DE2948559A1 - Mehrzweck-foerderduese - Google Patents

Description

• Patentbeschreibung:
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düse zur Forderung von gasförmigen, dampfförmigen und flüssigen edlen, welche durch schnellströmende gegendruckempfindliche und/oder inkompressible Medien gleicher Konsistenz angetrieben wird.
• Bekanntlich wird in Förderdüsen durch Hinzutreten fördernder Medien eine Druckdifferenz aufgebaut, niit deren Hilfe die zu fördernden medien, wie beispielsweise Luft, Schadgase, Abdampf, Nebel oder Flüssigkeiten angesogen, beschleunigt und mit erhöhter Geschwindigkeit oder ehöhtem Druck wieder ausgestoßen werden.
• Wasser-, Dampf- und Gasstrahlpumpen bekannter Rauart arbeiten nach diesem Prinzip; ebenso das ARGUS-Rohr, bekannt auch als NJET-FLOW AIROVER".
• Strahlpumpen vermögen zwar mit hohen Geschwindigkeiten von Treib- oder geförderten Medien aufzuwarten und in ihrer Anwendung als Saugpumpen entsprechend hohe llnterdrücke zu erzeugen, sind aber z.P. im Wirkungsgrad (ca. 10-20 %) und auch im Fördervolumen (ca. 1:3 bis max. 1:5) bescheiden.
• Flüssigkeitsstrahlpumpen benötigen saubere Treibmittel, um Verstopfungen der Düsenköpfe zu vermeiden. Rei gemischten angesogenen Medien mit unterschiedlichen Kondensationstemperaturen besteht die Gefahr von Anbackungen oder einer Kristallisation am (meist kühleren) Düsenkopf. Das Geschwindigkeitsgefälle vom Treibstrahl zur Düsenwandung begünstigt überdies Kristallisationen und Ablagerungen innerhalb der sich dort bildenden Grenzschicht,besonders bei einem Temperaturgefälle zwischen gefördertem Medium und Düsenwandung.
• Auf die Notwendigkeit hitze- und korrosionsbeständiger Werkstoffe und die besondere Verschlelßgefahr in der Venturi kehle sei hingewiesen.
• Da bei allen Strahlpumpen der Antrieb vor der Kehle liest, vermischen sich nach Passieren derselben Treib-und geforderte Medien mehr oder weniger stark; wird anschließend eine Trennung der Medien erforderlich, so kann diese nur außerhalb der Strahlpumpen erfolgen.
• Die mit höherem Wirkungsgrad und Fördervolumen vorzuqsweise zur Belüftung und auch Absauquna von rasen und Dämpfen verwendeten Ringschlitzdüsen - bekannt als ARGUS-Rohr oder JET-FLOW AIRMOVER - müssen überwiegend mit Druckluft von mindestens 3 bar betrieben werden; hei Verwendung von Dampf als Treibmittel sind 10 bar erforderlich. Ein Antrieb durch Flüssigkeiten -analog zur ,Vasserstrahlpumpe - ist bisher nicht bekannt.
• Die zur Erzielung hoher Treibmittel geschwindigkeiten eng ausgelegten Ringschlitzdüsen erfordern ebenfalls saubere Treibmedien; auch tritt bei ihnen eine Vermischung der Medien innerhalb der Düsen auf.
• ner vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Flachteile zu vermeiden. Dies geschieht erfindunosqemäß dadurch, daß der typischen, rotationssymmetrisch geformten Venturi- oder Lavaldüse auf ihrer Innenseite am Ansaugende das Treibmedium als schlauchförmiger Film um seine Mittelachse rotierend zugeführt wird. Dies hewirkt ein um den Rand der Förderdüse nach innen herumgestülptes rotationssyminetrlsches Mantelrohr, welches die Förderdüse außen umgibt und mit seinem Boden in Höhe der Düsen kehle von außen gasdicht anliegt. Das schnellströmende Treibmedium tritt in einen tangential von außen parallel zum Boden in den Mantel hineinführenden und sich verjüngenden Stutzen in den Raum zwischen Düsenaußenseite und Mantel rohrinnenseite ein, wird durch einen schraubenförmig vom Boden ansteigenden Leitsteg an der Innenseite des Mantelrohres in eine steigend rotierende Bewegung versetzt, deren Richtung beim Passieren des Stülprandes umgekehrt wird, deren Rotationsrtchtung aber bestehen bleibt, so daß ein an der Innenseite der Förderdüse um seine Längsachse rotierender fortschreitender Förderfilm in Schlauchform entsteht. Durch Umlenkung und Fliehkraft verdichtet haftet er zusätzlich zum COANDA-Effekt verstärkt an der Düseninnenseite und nähert sich in Leistung und Wirkunesgrad dem Schlauchfiln der bekannten Ringschlitzdüsen, deren Nachteile dadurch vermieden werden.
• Erfindungsgemäße Förderdüsen dieser Ausbildung können als Saug- und Mischdüsen in Abgswäschen, beim Transport.
• heißer Schadgase oder auch zum Absaugen abrasiver Flüssigkeiten Verwendung finden. Diese Aufzählung erhebt keinen Anspruch auf Vollzdhligkeit.
• Dieses Förderprinzip ließe sich erfindungsgemä,3 dadurch verbessern, daß auch den divergierenden Teil der Förderdüse, den so. diffusor, ein weiteres rotationssymmetrisches Mantelrohr umhüllt, welches sich um den Rand der Düse an ihrem Austrittsende ebenfalls ringförmig in die Innenseite herumstülpt, um den schlauchförmigen Förderfilm einmal durch zu diesem Zweck in der Diffusorwandung angebrachte drallgerecht geformte Schlitze und zum anderen mittels des leicht in den austretenden Volumenstrom hineinraqenden Stülprandes abzusaugen und ihn über die am Boden des zweiten Mantel rohres tangential angebrachte Austrittsöffnung - gegebenenfalls zur Ansaugöffnung einer weiteren Förderdüse gleicher Bau- und Betriebsart zuzuführen.
• Es wirken hierbei Einleiten und Absaugen des Förderfilms förderungstechnisch in die gleiche Richtung.
• Erfindungsgemäße Förderdüsen dieser Ausprägung bieten sich beispielsweise in Verbindung mit einer Pumpe und im Kreislauf geführtem Wasser dazu an, Wasserfahrzeuge unterhalb des Wasserspiegels nach dem Prinzip des Aktiv -ruders stoßfrei und ströinungsgünstig sowie ohne Verletzungsgefahr z.B. für Schwimmer anzutreiben.
• Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäß.en gedankens sieht vor, dem mantelrohr um den Konfusor der Färderdüse aus deren Kehle einen Teil des angesogenen Mediums abzusondern und dem im Mantelrohr kreisenden Medium zu Reaktionen beizumischen. Hierzu führt ein passendes Röhrchen hinter der Kehle radial durch die Düsenwandung in das mantelrohr hinein, während es zugleich mit seinem anderen offenen Ende um 900 gehogen axial im Zentrum der Kehle aus dem entgegenströmenden Volumen einen Teilstrom gewünschter grieße abzweigt.
• 4nhand eines ausführlicheren Beispiels soll die Anwendung des erfindungsgemäßen Gedankens und seiner Ausgestaltungen dargestellt werden und zwar zur Nutzung der in den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen enthaltenen Bewegungs- und Wärmeenergie.
• Mit ihrer Hilfe wird die Vorverdichtung der benötigten Verbrennungsluft zumindest soweit vorangetrieben, wie sie zur Oberwindung des Filterwiderstandes und zur maßvollen Erhöhung des Fullungsgrades der Zylinder im rotor notwendig erscheint. Eine zugleich mäßige Erwärmung der Ansaugluft erleichtert die Verdampfung flüssiger Kraftstoffe und verbessert ihre Zündung.
• Die Schalldämpfung der ins Freie tretenden Abgase läßt sich ebenfalls verbessern, da ihre vorangegangenes Zerlegung in mindestens zwei Teilströme unterschiedlicher Verweilzeit und Funktion dazu beiträgt.
• t)ie Ansprechzeit bei Lastwechseln ist kurz; außerdem fehlen jegliche bewegte Teile.
• Nicht bekannt ist auch die Eignung der tehrzweck-Förderdüse als Saugbrenner, so z.B. im qesamten Bereich der industriellen Nachverbrennung von Rauch- und Schadgasen sowie als Heizbrenner mit Teilrückführung von Abfasen bei Industriefeuerungen und Gebäudeheizuno.
• Eine weitere Ausgestaltuno des erfindungsgemäßen Gedankens, die Förderdüse als Saugbrcnner zu benutzen, sieht vor, den durch Rücksto3. austretender schnellströmender Verbrennungsgase erzielbaren Schub auf die Düse dazu zu benutzen, die nötige Verbrennungsluft durch Relativbewegung der Diise im Verhältnis zur Umgebungsluft axial einzufangen und durch doppelte Umlenkung vorzuverdichten sowie durch Leitschaufeln in Wirbeldrehung zu versetzen ohne die Hilfe getrennter Verdichter, Damit ließe sich diese Düsenkonfiguration beispielsweise zum Antrieb von Flugkörpern entweder fest angebracht oder an den Spitzen von Luft- oder Tragschrauben verwenden.
• Die vorgenannten Ausführungsbeispiele der Mehrzweck-Fürderdüse werden in den nachfolgenden Zeichnungen näher dargestellt, ihr Aufbau neschildert und ihre Wirkungsweise erläutert.
• Fiqur 1 zeigt im Längsschnitt die Düse in ihrer Grundform. Aufbau, Art und Anzahl der Einzelteile in ihrem Zusammenwirken erbn sich aus der nachstehenden Schilderung des Funktionsablaufes: nas fordernde Medium tritt mit hoher fleschwindigkeit über die tangentiale Zuleitung (3) in das llantelrohr (2) oberhalb der Bodenplatte (8) ein und gerät durch den Leitsteg (4) um die Venturidüse (1) in schraubenfirmige Rotation, steigt innerhalb des Mantelrohres (2) hoch, wird durch den Stülprand (2a) auf die Innenseite der Düse (1) umgelenkt und fließt durch die Kehle (6) der Düse (1) zur Auslaßöffnung (7). Der hierbei erzeugte Unterdruck befördert das durch die Öffnung (5) angesodiene Medium durch die Kehle (6) der nüse (1) zur Austrittsöffnung (7).
• Fig. 1 zeigt im Querschnitt A - A den rotationssymmetrischen Aufbau und die Zuordnuno von tangentialer Zuleitun, Mantelrohr und Düse.
• Figur 2 zeigt im Längsschnitt die Förderdüse mit Absaugung des Schlauchfilms. Aufbau, Art und Anzahl der neu hinzutretenden Einzelteile sind aus der nachstehenden Schilderung des Funktionsablaufes zu entnehmen: Versieht man den Diffusor (9) der Düse (1) mit drallaerechten Schlitzen (9a), fügt in Verlännerung des Mantelrohres (2) ein weiteres in (o) gasdicht angeschlossenes Mantelrohr (10) mit seinem Stülprand (10a) und der tangential angeschlossenen Ableitunq (11) hinzu, so tritt die transportierende Grenzschicht (nicht einoezeichnet) je nach angelegtem nterdruck in (11) durch die Schlitze (9a) und auf der Innenseite des Stülprandes (10a) zum auslass (11), während das geförderte Medium getrennt durch die Öffnung (7) ausströmt. Verbindet man den Absaugstutzen (11) saugseitein und den Zuleitungsstutzen (3) druckseitig mit einer (nicht eingezeichneten) Pumpe, und sind Grenzschicht und zu förderndes Medium z.B. Wasser, so erhielt man einen Antrieb von Wasserfahrzeugen, wie bereits geschildert.
• Der Teilrückführung beim Einsatz von gasförmigen Medien dient das in der Kehle (6) der Düse (1) annebrachte ,ritot-Rohr (12). Finur 2 zeit im Querschnitt P - R die Förderdüse von der Diffusorseite her mit der Anordnung von Zu- und Ableitungen, den angedeuteten drallgerechten Schlitzen und dem Pitot-Rohr(12). Seine Funktion besteht insbesondere darin, als Fordermedium dienende, unvollständig verbrannte Abgase aus Verbrennunqsmotoren mit Hilfe eines abgezweigten Teilluftstromes noch vor der Umlenkung in den Konfuserteil der Düse nachzuverbrennen und so das Auftreten brennbarer Feststoffe mit Ablagerungsgefahr (z.B. Ruß und Olkohle) zu verhindern.
• Figur 3 zeigt die schematische Anordnung der Förderdüsen aus Fig.l und Fiq.2 in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, Die unterschiedlich arbeitenden Düsen werden mit I für die Düse in Gundform und II fi!r die Düse mit Absaugung und Pitot-Rohr bezeichnet. Auch hier zeigt die Schilderung des Funktionsahlaufes Aufbau, Art und Anzahl der Einzelteile in ihrem Zusammenwirken: Die dem motorblock (16) durch die Auspuffkrümmer (17) entweichenden Auspuffgase sammeln sich im Sammelrohr (1R), aus welchem sie, in zwei Teilströme zerlefit, durch die Rohrleitungen (19) in den tangential angebrachten Zuleitungen (3) zu den Düsen 1 und II gelangen. Der in Düse II erzeugte Unterdruck saugt frische Verbrennungsluft an und drückt sie durch die Rohrleitunqen (13) über den Filter (14) in die Ansaugseite (15) des ;otors (16) zur weiteren Gemischbildung und Verbrennung. Der in diese I erzeugte Unterdruck saugt ber das Ansaugrohr (11a), den tangentialen Stutzen (11) aus dem Mantelrohr (10) der Düse II den Förderfilm mit Frischluftanteil ab und vermischt ihn mit den fördernden Abgasen aus Düse I zum austritt in die Umgebung über den (nicht eingezeichneten) Auspuff.
• Figur 4 zeigt in Ouerschnitt die Fjrderdüse gemäß Fig.1 mit getrennten Zuleitungen für Verbrennungsluft und Brennstoff in ihrer Auslegung als Saugbrenner unter Verwendung des Pitot-Rohres (12): Füqt man der tangentialen Zuleitung (3) zur Förderhier düse I, die unter Überdruck mit limgebungsluft versorgt wird, eine zweite, ebenfalls tangential eintretende Zuleitung (20) für flüssige oder gasförmige Brennstoffe zu und ordnet sie so an, daß der Brennstoff von dem räumlich später hinzutretende Luftstrahl (3) erfaßt und mitgerissen wird, ohne die Innenwand des Mantelrohres (2) nach Fig.1 sofort zu bestreichen, so erhält man, besonders unter Verwendung des Pitot-Rohres (12) und einer Zündkerze (21), einen Saugbrenner mit Förderung von Frischluft oder Schadgasen.
• Figur 5 zeigt die schematische Anordnung der als Saugbrenner arbeitenden Förderdüse gemäß Fig.4 mit Teilgasrückfüh-rung an einem Ofen: Die nuse I mündet mit ihrer Austrittsöffnung (7) in die Brennkammer eines r)fens (23) mit Abgaskamin (24).
• Eine oberhalb der diese I aus dem Ofen (23) herausführende Teilgasleitung (22) mündet in die Ansaugöffnung (5) der Düse I und füllt ihren Querschnitt nur soweit aus, daß auch noch zugleich Frischluft angesogen werden kann.
• Bei insgesamt nahezu stöchiometrischer Verbrennung läßt sich der Wirkungsgrad noch steigern.
• Figur 6 zeigt die Ausgestaltung des Saugbrenners nach Fig.5 zu einer Schub- oder Rückstoßdüse. Im Längsschnitt erkennt man das zusätzlich konzentrisch angebrachte rotationssymmetrische Mantelrohr (25) mit seinen Leitschaufeln (26) und dem unteren Stülprand (27), welcher um das hier unten offene Dantel rohr (2) nach innen herumgreift und in seinem Scheitelpunkt mit dem den Brennstoff heranführenden Ringkanal (28) und der Außenseite der Kehle (sir) gasdicht verbunden ist. Zwischen Stülprand (27) und Düsenaußenseite führen kleine ringförmig verteilte Öffnungen (29) den Brennstoff der Zwischenraum zwischen mantelrohr (2) und Düsenaußenseite (1) zur Reaktion und der Ausbildung eines entsprechend großen Abgasvolumens zum Ansaugen weiterer Umgebungsluft und dem Aufbau des Vorschubes zu. Der strömungsgünstigen Aufteilung der zugeführten Umgebungsluft in Ansaug- und Verbrennungsluft dient das suf der vorderen Umlenkung d,es Mantelrohres (2) angebrachte Profil.
• L e e r swe t e

Claims (5)

1. M e h r z w e c k - F ö r d e r d ü s e Patentansprüche: (1 ehrzweck-Förderdüse nach dem COANDA - Effekt, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr aus der kinetischen Energie von außen zugeführter schnellströmender, gegendruckempfindl icher und/oder inkompressibler Medien die zur Förderung gleicher oder unterschiedlicher Medien erforderliche Druckdifferenz aufgebaut wird, indem das fördernde Medium an der Außenseite einer nach Art des Venturirohres rotationssymmetrisch ausgebildeten DUse tangential in öhe der Ddsenkehle auf die Innenseite eines rotationssymmetrischen 'lantelrohres auftrifft, welches an seinem geschlossenen Ende mit seinem Boden in Höhe der Kehle an die Audenseite der Düse gasdicht anschließt und sich mit seinem offenen Ende um den Rand der Düseneinlaßöffnung ringförmig fast im Halbkreis herumstiilpt und nach kurzem Weg parallel zur Düseninnenwandung endet, um, durch mindestens einen schraubenförmig an der Innenseite des Mantelrohres ansteigenden Leitsteg in schraubenförmig aufsteigende Rotation vesetzt und anschließend mit der Innenseite des Stülprandes mit nahezu unveränderter Geschwindigkeit umgelenkt, an der Innenseite der Forderdüse schraubenförmig um die Längsachse strömend und zugleich fortschreitend einen schlauchartigen Film zu fornien, der das zu fördernde Medium in sich hineinsaugt, es beschleunigt und unter Oruckerhöhung ausstößt, nicht ohne die Mdglichkeit, selbst durch drallgerechte Öffnungen passender Größe im Diffusorteil der Düse und durch Umlenkung mittels Stülprand eines zweiten Mantelrohres, spiegelbildlich zur Ansaugseite angebracht, nach Leistung der Förderarbeit aus der Düse unter Einwirkung von Unterdruck wieder abgezogen zu werden.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch ein rotationssymmetrisches Mantelrohr um den diverqierenden Teil der Förderdüse, dessen Boden an der Außenseite der Düse in Höhe der Kehle gasdicht anliegt und dessen Mantel sich an der Auslatöffnung um den Rand der Düse herumstülpt und nach kurzem Weg nahezu parallel zur Innenseite der Düse endet, um den der Düseninnenseite zugeführten schlauchartigen Förderfilm an dieser Stelle vom insgesamt angesaugten Volumenstrom abzuspalten und einem in Höhe der Kehle am Mantelrohr tangential angebrachten Austrittsstutzen zuzuführen, welcher gegebenenfalls in die Ansaugöffnung einer weiteren Förderdüse gleichen Funktionsprinzips mit gleichem Fördermdium mündet.
3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch mindestens einen gebogenen und in die Mitte der Förderdüse führenden und mit seinem dort nach Art eines Pitotrohres offenen Ende axial gegen den angesogenen Volumenstrom Rohrstutzen, welcher mit seinem anderen Ende radial in das die Düse umgebende Mantelrohr mündet.
4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch getrennte Zuleitungen in das Mantelrohr, welche tangential neben-, über- oder hintereinander hineinführen zur Vermischung schnellströmender, separat zugeführter Medien, bevor das zu fördernde Medium hinzutritt.
5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein weiteres um das bereits um den konvergierenden Teil der Förderdüse vorhandene Mantelrohr konzentrisch angebrachtes rotationssymmetrisch geformtes Mantelrohr, welches an seinem der Ansaugseite zugewandten Ende mit drallerzeugenden Leitschaufeln an das vorhandene mantelrohr anschließt, während es an seinem der Austrittsseite der Düse zugewandten Ende sich ringförmig um das hier offene innere '1antelrohr herumstülpt und dieses mittels ebenem, am Scheitelpunkt des Stülprandes augen gasdicnt anliegendem und bis zur Düsenaußenseite reichendem moden abdichtet.