DE102010021103A1

DE102010021103A1 - Drehschieberventil zum Mischen eines niederviskosen Kraftstoffs mit einem hochviskosen Kraftstoff

Info

Publication number: DE102010021103A1
Application number: DE102010021103A
Authority: DE
Inventors: Thomas Porep
Original assignee: Porep GmbH
Current assignee: Porep GmbH
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-11-24
Also published as: WO2011144195A1

Abstract

Drehschieberventil (10) mit einer Mischkammer, einem in die Mischkammer mündenden ersten Zulauf (20), einem in die Mischkammer mündenden zweiten Zulauf (30), einem aus der Mischkammer abzweigenden Ablauf (40), und einem in der Mischkammer drehbar angeordneten den ersten Zulauf (20) und/oder den zweiten Zulauf (30) durch Drehen wenigstens teilweise verschließenden Verschlusselement, gekennzeichnet durch wenigstens einen in den ersten Zulauf (20) und/oder zweiten Zulauf (30) einsetzbaren Stutzen (50) mit einem Boden (60), der die Innenkontur der Mischkammer im Bereich der vom ersten und zweiten Zulauf (20, 30) gebildeten Öffnung fortsetzend ausgebildet ist und eine Blendenöffnung (70) aufweist, deren Fläche kleiner als die Querschnittsfläche des ersten und/oder des zweiten Zulaufs (20, 30) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehschieberventil mit einer Mischkammer, einem in die Mischkammer mündenden ersten Zulauf, einem in die Mischkammer mündenden zweiten Zulauf, einem aus der Mischkammer abzweigenden Ablauf, und einem in der Mischkammer drehbar angeordneten den ersten Zulauf und/oder den zweiten Zulauf durch Drehen wenigstens teilweise verschließenden Verschlusselement.
Drehschieberventile sind beispielsweise aus einer Reihe von Anwendungsbeispielen in der Motorenindustrie bekannt. Insbesondere werden bei Schiffsmotoren sehr groß dimensionierte Drehschieberventile benötigt, um ein Umschalten des Motorenbetriebs von beispielsweise Schweröl (HFO) auf Marinedieselöl (MDO), Marinegasöl (MGO) oder andere niedrigviskose Destillate vorzunehmen.
Da mit dem Umschalten von einem ersten Kraftstofftyp auf einen zweiten Kraftstofftyp auch eine Veränderung der Viskosität des dem Schiffsmotor zugeführten Kraftstoff erfolgt, müssen zum problemlosen Betrieb bzw. zum Vermeiden von Motorschäden insbesondere beim Umschalten von einem niedrigviskosen Kraftstoff auf einen hochviskosen Kraftstoff geeignete Maßnahmen, z. B. Temperierung des Kraftstoffs oder des sich kontinuierlich ändernden Kraftstoffgemischs während der Übergangsphase von einem auf den anderen Kraftstoff, ergriffen werden.
Diese Maßnahmen können speziell dann gezielt vorgenommen werden, wenn die Ventilstellung eine Aussage über die Zusammensetzung des dem Schiffsmotor zugeführten Kraftstoffgemischs zulässt. Hierfür muss also beispielsweise der erste Zulauf kontrolliert und mit hinreichender Genauigkeit geschlossen und der zweite Zulauf kontrolliert und mit hinreichender Genauigkeit geöffnet werden.
Allerdings hat es sich in der Vergangenheit gezeigt, dass die Ventilstellung aufgrund der in den ersten und in den zweiten Zulauf geführten unterschiedlichen Fluiden unterschiedlicher Viskosität, die auch mit unterschiedlichem Druck gefördert werden können, nur unzureichend über die Zusammensetzung des im Ablauf geführten Fluidgemisch Auskunft gibt.
Insbesondere konnte beobachtet werden, dass es beim Umstellen des Drehschiebers von herkömmlichen, bei Schiffsmotoren zum Umschalten vom Betrieb mit niederviskosem Marinegasöl (MGO) auf hochviskoses Schweröl (HFO) verwendeten Drehschieberventilen zu einem plötzlichen Druckabfall bzw. Druckanstieg in der Mischkammer kommen kann, wenn nicht eine Steuerung mit zusätzlichen Pumpen oder Ventilen/Druckminderern eingesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Drehschieberventil zu schaffen, dass einen kontinuierlichen Übergang zwischen den beiden dem Drehschieberventil zugeführten Kraftstoffarten ohne zusätzlichen Einsatz einer Steuerung mit Pumpen oder Ventilen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch das Drehschieberventil mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, die Zuläufe des Drehschieberventils durch in die Zuläufe einsetzbare Blenden zu modifizieren, damit in einer bestimmten Stellung des Verschlusselements, also des Drehschiebers im engeren Sinne, eine definiertes Verhältnis von erstem Kraftstoff und zweitem Kraftstoff in die Mischkammer gelangt. Speziell bevorzugt ist eine Ausbildung mit je einer Blende in beiden Zulaufen, wobei die Blendenöffnungen schlitzartig und im Wesentlichen komplementär zueinander ausgebildet, d. h. dass sich die Kontur der einen Schlitzblende bei Drehen des Verschlusselements in der einen Richtung verjüngt, während sich die Kontur der anderen Schlitzblende bei Drehen des Verschlusselements in derselben Richtung in dem Maße verbreitert, in dem in Abhängigkeit von der Viskosität und der Flussrate der beiden dem Drehschieberventil zugeführten Kraftstoffe der eine Kraftstoff der Mischkammer vermehrt hinzugeführt wird wie der andere Kraftstoff der Mischkammer vermindert zugeführt wird.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht des Drehschieberventils von Seiten des ersten Zulaufs;
2 eine perspektivische Ansicht des Drehschieberventils von Seiten des zweiten Zulaufs;
3 ein den Druckverlauf in Abhängigkeit von der Schieberstellung anzeigendes Diagramm eines herkömmlichen Drehschieberventils nach dem Stand der Technik;
4 ein den Druckverlauf in Abhängigkeit von der Schieberstellung anzeigendes Diagramm eines herkömmlichen Drehschieberventils nach der Erfindung.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Drehschieberventils von Seiten des ersten Zulaufs sowie eine perspektivische Ansicht des in den ersten Zulauf eingesetzten Stutzens. Wie bekannt besitzt das erfindungsgemäß ausgestaltete Drehschieberventil 10 einen ersten Zulauf 20 und einen dem ersten Zulauf 20 gegenüberliegend angeordneten zweiten Zulauf 30 (siehe 2), die beide in einer Mischkammer münden. Aus der Mischkammer führt ein seitlich abgeführter Ablauf 40.
Der in 1 dargestellte erste Zulauf 20 ist zum Einleiten von Schweröl (HFO) in die Mischkammer eingerichtet. Hierfür wird ein Stutzen 50 in den ersten Einlauf 20 eingesetzt und mittels eines am Stutzen 50 ausgebildeten Flanschs am ersten Einlauf 20 befestigt, wobei der Stutzen 50 eine geeignete Länge aufweist, sodass der Boden 60 des Stutzens 50 die Öffnung des ersten Einlauf 20 in die Mischkammer derart verschließt, dass die Innenkontur der Mischkammer im Bereich der vom ersten Zulauf 20 gebildeten Öffnung (harmonisch) fortgesetzt wird. Insbesondere schließt der Boden 60 des Stutzens 50 mit der Innenwandung der Mischkammer ab, wobei im Boden 60 eine Blende 70, bevorzugt eine Schlitzblende 70 eingebracht ist.
Der in 2 dargestellte zweite Zulauf 30 ist zum Einleiten von Marinegasöl (MGO) in die Mischkammer eingerichtet. Hierfür wird ein anderer Stutzen 50 in den zweiten Einlauf 30 eingesetzt und mittels eines am Stutzen 50 ausgebildeten Flanschs am zweiten Einlauf 30 befestigt, wobei auch dieser Stutzen 50 eine geeignete Länge aufweist, sodass dessen Boden 60 die Öffnung des zweiten Einlauf 20 in die Mischkammer derart verschließt, dass die Innenkontur der Mischkammer im Bereich der vom zweiten Zulauf 20 gebildeten Öffnung (harmonisch) fortgesetzt wird. Insbesondere schließt auch der Boden 60 dieses Stutzens 50 mit der Innenwandung der Mischkammer ab, wobei im Boden 60 eine anders ausgestaltete Blende 70, bevorzugt eine Schlitzblende 70 eingebracht ist.
Es ist zu erkennen, dass die Blenden 70, 70 der beiden in den ersten Einlauf 20 und den zweiten Einlauf 30 eingesetzten Stutzen 50, 50 unterschiedlich ausgestaltet sind. Erfindungswesentlich ist, dass die beiden Blenden so aufeinander abgestimmt sind, dass in Abhängigkeit von den beiden verwendeten Kraftstoffen, insbesondere deren Viskosität und deren Förderrate, bei Drehen des Drehschiebers um einen vorbestimmten Winkel in einem möglichst großen Drehbereich des Drehschiebers eine proportionale Änderung der Kraftstoffanteile im Abfluss 40 resultiert.
Insbesondere ist also je eine im ersten Zulauf 20 und im zweiten Zulauf 30 angeordnete Schlitzblende 70 vorgesehen, wobei die Kontur der einen Schlitzblende 70 in der einen Drehrichtung des Verschlusselements sich verjüngend und die Kontur der anderen Schlitzblende 70 in derselben Drehrichtung des Verschlusselements sich um das Maß verbreiternd ausgebildet ist, dass bei vorbestimmter Viskosität von in den ersten Zulauf und den zweiten Zulauf mit einem vorbestimmten Druck geförderten Kraftstoffen in einem Regelbereich von mindestens 30%, bevorzugt 80% und besonders bevorzugt 90%, der Kraftstoffanteil des aus dem einen Zulauf in die Mischkammer geförderten Kraftstoffs um dasselbe Maß annähernd linear abnimmt wie der Kraftstoffanteil des aus dem anderen Zulauf in die Mischkammer geförderten Kraftstoffs zunimmt, wobei die Gesamtfördermenge konstant bleibt. Die Blenden 70 sind also entgegengesetzt zueinander wirkend ausgerichtet.
3 zeigt ein Diagramm, dass den Druckverlauf in Abhängigkeit von der Schieberstellung eines herkömmlichen Drehschieberventils nach dem Stand der Technik bei einer Förderrate von 2.000 l pro Stunde und ohne weitere Drossel. Die Bewegung des Rotors von 0 bis 50 beschreibt das Überstreichen des Schiebers über eine 50 mm große Blende und entspricht im vorliegenden Versuchsaufbau einer Drehung des Schiebers um 90°. Blenden anderer Größe und entsprechend andere Schwenkbereiche sind denkbar.
Im vorliegend gezeigten Beispiel ist deutlich zu erkennen, dass bereits ein leichtes Schließen des einen Zulaufs und gleichzeitiges Öffnen des anderen Zulaufs zu einem rapiden Druckabfall führt, der ein langsames Überfuhren von einer Kraftstoffart, z. B. MGO, zu einer anderen Kraftstoffart, z. B. HFO, oder das Einstellen eines genau definierten Mischungsverhältnisses aufgrund der Schieberstellung nicht zulässt.
4 hingegen zeigt den Druckverlauf in Abhängigkeit von der Schieberstellung eines erfindungsgemäß ausgestatteten Drehschieberventils mit einer ersten Blende im ersten Zulauf und einer zweiten Blende im zweiten Zulauf bei einer Förderrate von 2.000 l pro Stunde (100% flow), 1.500 l pro Stunde (75% flow) und 1.000 l pro Stunde (50% flow), jeweils ohne weitere Drossel. Die Bewegung des Rotors von 0 bis 50 beschreibt das Überstreichen des Schiebers über eine 50 mm große Blende und entspricht im vorliegenden Versuchsaufbau einer Drehung des Schiebers um 90°. Blenden anderer Größe und entsprechend andere Schwenkbereiche sind denkbar.
Insbesondere ist deutlich zu erkennen, dass die Blendenöffnungen unter Berücksichtigung der Viskosität der die Zuläufe durchströmenden Kraftstoffe derart aufeinander abgestimmt, dass ein lineares Regulierungsverhalten des Drehschiebers erreicht wird. So kann im linearen Bereich eine annähernd der Drehschieberveränderung proportionale Veränderung des Druckunterschieds zwischen erstem Zulauf und zweitem Zulauf erreicht werden. Der lineare Bereich nimmt bevorzugt wenigstens 80%, besonders bevorzugt 90% des gesamten regelbaren Bereichs ein.
Schließlich wird eine Verbrennungskraftmaschine beansprucht, die über eine ein erfindungsgemäß ausgebildetes Drehschieberventil aufweisende Kraftstoffleitung verfügt. Dabei ist der erste Zulauf mit einer einen ersten Kraftstoff führenden ersten Leitung und der zweite Zulauf mit einer einen zweiten Kraftstoff führenden zweiten Leitung und der Ablauf mit einer der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff zuführenden Kraftstoffleitung verbunden. Die Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise ein Schiffsmotor, der erste Kraftstoff beispielsweise Schweröl und der zweite Kraftstoff beispielsweise Dieselöl, insbesondere Marinedieselöl (MDO) oder Marinegasöl (MGO) sein. Es können aber auch andere Motoren, z. B. mit Diesel und Rapsöl betriebene Motoren, mit dem erfindungsgemäßen Drehschieberventil betrieben werden.

Claims

Drehschieberventil (10) mit – einer Mischkammer, – einem in die Mischkammer mündenden ersten Zulauf (20), – einem in die Mischkammer mündenden zweiten Zulauf (30), – einem aus der Mischkammer abzweigenden Ablauf (40), und – einem in der Mischkammer drehbar angeordneten den ersten Zulauf (20) und/oder den zweiten Zulauf (30) durch Drehen wenigstens teilweise verschließenden Verschlusselement, gekennzeichnet durch wenigstens einen in den ersten Zulauf (20) und/oder zweiten Zulauf (30) einsetzbaren Stutzen (50) mit einem Boden (60), der die Innenkontur der Mischkammer im Bereich der vom ersten und zweiten Zulauf (20, 30) gebildeten Öffnung fortsetzend ausgebildet ist und eine Blendenöffnung (70) aufweist, deren Fläche kleiner als die Querschnittsfläche des ersten und/oder des zweiten Zulaufs (20, 30) ist.
Drehschieberventil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung (70) schlitzförmig ist.
Drehschieberventil (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der schlitzförmigen Blendenöffnung (70) senkrecht zur Drehachse des Verschlusselements ausgerichtet ist.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenöffnung (70) asymmetrisch ausgebildet ist.
Drehschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch je eine im ersten Zulauf (20) und im zweiten Zulauf (30) angeordnete Schlitzblende (70), wobei die Kontur der einen Schlitzblende (70) in der einen Drehrichtung des Verschlusselements sich verjüngend und die Kontur der anderen Schlitzblende (70) in derselben Drehrichtung des Verschlusselements sich um das Maß verbreiternd ausgebildet ist, dass bei vorbestimmter Viskosität von in den ersten Zulauf und den zweiten Zulauf mit einem vorbestimmten Druck geförderten Kraftstoffen in einem Regelbereich von mindestens 30% der Kraftstoffanteil des aus dem einen Zulauf in die Mischkammer geförderten Kraftstoffs um dasselbe Maß annähernd linear abnimmt wie der Kraftstoffanteil des aus dem anderen Zulauf in die Mischkammer geförderten Kraftstoffs zunimmt.
Verbrennungskraftmaschine mit einer ein Drehschieberventil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisenden Kraftstoffleitung, wobei der erste Zulauf (20) mit einer einen ersten Kraftstoff führenden ersten Leitung und der zweite Zulauf mit einer einen zweiten Kraftstoff führenden zweiten Leitung und der Ablauf mit einer der Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff zuführenden Kraftstoffleitung verbunden ist.