DE69803229T2

DE69803229T2 - Auslegung der inneren geometrie eines gas-luft venturimischventils

Info

Publication number: DE69803229T2
Application number: DE69803229T
Authority: DE
Inventors: Zdenek Beran
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1998-11-23
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2018-11-24
Also published as: EP1055085B1; JP2001526372A; DE69803229D1; CA2305145A1; US5971026A; EP1055085A1; CA2305145C; CZ20002148A3; WO1999030081A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrfachkapazitäts-Gas/Luft-Venturimischventil. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Innengeometrieform eines röhrenförmigen Gas/Lift- Mischventils.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft allgemein ein Mehrfachkapazitäts-Gas/Luft-Mischventil mit einer Innengeometrieform für ein röhrenförmiges Gas/Luft- Mischventil. Die Ausgabe des Ventils wird in einer nachgeschalteten Verbrennungsvorrichtung, wie zum Beispiel einem Kessel, verbrannt.
Gas/Luft-Mischventile des verwandten Stands der Technik weisen besondere Einlaßteile zur Mischung von Gas und Luft bei bestimmten Kapazitäten und Druckabfällen auf. Diese Teile werden in der Regel durch die Trial-and- error-Methode konzipiert. Bei jedem Versuch müssen die aus Kunststoff bestehenden, in einem Aluminiumkörper angebrachten Einlaß- sowie Auslaßteile vollständig gefertigt und geprüft werden, wodurch der Entwurfsprozeß Zeit- und kostenaufwendig wird. Darüber hinaus ist die Leistungsfähigkeit der sich ergebenden Form nicht immer zufriedenstellend.
Der Gas-Luft-Mischung betreffende Stand der Technik bezieht sich größtenteils auf Gasturbinen und nicht auf Einlässe zu Kesseln. Das US-Patent Nr. 5,611,684 von Spielman betrifft allgemein das Gebiet der Verwendung des Erfindungsgegenstands. In diesem Patent werden ein gasförmiger Brennstoff und Verbrennungsluft vorgemischt. Die Mischventilart wird allerdings nicht offenbart.
Im US-Patent Nr. 5,257,499 von Leonard wird ein Ventil zwischen dem Brennstoffeinleitungsmittel und dem Lufteinleitungsmittel eingesetzt, so daß der Luftstrom über einen großen Bereich von Durchflußmengen relativ konstant ist. In den US-Patenten Nr. 5,477,671 und 5,572,862 von Mowill wird ein Ventil mit einem Einlaß und einer Achse offenbart, wobei der Einlaß mit der Druckluftquelle wirkverbunden ist, um einen Druckluftstromweg in den Einlaß zu definieren. Im wesentlichen offenbaren diese Patente das Konzept der Verwendung eines von der Brennkammer getrennten Ventils zur vollständigen Vormischung des Brennstoffs und der Luft.
Im US-Patent Nr. 5,002,481 von Förster wird Heizöl durch Verdampfung in Wasserdampf anstatt Luft vorgemischt. Die Verdampfungsleitungen des zweiten Verdampfungsteils weisen einen kleineren Krümmungsradius auf als die ersten, da die Verdampfung in nach unten ausgerichteten schraubenförmigen Rohren erfolgt. Das sich ergebende Gemisch wird direkt in einen Mischraum abgelassen.
Bei den US-Patenten Nr. 4,845,952 und 4,966,001 (beide von Beebe) werden auch Rohre zur Mischung von Brennstoff durch Positionierung der Rohre im Luftstromweg offenbart. Bei diesen Patenten wird eine Mehrfach-Venturirohr-Vormischvorrichtung eingesetzt.
Im US-Patent Nr. 5,402,633 von Hu wird eine Vormischungs-Gasdüse mit einem länglichen tangentialen Einlaßschlitzen offenbart. Beim US-Patent Nr. 5,450,724 von Kesseli werden mehrere Mischkanäle verwendet, die so ausgerichtet sind, daß sie das Verbrennungsluft- Brennstoffgemisch in eine Wirbelbewegung versetzen. Schließlich betrifft das US-Patent Nr. 5,140,820 ein Vergasungssystem für Kleinmotoren, kann aber laut den Angaben auch in größeren Motoren und sogar in Hilfsaggregaten verwendet werden. Ein Ventilmittel wird darin nicht offenbart. Das US-Patent Nr. 3,684,189 von Reed umfaßt einen Brennermund aus Metall, der mit einem Standardrohr verschweißt ist. Es werden weder Ersatzteile noch wird die Verwendung verstellbarer Teile in Betracht gezogen. Des weiteren weist weder der Einlaß noch der Auslaß die überlegene Konfiguration nach der vorliegenden Erfindung auf.
Der Hersteller von Gas/Luft-Mischventilen sieht sich einer sehr vielfältigen Palette von Kunden gegenüber, die für viele der von dem Ventilhersteller instandgehaltenen Kessel eine kundenspezifische Auslegung erfordert. Bei vielen Kesselherstellern und einer fast unbegrenzten Anzahl von Anwendungen für die Kessel sind die Permutationen von Ventilauslegungen gleichermaßen immens. Gleichzeitig möchte jeder Verwender des Kessels maximale Leistungsfähigkeit, minimale Verschmutzung oder minimalen nicht verbrannten Brennstoff, minimale Kosten und einen unverzüglichen, praktisch sofortigen Service und ein solches Reagieren auf seine Forderung nach neuen Ventilen.
Das Problem besteht darin, daß beim Entwurfsprozeß zur Herstellung von Mischventilen mehrere Faktoren von Bedeutung sind. Vor der vorliegenden Erfindung wurden Ventilteile durch Erfahrung unter Verwendung von Trial- and-error-Methoden entworfen, was zu hohen Entwurfskosten und weniger als optimalen Ergebnissen führte. Für jeden Versuch mußten die aus Kunststoff bestehenden und in einem Aluminiumkörper angebrachten Einlaß- und Auslaßteile vollständig herstellt und geprüft werden, wodurch der Entwurfsprozeß sehr langsam und ziemlich teuer wurde. Darüber hinaus war die Leistungsfähigkeit der entwickelten Form für die vielen verschiedenen Endverbraucher nicht immer zufriedenstellend.
Auf dem Venturi-Prinzip basierende Gas/Luft- Mischventile werden in einer Vielzahl von Kesselsystemen, insbesondere bei industriellen Kesseln, die große Energiemengen für verschiedene industrielle Prozesse und Anwendungen erzeugen, eingesetzt. Beim Entwurf des Ventils muß eine große Anzahl von Mischventileigenschaften in Betracht gezogen werden. Den Anforderungen für Luftabführung, Gasabführung, Gas/Luft-Volumenanteil für verschiedene Gebläselasten, Druckabfall am Ventil, Modulationsband, maximalen Winkel des Auslaßteils und dergleichen muß entsprochen werden.
Bei einer industriellen Anwendung, bei der eine große Anzahl von Ventilen hergestellt werden, kann ein Druckabfall beispielsweise in einem Bereich von unter 350 Pascal bis über 550 Pascal liegen. Gleichzeitig liegen gewünschte Luftkapazitäten in einem Bereich von 18 bis 66 Kubikmeter pro Stunde (m³/h) bei den dabei auftretenden Gaskapazitäten für den Luftstrombereich.
Die Bereitstellung einer allgemeinen Innenprofilform für ein Gas/Luft-Mischventil, das den Großteil der wichtigen Ventileigenschaften für eine Ventilfamilie optimieren würde, wäre von großem Vorteil. Zu diesen Eigenschaften zählen Gas/Luft-Volumenanteil bei verschiedenen Gebläselasten und das Modulationsband, die einen starken Einfluß auf die Gesamtleistungsfähigkeit des Ventils haben.
Des weiteren wäre es ein großer Fortschritt im Stand der Technik, wenn den erforderlichen Gas- und Luftkapazitäten von einem Ventil mit einem besonders ausgebildeten Profil für optimale Ergebnisse Rechnung getragen werden könnte.
Ein weiterer Vorteil wäre es, wenn der Auslaßteil des Ventils zur Maximierung des Gesamtbetriebs des Ventils konfiguriert werden würde.
Andere Vorteile werden im folgenden ersichtlich.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist nun entdeckt worden, daß die obigen und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung auf folgende Weise gelöst werden können. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung eine Innengeometrieform für ein röhrenförmiges Gas/Luft-Venturimischventil bereit. Die Ausgabe des Ventils wird in einer nachgeschalteten Verbrennungsvorrichtung, wie zum Beispiel einem Kessel, verbrannt. Das erfindungsgemäße Ventil wird zum Betrieb mit einem solchen Kessel oder einer anderen Verbrennungsvorrichtung ausgewählt, wobei die Vorrichtung den Gas- und Luftdurchflußmengenbereich bestimmt, der zum effizienten Betrieb über den gesamten Betriebsbereich des Kessels erforderlich ist. Nach Auswahl dieser Parameter wird das Ventil selbst durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Innengeometrieform für ein röhrenförmiges Gas/Luft- Mischventil. Diese Erfindung ermöglicht nicht nur die Erzielung optimaler, vom Rechner gelieferter Leistungsfähigkeit, sondern wird auch zur Erleichterung der Integration eines Kunststoffeinlaßteils mit dem Aluminiumkörper verwendet, der in einem Bereich von verschiedensten Ventilkapazitäten und Druckabfällen unverändert bleibt. Der Einlaßteil des Ventils wird durch Extrusion von einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt. Der gleiche Metallventilkörper wird für die verschiedensten Mischventile verwendet, indem nur relativ einfach hergestellte Kunststoffteile, die für bestimmte Gas/Luft-Mischparameter ausgelegt sind, ausgetauscht werden.
Das erfindungsgemäße Gas/Luft-Mischventil weist einen einstellbaren Lufteinlaß auf, der durch Einstellung des Radius der Luft zum Mischteil des Ventils einlassenden Drossel festgelegt wird. Der Gaseinlaß wird auch auf Grundlage der gewünschten Betriebsbedingungen des Ventils eingestellt. Die Innengeometrieform zur Leitung des Luft- und Gasstroms in das Ventil definiert diesen Strom. Der Einlaßteil ist mit einem dauerhafteren Körperteil, wie zum Beispiel einem aus Aluminium hergestellten, und einem austauschbaren geformten, vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Teil ausgebildet. Der erste Körperteil weist eine um eine Mittelachse des Ventils zentrierte Einlaßfläche auf, die durch eine konkave Fläche mit einem ersten kreisrunden Querschnitt definiert wird. Das austauschbare Formteil weist eine Verbundfläche auf, die durch eine konische Fläche mit einem linearen Querschnitt und weiterhin teilweise durch eine konvexe Fläche mit einem zweiten kreisrunden Querschnitt, der die Drossel bildet, definiert wird. Wie oben erwähnt, funktioniert das Mischventil gemäß der vorliegenden Erfindung durch Einstellung des Gas- und Luftanteils unter Verwendung der Prinzipien einer Venturi-Wirkung. Die oben verwendeten Begriffe "konvex" und "konkav" sind natürlich Flächen mit dem Querschnitt bezüglich der Mittelachse.
Der austauschbare Auslaßteil des Ventils weist eine Verbundauslaßfläche auf, die durch eine sich von dem obenerwähnten zweiten kreisrunden Querschnitt des ersten Körperteils zu einer zweiten konvexen Fläche am Auslaßteil erstreckende konische Fläche definiert wird, so daß die zweite konvexe Fläche als eine nach außen kelchende Fläche für den Auslaß des Ventils wirkt.
Auf Grundlage der gewünschten Luft- und Gasstromeigenschaften und der Anforderungen des Kessels und des Systems, für den bzw. das das Ventil bestimmt ist, können die Spezifikationen des Ventils, wie zum Beispiel Luftdrosselöffnung (die das Luftvolumen festlegt) und Gaseinlaßgröße (die das Gasvolumen festlegt) für jede Ventilanwendung optimiert werden. Der einzige Teil, der für das fertiggestellte Ventil eingestellt werden muß, ist das austauschbare Formteil aus Kunststoff.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird hierbei auf die Zeichnungen Bezug genommen, es zeigen dabei:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht, die das erfindungsgemäße Ventil darstellt;
Fig. 2 eine schematische, als Schnitt ausgeführte Seitenansicht des erfindungsgemäßen Rohrventils;
Fig. 3 eine vergrößerte schematische Ansicht des Einlaßteils des in Fig. 2 gezeigten Ventils;
Fig. 4 ein Luftkurvenschema, das die Beziehung zwischen dem Luftstrom und dem Ventildrosselradius darstellt; und
Fig. 5 ein Gaskurvenschema, das die Beziehung zwischen dem Gasstrom und der Gasschlitzgröße darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Die Erfindung betrifft eine Innengeometrieform für eine Komponente eines Gas/Luft-Mischventils. Das Ventil selbst beruht auf dem Prinzip und umfaßt eine Konstruktion, die durch ein einfaches Fertigungsverfahren hergestellt werden kann, wobei die postulierten Eigenschaften des Ventils beibehalten werden.
Das Mischventil weist bestimmte erforderliche Eigenschaften in bezug auf Luftabführung, Gasabführung, Gas/Luft-Volumenanteil für verschiedene Gebläselasten, Druckabfälle am Ventil, Modulationsband und maximalen Winkel des Auslaßteils auf. Bei der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform betragen die bevorzugten Druckabfälle 350, 450 bzw. 550 Pascal. Die Luftkapazitäten liegen in einem Bereich von 18-66 Kubikmeter pro Stunde (m³/h) und werden von den jeweiligen Gaskapazitäten begleitet. Natürlich werden für andere Kessel, Gebläse und Systemvariablen andere Druckabfallbereiche und Luftkapazitäten gewählt.
Unter Berücksichtigung der erforderlichen Spezifikationen ist die allgemeine Innenprofilform zur Erzielung der wichtigsten Ventileigenschaften, bei denen es sich um Gas/Luft-Volumenanteile für verschiedene Gebläselasten und um das Modulationsband handelt, die einen starken Einfluß auf die Gesamtventilleistungsfähigkeit haben, ausgelegt worden.
In Fig. 1 wird ein Teil eines integrierten Gas/Luft- Steuersicherheitssystems mit einem Gebläse und einem Ventil 10 dargestellt, das allgemein einen Einlaß 11 und ein Abführende 13, das das geeignete Luft/Gas- Gemisch einem Kessel oder einem anderen Verbrennungssystem (nicht gezeigt) in optimalen Mengen zuführt, aufweist. Der Einlaß 11 enthält einen Metallteil 15 und austauschbare Kunststofformteile 17 und 23, die alle unten ausführlich beschrieben werden. Der Metallteil 15 bildet eine konkave Fläche 19. Das Formteil 23 bildet eine konvexe Fläche 21, die einen Teil der Drossel 23 bildet. Das Formteil 17 paßt zwischen die Flächen 19 und 21.
Das Abführende 13 enthält eine sich von der ersten konvexen Fläche 21 zu einer zweiten konvexen Fläche 27 am Auslaßende 29 der Abführung 13 erstreckende konische Fläche 25. Bei den verbleibenden Teilen des Ventils 10 handelt es sich um eine herkömmliche Gaszufuhreinheit 30 zur Zuführung von Gas zu dem unten beschriebenen und durch die Drossel 23 gesteuerten Gaseinlaß.
Nunmehr auf die Fig. 2 und 3 Bezug nehmend, werden die Arbeitsteile des Ventils 10 gezeigt. Das Ventil 10 ist um eine Achse 31 zentriert. Die erste konkave Fläche 19 bildet die erste Fläche, auf die in Richtung von Pfeil 33 in Fig. 2 eintretende Einlaßluft trifft. Die Fläche 19 ist ein Kreissegment, dessen Mitte bei Q2 liegt und das zwischen den Punkten P1 und P2 einen Bogen und zwischen P2 und P3 einen geraden Teil definiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde berechnet, daß dieser Bogen ca. 80º beträgt.
Analog handelt es sich bei der ersten konvexen Fläche 21 um ein Kreissegment, dessen Mitte bei Q1 liegt und das zwischen den Punkten S1 und S2 einen Bogen definiert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wurde berechnet, daß dieser Bogen ca. 70º beträgt. Der Bereich zwischen P3 und S1 ist eine konische Fläche 25 des Formteils 17. Die gekrümmte Fläche 21 ist auch die Außenseite der Drossel 23, und die Drossel 23 kann zur Änderung des Gaseinlaßschlitzes 35 bewegt werden, bei dem es sich um den Spalt zwischen der Drossel 23 und der konischen Fläche 25 handelt, damit Gas über die Kräfte in Richtung von Pfeil 37 in Fig. 3 eintreten kann. Der Gasschlitz s ist der Abstand zwischen den Punkten S3 und S4, wie in Fig. 3 gezeigt.
Für die meisten Anwendungen kann der Metallteil 15 standardisiert werden, sobald die Parameter des Kesselsystems erstellt worden sind. Die einzige Variable für eine komplette Ventilfamilie wären die Kunststofformteile 17, 23, 25 und 27. Die konische Fläche 25 bildet mit der Achse 31 des Ventils einen Winkel. Bei der vorliegenden Ausführungsfarm beträgt der zwischen der Fläche 25 und der Achse 31 gebildete Winkel ca. 42º.
Natürlich wäre für sich wesentlich unterscheidende Betriebssysteme, verschiedene Kessel und andere Umstände eine andere vollständige Ventilfamilie erhältlich.
Der nächste Schritt ist die Feinabstimmung der Auslegung für die erforderlichen Luft- und Gaskapazitäten. Wie gezeigt worden ist, ist das Formprofil des Einlaßteils eine Kombination aus zwei kreisförmigen Flächen und einer zylindrischen Fläche, während das Auslaßteil eine Kombination aus einer konischen Fläche und einer anderen Fläche ist, die punktweise beschrieben und durch Keilverzahnungen geglättet wird. Die Fig. 2 und 3 sind typische asymmetrische schematische Ansichten, die für die bevorzugte Ausführungsform entwickelt worden sind.
Ein Hauptgrund dafür, warum das austauschbare Teil zur Optimierung der Auslegung ausgewechselt werden muß, besteht darin, daß Gas und Luft nicht universell überall gleich sind, und selbst genau derselbe Kessel erfordert nicht den gleichen Strom, wenn sich die Gas- oder Luftqualität ändert. Beispielsweise kann ein niederkalorisches Gas mit einem Gas/Luft-Verhältnis von zum Beispiel 1 : 10 oder 1 : 12 verwendet werden, während hochkalorisches Gas nur ein Gas/Luft-Verhältnis von 1 : 15 oder sogar mehr erfordern kann. Dies liegt daran, daß man für die gleiche Wärmeleistung weniger hochkalorisches Gas benötigt. Die Gasqualität kann sich sogar aufgrund von Wetter, verschiedenen Zulieferern oder anderen Faktoren an einem gegebenen Ort über das Kalenderjahr ändern. Zum Austausch der Formteile 17, 23, 25 und 27 ist lediglich die Einstellung der konischen Fläche 25 und somit des Winkels der Fläche an der Achse 31 erforderlich, was sich wiederum so auswirkt, daß die Kräfte am Gaseinlaß 35 geändert werden, um dadurch eine gleichmäßige Wärmeleistung zu erhalten.
Es ist derzeit nicht möglich, die genaue Luftdynamik zur Vormischung von Luft und Gas in diesen Systemen unter Verwendung von Ventilen zur Erzielung des optimalen Gas- und Luftanteils zu berechnen. Bei einigen Kesselarten ändert sich die in das System gezogene Gas/Luft-Gemischmenge aufgrund von Prozeßerfordernissen und dergleichen, so daß das Gebläse mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Kapazitäten betrieben wird. Deshalb muß auch das Ventil verstellbar sein, um einen konstanten Gas- und Luftanteil zu liefern. Dies erfolgt durch Einstellung des Luftstroms über den Drosselradius 37 (siehe Fig. 2) und den Gasschlitz 35 (siehe Fig. 3).
Diese beiden Variablen werden aus einer Reihe von in den Fig. 4 und 5 gezeigten Kurven bestimmt und unter Verwendung von rechnererzeugten Daten berechnet.
Die Auslegung des Einlaßteils des Mischventils ist ein Schlüsselfaktor. FLUENT ist ein Strömungsdynamik- Rechnersoftwarepaket, das bei der Auslegung des Einlaßteils des Ventils verwendet wird. Mit dieser Software können die Gas- und Luftstromeigenschaften analysiert und sichtbar gemacht werden. FLUENT wird von Fluent, Inc., in Centerra Resource Park, Lebanon, New Hampshire, hergestellt. Die für die Berechnungen für die vorliegende Erfindung verwendete Version war FLUENT, Version 4.25. FLUENT ist ein Softwarepaket zur Simulation des Fluid/Gasstroms in Konfigurationen mit verschiedener Geometrie. Es gestattet eine physikalische Modellierung. Andere Fluidströmungssimulationssoftware würde zu den gleichen Ergebnissen führen, da der gewünschte Luft- und Gasstrom zur wirkungsvollsten Durchführung der Verbrennung berechnet wird.
Um den Luft-/Gasstrom in einem Ventil simulieren zu können, müssen viele andere Werte als Eingabewerte in das Programm, wie zum Beispiel FLUENT, eingegeben werden. Dazu gehören: Dichten des Luft/Gas-Gemisches, Binärdiffusionskoeffizienten, Wandungsrauhigkeit, Luft-/Gastemperaturen und viele andere Werte, die im Programm angeführt sind. Jede beliebige Fluidströmungssimulationssoftware würde zu den gleichen Ergebnissen führen.
Die erhaltenen Werte, die zur Erzeugung der obenerwähnten Abhängigkeiten verwendet wurden, waren Strom [m³/h], die Geometriewerte des Drosselradius und des Gasschlitzes [mm] und der Druckabfall [Pa]. Die in den Fig. 4 und 5 gezeigten erhaltenen Kurven sind ein Ergebnis des Excel®-Programms von Microsoft- Software auf einem PC - es handelt sich nur um eine Leistungsregression. Die FLUENT-Software wurde zur Modellierung und Simulation des Gas- und Luftstroms im Ventil verwendet, dazu kann aber auch jede andere Software dieser Art verwendet werden.
Auf Grundlage einer FLUENT-Simulation kann eine analytische Beschreibung des Ventils in Form von zwei Kurven ausgeführt werden. Fig. 4 ist die erste Kurve, die die Abhängigkeit des Drosselradius des Ventils von der Luftkapazität beschreibt (das heißt, die gegebene Luftkurve von Fig. 4). Die zweite Kurve zeigt die Gasschlitzabmessung für einen gegebenen Gasstrom (das heißt die Gaskurve von Fig. 5). Die Luftkurve ist dem ganzen Bereich von Kapazitäten und Druckverlusten gemein. Die Gaskurve ändert sich leicht von einem gegebenen Druckabfall zum anderen und kann für jede bestimmte Druckabfallkennlinie oder als Alternative für mehrere gewählte benachbarte Druckabfälle (zum Beispiel Werte 350, 450 und 550 Pascal) bestimmt werden, aus denen anhand von Interpolationswerten dazwischen andere Kenngrößen bestimmt werden.
Dem Software-Programm FLUENT oder einem anderen ähnlichen Programm werden Informationen über die Geometrie des Ventils sowie den gewünschten Luftstrom (Abführung) [m³/h], den Gasstrom (Abführung) [m³/h], den Druckabfall am Ventil [Pa], den Ventildrosselradius [mm] und die Gasschlitzbreite [mm] eingegeben.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wurde über einen Luftstrombereich in m³/h von ca. 10 bis 66 m³/h eine Kurve 41 erzeugt und, wie gezeigt, zu den Enden der Kurve 41 extrapoliert. Der Luftstrom wird als Funktion des gewünschten Ventildrosselradius aufgetragen, um den erforderlichen Luftstrom zu erhalten. Die für Fig. 4 entwickelten Daten gelten für einen vorgeschriebenen Druckabfall von 450 Pascal, da auch dieser Wert als ideal für das System im Gebrauch erachtet wurde. Nun wird der gewünschte Luftstrom gewählt, um den bestimmten Drosselradius zu ermitteln, der zu einem optimalen Betrieb führt.
Die Luftkurve ist für den für das System in Betracht kommenden gesamten Kapazitäts- und Druckverlustbereich gemein. Die Software erzeugt eine ähnliche Kurve für irgendein System über einen beliebigen Bereich des gewünschten Luftstroms, und somit ist Fig. 4 zur Optimierung der Erfindung erforderlich.
Die in Fig. 5 gezeigte Gaskurve ändert sich mit dem gegebenen Druckabfall und muß für jeden bestimmten Fall oder als Alternative für mindestens zwei gewählte benachbarte Druckabfälle (durch die Software) getrennt bestimmt werden. Im vorliegenden Fall wurden Werte von 350 und 550 Pascal verwendet, und die Kurve 43 wurde durch Interpolation zwischen jenen zwei Werten erhalten, um eine Kurve mit 450 Pascal zu erhalten. Nun wählt man den gewünschten Gasstrom, um die erforderliche Gasschlitzgröße zu erhalten, die zu einem optimalen Betrieb führt.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen Verzicht auf die vorherige Trial-anderror-Methode ermöglicht. Für jeden Versuch mußten sowohl der Kunststoffeinlaß- als auch der -auslaßteil, die in einem Aluminiumkörper angebracht sind, vollständig hergestellt werden. Durch dieses Erfordernis wurde der Entwurfsprozeß selbst sehr Zeit- und kostenaufwendig. Noch kritischer ist, daß die Leistungsfähigkeit der entwickelten Form nicht immer zufriedenstellend war. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung ermöglicht nunmehr die Erzielung einer vom Rechner gelieferten, optimalen Leistungsfähigkeit und umfaßt die Integration des Einlaßteils mit dem Aluminiumkörper, der sich über einen gesamten beabsichtigten Produktionsbereich verschiedener Ventilkapazitäten und Druckabfälle nicht ändert.
Ein optimiertes Luft/Gas-Mischventil auf Grundlage des oben angeführten Lösungsansatzes ist durch Versuchsdaten verifiziert worden, die an einem bewerteten Ventilprototyp, der anhand von von einem Rechner vorherbestimmten Daten entworfen wurde, gesammelt wurden. Die am Prototyp gesammelten Versuchsdaten bestätigten vollkommen die vom Rechner vorherbestimmten Werte. Ein Vorteil besteht hierbei darin, daß der Ventilhersteller unverzüglich auf verschiedene Anforderungen des Kunden reagieren kann.

Claims

1. Ein Rohr verwendendes Gas/Luft-Mischventil, das folgendes umfaßt:

eine Drossel (23) zur einstellbaren Steuerung der aus einem Gaseinlaß in das Rohr eingeführten Gasmenge;

ein Ventil (10) mit einer Mittelachse (31) und einer Innengeometrieform zur Leitung des Luft- und Gasstroms, wobei das Ventil einen Lufteinlaß (11), einen Einlaßteil (19-21) vom Einlaß zur Drossel, einen Gaseinlaßschlitz (s) nahe der Drossel und einen Auslaß (13) aufweist;

wobei der Einlaßteil (19-21) einen ersten Körperteil (15) und ein austauschbares Formteil (17) aufweist;

wobei der erste Körperteil (15) eine um die Mittelachse (31) des Ventils zentrierte Einlaßfläche (19) aufweist, die bezüglich der Achse durch eine konkave Fläche (19) mit einem ersten kreisrunden Querschnitt (Q2) am Lufteinlaß definiert wird; wobei das austauschbare Formteil eine Zusammensetzung aus einer konischen Fläche mit einem linearen Querschnitt (P3-S1) ist und weiterhin eine konvexe Fläche (21) aufweist, wobei die konvexe Fläche (21) einen die Drossel (23) bildenden zweiten kreisrunden Querschnitt (Q2) aufweist;

ein austauschbares Auslaßteil mit einer Verbundauslaßfläche, die bezüglich der Achse (31) durch eine sich vom zweiten kreisrunden Querschnitt (27) zu einer zweiten konvexen Fläche (29) am Auslaß erstreckende konische Fläche (25) definiert wird.

2. Ventil nach Anspruch 1, bei dem die Drossel bezüglich der Mittelachse des Ventils einen Radius aufweist, der durch die Beziehung zwischen dem gewünschten Luftstrom und dem Radius für einen bestimmten Druckabfall definiert wird.

3. Ventil nach Anspruch 2, bei dem die Beziehung durch eine Computersimulation unter Verwendung von Systemparametern, für die das Ventil verwendet werden soll, bestimmt wird.

4. Ventil nach Anspruch 2, bei dem der Gasschlitz bezüglich des gewünschten Gasstroms eine Dicke aufweist, die durch die Beziehung zwischen dem gewünschten Gasstrom und dem Gasschlitz für einen bestimmten Druckabfall definiert wird.

5. Ventil nach Anspruch 4, bei dem die Beziehung durch eine Computersimulation unter Verwendung von Systemparametern, für die das Ventil verwendet werden soll, bestimmt wird.

6. Ventil nach Anspruch 1, bei dem der Körperteil aus Aluminium und das Formteil aus Kunststoff ist.