EP2772312A1 - Two-fluid nozzle and method for spraying a liquid gas mixture - Google Patents

Two-fluid nozzle and method for spraying a liquid gas mixture Download PDF

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EP2772312A1
EP2772312A1 EP14155962.5A EP14155962A EP2772312A1 EP 2772312 A1 EP2772312 A1 EP 2772312A1 EP 14155962 A EP14155962 A EP 14155962A EP 2772312 A1 EP2772312 A1 EP 2772312A1
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EP
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liquid
swirl insert
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gas mixture
mixing chamber
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Lechler GmbH
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Definitions

  • a substantially constant jet angle can be provided by providing a throttle at the downstream end of the mixing chamber and an intermediate chamber between the throttle and the swirl insert in a very simple manner. Downstream of the throttle is a uniform distribution of liquid and gas in the liquid-gas mixture and segregation is prevented. Due to the throttle, the pressure dependence of the beam angle is significantly reduced.
  • the intermediate chamber is sized so that between the choke and the swirl insert no segregation occurs.
  • the perforated disk has only a plurality of passage openings arranged in the region of its edge.
  • the throttle has a diaphragm with a single, central passage opening.
  • the perforated disc is arranged in front of the diaphragm in the flow direction.
  • the aperture is seen in the flow direction spaced from the perforated disc.
  • the diaphragm can be spaced apart from it by approximately the radius of the perforated disc.
  • the size of the central passage opening in the diaphragm is advantageously chosen so that the passage opening a Diameter which is smaller than the distance of the passage openings in the perforated disc to each other. In other words, in a projection, the passage openings are completely covered by the aperture.
  • the spray characteristic of the two-fluid nozzle according to the invention can be changed.
  • the provision of such a pin causes the generation of a full cone spray jet. If no pin is provided on the swirl insert, a hollow cone spray is generated. The pin on the swirl insert is facing the outlet chamber, thus extending in the flow direction. Over the length of the pin, a liquid distribution can be adjusted within the spray. The longer the pin is executed, the more liquid is arranged in the middle of the beam.
  • tangentially feeding the liquid into the mixing chamber By tangentially feeding the liquid into the mixing chamber, a very uniform mixture of liquid and gas is already achieved in the mixing chamber.
  • tangential means perpendicular to the central longitudinal axis, but not directed towards the throttle at the downstream end of the mixing chamber, not even in the opposite direction.
  • the liquid is introduced through the generally tangentially opening liquid inlet so relative to the central longitudinal axis of the mixing chamber so that the liquid is introduced with a twist about the central longitudinal axis.
  • the liquid can thus also be introduced obliquely to the tangential direction, that is offset obliquely in the direction of the central longitudinal axis, into the mixing chamber.
  • At least two fluid inlets are provided, which in each case open into the mixing chamber generally tangentially to an imaginary circle about the central longitudinal axis, but in opposite directions to one another.
  • FIG. 2 shows the two - fluid nozzle of the Fig. 1 in a side view, wherein the locking screw 26 is not shown.
  • a liquid inlet part 28 can be seen, which will be described below with reference to FIGS Fig. 3 and the FIGS. 14 to 17 is explained in more detail.
  • the sectional view of Fig. 3 shows a plan view of the sectional plane AA of Fig. 2 ,
  • Compressed gas is introduced via the compressed gas connection 22 into the mixing chamber 30, which is provided within the first housing section 14.
  • Water to be sprayed is introduced via the liquid connection 24 into a transverse bore of the first housing section 14 and then also introduced into the mixing chamber 30 via the liquid inlet part 28.
  • An in Fig. 3 right end of the transverse bore is closed by the screw 26.
  • the liquid inlet part 28 has two mouth openings 33 a, 33 b for liquid, which are formed by means of a transverse bore 32 in a projecting into the mixing chamber 30 pin of the liquid inlet part 28.
  • This transverse bore 32 is in the illustration of Fig. 14 and the Fig. 16 to recognize.
  • the perforated disc 38 is provided on a screwed into the first housing portion 14 end of the mouthpiece and the aperture 44 and the swirl insert 42 are arranged in the mouthpiece 16.
  • the mouthpiece 16 is, see Fig. 7 , Provided with several paragraphs, which are each matched to the diameter of the perforated disc 38, the aperture 40 and the swirl insert 42.
  • the perforated disc 38 is arranged on a first circumferential shoulder 52.
  • the shutter 44 is placed on a second circumferential ledge 54 and the swirl insert 42 is placed on a third circumferential ledge 56.
  • the swirl insert 42, the orifice 44 and the perforated disc 38 can be easily inserted successively into the mouthpiece 16 and inside the mouthpiece 16 through the circumferential shoulders 56 , 54 or 52 a defined position. Between the peripheral shoulders 52, 54, 56 an interior of the mouthpiece 16 is designed substantially cylindrical. In this case, additional, narrower circumferential paragraphs can be provided in each case at the level of a surface facing the flow of the aperture 44 and the swirl insert 42.
  • the groove is formed by introducing a plurality of blind holes parallel to the central longitudinal axis in the swirl insert 42. Overall, seven blind holes are introduced parallel to the central longitudinal axis 36 in the swirl insert 42 in the illustrated embodiment. An outer circumference of the groove 64 is thereby composed of a total of seven circular sections. The centers of the blind holes lie on a circle concentrically surrounding the central longitudinal axis 36, see also Fig. 12 , Over the length of the pin 62, a distribution of the liquid-gas mixture in the spray cone 20 can be influenced. If the pin 62 is omitted and the surface facing away from the flow of the swirl insert 42 is flat, the spray cone 20 will be formed as a hollow cone. The provision of the pin 62 causes the formation of the spray jet 20 as a full cone.
  • the two-fluid nozzle according to the invention is thus insensitive to fluctuations in the water pressure, as far as their jet angle is concerned.
  • the presentation of the Fig. 23 shows in a diagram qualitatively the change of the water distribution within the spray jet of the two-fluid nozzle of the invention Fig. 1 with changing air pressure or water pressure.
  • the reference numerals 74, 76 and 78 designate different water distributions within the spray jet and it can be seen that with increasing air pressure there is more liquid in the jet center. Overall, the water distributions 74, 76, 78 are approximately rotationally symmetrical about the central axis of the spray jet.

Abstract

The two-component nozzle (10) has a nozzle housing (12) with a liquid inlet and a gas inlet, where the liquid inlet and the gas inlet are opened in a mixing chamber. An outlet chamber is provided between a swirl insert and an outlet opening (18). A throttle is formed at the downstream seated end of the mixing chamber. An intermediate chamber is formed between the throttle and the swirl insert. The throttle has a perforated disk. An independent claim is included for a method for spraying a liquid-gas mixture with a two-component nozzle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweistoffdüse zum Versprühen eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches mit einem Düsengehäuse mit wenigstens einem in eine Mischkammer mündenden Flüssigkeitseinlass und wenigstens einem, in die Mischkammer mündenden Gaseinlass, einem Dralleinsatz und einer Austrittskammer zwischen dem Drallein-satz und einer Austrittsöffnung am stromabwärts gelegenen Ende der Austrittskammer. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Versprühen eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches.The invention relates to a two-fluid nozzle for spraying a liquid-gas mixture with a nozzle housing having at least one opening into a mixing chamber liquid inlet and at least one, opening into the mixing chamber gas inlet, a swirl insert and an outlet chamber between the swirl-set and an outlet opening at the downstream End of the exit chamber. The invention also relates to a method for spraying a liquid-gas mixture.

Eine gattungsgemäße Zweistoffdüse ist aus der europäischen Patentschrift EP 1 243 343 B1 bekannt.A generic two-fluid nozzle is known from the European patent EP 1 243 343 B1 known.

Mit der Erfindung soll eine verbesserte Zweistoffdüse und ein verbessertes Verfahren zum Versprühen eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches bereitgestellt werden.The invention aims to provide an improved two-fluid nozzle and an improved method for spraying a liquid-gas mixture.

Erfindungsgemäß ist hierzu eine Zweistoffdüse zum Versprühen eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches mit einem Düsengehäuse mit wenigstens einem in eine Mischkammer mündenden Flüssigkeitseinlass und mit wenigstens einem in die Mischkammer mündenden Gaseinlass, mit einem Dralleinsatz und mit einer Austrittskammer zwischen dem Dralleinsatz und einer Austrittsöffnung am stromabwärts gelegenen Ende der Austrittskammer vorgesehen, bei der eine Drossel am stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer und eine Zwischenkammer zwischen der Drossel und dem Dralleinsatz vorgesehen ist.According to the invention for this purpose, a two-fluid nozzle for spraying a liquid-gas mixture with a nozzle housing with at least one opening into a mixing chamber liquid inlet and at least one opening into the mixing chamber gas inlet, with a swirl insert and with an outlet chamber between the swirl insert and an outlet opening at the downstream End of the discharge chamber is provided, in which a throttle is provided at the downstream end of the mixing chamber and an intermediate chamber between the throttle and the swirl insert.

Überraschenderweise gelingt es durch Vorsehen einer Drossel am stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer und durch Vorsehen einer Zwischenkammer vor dem Dralleinsatz, eine Zweistoffdüse bereitzustellen, die einen im Wesentlichen konstanten Strahlwinkel des über die Austrittsöffnung ausgegebenen Sprühstrahles aufweist. Dieser im Wesentlichen konstante Strahlwinkel wird bei Veränderung eines Drucks des zugeführten Gases und/oder eines Drucks der zugeführten Flüssigkeit beibehalten. Die erfindungsgemäße Zweistoffdüse kann dadurch beispielsweise bei sich veränderndem oder schwankendem Wasserdruck einen im Wesentlichen konstanten Strahlwinkel bereitstellen. Dies ist beispielsweise von besonderer Bedeutung, wenn die erfindungsgemäße Zweistoffdüse für die Kühlung von Strängen in Stranggießanlagen für Langprodukte eingesetzt wird. Die Hauptanforderung an die Sekundärkühlung in Stranggießanlagen ist, eine kontrollierte, gleichmäßige Kühlung herbeizuführen. Eine solche Kühlung wird mittels Zweistoffsprühdüsen vorgenommen. Die Kühlung soll zur Erstarrung eines defektfreien, das heißt im Allgemeinen rissfreien und seigerungsfreien Strangs führen. Beispielsweise werden in Stranggießanlagen sogenannte Knüppel, Vorblock- oder Rundformate hergestellt und mittels Zweistoffdüsen gekühlt. Aufgrund der zahlreichen verschiedenen Stahlgüten und deren unterschiedlicher Eigenschaften sowie der großen Bandbreite an Gießgeschwindigkeiten muss ein großer Düsenregelbereich für solche Zweistoffdüsen bereitgestellt werden. Dies bedeutet, dass einerseits eine sehr starke Kühlung mit hohem Volumenstrom und andererseits eine sehr sanfte Kühlung mit geringem Volumenstrom möglich sein muss. Wenn sich nun bei einer Veränderung des Volumenstroms und beispielsweise bei einer Veränderung des Wasserdrucks auch der Strahlwinkel der Zweistoffsprühdüsen in der Sekundärkühlung ändert, so können hierdurch Defekte an den hergestellten Strängen auftreten, beispielsweise weil diese nicht mehr über ihre gesamte Außenfläche gekühlt werden. Die erfindungsgemäße Zweistoffsprühdüse schafft hier Abhilfe, da auch bei schwankendem oder sich veränderndem Wasserdruck der Strahlwinkel des ausgegebenen Sprühstrahles im Wesentlichen konstant bleibt. Durch den sich ändernden Flüssigkeitsdruck und/oder den sich ändernden Gasdruck wird lediglich die Volumenverteilung innerhalb des Sprühstrahles geändert, also die Verteilung der Flüssigkeit in dem ausgegebenen Sprühstrahl. Diese Eigenschaft kann bewusst genutzt werden, um mittels einer Veränderung des Flüssigkeitsdrucks und/oder des Wasserdrucks eine definierte unterschiedliche Flüssigkeitsverteilung im Sprühstrahl und dadurch eine unterschiedliche Kühlung des beaufschlagten Stranges einzustellen. Überraschenderweise kann ein im Wesentlichen konstanter Strahlwinkel mittels Vorsehen einer Drossel am stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer sowie einer Zwischenkammer zwischen der Drossel und dem Dralleinsatz in sehr einfacher Weise bereitgestellt werden. Stromabwärts der Drossel liegt eine gleichmäßige Verteilung von Flüssigkeit und Gas in dem Flüssigkeit-Gas-Gemisch vor und eine Entmischung wird verhindert. Durch die Drossel ist die Druckabhängigkeit des Strahlwinkels erheblich reduziert. Die Zwischenkammer ist so bemessen, dass zwischen der Drossel und dem Dralleinsatz keine Entmischung auftritt. Mittels des Dralleinsatzes kann das Flüssigkeit-Gas-Gemisch dann in Drehung versetzt werden und es kann beispielsweise ein Vollkegel oder ein Hohlkegel stromabwärts der Austrittsöffnung erzeugt werden.Surprisingly, by providing a throttle at the downstream end of the mixing chamber and by providing an intermediate chamber in front of the swirl insert, it is possible to provide a two-substance nozzle which has a substantially constant spray angle of the spray jet emitted via the outlet opening. This substantially constant jet angle is maintained when changing a pressure of the supplied gas and / or a pressure of the supplied liquid. The two-fluid nozzle according to the invention can thereby be changed, for example, in a changing manner or fluctuating water pressure provide a substantially constant jet angle. This is of particular importance, for example, if the two-component nozzle according to the invention is used for cooling strands in continuous casting plants for long products. The main requirement for secondary cooling in continuous casters is to provide controlled, even cooling. Such cooling is carried out by means of two-component spray nozzles. The cooling should lead to the solidification of a defect-free, that is generally crack-free and segregation-free strand. For example, so-called billets, billets or round formats are produced in continuous casting plants and cooled by means of two-component nozzles. Due to the many different steel grades and their different properties and the wide range of casting speeds, a large nozzle control range for such two-fluid nozzles must be provided. This means that on the one hand a very strong cooling with high volume flow and on the other hand a very gentle cooling with low flow must be possible. If the jet angle of the two-component spray nozzles in the secondary cooling changes when the volume flow changes and, for example, when the water pressure changes, this can lead to defects in the strands produced, for example because they are no longer cooled over their entire outer surface. The two-component spray nozzle according to the invention provides a remedy here, since the jet angle of the spray jet dispensed remains substantially constant even with fluctuating or changing water pressure. Due to the changing fluid pressure and / or the changing gas pressure, only the volume distribution within the spray jet is changed, that is, the distribution of the liquid in the dispensed spray jet. This property can be used deliberately to adjust by means of a change in the liquid pressure and / or the water pressure a defined different liquid distribution in the spray and thus a different cooling of the applied strand. Surprisingly, a substantially constant jet angle can be provided by providing a throttle at the downstream end of the mixing chamber and an intermediate chamber between the throttle and the swirl insert in a very simple manner. Downstream of the throttle is a uniform distribution of liquid and gas in the liquid-gas mixture and segregation is prevented. Due to the throttle, the pressure dependence of the beam angle is significantly reduced. The intermediate chamber is sized so that between the choke and the swirl insert no segregation occurs. By means of the swirl insert, the liquid-gas mixture can then be rotated and, for example, a full cone or a hollow cone can be produced downstream of the outlet opening.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Drossel eine Lochscheibe auf.In development of the invention, the throttle has a perforated disc.

Mittels einer Lochscheibe kann in sehr einfacher Weise eine Drossel für das Flüssigkeit-Gas-Gemisch in der Mischkammer bereitgestellt werden.By means of a perforated disc can be provided in a very simple manner, a throttle for the liquid-gas mixture in the mixing chamber.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Lochscheibe ausschließlich mehrere, im Bereich ihres Randes angeordnete Durchgangsöffnungen auf.In a development of the invention, the perforated disk has only a plurality of passage openings arranged in the region of its edge.

Es hat sich gezeigt, dass mehrere, ausschließlich im Bereich des Randes der Lochscheibe vorgesehene Durchgangsöffnungen eine sehr gleichmäßige Flüssigkeit-Gas-Verteilung in der Zwischenkammer bewirken und dadurch die gewünschte Unabhängigkeit des Strahlwinkels vom Flüssigkeitsdruck und vom Gasdruck ermöglichen. Die Durchgangsöffnungen können dabei als vom Rand beabstandete Bohrungen ausgebildet sein oder es können beispielsweise auch Nuten am Rand der Lochscheibe vorgesehen sein.It has been found that a plurality of through holes provided exclusively in the region of the edge of the perforated disk produce a very uniform liquid-gas distribution in the intermediate chamber and thus permit the desired independence of the jet angle from the liquid pressure and the gas pressure. The passage openings may be formed as bores spaced from the edge or, for example, grooves may also be provided on the edge of the perforated disk.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Drossel eine Blende mit einer einzigen, zentralen Durchgangsöffnung auf.In a further development of the invention, the throttle has a diaphragm with a single, central passage opening.

Eine solche Drossel kann, insbesondere in Verbindung mit einer Lochscheibe, eine sehr günstige Flüssigkeit-Gas-Verteilung in der Zwischenkammer bewirken.Such a throttle can, in particular in conjunction with a perforated disc, cause a very favorable liquid-gas distribution in the intermediate chamber.

In Weiterbildung der Erfindung ist in Strömungsrichtung gesehen die Lochscheibe vor der Blende angeordnet. Vorteilhafterweise ist die Blende in Strömungsrichtung gesehen von der Lochscheibe beabstandet.In a further development of the invention, the perforated disc is arranged in front of the diaphragm in the flow direction. Advantageously, the aperture is seen in the flow direction spaced from the perforated disc.

In Strömungsrichtung gesehen kann die Blende dabei um etwa den Radius der Lochscheibe von dieser beabstandet sein. Die Größe der zentralen Durchgangsöffnung in der Blende wird vorteilhafterweise so gewählt, dass die Durchgangsöffnung einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Abstand der Durchgangsöffnungen in der Lochscheibe zueinander. Mit anderen Worten werden bei einer Projektion die Durchgangsöffnungen von der Blende vollständig verdeckt.Seen in the flow direction, the diaphragm can be spaced apart from it by approximately the radius of the perforated disc. The size of the central passage opening in the diaphragm is advantageously chosen so that the passage opening a Diameter which is smaller than the distance of the passage openings in the perforated disc to each other. In other words, in a projection, the passage openings are completely covered by the aperture.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Dralleinsatz mehrere, im Randbereich oder an seinem Außenumfang angeordnete Bohrungen oder Nuten auf, wobei die Bohrungen oder Nuten schräg oder wendelförmig zu einer Mittellängsachse der Austrittskammer verlaufen.In a development of the invention, the swirl insert has a plurality of bores or grooves arranged in the edge region or on its outer circumference, wherein the bores or grooves extend obliquely or helically to a central longitudinal axis of the outlet chamber.

In Weiterbildung der Erfindung weist der Dralleinsatz auf seiner stromabwärts gelegenen Seite in seinem Mittenbereich einen in Strömungsrichtung vorragenden Zapfen auf.In a further development of the invention, the swirl insert on its downstream side in its central region on a projecting in the flow direction pin.

Durch Vorsehen eines solchen Zapfens kann die Sprühcharakteristik der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse verändert werden. Das Vorsehen eines solchen Zapfens bewirkt die Erzeugung eines Vollkegelsprühstrahles. Ist kein Zapfen am Dralleinsatz vorgesehen, wird ein Hohlkegelsprühstrahl erzeugt. Der Zapfen an dem Dralleinsatz ist dabei der Austrittskammer zugewandt, erstreckt sich also in Strömungsrichtung. Über die Länge des Zapfens kann eine Flüssigkeitsverteilung innerhalb des Sprühstrahles eingestellt werden. Je länger dabei der Zapfen ausgeführt ist, desto mehr Flüssigkeit ist in der Mitte des Strahles angeordnet.By providing such a pin, the spray characteristic of the two-fluid nozzle according to the invention can be changed. The provision of such a pin causes the generation of a full cone spray jet. If no pin is provided on the swirl insert, a hollow cone spray is generated. The pin on the swirl insert is facing the outlet chamber, thus extending in the flow direction. Over the length of the pin, a liquid distribution can be adjusted within the spray. The longer the pin is executed, the more liquid is arranged in the middle of the beam.

In Weiterbildung der Erfindung weicht ein Außenumfang des Zapfens von einer Kreisform ab.In a further development of the invention, an outer circumference of the pin deviates from a circular shape.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Zapfen wenigstens im Bereich seines, von dem Dralleinsatz ausgehenden Endes von einer Nut umgeben sein. Die Nut ist dabei ringförmig ausgebildet, weist aber vorteilhafterweise keinen kreisförmigen Umfang auf. Beispielsweise kann die Nut aus mehreren nebeneinander auf eine Kreislinie gesetzten Sackbohrungen gebildet sein. Die Sackbohrungen bestimmen dadurch sowohl den Außenumfang des Zapfens als auch den Außenumfang der Nut.In a further development of the invention, the pin may be surrounded by a groove at least in the region of its end originating from the swirl insert. The groove is annular, but advantageously has no circular circumference. For example, the groove may be formed of a plurality of blind holes placed next to each other on a circular line. The blind holes thereby determine both the outer circumference of the pin and the outer circumference of the groove.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Mischkammer eine Mittellängsachse auf und der wenigstens eine Flüssigkeitseinlass mündet allgemein tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse in die Mischkammer.In a further development of the invention, the mixing chamber has a central longitudinal axis and the at least one liquid inlet opens into the mixing chamber generally tangentially to an imaginary circle about the central longitudinal axis.

Durch tangentiales Einspeisen der Flüssigkeit in die Mischkammer wird bereits in der Mischkammer eine sehr gleichmäßige Mischung von Flüssigkeit und Gas erzielt. Allgemein tangential bedeutet dabei senkrecht zur Mittellängsachse, aber nicht in Richtung auf die Drossel am stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer gerichtet, auch nicht in der Gegenrichtung. Die Flüssigkeit wird durch den allgemein tangential einmündenden Flüssigkeitseinlass also relativ zur Mittellängsachse der Mischkammer so eingeleitet, dass die Flüssigkeit mit einem Drall um die Mittellängsachse eingeleitet wird. Die Flüssigkeit kann somit auch schräg zur tangentialen Richtung, also schräg in Richtung auf die Mittellängsachse versetzt, in die Mischkammer eingeleitet werden.By tangentially feeding the liquid into the mixing chamber, a very uniform mixture of liquid and gas is already achieved in the mixing chamber. Generally tangential means perpendicular to the central longitudinal axis, but not directed towards the throttle at the downstream end of the mixing chamber, not even in the opposite direction. The liquid is introduced through the generally tangentially opening liquid inlet so relative to the central longitudinal axis of the mixing chamber so that the liquid is introduced with a twist about the central longitudinal axis. The liquid can thus also be introduced obliquely to the tangential direction, that is offset obliquely in the direction of the central longitudinal axis, into the mixing chamber.

In Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Flüssigkeitseinlässe vorgesehen, die jeweils allgemein tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse, aber in entgegengesetzten Richtungen zueinander, in die Mischkammer münden.In a further development of the invention, at least two fluid inlets are provided, which in each case open into the mixing chamber generally tangentially to an imaginary circle about the central longitudinal axis, but in opposite directions to one another.

Auf diese Weise wird die Vermischung von Flüssigkeit und Gas in der Mischkammer weiter verbessert.In this way, the mixing of liquid and gas in the mixing chamber is further improved.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird auch durch ein Verfahren zum Versprühen eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches mit einer Zweistoffdüse gelöst, wobei in einer Mischkammer mit wenigstens einem Flüssigkeitseinlass und wenigstens einem Gaseinlass das Flüssigkeit-Gas-Gemisch hergestellt wird und wobei mittels eines Dralleinsatzes das Flüssigkeit-Gas-Gemisch um eine Mittellängsachse in Drehung versetzt wird und durch eine Austrittsöffnung ausgegeben wird, bei dem das Leiten des FlüssigkeitGas-Gemisches über eine Drossel am stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer und das Leiten des Flüssigkeit-Gas-Gemisches durch eine Zwischenkammer zwischen der Drossel und dem Dralleinsatz vorgesehen ist.The problem underlying the invention is also solved by a method for spraying a liquid-gas mixture with a two-fluid nozzle, wherein in a mixing chamber with at least one liquid inlet and at least one gas inlet, the liquid-gas mixture is produced and wherein by means of a swirl insert the Fluid-gas mixture is set about a central longitudinal axis in rotation and is discharged through an outlet opening, wherein the passing of the liquid-gas mixture via a throttle at the downstream end of the mixing chamber and the passage of the liquid-gas mixture through an intermediate chamber between the Throttle and the swirl insert is provided.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein Verändern einer Verteilung des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in einem ausgegebenen Sprühkegel mittels Verändern eines Drucks desIn a further development of the invention is a changing a distribution of the liquid-gas mixture in a dispensed spray cone by means of changing a pressure of the

Gases und/oder der Flüssigkeit vorgesehen, wobei ein Strahlwinkel des ausgegebenen Sprühkegels bei einer Veränderung des Drucks des Gases und/oder der Flüssigkeit im Wesentlichen konstant bleibt.Gas and / or the liquid provided, wherein a jet angle of the dispensed spray cone remains substantially constant with a change in the pressure of the gas and / or the liquid.

Auf diese Weise kann eine Verteilung des Flüssigkeit-Gas-Gemisches im ausgegebenen Sprühkegel gezielt und bewusst beeinflusst werden, beispielsweise um eine unterschiedliche Kühlung eines mit der Zweistoffsprühdüse besprühten Stranges definiert zu verändern.In this way, a distribution of the liquid-gas mixture in the output spray cone can be deliberately and deliberately influenced, for example in order to change a different cooling of a sprayed sprayed with Zweistoffsprühdüse strand defined.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den verschiedenen Zeichnungen dargestellte Einzelmerkmale können dabei in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1
eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Zweistoffdüse,
Fig. 2
eine Seitenansicht der Zweistoffdüse der Fig. 1, wobei eine in Fig. 1 rechts dargestellte Verschlussschraube entfernt wurde,
Fig. 3
eine Ansicht auf die Schnittebene A-A der Fig. 2,
Fig. 4
eine Draufsicht auf die Zweistoffdüse der Fig. 1,
Fig. 5
eine Ansicht der Zweistoffdüse der Fig. 1 von schräg oben,
Fig. 6
eine auseinandergezogene Darstellung der Zweistoffdüse der Fig. 1,
Fig. 7
eine Schnittansicht eines Mundstücks der Zweistoffdüse der Fig. 1,
Fig. 8
eine Ansicht einer Lochscheibe der Zweistoffdüse der Fig. 1 von schräg oben,
Fig. 9
eine Ansicht einer Blende der Zweistoffdüse der Fig. 1 von schräg oben,
Fig. 10
eine Ansicht eines Dralleinsatzes der Zweistoffdüse der Fig. 1 von schräg oben,
Fig. 11
eine Seitenansicht des Dralleinsatzes der Fig. 10,
Fig. 12
eine Draufsicht auf den Dralleinsatz der Fig. 10,
Fig. 13
eine Schnittansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 12,
Fig. 14
eine Seitenansicht eines Flüssigkeitseinlassteils der Zweistoffdüse der Fig. 1,
Fig. 15
eine Vorderansicht des Flüssigkeitseinlassteils der Fig. 14,
Fig. 16
eine Ansicht auf die Schnittebene D-D,
Fig. 17
eine Ansicht des Flüssigkeitseinlassteils der Fig. 14 von schräg oben,
Fig. 18
eine Ansicht eines Dralleinsatzes für eine erfindungsgemäße Zweistoffdüse gemäß einer zweiten Ausführungsform von schräg vorne,
Fig. 19
eine Seitenansicht des Dralleinsatzes der Fig. 18,
Fig. 20
eine Vorderansicht des Dralleinsatzes der Fig. 18,
Fig. 21
eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 20,
Fig. 22
eine Darstellung der Veränderung des Strahlwinkels der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse gemäß Fig. 1 über dem Wasserdruck und
Fig. 23
eine Darstellung der Veränderung der Wasserverteilung innerhalb des von der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse gemäß Fig. 1 erzeugten Sprühstrahls über dem Wasserdruck und dem Luftdruck.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the claims and the following description of preferred embodiments of the invention in conjunction with the drawings. In the various drawings illustrated individual features can be combined with each other in any way, without exceeding the scope of the invention. In the drawings show:
Fig. 1
a side view of a two-fluid nozzle according to the invention,
Fig. 2
a side view of the two-fluid nozzle of Fig. 1 , where one in Fig. 1 right-side screw plug has been removed,
Fig. 3
a view on the cutting plane AA the Fig. 2 .
Fig. 4
a plan view of the two-fluid nozzle of Fig. 1 .
Fig. 5
a view of the two-fluid nozzle of Fig. 1 from diagonally above,
Fig. 6
an exploded view of the two-fluid nozzle of Fig. 1 .
Fig. 7
a sectional view of a mouthpiece of the two-fluid nozzle of Fig. 1 .
Fig. 8
a view of a perforated disc of the two-fluid nozzle of Fig. 1 from diagonally above,
Fig. 9
a view of an aperture of the two-fluid nozzle of Fig. 1 from diagonally above,
Fig. 10
a view of a swirl insert of the two-fluid nozzle of Fig. 1 from diagonally above,
Fig. 11
a side view of the swirl insert the Fig. 10 .
Fig. 12
a plan view of the swirl insert of Fig. 10 .
Fig. 13
a sectional view on the sectional plane AA in Fig. 12 .
Fig. 14
a side view of a liquid inlet part of the two-fluid nozzle of Fig. 1 .
Fig. 15
a front view of the liquid inlet part of Fig. 14 .
Fig. 16
a view on the cutting plane DD,
Fig. 17
a view of the liquid inlet part of Fig. 14 from diagonally above,
Fig. 18
a view of a swirl insert for a two-fluid nozzle according to the invention according to a second embodiment obliquely from the front,
Fig. 19
a side view of the swirl insert the Fig. 18 .
Fig. 20
a front view of the swirl insert the Fig. 18 .
Fig. 21
a view on the cutting plane AA in Fig. 20 .
Fig. 22
a representation of the change in the beam angle of the two-fluid nozzle according to the invention according to Fig. 1 above the water pressure and
Fig. 23
a representation of the change in the water distribution within the of the inventive two-fluid nozzle according to Fig. 1 generated spray above the water pressure and the air pressure.

Die Darstellung der Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zweistoffdüse 10 mit einem Düsengehäuse 12, wobei das Düsengehäuse 12 einen ersten Gehäuseabschnitt 14 aufweist, der im Wesentlichen quaderförmig ist und ein Mundstück 16 aufweist, das an dem ersten Gehäuseabschnitt befestigt ist. In dem Mundstück 16 ist eine in Fig. 1 nicht erkennbare Austrittsöffnung 18 vorgesehen, über die ein Sprühstrahl ausgegeben wird. Der Sprühstrahl 20 hat eine in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutete Kegelform. Der Sprühstrahl weist einen Strahlwinkel α auf. An dem ersten Gehäuseabschnitt 14 ist ein Flüssigkeitsanschluss 24 zum Zuführen von zu versprühender Flüssigkeit, speziell Wasser, und ein Druckluftanschluss 22 zum Zuführen von Druckgas, insbesondere Druckluft, vorgesehen. Eine Verschlussschraube 26 ist an der in Fig. 1 rechten Seite des Gehäuses vorgesehen.The presentation of the Fig. 1 shows a two-fluid nozzle 10 according to the invention with a nozzle housing 12, wherein the nozzle housing 12 has a first housing portion 14 which is substantially cuboidal and has a mouthpiece 16 which is fixed to the first housing portion. In the mouthpiece 16 is an in Fig. 1 unrecognizable outlet opening 18 is provided, via which a spray is emitted. The spray jet 20 has an in Fig. 1 indicated by dashed lines cone shape. The spray jet has a jet angle α. On the first housing portion 14, a liquid connection 24 for supplying liquid to be sprayed, especially water, and a compressed air connection 22 for supplying compressed gas, in particular compressed air, are provided. A locking screw 26 is attached to the in Fig. 1 provided on the right side of the housing.

Die Darstellung der Fig. 2 zeigt die Zweistoffdüse der Fig. 1 in einer Seitenansicht, wobei die Verschlussschraube 26 nicht dargestellt ist. Innerhalb des ersten Gehäuseabschnitts 14 ist dadurch ein Flüssigkeitseinlassteil 28 zu erkennen, der nachstehend noch anhand der Fig. 3 und den Fig. 14 bis 17 näher erläutert wird.The presentation of the Fig. 2 shows the two - fluid nozzle of the Fig. 1 in a side view, wherein the locking screw 26 is not shown. Within the first housing section 14, a liquid inlet part 28 can be seen, which will be described below with reference to FIGS Fig. 3 and the FIGS. 14 to 17 is explained in more detail.

Die Schnittansicht der Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Schnittebene A-A der Fig. 2. Druckgas wird über den Druckgasanschluss 22 in die Mischkammer 30 eingeleitet, die innerhalb des ersten Gehäuseabschnitts 14 vorgesehen ist. Zu versprühendes Wasser wird über den Flüssigkeitsanschluss 24 in eine Querbohrung des ersten Gehäuseabschnitts 14 eingeleitet und dann über das Flüssigkeitseinlassteil 28 ebenfalls in die Mischkammer 30 eingeleitet. Ein in Fig. 3 rechts liegendes Ende der Querbohrung ist durch die Verschlussschraube 26 verschlossen. Das Flüssigkeitseinlassteil 28 weist zwei Mündungsöffnungen 33a, 33b für Flüssigkeit auf, die mittels einer Querbohrung 32 in einem in die Mischkammer 30 vorragenden Zapfen des Flüssigkeitseinlassteils 28 gebildet sind. Diese Querbohrung 32 ist in der Darstellung der Fig. 14 und der Fig. 16 zu erkennen. Flüssigkeit tritt über eine Längsbohrung 31 in das Flüssigkeitseinlassteil 28 ein und prallt dann senkrecht auf die Querbohrung 32. Die Flüssigkeit wird dadurch innerhalb des Flüssigkeitseinlassteils um 90° umgelenkt, verlässt das Flüssigkeitseinlassteil über die beiden Mündungsöffnungen 33a, 33b der Querbohrung 32 und tritt dadurch etwa in tangentialer Richtung in die Mischkammer 30 ein. Streng tangential ist dabei nur die Mitte der Querbohrung 32 angeordnet, die Enden der Querbohrung münden gegenüber der an den Mündungsöffnungen 33a, 33b tangentialen Richtung nach außen versetzt. Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, treffen der über den Druckgasanschluss 22 eintretende Gasstrahl und die über den Flüssigkeitseinlassteil 28 eintretende Flüssigkeit nicht unmittelbar aufeinander. Die Flüssigkeit wird durch die Querbohrung 32 allgemein etwa tangential in zwei entgegengesetzten Richtungen in die Mischkammer 30 eingeleitet. Dies führt zu einer guten und gleichmäßigen Vermischung von Flüssigkeit und Gas innerhalb der Mischkammer 30.The sectional view of Fig. 3 shows a plan view of the sectional plane AA of Fig. 2 , Compressed gas is introduced via the compressed gas connection 22 into the mixing chamber 30, which is provided within the first housing section 14. Water to be sprayed is introduced via the liquid connection 24 into a transverse bore of the first housing section 14 and then also introduced into the mixing chamber 30 via the liquid inlet part 28. An in Fig. 3 right end of the transverse bore is closed by the screw 26. The liquid inlet part 28 has two mouth openings 33 a, 33 b for liquid, which are formed by means of a transverse bore 32 in a projecting into the mixing chamber 30 pin of the liquid inlet part 28. This transverse bore 32 is in the illustration of Fig. 14 and the Fig. 16 to recognize. Liquid enters via a longitudinal bore 31 in the Flüssigkeitseinlassteil 28 and then bounces perpendicular to the transverse bore 32. The liquid is thereby deflected within the Flüssigkeitsseinlassteils by 90 °, leaves the Flüssigkeitseinlassteil on the two mouth openings 33a, 33b of the transverse bore 32 and thereby enters about tangential direction in the mixing chamber 30 a. Strictly tangential while only the center of the transverse bore 32 is arranged, the ends of the transverse bore open opposite to the tangent at the mouth openings 33a, 33b outward direction. Again Fig. 3 it can be seen, the gas jet entering via the compressed gas connection 22 and the liquid entering via the liquid inlet part 28 do not strike each other directly. The liquid is introduced through the transverse bore 32 generally approximately tangentially in two opposite directions in the mixing chamber 30. This leads to a good and uniform mixing of liquid and gas within the mixing chamber 30th

Ausgehend von der Mischkammer 30 gelangt das Flüssigkeit-Gas-Gemisch dann durch eine Lochscheibe 38 in eine Zwischenkammer 40. Die Zwischenkammer 40 erstreckt sich zwischen der Lochscheibe 38 und einem Dralleinsatz 42. Innerhalb der Zwischenkammer ist eine Blende 44 angeordnet. Die Lochscheibe weist bei der dargestellten Ausführungsform insgesamt fünf Durchgangsöffnungen 46 auf, die in der Darstellung der Lochscheibe 38 in Fig. 8 zu erkennen sind. Die Durchgangsöffnungen 46 sind dabei gleichmäßig voneinander beabstandet auf einem zur Mittellängsachse 36 konzentrischen Kreis angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 46 sind in einem Randbereich der Lochscheibe 38 angeordnet. Die Lochscheibe 38 weist neben den Durchgangsöffnungen 46 keine weiteren Durchbrüche oder Durchgänge auf. Die Flüssigkeit kann aus der Mischkammer 30 dadurch lediglich durch die Durchgangsöffnungen 46 in die Zwischenkammer 40 gelangen.Starting from the mixing chamber 30, the liquid-gas mixture then passes through a perforated disc 38 in an intermediate chamber 40. The intermediate chamber 40 extends between the perforated disc 38 and a swirl insert 42. Within the intermediate chamber, a diaphragm 44 is arranged. The perforated disc has in the illustrated embodiment a total of five through holes 46, which in the illustration of the perforated disc 38 in Fig. 8 can be seen. The passage openings 46 are arranged uniformly spaced from each other on a concentric to the central axis 36 circle. The passage openings 46 are arranged in an edge region of the perforated disc 38. The perforated disc 38 has, in addition to the passage openings 46 no further openings or passages. The liquid can thereby pass from the mixing chamber 30 only through the passage openings 46 into the intermediate chamber 40.

Die Blende 44 weist lediglich eine, konzentrisch zur Mittellängsachse angeordnete Durchgangsöffnung 48 auf und ist ringförmig ausgebildet. Ein Durchmesser der Durchgangsöffnung 48 in der Blende 44 ist dabei so bemessen, dass bei einer Projektion entlang der Mittellängsachse 36 die Durchgangsöffnungen 46 in der Lochscheibe 38 durch die Blende 44 verdeckt werden.The panel 44 has only one, arranged concentrically to the central longitudinal axis through opening 48 and is annular. A diameter of the passage opening 48 in the aperture 44 is dimensioned such that in a projection along the central longitudinal axis 36, the passage openings 46 are concealed in the perforated disc 38 through the aperture 44.

Das durch die Durchgangsöffnungen 46 der Lochscheibe 38 in die Zwischenkammer 40 eintretende Flüssigkeit-Gas-Gemisch wird dadurch mittels der Blende 44 umgelenkt und in deren Durchgangsöffnung 48 geleitet. Die Lochscheibe 38 und die Blende 44 bilden eine Drossel für das Flüssigkeits-Gas-Gemisch.The liquid-gas mixture entering through the passage openings 46 of the perforated disk 38 into the intermediate chamber 40 is thereby deflected by means of the orifice 44 and directed into its through-opening 48. The perforated disc 38 and the diaphragm 44 form a throttle for the liquid-gas mixture.

Stromabwärts der Blende 44 erweitert sich der Durchmesser der Zwischenkammer 40 wieder und das Flüssigkeit-Gas-Gemisch wird bis zu dem Dralleinsatz 42 geleitet. Mittels des Dralleinsatzes 42 erhält das Flüssigkeit-Gas-Gemisch einen Drall um die Mittellängsachse 36 und tritt dann in eine Austrittskammer 50 ein, an deren stromabwärts gelegenen Ende die Austrittsöffnung 18 angeordnet ist. Die Austrittsöffnung 18 weist einen von der Austrittskammer 50 ausgehenden zylindrischen Abschnitt und einen sich in Strömungsrichtung gesehen an den zylindrischen Abschnitt anschließenden, sich kegelförmig aufweitenden Abschnitt auf. Die Austrittsöffnung 18 ist in dem Mundstück 16 vorgesehen und ist von einer Tropfkante 52 konzentrisch umgeben.Downstream of the orifice 44, the diameter of the intermediate chamber 40 expands again and the liquid-gas mixture is passed to the swirl insert 42. By means of the swirl insert 42, the liquid-gas mixture receives a twist about the central longitudinal axis 36 and then enters an outlet chamber 50, at the downstream end of the outlet opening 18 is arranged. The outlet opening 18 has a cylindrical section starting from the outlet chamber 50 and a section which widens conically in the direction of flow and which adjoins the cylindrical section. The outlet opening 18 is provided in the mouthpiece 16 and is surrounded concentrically by a drip edge 52.

Die Lochscheibe 38 ist an einem in den ersten Gehäuseabschnitt 14 eingeschraubten Ende des Mundstücks vorgesehen und auch die Blende 44 und der Dralleinsatz 42 sind in dem Mundstück 16 angeordnet. Das Mundstück 16 ist, siehe Fig. 7, mit mehreren Absätzen versehen, die jeweils auf den Durchmesser der Lochscheibe 38, der Blende 40 bzw. des Dralleinsatzes 42 abgestimmt sind. In Richtung zur Austrittsöffnung 18 hin wird ein Innendurchmesser des Mundstücks 16 kleiner. In Strömungsrichtung gesehen wird die Lochscheibe 38 auf einem ersten umlaufenden Absatz 52 angeordnet. Die Blende 44 wird auf einem zweiten umlaufenden Absatz 54 angeordnet und der Dralleinsatz 42 wird auf einem dritten umlaufenden Absatz 56 angeordnet. Da sich von dem ersten Absatz 52 zum dritten Absatz 56 hin der Innendurchmesser des Mundstücks 16 verringert, können der Dralleinsatz 42 , die Blende 44 und die Lochscheibe 38 problemlos nacheinander in das Mundstück 16 eingesetzt werden und nehmen innerhalb des Mundstücks 16 durch die umlaufenden Absätze 56, 54 bzw. 52 eine definierte Position ein. Zwischen den umlaufenden Absätzen 52, 54, 56 ist ein Innenraum des Mundstücks 16 im Wesentlichen zylindrisch gestaltet. Dabei können zusätzliche, schmälere umlaufende Absätze jeweils auf Höhe einer der Strömung zugewandten Oberfläche der Blende 44 und des Dralleinsatzes 42 vorgesehen sein.The perforated disc 38 is provided on a screwed into the first housing portion 14 end of the mouthpiece and the aperture 44 and the swirl insert 42 are arranged in the mouthpiece 16. The mouthpiece 16 is, see Fig. 7 , Provided with several paragraphs, which are each matched to the diameter of the perforated disc 38, the aperture 40 and the swirl insert 42. Towards the outlet opening 18, an inner diameter of the mouthpiece 16 becomes smaller. Seen in the flow direction, the perforated disc 38 is arranged on a first circumferential shoulder 52. The shutter 44 is placed on a second circumferential ledge 54 and the swirl insert 42 is placed on a third circumferential ledge 56. Since the inner diameter of the mouthpiece 16 decreases from the first shoulder 52 to the third shoulder 56, the swirl insert 42, the orifice 44 and the perforated disc 38 can be easily inserted successively into the mouthpiece 16 and inside the mouthpiece 16 through the circumferential shoulders 56 , 54 or 52 a defined position. Between the peripheral shoulders 52, 54, 56 an interior of the mouthpiece 16 is designed substantially cylindrical. In this case, additional, narrower circumferential paragraphs can be provided in each case at the level of a surface facing the flow of the aperture 44 and the swirl insert 42.

Die Darstellung der Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Zweistoffsprühdüse 10 und Fig. 5 zeigt die Zweistoffdüse 10 von schräg oben.The presentation of the Fig. 4 shows a plan view of the Zweistoffsprühdüse 10 and Fig. 5 shows the two-fluid nozzle 10 from above obliquely.

In Fig. 6 ist die Zweistoffdüse 10 in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Nach dem Einsetzen des Dralleinsatzes 42, der Blende 44 und der Lochscheibe 38 in das Mundstück 16 wird diese dann in den ersten Gehäuseabschnitt 14 eingeschraubt. Zu erkennen ist in Fig. 6, dass das aus der Mischkammer 30 austretende Flüssigkeit-Gas-Gemisch zunächst ausschließlich durch die Durchgangsöffnungen 46 in der Lochscheibe 38 treten muss und dann in die mittige Durchgangsöffnung 48 der Blende 44 umgelenkt wird. Stromabwärts der Durchgangsöffnung 48 kann sich das Flüssigkeit-Gas-Gemisch wieder radial nach außen ausbreiten und tritt dann durch Drallkanäle 60 am Außenumfang des Dralleinsatzes 42 in die Austrittskammer 50 ein, um dann als Sprühkegel durch die Austrittsöffnung 18 ausgegeben zu werden. Die Drallkanäle 60 sind gleichmäßig voneinander beabstandet um den Außenumfang des Dralleinsatzes 42 angeordnet und schräg zur Mittellängsachse 36 angeordnet. Das Flüssigkeit-Gas-Gemisch erhält durch den Dralleinsatz 42 dadurch einen Drall um die Mittellängsachse 36 und tritt infolgedessen durch die konzentrisch zur Mittellängsachse 36 angeordnete Austrittsöffnung 18 aus und bildet stromabwärts der Austrittsöffnung 18 den Sprühkegel 20, siehe Fig. 1.In Fig. 6 the two-fluid nozzle 10 is shown in exploded view. After insertion of the swirl insert 42, the aperture 44 and the perforated disc 38 in the Mouthpiece 16 is then screwed into the first housing portion 14. It can be seen in Fig. 6 in that the liquid-gas mixture emerging from the mixing chamber 30 first has to pass exclusively through the passage openings 46 in the perforated disc 38 and is then deflected into the central through-opening 48 of the diaphragm 44. Downstream of the passage opening 48, the liquid-gas mixture can again spread radially outward and then enters through swirl channels 60 on the outer circumference of the swirl insert 42 into the outlet chamber 50, to then be discharged as a spray cone through the outlet opening 18. The swirl channels 60 are uniformly spaced around the outer periphery of the swirl insert 42 and arranged obliquely to the central longitudinal axis 36. The liquid-gas mixture is thereby replaced by the swirl insert 42 by a spin around the central longitudinal axis 36 and consequently exits through the outlet opening 18 arranged concentrically with the central longitudinal axis 36 and forms the spray cone 20 downstream of the outlet opening 18 Fig. 1 ,

Durch Vorsehen einer Drossel stromabwärts der Mischkammer 30, die bei der dargestellten Ausführungsform durch die Lochscheibe 30 und die im Abstand von der Lochscheibe 38 angeordnete Blende 44 gebildet ist, wird bei der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse 10 erreicht, dass ein Strahlwinkel α des Sprühkegels 20, siehe Fig. 1, im Wesentlichen unabhängig von dem Druck des zugeführten Gases und der zugeführten Flüssigkeit ist. In jedem Fall kann mit der erfindungsgemäßen Sprühdüse 10 ein im Wesentlichen konstanter Strahlwinkel α über einen großen Bereich des Drucks der Flüssigkeit und des Drucks des Gases erzielt werden. Eine Drossel kann dabei auch alleine durch die Lochscheibe 38 gebildet sein, wenn die Blende 44 weggelassen wird.By providing a throttle downstream of the mixing chamber 30, which is formed in the illustrated embodiment by the perforated disc 30 and arranged at a distance from the perforated disc 38 aperture 44 is achieved in the two-fluid nozzle 10 according to the invention, that a jet angle α of the spray cone 20, see Fig. 1 , is substantially independent of the pressure of the supplied gas and the supplied liquid. In any case, with the spray nozzle 10 according to the invention a substantially constant jet angle α can be achieved over a large range of the pressure of the liquid and the pressure of the gas. A throttle can also be formed alone through the perforated disc 38 when the aperture 44 is omitted.

Der Sprühwinkel ist dabei typischerweise zwischen einem Wasserdruck zwischen 4 Bar und 8 Bar bei einem Luftdruck von 1 Bar im Wesentlichen konstant. Bei einem Luftdruck von 2 Bar ändert sich der Strahlwinkel bei einer Veränderung des Wasserdrucks zwischen 4 Bar und 8 Bar lediglich um etwas weniger als 10°. Bei einer Veränderung des Wasserdrucks ändert sich aber eine Verteilung des Flüssigkeit-Gas-Gemisches innerhalb des Sprühkegels 20. So wird mit steigendem Luftdruck mehr Flüssigkeit-Gas-Gemisch in der Mitte des Sprühkegels 20 angeordnet. Bei steigendem Wasserdruck wird dahingegen weniger Flüssigkeit-Gas-Gemisch im Zentrumsbereich des Sprühkegels 20 um die Mittellängsachse 36 angeordnet. Mit der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse 10 kann dadurch gezielt eine Flüssigkeitsverteilung bzw. eine Verteilung des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in dem Sprühkegel 20 beeinflusst werden.The spray angle is typically substantially constant between a water pressure between 4 bar and 8 bar at an air pressure of 1 bar. At an air pressure of 2 bar, the beam angle only changes by a little less than 10 ° when the water pressure changes between 4 bar and 8 bar. With a change in the water pressure, however, a distribution of the liquid-gas mixture within the spray cone 20 changes. Thus, with increasing air pressure, more liquid-gas mixture is arranged in the middle of the spray cone 20. With increasing water pressure, however, less liquid-gas mixture in the center region of the spray cone 20 arranged around the central longitudinal axis 36. With the two-substance nozzle 10 according to the invention, a liquid distribution or a distribution of the liquid-gas mixture in the spray cone 20 can thereby be influenced in a targeted manner.

Die Darstellung der Fig. 10 zeigt den Dralleinsatz 42 in einer Ansicht von schräg vorne. Zu erkennen sind die schräg zur Mittellängsachse 36 angeordneten Nuten am Außenumfang des Dralleinsatzes 42. Auf seiner der Strömung abgewandten Seite, siehe auch Fig. 3, ist der Dralleinsatz 42 mit einem konzentrisch zur Mittellängsachse angeordneten Zapfen 62 versehen. Der Zapfen ragt, siehe Fig. 3, über eine Unterseite des Dralleinsatzes 42 vor. Ein Außenumfang des Zapfens 62 ist nicht kreisförmig. Der Zapfen 62 ist im Bereich seines Fußpunktes am Dralleinsatz 42 von einer umlaufenden Nut 64 umgeben. Die Nut ist durch Einbringen mehrerer Sackbohrungen parallel zur Mittellängsachse in den Dralleinsatz 42 gebildet. Insgesamt werden bei der dargestellten Ausführungsform sieben Sackbohrungen parallel zur Mittellängsachse 36 in den Dralleinsatz 42 eingebracht. Ein Außenumfang der Nut 64 setzt sich dadurch aus insgesamt sieben Kreisabschnitten zusammen. Die Mittelpunkte der Sackbohrungen liegen auf einem Kreis, der die Mittellängsachse 36 konzentrisch umgibt, siehe auch Fig. 12. Über die Länge des Zapfens 62 kann eine Verteilung des Flüssigkeit-Gas-Gemisches im Sprühkegel 20 beeinflusst werden. Wird der Zapfen 62 weggelassen und ist die der Strömung abgewandte Oberfläche des Dralleinsatzes 42 eben, wird der Sprühkegel 20 als Hohlkegel ausgebildet sein. Das Vorsehen des Zapfens 62 verursacht die Ausbildung des Sprühstrahls 20 als Vollkegel.The presentation of the Fig. 10 shows the swirl insert 42 in a view obliquely from the front. Evident are the obliquely arranged to the central longitudinal axis 36 grooves on the outer circumference of the swirl insert 42. On its side facing away from the flow, see also Fig. 3 , the swirl insert 42 is provided with a pin 62 arranged concentrically to the central longitudinal axis. The pin protrudes, see Fig. 3 , on a bottom of the swirl insert 42 before. An outer periphery of the pin 62 is not circular. The pin 62 is surrounded in the region of its base on the swirl insert 42 by a circumferential groove 64. The groove is formed by introducing a plurality of blind holes parallel to the central longitudinal axis in the swirl insert 42. Overall, seven blind holes are introduced parallel to the central longitudinal axis 36 in the swirl insert 42 in the illustrated embodiment. An outer circumference of the groove 64 is thereby composed of a total of seven circular sections. The centers of the blind holes lie on a circle concentrically surrounding the central longitudinal axis 36, see also Fig. 12 , Over the length of the pin 62, a distribution of the liquid-gas mixture in the spray cone 20 can be influenced. If the pin 62 is omitted and the surface facing away from the flow of the swirl insert 42 is flat, the spray cone 20 will be formed as a hollow cone. The provision of the pin 62 causes the formation of the spray jet 20 as a full cone.

Die Ansichten der Fig. 11, 12 und 13 zeigen weitere Ansichten des Dralleinsatzes 42.The views of FIGS. 11, 12 and 13 show further views of the swirl insert 42.

Die Ansichten der Fig. 18 bis 21 zeigen einen Dralleinsatz 70, der gegenüber dem Dralleinsatz 42 der Fig. 10 bis 13 abgewandelt ist, aber an gleicher Stelle in der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse 10 der Fig. 1 zum Einsatz kommt. Nachfolgend sollen lediglich die Unterschiede zu dem Dralleinsatz 42 der Fig. 12 bis 13 erläutert werden.The views of Fig. 18 to 21 show a swirl insert 70, which opposite to the swirl insert 42 of Fig. 10 to 13 modified, but at the same place in the two-fluid nozzle 10 of the invention Fig. 1 is used. Below only the differences to the swirl insert 42 of Fig. 12 to 13 be explained.

Im Unterschied zu dem Dralleinsatz 42 weist der Dralleinsatz 70 nicht die Nut 64 auf, die den Zapfen 62 umgibt. Der Zapfen 62 ist somit auf einer planen Oberfläche 72 des Dralleinsatzes angeordnet, wobei die Oberfläche 72 im eingebauten Zustand des Dralleinsatzes, siehe Fig. 3, auf der stromabwärts liegenden Seite des Dralleinsatzes angeordnet ist. Der Zapfen 62 selbst weist, wie bei dem Dralleinsatz 42, einen nicht kreisförmigen Umfang auf, der durch aneinander anschließende konkave Teilflächen eines Kreiszylinders gebildet ist. Insgesamt ist der Umfang des Zapfens 62 durch sieben aneinander anschließende Teilkreiszylinderflächen gebildet. Die schräg zur Strömungsrichtung verlaufenden Nuten am Umfang des Dralleinsatzes 70 sind identisch zu den Nuten an dem Dralleinsatz 42 ausgebildet. Wie bei dem Dralleinsatz 42 sind insgesamt sieben schräg verlaufende Nuten am Außenumfang vorgesehen.In contrast to the swirl insert 42, the swirl insert 70 does not have the groove 64, which surrounds the pin 62. The pin 62 is thus arranged on a flat surface 72 of the swirl insert, wherein the surface 72 in the installed state of the swirl insert, please refer Fig. 3 , disposed on the downstream side of the swirl insert. The pin 62 itself has, as in the swirl insert 42, a non-circular circumference, which is formed by adjoining concave faces of a circular cylinder. Overall, the circumference of the pin 62 is formed by seven adjoining partial circle cylinder surfaces. The grooves extending obliquely to the direction of flow at the circumference of the swirl insert 70 are formed identically to the grooves on the swirl insert 42. As with the swirl insert 42, a total of seven oblique grooves are provided on the outer periphery.

Die Darstellung der Fig. 22 zeigt insgesamt vier Kurven, die die Veränderung des Strahlwinkels der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse gemäß Fig. 1 bei sich veränderndem Wasserdruck wiedergeben. Die unterschiedlichen Kurven entsprechen dabei unterschiedlichen Luftdrücken. Die mit der Raute gekennzeichnete Kurve gibt die Änderung des Strahlwinkels bei einem Luftdruck von 1 bar wieder, die mit dem Quadrat gekennzeichnete Kurve den Luftdruck von 2 bar, die mit einem Dreieck gekennzeichnete Kurve den Luftdruck von 2,5 bar und die mit Kreisen gekennzeichnete Kurve einen Luftdruck von 3 bar.The presentation of the Fig. 22 shows a total of four curves, the change in the beam angle of the two-fluid nozzle according to the invention according to Fig. 1 reproduce at changing water pressure. The different curves correspond to different air pressures. The curve marked by the diamond indicates the change of the beam angle at an air pressure of 1 bar, the curve marked with the square represents the air pressure of 2 bar, the curve marked with a triangle the air pressure of 2.5 bar and the curve marked by circles an air pressure of 3 bar.

Es ist zu erkennen, dass sich der Strahlwinkel unabhängig vom Luftdruck bei einer Veränderung des Wasserdrucks innerhalb einer vergleichsweise engen Bandbreite bewegt. Die erfindungsgemäße Zweistoffdüse ist damit unempfindlich gegenüber Schwankungen des Wasserdrucks, was ihren Strahlwinkel angeht.It can be seen that the jet angle, regardless of the air pressure with a change in water pressure within a relatively narrow bandwidth moves. The two-fluid nozzle according to the invention is thus insensitive to fluctuations in the water pressure, as far as their jet angle is concerned.

Die Darstellung der Fig. 23 zeigt in einem Diagramm qualitativ die Veränderung der Wasserverteilung innerhalb des Sprühstrahls der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse der Fig. 1 bei sich veränderndem Luftdruck bzw. Wasserdruck. Mit den Bezugszeichen 74, 76 und 78 sind unterschiedliche Wasserverteilungen innerhalb des Sprühstrahls bezeichnet und es ist zu erkennen, dass mit steigendem Luftdruck mehr Flüssigkeit in der Strahlmitte vorliegt. Die Wasserverteilungen 74, 76, 78 sind insgesamt annähernd rotationssymmetrisch um die Mittelachse des Sprühstrahls.The presentation of the Fig. 23 shows in a diagram qualitatively the change of the water distribution within the spray jet of the two-fluid nozzle of the invention Fig. 1 with changing air pressure or water pressure. The reference numerals 74, 76 and 78 designate different water distributions within the spray jet and it can be seen that with increasing air pressure there is more liquid in the jet center. Overall, the water distributions 74, 76, 78 are approximately rotationally symmetrical about the central axis of the spray jet.

Wie in Fig. 23 eingetragen wurde, ergibt sich bei steigendem Wasserdruck, ausgehend von der Wasserverteilung 78 zunächst die Wasserverteilung 76 und dann die Wasserverteilung 74. Bei steigendem Luftdruck ergibt sich zunächst die Wasserverteilung 74, dann die Wasserverteilung 76 und schließlich die Wasserverteilung 78. Die Linien 80 und 82 markieren dabei ungefähre Trennlinien zwischen den einzelnen Bereichen mit unterschiedlichen Wasserverteilungen 74, 76 bzw. 78.As in Fig. 23 has been registered, resulting in increasing water pressure, starting from the water distribution 78 first, the water distribution 76 and then the water distribution 74. As the air pressure increases, first the water distribution 74, then the water distribution 76 and finally the water distribution 78. The lines 80 and 82 mark approximate dividing lines between the individual areas with different water distributions 74, 76 and 78, respectively.

Bei der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse kann somit eine gewünschte Wasserverteilung mittels einer Einstellung des Wasserdrucks und/oder des Luftdrucks bei im Wesentlichen konstantem Strahlwinkel eingestellt werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Langprodukte in einer Stranggießanlage unterschiedlich kühlen, indem der Wasserdruck und/oder der Luftdruck der erfindungsgemäßen Zweistoffdüse verändert wird.In the two-substance nozzle according to the invention, therefore, a desired water distribution can be set by means of an adjustment of the water pressure and / or the air pressure at a substantially constant jet angle. In this way, for example, long products can be cooled differently in a continuous casting plant by changing the water pressure and / or the air pressure of the two-substance nozzle according to the invention.

Claims (15)

Zweistoffdüse (10) zum Versprühen eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches, mit einem Düsengehäuse mit wenigstens einem in eine Mischkammer (30) mündenden Flüssigkeitseinlass und wenigstens einem in die Mischkammer (30) mündenden Gaseinlass, einem Dralleinsatz (42), einer Austrittskammer (50) zwischen dem Dralleinsatz (42) und einer Austrittsöffnung (18) am stromabwärts gelegenen Ende der Austrittskammer (50),
gekennzeichnet durch
eine Drossel am stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer (30) und eine Zwischenkammer (40) zwischen der Drossel und dem Dralleinsatz (42).
Two-fluid nozzle (10) for spraying a liquid-gas mixture, comprising a nozzle housing with at least one liquid inlet opening into a mixing chamber (30) and at least one gas inlet opening into the mixing chamber (30), a swirl insert (42), an outlet chamber (50) between the swirl insert (42) and an outlet opening (18) at the downstream end of the outlet chamber (50),
marked by
a throttle at the downstream end of the mixing chamber (30) and an intermediate chamber (40) between the throttle and the swirl insert (42).
Zweistoffdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel eine Lochscheibe (38) aufweist.Two-substance nozzle according to claim 1, characterized in that the throttle has a perforated disc (38). Zweistoffdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochscheibe (38) ausschließlich mehrere, im Bereich ihres Randes angeordnete Durchgangsöffnungen (46) aufweist.Two-substance nozzle according to claim 2, characterized in that the perforated disc (38) exclusively has a plurality of passage openings (46) arranged in the region of its edge. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel eine Blende (44) mit einer einzigen, zentralen Durchgangsöffnung (48) aufweist.Two-substance nozzle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the throttle has a diaphragm (44) with a single, central passage opening (48). Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel wenigstens eine Lochscheibe (38) mit mehreren, im Bereich ihres Randes angeordneten Durchgangsöffnungen (46) und wenigstens eine Blende (44) mit einer einzigen, zentralen Durchgangsöffnung (48) aufweist.Two-substance nozzle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the throttle at least one perforated disc (38) having a plurality of arranged in the region of its edge passage openings (46) and at least one aperture (44) with a single, central passage opening (48). Zweistoffdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung gesehen die Lochscheibe (38) vor der Blende (44) angeordnet ist.Two-fluid nozzle according to claim 5, characterized in that, seen in the flow direction, the perforated disc (38) is arranged in front of the diaphragm (44). Zweistoffdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (44) in Strömungsrichtung gesehen von der Lochscheibe (36) beabstandet ist.Two-substance nozzle according to claim 6, characterized in that the diaphragm (44), viewed in the flow direction, is spaced apart from the perforated disc (36). Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dralleinsatz (42) mehrere, im Randbereich angeordnete Bohrungen oder an seinem Außenumfang angeordnete Nuten aufweist, wobei die Bohrungen oder Nuten schräg oder wendelförmig zu einer Mittellängsachse (36) der Austrittskammer (50) verlaufen.Two-fluid nozzle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the swirl insert (42) has a plurality of holes arranged in the edge region or grooves arranged on its outer circumference, wherein the holes or grooves obliquely or helically to a central longitudinal axis (36) of the outlet chamber (50) run. Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dralleinsatz (42) auf seiner, stromabwärts gelegenen Seite in seinem Mittenbereich einen in Strömungsrichtung vorragenden Zapfen (36) aufweist.Two-substance nozzle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the swirl insert (42) has on its, downstream side in its central region a projecting in the flow direction pin (36). Zweistoffdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aussenumfang des Zapfens (62) von einer Kreisform abweicht.Two-substance nozzle according to claim 9, characterized in that an outer circumference of the pin (62) deviates from a circular shape. Zweistoffdüse nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (62) wenigstens im Bereich seines, von dem Dralleinsatz (42) ausgehenden Endes von einer Nut (64) umgeben ist.Two-substance nozzle according to claim 9 or 10, characterized in that the pin (62) is surrounded by a groove (64) at least in the region of its end originating from the swirl insert (42). Zweistoffdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer eine Mittellängsachse (36) aufweist und dass der wenigstens eine Flüssigkeitseinlass allgemein etwa tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse (36) in die Mischkammer (30) mündet.Two-substance nozzle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the mixing chamber has a central longitudinal axis (36) and that the at least one liquid inlet generally opens approximately tangentially to an imaginary circle about the central longitudinal axis (36) in the mixing chamber (30). Zweistoffdüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Flüssigkeitseinlässe vorgesehen sind, die jeweils allgemein tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse (36) aber in entgegengesetzten Richtungen zueinander in die Mischkammer (30) münden.Two-substance nozzle according to claim 12, characterized in that at least two liquid inlets are provided, each of which opens into the mixing chamber (30) in a generally tangential manner to an imaginary circle around the central longitudinal axis (36) but in opposite directions to one another. Verfahren zum Versprühen eines Flüssigkeit-Gas-Gemisches mit einer Zweistoffdüse, wobei in einer Mischkammer (30) mit wenigstens einem Flüssigkeitseinlass und wenigstens einem Gaseinlass das Flüssigkeit-Gas-Gemisch hergestellt wird und wobei mittels eines Dralleinsatzes (42) das Flüssigkeit-Gas-Gemisch um eine Mittellängsachse (36) in Drehung versetzt und durch eine Austrittsöffnung (18) ausgegeben wird,
gekennzeichnet durch
Leiten des Flüssigkeit-Gas-Gemisches über eine Drossel am stromabwärts gelegenen Ende der Mischkammer (30) und Leiten des Flüssigkeit-Gas-Gemisches durch eine Zwischenkammer (40) zwischen der Drossel und dem Dralleinsatz (42).
A method of spraying a liquid-gas mixture with a two-fluid nozzle, wherein in a mixing chamber (30) having at least one liquid inlet and at least one gas inlet, the liquid-gas mixture is produced and wherein by means of a swirl insert (42), the liquid-gas mixture about a central longitudinal axis (36) is rotated and output through an outlet opening (18),
marked by
Passing the liquid-gas mixture through a throttle at the downstream end of the mixing chamber (30) and passing the liquid-gas mixture through an intermediate chamber (40) between the throttle and the swirl insert (42).
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Verändern einer Verteilung des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in einem Sprühstrahl mittels Verändern eines Drucks des zugeführten Gases und/oder des Drucks einer zugeführten Flüssigkeit bei im Wesentlichen konstantem Kegelwinkel (α) des Sprühstrahls (20).A method according to claim 14, characterized by varying a distribution of the liquid-gas mixture in a spray jet by varying a pressure of the supplied gas and / or the pressure of a supplied liquid at a substantially constant cone angle (α) of the spray jet (20).
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