DD276824A1

DD276824A1 - Zweistoffdrallduese

Info

Publication number: DD276824A1
Application number: DD27454085A
Authority: DD
Inventors: Guenter Slowik; Juergen Kohlmann; Brigitte Schuette
Original assignee: Leuna Werke Veb
Priority date: 1985-03-28
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1990-03-14

Abstract

Die Zweistoffdrallduese wird angewendet zum Zerstaeuben einer Fluessigkeit mit Hilfe eines Gasstromes. Sie hat zum Ziel, den Energieaufwand zu senken und die Moeglichkeit, auf die Tropfengroessenverteilung waehrend des Betriebes bei konstantem Gas- und Fluessigkeitsdurchsatz einzuwirken. Die Zweistoffdrallduese besteht aus einer rotationssymmetrischen von Einbauten freien Drallkammer, die tangentiale Zufuehrungskanaele fuer das Gas, eine Zufuehrung fuer die Fluessigkeit und eine im Boden angeordnete Austrittsoeffnung aufweist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Zweistoffdralldüse, die zum Zerstäuben einer Flüssigkeit mit einem Gas zur gezielten Herstellung bestimmter Partikelgrößenverteilungen benutzt wird. Der Vorgang kann beispielsweise zur Zerstäubungstrocknung genutzt werden. Hauptanwendungsgebiete sind die chemische Industrie, die Nahrungsgüterindustrie u.a. Industriezweige, in denen Flüssigkeiten zerstäubt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Naheliegender Stand der Technik sind Vorrichtungen, die die Zerstäubung von Flüssigkeiten durch Herstellen einer verdrallten Gasströmung unterstützen. Bekannt ist, daß durch Verdrallung der Gasströmung eine Verbesserung der Zerstäubung erreicht wird. Die Verdrallung der Gasströmung wird erreicht, indem der Gasstrom tangential in die Drallkammer, die eine zylinderartige Form mit anschließendem Konus besitzt, eingeleitet wird. Es sind auch Zuführungen bekannt, die aus der Decke oder dem Boden der Drallkammer das Gas mit einer Tangential- und einer Axialkomponente! in die Drallkammer einleiten. Am häufigsten wird die Drallerzeugung durch Leitschaufeln hervorgerufen, die dem radial strömenden Gas die Umfangskomponente aufprägen. Die Flüssigkeit wird im Zentrum der Drallkammer zugesetzt. Bekannt ist, daß die Tropfengrößenverteilung durch den Vordruck, das Verhältnis von Gasstrom zu Flüssigkeitsstrom und insbesondere durch dun Austrittsdurchmesser der Düse beeinflußt werden kann. Die Form des Sprühkegels wird zumeist durch die Düsenaustrittskontur bestimmt. Entscheidender Nachteil der bekannten Düsen ist, daß eine Verbesserung der Tropfenverteilung nur durch eine E rhöhung des Vordruckes oder eine erhöhte Gaszufuhr beeinflußbar ist. Die Energieaufwendungen sind daher sehr groß.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist das Zerstäuben einer Flüssigkeit gemeinsam mit einem Gas. Dabei soll insbesondere der erforderliche Energieaufwand beträchtlich gesenkt werden, die Tropfengrößenverteilung durch zusätzliche geometrische Parameter steuerbar sein und auf die Tropfengrößenverteilung im Betriebszustand bei konstantem Gas- und Flüssigkeitsdurchsatz eingewirkt werden können, ohne die Düse selbst oder Einbauteile zu verändern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Durch die Erfindung soll das Zerstäuben einer Flüssigkeit mit einem Gas auf möglichst energiesparende Weise ermöglicht werden und gleichzeitig ein Beeinflussen der Tropfengrößenverteilung sowohl durch zusätzliche Geometrieparameter als auch im Betriebszustand gewährleistet werden. Die mit bekannten Düsen erreichbaren Tangentialgeschwindigkeiten erweisen sich dafür als zu gering.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Zweistoffdralldüse so zu gestalten, daß ein möglichst großer Anteil der aufgebrachten Energie in Umfangsgeschwindigkeit umgesetzt und damit eine günstige Tropfengrößenverteilung ermöglicht wird. Die Aufgabe wird durch eine ZweistoffdraMdüse zum Versprühen von Flüssigkeit mittels eines Gasstromes, umfassend eine rotaticnssymmetrische von Einbauten freie Drallkammer, die eine Decke, einen Boden und Seitenwände sowie tangential Zufuhrungskanäle für das Gas und eine Zuführung für die Flüssigkeit sowie eine axial im Boden angeordnete Austrittsöffnung aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die Spaltbreite der Drallkammer von außen in Richtung zur Achse verringert, wobei als Spaltbreite die kürzeste Entfernung, gemessen im Längsschnitt, zwischen Decke und Boden verstanden wird,

- daß der Querschnitt der tangentialen Zuführungskanäle an der Einmündung in die Drallkammer mit dem Querschnitt derselben an dieser Stelle übereinstimmt und

- daß die Decke der Drallkammer - betrachtet im Längsschnitt - zumindest im inneren Teil der Drallkammer mit steigendem Radius in der Höhe ansteigt.

Bei der Beschreibung der erfindungsgemäßen Düse in Text, Beispielen und Ansprüchen wurde diese einheitlich in einer Anordnung mit vertikaler Längsachse und einer nach unten gerichteten Austrittsöffnung dargestellt. Die erfindungsgemäßen Düsen können unabhängig von dieser Darstellung jedoch in jeder beliebigen Lage verwendet werden, da die Schwerkraft keinen merkbaren Einfluß auf die Funktion ausübt. Die Decke der Drallkammer und gegebenenfalls auch der Boden werden von rotationssymmetrischen Flächen begrenzt. Aus fertigungstechnischen Gründen kann es zweckmäßig sein, diese Flächen als Kegel bzw. Kegelstümpfe auszubilden, und der Boden kann auch als ebene Fläche ausgebildet sein.

Strömungstechnisch günstiger ist, es wenn Decke und/oder Boden der Drallkammer von gekrümmten Flächen begrenzt werden, deren Abbildung im Längsschnitt durch eine gekrümmte Linie erfolgt. Dies trifft besonders zu für den Pereich zwischen den tangentialen Gaszuführungskanälen und der Achse der Drallkammer. Geeignete Formen entstehen beispielsweise durch Rotation von Kogelschnitten und anderen Kurven um die Achse der Düse.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dann gegeben, wenn die Decke der Drallkammer im axialen Bereich als Spitze ausgebildet ist. Diese kann in besonderen Ausführungsfällon his in die Austrittsöffnung ragen oder auch durch diese hindurchgeführt wordon. Die Decke läuft dann gegebonenfalls in ein nadeiförmiges Gebilde aus, das aus der Düse hervorragt. Der Boden der Drallkammer kann als eine obene oder als gekrümmte, zur Achse hin ansteigende oder abfallende rotationssymmetrische Fläche ausgobildot soin, woboi im Bereich der Achse die Austrittsöffnung angeordnet ist. Die Austrittsöffnung ist einfachstenfalls eine zylindrische) Bohrung, zweckmäßiger jedoch ein strömungstechnisch günstigores Profil. Solche Profile sind allgemein bekannt 'und nicht Gegenstand dor Erfindung.

Bevorzugt wird eine Ausführung, bei der der Boden der Drallkammer als Fläche ausgebildet, deren Abbildung im Längsschnitt durch eine'zur Achse hin abfallenden Linie erfolgt, die gegebenenfalls gekrümmt ist. Die tangentialen Zuführungskanäle für das Gas sind beim größten Radius der Drallkammer angeordnet. Sie können ein quadratisches, rechteckiges, trapezförmiges oder auch rundes Profil haben, wobei es vorteilhaft ist, wenn sie in Profil und Querschnitt möglichst weitgehend mit Profil und Querschnitt der Drallkammer im Einmündungsbereich übereinstimmen. Die Zahl der Zuführungskanäle sollte wenigstens zwei betragen, und diese sollten in gleichen Abständen auf den Umfang der Drallkammer verteilt sein, da dann die Rotationssymmetrie der Strömung verbessert wird.

Vorteilhaft ist es, wenn der größte Drallkammerdurchmesser mindestens das Dreifache des kleinsten Durchmessers der Austrittsöffnung beträgt. Die Umfangsgeschwindigkeit der verdrallten Gasströmung steigt mit abnehmendem Radius, so daß im Bereich der Austrittsöffnung eine hohe Umfangsgeschwindigkeit auf die zu versprühende Flüssigkeit übertragen werden kann. Eine weitere Maßnahme, die im gleichen Sinne wirkt, ist die Verminderung der Spaltbreite auf mindestens das 0,8fache der äußeren Spaltbreite.

Es ist möglich, daß die Zuführung der Flüssigkeit in der Decke der Drallkammer konzentrisch zur Achse als Ringspalt oder als Kranz von Austrittsöffnungen angeordnet ist. Vorzugsweise sollte der Ringspalt einen größeren Durchmesser als die Austrittsöffnung aufweisen. Eine weitere sehr vorteilhafte Lösung ist, wenn die Zuführung der Flüssigkeit im Boden der Drallkammer odar im Bereich der Austrittsöffnung konzentrisch zur Achse als Ringspalt oder als Kranz von Austrittsöffnungen angeordnet ist. Die Austrittsfläche des Ringspaltes kann dabei g^rößer ah der gesamte Querschnitt der Zuführungskanäle für das Gas sein. Die Zuführung der Flüssigkeit kann aber auch konzentrisch zur Achse als Ringspalt angeordnet sein, wobei der Ringspalt ebenfalls als rotationssymmetrische Drallkammer mit tangentialen Zuführungskanälen ausgebildet ist. Eine solche Anordnung, bei der sowohl die Gasströmung als auch die zu zerstäubende Flüssigkeit in gleicher Drehrichtung verdrallt sind, zeichnet sich durch einen besonders niedrigen Energiebedarf aus.

Eine weitere Maßnahme ist die relativ flache Gestalt der Düse. Das kommt darin zum Ausdruck, daß der mittlere Abstand der Gaszuführung in die Drallkammer von der Achse größer ist als die axiale Entfernung der Gaszuführung zum Düsenaustritt. Im Betriebsfalle tritt der Gasstrom durch die tangentialen Zuführungskanäle in die Drallkammer ein. Er bewegt sich ähnlich einer Wirbelsenkenströmung in Richtung Austritt. Die Energie des Gasstromes wird dabei vor allem in einen großen Anteil kinetischer Energie in Umfangsrichtung umgewandelt. Diese kinetische Energie wird von der Gasströmung auf den Flüssigkeitsfilm übertragen, sobald beide miteinander Kontakt bekommen. Große Zentrifugalkräfte im Flüssigkeitsfilm verursachen schließlich das Zerreißen desselben in kleine Tröpfchen. Die Rotationssymmetrie des Geschwindigkeitsprofils führt zu einem relativ begrenzten Tropfenspektrum. Durch unterschiedliche Beaufschlagung der Zuführungskanäle bei konstantem Gesamtgasstrom können unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten hervorgerufen werden. Dadurch läßt sich im Betriebsfall auf das Tropfenspektrum Einfluß nehmen, ohne an der Düse selbst Veränderungen vornehmen zu müssen.

Ausführungsbeispiele

Die in den folgenden Beispielen dargestellten Düsen wurden im Schnitt gezeichnet, da nur die Gestaltung der Gaszuführung, der Flüssigkeitszuführung und der Drallkammer Gegenstand der Erfindung sind.

Beispiel 1

In Figur 1 ist die Düse im Längsschnitt und in Figur 2 in det.-, in Figur 1 bezeichneten Schnitt dargestellt.

Die Drallkammer 1 wird von der Decke 2 und dem Boden 3 begrenzt. Die Decke 2 läuft auf der Achse in einer Spitze 4 aus. Sowohl die Decke 2 als auch der Boden 3 sind durch Flächen begrenzt, die im Längsschnitt abschnittsweise als gerade Linien erscheinen.

Jeder tangentiale Zuführungskanal 5 für den Gasstrom hat einen quadratischen Querschnitt am Eintritt in die Drallkammer 1. Für die Flüssigkeitszugabe ist der Ringspalt 6 vorgesehen, der im Boden 3 mündet. Die Öffnung für den Austritt' 7 ist konisch verengt gestaltet.

Beispiel ?

In Figur 3 ist die Düse im Längsschnitt und in Figur 4 in dem in Figur 3 bezeichneten Schnitt dargestellt.

Die Drallkammer 1 wird von der Decke 2 und dem Boden 3 begrenzt. Die Decke 2 endet als Spitze 4 auf der Achse. Jeder tangentiale Zuführungskanal 5 weist einen quadratischen Querschnitt auf. Der Ringspalt 6 für die Flüssigkeitszugabe ist in der Decke 2 der Drallkammer 1 angeordnet. Der Austritt 7 besitzt einen konstanten Durchmesser.

Beispiel 3

In Figur 5 ist die Düse im Längsschnitt dargestellt. Die Figuren 6 bzw. 7 zeigen Schnitte der Düse, deren Lage aus Figur 5 zu erkennen ist.

Die Drallkammer 1, dio zum Erzeugen der verdrallten Gasströmung dient, wird von der Decke 2 und dem Boden 3 begrenzt. Die Decke 2 ondot als Spitze 4 auf der Achse. In die Drallkammer 1 mündet von zwei Seiten ein Zuführungskanal 5 für das Gas. Der Ringspalt 6 für dio Zugabe der Flüssigkeit hat einen ähnlichen Aufbau wie die Drallkammer 1. Er ist so gestaltet, daß er im Längsschnitt von abschnittsweise geraden Union begrenzt wird. In den Ringspalt 6 münden zwei Zuführungskanäle 8 für die Flüssigkoitszugabo. Dor Austritt 7 orweitort sich konisch.

Claims

1. Zweifstoffdralldüse zum Versprühen von Flüssigkeit mittels eines Gasstromes, umfassend eine rotationssymmetrische, von Einbauten freie Draükammer, die eine Decke, einen Boden und Seitenwände sowie tangentiale Zuführungskan&le für das Gas und eine Zuführung für die Flüssigkeit sowie eine axial im Boden angeordnete Austrittsöffnung aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Spaltbreite der Drallkammer von außen in Richtung zur Achse verringert, wobei als Spaltbreite die kürzeste Entfernung, gemessen im Längsschnitt, zwischen Decke und Boden verstanden wird,

- daß der Querschnitt dertangentialen Zuführungskanäle an der Einmündung in die Drallkammer mit dem Querschnitt derselben an dieser Stelle übereinstimmt und

- daß die Decke der Drallkammer- betrachtet im Längsschnitt-zumindest im inneren Teil der Drallkammer mit steigendem Radius in der Höhe ansteigt.

2. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Decke der Drallkammer und gegebenenfalls auch der Boden, von gekrümmten rotationssymmetrischen Flächen begrenzt werden.

3. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Decke und/oder Boden der Drallkammer von gekrümmten Flächen begrenzt werden, deren Abbildung im Längsschnitt durch eine gekrümmte Linie erfolgt.

4. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Decke der Drallkammer im axialen Bereich als Spitze ausgebildet ist, die vorzugsweise bis in die Austrittsöffnung ragt, gegebenenfalls auch durch diese hindurchgeführt wird.

5. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Boden der Drallkammer als Fläche ausgebildet ist, deren Abbildung im Längsschnitt durch eine zur Achse hin ansteigende Linie erfolgt.

6. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Boden der Drallkammer als ebene Fläche ausgebildet ist.

7. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Boden der Drallkammer als Fläche ausgebildet ist, deren Abbildung im Längsschnitt durch eine zur Achse hin abfallende Linie erfolgt.

8. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die tangentialen Zuführungskanäle für das Gas beim größten Radius der Drallkammer angeordnet sind.

9. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der größte Drallkammerdurchmesser mindestens das Dreifache des kleinsten Durchmessers der Austrittsöffnung beträgt.

10. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verringerung der Spaltbreite auf mindestens das 8,8fache der äußeren Spaltbreite erfolgt.

11. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung der Flüssigkeit in der Decke der Drallkammer konzentrisch zur Achse als Ringspalt oder als Kranz von Austrittsöffnungen angeordnet ist.

12. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1 und 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung der Flüssigkeit als Ringspalt ausgebildet ist, dessen Durchmesser größer als der der Austrittsöffnung ist.

13. Zweistoffdralldüse noch Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung der Flüssigkeit im Boden der Drallkammer oder im Bereich der Austrittsöffnung konzentrisch zur Achse als Ringspalt oder als Kranz von Austrittsöffnungen angeordnet ist.

14. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1 und 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Austrittsfläche des Ringspaltes größer als der gesamte Querschnitt der Zuführungskanäle für das Gas ist.

15. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1 und 13, gekennzeichnet dadurch, daß die Zuführung der Flüssigkeit konzentrisch zur Achse als Ringspalt angeordnet ist, wobei der Ringspalt ebenfalls als rotationssymmotrische Drallkammer mit tangentialen Zuführungskanälen ausgebildet ist.

16. Zweistoffdralldüse nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der mittlere Abstand der Gaszuführung in die Drallkammer von der Achse größer ist als die axiale Entfernung der Gaszuführung zum Düsenaustritt.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen