AT513460A1 - Fluidmischer mit Antrieb - Google Patents

Abstract

Um einen über einen Antrieb verstellbaren Fluidmiseher explosionssicher zu machen, ist an einem ersten, verschiebbaren Innenteil (4) des Fluidmischers (1) eine Ausnehmung (16) vor­ gesehen, in die ein Antriebselement des Antriebs (3) zum Verschieben des ersten Innenteils (4) eingreift, wobei axial zu beiden Seiten der Ausnehmung (16) je ein erstes Dichtelement (18) angeordnet ist, die zwischen erstem Innenteil (4) und Gehäuse (2) des Fluidmischers (1) gegenüber den vom Fluid durchströmten Teilen des Fluidmischers (1) abdichten.

Description

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Ftuidrmscher mit Antrieb

Di© gegenständliche Erfindung betrifft einen Fluidmischer mit einem Gehäuse in dem ein erster innenteil verschiebbar angeord net Ist und am Gehäuse ©in zweiter Innentelf vorgesehen ist, wobei zwischen erstem Innenteii und zweiten innenteii Zumischöffnungen ausgebii-•5 det sfnd und wobei Im Gehäuse in einer Antriebsausnehmung weiters ein Antrieb zum Verschieben des ersten innenteiis vorgesehen ist,

Fluidmisdw werden yeiwendel um zwei Fluide, wie z,B. Luft und Brenngas für einen Gasmotor, in einem gewünschten Verhältnis miteinander und möglichst homogen zu vermischen. Solche Fluidmiseher sind in der Regel als Ventuhmhre:aufgebaut und arbeiten sm Unter-10 schallbereich bei im Wesentlichen konstantem Umgebungsdruck. Dabei durchströmt ein erstes Fluid, z, Ei Luft, das Veniurfmhr, wobei die Geschwindigkeit des Fluids im' Fluidm iseher niemals die Schailgeschwihdlgkest erreicht. An der engsten Steile des Venturirehres, also an der Steife, an der der dynamische Druck (Staudruck) maximal und der statische Drück (Ruhedruck) minimal Ist. wird übet Öffnungen im V'enturirohr ein zweites fluid, wie z,B. Ges oder 15 flüssi ger Kraftstoff, zugefüflrt Im: engsten Qüerschn itt wird jedoch nicht Scftallgesdhwi ndlg- keit erreicht und so kommt es im anschließenden divergenten Teil bekannter Wallen auch zu einer Verzögerung der Strömung und zum Ansteigen des statischen Drucks. Der divergente Düsenbereich ist aufgrund der yerzögerten Strömung besonders sensibel hinsichtlich Strö-mungsabiosang des durchströmehden Fiuldgemisehes. Bei bestehenden Fluidmischern ist 20: ein bekanntes Probiem folglich die Sirömungsablösung im divergenten Teil des Fluidmischers und damit einhetgehende nachteilige Druckveriuste.

Von solchen nach dem Vehturiphnzlp arbeitenden Fluidmischern sind Lavaldüsen grundsätz·· iich zu unterscheiden. Unter einer Lavaidüse versteht man eine Düse zur Beschleunigung eines kompressäblen Gasstroms von einem Uniersehail- auf einen 0herschalfzustand. Für 25 die Beschleunigung eines Gases im Unterschallgebiet wird eine sich verengende (konvergente) Kontur benötigt Die eintretende Unterschallströmung wird im konvergenten Düsenieii bis zum engsten, kritischen Querschnitt auf Schallgeschwindigkeit und von dort im divergenten Düsenieii weiter auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt Dem liegt die physikalische Tatsache zugrunde, dass eine Überschallströmung in einem Diffusor beschleunigt wird (im so Gegensatz zii einer Unterschaliströmung, die in einem Diffusor verzögert wird, wie bei einem Venfurirohr). Somit liegt in der gesamten Lavaidüse eine beschleunigte Strömung vor und der statische Druck sinkt monoton mit der steigenden Geschwindigkeit ab. Strömunosablö-sungen des durchströmenden Gases sind aufgrund der vorhandenen Stabilität der beschleunigten Strömungen nicht maßgeblich. Der weitaus wichtigere Effekt bei OberschalF 35 Strömungen in einer Lavaidüse ist der sogenannte Verdichtongsstoil, welcher durch abrupte 2/9

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Verzögern hg der Strömung auf Untemchäliöedingungen zustande kommt und mit großen Verlusten behaftet ist. Ob ein derartiger Verdichtungsstoß in einer Lavaibuse auftrftt, hängt allein vom Druekverhiitnis zwischen Düsenein·· und austfitt und dem Verhältnis von minimalem Querschnitt zu Austotisquersebnitt ab. Solche Lavaldösen kommen häufig als Raketen-s düsen zum Einsatz, wobei hier euch sogenannte Pöppetglöckengeometrien bekannt sind, die einerseits das Auftreten eines Verdichtungsstoßes verhindern sollen und andererseits auch definierte Abrisskanten ausformen sollen, äh denen die Strömung zu definierten Bedingungen abreißen soll, um: für alle Steighöhen eine möglichst optimale bavafdöse zur Verfügung zu haben. Hier wird ein Strömungsabriss somit ganz gezielt herbeigafuhrt. i q U m die zuzumi sehende Gasmenge zu regeln, kommen häufig Fluidm äsober zum Einsatz,; die einen beweglichen, insbesondere axial verschiebbaren, Innenteil, z.B, den divergenten Teil des Venturirorhrs, aufweisan. Durch Verschieben dieses Innenteils können die Zumisehöff-nyngen und; damit die zugeführte Gasmenge verstellt werden. Dazu ist am fiuldmischer irr der Regel ein elektrischer Antrieb vorgesehen, der mit dem: verschiebbaren Innentet zu-iS sammenwirkt Problematisch dabei ist der Umstand, dass ein brennbares Gas zugemischt wird und Vorkehrungen hinsichtiich eines wirksamen Explosionsschützes getroffen werden müssen.

Es ist daher eine Aufgabe der gegenständlichen Erfindung einen Fluidm iseber mit verschiebbaren ihnenteil anzugeben, der einen einfachen und wirksamen Schulz gegen Explo-20 sion at^Weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geiost Jedem am ersten innenteii eine Ausnehmung vorgesehen ist in die ein Anihebselementdes .Antriebs zum Verschieben des ersten innenteils eingreift und axial zu beiden Seiten der Ausnehmung je ein erstes D>chteie~ ment angeordnet ist, die zwischen erstem innenteii und Gehäuse gegenüber den vom Fluid 25 durchströmten Teilen des Fluidmischers abdichten. Damit wird die Antriebsausnehmung von den von Fluid durchströmten Teilen des Flyidmischer getrennt womit es auch zu keiner Explosion, z,S. ausgelöst durch einen Funken im Antrieb, im Fluidmiscber kommen kann.

Der Explosionsschutz kann verbessert werden, wenn zwischen Antrieb und Gehäuse ein zweites Dichtelement vorgesehen ist womit eine zweistufige Abdichtung realisiert wird. so Für einen automatischen Druckausgleich, kann am Gehäuse ein Entlüftungsventil angeordnet sein, das mit der Antnebsausnenmung verbunden ist. Durch die Abdichtungen gegenüber dem Fluid wird verhindert, dass über das Entlüftungsventil Fluid In die Umgebung abgegeben wird. 3/9

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Vorteilhafter VV'eiseist am Gehäuse ein Prüfanschiuss angeordnet, der mit der Ausnehmung verbunden ist. Das ermöglicht einerseits eine öichtbestspfüfyngs, z,B> über eine Druckaöfaitsprüfung, und andererseits auch eine dauerhafte: Leckageprüfung, was die Sicherheit und den Explasionssehutz weiter erhöht, •5 Um den Fiuidmischer einfach und rasch prüfen oder warfen zu können, kann vorteilhafter Wslse vorgesehen sein, den zweiten Innenteii lösbar am Gehäuse angeordnen, womit der Bereich der ZümsscHöffnungen einfach zugänglich sind.

Die gegenständliche Erfindung wird nacöfolgen anhand der beispielhaften, nicht einschränkenden Figuren 1 und 2, die vorteilhafte Ausgestaitungen der Erfindung zeigen, näher ertäu-10 tert Dabei zeigt

Rg,1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemißeri Fiuidmischer und Fig.2 eine Ansicht des Fiuidmisehers mit entferntem zweiten innenteii.

Der erfihdungsgemäße FIMdmischer 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Flgs. 1 und 2 beschrieben und umfasst ein Gehäuse 2, in dem ©In reiaiiv zum Gehäuse:2 ver-15 schiebbarer erster Innenteii 4 {angedeutet durch den Doppelpfeil in Fig.1) hier in Form eines Diffusors, und ein Antrieb 3 zum Verschieben dieses verschiebbaren innenteiis 4 ungeordnet sind. Am: Gehäuse 2 ist weiters ein starrer, düsenförmiger zweiter innenteil S angeordnet. Selbstverständlich konnte der zweite innenteii S auch integraler Bestandteil des Gehäuses 2 und kein eigenständiger Bauteil sein. Der erste und zweite innenteii 4,5 zusammen bilden 20 ein Venturircflr, Die Strömungsrichtung durch den Fiuidmischer ist durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet Ein erstes Fluid, z.B. Luft, wird über einen Ei niriitsberejeh am zweiten innenteii 5 (z.B das äxiaie Ende des zweiten innenteiis B) zugeführt und das Fluidgemisch über einen Äusthttsbereieh am ersten innenteii 4 (z.B. das axiale Ende des ersten Innenteiis 4} aus dem Fiuidmischer 1 abgeführt, 25 Irn Gehäuse 2, hier zwischen Gehäuse 2, erstem innenteii 4 und zweitem Innenteii 5, ist weiters eine Ausnehmung 6 vorgesehen, die mit einer Zuführöfnung 7 für ein zweites Fluid verbünden ist. Die Ausnehmung 8 ist bevorzugt ringförmig uni: den ersten und/oder zweiten Innentelle, 5 angeordnet. Im Bereich des engsten Querschnitts des Venturirohrs sind über den Umfang verteilt eine Anzahl von Zumischöffnungen 8 vorgesehen, die mit der Ausnehmung 6 so und damit mit der Zuführöffhuhg 7 verbunden sind. Über die Zymfsohöffnungen 3 wird das zweite Fluid, z.B. Brenngas, zygeführt und letztendlich mit: dem ersten Fluid, z.B. Luft ver-mischt.

Die Zumlschöffnungen 8 sind hierin Form eines axial geschützten Ringes 9 ausgefuhrt, der radial außen an einer axialen Schulter 19 am dem ersten innenteil 4 zugewandten axialen 4/9 823 A7

Ende des zweiten Innenteiis 5 gngeordnet ist. Der axial geschlitzte Ring 9 umfasst auch das dem zweiten innentei! 5 zugewandte axiale Ende des ersten Innenteiis 4, sodass die Länge der durch die axialen Schlitze gebildeten Zumischöffnungen 8, und damit die zttfütirbare Fluidmehge, durch die axiale Position des verschiebbaren ersten innenteiis 4 bestimmt ist, s Selbstverständlich könnten die Zumisehöffnuhgen auch beliebig anders ausgesiaitei sein, z.8, könnten die axialen Schlitze direkt in das zweite innenteii 5 eingearbeitet sein, womit auf einen eigenständigen Ring 9 verzichtet werden könnte. Ebenso sind Im Bereich des axialen Endes des zweiten Innenteiis 5 über den Umfang verteilte radiale Bohrungen denkbar,; die vom ersten innenteii 4 teilweise; abgedeckt werden. iö Der zweite Innenteii 5 kann zudem auch vom Gehäuse abnehmbar sein |wie in Fig.2 ange’· deutet), z.8. durch eine geeignete: Verschraubung, um einfach und schnell den Bereich der Zumischöffnungen 8. z;B. zur Wartung oder Reinigung, zugänglich zu machen. 15 in einer Äntnebsausnehmung 10 des Gehäuses 2, die hier durch einen Deckel 11 abgeschlossen ist, ist der Antrieb 3 für den verschiebbaren innenteil 4 angeordnet. Der Antrieb 3 ist Hier als Elektromotor 12 ausgefuhrt Am Gehäuse 2 können weiters Anschlüsse 13 für die Energieversorgung des Antriebs 3: und für Steuer- und Messsignale zum bzw. vom Antrieb 3 vorgesehen sein, die; ln geeignete Weise mit dem Antrieb 3 verbunden sind.

Per Antrieb 3 umfasst ein Antriebseiemeni das in eine Ausnehmung 18 am verschiebbaren Innenteil 4 eingreitt und mit dieser zum Verschieben des Innenteiis 4 zusammenwirkt. Im 20 dargesteiiten Ausführungsbeispiei ist als Antrieb ein Elektromotor 12 vorgesehen, der eine Scheibe 14 antreibt, an der ais Antriebselemerrt ein exzentrischer Zapfen 15 angeordnet ist Die Ausnehmung 16 sm ersten Innenteii 4 kann dabei auch als Ringspaii ausgefuhrt seih. Durch Verdrehen der Scheibe 14 und damit des exzentrischen Zapfens 15 wird die Drehbewegung in eine translatorische, axiaie Bewegung des verschiebbaren ernten innenfeiis 4 25 umgewandeit Die Innenwand 17 des Gehäuses 2 dient dabei ais Führungsflache für den verschiebbaren innenteii 4, Selbstverständlich konnte auch jeder andere geeigneten Antrieb, wie ein Ünearantfieb, ein hydraulischer oder pneumatischer Antrieb, etc., eingesetzt werden

Um den Antrieb 3 gegen das zuzuführende zweite Fluid und gegen das Fluidgemisch abzudichten, sind an beiden axialen Seiten der Ausnehmung 1b erste Dichtelemente 18t z.B. Q~ so Ringe, vorgesehen. Die Dichtelemente 18 sitzen in Ausnehmungen des verschiebbafen Innenteiis 4 oder des Gehäuses 2. Zusätzlich können zwischen Antrieb 3 und Gehäuse, be-vorzugtzwtschan einen bewegten Teil des Antriebs 3 und des Gehäuses 2, z.B. häerzwA sehen Scheibe 14 oder zwischen Antriebswelle und Gehäuse 2, auch zweite Dichtelemente 22, wie hier z.B. ein Weilendichtring, angeordnet sein. Damit erzielt man eine zweistufige as Abdichtung der Anthebsausnehmung 10 gegenüber einem Fluid im Fluidmischer 1. Auf diese; 5/9

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Weise kann die Äntrlebsausnehmyng 10 sicher gegen das Fluid Inl Fluidmischer 1 abgedicll* lei werden und man kann sogar ein® ExplGsiönsscbutzzartffizsemng, wie z,6. ein® ATEX-Zertifizierung, erreichen.

Weiters kann am Gehäuse 2 ein Entlüftungsventil 20 vorgesehen sein, das mit der Ahtriebs-s aMShehrr^ng 10 in VerhindubS steht Pas Entlüftungsventil 2Ö ist z.B. als Entlüftungsbohrung, die durch eine gasdurchlässige'Membran (z,B. eine GoreTex Membran) versohlossen ist, ausgeführt: Dadurch kann bei Unter- oder Überdruck Luft in beide Richtungen hindurch diffundieren, ohne dass dabei Wässer bzw. Feuchtigkeit In die Äntnebsausnehmung 10 eindringeh kann. 10 Ebenso kann am Gehäuse 2 ein Prufanschiuss 2.1 vorgesehen sein, der mit der Ausnehmung 16 in Verbindung steht. Über diesen Prüfanschluss 21 kann eine Druckabfailsprüfung vorgenommen werden und auf diesem Wege festgestelit werden, ob die Abdichtung;zwischen Äntriebsausnehmung 10 und dem von Fluid dorehstrbmfen Teil des Fluidmlscher 1 undicht ist. Der Prüfanschiuss 21 kann, wie in fig.2 angedeutet, auch als Anschluss für eine 15 dauerhafte Leckageprüfung, z.8, mittels geeigneter Sensoren 23 zur Detektion von Gas, dienen. Der Sensor 23 spricht auf Gasleckagen an und signalisiert das z.8. an eine Steuerung 24, die eine entsprechende Maßnahme, wie z.B. einen Notstop durch Schließen der Zumischöffnungen 8, oder ein entsprechendes Signal, auslöst. 6/9

Claims (5)

1. 323 AI Patentansprüche 1 Fiuidmischer mit einem Gehäuse (2) in dem ein erster Innen teil (4) verschiebbar ange-ordnet ist und am Gehäuse (2) ein zweiter Innenteü (5) vorgesehen ist woher zwischen ers-5 tem Innenteil (4) und zweiten innenteil (5) Zurrtischöftnungen (8) ausgebildet sind und wöbe, im Gehäuse (2) in einer Äniriahsausnehmung (10) weiters ein Antrieb (3) zum Verschieben des ersten Innenteiis (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Innen-teil (4) eine Ausnehmung (18) vorgesehen ist in die ein Äntriehselement des Antriebs (3) zum Verschieben des ersten Innenteiis (4} eingrelft und dass axial zu beiden Seiten der το Äusnehmung (16) je ein erstes Dichtelement (18) angeordnei ist, die zwischen erstem Innenteil (4) und Gehäuse (2) gegenüber den vom Fiuld durchströmten Teilen des Fluidmischers (1) abdichten,
2. 2. Fiuidmischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Antrieb (3) und Gehäuse (2) ein zweites Dichtelement (22) vorgesehen ist. is
3. 3. Fiuidmischer hach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) ein Entlüftungsventil (20) artgeordnet ist, das mit der Äritriebsausnehmung (10) verbunden ist,
4. 4, Fiuidmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (2) ein Prüfanschluss (21) angeordnei ist, der mit der Ausnehmung (16) verbunden 2ö ist,
5. 5. Fiuidmischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite innenteir(S) Idsbar am Gehäuse (2) angeördnet Ist)