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DE19811736A1 - Drallerzeuger für Düsen und Verfahren zum Verändern der Drallbewegung - Google Patents

Drallerzeuger für Düsen und Verfahren zum Verändern der Drallbewegung

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DE19811736A1
DE19811736A1 DE19811736A DE19811736A DE19811736A1 DE 19811736 A1 DE19811736 A1 DE 19811736A1 DE 19811736 A DE19811736 A DE 19811736A DE 19811736 A DE19811736 A DE 19811736A DE 19811736 A1 DE19811736 A1 DE 19811736A1
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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

Stand der Technik
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.
Beispiel
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 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.
DE19811736A 1998-03-18 1998-03-18 Drallerzeuger für Düsen und Verfahren zum Verändern der Drallbewegung Withdrawn DE19811736A1 (de)

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