DE2700028C2 - Vollkegel-Zerstäubungsdüse - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vollkegel-Zerstäubungsdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Mit Hilfe von Vollkegel-Zerstäubungsdüsen wird einer Flüssigkeit oder einer Aufschlämmung eine Wirbelbewegung aufgezwungen, um die austretende Flüssigkeit in einen konischen Sprühstrahl zu überführen.
• Hierzu weist die Vollkegel-Zerstäubungsdüse eine mit einer axialen Eintritts- und Austrittsöffnung versehene zylindrische Kammer auf mit im Inneren der Kammer mit Abstand von der Austrittsöffnung feststehend angeordneten Wirbelorganen, die zwischen sich einen zur Längsachse der Auslaßöffnung ausgerichtete zentralen Öffnung umschließen, die wesentlich kleiner als die Auslaßöffnung ist; vgl. DE-AS 15 00 595.
• Da die Wirbelorgane dieser bekannten Vollkegel-Zerstäubungsdüse in ihrer Form ebenflächig ausgebildet sind ergibt sich als Konsequenz davon eine freie Passage für das zu verwirbelnde Medium in Form eines schmalen Spaltes. Sollten Aufschlämmungen versprüht werden, deren feste Phase aus relativ großen Teilchen und insbesondere aus langen und rauhen Fasern besteht, z. B. aus Cellulosefasern wie sie zur Herstellung von Papier verwendet werden, so verfangen diese sich an den Kanten der Wirbelorgane und verstopfen die Passage, so daß häufige Betriebsunterbrechungen eintreten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollkegel- Zerstäubungsdüse für das Ausbringen einer faserhaltigen Aufschlämmung oder Flüssigkeit zu schaffen, die ein gleichmäßiges Dispergieren der in der Aufschlämmung oder Flüssigkeit enthaltenen Teilchen gewährleistet, bei der die Gefahr eines Verstopfens möglichst weitgehend vermieden ist und bei der zwischen den zum Erzeugen einer Wirbelbewegung dienenden Wirbelorganen möglichst große freie Querschnitte vorhanden sind, so daß diese insbesondere zur Verwendung in der Papierindustrie besonders geeignet ist, wo faserhaltige Aufschlämmung zu versprühen sind.
• Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Durch die erfindungsgemäße kurvenförmige Ausbildung der Wirbelorgane wird die Passage für die Aufschlämmung ellipsenförmig und daher unter Berücksichtigung des vorgegebenen Strömungsdurchmessers der Vollkegel-Zerstäubungsdüse wesentlich größer als bisher. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Wirbelorgane die Wirbelwirkung wesentlich verbessert, so daß nicht nur eine gleichmäßigere Dispersion der Partikel innerhalb der zu zerstäubenden Aufschlämmung oder Flüssigkeit erreicht, sondern darüber hinaus auch verhindert wird, daß die Vollkegel-Zerstäubungsdüse durch diese Flüssigkeit zugesetzt wird, insbesondere wenn eine faserige Brühe als zu zerstäubendes Medium zur Anwendung gelangt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die kurvenförmige Ausbildung der Wirbelorgane weniger Fasern als bisher aufgefangen und im Düsenkörper zurückgehalten werden.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt
• Fig. 1 die Seitenansicht einer Vollkegel-Zerstäubungsdüse gemäß der Erfindung,
• Fig. 2 die Draufsicht auf die Düse nach Fig. 1,
• Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2,
• Fig. 4 eine Ansicht von unten auf die Düse bei ihrer Betrachtung von der Linie 4-4 in Fig. 2 aus, und
• Fig. 5 eine teilweise weggebrochen gezeichnete perspektivische Darstellung der Düse nach Fig. 1 bis 4.
• Gemäß der Zeichnung kann zu der insgesamt mit 6 bezeichneten Düse nach der Erfindung ein zusammenhängender, allgemein rohrförmiger Hauptkörper von beliebiger äußerer Gestalt gehöhren. Gemäß Fig. 1 weist die Düse an ihrem Eintrittsende 8 ein Außengewinde auf, an das sich ein vieleckiger Mitnehmerflansch 9 anschließt, mit dem ein Schraubenschlüssel zusammenarbeiten kann, wenn die Düse in ein mit Innengewinde versehenes Anschlußstück eingeschraubt werden soll. Das Austrittsende der Düse hat eine zentral angeordnete zylindrische Düsenöffnung 10, die sich durch die äußere Stirnwand 11 der Düse erstreckt und gemäß Fig. 3 eine kegelstrumpfförmige Fläche 12 schneidet, welche die obere Wand einer Misch- oder Austrittskammer 14 bildet, die im übrigen durch die Wand einer zylindrischen Bohrung 16 des Düsenkörpers abgegrenzt wird.
• Zu der Düse gehören Einrichtungen zum Erzeugen einer Wirbelbewegung in Gestalt von querliegenden segmentförmigen Leitorganen 18 und 20, durch welche die Mischkammer 14 von der Eintrittskammer 22 getrennt wird, deren innere Wand durch eine Fortsetzung der Bohrung 16 gebildet wird.
• Eine unter Druck stehende flüssige Aufschlämmung, z. B. in Wasser aufgeschlämmte Cellulosefasern, wird dem Eintrittsende der Düse zugeführt. In der Eintrittskammer 22 bewegt sich die Aufschlämmung innerhalb der Bohrung 16 in Form einer Säule bzw. eines zusammenhängenden Stroms, bis sie in Berührung mit den Leitorganen 18 und 20 kommt, woraufhin sich die Flüssigkeitssäule in zwei Einzelströme unterteilt, von denen der eine eine ringförmige Gestalt und der andere eine zylindrische Form hat. Dem ringförmigen, sich längs des Umfangs der Bohrung bewegenden äußeren Strom der Aufschlämmung wird eine Wirbelbewegung erteilt, während er die betreffenden Flächen der Leitorgane 18 und 20 überstreicht, während der zentrale, zylindrische Teilstrom der Aufschlämmung auf mehr oder weniger ungestörte Weise die durch die Leitorgane gebildete zentrale Öffnung 28 nach Fig. 4 durchströmt. In der oberen Kammer 14 vereinigen sich der durch die Leitorgane 18 und 20 erzeugte wirbelförmige Strom und der sich axial bewegende zentrale Strom wieder miteinander, um sich zu vermischen und eine gleichmäßige Dispersion der Fasern in der flüssigen Phase zu gewährleisten. Der Öffnungsquerschnitt der zentralen Öffnung 28 der Leitorgane entspricht etwa 15 bis 20% des Durchtrittsquerschnitts der Düsenöffnung 10, was sich jeweils nach der gewünschten Verteilung der abgegebenen Flüssigkeit innerhalb des Sprühstrahls richtet. Diese Beziehung zwischen den Querschnitten gewährleistet ein gründliches Durchmischen der Aufschlämmung in der Austrittskammer 14, während die Öffnung 28 wegen ihrer allgemein elliptischen Form geeignet ist, auch relativ lange Fasern durchzulassen. Außerdem wird der Mischvorgang durch das gewählte Verhältnis zwischen der Düsenöffnung 10 und dem erheblich größeren Querschnitt der Mischkammer 14 und dem größeren Flächeninhalt der kegelstumpfförmigen oberen Wandfläche 12 gefördert.
• Betrachtet man gemäß Fig. 4 die Leitorgane 18 und 20 in der Strömungsrichtung der Aufschlämmung gegenüber der Düse, bilden die Leitorgane zwei allgemein halbrunde Segmente. Wie in Fig. 4 bei 22 angedeutet, überlappen sich die beiden Leitorgane in der Umfangsrichtung auf einander diametral gegenüberliegenden Seiten der Öffnung 28 in einem gewissen Ausmaß, um ein direktes axiales Weiterströmen des ringförmigen Teilstroms der Aufschlämmung zu verhindern. Ein solches unerwünschtes Weiterströmen würde den wirbelförmigen Strom stören, der durch die Leitorgane im äußeren Teilstrom der Flüssigkeitssäule erzeugt wird. Gemäß Fig. 3 weist jedes Leitorgan 18 und 20 längs seines nach innen gerichteten Randes eine durch eine gekrümmte Linie begrenzte Aussparung 24 auf; diese beiden Aussparungen bilden zusammen die allgemein elliptische zentrale Öffnung 28.
• Betrachtet man die Düse gemäß Fig. 4 in der Strömungsrichtung der Aufschlämmung, weist das halbrunde Leitorgan 18 einen konvexen Abschnitt 30 auf, der innerhalb eines Quadranten des Strömungskanals der Strömung zugewandt ist, sowie einen konkaven Abschnitt 32, der sich durch den benachbarten Quadranten erstreckt. Entsprechend besitzt das Leitorgan 20 einen konvexen Abschnitt 34, der den Quadranten des Strömungskanals ausfüllt, welcher dem konvexen Abschnitt 30 des Leitorgans 18 diametral gegenüberliegt, sowie einen konkaven Abschnitt 36 in einem Quadranten, der dem konkaven Abschnitt 32 des Leitorgans 18 diametral gegenüberliegt. Somit haben die Leitorgane eine annähernd sinuswellenförmige Gestalt, und gemäß Fig. 3 sind die allgemein zylindrisch gekrümmten Abschnitte jedes der beiden Leitorgane durch sich allgemein in axialer Richtung erstreckende Abschnitte verbunden, die sich etwa auf der Achse der Düsenbohrung kreuzen und mit den genannten, die zentrale Durchtrittsöffnung 28 bildenden Aussparungen 24 versehen sind.
• Gemäß der Zeichnung sind die beiden allgemein sinuswellenförmigen Leitorgane Rand an Rand so nebeneinander angeordnet, daß sie eine achterförmige Anordnung bilden, die sich quer zur Achse der Düsenbohrung erstreckt. Die beiden allgemein halbzylindrischen Schenkel jeder Hälfte dieser achterförmigen Anordnung sind jeweils von einem Quadranten zum benachbarten Quadranten der Bohrung so gegeneinander versetzt, daß sie gemäß Fig. 3 jeweils eine von Hindernissen freie Öffnung bilden, die sich quer zur Achse der Düsenbohrung erstreckt und einen Durchmesser a hat, der ausreicht, um eine Kugel ungehindert durchzulassen, deren Durchmesser annähernd gleich dem Durchmesser a ist. Somit liegt die Abmessung a, die den Durchmesser des freien Durchtrittsquerschnitts bezeichnet, in einer in radialer Richtung durch die Düse verlaufenden Ebene und entspricht annähernd dem Durchmesser der Düsenöffnung 10. Die Bedeutung dieser Beziehung besteht darin, daß sämtliches teilcheförmiges Material in einer Aufschlämmung oder einer verunreinigten Flüssigkeit, das die Düsenöffnung 10 passieren kann, auch seinen Weg durch die beiden querliegenden, von Hindernissen freien Öffnungen finden kann, die durch die gekrümmten Abschnitte der Leitorgane 18 und 20 gebildet werden. Hierbei ist es jedoch wichtig, daß die Querschnittsfläche der Bohrung 16 etwa dem Fünf- bis Sechsfachen der Querschnittsfläche der Düsenöffnung 10 entspricht. Außerdem soll der Durchmesser a der freien Durchlässe vorzugsweise etwa 47% des Durchmessers der Bohrung 16 betragen.
• Die in die Düse eintretende Aufschlämmung behält die Form einer Flüssigkeitssäule bei, bis sie auf die einander diametral gegenüberliegenden konvexen, Teile von Zylinderflächen bildenden, der Strömung zugewandten Abschnitte 30 und 34 der Leitorgane 18 und 20 trifft, woraufhin der äußere Teil der Flüssigkeitssäule längs einer kreisrunden Bahn von den konvexen Abschnitten aus zu den in der Strömungsrichtung weiter hinten liegenden konkaven Abschnitte strömt. Von den konkaven Abschnitten 32 und 36 aus strömt die Flüssigkeit jeweils in der Querrichtung durch die in radialen Ebenen liegenden Öffnungen a, um dann in einem gewissen Ausmaß auf die in die Strömungsrichtung weisenden, der Düsenöffnung 10 zugewandten Flächen der sich in axialer Richtung erstreckenden Abschnitte der Leitorgane aufzutreffen. Durch die axial und in der Querrichtung verlaufenden Abschnitte der Leitorgane erhalten die aus den Öffnungen a austretenden Flüssigkeitsströme eine axiale Bewegungskomponente. Die dem ringförmigen Flüssigkeitsstrom auf diese Weise verliehenen Drehungs- und Axialkomponenten führen dazu, daß die Flüssigkeit eine Wirbelbewegung ausführt, während sie zu der Düsenöffnung 10 strömt.
• Während die Leitorgane 18 und 20 die beschriebene Wirbelbewegung hervorrufen, strömt ein Teil der als Flüssigkeitssäule zugeführten Aufschlämmung direkt durch die allgemein elliptische zentrale Öffnung 28. Da sich die Leitorgane in der bei 22 angedeuteten Weise in einander diametral gegenüberliegenden Bereichen etwas überlappen, beschränkt sich die axiale Strömung ausschließlich auf den mittleren Teil des Stroms. Natürlich treten an der Trennfläche zwischen dem axialen Strom und den verwirbelten ringförmigen Strom gewisse Störungen auf. Dieser unterschiedliche Verlauf der beiden Strömungen führt zu einer gründlichen Durchmischung der Aufschlämmung in der oberen Kammer 14 der Düse, so daß die Fasern in dem flüssigen Medium gleichmäßig dispergiert werden. In der oberen Kammer gewährleistet die kegelstumpfförmige Fläche 12 in der Nähe der Düsenöffnung 10, daß sich die in der Aufschlämmung enthaltenen Teilchen oder Fasern nicht in irgendwelchen Ecken der Düse festsetzen, und außerdem trägt diese Fläche zur Bildung des von der Düsenöffnung 10 abgegebenen konischen Sprühstrahls bei.

Claims (6)

1. Vollkegelzerstäubungsdüse mit einem eine Einlaß- und eine Auslaßöffnung umfassenden Strömungskanal, in dem der durchströmenden Flüssigkeit eine wirbelnde Komponente aufzwingende Leitorgane angeordnet sind, die eine zur Längsachse der Auslaßöffnung ausgerichtete zentrale Öffnung aufweisen, die wesentlich kleiner als die Auslaßöffnung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitorgane (18, 20) sinusförmige Bereiche (30 und 32, 34 und 36) bilden, die Kante an Kante zueinander angeordnet benachbarte halbkreisförmige Segmente des Strömungskanals (16) überspannen, daß jeder sinusförmige Bereich konvexe (30, 34) und konkave (32, 36) Abschnitte umfaßt, die über in axialer Richtung sich erstreckende Schenkelbereiche (24) miteinander verbunden sind, daß die konvexen Abschnitte (30, 34) der Einlaßöffnung (8) des Strömungskanals (16) benachbart und die konkaven Abschnitte ( 32, 36) gegenüber den konvexen Abschnitten (30, 34) in axialer Richtung um eine Strecke versetzt sind, die annähernd gleich dem Durchmesser der Austrittsöffnung (10) ist, daß die konvexen und konkaven Abschnitte (30, 34, 32, 36) in Umfangsrichtung des Strömungskanals (16) einander abwechselnd angeordnet sind, und daß die Leitorgane (18, 20) derart geformt und bemessen sind, daß ein kugelförmiger Körper, dessen Durchmesser annähernd gleich dem Durchmesser der Auslaßöffnung ist, die axial versetzten Abschnitte der Leitorgane ( 18, 20) passieren kann.

2. Vollkegelzerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des kugelförmigen Körpers annähernd 47% des Durchmessers des Strömungskanals (16) entspricht.

3. Vollkegelzerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten Ränder der sich in axialer Richtung erstreckenden sinusförmig gekrümmten Abschnitte (30, 32, 34, 36) der Leitorgane (18, 20) die als Aussparungen ausgebildeten Schenkelbereiche (24) aufweisen, welche die durch die Leitorgane (18, 20) sich erstreckenden Öffnungen (28) begrenzen.

4. Vollkegelzerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in axialer Richtung verlaufenden Schenkelbereiche (24) der Leitorgane (18, 20) sich in der Mitte des Strömungskanals (16) kreuzen und daß die durch diese Schenkelbereiche begrenzte Öffnung (28) einen elliptischen Querschnitt hat, der etwa 5% bis 20% des Querschnitts der Austrittsöffnung (10) entspricht.

5. Vollkegelzerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Strömungskanals (16) etwa dem Fünf- bis Sechsfachen der Querschnittsfläche der Austrittsöffnung (10) entspricht.

6. Vollkegelzerstäubungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Querschnittsfläche des Strömungskanals (16) jeweils etwa hälftig überspannenden Leitorgane (18, 20) in der Umfangsrichtung des Strömungskanals (16) sich überlappende Randabschnitte (22) aufweisen, die aufeinander diametral gegenüberliegenden Seiten der Öffnung (28) angeordnet sind.