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als konkav gekrümmte Flächen erscheinen. Zu dem allgemein dreieckigen Querschnitt des Stabes gehören sich in der Längsrichtung erstreckende Scheitelabschnitte --22, 24 und 26--, die dort liegen, wo die Seiten--16 und 18 bzw. 18 und 20 bzw. 20 und 16--zusammentreffen. Der Scheitelabschnitt--24--weist gemäss Fig. l nach aussen vorspringende Ansätze --28-- auf, die es ermöglichen, Unterschiede des Innendurchmessers von Rohren, Gehäusen od. dgl. auszugleichen, in welche der Stab --10-- eingebaut werden soll.
Die Ansätze --28-- erstrecken sich von dem Scheitelabschnitt--24--aus längs der Halbierungsebene des Winkels nach aussen, der durch die Seitenflächen --18 und 20--gebildet wird. Jeder der Seitenflächen --16, 18 und 20-weist weitere Ansätze --30-- auf, die gegenüber den betreffenden Seitenflächen nach aussen ragen und sich im rechten Winkel zur Längsachse des Stabes --10-- erstrecken. Gemäss Fig. l ist jede Seitenfläche mit zwei solchen Ansätzen-30-versehen, doch ist es bei grösseren Stäben zweckmässig, an jeder Seitenfläche drei oder mehr solche Ansätze auszubilden.
Wenn beim Gebrauch des Stabes die betreffende Flüssigkeit in Richtung der Längsachse des Stabes strömt und hiebei in Berührung mit den Seitenflächen --16, 18 und 20-kommt, tragen die Ansätze-30-dazu bei, die Grenzschicht aufzureissen und so die Turbulenz der Förderflüssigkeit zu verstärken. Diese grössere Turbulenz fördert in Verbindung mit der dabei auftretenden Mischwirkung die innige Berührung zwischen der Flüssigkeit und den drei Seitenflächen, so dass eine möglichst grosse Menge der Förderflüssigkeit in Berührung mit den Seitenflächen gebracht wird.
Der Stab --10-- wird vorzugsweise in ein zylindrisches Gehäuse oder Rohr--32--der in Fig. 2 gezeigten Art eingebaut und darin durch einen Reibungs- oder Presssitz zwischen den Ansätzen --28-- und der Innenwand-34-des Rohres festgehalten. In der Praxis werden die Ansätze-28-beim Einpressen des Stabes--10--in das Rohr--32--so verformt, dass die Scheitelabschnitte--22, 24 und 26--im wesentlichen vollständig in Berührung mit der Innenwand --34-- stehen.
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4 zeigtFig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines Stabes, der einen sich längs seiner Achse erstreckenden durchgehenden Kanal --42-- aufweist, welcher zusätzlich zu den Kanälen auf der Aussenseite des Stabes zur Wirkung kommt. Der Kanal-42-hat vorzugsweise die gleiche Querschnittsform wie der Stab, d. h. sein Querschnitt ist allgemein dreieckig, und die seitlichen Wandflächen des Kanals sind als gekrümmte Flächen --44, 46 und 48--ausgebildet, die bei ihrer Betrachtung von aussen eine konkave Form und bei ihrer Betrachtung von innen eine konvexe Form haben.
Diese Flächen erstrecken sich im wesentlichen parallel zu den entsprechenden äusseren Seitenflächen--16, 18 und 20--, und wegen ihres Vorhandenseins steht eine erheblich grössere Fläche zur Verfügung, innerhalb welcher der Flüssigkeitsstrom in Berührung mit dem Stab treten kann.
Zum Gebrauch wird der Stab--10--in das Rohr--32--eingebaut und darin festgelegt, und dieses Rohr kann in ein Leitungssystem eingebaut werden, das z. B. zu einer Tiefbohrung zum Fördern von öl oder Wasser oder zu einem Dampfkessel gehört, ohne dass das Leitungssystem irgendwelcher zusätzlicher Änderungen bedarf. Gewöhnlich entspricht der Durchmesser des Rohres--32--dem Durchmesser der übrigen Teile des Leitungssystems, es sei denn, dass man ein Gehäuse von kleinerem Durchmesser benötigt, um eine möglichst niedrige Geschwindigkeit zu erzielen, mit der die Flüssigkeit über die Flächen--16, 18 und 20--
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einschalten lässt, nachdem der Stab--10--in das Gehäuse eingebaut worden ist.
Alternativ kann man das rohrförmige Gehäuse --32-- in das Leitungssystem einschweissen oder es auf andere Weise so einbauen, dass es nach aussen abgedichtet ist. Bei dieser Anordnung wird der Flüssigkeitsstrom veranlasst, in das eine Ende des Rohres --32-- einzutreten, woraufhin sich der Strom an der Nase --12-- teilt, um die drei Kanäle - -52, 54 und 56-- zu durchströmen, welche durch die gekrümmten Seitenwände--16, 18 und 20-- des
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bewirken. Eine Polarisierung im gewünschten Ausmass wird dadurch herbeigeführt, dass die genannten Flächen eine Krümmung aufweisen, und dass der Stab--10--in der beschriebenen Weise so gestaltet ist, dass er eine grosse Oberfläche hat, mit der die Flüssigkeit in Berührung treten kann.
Nach dem Durchströmen der genannten Kanäle mischen sich die Teilströme erneut im Bereich der unteren Nase--14--, woraufhin die gesamte Förderflüssigkeit das Rohr--32--verlässt.
Zwar ist die Verwendung von Halteringen --36-- nur in Fig. 4 bezüglich des hohlen Stabes dargestellt, doch könnte man solche Ringe natürlich auch in Verbindung mit dem Stab --10-- nach Fig. 1 verwenden.
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Ferner könnte man den Stab nach Fig. l auch. mit einem Längskanal versehen, der dem Kanal--42--nach
Fig. 5 entspricht.
Gemäss Fig. 6, 7 und 8 kann der die Vorrichtung bildende Stab auch aus drei plattenförmigen Bauteilen --60-- aufgebaut sein. Jeder dieser Bauteile hat allgemein eine langgestreckte Form, und er weist an seinen
Enden sich verjüngende bzw. abgerundete Nasen--61 und 62--auf. Jeder plattenförmige Bauteil--60--ist gemäss Fig. 6 und 7 auf jeder Flachseite mit drei Ansätzen --63-- versehen, die sich jeweils im rechten Winkel zur Längsachse der Bauteile erstrecken. Diese Ansätze dienen wieder dazu, die Grenzschicht aufzureissen und hiedurch den Flüssigkeitsstrom zu verwirbeln. Die Anzahl der Ansätze auf jeder Flachseite richtet sich in der
Praxis nach der jeweiligen Länge der plattenförmigen Bauteile.
Ferner ist jeder der plattenförmigen Bauteile --60-- mit Vorsprüngen --64-- und Ausschnitten --65- versehen, die es ermöglichen, drei gleichartige plattenförmige Bauteile so miteinander zu verbinden, dass ein stabähnlicher Körper entsteht, bei dem die drei Bauteile gemäss Fig. 8 den dreieckigen Querschnitt des
Körpers bestimmen. Die Vorsprünge-64-werden mit einem Presssitz in die Ausschnitte --65-- eingebaut.
Fig. 8 zeigt die zusammengebaute stabähnliche Vorrichtung in ihrer Einbaulage in einem zylindrischen Rohr --66--, in welches der stabähnliche Körper so eingebaut ist, dass zwischen den Scheitelabschnitten--67, 68 und 69--einerseits und der Innenwand --70-- des Rohres --66-- anderseits ein Reibungs- oder Presssitz vorhanden ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 weist die Vorrichtung einen zentralen, sich längs ihrer Achse erstreckenden Kanal --71-- auf, so dass sich auch in diesem Fall die Vorteile einer Vergrösserung der
Berührungsfläche zwischen der Vorrichtung und dem Flüssigkeitsstrom ergeben.
Im Hinblick auf die erhebliche
Vergrösserung der Berührungsfläche zwischen der Vorrichtung und dem Flüssigkeitsstrom ist es bei der
Vorrichtung nach Fig. 8, die aus drei plattenförmigen Bauteilen aufgebaut ist, gewöhnlich nicht erforderlich, auf der Aussenseite einiger oder aller Bauteile nach aussen weisende, konkav gekrümmte Flächen oder auf der
Innenseite einiger oder aller Bauteile nach aussen konvex gekrümmte Flächen vorzusehen. Natürlich ist es auch möglich, konkave und/oder konvexe Flächen vorzusehen, wenn dies für erforderlich gehalten wird. Die
Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 6 bis 8 ist die gleiche wie diejenige der an Hand von Fig. l bis 5 beschriebenen Ausführungsformen.
Zwar besteht nicht die Absicht, hier eine bestimmte Theorie über die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtungen aufzustellen, doch wird angenommen, dass die Polarisierungswirkung der
Vorrichtungen auf starke elektrochemische Reaktionen zurückzuführen ist, an denen die in der Vorrichtung enthaltenen Metalle in einer Umgebung teilnehmen, in der die Gefahr eines Steinansatzes besteht. Wegen der beschriebenen Zusammensetzung der Vorrichtung entstehen an ihrer Oberfläche nach dem Einbau in eine elektrisch leitfähige Umgebung zahlreiche positive und negative Pole. Elektrisch geladene Mineralionen in dem Flüssigkeitsstrom werden von den Polen auf der stabförmigen Vorrichtung angezogen, und dies hat eine erhebliche Konzentration eines Teiles der in Lösung befindlichen Ionen zur Folge.
Werden die Ionen, die zu einem Steinansatz führen könnten, von den Metallflächen der Vorrichtung angezogen, nimmt ihre Konzentration zu, so dass eine Ausfällung der Verbindungen einsetzt, die zu einem Steinansatz Anlass geben könnten. Jedoch werden die Menge und die Teilchengrösse der ausgefällten Stoffe durch die Gestalt des Kernes der Vorrichtung beeinflusst. Wegen der beschriebenen Querschnittsform des Kernes ergibt sich über die Länge der Vorrichtung nur ein minimaler Druckabfall, der dazu beiträgt, dass gelöste säurebildende Gase wie Kohlendioxyd und Schwefelwasserstoff freigegeben werden ; hiedurch wird die Gefahr eines Steinansatzes verhindert, und die Menge der ausgefällten Stoffe wird beeinflusst.
Wegen des erwähnten Druckabfalles und der Geschwindigkeit, mit der das Wasser durch die verschiedenen Kanäle strömt, können sich innerhalb der verfügbaren Zeit nur submikroskopische ausgefällte Teilchen bilden, die vom Flüssigkeitsstrom in der Strömungsrichtung mitgeführt werden. Wegen der geringen Grösse der ausgefällten Teilchen ergibt sich auf erwünschte Weise eine kolloidale Dispersion, die Flächen darbietet, an denen weitere mineralische Ionen ausgefällt werden können.
Somit übt die grosse Oberfläche der submikroskopischen ausgefällten Teilchen eine Kolloidwirkung aus, so dass weitere Ionen auf den Teilchen ausgefällt werden ; dies hat zur Folge, dass die andernfalls zu einem Steinansatz Anlass gebenden ausgefällten Stoffe in dem Flüssigkeitsstrom zurückgehalten werden und in Bewegung bleiben, so dass sie sich nicht auf Flächen ablagern können, mit denen der Flüssigkeitsstrom in Berührung kommt. Es wird angenommen, dass sich hiedurch auch eine Erscheinung erklären lässt, die beim Gebrauch von Vorrichtungen nach der Erfindung häufig zu beobachten ist, und die darin besteht, dass nicht nur ein Steinansatz verhindert wird, sondern dass auch schon vorhandene Ablagerungen abgebaut oder vollständig beseitigt werden.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass es sich beim Entstehen eines Steinansatzes um einen dynamischen Vorgang handelt, bei dem ständig Teilchen abgelagert, schon abgelagerte Teilchen wieder erodiert und solche Teilchen erneut abgelagert werden. Da es die Vorrichtungen nach der Erfindung ermöglichen, sowohl das Ablagern als auch das erneute Ablagern von Teilchen zu verhindern, kommt die genannte Erosion vorherrschend zur Wirkung, so dass ein schon vorhandener Steinansatz tatsächlich abgetragen werden kann.
Erfindungsgemässe Vorrichtungen zum Stabilisieren von Flüssigkeitsströmen wurden z. B. mit solchen Abmessungen hergestellt, dass der Stab --10-- eine Länge von etwa 150 bis 1070 mm hatte ; der grösste Durchmesser dieser Vorrichtungen war jeweils so gewählt, dass sich die Vorrichtungen in zylindrische Rohre
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einführen liessen, deren Innendurchmesser im Bereich von etwa 9, 5 bis 685 mm lag. Im allgemeinen besteht eine bestimmte Beziehung zwischen der Länge und der Breite bzw. dem Durchmesser des Stabes, d. g. die Länge wird zweckmässig mit zunehmendem Durchmesser vergrössert.
Nimmt der Durchmesser bzw. die Breite der
Vorrichtung zu, werden die Stäbe natürlich ziemlich schwer, und sie nehmen einen erheblichen Raum ein, so dass sie trotz des Vorhandenseins der konkaven Aussenflächen das Hindurchströmen einer Flüssigkeit durch das zylindrische Gehäuse oder Rohr erheblich behindern. Im Hinblick hierauf ist es daher zweckmässig, den Stab in der aus Fig. 4 und 5 ersichtlichen Weise mit einem inneren Kanal zu versehen, um den Durchtrittsquerschnitt zu vergrössern und gleichzeitig zusätzliche Berührungsflächen zu schaffen.
Es hat sich gezeigt, dass sich eine maximale Wirkung der erfindungsgemässen Vorrichtungen erzielen lässt, wenn der Stab eine solche
Querschnittsfläche hat, dass bei einem Rohr, in das der Stab eingebaut ist, der freie Durchtrittsquerschnitt im
Bereich von etwa 38 bis 40µ des gesamten Querschnittes des leeren Rohres liegt. Der hiedurch hervorgerufene Druckabfall führt in Verbindung damit, dass die Flüssigkeit mit einer Mindestgeschwindigkeit von etwa 0, 9 m/sec über die grosse Oberfläche des Stabes strömt, zu einer wirksamen Polarisierung der Flüssigkeit.
Zwar ist die Ausführungsform nach Fig. 6 bis 8 in erster Linie für zylindrische Rohre bestimmt, deren Innendurchmesser über etwa 150 mm liegt, doch lässt sich eine aus drei plattenförmigen Bauteilen aufgebaute Vorrichtung auch in zylindrischen Rohren mit einem Innendurchmesser von weniger als etwa 150 mm benutzen. Wenn es sich jedoch um zylindrische Rohre handelt, deren Innendurchmesser über etwa 150 mm liegt, hat natürlich ein massiver Stab selbst dann, wenn er mit einem durchgehenden inneren Längskanal versehen ist, ein sehr grosses Gewicht, und wenn der Durchmesser des zylindrischen Rohres in der Grössenordnung von 685 mm liegt, ist eine Handhabung der Vorrichtung mit Hilfe mechanischer Hilfseinrichtungen erforderlich.
Die Ausführungsform nach Fig. 6 bis 8 mit drei im wesentlichen flachen plattenförmigen Bauteilen, die sich in dem zylindrischen Rohr zu der allgemein stabförmigen Vorrichtung zusammenbauen lassen, bietet erhebliche Vorteile, zu denen insbesondere die Tatsache gehört, dass sich die drei einzelnen plattenförmigen Bauteile leichter handhaben lassen.
Der langgestreckte stabähnliche Körper nach der Erfindung wird vorzugsweise aus einer Legierung aus Kupfer, Zink, Nickel und Zinn in der Weise hergestellt, dass man die Legierung bei etwa 1040 bis 11500C zum Schmelzen bringt und dann die Stäbe bzw. die plattenförmigen Bauteile in Sandformen als Gussstücke herstellt. Die Legierung für die Bauteile enthält vorzugsweise 40 bis 50 Gew.-'% Kupfer, 20 bis 30 Gew. -% Zink, 15 bis 25 Gew.-% Nickel, 9 bis 15 Gew.-% Zinn und nicht vermeidbare Verunreinigungen. Eine besonders bevorzugte Legierung enthält 45 Gew.-% Kupfer, 25 Gew.-% Zink, 20 Gel.-% Nickel. 10 Gel.-% Zinn und die üblichen Verunreinigungen.
Bei Legierungen, deren Zusammensetzung in den vorstehend genannten Grenzen liegt, hat es sich gezeigt, dass entweder überhaupt keine Abnutzung oder nur eine langsame Abnutzung stattfindet, und dass bei normalem Gebrauch mit einer nutzbaren Lebensdauer von bis zu etwa zehn Jahren zu rechnen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Schützen von Rohrleitungen u. dgl. gegen Verschleiss und Steinansatz, z. B. eines Steinansatzes, und einer Abnutzung der Kanalwände durch einen Flüssigkeitsstrom entgegenzuwirken,
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