EP0196575A2 - Vorrichtung zum Durchmischen von zumindest einem Strömungsmedium - Google Patents

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EP0196575A2
EP0196575A2 EP86103912A EP86103912A EP0196575A2 EP 0196575 A2 EP0196575 A2 EP 0196575A2 EP 86103912 A EP86103912 A EP 86103912A EP 86103912 A EP86103912 A EP 86103912A EP 0196575 A2 EP0196575 A2 EP 0196575A2
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pump impellers
pump
impellers
flow
inner shaft
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/40Mixers with rotor-rotor system, e.g. with intermeshing teeth
    • B01F27/41Mixers with rotor-rotor system, e.g. with intermeshing teeth with the mutually rotating surfaces facing each other
    • B01F27/412Mixers with rotor-rotor system, e.g. with intermeshing teeth with the mutually rotating surfaces facing each other provided with ribs, ridges or grooves on one surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F27/81Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F27/80Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/84Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis with two or more stirrers rotating at different speeds or in opposite directions about the same axis

Definitions

  • the invention relates to a device for mixing at least one flow medium, wherein at least two partial flows of the flow medium are brought together to produce a turbulent flow.
  • Turbulence in flow media that is as strong as possible can be exploited in numerous chemical and physical processes. It is known that the greater a - fluctuating movement to the main flow direction, the more turbulent is a flow. It is known to direct a control flow transversely to a main flow in order to achieve a change from laminar flow to turbulent flow at the impact heads. At this envelope, the pressure drops sharply and the flow media "jump" in the transverse direction, so to speak. (See Lueger, Lexikon dertechnik fourth edition, volume 1 and 14, pages 587 and 589, and pages 521, 522).
  • the aim is to create a device with which great turbulence can be achieved in an economical manner.
  • the device according to the invention is characterized by at least two pump impellers which are parallel to one another and coaxially arranged with respect to one another for the partial flows, adjacent pump impellers being in opposite directions.
  • Fig. 1 there are two pump impellers 1 and 2 which are parallel and coaxial to each other. Both pump impellers 1 and 2 rotate about one and the same axis 3, but in the opposite direction of rotation. A first part flow flows in the direction of the arrows 4 to the pump impeller 1, and a second part flow flows in the direction of the arrows 5 to the second pump impeller 2.
  • the first partial flow 6 emerges from the pump impeller 1 as a rotating medium disk
  • the second partial stream 7 likewise emerges from the pump impeller 2 as a rotating medium disk. Both media discs 6 and 7 rotate in opposite directions.
  • the two pump impellers 1 and 2 are expediently designed identically to one another and consequently, apart from the direction of rotation, have the same hydrodynamic characteristics.
  • the two oppositely rotating liquid disks 6 and 7 touch each other in the envelope 8, the two opposite circumferential components of the two liquid whey disks meeting each other and canceling each other practically immediately.
  • the two liquid disks 6 and 7 have low radial speed components that determine the throughput of the pump impellers. Because of the sudden abolition of the mutually opposed tangential speed components, oscillating transverse movements of the liquid particles occur, which result in a very large amount of turbulence in the liquid region 9.
  • the two pump impellers 1 and 2 are shown somewhat more clearly.
  • the pump impeller 1 is carried by a hollow shaft 10, and the pump impeller 2 is seated on an inner shaft 11 which is surrounded by the hollow shaft 10.
  • the pump impeller 1 has a suction nozzle 12 for the partial flow 4
  • the pump impeller 2 has a suction nozzle 13 for the partial flow 5. Both pump impellers 1 and 2 rotate in opposite directions about the axis 3.
  • the two pump impellers 1 and 2 are driven by a single drive motor 14 for rotating in opposite directions.
  • the pump impeller 1 sits on the hollow shaft 10 and the pump impeller 2 is carried by the inner shaft 11.
  • the drive motor 14 drives via a belt 15 on pinions 16 and 17.
  • the pinion 17 is rotatably connected to the inner shaft 11.
  • the pinion 16 is rotatably connected to a wheel 18 which meshes with a wheel 19 which is rotatably connected to the hollow shaft 10. In this way, the two shafts 10 and 11 are driven in opposite directions.
  • the two pump impellers 1 and 2 are driven in opposite directions by two drive motors 20 and 21.
  • the motor 20 drives directly on the inner shaft 11 on which the pump impeller 2 is seated, and the motor 21 drives via a belt 22 on a pulley 23 which is connected to the hollow shaft 10 in a rotationally fixed manner.
  • the two motors 20 and 21 have opposite directions of rotation.
  • the pump impeller 1 is seated on a shaft 24, and the pump impeller 2 is seated on a shaft 25.
  • the two coaxial drive shafts 24 and 25 of the two pump impellers 1 and 2 are thus on opposite sides of the pump impellers.
  • a motor 26 is used to drive the shaft 24 and thus the pump impeller 1
  • a motor 27 is used to drive the shaft 25 and thus the pump impeller 2.
  • An intake port 28 leads to the pump impeller 1 and an intake port 29 leads to the pump impeller 2 merged flow media flow away via a nozzle 30.
  • the pump impellers 1 and 2 are designed as centrifugal wheels. If the pump impellers 1 and 2 have forward curved blades, the peripheral component of the speed of the emerging liquid disks 6 and 7 can be increased very much. The circumferential component of the speed (tangential speed) of the two liquid disks 6 and 7 can be set correspondingly large by appropriate speed of the pump impellers 1 and 2.

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Abstract

Die Vorrichtung hat mehrere Pumpenlaufräder (1,2), die parallel zueinander auf einer Achse (3) liegen. Benachbarte Pumpenlaufräder (1,2) haben gegensätzliche Drehrichtung. Die Pumpenlaufräder (1,2) haben eine solche Beschaufelung, dass die daraus austretenden Medienströme eine möglichst grosse Umfangskomponente aufweisen. Die benachbarten aus den Pumpenrädern (1,2) austretenden, gegensätzlich drehenden Medienströme (6,7) werden zusammengeführt und ergeben am Umschlag (8) eine hohe Turbulenz (9), da die Umfangskomponenten der austretenden drehenden Medienströme (6,7) einander entgegengerichtet sind und praktisch unverzüglich einander aufheben.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchmischen von zumindest einem Strömungsmedium, wobei zumindest zwei Teilströme des Strömungsmediums zum Erzeugen einer turbulenten Strömung zusammengeführt werden.
  • Möglichst starke Turbulenzen in Strömungsmedien können in zahlreichen chemischen und physikalischen Prozessen ausgenützt werden. Es ist bekannt, dass eine Strömung um so turbulenter ist, je grösser eine - schwankende Bewegung zur Hauptströmungsrichtung ist So ist es bekannt, eine Steuerströmung quer auf eine Hauptströmung zu richten, um an der Auftreffsfelle einen Umschlag von laminarer Strömung in turbulente Strömung zu erzielen. An diesem Umschlag sinkt der Druck stark ab und die Strömungsmedien "springen" quasi in Querrichtung auf. (Siehe hierzu Lueger, Lexikon der Technik vierte Auflage, Band 1 und 14, Seiten 587 und 589, bzw. Seiten 521, 522). Um eine möglichst grosse Turbulenz in Strömungsmedien zu erzielen, ist bereits vorgeschlagen worden, zwei Medienströme rotieren zu lassen und diese im drehenden Zustand zusammenzuführen, so dass an den entgegengesetzt gerichteten Strömungskomponenten der Umschlag eintritt. Diese beiden drehenden Medienströme wurden durch stiltsiehende Leiträder erzielt. Es hat sich gezeigt, dass mit einer solchen Vorrichtung wirtschaftlich keine Turbulenz in einer erwünsch ten Grössenordnung erzielt werden kann.
  • Es wird die Schaffung einer Vorrichtung bezweckt, mit der in wirtschaftlicher Weise grosse Turbulenzen erzielt werden können.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gekennzeichnet durch zumindest zwei zueinander parallele und koaxiat zueinander liegende Pumpenlaufräder für die Teilströme, wobei benachbarte Pumpenlaufräder gegenläufig sind.
  • Mit einer solchen Vorrichtung können sehr grosse Umfangsgeschwindigkeiten der aus den Pumpenlaufrädem austretenden Teilströme erzielt werden, die einander entgegengerichtet sind und beim Aufeinandertreffen einander praktisch unverzüglich aufheben, so dass an dieser Umschlagstelle ein Strömungsgebiet mit sehr grosser Turbulenz entsteht
  • In der Zeichnung sind mehrer Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt Es zeigen:
    • Fig. 1 zwei Pumpenlaufräder mit Umschlagpunkt und Flüssigkeitsgebiet mit grosser Turbulenz, in schematischer Darstellung,
    • Fig. 2 die zwei Pumpenräder in konstruktiver Ausführung mit Innenwelle und Hohlwelle,
    • Fig. 3 die Vorrichtung mit einem einzigen Antriebsmotor für die beiden Pumpenlaufräder, in schaubildlicher Darstellung,
    • Fig. 4 die Vorrichtung mit zwei Antriebsmotoren für die beiden Pumpenlaufräder, und
    • Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei Antriebsmotoren, wobei die beiden Antriebswellen der beiden Laufräder auf voneinander abgewandten Seiten der Laufräder liegen.
  • In Fig. 1 sind zwei Pumpenlaufräder 1 und 2 vorhanden, die parallel und koaxial zueinander liegen. Beide Pumpelaufräder 1 und 2 rotieren um ein und dieselbe Achse 3, aber in gegenläufiger Drehrichtung. Ein erster Teil strom strömt in Richtung der Pfeile 4 dem Pumpenlaufrad 1 zu, und ein zweiter Teilstrom strömt in Richtung der Pfeile 5 dem zweiten Pumpenlaufrad 2 zu. Der erste Teilstrom 6 tritt als drehende Mediumscheibe dem Pumpenlaufrad 1 aus, und der zweite Teilstrom 7 tritt ebenfalls als drehende Mediumscheibe aus dem Pumpenlaufrad 2 aus. Beide Medienscheiben 6 und 7 rotieren gegenläufig. Die beiden Pumpenlaufräder 1 und 2 sind zweckmässig einander gleich ausgebildet und haben demzufolge, von der Drehrichtung abgesehen, die gleichen hydrodynamischen Charakteristiken. Die beiden entgegengesetzt drehenden Flüssigkeitsscheiben 6 und 7 berühren einander im Umschlag 8, wobei die beiden einander entgegengerichteten Umfangskomponenten der beiden Flüssigkeüsscheiben aufeinander treffen und sich praktisch unverzüglich aufheben. Die beiden Flüssigkeitsscheiben 6 und 7 haben geringe radiale Geschwindigkeitskomponenten, die den Durchsatz der Pumpenlaufräder bestimmen. Wegen der plötzlichen Aufhebung der einander entgegengerichteten tangentialen Geschwindigkeitskomponenten entstehen schwingende Querbewegungen der Flüssigkeitsteilchen, die im Flüssigkeitsbereich 9 eine sehr grosse Turbulenz ergeben.
  • In Fig. 2 sind die beiden Pumpenlaufräder 1 und 2 etwas deutlicher dargestellt Das Pumpenlaufrad 1 wird von einer Hohlwelle 10 getragen, und das Pumpenlaufrad 2 sitzt auf einer Innenwelle 11, die von der Hohlwelle 10 umgeben ist. Das Pumpenlaufrad 1 hat einen Saugstutzen 12 für den Teilstrom 4, .und das Pumpenlaufrad 2 hat einen Saugstutzen 13 für den Teilstrom 5. Beide Pumpentaufräder 1 und 2 rotieren gegenläufig um die Achse 3.
  • Beim Beispiel nach Fig. 3 werden die beiden Pumpenlaufräder 1 und 2 von einem einzigen Antriebsmotor 14 zum gegenläufigen Umlaufen angetrieben. Wie schon erwähnt sitzt das Pumpenlaufrad 1 auf der Hohlwelle 10, und das Pumpenlaufrad 2 wird von der Innenwelle 11 getragen. Der Antriebsmotor 14 treibt über einen Riemen 15 auf Ritzel 16 und 17. Das Ritzel 17 ist mit der Innenwelle 11 drehfest verbunden. Das Ritzel 16 ist mit einem Rad 18 drehfest verbunden, das mit einem Rad 19 kämmt, das mit der Hohlwelle 10 drehfest verbunden ist. Auf diese Weise werden die beiden Wellen 10 und 11 gegenläufig angetrieben.
  • Beim Beispiel nach Fig. 4 werden die beiden Pumpenlaufräder 1 und 2 durch zwei Antriebsmotore 20 und 21 gegenläufig angetrieben. Der Motor 20 treibt direkt auf die Innenwelle 11, auf dem das Pumpenlaufrad 2 sitzt, und der Motor 21 treibt über einen Riemen 22 auf eine mit der Hohlwelle 10 drehfest verbundene Riemenscheibe 23. Die beiden Motore 20 und 21 haben gegenläufige Drehrichtungen.
  • Beim Beispiel der Vorrichtung nach Fig. 5 sitzt das Pumpenlaufrad 1 auf einer Welle 24, und das Pumpenlaufrad 2 sitzt auf einer Welle 25. Die beiden zueinander koaxialen Antriebswellen 24 und 25 der beiden Pumpenlaufräder 1 und 2 liegen somit auf voneinander abgewandten Seiten der Pumpenlaufräder. Zum Antrieb der Welle 24 und damit des Pumpenlaufrades 1 dient ein Motor 26, und zum Antrieb der Welle 25 und damit des Pumpenlaufrades 2 dient ein Motor 27. Zum Pumpenlaufrad 1 führt ein Ansaugstutzen 28, und zum Pumpenlaufrad 2 führt ein Ansaugstutzen 29. Die beiden zusammengeführten Strömungsmedien strömen über einen Stutzen 30 weg.
  • Bei einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel könnten auch mehr als zwei Pumpenlaufräder vorhanden sein, wobei immer benachbarte Pumpenlaufräder gegenläufig sind. Mit drei solchen Pumpenlaufrädem könnten dann drei Teilströme als abwechselnd in unterschiedliche Drehrichtung drehende Flüssigkeitsscheiben erzielt werden, die am Umschlag zusammengeführt werden. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Pumpenlaufräder 1 und 2 als Zentrifugalräder ausgebildet. Wenn die Pumpenlaufräder 1 und 2 vorwärts gekrümmte Laufschaufeln aufweisen, kann die Umfangskomponente der Geschwindigkeit der austretenden Flüssigkeitsscheiben 6 und 7 sehr stark gesteigert werden. Durch entsprechende Drehzahl der Pumpenlaufräder 1 und 2 kann die Umfangskomponente der Geschwindigkeit (Tangentialgeschwindigkeft) der beiden Flüssigkeitsscheiben 6 und 7 entsprechend gross eingestellt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Durchmischen von zumindest einem Strömungsmedium, wobei zumindest zwei Teilströme (6,7) des Strömungsmediums zum Erzeugen einer turbulenten Strömung (9) zusammengeführt werden, gekennzeichnet durch zumindest zwei zueinander parallele und koaxial zueinander liegende Pumpenlaufräder (1,2) für die Teilströme - (6,7), wobei benachbarte Pumpenlaufräder (1,2) gegenläufig sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenlaufräder Zentrifugal räder sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenlaufräder vorwärts gekrümmte Laufschaufeln aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit zwei Pumpenlaufrädem (1,2), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Pumpenlaufrad (2) mit einer Innenwelle verbunden ist, und dass das zweite Pumpenrad (1) mit einer die Innenwelle . (11) umgebenden Hohlwelle (10) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Antrieb von Innenwelle (11) und Hohlwelle - (10) ein einziger gemeinsamer Antriebsmotor (14) vorhanden ist (Fig.3).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Antrieb der Innenwelle (11) ein erster Antriebsmotor (20) und für den Antrieb der Hohlwelle (10) ein zweiter Antriebsmotor (21) vorhanden ist (Fig. 4).
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit zwei Pumpenlaufrädem (1,2), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebswellen (24,25) der beiden Pumpenlaufräder (1,2), auf voneinander abgewandten Seiten der Pumpenlaufräder (1,2), liegen (Fig. 5).
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Pumpenlaufräder (1,2), hinsicht lich Förderleistung und Umfangsgeschwindigkeit der austretenden rotierenden Teilströme (6,7) einander gleich sind.
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