquid to be sprayed is supplied to the nozzle.
  • the feed tube 122 is surrounded by a concentric compressed gas tube 124, which in turn is surrounded concentrically by a Schleierluftrohr 126.
  • Schleierluftrohr 126 It has already been explained that the veiling air is supplied at a substantially lower pressure than the compressed gas used for atomization.
  • the pressure of the compressed gas between 1 bar and 1, 5 bar are absolute, the supplied air would then supplied, for example, with an absolute pressure of about 40 mbar to 80 mbar.
  • the provision of fog air essentially serves to avoid incrustations in the region of the nozzle mouth.
  • the compressed gas tube 124 has a frusto-conical component 130 which tapers toward a nozzle mouth, and the veiled air tube 126 also runs in the form of a truncated cone toward the nozzle mouth 128 and essentially parallel to the component 130.
  • the feed tube 122 is extended by means of a mixing chamber component 132, which is provided with a plurality of compressed gas bores 134, 136, 138.
  • the compressed gas bores 134, 136, 138 are each arranged at an angle of about 45 ° to a central longitudinal axis of the nozzle, wherein pressurized gas is thereby introduced in the outflow direction into the mixing chamber and the extensions of the central axes of the pressure gas bores 134, 136, 138, the central longitudinal axis of the two-fluid nozzle 120 intersect.
  • a plurality of, for example four, compressed gas bores 134, 136, 138 are uniformly spaced and arranged around the circumference of the mixing chamber component 132. Seen in the outflow direction of the nozzle, a total of three rings with compressed gas bores 134, 136, 138 are arranged, all of which open into a mixing chamber 140. A cross-section of an annular gap between the pressurized gas tube 124 and the mixing chamber member 132 decreases downstream of each ring of pressurized gas bores 134, 136, 138.
  • a liquid nozzle 142 is provided, which first clearly narrows the free cross section of the supply pipe 122 and then has a further cross-sectional constriction and protrudes with a nozzle pipe 144 into the mixing chamber 140.
  • a swirl insert 146 may optionally be provided in the liquid nozzle 142.
  • the nozzle tube 144 extends so far into the mixing chamber 140 in that the extensions of the pressure gas bores 134 coincide with the end of the nozzle tube 144.
  • the pressurized gas entering the mixing chamber 140 through the compressed gas bores 134 thereby ensures that no larger drops of liquid can form at the end of the nozzle tube 144, but rather finely atomizes liquid which may be adhering to the edge of the nozzle tube 144.
  • the provision of the fluid nozzle 142 is of considerable advantage, especially when the two-fluid nozzle 120 according to the invention is to be used over a large area of a liquid flow to be atomized.
  • the liquid nozzle 142 provided at the entrance into the mixing chamber 140 thus serves to distinctly improve dynamics and the control range of the two-substance nozzle 120. At low liquid flow, the liquid tends to drip instationary when entering the mixing chamber 140, which ultimately leads to unsteady atomization, the so-called spitting of the nozzle and a poor part-load behavior.
  • the liquid nozzle 142 is now provided, the nozzle tube 144 projects into the mixing chamber 140.
  • the first ring of the pressure gas bores 134 is arranged such that the liquid emerging from the nozzle tube 144 is entrained without intermediate storage by the compressed gas provided for the atomization.
  • the pressure gas bores 134 are arranged in the, the liquid nozzle 142 at the inlet to the mixing chamber 140 closest bore ring so that the incoming compressed gas is directed to the mouth of the liquid nozzle 142.
  • the mixing chamber component 132 is inserted axially with its downstream end into an outlet component 148, which forms an outflow channel 150 and extends from the end of the mixing chamber 140 to the nozzle mouth 128.
  • the mixing chamber 140 expands in the frustoconical direction, as viewed in the flow direction, in order to constrict again at the end of the mixing chamber component 132 through the outlet component 148 in the form of a truncated cone.
  • the discharge channel 150 adjoining the mixing chamber 140 initially narrows, then merges into a circular-cylindrical constriction, in order then to expand again toward the nozzle mouth 128.
  • the two-fluid nozzle 120 is accordingly designed as a convergent divergent nozzle or Laval nozzle. At least in the divergent Area of the outflow channel 150 reaches the compressed gas-liquid mixture sonic velocity.
  • the exit member 148 is provided at its upstream end with an annular flange 152 in which a plurality of through holes 154 are provided evenly spaced from each other.
  • the annular flange 152 holds the outlet component 148 between the compressed gas tube 124 and the component 130 on the one hand and, with the through holes 154 on the other, ensures that secondary air can enter into a gap between the component 130 and the outlet component 148.
  • the compressed gas then flows as so-called secondary air between the component 130 and the downstream end of the outlet component 148, in order to strike the spray jet in the area of the nozzle mouth 128 at the downstream end of the outlet channel 150.
  • the outlet component 148 and the component 130 are not abutting one another in the area of the nozzle mouth 128, so that secondary air can enter over the entire circumference of the outlet channel 150 in the region of the nozzle mouth.
  • cutouts 156 are provided at the downstream end of the outlet component 148. These cutouts 156 each form the upper portion of a nozzle channel and can be seen in Fig. 15 in more detail. The secondary air passing between the component 130 and the outlet component 148 is thus channeled and aligned by the cutouts 156, in order then to strike the spray jet from the outflow channel 150 in the area of the nozzle mouth 128.
  • the position of the cutouts can be seen more accurately.
  • the cutouts 156 with their central axis are tangential to a central axis.
  • nem imaginary circle about the central longitudinal axis of the two-fluid nozzle 120 are aligned.
  • the spray jet at the nozzle mouth 128 is thereby subjected to a twist and expands. Since the outlet component 148 is manufactured separately and the nozzle channels are formed by means of the cutouts 156 only after the onset of the outlet component 148 into the component 130, the production of the two-component nozzle 120 is considerably facilitated.
  • the component 130 can also be provided with cut-outs forming nozzle ducts.
  • the two-substance nozzle 120 according to the invention accordingly has a combination of nozzle bores opening out at the nozzle mouth 128 with a circumferential annular gap.
  • annular gap and secondary air nozzle bores or Sekundär Kunststoffdü- senkanäle can thus be generated by milling on the outside of the tapered outlet member 148. Additionally or alternatively, the annular gap and the secondary air nozzle bores can also be produced by milling on the inside of the likewise conical outer body, that is to say of the component 130. If the outlet part 148 is brought into contact with the inside of the component 130, no continuous annular gap is formed any more, but only discrete nozzle channels.
  • the preparation of the slender secondary air nozzle holes in the two-fluid nozzle 30, 70 and 90 is costly and must be made for example by means of spark erosion.
  • the spark erosion also allows, for example, to deviate from cylindrical holes.
  • the cutouts 156 on the outlet component 148 can be produced comparatively inexpensively by means of shaped cutters, for example as a rectangular groove or as a semicircular groove. But it is quite possible also an arbitrary different geometry of these cutouts, such as a wavy shape.
  • By a suitable spacing of the conical outer body, that is, the component 130, relative to the central nozzle exit part 148 can here to simple A combination of annular gap and Sekundär Kunststoffmaschinesenbohrun- gene be effected.
  • the outlet component 148 and the conical outer body instead of providing the cutouts 156 in the outlet component 148, the outlet component 148 and the conical outer body, that is to say the component 130, could again be combined to form a single, cast component, given a corresponding further development of precision casting methods.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zweistoff düse mit einer Hauptdüse, mit einer Mischkammer (40) und einem mit der Mischkammer (40) verbundenen und stromabwärts der Mischkammer (40) angeordneten Düsenmund (46). Erfindungsgemäß, ist ein den Düsenmund (46) umgebender Ring von Sekundärluftdüsen (52a, 52b) vorgesehen. Verwendung z.B. für die Verdunstungskühlung.

Description

Beschreibung
ZWEISTOFFDÜSE MIT KREISFÖRMIG ANGEORDNETEN SEKUNDÄRLUFTDÜSEN
Die Erfindung betrifft eine Zweistoffdüse mit einer Hauptdüse, mit einer Mischkammer und einem mit der Mischkammer verbundenen und stromabwärts der Mischkammer angeordneten Düsenmund.
In vielen verfahrenstechnischen Anlagen werden Flüssigkeiten in einem Gas verteilt. Dabei ist es häufig von entscheidender Bedeutung, dass die Flüssigkeit in möglichst feinen Tropfen versprüht wird. Je feiner die Tropfen sind, umso größer ist die spezifische Tropfenoberfläche. Daraus können sich erhebliche verfahrenstechnische Vorteile ergeben. So hän- gen beispielsweise die Größe eines Reaktionsbehälters und seine Herstellungskosten erheblich von der mittleren Tropfengröße ab. Aber vielfach ist es keineswegs ausreichend, dass die mittlere Tropfengröße einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Schon einige wenige wesentlich größere Tropfen können zu erheblichen Betriebsstörungen führen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Tropfen aufgrund ihrer Größe nicht schnell genug verdunsten, so dass noch Tropfen oder auch teigige Partikel in nachfolgenden Komponenten, z.B. auf Gewebefilterschläuchen oder an Gebläseschaufeln, abgeschieden werden und zu Betriebsstörungen durch Inkrustierungen oder Korrosion führen.
Um Flüssigkeiten fein zu versprühen, kommen entweder Hochdruck- Einstoffdüsen oder Mitteldruck-Zweistoffdüsen zum Einsatz. Ein Vorteil von Zweistoffdüsen liegt darin, dass sie relativ große Strömungsquerschnitte aufweisen, so dass auch grobpartikelhaltige Flüssigkeiten ver- sprüht werden können.
Die Darstellung der Fig. 1 zeigt beispielhaft eine zur Achse 24 im Wesentlichen symmetrische Zweistoffdüse 3 nach dem Stand der Technik. Die zu versprühende Flüssigkeit 1 wird über ein zentrales Lanzenrohr 2 an der Engstelle 10 in die Mischkammer 7 eingeleitet. Das Druckgas 15 wird über ein äußeres Lanzenrohr 4 einer Ringkammer 6 zugeführt, welche die Mischkammer ringförmig umschließt; über eine gewisse Anzahl von Bohrungen 5 wird das Druckgas in die Mischkammer 7 eingeleitet. In dieser Mischkammer findet eine erste Zerteilung der Flüssigkeit in Tropfen statt, so dass hier ein tropfenhaltiges Gas 9 gebildet wird. Auch am Austritt aus der Mischkammer 7 existiert eine Engstelle 14. An die Engstelle 14 schließt sich ein divergentes Austrittsteil 26 an, welches mit der Düsenmündung 8 endet. Der in der Mischkammer 7 gebildete trop- fenhaltige Gasstrom 9 wird in der Konvergent-Divergent-Düse, auch La- valdüse genannt, stark beschleunigt, so dass hier eine weitere Zerteilung der Tropfen bewirkt wird.
Zweistoffdüsen mit einer einzigen Austrittsbohrung herkömmlicher Bauart leiden unter der Eigenschaft, dass der aus der Düse austretende Strahl 21 aus Tropfen und Verdüsungsluft nur einen geringen Öffnungswinkel α aufweist. Dies hat zur Folge, dass für die Tropfenverdunstung relativ große Wegstrecken bzw. große Behälter benötigt werden.
Ein grundsätzliche Problem resultiert bei diesen Düsen daraus, dass die Wände in der Mischkammer 7 mit Flüssigkeit benetzt sind. Die Flüssigkeit, welche die Wand in der Mischkammer benetzt, wird von den Schubspannungs- und den Druckkräften als Flüssigkeitsfilm 20 zum Dü- senmund hingetrieben. Man ist versucht, anzunehmen, dass die Wände zum Düsenmund hin infolge hoher Strömungsgeschwindigkeiten der Gasphase trockengeblasen werden und dass dabei aus dem Flüssigkeitsfilm nur sehr feine Tropfen gebildet werden.
Theoretische und experimentelle Arbeiten des Erfinders haben jedoch gezeigt, dass Flüssigkeitsfilme auf Wänden selbst dann noch als stabile Filme ohne Tropfenbildung existent sein können, wenn die Gasströmung, welche den Flüssigkeitsfilm zum Düsenmund treibt, Überschall- geschwindigkeit erreicht. Und dies ist ja auch der Grund dafür, dass es möglich ist, in Raketenschubdüsen eine Flüssigkeitsfilmkühlung anzuwenden. Besonders kritisch ist die Filmströmung bei der Versprühung hochviskoser Flüssigkeiten, die gleichzeitig eine hohe Oberflächenspan- nung aufweisen, z.B. von Glykol in Kältetrocknern von Erdgaspumpstationen oder von Feststoffsuspensionen in Sprühabsorbern.
Die Flüssigkeitsfilme, die von der Gasströmung zum Düsenmund 8 getrieben werden, können aufgrund der Adhäsionskräfte sogar um eine scharfe Kante am Düsenmund herumwandern; sie bilden dann an der Außenseite des Düsenmundes einen Wasserwulst 12, siehe Fig. 1. Von diesem Wasserwulst lösen sich Randtropfen 13 ab, deren Durchmesser ein Vielfaches des mittleren Tropfendurchmessers im Strahlkern beträgt. Obwohl diese großen Randtropfen nur einen kleinen Massenanteil zur Gesamttropfenfracht beitragen, sind sie letztlich bestimmend für die Abmessungen des Behälters, in welchem beispielsweise die Temperatur eines Gases durch Verdunstungskühlung von 3500C auf 1200C abgesenkt werden soll, ohne dass es zu einem Eintrag von Tropfen in nachgeschaltete Komponenten wie Gebläse oder Gewebefilter kommt.
Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 derselben Erfinder betrifft eine Zweistoffdüse, bei der die Bildung großer Randtropfen durch eine Ringspaltverdüsung zuverlässig unterbunden wird. Der Inhalt dieser Patentanmeldung ist in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen. Fig. 2 zeigt eine entsprechende Zweistoffdüse mit Ringspaltverdüsung. Bei der dargestellten Variante wird die Ringspaltluft, hier auch als Sekundärluft bezeichnet, über Bohrungen 19 direkt aus der Ringkammer 6 abgezweigt. Aber auch dieser Düsentyp leidet unter der Eigenschaft, einen relativ schlanken Strahl 21 zu erzeugen, mit einem Öffnungswinkel α von ca. 15°. Dass derartige Düsen grundsätzlich von einem Schleierluft- oder Sperrluftring 25 und einer Schleierluft- oder Sperrluftdüse 23 umschlossen sein können, ist bekannt. Der wesentliche Unterschied zwischen der Sperrluft 11 und der Ringspaltluft besteht darin, dass der Totaldruck der aus dem Ringspalt 16 austretenden Ringspaltluft größenordnungsmäßig mit dem Druck des Druckgases 15 für die Zerstäubung übereinstimmt, während der Druck der Sperrluft 11 in aller Regel um ein bis zwei Grö- ßenordnungen kleiner ist.
Aus dem Ringspalt 16 tritt Druckgas mit hoher Geschwindigkeit aus und sorgt dafür, dass ein Flüssigkeitsfilm an der Wandung des Düsenmundes, insbesondere des divergenten Austrittsabschnitts, zu einer sehr dünnen Flüssigkeitslamelle ausgezogen wird, die dann in kleine Tropfen zerfällt. Auf diese Weise kann die Bildung großer Tropfen aus Wandflüssigkeitsfilmen im Düsenaustrittsbereich verhindert bzw. auf ein erträgliches Maß reduziert werden und gleichzeitig kann das feine Tropfenspektrum im Strahlkern erhalten werden, ohne dass hierfür der Druck- gasverbrauch der Zweistoffdüse bzw. der hiermit verknüpfte Eigenenergiebedarf erhöht werden müsste. Die Ringspaltluftmenge kann beispielsweise 10% bis 40% der Gesamtzerstäubungsluftmenge betragen. Der Totaldruck der Luft im Ringspalt beträgt vorteilhafterweise 1 ,5 bar bis 2,5 bar absolut. Der Totaldruck der Luft im Ringspalt ist vorteilhaft- erweise so hoch, dass bei Expansion auf das Druckniveau im Behälter näherungsweise Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Die Austrittsöffnung ist mittels einer umlaufenden Wandung gebildet, deren äußerstes Ende eine Austrittskante bildet und der Ringspalt ist im Bereich der Austrittskante angeordnet. Zweckmäßigerweise ist der Ringspalt zwischen der Austrittskante und einer äußeren Ringspaltwandung gebildet. In Ausströmrichtung gesehen ist die Ringspaltwandungskante nach der Austrittskante angeordnet. Vorteilhafterweise ist die Ringspaltwandungskante zwischen 5% und 20% des Durchmessers der Austrittsöffnung nach der Austrittskante angeordnet. Ein Druck des dem Ringspalt zuge- führten Druckgases und ein Druck des durch den Druckgaseinlass in die Mischkammer mündenden Druckgases kann unabhängig voneinander einstellbar sein. Die Einlassbohrungen 5 in die Mischkammer können tangential zu einem Kreis um eine Mittellängsachse der Düse ausgerich- tet sein, um einen Drall in einer ersten Richtung zu erzeugen. Mehrere Einlassbohrungen können beabstandet voneinander vorgesehen sein und unterschiedliche Einlassbohrungen können tangential so ausgerichtet sein, dass sie einen Drall in unterschiedliche Richtungen, beispiels- weise auch gegenläufige Drallrichtungen, erzeugen.
Durch Bezugnahme ist der Inhalt der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung 10 2006 001 319.0 ebenfalls in die vorliegende Anmeldung vollständig mit eingeschlossen. In dieser nicht vorveröffentlichten Pa- tentanmeldung ist eine Zweistoffdüse für den wandgebundenen Einbau beschrieben, bei der zur Vermeidung von Wandbelägen eine Hüll-, Sperr- oder Schleierluftdüse und der Wandbereich im Umfeld der Düse beheizt sind. Im Übrigen ist die dort beschriebene Düse analog zur Zweistoffdüse gemäß DE 10 2005 048 489.1 ausgestaltet.
Allen vorstehend beschriebenen Zweistoffdüsen ist gemein, dass der Öffnungswinkel eines erzeugten Sprühstrahles vergleichsweise gering ist, so dass große Wegstrecken für die Tropfenverdunstung benötigt werden.
Mit der Erfindung soll eine Zweistoffdüse bereitgestellt werden, mit der ein großer Öffnungswinkel des Sprühstrahls erzielt werden kann.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Zweistoffdüse mit einer Hauptdüse, mit einer Mischkammer und einem mit der Mischkammer verbundenen und stromabwärts der Mischkammer angeordneten Düsenmund vorgesehen, bei der im Bereich des Düsenmunds Sekundärluftdüsen ringförmig einmünden.
Durch Vorsehen eines im Bereich des Düsenmundes angeordneten o- der auch den Düsenmund umgebenden Rings von Sekundärluftdüsen kann ein Düsenstrahl mit wesentlich größerem Öffnungswinkel α von wenigstens ca. 30° bis 45° erzeugt werden. Aus den Sekundärluftdüsen austretende Pressluftstrahlen wirken auf den aus der Düse austretenden Strahl aus Tropfen und Verdüsungsluft ein und weiten diesen auf. Gleichzeitig können auch ohne durchgehenden Ringspalt die Vorteile der Ringspaltverdüsung gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 beibehalten werden und speziell wird die Bildung großer Randtropfen unterbunden. Die erfindungsgemäße Düse geht somit dadurch aus einer Zweistoffdüse mit Ringspaltverdüsung gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 hervor, indem man den Ringspalt für die Ringspaltverdüsung durch ei- nen Ring aus einzelnen Luftdüsen ersetzt, welche den Düsenmund umschließen. Mit Umschließen ist hierbei gemeint, dass die einzelnen Sekundärluftdüsen kreisförmig um den Düsenmund herum angeordnet sind und dass sich bei mehreren Sekundärluftdüsen deren Austrittsstrahlen im Bereich des Düsenmundes berühren oder sogar überlagern können, so dass ein durchgehender Ringstrahl aus Sekundärluft den Düsenmund umgibt. Es können sich dabei die gedachten Projektionen der Sekundärluftbohrungen in der Ebene der Düsenmundes zu einer geschlossenen, ringförmigen Fläche überlagern. Einzelne Sekundärluftdüsenboh- rungen nehmen ihren Anfang also im vergleichsweise breiten Ringraum außerhalb der Mischkammer, können sich aber im weiteren Verlauf in Richtung des Düsenmundes an diesem durchaus berühren oder sogar überschneiden. Neben der bereits erörterten Überschneidung der Projektionen der Verlängerungen der Düsenbohrungen auf die Ebene des Düsenmundes können Sekundärluftbohrungen natürlich auch so einge- bracht sein, dass sie sich bereits im Bereich des Austritts und im Bereich des Düsenmundes überlagern, so dass die Wandung des Düsenmundes eine ringartige, umlaufende Ausnehmung aufweist. Die erfindungsgemäße Düse bietet somit die Möglichkeit, je nach Durchmesser oder Anordnung der Sekundärluftbohrungen einen Ringspalt mit variabler Breite bereitzustellen. Dies ist insbesondere bei der Herstellung von Düsenserien oder Düsenfamilien von Bedeutung, wenn ein und derselbe Grundkörper mit unterschiedlichen Ringspaltweiten versehen werden soll. Die erfindungsgemäße Düse kann somit eine geometrische Überschneidung der Sekundärluftbohrungen im Bereich des Düsenmundes aufweisen und entweder findet diese Überschneidung bereits im Wandungsbereich des Düsenmundes statt oder erst auf einer gedachten Ebene auf Höhe des Düsenmundes. Es kann aber zusätzlich zu den Sekundärluftdüsen auch noch eine Ringspaltverdüsung vorgesehen sein. Durch Vorsehen von ringförmig angeordneten Sekundärluftdüsen kann eine Zweistoffdüse mit Innenmischung durch eine Umgestaltung im Bereich des Düsenmundes in eine Düse mit Weitwinkelstrahl verwandelt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Hauptsprührichtung der Sekundärluftdüsen in einen vom Düsenmund ausgehenden Hauptsprühstrahl hinein ausgerichtet.
Durch eine solche Ausrichtung der Sekundärluftdüsen treten diese in den Sprühstrahl der Hauptdüse ein und weiten diesen dadurch auf.
In Weiterbildung der Erfindung sind Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen zu einer Mittellängsachse der Hauptdüse unter einem Winkel ß von 20° bis 80° angeordnet.
Auf diese Weise erhält der Sprühstrahl der Sekundärluftdüsen sowohl eine Komponente parallel zur Mittellängsachse der Hauptdüse als auch eine senkrecht hierzu angeordnete Komponente, die hauptsächlich für die Aufweitung des Sprühstrahles verantwortlich ist. Unterschiedliche Aufweitungen des Sprühstrahls können durch die Variation des Winkels ß erzielt werden.
In Weiterbildung der Erfindung schneiden die Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen die Mittellängsachse der Hauptdüse nicht.
Durch eine solche windschiefe Anordnung der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen kann eine besonders gleichmäßige Aufweitung des Sprühstrahles erreicht werden. Bei entsprechender Anordnung der Se- kundärluftdüsen kann beispielsweise dem Sprühstrahl der Hauptdüse ein Drall aufgeprägt werden, der eine Aufweitung des Sprühstrahles begünstigt.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Sekundärluftdüsen tangential zu einem zur Mittellängsachse der Hauptdüse konzentrischen, gedachten Kreis ausgerichtet.
Auf diese Weise lässt sich eine sehr effektive Aufweitung des Sprüh- Strahls bei feintropfiger Verdüsung erzielen. In Blickrichtung der Mittellängsachse der Hauptdüse erscheinen die Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen als Tangenten, die an einem die Mittellängsachse der Hauptdüse konzentrisch umgebenden, gedachten Kreis anliegen. Da die Sekundärluftdüsen darüber hinaus einen Winkel von weniger als 90° mit der Mittellängsachse der Hauptdüse einschließen, berühren diese somit einen gedachten Kreiszylinder, der die Mittellängsachse der Hauptdüse konzentrisch umgibt. Vorteilhafterweise weist dieser gedachte Kreis einen Radius auf, der zwischen 30% und 80% des Radius des Sprühstrahls der Hauptdüse auf Höhe des Kreises beträgt. Eine solche Aus- richtung der Sekundärluftdüsen ergibt einen deutliche Aufweitung des Sprühstrahles bei feintropfiger Verdüsung. Betrachtet man also den gedachten Kreis, an dem die Projektion der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen tangential anliegen, und speziell die Ebene, in der dieser Kreis liegt, so bildet diese Ebene mit der Außenberandung des Haupt- sprühstrahles eine kreisförmige Schnittlinie mit einem Sprühstrahlradius. Der gedachte Kreis weist dann einen Radius auf, der zwischen 30% und 80% dieses Sprühstrahlradius beträgt. Vorteilhafterweise ist der gedachte Kreis stromabwärts des Düsenmundes der Hauptdüse angeordnet. Die Berührstellen der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen liegen also an einem gedachten Kreiszylinder um die Mittellängsachse der Hauptdüse stromabwärts des Düsenmundes an. In Weiterbildung der Erfindung münden die Sekundärluftdüsen stromaufwärts des Düsenmundes der Hauptdüse in den Ausströmkanal von der Mischkammer zum Düsenmund.
Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sekundärluftdüsen unmittelbar vor dem Düsenmund in den Ausströmkanal münden. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass sich die Mündungen der Sekundärluftdüsen am Eintritt in den Ausströmkanal berühren oder teilweise überschneiden.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine separate Zuluftleitung zu den Sekundärluftdüsen vorgesehen.
Auf diese Weise kann die Luftmenge und die Geschwindigkeit der aus den Sekundärluftdüsen austretenden Luft separat eingestellt werden und beispielsweise dazu benutzt werden, einen gewünschten Sprühstrahlwinkel einzustellen. Hierzu werden dann Einstellmittel zum Einstellen eines Luftdrucks an den Sekundärluftdüsen benötigt.
In Weiterbildung der Erfindung stehen die Sekundärluftdüsen mit einer Zuführleitung für Druckgas in Strömungsverbindung, wobei diese Zuführleitung auch mit der Mischkammer in Strömungsverbindung steht.
Eine einfache Bauweise der erfindungsgemäßen Düse ergibt sich dann, wenn die für die Sekundärluftdüsen benötigte Luft aus der Zuführleitung für Druckgas der Hauptdüse abgezeigt wird. Vorteilhafterweise können die Sekundärluftdüsen hierzu an einen, die Mischkammer umgebenden Ringraum angeschlossen sein. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Zweistoffdüse sehr kompakt aufgebaut werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Düsenmund von einem Ringspalt umgeben, wobei der Ringspalt mit Druckluft beaufschlagbar ist. Durch Vorsehen einer solchen zusätzlichen Ringspaltverdüsung können sich Wassertropfen am Düsenmund, die von einem die Wandung des Ausströmkanals belegenden Flüssigkeitsfilm herrühren, zu Flüssigkeitslamellen ausgezogen und in feine Tropfen zerstäubt werden. Eine zu- sätzliche Ringspaltverdüsung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn sich die einzelnen Sekundärluftdüsen am Rand des Ausströmkanals nicht berühren oder überschneiden.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass, ausgehend von der Mischkammer, sich ein Ausströmkanal zunächst kontinuierlich verengt und dann, ausgehend von einer Engstelle im Ausströmkanal, sich zum Düsenmund hin wieder kontinuierlich erweitert.
Auf diese Weise wird das durch den Ausströmkanal geleitete Zweistoff- gemisch in der Konvergent-Divergent-Düse stark beschleunigt und es kann eine feine Tropfenverteilung im Sprühstrahl erzielt werden. Der Ausströmkanal kann so gestaltet sein und der Druck der Flüssigkeit und des Druckgases so eingestellt sein, dass im Ausströmkanal wenigstens abschnittsweise Überschallgeschwindigkeit erreicht wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine zusätzliche, den Düsenmund ringförmig umgebende Schleierluftdüse vorgesehen.
Eine solche Schleierluftdüse oder Hüllluftdüse kann zusätzlich zum Ringspalt für die Ringspaltverdüsung vorgesehen sein und wird mit Schleierluft geringeren Drucks, als für die Ringspaltverdüsung benötigt wird, beaufschlagt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den An- Sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Erfindung lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. Speziell lassen sich die Merkmale der in Fig. 2 dargestellten Zweistoffdüse in beliebiger Weise mit der in Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Düsen kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Zweistoffdüse nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine Zweistoffdüse mit Ringspaltverdüsung und Schleierluftdüse gemäß der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 10 2005 048 489.1 ,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoff du se,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoffdüse,
Fig. 5 eine Ansicht auf die Ebene V-V der Fig. 4 zur Verdeutlichung der Anordnung der Sekundärluftdüsen bei der Zweistoffdüse der Fig. 4,
Fig. 6 bis 12 verschiedene Ansichten einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoffdüse,
Fig. 13 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zweistoffdüse,
Fig. 14 eine Schnittansicht eines den Düsenauslass der Zweistoffdüse der Fig. 13 definierenden Bauteils und
Fig. 15 eine Ansicht des Bauteils der Fig. 14 von unten. Die Schnittansicht der Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Zweistoffdüse 30, die ein konzentrisch zu einer Mittellängsachse 32 der Düse angeordnetes Einspeiserohr 34 für zu versprühende Flüssigkeit aufweist. Das Einspeiserohr 34 geht in eine kegelstumpfförmige Verengung 36 und anschließend in eine zylinderförmige Engstelle 38 über, an die sich eine sich kegelstumpfförmig erweiternde Mischkammer 40 anschließt. Die Mischkammer ist in ihrer umlaufenden Wandung mit Eintrittsöffnungen 42 für Druckgas versehen. Die Einlassöffnungen 42 sind in zwei, entlang der Ausströmrichtung voneinander beabstandeten Ringen in der Wan- düng der Mischkammer 40 angeordnet. An die Mischkammer 40 schließt sich ein Ausströmkanal 44 an, der am Düsenmund 46 endet und sich zunächst kontinuierlich verengt und dann ausgehend von einer Engstelle 45 wieder kontinuierlich aufweitet. In der Schnittansicht der Fig. 3 weist die Berandung des Ausströmkanals dabei eine durchgehend gekrümmte Form auf. Im Ausströmkanal 44 wird das in der Mischkammer 40 gebildet Gemisch aus Gas und Flüssigkeit, beispielsweise Luft und Wasser, stark beschleunigt und kann im divergenten Abschnitt Überschallgeschwindigkeit erreichen.
Druckgas wird der Zweistoffdüse 30 über ein Druckgasrohr 48 zugeführt, das das Einspeiserohr 34 konzentrisch umgibt. Das Druckgas wird demgemäß in dem Ringbereich zwischen Einspeiserohr 34 und Druckgasrohr 48 geführt. Ausgehend von einem, die Mischkammer 40 umgebenden Ringraum gelangt das Druckgas dann durch die Einlassöffnungen 42 in die Mischkammer 40. Am stromabwärts gelegenen Ende des Ringraums 50 sind Eintrittsöffnungen von Sekundärluftdüsen 52a, 52b angeordnet, in die Druckgas gemäß der in Fig. 3 angedeuteten Pfeile 54 eintritt. Die Sekundärluftdüsen 52 sind dabei als Bohrungen in einem Abschlussstück 56 ausgebildet, das mittig den Ausströmkanal 44 trägt und am stromaufwärts gelegenen Ende des Ausströmkanals 44 einen Flansch für die Aufnahme eines, die Mischkammer 40 definierenden Rohrbauteiles bereitstellt. Der Ringraum 50 für das Druckgas wird eben- falls durch das Bauteil 56 gebildet, und an seinem stromaufwärts gelegenen Ende ist das Bauteil 56 mit dem Druckgasrohr 48 verschraubt.
Die Sekundärluftdüsen 52a, 52b weisen Mittellängsachsen 58a, 58b auf, die mit der Mittellängsachse 32 der durch den Ausströmkanal 44 definierten Hauptdüse einen Winkel ß einschließen. Der Winkel ß beträgt in der Darstellung der Fig. 3 etwa 45° und kann zwischen etwa 20° und etwa 80° betragen. Die Sekundärluftdüsen 52a, 52b münden in den Ausströmkanal 44 unmittelbar stromaufwärts des Düsenmundes 46. Die Mittellängsachsen 58a und 58b der beiden dargestellten Sekundärluftdüsen 52a, 52b schneiden sich stromabwärts des Düsenmundes 46 mit der Mittellängsachse 32.
Weiterhin ist eine, den Düsenmund 46 ringförmig umgebende Hüllluftdü- se 66 vorgesehen, die mittels eines Hüllluftrohres 68 gebildet ist. Durch das Hüllluftrohr 68 wird Druckgas mit geringerem Druck als das der Mischkammer 40 zugeführte Druckgas zugeleitet. Die Hüllluft umgibt den Sprühstrahl 64 ringförmig.
Die Schnittansicht der Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäßen Zweistoffdü- se 70 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Zu der Zweistoffdüse 30 der Fig. 3 baugleiche Teile sind mit den gleichen Be- zugsziffem versehen und werden nicht erneut erläutert.
Im Unterschied zur Zweistoffdüse 30 der Fig. 2 sind bei der Zweistoffdüse 70 vier Sekundärluftdüsen 72a, 72b, 72c und 72d vorgesehen, wobei in der Darstellung der Fig. 3 lediglich drei Sekundärluftdüsen 72a, 72b und 72d zu erkennen sind. In der Ansicht der Fig. 4 sind dahingegen die Mündungsöffnungen der vier Sekundärluftdüsen 72a, 72b, 72c und 72d in einen Ausströmkanal 74 der Zweistoffdüse 70 angedeutet. Diese Mündungen liegen unmittelbar oberhalb eines Düsenmundes 76. Zur Verdeutlichung der Anordnung der Sekundärluftdüsen 72a, 72b, 72c und 72d sind die jeweiligen Mittellängsachsen 78a bis 78d mit eingezeichnet. Anhand der Darstellung der Fig. 4 ist zu erkennen, dass die Mittellängsachse 78a bis 78d der Zweistoffdüse 72a bis 72d zum einen um den Winkel ß zur Mittellängsachse 32 der Hauptdüse geneigt sind, wie bereits in Fig. 3 zu erkennen ist. Zusätzlich sind die Mittellängsachsen 78a bis 78d aber windschief zum Mittellängsachse 32 angeordnet und liegen tangential an einem Kreis an, der konzentrisch zum Mittellängsachse 32 der Hauptdüse angeordnet ist. Die Sekundärluftdüsen 72a bis 72d prägen somit dem aus dem Ausströmkanal 74 austretenden Zweistoffgemisch einen Drall auf und sorgen dadurch für eine Aufweitung des Sprühstrahles auf den Sprühwinkel α. Durch eine entsprechende Anpassung des Durchmessers der Sekundärluftdüsen kann auch in diesem Fall erreicht werden, dass sich die Düsenbohrungen an der Einmündung in den Ausströmkanal 74 berühren oder teilweise überschneiden.
Die Wirkungslinien der Sekundärluftstrahlen sind demnach nicht auf die Mittellängsachse 32 des Hauptstrahles hin gerichtet, sondern sie tauchen in diesen Hauptstrahl auf einem geeigneten Radius ein, der zwischen 20% und 80% des Radius des Hauptstrahles an der betreffenden Stelle beträgt. Auch der Neigungswinkel ß der Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen relativ zur Mittellängsachse 32 der Hauptdüse spielt eine erhebliche Rolle, wobei, wie erwähnt, hier der Winkelbereich zwischen 20° und 80° für diesen Winkel ß besonders vorteilhaft ist.
Die erfindungsgemäße Düse 30 geht somit dadurch aus einer Zweistoff- düse mit Ringspaltverdüsung gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2005 048 489.1 hervor, indem man den Ringspalt für die Ringspaltverdüsung durch einen Ring aus einzelnen Luftdüsen ersetzt, welche den Düsenmund umschließen. Wie bei der Zweistoffdüse 70 gezeigt ist, kann eine Ringspaltverdüsung mit dem Ringspalt 80 zusätzlich zu dem Ring aus Sekundärluftdüsen vorgesehen sein. Ein gewisser Nachteil der erfindungsgemäßen Düse könnte darin gesehen werden, dass die Beistellung der Sekundärluft einen zusätzlichen Energieaufwand bedingt. Dabei sollte man allerdings nicht übersehen, dass herkömmliche Zweistoffdüsen mit einem einzigen Düsenmund ei- nen sehr kompakten, schlanken Tropfenstrahl erzeugen. Um hier die Tropfenverdunstung in einer ähnlich kurzen Zeit bzw. auf einer vergleichbar kurzen Wegstrecke verwirklichen zu können, wie bei der neuartigen Düse, muss bei einem schlanken Düsenstrahl wesentlich feiner versprüht werden. Dies ist natürlich ebenfalls mit einer wesentlichen Steigerung des Energieaufwandes verbunden. Und konkurrierende Konzepte der Zweistoffdüsen, die anstelle eines einzigen Düsenmundes ü- ber eine Vielzahl von Düsenbohrungen verfügen, auch Bündeldüsen genannt, und die auf diese Weise einen großen Strahlöffnungswinkel erzielen, leiden unter dem Nachteil, dass die kleinen Austrittsbohrungen rela- tiv schnell verstopft sind, insbesondere bei der Versprühung von Feststoffsuspensionen. Ferner kommt es auf dem Düsenkörper zwischen den Düsenbohrungen leicht zu Anbackungen. Beide Effekte können zu einer erheblichen Störung der Verdüsung beitragen, indem sie der Entstehung großer Tropfen Vorschub leisten. Außerdem ist die Regelbarkeit von Bündeldüsen begrenzt und es ist vergleichsweise kompliziert, Bündeldüsen mit Sperrluft oder Hüllluft zu umgeben, die eine Belagsbildung auf dem Düsenkörper zwischen den Bohrungen vermeiden helfen würde.
Im Unterschied zur Zweistoffdüse 30 der Fig. 3 ist die Zweistoffdüse 70 der Fig. 4 zusätzlich zu einem Ringspalt 80, der unmittelbar an den Ausströmkanal 74 angrenzt und zur Ringspaltverdüsung zum Zweck der Vermeidung grober Flüssigkeitstropfen am Düsenmund 76 vorgesehen ist, mit einer Schleierluftdüse 82 versehen, die den Ringspalt 80 ringför- mig umgibt und für die Einspeisung von Druckgas mit geringerem Druck als in die Mischkammer 40 und den Ringspalt 80 vorgesehen ist. Die Darstellung der Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Zweistoffdüse 70 von unten und etwa auf Höhe der in Fig. 4 gestrichelt eingezeichneten Ebene V-V. In der Darstellung der Fig. 5 ist zu erkennen, dass die Mittellängsachsen 78a bis 78d etwa auf Höhe der Ebene V-V und demnach stromabwärts des Düsenmundes 76 tangential an einem gedachten Kreis mit dem Radius n anliegen. Der Radius dieses Kreises n beträgt dabei etwa 50% des Radius des Sprühstrahls der Hauptdüse an dieser Stelle, der in Fig. 4 durch die Schnittlinie der gestrichelten Ebene V-V und der ebenfalls gestrichelt angedeuteten Mantelfläche 84 des Haupt- Sprühstrahles in Fig. 4 definiert ist. Der Radius r-i kann zwischen 30% und 80% des Radius des Hauptstrahls an der betreffenden Stelle betragen. Mit anderen Worten und wie in Fig. 5 zu erkennen ist, liegt der Radius T1 zwischen dem Radius des Düsenmundes 76 und dem Radius einer Engstelle 86 im Ausströmkanal 74. Die Mittellängsachsen 78a bis 78d berühren demnach einen gedachten Kreiszylinder tangential, der konzentrisch zur Mittellängsachse 32 der Hauptdüse ausgerichtet ist und dessen Radius zwischen dem Radius des Düsenmundes 76 und dem Radius der Engstelle 86 im konvergent-divergent-geformten Ausströmkanal 74 der Zweistoffdüse 70 liegt. Die Berührstelle der Mittellängsach- sen 78a bis 78d an diesen gedachten Kreiszylinder kann dabei stromabwärts des Düsenmundes liegen, bei entsprechender Auslegung der Düse aber auch durchaus auf Höhe des Düsenmundes selbst oder gar stromaufwärts hiervon.
Die Darstellung der Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Zweistoffdüse 90 mit einem Düsenkörper 92, der eine in Fig. 6 nicht sichtbare Durchgangsbohrung aufweist, die bei ihrem Austritt aus dem Düsenkörper 92 einen Düsenmund 94 bildet. Wie bereits in der Fig. 6 zu erkennen ist und wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, weist die Form des Düsenmundes 94 von einer Kreisform ab. Dies ist dadurch verursacht, dass im Bereich des Düsenmundes Düsenbohrungen von vier Sekundärluftdüsen münden. Die Darstellung der Fig. 7 zeigt die Zweistoffdüse 90 in einer Seitenansicht, wobei zusätzlich durch gestrichelte Linien Düsenbohrungen der Sekundärluftdüsen angedeutet sind. Speziell sind Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 gestrichelt angedeutet, die alle in einem Winkel von et- wa 45° zu einer Mittellängsachse der Düse angeordnet sind und im Bereich des Düsenmundes 94 in einen Ausströmkanal 104 münden.
Die Darstellung der Fig. 8 zeigt eine Ansicht der Zweistoffdüse 90 von unten, also von der Seite des Düsenmundes 94 her. Gut zu erkennen sind die vier Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 und deren zu einem Achsenkreuz durch die Mittellängsachse versetzte Anordnung. Die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 sind dadurch tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse der Düse angeordnet und schneiden die Mittellängsachse nicht. In Fig. 8 ist weiterhin die Einzel- heit D vergrößert dargestellt, die die Mündungen der Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 im Bereich des Düsenmundes zeigen, wobei die Ellipsen der Einzelheit D, die den Mündungsbereich andeuten, nur dann sichtbar sind, wenn in den Düsenkörper 92 zunächst die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 der Sekundärluftdüsen noch vor dem Aus- strömkanal 94 eingebracht werden. Anhand der Einzelheit D ist zu erkennen, dass sich die Mündungen der Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 berühren und insgesamt dadurch eine ringähnliche Konfiguration um die Mittellängsachse der Zweistoffdüse herum bilden. Im Betrieb bildet die aus den Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 austretende Se- kundärluft somit einen Ringluftstrahl, der den parallel zur Mittellängsachse austretenden Sprühstrahl umgibt. Es ist dadurch sichergestellt, dass ein an der Wandung des Ausströmkanals 104 anliegender Flüssigkeitsfilm, der durch die Strömung zum Düsenmund 94 hin getrieben wird, ü- ber den gesamten Umfang des Ausströmkanals 104 von Sekundärluft aus einer der Düsenbohrungen 96, 98, 100 oder 102 erfasst wird, zu einer dünnen Flüssigkeitslamelle am Düsenmund 94 ausgezogen und in feine Tropfen zerstäubt wird. Die Darstellung der Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 7. Gut zu erkennen ist die zentrale Durchgangsbohrung der Düse und die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 der Sekundärluftdüsen. Die Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 kreuzen sich auf Höhe der Schnittebene A-A mit jeweils einem Sackloch 106, wobei die Sacklöcher 106 von einem Außenumfang der Düse ausgehen, wie auch in Fig. 6 zu erkennen ist, und für das Einsetzen von Drosselschrauben vorgesehen sind, um einen freien Querschnitt der Düsenbohrungen 96, 98, 100 und 102 einstellen zu können.
Die Darstellung der Fig. 10 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse 90 von der Seite des Düsenmundes 94 her und deutet den Verlauf einer Schnittlinie B-B an. Die Schnittlinie B-B verläuft zunächst mittig durch die Düsenbohrung 102, knickt auf Höhe der Mittel- längsachse senkrecht ab, durchquert den Ausströmkanal 94 und knickt dann auf Höhe der Mitte der Düsenbohrung 98 erneut rechtwinklig ab.
Die Darstellung der Fig. 11 zeigt die Schnittansicht entlang der Linie B- B. Gut zu erkennen ist der Verlauf der Düsenbohrungen 102, 98, die zu- nächst parallel zu einer Mittellängsachse der Zweistoffdüse 90 verlaufen, nach Passieren des jeweils zugeordneten Sacklochs 106 um 45° abknicken, um dann letztendlich im Bereich des Düsenmundes 94 in den Ausströmkanal 104 zu münden. Die Düsenbohrungen 98, 102 und natürlich auch die in Fig. 11 nicht erkennbaren Düsenbohrungen 96, 100 gehen von einem Ringraum 108 aus, der in der Fig. 12 dargestellt ist und durch das Einsetzen eines Mischkammerbauteils 110 in den Düsenkörper 92 entsteht. In diesen Ringraum 108 wird Druckgas eingeleitet, das dann zum einen durch Bohrungen 112 in eine Mischkammer 114 eintritt und zum anderen in die Düsenbohrungen 96, 98, 100, 102 der Sekundärluftdüsen eintritt.
Auch anhand der Fig. 12 ist die Mündung der Düsenbohrungen im Bereich des Düsenmundes 94 zu erkennen, die diesem eine von der kreis- zylindrischen Form des Ausströmkanals 104 abweichende Form verleihen.
Die Darstellung der Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungs- gemäßen Zweistoffdüse 120 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In fertigungstechnischer Hinsicht sind die schräg zur Mittellängsachse der Düse einzubringenden Düsenbohrungen der in den Fig. 3, 4, 5 und 6 bis 12 dargestellten Zweistoffdüsen 30, 70 und 90 problematisch. Bei der Zweistoffdüse 120 der Fig. 13 wurde daher eine andere Möglichkeit gewählt, einen im Bereich des Düsenmunds angeordneten Ring von Sekundärluftdüsen zu realisieren.
Die Zweistoffdüse 120 weist ein Zuführrohr 122 auf, durch das zu versprühende Flüssigkeit der Düse zugeführt wird. Das Zuführrohr 122 ist von einem konzentrischen Druckgasrohr 124 umgeben, das wiederum von einem Schleierluftrohr 126 konzentrisch umgeben ist. Es wurde bereits erläutert, dass die Schleierluft mit einem wesentlich geringeren Druck zugeführt wird als das zur Zerstäubung verwendete Druckgas. Beispielsweise kann der Druck des Druckgases zwischen 1 bar und 1 ,5 bar absolut liegen, die zugeführte Schleierluft würde dann beispielsweise mit einem Absolutdruck von etwa 40 mbar bis 80 mbar zugeführt. Das Vorsehen von Schleierluft dient im Wesentlichen dazu, Inkrustierungen im Bereich des Düsenmundes zu vermeiden. Das Druckgasrohr 124 weist ein kegelstumpfförmig auf einen Düsenmund zulaufendes Bauteil 130 auf, und auch das Schleierluftrohr 126 läuft kegelstumpfförmig auf den Düsenmund 128 und im Wesentlichen parallel zum Bauteil 130 zu.
Das Zuführrohr 122 wird mittels eines Mischkammerbauteils 132 verlän- gert, das mit mehreren Druckgasbohrungen 134, 136, 138 versehen ist. Die Druckgasbohrungen 134, 136, 138 sind jeweils in einem Winkel von etwa 45° zu einer Mittellängsachse der Düse angeordnet, wobei Druckgas dadurch in Ausströmrichtung in die Mischkammer eingebracht wird und die Verlängerungen der Mittelachsen der Druckgasbohrungen 134, 136, 138 die Mittellängsachse der Zweistoff düse 120 schneiden.
Wie Fig. 13 zu entnehmen ist, sind jeweils mehrere, beispielsweise vier, Druckgasbohrungen 134, 136, 138 gleichmäßig beabstandet und um den Umfang des Mischkammerbauteils 132 herum angeordnet. In Ausströmrichtung der Düse gesehen sind dadurch insgesamt drei Ringe mit Druckgasbohrungen 134, 136, 138 angeordnet, die alle in eine Mischkammer 140 münden. Ein Querschnitt eines Ringspalts zwischen dem Druckgasrohr 124 und dem Mischkammerbauteil 132 verringert sich stromabwärts jedes Rings aus Druckgasbohrungen 134, 136, 138.
Am Übergang vom Zuführrohr 122 zum Mischkammerbauteil 132 ist eine Flüssigkeitsdüse 142 vorgesehen, die den freien Querschnitt des Zu- führrohres 122 zunächst deutlich verengt und dann eine nochmalige Querschnittsverengung aufweist und mit einem Düsenrohr 144 in die Mischkammer 140 vorragt. In der Flüssigkeitsdüse 142 kann optional ein Dralleinsatz 146 vorgesehen sein. Das Düsenrohr 144 erstreckt sich so weit in die Mischkammer 140 hinein, dass die Verlängerungen der Druckgasbohrungen 134 mit dem Ende des Düsenrohres 144 zusammentreffen. Das durch die Druckgasbohrungen 134 in die Mischkammer 140 eintretende Druckgas sorgt dadurch dafür, dass sich am Ende des Düsenrohres 144 keine größeren Flüssigkeitstropfen bilden können, sondern am Rand des Düsenrohres 144 eventuell anhaftende Flüssig- keit fein zerstäubt wird. Das Vorsehen der Flüssigkeitsdüse 142 ist speziell dann von erheblichem Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Zweistoffdüse 120 über einen großen Bereich eines zu zerstäubenden Flüssigkeitsstroms benutzt werden soll.
Konventionelle Zweistoffdüsen sind in der Regel für einen engen Bereich des Flüssigkeitsstromes ausgelegt. Wird der vorgesehene Flüssigkeitsstrombereich unterschritten, so neigen konventionelle Zweistoffdüsen zum Spucken, da sich bereits am Eintritt in die Mischkammer keine stationären Strömungsverhältnisse mehr ergeben. Stattdessen wandert der in die Mischkammer eintretende Flüssigkeitsstrom aus und die verstärkte Bildung großer Tropfen ist die Folge. Dies wird mit dem Begriff „Spucken" umschrieben.
Die am Eingang in die Mischkammer 140 vorgesehene Flüssigkeitsdüse 142 dient also dazu, eine Dynamik und den Regelbereich der Zweistoffdüse 120 deutlich zu verbessern. Bei niedrigem Flüssigkeitsstrom neigt die Flüssigkeit beim Eintritt in die Mischkammer 140 dazu, instationär abzutropfen, was letztendlich zu instationärer Zerstäubung, dem sogenannten Spucken der Düse und einem schlechten Teillastverhalten führt. Als erste Abhilfemaßnahme ist nun die Flüssigkeitsdüse 142 vorgesehen, deren Düsenrohr 144 in die Mischkammer 140 hineinragt. Als zweite Maßnahme ist der erste Ring der Druckgasbohrungen 134 so angeordnet, dass die aus dem Düsenrohr 144 austretende Flüssigkeit ohne Zwischenspeicherung durch das für die Zerstäubung vorgesehene Druckgas mitgerissen wird. Zu diesem Zweck sind die Druckgasbohrungen 134 in dem, der Flüssigkeitsdüse 142 am Eintritt in die Mischkammer 140 am nächsten liegenden Bohrungsring so angeordnet, dass das eintretende Druckgas auf die Mündung dieser Flüssigkeitsdüse 142 gerichtet ist.
Das Mischkammerbauteil 132 ist axial mit seinem stromabwärts gelegenen Ende in ein Austrittsbauteil 148 eingeschoben, das einen Ausström- kanal 150 bildet und sich vom Ende der Mischkammer 140 bis zum Düsenmund 128 erstreckt. Die Mischkammer 140 weitet sich in Strömungsrichtung gesehen zunächst kegelstumpfförmig auf, um am Ende des Mischkammerbauteils 132 sich durch das Austrittsbauteil 148 wieder kegelstumpfförmig zu verengen. Der an die Mischkammer 140 anschlie- ßende Ausströmkanal 150 verengt sich zunächst, geht dann in eine kreiszylindrische Engstelle über, um sich zum Düsenmund 128 hin dann wieder aufzuweiten. Die Zweistoffdüse 120 ist demnach als Konvergent- Divergent-Düse oder Lavaldüse ausgebildet. Wenigstens im divergenten Bereich des Ausströmkanals 150 erreicht das Druckgas-Flüssigkeitsgemisch Schallgeschwindigkeit.
Das Austrittsbauteil 148 ist an seinem stromaufwärts gelegenen Ende mit einem ringförmigen Flansch 152 versehen, in dem gleichmäßig voneinander beabstandet mehrere Durchgangsbohrungen 154 vorgesehen sind. Der Ringflansch 152 hält das Austrittsbauteil 148 zum einen zwischen dem Druckgasrohr 124 und dem Bauteil 130 und sorgt mit den Durchgangsbohrungen 154 zum anderen dafür, dass Sekundärluft in einen Zwischenraum zwischen dem Bauteil 130 und dem Austrittsbauteil 148 eintreten kann. Ausgehend von diesem Zwischenraum strömt das Druckgas dann als sogenannte Sekundärluft zwischen dem Bauteil 130 und dem stromabwärts gelegenen Ende des Austrittsbauteils 148 hindurch, um im Bereich des Düsenmundes 128 am stromabwärts gelege- nen Ende des Ausströmkanals 150 auf den Sprühstrahl zu treffen.
Wie Fig. 13 zu entnehmen ist, liegen das Austrittsbauteil 148 und das Bauteil 130 im Bereich des Düsenmundes 128 nicht aneinander an, so dass Sekundärluft über den gesamten Umfang des Ausströmkanals 150 im Bereich des Düsenmundes eintreten kann. Um der im Bereich des Düsenmundes 128 austretenden Sekundärluft einen Drall zu verleihen und dadurch den Sprühstrahl der Zweistoffdüse 120 aufzuweiten, sind am stromabwärts gelegenen Ende des Austrittsbauteils 148 Ausfräsun- gen 156 vorgesehen. Diese Ausfräsungen 156 bilden jeweils den oberen Abschnitt eines Düsenkanals und sind in Fig. 15 genauer zu erkennen. Die zwischen dem Bauteil 130 und dem Austrittsbauteil 148 hindurchtretende Sekundärluft wird somit durch die Ausfräsungen 156 kanalisiert und ausgerichtet, um dann im Bereich des Düsenmundes 128 auf den Sprühstrahl aus dem Ausströmkanal 150 zu treffen.
Anhand der Darstellungen der Fig. 14 und 15 ist die Lage der Ausfräsungen genauer zu erkennen. Speziell anhand der Fig. 15 ist zu erkennen, dass die Ausfräsungen 156 mit ihrer Mittelachse tangential zu ei- nem gedachten Kreis um die Mittellängsachse der Zweistoffdüse 120 ausgerichtet sind. Der Sprühstrahl am Düsenmund 128 wird dadurch mit einem Drall beaufschlagt und weitet sich auf. Da das Austrittsbauteil 148 separat gefertigt wird und die Düsenkanäle mittels der Ausfräsungen 156 erst nach dem Einsetzen des Austrittsbauteils 148 in das Bauteil 130 entstehen, ist die Fertigung der Zweistoffdüse 120 erheblich erleichtert. Zusätzlich oder alternativ zu den Ausfräsungen 156 im Ausströmbauteil 148 kann auch das Bauteil 130 mit Abschnitte von Düsenkanälen bildenden Ausfräsungen versehen werden. Die erfindungsgemäße Zwei- stoffdüse 120 weist demnach eine Kombination von am Düsenmund 128 mündenden Düsenbohrungen mit einem umlaufenden Ringspalt auf.
Ein Ringspalt und Sekundärluftdüsenbohrungen oder Sekundärluftdü- senkanäle können somit durch Einfräsungen an der Außenseite des ke- geligen Austrittsbauteils 148 erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ können der Ringspalt und die Sekundärluftdüsenbohrungen auch durch Einfräsungen an der Innenseite des ebenfalls kegeligen Außenkörpers, also des Bauteils 130 erzeugt werden. Wird das Austrittsteil 148 zur Anlage an die Innenseite des Bauteils 130 gebracht, ist kein durchgehen- der Ringspalt mehr gebildet, sondern lediglich noch diskrete Düsenkanäle.
Die Anfertigung der schlanken Sekundärluftdüsenbohrungen bei den Zweistoffdüse 30, 70 und 90 ist kostspielig und muss beispielsweise mit Hilfe von Funkenerosion vorgenommen werden. Die Funkenerosion erlaubt beispielsweise auch, von zylindrischen Bohrungen abzuweichen. Im Gegensatz hierzu können die Einfräsungen 156 an dem Austrittsbauteil 148 mit Hilfe von Formfräsern, z.B. als Rechtecknut oder als Halbkreisnut, vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden. Aber es ist durchaus auch eine beliebig andersartige Geometrie dieser Ausfräsungen möglich, wie z.B. eine wellenförmige Gestalt. Durch eine geeignete Beabstandung des kegeligen Außenkörpers, also des Bauteils 130, gegenüber dem zentralen Düsenaustrittsteil 148 kann hier auf einfache Weise eine Kombination von Ringspalt und Sekundärluftdüsenbohrun- gen bewirkt werden.
Anstelle die Einfräsungen 156 im Austrittsbauteil 148 vorzusehen, könn- te bei entsprechender Weiterentwicklung von Präzisionsgussverfahren das Austrittsbauteil 148 und der kegelige Außenkörper, also das Bauteil 130, auch wieder zu einem einzigen, gegossenen Bauteil vereint werden.

Claims

Patentansprüche
1. Zweistoffdüse mit einer Hauptdüse mit einer Mischkammer (40) und einem mit der Mischkammer (40) verbundenen und stromabwärts der Mischkammer (40) angeordneten Düsenmund (46; 76), dadurch gekennzeichnet, dass Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) vorgesehen sind, die im Bereich des Düsenmunds (46; 76) ringförmig einmünden.
2. Zweistoffdüse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich Düsenbohrungen der Sekundärluftdüsen im Bereich des Düsenmundes überschneiden.
3. Zweistoffdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptsprührichtung der Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) in einen vom Düsenmund (46; 76) ausgehenden Hauptsprühstrahl hinein ausgerichtet ist.
4. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) zu einer Mittellängsachse (32) der Hauptdüse unter einem Winkel (ß) von 20° bis 80° angeordnet sind.
5. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittellängsachsen der Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) die Mittellängsachse (32) der Hauptdüse nicht schneiden.
6. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen (72a, 72b, 72c, 72d) tangential zu einem zur Mittellängsachse (32) der Hauptdüse konzentrischen, gedachten Kreis ausgerichtet sind.
7. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gedachte Kreis einen Radius (n) aufweist, der zwischen 30% und 80% des Radius des Hauptstrahls auf Höhe des Kreises beträgt.
8. Zweistoffdüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreis stromabwärts des Düsenmundes (76) der Hauptdüse angeordnet ist.
9. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) stromaufwärts des Düsenmundes (46; 76) der Hauptdüse in einen Ausströmkanal (44; 74) von der Mischkammer (40) zum Düsenmund (46; 76) münden.
10. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine separate Zuluftlei- tung zu den Sekundärluftdüsen vorgesehen ist.
11. Zweistoffdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellmittel zum Einstellen eines Luftdrucks an den Sekundärluftdüsen vorgesehen sind.
12. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen mit einer Zuführleitung (48) für Druckgas in Strömungsverbindung stehen, wobei die Zuführleitung (48) auch mit der Mischkammer (40) in Strömungsverbindung steht.
13. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen (52a, 52b; 72a, 72b, 72c, 72d) an einen die Mischkammer (40) umgebenden Ringraum angeschlossen sind.
14. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenmund (46; 76) von einem Ringspalt (80) umgeben ist, wobei der Ringspalt (80) mit Druckgas beaufschlagbar ist.
15. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von der Mischkammer (40), sich ein Ausströmkanal (44; 74) zunächst kontinuierlich verengt und dann, ausgehend von einer Engstelle (45; 86), sich zum Düsenmund (46; 76) wieder kontinuierlich erweitert.
16. Zweistoffdüse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb der Düse ein Zweistoffgemisch im Ausströmkanal (44; 74) wenigstens abschnittsweise Überschallgeschwindigkeit erreicht.
17. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche, den Düsenmund (76) ringförmig umgebende Schleierluftdüse (82) vorgesehen ist.
18. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftdüsen zwischen zwei sich im Bereich des Düsenmundes gegenüberliegenden Bauteilen ausgebildet sind, insbesondere mittels Ausnehmungen in wenigstens einem der beiden sich gegenüberliegenden Bauteile im Bereich des Düsenmundes.
19. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Eintritt in die Mischkammer eine Flüssigkeitsdüse (142) vorgesehen ist.
20. Zweistoffdüse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsdüse (142) ein sich in die Mischkammer (140) erstreckendes Düsenrohr (144) aufweist.
21. Zweistoffdüse nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass Druckgasbohrungen (134) zum Einleiten von Druckgas in die Mischkammer (140) so angeordnet sind, um Druckgas auf eine Mündung der Flüssigkeitsdüse (142) zu leiten.
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