DE19811736A1 - Drallerzeuger für Düsen und Verfahren zum Verändern der Drallbewegung - Google Patents
Drallerzeuger für Düsen und Verfahren zum Verändern der DrallbewegungInfo
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Abstract
Ziel der Erfindung ist es, eine Dralldüse mit einem großen Regelbereich betreiben zu können und dabei möglichst eine vergleichbare Tropfenqualität (mittlerer Tropfendurchmesser und Tropfenverteilung) zu erreichen. DOLLAR A Das Ziel wird erreicht, indem man die Drallkammer einer Dralldüse mit mehreren Zuführungskanälen ausführt, wobei mindestens zwei Zuführungskanäle an der Verbindungsstelle der Zuführungskanäle zur Drallkammer eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Zuführungskanäle die gleiche Höhe aber eine unterschiedliche Breite aufweisen. Der Flüssigkeitsdurchsatz wird erfindungsgemäß auf mehrere Teilströme aufgeteilt, die auf Zuführungskanäle aufgeteilt werden, die unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen. Wird eine hohe Drallstärke für eine feines Tropfenspektrum angestrebt, so ist der Teilstrom zu vergrößern, mit dem die Zuführungskanäle beaufschlagt werden, die den geringsten Querschnitt aufweisen und umgekehrt. Zwischenwerte lassen sich stufenlos einstellen.
Description
Bei der Zerstäubung von Flüssigkeiten mit Hilfe von Dralldüsen ist häufig eine Möglichkeit
zur Veränderung der Drallstärke der Strömung erwünscht. Mit der Veränderung der Um
fangsgeschwindigkeit (Drallkomponente) des Fluids in der Drallkammer kann Einfluß auf
die Tropfengröße des entstehenden Sprays genommen werden. Wichtig ist dabei, daß
die Veränderung der Umfangsgeschwindigkeit unabhängig vom Flüssigkeitsdurchsatz
vorgenommen werden kann und auch keine mechanische Veränderung an der Düse vor
genommen werden muß.
Eine Variante stellen sogenannte spill-return-Düsen dar. Bei diesen Düsen wird die Flüs
sigkeit tangential in die Drallkammer geleitet und sowohl aus der Düsenaustrittsöffnung
als auch durch eine Rückströmöffnung auf der Mitte der Achse abgeleitet. Dieser Teil des
Flüssigkeitsdurchsatzes wird wieder zurück in den Flüssigkeitsspeicher geführt. Durch
Veränderung der Rückführrate kann der Flüssigkeitsdurchsatz der zerstäubt wird, kon
stant gehalten werden. Trotzdem kann die Eintrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in die
Drallkammer verändert werden und damit auf die Drallstärke und in der Konsequenz die
Tropfenqualität verändert werden. Der Nachteil dieser Lösung besteht in der Notwendig
keit, Flüssigkeit in einem Kreislauf führen zu müssen. Der Regelbereich der spill-return-Düsen
ist nach unten begrenzt.
Eine andere Lösung bietet DE 39 36 080. Die Drallkammer wird mit mehreren gleichartigen
tangentialen Zuführungskanälen ausgeführt und der gesamte Flüssigkeitsdurchsatz zu
unterschiedlichen Teilen auf die Zuführungskanäle aufgeteilt. Damit kann die Drallstärke
ebenfalls bei konstantem Flüssigkeitsdurchsatz verändert werden. Nachteilig wirkt sich
aus, daß der erreichbare Regelbereich von der Zahl der Zuführungskanäle abhängig ist,
so daß der Fertigungsaufwand für die Düsen mit einem hohen Regelbereich steigt.
Ziel der Erfindung ist es, eine Dralldüse mit einem großen Regelbereich betreiben zu
können und dabei möglichst eine vergleichbare Tropfenqualität (mittlerer Tropfendurch
messer und Tropfenverteilung) zu erreichen. Auf Flüssigkeitsrückführung soll dabei ver
zichtet werden.
Das Ziel wird erreicht, indem man die Drallkammer einer Dralldüse mit mehreren Zufüh
rungskanälen ausführt, wobei mindestens zwei Zuführungskanäle an der Verbindungsstel
le der Zuführungskanäle zur Drallkammer eine unterschiedliche Querschnittsfläche auf
weisen. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Zuführungskanäle die gleiche Hö
he aber eine unterschiedliche Breite aufweisen. Um einen hohen Regelbereich zu si
chern, sollten die Querschnittsflächen sich um mehr als das Vierfache unterscheiden. Der
Flüssigkeitsdurchsatz wird erfindungsgemäß auf mehrere Teilströme aufgeteilt, die auf
Zuführungskanäle aufgeteilt werden, die unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen.
Maßgebend sind die Querschnittsflächen beim Eintritt der Flüssigkeit in die Drallkammer
(Verbindungsstelle von Zuführungskanal und Drallkammer), da an dieser Stelle die Um
fangsgeschwindigkeit an der Peripherie der Drallkammer festgelegt wird. Wird eine hohe
Drallstärke für ein feines Tropfenspektrum angestrebt, so ist der Teilstrom zu vergrößern,
mit dem die Zuführungskanäle beaufschlagt werden, die den geringsten Querschnitt auf
weisen und umgekehrt. Zwischenwerte lassen sich stufenlos einstellen. Die einfachste
Einflußnahme auf den Durchsatz eines Teilstromes ist die herkömmliche Regelung mit
einem Ventil. Die andere Zielrichtung, für die sich das Verfahren anwenden läßt, ist die
Aufrechterhaltung einer bestimmten Drallstärke am Austritt aus der Drallkammer. Dabei
ist Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der Zuführungskanäle, die im Vollastfall
beaufschlagt werden, und der Summe der Querschnittsflächen der Zuführungskanäle, die
im Teillastfall beaufschlagt werden, mindestens so groß zu wählen, wie das gewünschte
Verhältnis der Volumenströme im Vollast und im Teillastfall.
Das erfindungsgemäße Prinzip der Drallsteuerung läßt sich beim Zerstäuben von Flüs
sigkeiten in Einstoff- und Zweistoffdüsen anwenden. Es ist dabei unerheblich, zu welchem
Zweck die Flüssigkeit zerstäubt wird. Dies kann z. B. für das nachfolgenden Trocknen
einer Suspension im Trockenturm geschehen. Es kann aber auch Öl zerstäubt werden,
das wie bei Brennern üblich, am Düsenaustritt verbrannt wird. Das Fluid kann aber auch
ein Gas sein. Dieser Fall ist bei Mehrstoffdüsen möglich, wo das Gas mit einer Drallkom
ponente versehen wird, um Flüssigkeit zu zerstäuben. Das Gas kann aber auch ohne Ge
genwart von Flüssigkeit mit einer Drallkomponente versehen werden, wie beim Gasbren
nern, die mit einer Rezirkulation in der Nähe des Düsenaustritts arbeiten. Schließlich ist
die Kombination des erfindungsgemäßen Prinzips mit dem spill-return-Verfahren möglich,
um noch eine Erweiterung des Regelbereichs zu gestatten.
Das Beispiel ist in den Fig. 1 bis 5 dargestellt. Fig. 1 zeigt eine räumliche Darstel
lung der Düse mit einer gestrichelten Darstellung der unsichtbaren Kanten. Der Längs
schnitt A-A durch die Düse gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Ein um 90° versetzter
Längsschnitt B-B gemäß Fig. 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Fig. 4 zeigt eine Düsenansicht
von unten. Die Abdeckplatte ist dabei nicht gezeichnete. Fig. 5 zeigt die Aufteilung des
Flüssigkeitsdurchsatzes.
Die Düse besteht aus dem Düsenkörper 1 sowie einer Abdeckplatte 2. Zuführungsleitun
gen können in den Düsenkörper eingeführt werden (Einzelheiten der Befestigung von
Leitungen und der Verbindung von Düsenkörper 1 und Abdeckplatte 2 sind nicht darge
stellt).
Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Dralldüse mit folgenden für die Erfindung wesentlichen
Eigenschaften:
Die Drallkammer 3 hat eine konstante Höhe und besitzt vier tangentiale Zuführungskanä le 4a bis 4d, die dieselbe Höhe beim Eintritt in die Drallkammer 3 aufweisen. Jeweils zwei gegenüberliegende Zuführungskanäle 4 sind durch eine gemeinsame Spei seleitung 5 verbunden, d. h. die Zuführungskanäle 4a und 4c sind durch 5a und die Zufüh rungskanäle 4b und 4d sind durch 5b verbunden. Diese Gestaltung wurde wegen der Symmetrie der Strömung in der Drallkammer 3 gewählt.
Die Drallkammer 3 hat eine konstante Höhe und besitzt vier tangentiale Zuführungskanä le 4a bis 4d, die dieselbe Höhe beim Eintritt in die Drallkammer 3 aufweisen. Jeweils zwei gegenüberliegende Zuführungskanäle 4 sind durch eine gemeinsame Spei seleitung 5 verbunden, d. h. die Zuführungskanäle 4a und 4c sind durch 5a und die Zufüh rungskanäle 4b und 4d sind durch 5b verbunden. Diese Gestaltung wurde wegen der Symmetrie der Strömung in der Drallkammer 3 gewählt.
Die Zuführungskanäle 4a und 4c haben eine geringere Breite als die Kanäle 4b und 4d.
Der Durchmesser der Drallkammer 3 beträgt das Fünffache der Austrittsöffnung 6 der Dü
se, die sich in der Abdeckplatte 2 befindet.
Verfahren und Vorrichtung werden bezüglich des Erreichen des Regelbereiches gemein
sam erklärt. Betrachtet wird zunächst der Fall, daß bei veränderlichem Gesamtdurchsatz
die Tropfenqualität weitgehend gleichmäßig bleiben soll. Dies ist beispielsweise bei Öl
brennern eine Forderung.
Im Vollastfall wird der Gesamtflüssigkeitsdurchsatz auf alle Zuführungskanäle 4 aufgeteilt.
Dies geschieht dadurch, daß der Gesamtdurchsatz auf zwei Teilströme aufgeteilt wird, mit
denen jeweils die Speiseleitungen 5a und 5b beaufschlagt werden. Der Teilstrom, mit
dem die Zuführungskanäle 4b und 4d beaufschlagt werden, kann mit einem Ventil 7 be
einflußt werden. Entsprechend der Druckverluste in den Zuführungskanälen sowie der
Geschwindigkeit im Zuführungskanal teilt sich die Flüssigkeit auf die Zuführungskanäle
auf. Im Teillastfall sinkt der Gesamtdurchsatz. Als Gegenmaßnahme wird die Teilleitung,
die die Zuführungskanäle 4b und 4d versorgt, mit dem Ventil 7 gedrosselt. Damit gelangt
ein größerer Durchsatz in die Zuführungskanäle 4a und 4c. Die Eintrittsgeschwindigkeit in
diesen Zuführungskanälen steigt dort trotz sinkendem Gesamtdurchsatz und führt somit
zu einer gleichbleibenden Drallbewegung an der Austrittsöffnung 6 der Düse. Die unterste
Grenze gleichbleibender Tropfenqualität ist erreicht, wenn der Gesamtdurchsatz nur noch
durch die Zuführungskanäle 4a und 4c geleitet wird und die Zuführungskanäle 4b und 4d
nicht mehr beaufschlagt werden. Sinkt der Gesamtdurchsatz noch stärker, so ist mit einer
Vergrößerung des mittleren Tropfendurchmessers zu rechnen.
Der zweite Fall, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden kann, ist
die Steuerung der Tropfengröße bei konstant bleibendem Durchsatz. Die Aufteilung der
Teilströme erfolgt analog zum ersten Fall. Soll bei gleichem Durchsatz die Tropfengröße
verringert werden, so ist der Teilstrom zu erhöhen, der die Speiseleitung 5a versorgt.
Durch eine entsprechende Schaltung ist der Gesamtdurchsatz konstant zu halten. Bei
gewünschter größerer Tropfengröße ist entgegengesetzt zu verfahren.
Claims (7)
1. Drallerzeuger für Düsen, in denen Fluide in Rotation um eine Achse versetzt
werden, umfassend eine Drallkammer mit mehreren Zuführungskanälen an der
Peripherie der Drallkammer sowie eine Austrittsöffnung, dadurch gekennzeich
net, daß mindestens zwei Zuführungskanäle an der Verbindungsstelle zur Drall
kammer eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungskanä
le die gleiche Höhe jedoch eine unterschiedliche Breite aufweisen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Querschnittsflächen der Zuführungskanäle um mehr als das vierfache
unterscheiden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Zuführungskanäle gleicher Querschnittsfläche durch eine gemeinsame Zufüh
rungsleitung verbunden sind.
5. Verfahren zum Verändern der Drallbewegung eines Fluids in der Drallkammer
einer Düse, wobei die Drallbewegung nicht an den Gesamtdurchsatz des
Fluidstromes gekoppelt ist und der Gesamtfluidstrom in mehrere Teilströme auf
geteilt wird, die den Zuführungskanälen der Drallkammer zugeleitet werden, da
durch gekennzeichnet, daß die Teilströme auf Zuführungskanäle aufgeteilt wer
den, die sich in ihren Querschnittsflächen an der Verbindungsstelle zur Drall
kammer unterscheiden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung so vor
genommen wird, daß bei geforderter höherer Drallstärke am Austritt aus der
Drallkammer die Zuführungskanäle mit der kleineren Querschnittsfläche an der
Verbindungsstelle der Zuführungskanäle mit dem größeren Teilstrom bzw. dem
Gesamtfluidstrom beaufschlagt werden und umgekehrt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Veränderung des Gesamtfluidstromes im Sinne einer Vollast-Teillast-Fahrweise
und dem Ziel einer Aufrechterhaltung der Drallstärke am Austritt aus der Drall
kammer bei einem gewünschten Verhältnis von Vollast/Teillast des Fluidstromes
die Aufteilung der Teilströme in der Weise vorgenommen wird, daß das Verhält
nis der Summe der Querschnittsflächen der beaufschlagten Zuführungskanäle
bei Vollast zur Summe der Querschnittsflächen der beaufschlagten Zuführungs
kanäle bei Teillast mindestens dem Volumenstromverhältnis von Vollast zu Teil
last entspricht.
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