CH628251A5 - Mixing valve for admixing a liquid stream to a gas stream - Google Patents

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

PATENTANSPRÜCHE 1. Mischventil zum Beimischen eines Flüssigkeitsstromes zu einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wand des Konfusorteiles (18) des Strömungskanals, welcher rechteckigen Strömungsquerschnitt aufweist, durch eine auf einer Welle (15) frei drehbar gelagerte oder durch ein Federgelenk befestigte starre oder elastische Klappe (14) gebildet wird, welche in Abhängigkeit des Gasdurchsatzes den engsten Strömungsquerschnitt des Konfusorteiles verändert; die Klappe (14) selbst als Biegefeder ausgebildet ist und/oder mindestens durch eine separate Feder (19) in Schliessrichtung belastet wird; die Federsteifigkeit mit zunehmender Auslenkung progressiv ansteigend ausgeführt ist, so dass die Massenströme von Flüssigkeit und Gas voneinander in vorgegebener Weise abhängen und wobei die Steilheit der Feder- Charakteristik der Klappe (14) und/oder der separaten Feder im Betriebsnullpunkt (Fig. 3) verstellbar ist.

2. Mischventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsbeimischung an der engsten Stelle des Gaskanals (18) erfolgt.

3. Mischventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dosierung der Flüssigkeitsmenge eine einoder mehrteilige Kapillare (11) oder eine ein- oder mehrstufige Drosselstrecke derart verwendet wird, dass die Druckdifferenz zwischen dem statischen- oder Gesamtdruck im gasseitigen Eintrittsraum (5) und dem statischen Druck an der engsten Stelle des Konfusors, abzüglich der statischen Saughöhe der Flüssigkeitssäule, die Flüssigkeit durch die Drosselorgane (11, 9) treibt.

4. Mischventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaskanal (4), eine kurze Strecke stromabwärts vom engsten Querschnitt, eine abrupte Querschnittserweiterung mit Strahlablösestufe und zugehöriger Totwasserzone vorhanden ist.

5. Mischventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (14) mit einem Stossdämpfer verbunden ist.

Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft ein Mischventil zum Beimischen eines Flüssigkeitsstromes zu einem Gasstrom. Die Erfindung hat zum Ziel, bei exakter Dosierung der Beimischung das Ventil mit einfachsten Mitteln, d.h. billig zu gestalten.

Nach dem Stand der Technik sind solche Ventile bekannt. Sie sind aber nicht nur kompliziert und aus vielen Teilen aufgebaut, sondern in vielen Fällen auch recht ungenau und empfindlich auf Verschmutzung. Der hohe Druckverlust üblicher Mischventile ist zudem vor allem bei grösseren Einheiten unerwünscht.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit wenigen Bauteilen eine im ganzen Gasdurchflussmengen- Bereich möglichst exakte Flüssigkeitsdosierung zu erzielen. Dies wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung erreicht.

Dabei sind folgende Zusammenhänge von Bedeutung: - Zur Flüssigkeitsmengen- Bemessung werden eine oder mehrere Kapillarstrecken verwendet.

- Die Druckdifferenz über den Kapillarstrecken wird von der durchgesetzten Gasmenge mittels einer elastischen Klappe gesteuert, so dass entweder - dem Gasstrom ein proportionaler Flüssigkeitsstrom zu gemessen wird, oder - dem Gasstrom ein Flüssigkeitsstrom von vorgegebener Abhängigkeit zugemessen wird, - die Durchmischung von Flüssigkeit und Gas durch tur bulente Verwirbelung erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das Ventil. Das Ventilgehäuse 1 ist durch Verschraubungen 2 mit der Rohrleitung für den Gasstrom 3, 3' verbunden. Ein rechteckiger Kanal 4 verbindet den Ventil- Eintrittsraum 5 mit dem Ventil- Austrittsraum 6. Eine Längsbohrung 7 durch das Gehäuse ist an beiden Enden durch Gewindezapfen 8 dicht verschlossen.

Ein Kanal 9 verbindet die Längsbohrung 7 mit dem Kanal 4.

Durch den Gewindeanschluss 10 wird die Flüssigkeit dem Ventil zugeführt. Sie strömt dann durch die Kapillarstrecken 11 und den Verbindungskanal 9 in den gasdurchströmten Rechteckkanal 4. Der Druck im Ventileintrittsraum 5 wird über die Bohrung 12 und den Schraubenanschluss 13 zum (nicht gezeigten) Flüssigkeitstank geleitet. Die Federklappe 14, auf dem Stift 15 drehbar gelagert, wird durch die Stellschraube 16 in einer vorgegebenen Ruhestellung gehalten.

Die Druckverteilung über der Klappenfläche biegt die Klappe bei Durchfluss in eine günstige, wenig Druckverlust bewirkenden Form 14a. Beim Biegen verändert sich zudem ihre Steifigkeit dadurch, dass ihre Einspannbedingungen durch eine entsprechend geformte Auflage 17 verändert werden.

Die Ablösekante am Übergang von Kanal 4 in den Austrittsraum 6 erzeugt eine sichere Strahlablösung mit nachfolgender Wirbelstrasse und stehendem Totwasserwirbel hinter der Kante.

Die physikalischen Grundlagen zur Erfindung, welche anhand des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles beschrieben wurde, sind im folgenden aufgezeigt, wobei die Skizze Fig. 2 sehr stark vereinfacht die bekannte Grundanordnung eines Venturirohres mit Saugeinrichtung zeigt. Der Index 0 steht für den Eintrittsraum, 1 für den engsten Querschnitt, G für Gas, F für Flüssigkeit. Für die Druckdifferenz über der Flüssigkeitssaugleitung gilt: (1) p P1 ft =ft(p0,F1,F0).V0 > mit p (bar) Gasdruck im Sauggefäss 20 Pl (bar) stat.Druck im engsten Quer schnitt Pe (kg/m3) Dichte des Gases F1, F2 (m3) Querschnittsflächen VG (m3/s) Volumenstrom des Gases Wenn für p anstelle des statischen Druckes pO der Gesamtdruck

im Eintrittsraum 0 verwendet wird, verschwindet in Glei chung (1) die Abhängigkeit vom Eintrittsquerschnitt Fo und die verfügbare Druckdifferenz wird (2) p - Pl = ft (PG, Fl) VG2 Bei turbulenter Strömung durch eine kurze Drosselstrecke ist bekanntlich der Volumenstrom VF in folgender Weise von der Druckdifferenz Ap abhängig

mit k = konstanter Faktor, abhängig von PF, FF Dies bedeutet, dass sich VF2 proportional zu Ap verhält.

Wenn die ganze Differenz (p - p,) in (2) als Druckdifferenz AP zur Verfügung steht, d.h. die statische Saughöhe h = 0

beträgt, verhält sich demnach VF proportional zu VG, was in vielen Fällen Ziel und Zweck der Einrichtung ist. Eine Saughöhe h = 0 ist aber oft auch nicht angenähert zu realisieren oder mit anderen Nachteilen verbunden. Zudem ist der Drosselquerschnitt bei turbulenter Strömung der kleinstmögliche und erfordert deshalb eine Filtrierung der Flüssigkeit. Um diese Nachteile zu beseitigen, macht sich die Erfindung die Verwendung einer Laminardrossel (Kapillaren) zum Ziel.Die Länge L der Kapillaren kann aus den folgenden physikalischen Zusammenhängen bestimmt werden: (4) VF = k ( F, FF, L, Form). p, mit kg F ( ) dynamische Viskosität der Flüssigkeit und s .m (4a) #p = p - p1 - #F g . h, wobei g (ms2) Erdbeschleunigung h (m) Saughöhe Unter Verwendung der Beziehung (4a) und der bekannten Hagen- Poiseuille - Gleichung erscheint das Verhältnis der Volumenströme von Flüssigkeit und Gas in der Form:

mit R (m) hydraulischer Radius des Strömungskanals.

VF Soll das Verhältnis z.B. konstant sein, so muss der V0 Klammerausdruck [ ] eine Konstante K # 0 sein, d.h. die variable Grösse F1 muss so vom Volumenstrom V0 des Gases abhängen, dass der Ausdruck in der Klammer [ ] konstant bleibt.

Der geforderte Zusammenhang wird nach einer Umformung des Klammerausdruckes übersichtlicher. Er kann in der Form (6) geschrieben werden:

wobei mit C eine Mittlere Feuchtezahl mit V0 als Mittelwert des Durchsatzbereiches definiert wird von der Grösse

eine Betriebskonstante darstellt.

Die Funktion (6) ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass der engste Querschnitt F1 des Mischventils bei steigendem Volumenstrom des Gases abnehmend ansteigen muss. Dies kann z.B. mit einer starren Klappe mit einer Feder 19, welche eine progressiv ansteigende Federkonstante aufweist, erreicht werden. Es gelingt auch, denselben Effekt der Progressivität nach Fig. 3 mittels einer Blattfeder zu erzielen, bei der die durch die Kanalform bedingte Druckverteilung im Konfusorkanal 18 bei zunehmend stärker ausgebogenen Zuständen 14a der Blattfeder ebenfalls eine abnehmende Öffnnugszunahme mit steigender Durchsatzmenge zur Folge hat.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE

1. Mischventil zum Beimischen eines Flüssigkeitsstromes zu einem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wand des Konfusorteiles (18) des Strömungskanals, welcher rechteckigen Strömungsquerschnitt aufweist, durch eine auf einer Welle (15) frei drehbar gelagerte oder durch ein Federgelenk befestigte starre oder elastische Klappe (14) gebildet wird, welche in Abhängigkeit des Gasdurchsatzes den engsten Strömungsquerschnitt des Konfusorteiles verändert; die Klappe (14) selbst als Biegefeder ausgebildet ist und/oder mindestens durch eine separate Feder (19) in Schliessrichtung belastet wird; die Federsteifigkeit mit zunehmender Auslenkung progressiv ansteigend ausgeführt ist, so dass die Massenströme von Flüssigkeit und Gas voneinander in vorgegebener Weise abhängen und wobei die Steilheit der Feder- Charakteristik der Klappe (14) und/oder der separaten Feder im Betriebsnullpunkt (Fig. 3) verstellbar ist.

2. Mischventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsbeimischung an der engsten Stelle des Gaskanals (18) erfolgt.

3. Mischventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dosierung der Flüssigkeitsmenge eine einoder mehrteilige Kapillare (11) oder eine ein- oder mehrstufige Drosselstrecke derart verwendet wird, dass die Druckdifferenz zwischen dem statischen- oder Gesamtdruck im gasseitigen Eintrittsraum (5) und dem statischen Druck an der engsten Stelle des Konfusors, abzüglich der statischen Saughöhe der Flüssigkeitssäule, die Flüssigkeit durch die Drosselorgane (11, 9) treibt.

4. Mischventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gaskanal (4), eine kurze Strecke stromabwärts vom engsten Querschnitt, eine abrupte Querschnittserweiterung mit Strahlablösestufe und zugehöriger Totwasserzone vorhanden ist.

5. Mischventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (14) mit einem Stossdämpfer verbunden ist.

Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft ein Mischventil zum Beimischen eines Flüssigkeitsstromes zu einem Gasstrom. Die Erfindung hat zum Ziel, bei exakter Dosierung der Beimischung das Ventil mit einfachsten Mitteln, d.h. billig zu gestalten.

Nach dem Stand der Technik sind solche Ventile bekannt. Sie sind aber nicht nur kompliziert und aus vielen Teilen aufgebaut, sondern in vielen Fällen auch recht ungenau und empfindlich auf Verschmutzung. Der hohe Druckverlust üblicher Mischventile ist zudem vor allem bei grösseren Einheiten unerwünscht.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, mit wenigen Bauteilen eine im ganzen Gasdurchflussmengen- Bereich möglichst exakte Flüssigkeitsdosierung zu erzielen. Dies wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung erreicht.

Dabei sind folgende Zusammenhänge von Bedeutung: - Zur Flüssigkeitsmengen- Bemessung werden eine oder mehrere Kapillarstrecken verwendet.

- Die Druckdifferenz über den Kapillarstrecken wird von der durchgesetzten Gasmenge mittels einer elastischen Klappe gesteuert, so dass entweder - dem Gasstrom ein proportionaler Flüssigkeitsstrom zu gemessen wird, oder - dem Gasstrom ein Flüssigkeitsstrom von vorgegebener Abhängigkeit zugemessen wird, - die Durchmischung von Flüssigkeit und Gas durch tur bulente Verwirbelung erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das Ventil. Das Ventilgehäuse 1 ist durch Verschraubungen 2 mit der Rohrleitung für den Gasstrom 3, 3' verbunden. Ein rechteckiger Kanal 4 verbindet den Ventil- Eintrittsraum 5 mit dem Ventil- Austrittsraum

6. Eine Längsbohrung 7 durch das Gehäuse ist an beiden Enden durch Gewindezapfen 8 dicht verschlossen.

Ein Kanal 9 verbindet die Längsbohrung 7 mit dem Kanal 4.

Durch den Gewindeanschluss 10 wird die Flüssigkeit dem Ventil zugeführt. Sie strömt dann durch die Kapillarstrecken 11 und den Verbindungskanal 9 in den gasdurchströmten Rechteckkanal 4. Der Druck im Ventileintrittsraum 5 wird über die Bohrung 12 und den Schraubenanschluss 13 zum (nicht gezeigten) Flüssigkeitstank geleitet. Die Federklappe 14, auf dem Stift 15 drehbar gelagert, wird durch die Stellschraube 16 in einer vorgegebenen Ruhestellung gehalten.

Die Druckverteilung über der Klappenfläche biegt die Klappe bei Durchfluss in eine günstige, wenig Druckverlust bewirkenden Form 14a. Beim Biegen verändert sich zudem ihre Steifigkeit dadurch, dass ihre Einspannbedingungen durch eine entsprechend geformte Auflage 17 verändert werden.

Die Ablösekante am Übergang von Kanal 4 in den Austrittsraum 6 erzeugt eine sichere Strahlablösung mit nachfolgender Wirbelstrasse und stehendem Totwasserwirbel hinter der Kante.

Die physikalischen Grundlagen zur Erfindung, welche anhand des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles beschrieben wurde, sind im folgenden aufgezeigt, wobei die Skizze Fig. 2 sehr stark vereinfacht die bekannte Grundanordnung eines Venturirohres mit Saugeinrichtung zeigt. Der Index 0 steht für den Eintrittsraum, 1 für den engsten Querschnitt, G für Gas, F für Flüssigkeit. Für die Druckdifferenz über der Flüssigkeitssaugleitung gilt: (1) p P1 ft =ft(p0,F1,F0).V0 > mit p (bar) Gasdruck im Sauggefäss 20 Pl (bar) stat.Druck im engsten Quer schnitt Pe (kg/m3) Dichte des Gases F1, F2 (m3) Querschnittsflächen VG (m3/s) Volumenstrom des Gases Wenn für p anstelle des statischen Druckes pO der Gesamtdruck

im Eintrittsraum 0 verwendet wird, verschwindet in Glei chung (1) die Abhängigkeit vom Eintrittsquerschnitt Fo und die verfügbare Druckdifferenz wird (2) p - Pl = ft (PG, Fl) VG2 Bei turbulenter Strömung durch eine kurze Drosselstrecke ist bekanntlich der Volumenstrom VF in folgender Weise von der Druckdifferenz Ap abhängig

mit k = konstanter Faktor, abhängig von PF, FF Dies bedeutet, dass sich VF2 proportional zu Ap verhält.

Wenn die ganze Differenz (p - p,) in (2) als Druckdifferenz AP zur Verfügung steht, d.h. die statische Saughöhe h = 0

**WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.