Saugdüse, Verfahren zum Betrieb und Verwendung der Düse
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Saugdüse zur gezielten Aufnahme von festen Teilchen und/oder Strömungs- mittein, wobei an deren Saugdüsenrohr auf einer Endseite eine Saugleitung angeschlossen ist und dessen zweite End¬ seite als Absaugöffnung ausgebildet ist. Ebenfalls soll ein Verfahren zum Betrieb sowie die Verwendung dieser Düse be¬ schrieben werden.
Bekannte Düsen arbeiten meist mehr oder weniger orthogonal zu einer Fläche und neigen, falls sie nicht auf der Fläche geführt sind, zum Ankleben, d.h. die Absaugöffnung saugt sich auf der zu bearbeitenden Fläche fest und verhindert den Abtransport der Teilchen und/oder des Strömungsmittels.
Gleichzeitig erfordern derartige Düsen relativ grosse Ener¬ gien, da sie auf der Fläche haftende Teilchen und/oder Strö¬ mungen, entgegen der Schwerkraft und/oder der Oberflachen- haftung abheben müssen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Düse zu schaffen, welche weniger Energie zur Aufnahme der Teil¬ chen und/oder Strömungsmittel benötigt und deren Abtransport ohne überhöhte Strömungsgeschwindigkeiten gewährleistet. Insbesondere soll diese Düse in ihrem Betrieb nur geringen Lärm verursachen und nicht zum Verstopfen der Absaugöffnung neigen.
Die Düse soll ausserde eine für Wärmetauscher-, Kamin- und StoffSeparator- Anwendungen günstige Strömung ausbilden.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die beschriebene Ausführungsform ein Wirbel in der Saugdüse ent¬ steht, wobei in der Saugöffnung und unterhalb dieser eine Scherkraft gebildet wird, welche die abzutransportierenden festen Teilchen und/oder Strömungsmittel ablöst und in Bewe¬ gung setzt.
Ebenso sind die von der Düse erzeugten axparallelen Längs¬ wirbel günstig zur Verbesserung des Wärmeübergangs in Wärme¬ tauschern, Kaminen, Heizanlagen etc. Sie eliminieren die bei jeder Flüssigkeitsströmung auftretende Eintrittskavitation.
Zweckmäεsigerweise hat die Düse eine Rohrform; sie könnte aber, wenn bauliche Abmessungen dies erfordern, auch als Ka¬ nal ausgeführt sein.
Die in den Ansprüchen 2 und 3 aufgezeigten vorteilhaften Va- rianten dienen in einfachster Weise der gewünschten Wirbel¬ wirkung.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist besonders günstig, wenn die Wirbelbildung, beispielsweise adaptiv gesteuert werden soll. Dies kann durch die Zufuhr von Fremdenergie, Bypasse etc. erfolgen.
Der in Anspruch 5 erwähnte konzentrische Kragen erlaubt die günstige Absaugwirkung, über die Absaugöffnung hinaus, aus¬ zudehnen.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 ist besonders vorteilhaft; sie liesse sich in praxi aufgrund ihrer geringen Abmessungen für Reinigungsgeräte nahezu beliebiger Art, sowie insbeson¬ dere für Strassenkehrmaschinen etc. einsetzen. Das zusätz¬ lich zum Saugdüsenrohr vorgesehene Druck-Düsenteil wirkt von den Randbereichen mit der resultierenden Scherkraft zur zen- tralen Absaugöffnung und unterstützt die Wirbelbildung.
Die in Anspruch 7 aufgeführte Abrisskante dient der Unter¬ stützung der Ablösung der Grenzflächenströmung im Arbeits¬ bereich der Düse.
Das Verfahren nach Anspruch 8 bewirkt in einfacher Weise auch innerhalb des Saugdüsenrohrs eine der Aufnahme des Me¬ diums dienende gegenläufige, spiralförmige Wirbelbildung.
Gemäss Anspruch 9 lassen sich die Druckverhältnisse zur Er¬ zielung der im Arbeitsbereich gewünschten Scherwirkung über¬ lagern und einstellen.
Das Einstellen der Verhältnisse kann dabei empirisch durch Verändern der geometrischen Verhältnisse bzw. durch ein ent¬ sprechendes Aufteilen der TeilStrömungen erreicht werden.
Die Weiterbildung nach Anspruch 10 nutzt den an sich bekann¬ ten Coanda-Effekt zur gezielten Strömungslenkung.
Die in den Ansprüchen 11 und 12 aufgezeigten Verwendungen nutzen die mit der Düse erzielte axparallele Wirbelbildung aus und erlauben damit die Behebung von zum Teil notorisch bekannten Problemen.
Die Erfindung wird anhand mehrerer Zeichnungen näher erläu- tert. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen verse¬ hen. Die zum Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Be¬ standteile wurden zur Erhöhung der Übersichtlichkeit wegge¬ lassen.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine axiale Schnittdarstellung durch eine erste Aus¬ führungsform einer erfindungsgemässen Düse mit ei¬ nem nach aussen gebogenen Lappen und mit einem Kragen,
Fig. 2 den Schnitt B--B aus der Fig. 1,
Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Düse, in Ansicht mit vier nach innen gebogenen Lappen,
Fig. 4 die Draufsicht auf die Lösung gemäss Fig. 3,
Fig. 5 eine beispielsweise Ausführungsform einer Düse mit vier nach aussen gebogenen Lappen in Ansicht,
Fig. 6 die Draufsicht auf die Lösung gemäss Fig. 5,
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Düse mit acht nach innen gebogenen Lappen in Ansicht,
Fig. 8 die Lösung gemäss Fig. 7 in Draufsicht,
Fig. 9 mit acht nach aussen gebogenen Lappen in Ansicht,
Fig. 10 die Draufsicht auf die Lösung gemäss Fig. 9,
Fig. 11 bei der zusätzlich zu dem Saugdüsenrohr auch ein
Druck-Düsenteil mittels zwei Düsen verwendet wird,
Fig. 12 eine Teilansicht einer zu Fig. 11 analogen Anordnung in einer schematischen Draufsicht, wobei seitliche
Lappen zur Erzeugung einer tangentialen, zentralen Strömung eingezeichnet sind und
Fig. 13, eine Variante zu Fig. 12 mit zwei Doppelwirbeln.
In Fig. 1 ist in einer Vertikal-Schnittdarstellung ein Saug- düsenrohr mit 1 bezeichnet; die Saugrichtung 2 ist mit einem vertikalen Pfeil angedeutet. Das Saugdüsenrohr 1 ist unten mit einem nach aussen gebogenen Lappen 3 versehen und oben an eine Saugleitung SL angeschlossen. Die Umgebung der Ab¬ saugöffnung 6 des Saugdüsenrohrs 1 weist einen konzentri- sehen Kragen 5 auf. Die resultierenden Strömungen sind mit geraden oder gebogenen Pfeilen 12 gezeichnet.
In der Draufsicht Fig. 2, welche dem Schnitt B—B aus Fig. 1 entspricht, ist zusätzlich zu den vorgängig beschriebenen Teilen die durch eine Biegung des Lappen 3 entstandene Öff¬ nung 7 im Rohr 1 ersichtlich.
In den anschliessenden Figuren 3 bis 10 sind Varianten des Gegenstandes Fig. 1 und 2 dargestellt, wobei in sämtlichen Figuren gleiche Funktionsteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
In Fig. 3 sind die analog zu Fig. 1 und 2 wirkenden Lappen 4 zum Rohrinneren gebogen. Die tangential zur Saugrichtung 2 durch die Öffnung 7 wirkende Strömung 12 resultiert eben¬ falls in einer zirkulären Strömung und ist durch einen ent¬ sprechenden kreisförmigen Pfeil bezeichnet.
Aus Fig.4 ist, von oben betrachtet, die Bogenform der Lappen 4 ersichtlich, sowie die davon resultierende zirkuläre Strö¬ mung im Uhrzeigersinn.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 5 und 6 zeigt wiederum nach aussen gebogene Lappen 3, nur sind diese gegenüber Fig. 1 und 2 eben und bilden somit grössere Öffnungen 7.
Während in den Ausführungsbeispielen Fig. 1 bis 6 lediglich ein bzw. vier Lappen 3 bzw. 4 bezeichnet sind, zeigen die Darstellungen Fig. 7 bis 10 je acht nach innen bzw. nach aussen gebogene Lappen.
Selbstverständlich beeinflussen die Anzahl Lappen 3 bzw. 4 sowie die resultierenden Öffnungen 7 die tangentiale Strö¬ mung und somit die Wirbelbildung im Saugrohr 1.
Es ist offensichtlich, dass ein erfindungsgemässes Saugrohr 1 für jedes strömungsfähige Medium geeignet und daher an be¬ liebige Saugvorrichtungen anschliessbar ist. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass die vertikale Saugöffnung praktisch nicht verstopfen kann, da durch die Wirbelbildung
- spiralförmig in Saugrichtung wirkend - sich auch feste Teilchen voneinander lösen, wobei der Saugeffekt wirkungs¬ voll aufrechterhalten bleibt. Das gleiche kann beobachtet werden, wenn das Saugrohr plan auf einer ebenen Fläche auf- liegt; es kann ohne extreme Kraf anwendung von der Unterlage abgehoben und/oder auf der Unterlage verschoben werden.
In Fig. 11 ist eine insbesondere für die Reinigung von Geh¬ wegen, Strassen und Plätzen geeignete Variante einer Düse dargestellt:
Zusätzlich zum Saugdüsenrohr 1 in dem eine bereits beschrie¬ bene WirbeiStrömung entsteht, sind in einem Kasten mit rechteckiger Grundfläche zwei Düsen 12a vorgesehen, in wel¬ chen eine durch Druck-Düsenteile 8 geführte Luftströmung einsetzt. Der Arbeitsbereich der Absaugöffnung 6 wird gleichzeitig mit dem Wirbelstrom im Saugdüsenstrom 1 und mit der Scherkraft der aus den getrennten Düsen 12a resultieren¬ den Strömungen belastet, so dass eventuell auf einer Unter¬ lage festhaftende Teilchen bzw. Gase von hoher Dichte abge¬ löst und, da bereits in Bewegung befindlich, mit einer sehr geringen erforderlicher Saugleistung abtransportiert werden.
Die Grosse der angeströmten Fläche 6" sowie deren Anstell¬ winkel α lassen sich auf die in der Absaugöffnung einzustel¬ lenden Druck und Wirbelverhältnisse leicht abstimmen, da der aus dieser Konfiguration resultierende Coanda-Effekt eine optimale Strahllenkung ermöglicht. Zur notwendigen Rich¬ tungsänderung des Strahls dient, in an sich bekannter Weise, eine Abrisskante K.
Aus wirtschaftlichen und strömungstechnischen Gründen ist das Saugdüsenrohr .1 als Saugdüsenteil 9 mit den ungebogenen Flächen 6" einstückig ausgebildet.
In analoger Weise kann die Düse auch rotationssymetrisch ausgestaltet sein; dadurch wird die gleiche Wirkung mit ei¬ ner einzigen Düse 12a erzielt.
Die von der zubearbeitenden Fläche M abgesaugten Gase bzw. die in der Strömung enthaltenen Festkörper werden in Saug¬ richtung 2 durch Anschlussleitungen mit damit verbundenen, an sich bekannten Filtern und/oder Abscheidern 13 und/oder Kondensatoren, Katalysatoren etc. gezielt entfernt. Durch einen Bypass 14 kann die aus diesen Geräten austretende Strömung rezirkuliert werden, beispielsweise durch einen Anschluss an die Druck-Düsenteile 8.
Ein geeigneter Verdichter 15, beispielsweise ein ein- oder mehrstufiger Axial- oder Radial- Ventilator erlaubt über seine Ein- und Auslässe einen sehr energiesparenden Betrieb der Düse bei optimaler Wirkung.
Fig. 12 und 13 zeigen in Draufsicht Möglichkeiten der Aus¬ bildung der zirkularen WirbelStrömung W bzw. von Doppelwir- beln W'in der Düse. Die eintretende Strömung, charakteri¬ siert durch gerade Pfeile, trägt wiederum die Bezeichnung 12.
Es ist hier offensichtlich, dass die Kombination der zwei Prinzipien: Scherkraft infolge der Düsen und Scherkraft in- folge der WirbelStrömung sehr vorteilhaft zusammenwirken.
Diese Variante ist u.a. zum Einbau in bereits existierende mobile Strassenkehrmaschinen gedacht und weist neben dem Vorteil eines geringen Energiebedarfs insbesondere eine sehr geringe Staub- und Lärmentwicklung auf; der verwendete Ven- tilator 15 kann in einem nahezu geschlossenen Luft-Kreislauf arbeiten und lässt sich raumsparend in die Fahrzeuge ein¬ bauen und akustisch optimal verd mmen.
Die Umweltbelastung durch aufgewirbelten Staub und durch aus den Filtern durchtretenden Feinstaub ist aufgrund der nur geringen erforderlichen Saugleistung gegenüber dem Bekannten minimal.
Versuche haben gezeigt, dass sich die erfindungsgemässe Düse universell einsetzen lässt, besonders gute Ergebnisse wurden beim Absaugen von Schwemmsand in Kühlwassereinläufen von Kraftwerken erzielt. Der zweckmässige Einsatz der Düse zum Reinigen von Gehwegen, Strassen und Plätzen ist ebenfalls erwiesen.