WO1992009808A1 - Strahlverdichter für gasförmige medien - Google Patents

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Reiner Schulz
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Mannesmann Ag
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
    • F04F5/44—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04F5/02 - F04F5/42
    • F04F5/46—Arrangements of nozzles
    • F04F5/465—Arrangements of nozzles with supersonic flow

Definitions

  • the invention relates to a jet atomizer for gaseous media for use in metallurgical or chemical distillation with a propellant nozzle arranged in a jet head and directed towards a mixing chamber to which a di ⁇ usor is connected coaxially.
  • Jet compressors of this type are used particularly in steel degassing in steelworks. Here come essentially
  • DE-05 25 50 456 discloses a diffusion pump, the nozzle of which has openings in the shape of narrow openings.
  • annular gap nozzles of the beams known from this section are not suitable for large-scale metallurgical or chemical processes, either in form or in terms of their performance. It is the aim of the invention to avoid the above-mentioned problems and to use a beam of the type mentioned at the outset, which, in contrast to simple construction, requires construction volumes in gs tmo gli chi and a reliable operation higher efficiencies than radiators of the same order of magnitude or
  • the driving nozzle of the jet compressor oestent from an annular nozzle. which has a conical central body which tapers conically towards the mixing chamber. Due to the short distance covered inside the nozzle, the compressible discharge medium emerging from the nozzle in an N-shaped manner has a low speed, which, when properly mixed, leads to high speed gradients and, consequently, to an effective exchange of inputs in the turndient scanner, does not lead between motive steam and conveying medium.
  • the propellant medium does not emerge exclusively as a free jet from the annular gap nozzle according to the invention, but is guided as a ring through a central body in the form of a tulip. Due to the short axial extension of the tulip, aas comes to the sharp tulip mouth
  • Propellant medium in contact with the gas to be demanded It forms sicr. a speed profile, the maximum of which is not only noted, since the friction losses of the otherwise usual Lavalduse are eliminated, but also have a significantly lower overrun oil due to the ring nozzle being permitted by the central body. An intensive mixture of the driver and pumped medium is achieved. As a result of this, the mixing chamber can be built much shorter. This advantage is also complemented by a structurally simple and more cost-effective production of the jet compressor. Instead of complicated manufacturing, especially with regard to the komscne
  • Formation of the otherwise usual (La ⁇ al) nozzle focuses the manufacturing oroblematics on the exact adjustment of the diameter of the tulip and the central body. For the complete shape of the central body itself, these high accuracies are not necessary to save costs.
  • Expansion fan determined, which causes the driver's medium to flow out almost in parallel after leaving the ring ring. This design leads to a configuration of the mouth, which has a constriction pointing towards the central body. This will prevent the occurrence of
  • Fig. 1 a Aufoau of the jet compressor.
  • Fig. 2 shows a section of the annular gap nozzle.
  • FIG. 1 shows a vacuum station V, which is connected to the traction head 20 via a vacuum suction line 23.
  • a suspension element feed line 11 of a driving nozzle 10 which is connected at one end to a blowing agent delivery status T, projects into the lamp head.
  • the nozzle head 20 is followed by a nozzle 30. which has a mixing chamber 31, an intermediate nozzle 32 and a pressure nozzle 33 connected to a pressure line 34.
  • the mouth of the trioduse 10 is designed as a ring star.
  • This ring jet nozzle has a conical central body 12 which tapers conically toward the mixing chamber 31 of the nozzle 30.
  • FIG. 2 shows the driving nozzle 10 with the Treioffenzu spanr effet 11 and the central body 12 provided in the mouth.
  • the central body 12 is enveloped by a tulip 13, axially to the
  • Propellant supply line 11 is connected. Between the eyepiece 13 and the foot-side end of the central body 12 is a sniffer
  • the tulip 13 can be connected to the friction means feed device 11 and has an enlarged diameter on the muzzle side, one between the wall of the tulip 13 extending in the radial direction and the foot side of the central body 12
  • Quiet chamber 17 is formed.
  • the axial extent of the rest chamber 17 is determined by means of spacer sleeves 16 or a spacer 15, the central body 12 being fastened to the tulip 13 by means of lag screws.
  • a lantern 14 At the bottom of the central body 12 there is a lantern 14 with a diameter in which it protrudes (upper picture) into the relaxation room 17 or (lower part of the picture) can be inserted into the narrower part of the tulip 13.
  • the inner diameter of the last-mentioned Tuipeno shape corresponds to the diameter of the conduit of the propellant supply D L.
  • the foot-side region of the cone of the central body 12 has a disk-shaped extension 19.
  • This extension 19 is encompassed by the minting of the tulip 13 which inclines towards the main axis I in such a way that an annular gap pointing radially inwards is formed.
  • the cone angle is larger in this area than in the rest of the central body 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlverdichter für gasförmige Medien zum Einsatz im metallurgischen oder chemischen Verfahren mit einer zentrisch in einem Strahlerkopf angeordneten Treibdüse, die auf eine Mischkammer gerichtet ist, an die sich koaxial ein Diffusor anschließt. Um herkömmliche Nachteile zu vermeiden und einen Strahlverdichter zu schaffen, der bei konstruktiv einfacher Bauweise ein geringstmögliches Bauvolumen erfordert und bei betriebssicherer Arbeitsweise eine im Vergleich zu Strahlern gleicher Größenordnung höhere Wirkungsgrade bzw. Druckverhältnisse zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß die Treibdüse (10) eine Ringstrahldüse ist, die einen kegelförmigen, zur Mischkammer (31) der Düse (30) hin sich konisch verjüngenden Zentralkörper (12) aufweist.

Description

Strahlverdichter für gasförmige Medien
Die Erfindung betrifft einen Strahlverüichter lür gasförmige Medien zum Einsatz in metallurgischen oder chemiscnen vertanren mit einer zentnscn in einem Strahlerkopf angeordneten Treibduse, die auf eine Mischkammer gerichtet ist, an die sich koaxial ein Diύusor anschließt.
Strahlverdichter dieser Art werden insbesondere bei der Stahlentgasung in Hüttenwerken eingesetzt. Hier kommen im wesentlichen
Dampf Strahlpumpen zum Einsatz. Da das bei der Stahlentgasung benötigte Vakuum nicht durch eine einzelne Strahlerstufe erreicht werden kann, finden mehrstufige Strahler Verwendung.
In "die Vakuumbehandiung des flüssigen Stahles" von W. Coupette/R.A. Lang Verlag 1957, Seite 77, ist eine Dampfstrahlpumpe bekannt, die einen Strahlerkopf aufweist, in den eine Treibdüse hineinragt.
Weiterhin ist ein zunundestens bis zur Hiscnκammer vergleicnsweise aufgeüauter Straniverdichter aus der Scnrift DE-OS 30 05 653 oekannt.
Bei Stranlverdicntern, wie sie aus den genannten Schriften Dekannt sinn wird Dampf aLs TreiDmittet verwendet. Der Dampf wird der
Dampf Strahlpumpe über die Treibmittelzufunrieitung zugeleitet, an deren Ende sich eine Lavaidüse anschließt. Durch diese Düse wird die
Enthalpie des Dampfes nanezu vollständig umgewandelt in kinetische Energie. Der Dampt trifft mit Überschallgeschwindigkeit in den bereits erwähnten Miscnundsraum ein und trifft dort aui aas mit geringer
Geschwinüigkeit stromende, vom Dampf zu lordernüe Medium. ftutgrund oes Reibungseffektes in der langen Lavaidüse bildet sicn an aer wanü der Lavalüüse eine Grenzscmcht aus, die Desonders im EinsatzDereich geringer Dichten, entsprecnend einem flnsaugdruck von etwa 1 mbar, einen Deträcntlicnen Teil des Düsenquerscnnitts einnimmt. Diese Grenzschicnt stellt einerseits einen erheblichen vertust dar, andererseits verzögert sie am fiusgang der Düse, also im flereicn der Mischzone, den turbulenten Mischungsprozeß. Dies führt wiederum zu einer Verlängerung der
Mischkammer und damit zu weiteren Reibungsverlusten.
Aus der Schrift DE-05 25 50 456 ist eine Diffusionspumpe Dekannt, deren Düse nng5paltformige ftusstrdmöf fnungen duiweist.
Bei der aus dieser Schrift bekannten Pumpe wird als Treiomedium öldampi Denutzt, dessen Stromungsrichtung um 160 Grad umgelenkt wird. Das an der Mündung der Treibmittelzuführleitung angeordnete Dach dient als
Prailpiatte.
Die Ringspaltdüsen der aus dieser Scnnft bekannten Strahier sind weder in Form noch in inrer Leistung für groötecnniscne metallurgische oder chemische verfanren geeignet. Es ist aas Ziel der Erfindung, die o. g. Nacnteiie zu vermeiden und einen Strahl verdienter der eingangs genannten Art zu senatfen, de r b e i kons tr uk t i v e i n f a che r Ba uwe i s e e i n g er in g s tmo g l i ch e s Bau v o l umen erfordert und bei betriebssicherer Arbeitsweise eine im vergleich zu Strahlern gleicher Größenordnung höhere Wirkungsgrade bzw.
Druckverhältnisse zu erzielen.
Die Erfindung erreicht dieses Ziel mit den Merkmaien des
kennzeicnnenden Teils des Anspruchs 1.
Die Treibdüse des Strahlverdichters oestent aus einer Ringstrahiαüse. die einen kegelförmigen, zur Mischkammer nin sich koniscn verjüngenden Zentralkörper aufweist. Das aus αer Düse nng-förmig austretenüe kompressible TreiDmedium hat aufgrund der kurzen, innernalb der Düse zurückgelegten Wegstrecke am Rand eine ndne Geschwindigkeit, was bei der naenfoigenden Miscnung zu hohen Gescnwindigkeitsgradienten unα üamit effektivem Imputsaustausch in der turDuienten Scnerscnicht zwischen Treibdampf und Fördermedium fuhrt.
Das Treibmedium tritt oei der erf indungsgemaüen Ringspal tduse nicht ausscnύeßlich als Freistrahl aus, sondern wird als Ring duren einen Zentralkörper in Form einer Tulpe geführt. Durch die nur kurze axiale Erstreckung der Tulpe kommt an der scharten Tulpenmündung aas
Treibmediurn frün mit dem zu fordernden Gas in Kontakt. Es bildet sicr. ein Geschwindigkeitsprofil aus, dessen Maximum nicnt nur notier ist, da die Reibungsverluste der sonst üblicnen Lavalduse entfallen, sondern auch infolge der Ringdüsengestattung durch den Zentralkörper eine deutlich geringere Nachlauf Oei te aufweist. Es wird eine intensive Mischung des Treiber- unü Fördermediums erzielt. Ais Folge niervon kann die Mischkammer deutlich kürzer gebaut werden. Dieser Vorteil wirü nocn ergänzt durcn eine konstruktiv einfacnere und fertigungstechnisch kostengünstigere Herstellung des Strahiverdichters. Statt komplizierter Fertigung gerade in Bezug auf die komscne
Ausbildung der sonst üblichen (Laυal-)Düse konzentriert sicn hier die Fertigungsoroblematik auf die exakte Anpassung der Durchmesser von Tulpe und Zentralkorper. Für die komplette Form des Zentralkörpers selber sind diese hohen Genauigkeiten kostensparend nicht ertorderlicn.
Um eine besonders intensive Mischung der Medienströme zu erreichen wird vorgeschlagen, die Kontur des Zentralköroers konkav auszubilden. Die Kontur wird dabei aus der Optimierung eines zentrierten
Expansionsfächers ermittelt, die bewirkt, daß aas Treibermeüium nach Verlassen äes Ringspattes nahezu parallel ausströmt. Diese Auslegung führt zu einer Ausgestaltung der Mündung, die eine zum Zentralkörper weisende Einengung aufweist. Dadurch wird das Auftreten von
Verdichtungsstößen vernindert und die damit verDundenen Verluste werden vermieden.
Ein Beispiel der Erfindung wird in der Zeicnnung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Aufoau des Strahlverdichters.
Fig. 2 einen Schnitt der Ringspaltdüse.
Die Schemazeichnung der Figur 1 zeigt eine Vakuumstation V, die über eine Vakuumsaugleitung 23 mit dem 5trahierkopf 20 verbunüen ist. In den Strahlerkopf ragt eine Tragmittelzuführleitung 11 einer Treibdüse 10, die einenends mit einer Treibmittelförderstatidn T verbunden ist. An den einen Stranierboden 22 und eine Stranlerwandung 21 auf weisenden
Strahlerkopf 20 schließt sich eine Düse 30 an. die eine Mischkammer 31. eine Zwiscnendüse 32 und eine mit einer Druckleitung 34 verbundene Druckdüse 33 aufweist.
Die Mündung der Treioduse 10 ist als Ringstraruüuse ausgebildet. Diese Ringstrahidüse weist einen kegelförmigen, zur Mischkammer 31 der Düse 30 nin sich koniscn verjüngenden Zentralkorper 12 auf.
Die Figur 2 zeigt die Treibdüse 10 mit der Treiomittelzufünrleitung 11 und den in der Mündung vorgesehenen Zentralkorper 12. Der Zentralkörper 12 ist von einer Tulpe 13 umhüllt, αie axial an die
Treibmittelzuf ührleitung 11 angeschlossen ist. Zwiscnen der lulpe 13 und dem fußseitigen Ende des Zentralkorpers 12 ist ein scnmaier
Ringspalt vorgesenen. Die Tulpe 13 ist an die 1 reibmittelzuf unrieitung 11 anschließbar und weist münüungsseitig eine Durchmesservergroßerung auf, wobei zwischen der sich in radialer Richtung erstreckenden Wandung der Tulpe 13 und dem fußseitigen Enüe ües Zentralkorpers 12 eine
Ruhekammer 17 gebiidet wird. Die axiale Erstreckung der Ruhekammer 17 wird üurcn Distanznüisen 16 oder ein Distanzronr 15 festgelegt, wobei der Zentralkorper 12 durch Zugschrauben an der Tulpe 13 befestigt ist. Am Boden des Zentralkorpers 12 ist eine Laterne 14 vorgesehen mit einem Durcnmesser, bei üem sie (oberes Bild) in den Ruheraum 17 hineinragt oder (unterer Teil des Bildes) in den engeren Teil der Tulpe 13 einsteckbar ist. Der lnnendurcnmesser der letztgenannten Tuipenoauform entspricht üem Durcnmesser des Leitungsrohres der Treibmitteizuf uhr DL.
Die Mündung der Tulpe 13 mit dem Innendurcnmesser DT. der um 1.005 bis 1,05 maL größer ist als der Außendurchmesser des Zentralkorpers DZ, überragt im Münüungsoereicn üas Fußende des Zentralkorpers 12 um die Länge l.
Bei einer Desonderen Ausgestaltung weist der fußseitige Bereich des Kegels des Zentralkorpers 12 eine scheibenformige Erweiterung 19 auf. Diese Erweiterung 19 wird von der zur Hauptacnse I sich neigenüen Münüung der Tulpe 13 in der Weise umgriffen, daß ein radial nach innen weisender Ringspalt entsteht. Der Kegetwinkel ist in diesem Bereich größer als im übrigen Teil des Zentralkorpers 12.
Positionsliste
- - - - - - - - - - - - - -
10 Treibdüse
11 Treibmittelzuführleitung
12 Zentralkörper
13 Tulpe
14 Laterne
15 Distanzrohr
16 Distanzhülse
17 Ruhekammer
18 Einengung der Tulpe
19 Erweiterung ües Kegels
20 Strahlerkopf
21 Strahierwanüung
22 Strahlerboden
23 Vakuumsaugteitung
30 Düsen
31 Mischkammer
32 Zwischendüse
33 Druckdüse
34 Druckleitung
DL Durchmesser Leitungsronr Treibmittelzufuhr
DS Innendurchmesser Strahlerwandung
DT Innendurchmesser Tulpe
DZ Außendurchmesser Zentralkörper
L Länge des Mündungsbereich der Tulpe
V Vakuumstation
T Treiomittelförderstation
I Hauptachse

Claims

Patentansprüche
1. Strahlverdichter für gasförmige Medien zum Einsatz in
metallurgiscnen oder cnemischen vertanren mit einer zentrison in einem Strahlerkopf angeorüneten Treibdüse, die auf eine
Mischkammer gerichtet ist, an die sich koaxial ein Diffusor anschließt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Treibdüse (10) eine Ringstranldüse ist, die einen kegelförmigen, zur Mischkammer (31) der Düs e (30) hin sicn Konison verjüngenden Zentralkörper (12) aufweist.
Strahlverüichter nacn Anspruch 1,
daüurch gekennzeicnnet,
daß der Zentralkorper (12) von einer Tulpe (13) umn u l i t wird. die axial an eine Treibmittelzuf uhrleitung (11) anschließbar ist.
Strahiverdichter nach Anspruch 2,
oaüurcn gekennzeichnet,
daß der Innendurchmesser (dT) der Tulpe (13) um das 1,005 bis
1,05-fache größer ist als der Außendurchmesser (dZ) des
Zentralkorpers (12).
Strahlverdicnter nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
aaß die Tulpe (13) zur Mischkammer (31) weisend im vergleicn zur
Treibmittelzuführleitung (11) eine Durchmesservergroßerung von
DT/DL = 2/1-5/1 aufweist.
Strahlverdichter nach Anspruch 3 oder 4,
üaύurch gekennzeichnet,
αad am Boden ües Zentralkörpers (12) eine Laterne (14) vorgesenen ist, die einenends in die Treibmittelzuf uhrleitung (11) einsteckbar ist.
Strahlverdichter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zentralkörper (12) in axialer Richtung an der Tulpe (13) oder der Treibmit t e l z uführleitung (11) lösoar befestigt und durch
Distanzelemente (15) fixierbar ist.
7. Strahlverdichter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Boden des Zentralkorpers (12) eine Laterne (14) vorgesehen ist, die im Bereich des sich erweitenden Teils der Tulpe (13) angeordnet ist.
6. Strahlverüichter nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zentralkorper (12) in axialer Richtung an der Tulpe (13) lösbar befestigt und durch Distanzelemente (16) fixierbar ist.
9. Strahlverdichter nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß üas Distanzmittel eine Hülse (16) ist, die zwischen dem Boden des Zentralkorpers (12) und einem sich in radialer Richtung erstreckenden Bauteil der Tulpe (13) angeordnet ist.
10. Strahlverdichter nach Anspruch 5 und 6,
dadurcn gekennzeichnet,
daß das Distanzmittel ein Distanzrohr (15) ist, das den gieichen Durcnmesser und die gleiche Wandstärke wie die Laterne (14) aufweist.
11. Strahlverdichter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fläche der Strömungsfront in einer von dem Boden des Zentralkörpers (12) und der sich in radialer Richtung erstreckenden Wandung der Tulpe (13) gebildeten Ruhekammer (17) mindestens gleich oder größer ist als die Fläche der Strömungsfront in der
Treibmittelzuführleitung (11).
12. Straniverdichter nach Anspruch 6 oder 8,
daüurcn gekennzeichnet.
daß der Kegelwinkel des Zentralkörpers (12) kleiner 45 Grad ist.
13. Strahlverdichter nach Anspruch 12,
dadurcn gekennzeichnet,
daß der Kegel des Zentralkörpers (12) konkav ausgeformt ist.
14. Strahiverüιcnter nach Anspruch 4.
daüurch gekennzeichnet,
daß die Länge (l) des Mündungsbereichs der Tulpe (13) den 0,1 bis 0,2-fachen des Tulpendurchmessers (DT) entspricht.
15. Strahlverdichter nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mündung der Tulpe (13) eine zur Hauptachse (I) weisende, der Kontur ües fußseitigen Bereichs des Kegels des Zentralkörpers (12) entsprechende Einengung (16) aufweist.
16. Straniverdichter nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß der fußseitige Bereich des Kegels des Zentralkörpers (12) eine scheibenförmige Erweiterung (19) aufweist, die die Einengung (16) der Tulpe (13) beabstandet hintergreift.
GEANDERTE ANSPRÜCHE
[beim Internationalen Büro am 11. Mai 1992 (11.05.92)eingegangen;
ursprünglicher Anspruch 1 geändert;
alle weiteren Ansprüche unverändert (1 Seite)]
1. Strahlverdichter Für gasförmige Medien zum Einsatz in
metallurgischen oder chemischen Verfahren mit einer zentrisch in einem Strahlerkopf angeordneten, als Ringstrahldüse ausgebildeten Treibdüse, die auf eine Mischkammer gerichtet ist, an die sich koaxial ein Diffusor anschließt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ringstrahldüse (10) einen von einer Tulpe (13) umhüllten, überwiegend aus dieser herausragenden kegelförmigen Zentralkörper (12) aufweist, der sich zur Mischkammer (31) der Düse (30) hin konisch verjüngt.
PCT/DE1991/000924 1990-11-23 1991-11-19 Strahlverdichter für gasförmige medien WO1992009808A1 (de)

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