DE2003566A1 - Vorrichtung zum Vermischen von stroemungsfaehigen Medien - Google Patents

Vorrichtung zum Vermischen von stroemungsfaehigen Medien

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DE2003566A1 DE19702003566 DE2003566A DE2003566A1 DE 2003566 A1 DE2003566 A1 DE 2003566A1 DE 19702003566 DE19702003566 DE 19702003566 DE 2003566 A DE2003566 A DE 2003566A DE 2003566 A1 DE2003566 A1 DE 2003566A1
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Description

  • Vorrichtung zum Vermischen von strömungsfäbigen Medien Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermischen von strömungsfäbigen Medien.
  • zum Einbringen von z.B. Luft in Flüssigkeiten ist es beispielsweise bekannt, an der Oberfläche der Flüssigkeit ein pumpenrad anzuordnen, das dis Flüssigkeit axial ansaugt und radial nach aussen Über den Flüssigkeitsspiegel hinaus fördert. Durch die starke Bewegung der gesamten Flüssigkeit soll dabei Luft mitgerissen werden. Im Verhält flis zur aufgenommenen Luftmenge ist Jedoch der mechanische Aufwand bei derartigen Vorrichtungen sehr grobe.
  • Es ist auch bekannt, mit Hilfe von Injektoren Luft in die Flüssigkeit einzusaugen und sie mit der Flüssigkeit zu vermischen. Ein derartiges Verfahren hat den Nachteil, dass die in den Injektoren erzielbare Kontaktoberfläche zwischen beiden Medien und ihre Leistung im Verhältnis zum erfofderlichen Energieaufwand gering ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe. zugrunde, eine Vorrichtung zu finden, die geeignet ist, bei einem geringen Aufwand an Energie eine grosse Flüssigkeitsmenge intensiv mit mindestens einem weiteren strömungsfähigen Medium - vorwiegend Gase - in Kontakt zu bringen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine radial durchströmte ringförmige Kammer mit scheibenförmigen Begrenzungswänden vorgesehen ist, die nach aussen in einen ringförmigen Diffusor übergeht, dass zwischen den W.än-, den der Kammer achsengleich ein Treibmediumorgan angeordnet ist und dass der Raum auf beiden Seiten des Treibmediumorganes zwischen den Wänden der Kammer und den scheibenförmigen Begrenzungswänden des Treibmediumorganes mit der Quelle des zuzumischenden Mediums in Verbindung steht. Bei dieser Vor,-richtWpg ist in jeder radialen Richtung die Wirkung eines,.
  • üblicherweise nur in einer Richtung wirkenden Injektorstrahles vorhanden. Die radial durchströmte Kammer mündet zweckmässigerweise ringförmig in einen ringfrrnigen Diffusoraustritt, dessen Querschnitt sich durch den nach aussen größer werdenden Diffusorumfang radial erweitert und bei Bedarf auch noch konisch ausgeführt werden kann - wirkungsgleich normalen Diffusoren.
  • Das zuzumißchende Medium wird durch den fächerförmigenTreibmediumstrahl am Uebergang von der ringförmigen Kammer in den Diffusor angesaugt, durchmischt und erfährt im Iliffusorring die Umwandlung eines Teiles der Geschwindigkeit in Dxuek. Dadurch kommt das Treibmedium auf einer stark vergrösserten Oberfläche mit dem zuzumischenden Medium in Berührung und der den Diffusor umgebenden flüssigen oder gasförmigen Substanz, wodurch eine entsprechend grosse Gesamtflüssig keitsmenge umgewäl-zt wird. Der Bremsdruck eines Gas-Flüssigkeitsstrahls, der beim Eintritt in die umgebende Flüssigkeit entsteht, führt zu einer starken Gasabsorption.
  • In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Diffusor fest unter oder gering über dem Flüssigkeitsspiegel angeordnet, während das Treibmediumorgan als Pumpenrad von-aussen über eine Welle angetrieben wird. Ist der Diffusor über dem Flüssigkeitaspiegel angeordnet, so taucht nur der Saugteil der Vorrichtung in die Flüssigkeit ein.
  • Das umlaufende Pumpenrad saugt die Flüssigkeit axial an und fördert sie in kreisscheibenförmiger Strömung in den Diffusorraum. Da der Diffusorraum mit der Quelle des zuzumischenden Mediums in Verbindung steht, wird durch den Flüssigkeitsstrahl dieses Medium injektorartig in den Diffusor hineingesaugt.
  • Nach einer weiteren Ausführungsförm der Erfindung kann eine vergleichbare Wirkung auch erzielt werden, wenn die ringförmige Kammer und der-Diffusor mit dem Treibmediumorgan auf der gleichen Welle fest aufsitzt und somit ebenfalls -mit'umläuft. Die ringförmige Kammer mit dem Diffusor kann aber auch unabhängig vom Treibmediumorgan drehbar gelagert sein, so dass er erst durch die rotierende Strömung der Flüssigkeit in Drehung versetzt wird. Weiterhin kann-die Flüssigkeit von aussen über ein Rohr dem nicht angetriebenen und beispielsweise feststehenden Treibmedlumorgan unter Druck zugeführt werden. Diese Ausführungsform; hat grosse Aehnlichkeit mit'der bekannten Anordnung eines .Injektors, bei der ebenfalls eine aussenliegende Flüssigkei.tsp,umpe die Treibflüssigkeit liefert, sie hat jedoch den Vorteil, dass das Gemisch aus den Medien durch den radial wirkenden, ringförmigen Diffusor besser z.B. in der Flüssigkeit verteilt wird.
  • Die Figuren 1 bis 4 zeigen in stilisierter Daratellungeweise Axialechnitte durch verschiedene bveispielhafte Ausfübrungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung.
  • Nach Fig. 1 ist die ringförmige Kammer 1 fest mit einem Traggerüst 2 verschraubt. Seine obere scheibenförmige Wand 3 weist in der Mitte eine Oeffnung 4 auf, durch die das zuzumischende Medium, beispielsweise Luft, in den Raum 5 zwischen dem in der Kammer 1 angeordneten Treibmediumorgan 6 und der oberen Kammerwand 3 einströmen kann. Durch die Oeffnung 4 ist auch die Antriebswelle 7 des als Pumpenrad ausgeführten Treibmediumorgans 6 hindurchgeführt, die Teil eines nicht dargestellten Antriebes ist. An der unteren Kammerwand 8 ist ein langer Saugestutzen 9 mit Trichter 10 für die dem Pumpenlaufrad 6 zuströmende Flüssigkeit angebracht. Die gesamte Vorrichtung ist zumindest so weit in die Flüssigkeit eingetaucht, dass das Pumpenrad die Flüssigkeit ohne Schwierigkeiten ansaugen kann. Die Laufschaufeln 11 des Pumpenrades können selbstverständlich auch bis in den Saugestutzen 9 hineingeführt sein. Die Welle 7 des Pumpenrades kann bis in den Saugestutzen hineingeführt sein. Der Saugestutzen 9 weist am Ende einen axial verstellbaren Regelkonus 12 auf, durch den die in den Stutzen eintretende Flüssigkeitsmenge geregelt werden kann.
  • Die Kammerwände 3 und 8 sowie die Begrenzungswände 13 und 14 des Pumpenrades können ihren Abstand zueinander in radialer Richtung zum äusseren Umfang hin verringern. Diese Abstandsverringerung erfolgt beispielsweise in einem begrenzten Bereich, nachdem die Begrenzungswände im inneren Wandbereich beispielsweise parallel zueinander verlaufen sind, so dass die ringförmige Kammer 1 im Querschnitt die Form einer Düse annimmt. Erhält das Treibmediumorgan nach aussen hin eine entsprechende konische Verengung, jedoch mit geringerer Neigung, so entsteht durch das stärkere Aufeinanderzulsufen der Kammerwände 3, 8 zwischen dem Treibmediumorgan und den Kammerwandungen ein sich in radialer Richtung nach aussen verengender Raum 15, durch den das zuzumischende, bei 16 zuströmende Medium injektorartig angesaugt wird. Aus dem Laufradumfang tritt bei 17 eine scheibenförmige Strömung mit hoher Geschwindigkeit aus, die dem sich nach aussen an die Kammer 1 anschliessenden Diffusor 29 zugeführt wird. Die Diffusorwände 27 und 28 können parallele und auch konisch zueinander verlaufen, da die Diffusorwirkung durch den sich durch die Kreisform radial nach aussen vergrössernden Strömungsquerschnitt auch bei parallel verlaufenden Begrenzungsflächen 27, 28 vorhanden ist. Die scheibenförmige Strömung bei 17 teilt den Raum 5 zwischen den Kammerwanden und den Begrenzungswänden des Treibmediumorgans in eine obere Hälfte 5a und untere Hälfte 5b auf, so dass dafür gesorgt werden muss, dass das zuzumischende Medium auch in die untere Hälfte 5b des Raumes gelangen kann. In Fing. 1 ist hierfür eine Leitung 19 vorgesehen. Sollen zwei verschiedene Komponenten der Flüssigkeit zugemischt werden, so kann die zweite Komponente getrennt der unteren Hälfte des Diffusors z.B. Über die Leitung 19 zugefuhrt werden.
  • Die Breite des Diffusorspaltes 18 und damit auch der Abstand zwischen den Diffusorwänden 27 und 28 kann mit Hilfe der Schrauben 20 verstellt werden, so dass die Leistung der Vorrichtung auch im Austrittsbereich der Flüssigkeit beeinflusst werden kann. Soll der Drall der aus dem Pumpenrad (Fig.l) austretenden Flüssigkeit beseitigt werden und evtl. zur Ausnutzung der Flüssigkeitsenergie verwendet werden, so können im Diffusorspalt 18 auch Umlenkschaufeln 21, wie sie in der Pumpentechnik Üblich sind, vorgesehen werden.
  • Die Fig. 2 zeigt in stilisierter Darstellung eine Ausführungsform der Vorrichtung ähnlich wie in Fig. 1, jedoch ist hier die Kammer 1 fest mit dem Pumpenrad 6 verbunden und läuft zusammen mit diesem um. Um bei dieser Ausführung das zuzumischende Medium auch in den unteren Raum 5b zwisohen dem Diffusorgehause und den Pumpenradwandungen zu leiten, können ein oder mehrere Kanäle 22 an der Aussenseite der Kammer 1 entlanggeführt werden, die auf der Oberseite der kammer strahlenförmig nach aussen und auf ihrer unterseite strahlenförmig nach innen verlaufen, wobei die Verbindung zwischen Oberteil und Unterteil durch ein kurzes, quer durch den Diffusorspalt geführtes Rohrstück 23 erfolgen kann. Die gesamte Vorrichtung nach Fig. 2 kann beispislsweise an der Antriebswelle eines Motors, der z.3. aber dem Flüssigkeitsspiegei angeordnet ist, befestigt sein, In Fig. 3 wird nur das Pumpenrad 6 angetrieben während der beispielsweise mit Leitschaufeln 21 versehene Diffusor mit der Kammer l unabhängig drehbar gelagert ist, so dass er erst durch die aus dem Pumpenlaufrad austretende flüssigkeit in Drehung versetzt wird. Auch bei dieser Ausführungsform ist vorteilbaft eine mitumlaufende Rohrverbindung zum nute ren Diffusorraum vorzusshen. Diese Verbindung kann auch in abweichung von der Ausführung nach Fig. 2 durch mehrere kurze Rohrstücke 24 vorgesghen werden, die an mehreren Umfangsstellen qusr durch das Pumpenrad verlaufen.
  • Die Vorrichtung nach Fig. 4 weist keine umlaufenden ie auf. Das Treibmediumorgan 6 und die Kammer l sind fest miteinander verbunden und an einem nicht dargestellten Rahmen befestigt. Das Treibmediumorgan 6, das ebenfalls die Form eines Pumpenrades hat, wirkt hier nur als Verteilerteller fUr das über eine Rohrleitung 25 von aus-aen zuge Treibmedirm. Das zuzumischende Medium, beispielsweise Luft, wird durch den Rohrstutzen 26 angesaugt bzw. zugeführt. Auch bei dieser Vorrichtung wird im Diffußorspalt 18 und auch in dem die Vorrichtung umgebenden Medium auf einer grossen Ober fläche eine starke Vermischung zwischen den medien erzielt.
  • Selbstverständlich kann auch bei einer er Vorrichtungen nach Fig. l bis 3 die Treibenergie in einer auseerhalb der Vorrichtung angeordneten Pumpe erzeugt werden und im Treibmediumorgan zugeführt werden.
  • Für besonders grosse Leißtungen können mehrere Scheiben-

Claims (14)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e @ Vorrichtung zum Vermischen von strömungsfähigen Medien mitzueinander, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial durchströmte ringförmige Kammer (1) mit scheibenförmigen Begrenzungswänden (3, 8) vorgesehen ist, die nach aussen in einen ringförmigen Diffusor (29) übergeht, dass zwischen den Wänden (3, 8) der Kammer- (1) achsengleich ein Treibmediumorgan (6) angeordnet ist und dass der Raum (5a, 5b) auf beiden Seiten des Treibmediumorganes zwischen den Wänden (3, 8) der Kammer (1) und den scheibenförmigen Begrenzungswänden (13, 14)'des Treibmediumorganes (6) mit der Quelle des zuzumischenden Mediums in Verbindung steht.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei,chnet,dass die Kammer (1) mit dem Diffusor (29) feststehend ist und das Treibmediumorgan als drehbar gelagertes Pumpenrad (6) ausgebildet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenrad (6) mit einem Antrieb verbunden ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmediumorgan (6) als stehende Ringdüse ausgebildet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen -den Diffusorwänden (27) und (28) verstellbar ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (1) mit dem Diffusor (293 zusammen mit dem als, Pumpenrad ausgebildeten Treibmediumorgan (-6) auf einer Antriebswelle (7) montiert ist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (1) mit dem Diffusor (29) unabhängig drehbar gslagert ist und nur das als Pumpenrad ausgebildete Treibmediuiorgan mit einem äusseren Antrieb verbunden ist.
  8. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (1) mit dem Diffusor (29) und das als Ringdüse (6) ausgebildete Treibmediumorgan festetehead sind und das Treibmediumorgan mit einer äusseren Strömungsquelle verbunden ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsquerschnitt des Treibmediumorganes veränderbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmediumorgan den Kammerraum (5) in einen oberen Raum (5a) und einen unteren Raum (5b) teilt.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Räume (5a, 5b) über getrennte Kanäle mit der Quell.
    des zuzumischenden Mediums in Verbindung stehen.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Raum (5a) mit den unteren Raum (5b) durch mindestens einen Kanal (22) verbunden ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10, daduroh gekennzeichnet, dass der obere Raum (5a) mit das unteren Raum (5b) mittels durch das Treibmediumorgan (6) hindurchgeführte Kanäle (24) verbunden ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (29) mit Umlenkschaufeln (21) versehen ist.
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