DE1906772C3 - Sprühdose - Google Patents
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F25/00—Component parts of trickle coolers
- F28F25/02—Component parts of trickle coolers for distributing, circulating, and accumulating liquid
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Description
Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse mit Dralleinsatz
und einer sich zu einem großen Sprühwinkel erweiternden Austrittslippe zum Beregnen einer viereckigen
Fläche.
Die Sprühdüse ist insbesondere für Kontaktapparate gedacht, bei denen Wasser gleichmäßig auf die
Oberseite von Einsatzkörpern verteilt wird und sich an den Schichten der Einsatzkörper ein gleichmäßiger,
nach unten strömender Wasserfilm ausbildet, der mit der im Gegensirom oder Querstrom zugeführten
Luft in Kontakt gebracht wird. Auf diese Weise wird das abwärtsströmende Wasser oder gegebenenfalls
die Luft gekühlt.
Die Verteilung des Wassers auf die Oberseite der Einsatzkörper erfolgt in bekannter Weise-durch mehrere
Rohrleitungen, an denen eine große Anzahl dicht nebeneinanderliegender Spriihdüsen angeordnet
ist. Da jede Düse nur einen geringen Sprühwinkel aufweist, ist der Bauaufwand beträchtlich. Ferner
liefern die bekannten Düsen hohle Spritzkegel, so daß in der Mitte der Spritzkegel Teilflächen unbenetzt
bleiben und andererseits Teilflächen zu stark binetzt werden.
Um eine gleichförmige Verteilung einer aus einer Düse austretenden Flüssigkeit zu erreichen, ist es
auch bekannt, vor der Düsenöffnung einen Dralleinsatz vorzusehen, der einen axial gerichteten Durchlaß
und tangential verlaufende DurchlaßöfFnungen aufweist. Dadurch wird der Flüssigkeit eine Drallbewegung
erteilt, so daß ein voller Zerstäubungskegel erzeugt wird (deutsche Patentschrift 71 453). Andererseits
sind auch schraubenlinig geformte Drallcinsätzc bekannt (USA.-Patentschrift 1 731 813).
Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrunde
liegende Aufgabe darin, die Leistungsfähigkeit einer
Sprühdüse beträchtlich zu erhöhen, so daß mit einer
Sprühdüse größere Flächen gleichmäßig beregnet werden können.
Diese Aufgabe ist ertindungsgemäß bei der Sprühdüse der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst,
daß die Ausirittslippe mit abwechselnd aufeinanderfolgenden Wellenkämmen und Wellentälern versehen
ίο ist, die gekrümmt von der Düsenöffnung zu den Austrittsstellen
der Flüssigkeit am Umfang der Austrittslippe verlaufen, und die Schnittpunkte der Tangenten
in den Austrittsstellen mit der zu beregnenden Ebene eine viereckige Fläche umgrenzen.
Mit der erfindungsgemäßen Sprühdüse ist der Vorteil erzielt, daß die Flüssigkeit auf eine viereckige
Niederschlagsfläche verteilt wird, so daß eine größere Fläche als mit den bekannten Sprühdüsen beregnet
werden kann. Das Verhältnis der Seitenlängen der 7u
beregnenden Fläche kann nach Wunsch abgeändert werden und kann bis zu etwa 1,3:1 betragen. Die
Flüssigkeitsverteilung auf der beregneten Fläche ist gleichmäßig. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen,
da;.': die Sprühdüse für verhältnismäßig niedrige Drücke der Flüssigkeit geeignet ist. Dadurch kann die
Leistung der Flüssigkeitspumpe verringert werden. Bei dei Verwendung der Sprühdüsen in Kontaktapparaten,
insbesondere Kühltürmen, ergeben sich erhebliche Einsparungen an Rohrleitungen und an
der Anzahl der Sprühdüsen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Krümmung der Austrittslippe so gewählt, daß der Sprühwinkel
etwa 90 bis 150° beträgt. Dadurch läßt sich die Spritzdüse in einem verhältnismäßig geringen
Abstand oberhalb des Kontaktkörpers anordnen, so daß eine kleinere Bauhöhe ermöglicht ist. Vorzugsweise
beträgt der Sprühwinkel zwischen 115 und 140 .
Ferner kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Umfang der Austrittslippe rechteckig, quadratisch oder kreisförmig sein. Der Außenumfang der Austrittslippe ist s"init unabhängig von der Verteilung der Flüssigkeit auf die zu beregnende Fläche. Für die viereckige Verteilung der Flüssigkeit auf die zu beregnende Fläche sind die Austrittsstellen an der Austrittslippe wesentlich, deren Tangenten mit der zu beregnenden Fläche bestimmte Winkel einschließen, wie nachstehend erläutert ist. Infolge der großen Sprühwinkcl ist die Düsenlänge \ orhältnismäßig kurz, so daß sich auch hier eine Einsparung .in Baulänge eines Kontaktapparates ergibt.
Ferner kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Umfang der Austrittslippe rechteckig, quadratisch oder kreisförmig sein. Der Außenumfang der Austrittslippe ist s"init unabhängig von der Verteilung der Flüssigkeit auf die zu beregnende Fläche. Für die viereckige Verteilung der Flüssigkeit auf die zu beregnende Fläche sind die Austrittsstellen an der Austrittslippe wesentlich, deren Tangenten mit der zu beregnenden Fläche bestimmte Winkel einschließen, wie nachstehend erläutert ist. Infolge der großen Sprühwinkcl ist die Düsenlänge \ orhältnismäßig kurz, so daß sich auch hier eine Einsparung .in Baulänge eines Kontaktapparates ergibt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erlindung
ist der Durchmesser der Düsenöffnung durch Düseneinsätze veränderbar. Dadurch kann in einfächer
Weise die Größe der zu beregnenden Fläche ν ei ändert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend an 1 land der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 in schcmatischer Darstellung eine Draufsicht
auf eine Rohrverteilung mit Spriihdüsen zur Beregnung von Kontaktkörpern,
Fig. 2 einen Schnitt in vergrößertem Maßstab durch eine Sprühdüse,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Düsenöffnung mit
einem Düseneinsatz,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Unterseite
einer Sprühdüse,
1 77°
F i μ. > eine perspektivische Darstellung mehrerer
■s. ruhdüseii zur Beregnung ines Kontakt^örperv
!■"ig 6 einen leilschnitt durch eine Sprühdüse mit
■ alleinsatz,
! ι g. 7 ein Vektordiagramm der au.·, der Sprühdüse i
.:iis'retcud:'n Flüssigkeit.
!■'ig. 8 eine schematische Darstellung der Fiüssiü-'■
.!tsv.rteikmg auf der zu beregnenden Fläche und
1- i g. 4 eine schematische Darstellung der FIüsmük.itsverteihmg
an der gekrümmter. Unterseite der •Viistritislippe.
im oberen Teil der Fig. I ist mit gestrichelten
Linien die bisherige Ausführungsform bei Kühl- : irmen dargestellt, bei der viele Düsen 16 an ein Ver-
■ eiieirohr 14 angeschlossen waren: die Düsen
-;iühen ungleichmäßig un, verstopfen leicht.
Gemäß der Gründung .sind dagegen in Fin. 1 an
Lis Verteilerrohr 30 mit seinen Zweigleitungen 32
λ eilige Sprühdüsen 34 angeschlossen, von denen jede •::e ; ewiiiischte rechteckige, beispielsweise quadra- ac
■ -ehe Fläche 36 gleidim.il'ii' beiegccl Die Größe
·. :■ I Liehe ist nur von den Abmessi'iu',en :1er verwen-.-en
Spiühdüse abhangig. FKrKi μ jede Sprüh-■
: -e 34 nahe dem oberen 1 :ule der gewellten Schich-
: 12 eines Kiihliurrnes angebracht, um eine 110- a»;
.: .ingtc Bauweise für das direkt über den Schichten
! - eingebaute Verteilerrohrnetz zu ermöulichen. wie
'·:·■ I- i g. 5 hervorgeht. Beispielsweise können die
'·.:■ i iiluluMjn 34 für einen Durchlaß von bis zu etwa
■ -''I item je Minute, verglichen mit ilen etwa 5.7
'■••is 1 1 Litern je Minute der bisherigen Düsen 16, bestimmt
sein, und es genügen niedrigere bumpeu-
' 1 L i g. 5 ist eine Gegenstronikühlvorrichtuiii:
; gestellt, hei der das von den Sprühdüsen abietic-
;·.-:κ· V,\.-s.?r an den einen Finsatzkörper bildenden
NJiIvIItCH 12 abwärts rieselt und Luft aus der Um-.!MIiVJ
diiich mehl iiezeiiite untere ί inlaßschlitze
;u:t;els eines Gebläses angesaugt und aufwärts geil· ili.Kl wird, wobei sie mit dem ununterbrochen ab-■A.iris
rinnenden dünnen Wasserlilm in Berührung
■,onimt und dadurch das Wassergekühlt wild.
Jede Zweigleitung 32 ist gemäß Fig 2 an seiner
' lüciseilc au bestimmten Stellen aulgebohrt; in die OÜnungen sind Hülsen 38 eingesetzt, die bei 40 vor-/1
-.weise >erschweißt oder in anderer Weise llüssiuki
iisiheht mit dem Verteilerrohr verbünde:) sind. Jede
Hülse 38 ist am unteren F.nde. wie mit gestrichelten ! mien angedc.'ei. mit einem Schlitz 42 zur AuI-aahnie
eines Bele-tiL'ungsansat/es 44 versehen, der an
de Düse 34 befestigt ist, so daß die Düse 34 nach Ai! eines Bajonettverschlusses mit der Hülse 38 lösbar
verbunden ist Selbstverständlich kann auch ein anderer S. hnellv 1. rschluß vorgesehen sein, um eine
Düse in einer Hülse zu befestigen. 5;
Die obere Außenwand 46 der Sprühdüse hat so
engen Gleitsitz mii der Innenwand der Hülse 38, daß bequemer hin- und Ausbau der Düse möglich ist,
uhcr kem Wasser hindurditrela] kann.
Ein Dralleinsatz. SO ist in den zylindrischen Körper der Sprühdüse eingesetzt und ruht auf einem an der
inneren Düscnvvand ausgebildeten Absatz. 48. Der Dralleinsatz 50 hat vier schrägverlaufende Schlitze
oder Kanäle 52, durch die das Wasser aus dem Raum 4") in die Kammer 56 und zur Düsenöffnung 54 gelangt.
Die Kanäle erteilen dem Wasser eine schnelle Dreh wirbelbewegung, wenn es in die Kammer 56 eintritt;
infolge ri> . Drehbewegung strebt das Wasser zentrifugal auswärts und tritfl bei seinem Durchgang
durch die Dusenollnung 54 au! die Außenwände der
Düse und wird an die in lvs:immter Weise ausgeformten
Flachen einei Ausiritislippe 58 an der I nierseite
de: Sprühdüse gepreßt, folgt diesen Flächen auswärts und wird dadurch in einem großen Sprünwinkel
abgesprüht, iv-.ibei eine rechteckige 1 lache beregnet
wird.
Gemäß der Lrh'ndung ist die Austrittslippe 5£>
an der Unterseite mit Wellenkämmen 60 versehen, dl·.1
mit Wellentälern 62 abwechseln, wie in der Boden-.'.nsicli:
der Düse . 1 F i g. 4 gezeigt ist. Dabei sind die Wellenkämme 60 und Wellentäler 62 in einem Abstand
voneinander vorgesehen, verlaufen ferner gekrümmt und folgen derart abwechselnd aufeinander,
daß sie den Regen mit einem großen Sprühwinkel, vorzugsweise zwischen 90 und 150 . zu der lotrechten
Dusenollnung 54 auf eine rediteckige. beispielsweise
quadratische Fläche gleichmäßig verteilen. Wie aus F i s:. .· ersichtlich, sind die W elienkäminc 60 und
Wellentäler 62 g.genübe, den Achsen/i' und ( versetzt,
um die Achse .-I gcdrcl.i, angeordnet, wobei die
Achse .-I die lotrechte Mittelachse der Düse ist.
Die Fig. ή zeigt im Querschnitt lic wesentlichen
Teile der Sprühdüse, in der das Wasser teils durch den mittleren Durchlaß 51 und teils durch die schräggestellten Kanäle 52 nach unten strömt. Das Wasser
rotiert somit mit hoher Geschwindigkeit in dem Außenteil der Kammer 56, während es sich im \lii-K-iieil
lotrecht abwärts bewegt.
Betrachtet man nun ein Wasserteilchen bei seinem
Durchgang durch die Dusenollnung 54. so ist es. wie
aus Fit;. 7 ersichtlich, einer abwärts gerichteten
Kr.'tft b und einer Fliehkraft α ausgesetzt. Die Kraft '<
resultiert aus dem in der Wirbelkammer 56 hen sehenden Zw iseheildruck und dem Grav itationsgelälle
Die Fliehkraft (f wird durch die Drallwirkung dei
schräggestellten Kanäle52 auf die Flüssigkeit erzeugt.
Der Vektor 1 ist die resultierende, auf das Wassei
wirkende Krall und bestimmt die Bahn des Wasser teilchens, wenn es die Oberfläche der Austrittslippe
58 verläßt.
Größe und Richtung dieser Kralle lassen sich
gegenseitig beeinflussen. W.-nn die DüsenölTniing 54
sehr groß ist. wird der eanze Druckabfall in dein
Drallemsaiz 50 erfolgen. Fine unvei hältnisinäßig
weite Diisenölfnung 54 wird jedoch so niedrige Geschwindigkeiten
mit sich bringen, iLil.1 es schweri.ii
len wird, die gewünschte Verteilung zu erhalten. Fbenso wird, wenn die Düsenoffnung 54 zu en;.' ist.
lic: Hauptteil des Druckabfalls an dieser Öffnung erfoliien. und die daraus sich ergebende AuslaHüc
!■ehwindigken wird hinsichtlich des Fliehkrativ ek
tors ί ·γ hoch vein, daß das v.rspiühtc Wasser nicht
ilen 'jewünsehten großen Sprühvunke! ei reichen
wird. Dadurch, daß man die Kraft h im Verhältnis zu dev Fliehkraft u klein hält, ermöglich; die resiil
tiefende Kräfte einen sehr gioßen Spriiliwinkel Itu
den Sprühict;cii. I.λ lsi durchaus möglidi, dicv,-Kräfte
so zu wählen, daß man einen Sprühwinkel von insgesamt 140" erhält.
Fs ist jedoch notwendig, den Austiiitswinki! finden
Sprühregen zu verändern, indem man ihn sum
dig um den Umfang des kreisförmigen Wasserstrahl les so ändert, daß das Wasser tatsächlich eine qua
dratischc oder rechteckige Fläche beregnet. Vac!.. Fig. H ist eine Sprühdüse an dem l'unkt / aul der
Mittellinie über dem Punkt Y angebracht. Die
Fig. 8 zeigt schematisch mir eine Hälfte der zu benetzenden
Fläche. Das Wasser soll gleichmäßig entlang der Begrenzungslinie X des Quadrates abgegeben
werden. Das Wasser, das bei Z in Richtung des Punktes Xl austritt, bildet mit der Oberseite des
Einsatzes, also mit der zu beregnenden Fläche, einen Winkel/! (d.h. den zwischen den Linien Xi-Z und
Xi-Y gebildeten Winkel). Wenn nun die mit Z bezeichnete
Höhenlage der Sprühdüse über dem Punkt Y niedrig sein soll, so ergeben sich beispielsweise
folgende Winkel für Xl bis XS:
Winkel A 18·,
Winkel B 22°,
Winkel C 24°,
Winkel D 22 \
WinkelE 18 \
Die Krümmung der Austrittslippe 58 in Fig. 6 ist nun so berechnet, daß eine Tangente zu ihr ungefähr
das Gefälle der Linien hat, welche den oberen Schenkel der Winkel A, B, C, D und E bilden.
Da jedoch das Wasser schnell rotiert, wenn es durch die DüsenöfTnung hindurchtritt, hat die Fliehkraft
zur Folge, daß erhebliche Berichtigungen notwendig sind, um das Wasser gleichmäßig entlang der
Begrcnzungslinie X abzugeben. Dies ist in Fig. 9
erläutert. Um einen Teil des Wassers auf den Punkt ΑΊ zu richten, wandert das in Drehwirbelbewegung
befindliche Wasser von dem Punkt 170 über die gekrümmte Austrittslippe zu der Austrittsstelle 260, an
der es abströmt und nicht mehr kontrollierbar ist.
Es ist zu beachten, daß der Punkt 170 durch die Drehbewegung des Wassers um fast 90° von dem
Punkt X1 entfernt ist, für den dieses Wasser bestimmt
ist. Für den Punkt X 2 bestimmtes Wasser wandert über eine gekrümmte Fläche, die sich von
dem Punkt 180 zu der Austrittsstelle 250 erstreckt.
Die Tangente in dieser Austrittsstclle muß abweichen
von der Tangente in der Austrittsstelle 260, weil der Winkel D (Fig. 8) ein anderer ist als der Winkel B,
Aus F i g. 9 ist ersichtlich, daß der Umfang der Sprühdüse quadratisch, kreisrund oder rechteckig
sein kann. Bei der vorliegenden Ausführung ist der Abschnitt zwischen 130 und 140 an der Seite als
lotrechte Oberfläche eines Zylinders ausgeformt, und wenn diese Form für alle vier Viertel benutzt würde,
ίο würde sich eine kreisrunde Austrittslippe ergeben.
Ausschlaggebend ist nur, den Umfang der Lippenunterseite über einen ausreichend langen Abschnitt
zu kontrollieren, um die gewünschte Tangente festzulegen, wie etwa die Linie 100 in der Fig. 6. Nachdem
einmal die gewünschte Krümmung für die Oberfläche festgelegt ist, kann sich die Oberfläche
der Düse im übrigen nach außen fortsetzen und in jeder beliebigen Form enden. Der ebenflächige Abschnitt
270 in F i g. 9 ist somit unwirksam und hat keinen Einfluß auf den Wasserstrom. In ähnlicher
Weise könnte die Ecke 150 abgerundet, ein flacher Abschnitt an der Auslrittsstclle 240 oder zwischen
den Austrittsstellen 230 und 220 eine Krümmung 280 vorhanden sein.
Durch Änderung der Menge und des Druckes des Wassers sowie abhängig von der Weite der Austrittsöffnunp
läßt sich eine gleichmäßige Beregnung für größere oder kleinere quadratische Flächen erzielen.
Die Größe der quadratischen Fläche wird durch den Einbau der Düse in richtiger Höhe über dem oberen
Ende der gewellten Schichten bestimmt. Jedoch ist es auch mögüCn, gemäß F i g. 3 ciiieii DübciicinsuL·
66 vorzusehen, der eine kleinere Düsenöffnung 64 hat, um die Weite der Düse zu ändern.
Vorzugsweise läßt sich die Sprühdüse aus Kunststoff herstellen. Die Sprühdüse kann aber auch aus
Metall gegossen oder aus keramischen Werkstoffen hergestellt sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
3601
Claims (4)
1. Sprühdüse mit Dralleinsatz und einer sich zu einem großen Sprühwinkc! erweiternden Austrittslippe
zum Beregnen einer viereckigen Flache, d a d u r e h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Austrittslippe
(58) mit abwechselnd aufeinanderfolgenden Weilenkämmen (60) und Wellentälern (62) versehen ist, die gekrümmt von der Düsenöll'nung
(54) zu den Austrittsstellen der Flüssigkeit am Umfang der Austrittslippe verlaufen, und
die Schnittpunkte der Tangenten (.Y 1 Z. X 2Z.
XiZ . . ,) in den Austrittsstellen mit der zu beregnenden
Ebene eine viereckige Fläche um grenzen.
2. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühwinkel durch die
Krümmung der Ausirittslippe (58) etwa 90 bis
150 Kirägt.
3. Sprühdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Uiiifang der Austrittslippe (58) rechteckig, quadratisch oder kreisförmig
isi.
4. Sprühdüse nach ^niem der Ansprüche 1
bis .1. dadurch gekennzeichnet, daß der Durch
messer der DüsenölTnung (54) durch Düseneinsätze
(66) veränderbar ist.
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