DE3026014A1

DE3026014A1 - Duese zur erzeugung eines spraystrahles

Info

Publication number: DE3026014A1
Application number: DE19803026014
Authority: DE
Inventors: George F Aprea; Werner P Pohle
Original assignee: STEINEN Manufacturing CO WM
Current assignee: STEINEN Manufacturing CO WM
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1981-01-29
Also published as: US4231524A; NL8003986A

Description

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PA 146 Wm. Steinen Mfg. Co.

29 East Halsey Road Parsippany, New Jersey-United States of America

7, JuIi 1980 Düse zum Erzeugen eines Spraystrahles

Die Erfindung betrifft eine Düse zum Erzeugen eines Spraystrahles durch Zerstäuben von Flüssigkeit längs einer Auslaßa,chse, mit einem konischen Auslaßteil, der an seinem stromabwärtigen Ende eine Auslaßöffnung aufweist und um die Auslaßachse zentriert ist, mit einer zylindrischen Wirbelkammer, die am stromaufwärtigen Ende des Auslaßteils angeordnet und um die Auslaßachse zentriert ist _f mit einem Einlaßteil, der stromaufwärts der Wirbelkammer liegt und eine Einlaßöffnung aufweist, die um eine zur Auslaßachse im. wesentlichen rechtwinklige Einlaßachse zentriert ist, und mit einem Übergangskanal zwischen der Einlaßt öffnung und der Wirbelkammer,

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Die Erfindung betrifft insbesondere große Spraydüsen, die einen kegelförmigen Spraystrahl auf einer Achse erzeugen, welche rechtwinkelig zu einer Achse einer Einlaßöffnung der Düse verläuft. Die Erfindung ist eine Verbesserung der Düse nach der US-PS 3 326 473,

Bei Spraydüsen zur Abgabe von verhältnismäßg großen Volumen an Flüssigkeit ist die Gestalt und Qualität des ausgestoßenen konischen Spraystrahles weitgehend von der in der Wirbelkammer der Düse vorhandenen Turbulenz abhängig. Mit zunehmender Turbulenz in der Wirbelkammer wird der Sprühkegelwinkel kleiner und der ausgestoßene Flüssigkeitsstrom wird regelloser und unberechenbarer.

Der Stand der Technik na,ch der genannten US-PS 3 326 473 berücksichtigt dieses Problem und versucht es dadurch zu lösen, daß Flüssigkeit tangential zur Innenfläche der Wirbelkammer in diese Wirbelkammer eingebracht wird. Die Konstruktion der aus der US^PS 3 326 473 bekannten Düse ist jedoch derart, daß die Tangentialität der in die Wirbelkammer einströmen^ den Flüssigkeit verhältnismäßig klein ist, so da,ß sich nur eine begrenzte Verbesserung ergibt.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, durch entsprechende Ausbildung der Düse die Qualität des Spraystrahles, zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den 9auptanspruch gelöst.

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Gemäß der Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung der Sprayqualität durch eine Düsenkonstruktion erzielt, bei welcher eine verhältnismäßig große Menge an in die Wirbelkammer eingebrachter Flüssigkeit tangential zur Innenwand dieser Wirbelkammer verläuft. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß unmittelbar stromaufwärts der Wirbelkammer ein Übergangskanal mit einer ebenen Fläche von bedeutender Breite vorgesehen ist/ deren eine Ende tangential zur Innenfläche der Wirbelkammer verläuft. Im Querschnitt gesehen hat der Über·^ gangskanal einen geraden Hauptabschnitt, welcher in der Ebene der ebenen Fläche liegt und parallel zur Auslaßachse der Düse verläuft. Der Rest des Querschnittes des übergangskanals verläuft symmetrisch zu einer Linie, welche den geraden Hauptabschnitt rechtwinkelig halbiert. Dieser verbleibende Teil des Übergangskanals verläuft, ausgehend von dem geraden Hauptabschnitt aus, im wesentlichen keil" bzw. kuppeiförmig, wie dies aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ersichtlich ist.

Besondere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß die Einlaß- und Auslaßöffnung auf sigh im wesentlichen rechtwinkelig kreuzenden Achsen liegen und so ausgebildet sind, daß sich eine hohe $pra,yqua,lität ergibt. Durch die Erfindung kann ferner die Turbulenz in der Düsen-Wirbelkammer verringert werden. Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß ein großer Teil der in die Wirbelkammer eintretenden Flüssigkeit tangential zur Innenfläche der Wirbelkammer strömt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den UnteranSprüchen.

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Mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen als Beispiele beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt längs der Ebene 1-1 in Fig, 2 in Richtung der Pfeile 1-1 gesehen einer Spraydüse nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht der Spraydüse auf deren Einlaß bzw, stromaufwärtiges Ende gesehen,

Fig, 3 einen Schnitt längs der Ebene 3-3 in Fig. 2 in Richtung der Pfeile 3-3 gesehen,

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform nach der Erfindung ähnlich Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt des Übergangskanals längs der Ebene 5-5 in Fig. 3 in Richtung der Pfeile 5-5 gesehen,

Fig. 5A und 5B verschiedene weitere Querschnittsformen

des Übergangskanals ähnlich Fig. 5,

Fig, 6 eine weitere Ausführungsform einer

Püse nach -der Erfindung auf deren Einlaß bzw. stromaufwärtiges Ende gesehen,

Fig. 6A und 6B Seitenansichten in Richtung der Pfeile

6A-6A und 6B-6B von Fig. 6 gesehen,

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Fig. 7 und 8 Querschnitte längs der Ebenen 7-7 bzw. 8-8 in Fig. 6 in Richtung der Pfeile 7-7 bzw. 8-8 gesehen,

und Fig. 9 eine Vorderansicht in Richtung der Pfeile 9-9 in Fig. 6B gesehen.

Die Düse 10 der Figuren 1 bis 3 weist ein einstückig gegossenes Gehäuse mit einer zylindrischen Wirbelkammer auf, die zentrisch zu einer Auslaßachse 12 angeordnet ist. Am stromabwärtigen Ende der Wirbelkammer 11 befindet sich ein konischer Auslaßabschnitt 14, Das enge stromabwärtige Ende des Auslaßabschnittes 14 ist mit einer Auslaßöffnung

15 versehen, durch welche von der Düse 10 Flüssigkeit in Form eines konischen, zur Auslaßachse 12 zentrischen Spraystrahles ausgestoßen wird.

Die Düse 10 enthält außerdem einen zylindrischen Einlaßabschnitt 16 mit einer Einlaßöffnung 17 zentrisch zu einer Einlaßachse 18. Letztere schneidet die Auslaßachse 12 und verläuft rechtwinkelig dazu. Eine Flüssigkeits-Zufuhreinrichtung, beispielsweise ein nicht dargestellter Schlauch, kann auf ein Außengewinde

19 des Einlaßabschnittes 16 der Düse 10 aufgeschraubt werden. Das stromabwärtige Ende des Einlaßabschnittes

16 ist durch einen Übergangskanal 20 mit der Wirbelkammer 11 verbunden. Im Querschnitt längs einer Ebene rechtwinkelig zur Richtung der Flüssigkeitsströmung durch den Übergangskanal 20 ist dieser übergangskanal

20 mit einem geraden Haupabschnitt 21 und einem Restteil bzw. Abschnitt 22 versehen, welcher, ausgehend vom Hauptabschnitt 21, eine sich verjüngende bzw.

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zu einem Höchstpunkt hin zusammenlaufende Form hat, und symmetrisch zu einer Linie 23 angeordnet ist, welche die rechtwinkelig verlaufende Halbierungslinie des Hauptabschnittes 21 ist. Der gerade Hauptabschnitt 21 befindet sich auf einer flachen bzw. ebenen Fläche 25, die sich, bezogen auf diese Querschnittsansicht, über die volle Länge des Übergangskanals 20 erstreckt und parallel zur Auslaßachse 12 verläuft. Das stromabwärtige Ende der ebenen Fläche 25 verläuft tangential zur Zylinderflache 26 der Wirbelkammer 11. Während sich Teile der Wirbelkammer 11 axial über beide Seiten 27 und 28 der ebenen Fläche 25 hinaus erstrecken, hat diese ebene Fläche doch eine verhältnismäßig große Breite und die Tangential!tat zwischen den Flächen 25 und 26 ist über die volle Breite der Fläche 25 gegeben. Deshalb strömt ein verhältnismäßig großer Teil der Flüssigkeit des Übergangskanals 20 im wesentlichen tangential zur Kammerfläche 26, so daß in der Wirbelkammer 11 verhältnismäßig wenig Turbulenz erzeugt wird. Dieser Mangel an Turbulenz in der Wirbelkammer 11 führt zu einem kon trollierten weiten Konuswinkel des aus der Öffnung 15 ausgestoßenen Strahles.

Entsprechend Fig,5 hat der nach unten sich verjüngende Abschnitt 22 des Übergangskanals 20 eine halbkreisförmige Gestalt und einen Radius, welcher gleich der halben Länge des geraden Hauptabschnittes 21 ist. Die Figuren 5A und 5B zeigen alternative Querschnittsformen für Übergangskanäle zwischen dem Einlaßabschnitt 16 und der Wirbelkammer 11. Die Übergangskanäle 20a und 20b der betreffenden Figuren 5A und 5B haben jeweils einen geraden Hauptabschnitt 21 und einen symmetrisch zur Linie 23 nach unten verjüngten Abschnitt.

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In Fig. 5A schließen sich an die Enden des geraden Hauptabschnittes 21 zueinander konvergierende gerade Seitenabschnitte 31 und 32 an, die über einen Bogenabschnitt 33 miteinander verbunden sind. In Fig. 5B schließen sich an die voneinander abgewandten Enden des geraden Hauptabschnittes 21 konvergierende gerade Seitenabschnitte 41 und 42 an, die durch einen geraden, parallel zum Hauptabschnitt 21 verlaufenden, Verbindungsabschnitt 43 miteinander verbunden sind.

Während die Erfindung vorstehend anhand einer Düse mit einem Übergangskanal 20 beschrieben wurde, dessen verhältnismäßig große ebene Fläche 25 tangential zur Grenzfläche 26 der Wirbelkammer 11 verläuft, können in der Praxis auch dann noch annehmbare Ergebnisse erzielt werden, wenn geringe Abweichungen von der genauen Tangentialität vorhanden sind. Beispielsweise ist die Düse 50von Fig. 4 identisch mit der Düse 10 von Fig. 3, mit Ausnahme, daß eine ebene Fläche 55, die zum Teil einen Übergangskanal 60 bildet, im wesentlichen, jedoch nicht genau, tangential zur Wand der Wirbelkammer 11 verläuft, In der Praxis kann die Wirbelkammer 11 beispielsweise einen Durchmesser von 8,9 mm haben und die Abweichung "d" γοη der genauen Tangentialität für die ebene Fläche 55 kann 1,6 mm betragen.

Die Figuren 6 big 9 zeigen ein einstückig gegossenes Gehäuse mit einer zylindrischen Wirbelkammer 71 zentrisch bezüglich einer Auslaßachse 72. Am stromabwärtigen Ende der Wirbelkammer 71 befindet sich ein konischer Auslaßabschnitt 74, Das enge stroma,bwärtige Ende des Auslaßabschnittes 74 ist mit einer Auslaßöffnung 75 versehen,durch welche aus der Düse 70 Flüssigkeit

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in Form eines zur Auslaßachse 72 zentrischen, konischen Spraystrahles austritt.

Die Düse 70 enthält ferner einen zylindrischen Einlaßabschnitt 76 mit einer zu einer Einlaßachse 78 zentrischen Einlaßöffnung 77, Die Einlaßachse 78 schneidet die Auslaßachse 72 und verläuft rechtwinkelig zu ihr. Eine nicht gezeigte Flüssigkeits-Zufuhreinrichtung, beispielsweise ein Schlauch, kann an ein Außengewinde

79 des Einlaßabschnittes 76 der Düse 70 angeschlossen werden. Das stromabwärtige Ende des Einlaßabschnittes 76 ist durch einen Übergangskanal 80 mit der Wirbelkammer 71 verbunden. Im Querschnitt längs einer Ebene 8A^8A in Fig. 8 rechtwinkelig zur Richtung der Flüssigkeitsströmung durch den Ubergangskanal 80, in Richtung der Pfeile 8A-8A gesehen/ hat der Übergangskanal

80 die in Fig. 5 gezeigte Halbkreisform. Auch hier sind wieder andere Querschnittsformen möglich, beispielsweise die von den Figuren 5A und 5B. Eine Seite des Übergangskanals 80 ist durch eine ebene Fläche 85 gebildet, welche sich längs der Richtung der Flüssigkeitsströmung durch den Übergangskanal 80 erstreckt und parallel zur Einlaßachse 78 verläuft. Das stroma,bwärtige Ende der ebenen Fläche 85 verläuft tangential zur Zylinderfläche 86 der Wirbelkammer 71. Während sich Teile der Wirbelkammer 71 axial über beide Seiten 87 und 88 der ebenen Fläche 85 erstrecken, wie dies in Fig, 7 durch eine Linie 81 angedeutet ist, hat die ebene Fläche 85 doch eine verhältnismäßig große Ausdehnung und die Tangential!tat zwischen den Flächen 85 und 86 ist im wesentlichen über die gesamte Breite dieser ebenen Fläche 85 vorhanden. Deshalb verläuft ein

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verhältnismäßig großer Teil der durch den Übergangskanal 80 strömenden Flüssigkeit im wesentlichen tangential zur Fläche 86, so daß in der Wirbelkammer 71 nur eine verhältnismäßig geringe Turbulenz erzeugt wird. Dieser Mangel an Turbulenz in der Kammer 71 führt zu einer genau bestimmbaren Weitwinkel-Auslaßströmung aus der öffnung 75.

Aufgrund dieser dem Fachmann gegebenen Lehre sind ihm weitere Ausführungsformen und Änderungen möglich.

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Claims

PA 146 Wm. Steinen Mfg. Co.

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7, Juli 1980 Patentansprüche

1, Jzum Erzeugen eines Spraystrahles durch Zerstäuben von Flüssigkeit längs einer Auslaßachse (12,;72), mit einem konischen Auslaßteil (14;74), der an seinem stromabwärtigen Ende eineAuslaßöffnung (15; 75) aufweist und um die Auslaßachse zentriert ist, ferner mit einer zylindrischen Wirbelkammer (11;71), die am stromaufwärtigen Ende des Auslaßteils (14; 74) angeordnet und um die Auslaßachse (12;72) zentriert ist, weiter mit einem Einlaßteil (16;76), der stromaufwärts der Wirbelkammer (11;71) liegt und eine Einlaßöffnung (17;77) aufweist, die um eine zur Auslaßachse (12;72) im wesentlichen recht-* winkelige Einlaßachse (18;78) zentriert ist,und mit einem Übergangskanal (20;80) zwischen der Einlaßöffnung (17;77) und der Wirbelkammer (11;71), dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangskanal (20;80) im Querschnitt quer zur Richtung der Flüssigkeitsströmung einen geraden

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Hauptabschnitt (21;85) und einen Teil mit einem sich vom Hauptabschnitt (21;85) aus erstreckenden, sich verjüngenden Abschnitt (22) aufweist, wobei sich der Hauptabschnitt (21;85) an einer ebenen Fläche (25;85) des tibergangskanals (2O;8O) befindet, die ebene Fläche (25;85) und der Hauptabschnitt C21) parallel zur Auslaßachse (12;72) liegen und die ebene Fläche (25;85) auch im wesentlichen tangential zur Innenfläche (26;86) der die Wirbelkammer (11;71) bildenden Wand verläuft.

2, Düse nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende Abschnit (22) symmetrisch mit Bezug auf eine Symmetrielinie (23) ausgebildet ist, welche rechtwinkelig zum genannten geraden Hauptabschnitt (21) verläuft und von einem Punkt auf halber Strecke zwischen den Enden des geraden Hauptabschnittes (21) ausgeht.

3, Düse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der sich, ausgehend vom geraden Hauptabschnitt (21),.verjüngende Abschnitt (22) einen Bogenabschnitt (33) enthält.

4, Düse nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Bogenabschnitt die Form eines Halbkreises hat, dessen Mittelpunkt auf halber Strecke zwischen den Enden des geraden Hauptabschnittes (21) liegt und dessen Radius halb so groß wie die Länge des geraden Hauptabschnittes/ im Querschnitt gesehen, ist.

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5, Düse nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach unten verjüngende Abschnitt gerade Seitenabschnitte (41,42) aufweist, welche sich von den Enden des geraden Hauptabschnittes (21) aus wegerstrecken.

6, Düse nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Seitenabschnitte (41,42) des sich verjüngenden Kanalabschnittes an ihren vom Haupte abschnitt (21) abgewandten Enden durch einen geraden Abschnitt (43) miteinander verbunden sind, der parallel zum Hauptabschnitt (21) verläuft.

7, Düse nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die geraden Seitenabschnitte (31,32) an ihren vom Hauptabschnitt (21) entfernten Enden durch einen Bogenabschnitt (33) miteinander verbunden sind.

8, Düse na^ch einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Punkte des Übergangskanals (.2Q; 80) , welche nicht dem Hauptabschnitt (21;85) angehören, keinen größeren Abstand von der genannten Symmetrielinie haben, als die Enden des Hauptabschnittes von dieser Symmetrielinie.

9, Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

d a, d u r c h gekennzeichnet, daß sich die Wirbelkammer (11;71) in ihren Abmessungen parallel zur genannten Auslaßachse (12;72) zu

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einem wesentlichen Teil über beide Seiten (27,28; 87/88) des genannten ebenen Abschnittes bzw« der genannten ebenen Fläche (21;85) hinauserstreckt.

10, Düse nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der sich verjüngende Abschnitt (22) sich vom geraden Hauptabschnitt (21;85) konvergierend wegerstreckende, einen Bogenteil aufweisende Abschnitte enthält.

11, Püse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ebene Fläche des geraden Hauptabschnittes C25;85) sich in einer zur Eingangsachse (18;78) unter einem bestimmten Winkel verlaufenden Ebene befindet (Winkel ^ O und vorzugsweise <^ 90° ).

12, Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, da.ß sich die ebene Fläche bzw. der gerade Hauptabschnitt (21;85) in einer Ebene befindet, die parallel, jedoch seitlich versetzt zur genannten Einlaßachse (18;78) verläuft.

13, Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

da. durch gekennzeichnet, daß sich die Einlaßachse (18;78) und die Auslaßachse (12;72) schneiden.

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