NL9500563A - Venturimenginrichting. - Google Patents

Description

Venturimenginrichting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een venturimenginrichting, omvattende een venturi met een hoofdstroomkanaal met tenminste een in de stroomrichting van het hoofdfluïdum convergerend inlaatdeel en een daaropvolgend divergerend uitlaatdeel, waarbij in de venturi middelen aanwezig zijn voor het toevoeren van een nevenfluïdum, dat met het hoofd-fluïdum vermengd moet worden, welke middelen omvatten een spijlorgaan, dat zich tenminste over een deel in het hoofdstroomkanaal uitstrekt.

Een dergelijke venturimenginrichting is in de stand der techniek algemeen bekend. Deze venturimenginrichting wordt toegepast voor het mengen van bijvoorbeeld lucht en een gas. Daarbij kan dit gas een gasvormige brandstof zijn en/of uitlaatgas dat wordt teruggevoerd aan bijvoorbeeld een verbrandingsmotor. Het is eveneens mogelijk vaste deeltjes aan een gasstroom toe te voeren met behulp van een dergelijk fluïdum waarbij deze vaste bestanddelen in het nevenfluïdum worden gedragen.

Begrepen dient echter te worden, dat de uitvinding zich richt op venturimenginrichtingen voor elke toepassing waarbij optimaal mengen van belang is.

Andere methoden om een nevenfluïdum met een hoofdfluïdum te mengen in een venturi omvatten het aanbrengen van een reeks openingen of een ringvormige opening in de wand van de venturi. Deze openingen zijn in het algemeen eveneens nabij de keel aangebracht. Verwezen wordt naar de Nederlandse octrooiaanvrage 8401537 t.n.v. aanvraagster.

Bij het mengen van een nevenfluïdum in een hoofdfluïdum door middel van een venturimenginrichting worden ten minste drie eisen gesteld. Ten eerste wordt gestreefd naar voldoende aanzuiging voor het nevenfluïdum, die wordt verwezenlijkt door een vernauwing in het hoofdstroomkanaal. Ten tweede wordt gestreefd naar een optimale, d.w.z. snelle en homogene menging van het nevenfluïdum in het hoofdfluïdum. Terwijl anderzijds wordt gestreefd naar minimaal drukverlies van de hoofdstroom.

Het drukverlies in de hoofstroom over de menger is een gevolg van wrijvingsverliezen in de hoofdstroom (aan de wand van de venturi en van het spijlorgaan) van momentum overdracht van hoofdfluïdum aan nevenflu-idum en van de omzetting van kinetische energie (dynamische druk) in turbulente wervels bij loslating van de stroming als gevolg van te sterke divergentie van het stromingskanaal.

Om het drukverlies bij optimale menging zoveel mogelijk te beperken wordt in de publicatie 'New Gas Mixer for Gas Engines, SAE paper 922361' voorgesteld om de uitstroomopeningen voor het nevenfluïdum in het divergerende stroomafwaartse deel van de wand van de venturi aan te brengen.

Bij deze inrichting wordt door de plaats van toevoer van het neven-fluïdum het loslaten van de hoofdstroom (in het divergerende deel van de venturi) tegengewerkt met als gevolg minder turbulentie (en minder druk-verlies) en daardoor sterk vertraagde menging. Bovendien vindt inbreng van nevenfluïdum niet gelijkmatig verdeeld over het hoofdfluïdum plaats.

Het doel van de onderhavige uitvinding is in een venturimenginrich-ting te voorzien, waarbij bij voldoende aanzuiging en goede menging het drukverlies in de venturi van de hoofdstroom zoveel mogelijk beperkt wordt.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven venturimenginrichting bereikt, doordat het zich in het hoofdstroomkanaal uitstrekkende deel van het spijlorgaan omvat een verbreed stroomopwaarts deel dat zich in de stroomrichting van het hoofdfluïdum uitstrekt tot een stroomafwaarts einddeel, waarbij het gebied liggend tussen het stroomopwaartse deel en het einddeel ter plaatse van het convergerende inlaatdeel van de venturi aangebracht is.

Bij inrichtingen volgens de stand der techniek bevond het spijlorgaan zich in het meest nauwe deel, de keel, van de venturi. Daardoor werd een aanzienlijke obstructie van de stroming veroorzaakt.

De uitvinding is gebaseerd op het inzicht dat voldoende zuigkracht opgewekt dient te worden door voldoende vernauwing ter plaatse van de gastoevoer.

Bovendien verloopt het mengproces van twee fluïda (in een venturi-menginrichting) in drie stappen: 1: In de eerste stap wordt het nevenfluïdum zo gelijkmatig moge lijk aan het hoofdfluïdum toegevoerd. Dit kan verwezenlijkt worden met het eerder vermeld spijlorgaan. Via de uitstroomopeningen in het spijlorgaan wordt de stroom nevenfluïdum opgesplitst in een aantal deelstromen. Door de plaats van deze ope-ningen gelijkmatig te verdelen over het hoofdstroomkanaal wordt een gelijkmatige macroscopische verdeling van nevenfluïdum over hoofdfluïdum gerealiseerd.

2: In een tweede stap worden de deelstromen nevenfluïdum opgebro ken en over de hoofdstroom verdeeld door turbulentie (van de hoofdstroom) ter plaatse en/of stroomafwaarts van de toevoer.

Door beide eerder vermelde stappen worden beide fluïda in een zo kort mogelijk tijdsbestek gemengd op een schaalgrootte van de kleinste turbulente wervels.

3: Als derde en laatste stap grijpt menging plaats door moleculaire diffusieprocessen.

Volgens de uitvinding wordt er voor gezorgd dat turbulente wervels, en dus drukverlies, enkel d£ar optreden waar nevenfluïdum wordt toegevoegd aan de hoofdstroom; dit is stroomafwaarts van de uitstroomopening. Om stroomopwaartse loslating van de hoofdstroming te vermijden, dient de dwarsdoorsnede van de menger tot op dit punt te convergeren, óf niet meer dan de eerder vermelde kritische waarde van divergentie te vertonen. Een convergerende dwarsdoorsnede leidt immers tot een versnelling van de stroming en tot stabiele grenslagen.

Het is mogelijk de convergentie van de venturi bij het inlaatdeel en het toelopen van het spijlorgaan tot aan de toevoer van het nevenfluïdum zodanig uit te voeren, dat het vrije doorstroomoppervlak ter plaatse a) convergerend is, of b) eerst convergerend en daarna constant, of c) eerst convergerend en daarna in geringe mate divergerend. Deze divergentie moet evenwel beneden de kritische waarde blijven, waarbij de stroming de wand van de venturi en/of van het spijlorgaan loslaat.

Met het oog op een gelijkmatige toevoer van nevenfluïdum over de hoofdstroom dient de dwarsdoorsnede van het spijlorgaan voldoende groot te zijn ten opzichte van de uitstroomoppervlakte van het nevenfluïdum. Samen met de eis tot convergentie van de dwarsdoorsnede van de menger (tot aan de plaats van uitstromen van nevenfluïdum) betekent dit dat de dwarsdoorsnede van het spijlorgaan na een eerste snelle toename vervolgens afneemt in de stroomrichting. De plotselinge doorsnedeverandering aan het einddeel van het spijlorgaan (die het drukverlies grotendeels bepaalt) is daarmee zo klein mogelijk.

Het spijlorgaan kan alle in de stand der techniek bekende gedaanten hebben en kan bijvoorbeeld cilindrisch uitgevoerd zijn.

Bij voorkeur is dit zodanig uitgevoerd, dat na een verbreed stroomopwaarts deel het spijlorgaan in stroomrichting convergeert.

De opening of openingen in het spijlorgaan kunnen zijdelings aangebracht zijn zoals in de stand der techniek, d.w.z. zich radiaal ten opzichte van de hoofdstroom fluïdum uitstrekken.

Bij voorkeur wordt deze opening of openingen bij het einddeel aangebracht en strekt of strekken zich in axiale richting in de richting van de hoofdstroomfluïdum uitstrekken. Hierdoor zijn de uitstroomverliezen van het nevenfluïdum en ongewenste verstoring van de stroming van het hoofdfluïdum bijzonder beperkt. Anderzijds wordt voldoende turbulentie veroorzaakt nabij het einddeel om in optimale menging van het nevenflu-idum te voorzien.

Het spijlorgaan kan een of meer spijlelementen omvatten, die elkaar al dan niet kunnen kruisen.

Zoals hierboven aangegeven, kan het spijlorgaan elke gedaante hebben die stromingstechnisch acceptabel is. Zo is het mogelijk het stroomopwaartse deel van het spijlorgaan een gebolde vorm te geven.

Bij voorkeur bevindt het einddeel van het spijlorgaan, waar de gastoevoer van nevenfluïdum plaatsvindt, zich nabij de nauwste sectie van de venturi aan het einde van de convergerende sectie, omdat de zuigkracht daar het grootst is.

De uitvinding zal hieronder aan de hand van een in de tekening afge-beeld uitvoeringsvoorbeeld nader verduidelijkt worden. Daarbij toont:

Fig. 1 schematisch in dwarsdoorsnede een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding;

Fig. 2 een dwarsdoorsnede volgens de lijn II-II in fig.1.

De inrichting volgens de uitvinding is in fig. 1 in zijn geheel met 1 aangegeven. Deze omvat een hoofdstroomkanaal 2 bestaande uit een in-laatdeel 3, dat covergerend is uitgevoerd, een cilindrisch deel 12 en een uitlaatdeel 4, dat divergerend is uitgevoerd.

Hoewel in de hier getoonde uitvoering het convergerende en divergerende deel niet direkt op elkaar aansluiten, is het mogelijk dat daartussen een cilindrisch deel 12 is opgenomen. De venturi 1 is uitgevoerd om in een ringvormig verdeelkanaal te voorzien, dat verbonden is met een toevoer 11 voor een nevenfluïdum. In de wand van het convergerende deel 3 zijn openingen 10 aangebracht, die in verbinding staan met een spijlorgaan, bestaande uit spijlelementen 5, 6. Deze spijlelementen hebben een van voren gebold stroomopwaarts deel 7 en lopen vandaar konisch toe en eindigen in een sleufvormige opening 9. Deze opening 9 bevindt zich nabij het nauwste deel van de venturi en is in einddeel 8 aangebracht. Deze opening 9 kan door een reeks gaten vervangen worden.

Nevenfluïdum afkomstig van toevoeropening 11 beweegt door de ruimte binnen de venturi en opening 10 in de spijlelementen 5, 6 en stroomt vervolgens bij 9 uit in het hoofdfluïdum om daarmee gemengd te worden.

Om loslating van de stroming te voorkomen, dient het dwarsdoorsnede-oppervlak C van de hoofdstroom ter plaatse van de spijlelementen, tussen deel 7 en 8, bij voorkeur convergerend te zijn of niet meer aan een kritische waarde te divergeren.

Hoewel het vrije dwarsdoorsnedeoppervlak ter plaatse van de uit- stroomopening van het nevenfluïdum bij voorkeur het kleinst is om een maximaal zuigeffekt te verkrijgen, is het mogelijk dat stroomopwaarts een kleiner dwarsdoorsnedeoppervlak aangetroffen wordt. Daarbij is het essentieel dat de divergentie niet zodanig is, dat de stroming loslaat.

Hoewel de uitvinding hierboven aan de hand van een voorkeursuitvoering is beschreven, dient begrepen te worden, dat daaraan talrijke wijzigingen kunnen worden aangebracht, die voor de vakman voor de handliggend zijn, zonder buiten het bereik van de conclusies te geraken.

Zo is het mogelijk de venturi op alle in de stand der techniek bekende wijzen uit te voeren. Bovendien kan het spijlorgaan een enkel element omvatten of meer dan twee elementen, die elkaar al dan niet kunnen kruisen. De gedaante van elk spijlelement kan al naar gelang de behoefte worden aangepast en behoeft niet noodzakelijkerwijs in stroomrichting vanaf het stroomopwaartse deel convergerend te zijn.

Claims (8)

1. Venturimenginrichting (1) omvattende een venturi met een hoofdstroomkanaal (2) met tenminste een in de stroomrichting van het hoofdfluïdum convergerend inlaatdeel (3) en een daaropvolgend divergerend uitlaatdeel (4), waarbij in de venturi middelen aanwezig zijn voor het toevoeren van een nevenfluïdum, dat met het hoofdfluïdum vermengd moet worden, welke middelen omvatten een spijlorgaan (5,6) dat zich tenminste over een deel in het hoofdstroomkanaal uitstrekt, met het kenmerk, dat het zich in het hoofdstroomkanaal uitstrekkende deel van het spijlorgaan omvat een verbreed stroomopwaarts deel (7) dat zich in de stroomrichting van het hoofdfluïdum uitstrekt tot een stroomafwaarts einddeel (8), waarbij het gebied liggend tussen het stroomopwaartse deel en het einddeel ter plaatse van het convergerende inlaatdeel van de venturi aangebracht is.

2. Venturimenginrichting volgens conclusie 1, waarbij het stroomopwaartse deel (7) toeloopt tot het einddeel (8), dat versmald is uitgevoerd.

3. Venturimenginrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het spijlorgaan bij het einddeel voorzien is van tenminste een zich in hoofdzaak in de stroomrichting van het hoofdfluïdum uitstrekkende opening (9), die in verbinding staat met de toevoer (11) voor het neven-fluïdum.

4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het spijlorgaan een aantal elkaar kruisende spijlelementen (5,6) omvat.

5. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het stroomopwaartse deel (7) een gekromde gedaante heeft.

6. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het vrije doorstroomoppervlak (C) nabij het einddeel van het hoofdkanaal kleiner is dan op enige plaats stroomopwaarts daarvan.

7. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij het vrije door-stroomoppervlak (C) nabij het einddeel van het hoofdkanaal kleiner of gelijk is dan op enige plaats stroomafwaarts daarvan.

8. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies 1-5, waarbij het vrije doorstroomoppervlak (C) nabij het einddeel tenminste even groot is als het vrije doorstroomoppervlak in het gebied tussen het einddeel en het stroomopwaartse deel van het spijlorgaan.