Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohren und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung.
Es ist eine elektrische und hydraulische Vorrichtung zur Reinigung von Rohren bekannt, welche auf der Einwirkung von Druckwellen beruht, die in einer Flüssigkeit durch elektrische Entladungen erzeugt werden. Diese elektrischen Entladungen treten zwischen Elektroden auf, die über der äusseren zu reinigenden Fläche des Rohres angeordnet sind.
Ein Nachteil dieser Reinigungsvorrichtung besteht darin, dass die Wirkung der Druckwellen und der Flüssigkeitsströme nicht gerichtet ist, so dass der Druck an der Druckwellenfront mit zunehmendem Abstand zwischen dem Entladekanal und dem Reinigungsrohr stark, d.h. mit dritter Potenz sinkt, weil die erzeugten Druckwellen Kugelwellen sind. Infolgedessen sinkt die Leistung der Druckwellen und somit die wirksame Reinigung der Rohre. Darüberhinaus ist bei der Behandlung der Aussenfläche des Rohres ein Energieverlust feststellbar, da die Druckwellen an der Grenze zwischen dem Rohr und der Flüssigkeit teilweise reflektiert werden.
Ferner ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher sich die Elektroden innerhalb des zu reinigenden Rohres befinden.
Wegen der hohen Anforderungen an die Isolierung der Elektroden und der Entladestrecke können Rohre mit mittlerem oder kleinem Durchmesser nicht gereinigt werden. Dazu kommt, dass durch die Anordnung der Elektroden innerhalb des Rohres der Betrieb erschwert wird.
Ferner ist eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohren bekannt, die eine Gruppe von in zwei Reihen an den beiden Seiten einer Kammer angeordneten Elektroden aufweist. In jedem Paar der bezüglich der Längsachse der Kammer einander gegenüberliegenden Elektroden werden in einer bestimmten Folge elektrische Entladungen erzeugt. Dadurch ergibt sich am Ausgang der Vorrichtung ein rasch fliessender Flüssigkeitsstrom zur Reinigung der Rohre. Diese Vorrichtung hat aber einen komplizierten Aufbau, beansprucht viel Raum, lässt keine wirksame Abgabe der Druckwellen an das zu behandelnde Rohr zu, da die Druckwellen bei ihrer Bewegung in der Flüssigkeit innerhalb eines Kanals variablen Querschnitts mehrfach reflektiert, überlagert und gelöscht werden, so dass ein Energieverlust der Druckwellen innerhalb der Kammer der Vorrichtung entsteht.
Ferner ist ein Verfahren zur Erzeugung von ebenen Druckwellen und gerichteten Flüssigkeitsströmen durch eine elektrische Impulsentladung in einer Flüssigkeit zwischen zwei koaxial angeordneten Elektroden bekannt. Das bei der Entladung erzeugte Plasma erzeugt durch seine Ausdehnung wegen der schnellen Entladung der in den Kondensatoren eines Stromimpulsgenerators gespeicherten Energie eine ebene hochintensive Druckwelle. Wenn sich diese Druckwelle in der Flüssigkeit bewegt, verformt sie den zu behandelnden Gegenstand, in welchem demzufolge ein komplizierter Spannungszustand entsteht. Dabei wirkt das sich ausdehnende Plasma wie ein Kolben, indem es die Flüssigkeit mit grosser Schnelligkeit austreibt und dadurch einen intensiven Flüssigkeitsstrom schafft.
Wegen der koaxialen Anordnung der Elektroden wird das Plasma, wenn es sich in einem durch den die Elektroden durchfliessenden Strom erzeugten elektromagentischen Feld befindet, unter der Einwirkung von elektrodynamischen Kräften gerichtet. Die ähnelt der Wechselwirkung zwischen einem stromdurchflossenen Leiter und einem elektromagnetischen Feld. Folglich erfährt der Flüssigkeitstrom bei dieser Anordnung der Elektroden eine gerichtete Bewegung, wodurch seine Einwirkung auf den jeweiligen Gegenstand zunimmt.
Der Druck an der Front der ebenen Druckwelle fällt proportional mit zunehmendem Abstand vom Entladekanal, und zwar linear, statt mit der dritten Potenz, wie dies bei den Kugelwellen der Fall ist. Dadurch nimmt die Einwirkung der Druckwellen beträchtlich zu.
Die koaxiale Anordnung der Elektroden ist deshalb insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Reinigung von Rohren geeignet.
Zweck der Erfindung ist somit die Schaffung einer Vorrichtung sowie eines Verfahrens zum Betrieb der Vorrichtung zur Reinigung von Rohren, welche die Nachteile bestehender Ausführungen nicht aufweisen.
Gegenstand der Erfindung sind gemgemäss: a) eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohren, gekennzeichnet durch ein als äussere Elektrode dienendes, zylinderförmiges Gehäuse, mit einem Verbindungsrohr, das mit der Stirnfläche eines zu reinigenden Rohres starr zu verbinden ist, wobei innerhalb des Gehäuses eine koaxial angeordnete, stabförmige Elektrode in einem Isolator angeordnet ist, so dass die beiden Elektroden zusammen einen ringförmigen Kanal bilden, und Flüssigkeitszufuhrmittel um das Gehäuse, das Verbindungsrohr und das zu reinigende Rohr mit einer Flüssigkeit zu füllen, sowie b) ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Vorrichtung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Vorrichtung an ein zu reinigendes Rohr anschliesst und dieses und die Vorrichtung mit einer Flüssigkeit füllt,
dass man ferner mittels eines Hochspannungs-Impulsgenerators die beiden Elektroden mit Hochspannungsimpulsen speist, derart, dass durch die Flüssigkeit gehende, elektrische Durchschläge zwischen den beiden Elektroden auftreten, welche Durchschläge in der Flüssigkeit jeweils ein Plasma erzeugen, über das sich Kondensatoren entladen, wodurch sich das Plasma ausdehnt und in der Flüssigkeit eine ebene Druckwelle erzeugt, die sich in das zu reinigende Rohr bewegt.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, welche einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohren darstellt.
Die Vorrichtung zur Reinigung der Rohre umfasst ein zylindrisches Gehäuse 1, welches als äussere Elektrode dient und mittels eines Verbindungsrohres 2 mit der Stirn eines zu behandelnden Rohres 3 verbunden ist. Das Gehäuse 1, das Verbindungsrohr 2 und das Rohr 3 sind mit einer Flüssigkeit gefüllt und das Verbindungsrohr 2 dient zur Erzeugung ebener Druckwellen und eines Flüssigkeitsstromes. Das Verbindungsrohr 2 ist kegelstumpfförmig und mittels Flanschen 4 bzw. 5 mit dem Rohr 3 bzw. dem Gehäuse 1 verbunden.
Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich eine in einem Isolator 6 koaxial angeordnete, als Stab 7 ausgebildete Elektrode, wobei der Isolator 6 den Stab 7 und das Gehäuse 1 elektrisch voneinander isoliert, das teilweise in einem toroidförmigen Verteiler 8 eingebaut ist. Der Verteiler 8 besorgt die Zufuhr der Flüssigkeit zum Rohr 3. In der Ebene der Plasmabildung weist das Gehäuse 1 Öffnungen 9 auf. Die Elektroden sind an einem Impulsgenerator 10 zur Erzeugung von Plasma angeschlossen, welches auf die Flüssigkeit einwirkt und darin eine ebene Druckwelle, die durch die Flüssigkeit der zu behandelnden Fläche des Rohres 3 zugeführt wird und einen Flüssigkeitsstrom zur Reinigung des Rohres 3 erzeugt.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.
Nachdem die Vorrichtung an das zu behandelnde Rohr 3 angeschlossen ist, wird dieses durch den Verteiler 8 und die Öffnungen 9 des Gehäuses 1 mit Flüssigkeit gefüllt. Vom Impulsgenerator 10 wird ein Hochspannungsimpuls zu den Elektroden, d. h. zum Gehäuse 1 und zum Stab 7 geleitet.
Dabei sind die Amplitude und ihre Dauer so bemessen, dass ein elektrischer Flüssigkeitsdurchschlag zwischen den Elektroden gewährleistet ist.
Infolge des elektrischen Durchschlages durch die Flüssigkeit entsteht ein Plasma, welches wegen der raschen, d. h. innert weniger Mikrosekunden stattfindenden Entladung der Kondensatoren des Impulsgenerators 10 anfängt, sich auszudehnen, so dass eine leistungsstarke ebene Druckwelle entsteht. Die Bewegung dieser Druckwelle innerhalb der Flüssigkeit geschieht mit einer Geschwindigkeit, welche diejenige der Verschiebung der Grenze zwischen Plasma und Flüssigkeit übersteigt. Die in den Kondensatoren gespeicherte Energiemenge ist von den Kenndaten des Impulsgenerators 10 abhängig.
Unter der Einwirkung elektrodynamischer Kräfte, die sich infolge der Wechselwirkung zwischen dem stromdurchflossenen Leiter, d. h. dem Plasma, und dem elektromagnetischen Feld, d. h. der koaxial angeordneten Elektroden, entwickeln, wird das Plasma längs der Achse des zu behandelnden Rohres 3 bewegt. In dieser Weise bildet sich ein intensiver gerichteter Flüssigkeitsstrom innerhalb des Verbindungsrohres 2.
Die sich in der Flüssigkeit und dem Material des zu behandelnden Rohres 3 bewegende Druckwelle bewirkt eine elastische Verformung seiner Wandung. Auf Grund der Unterschiede zwischen den physikalischen und mechanischen Eigenschaften, z. B. des Elastizitätsmoduls, der Verformbarkeit, der Dichte und der Schallgeschwindigkeit, welche dem Werkstoff des Rohres 3 und der zu entfernenden Schicht eigen sind, unterscheiden sich ebenfalls die durch die Druckwellen hervorgerufenen Störungen, wie z.B. Spannung und Beschleunigung nach ihren Kennwerten, z. B. Amplitude und Schwingungsfrequenz. Daraus resultieren Spannungen, welche sich an der Grenze zwischen dem Rohr und der Schicht entwickeln und die maximale Haftung der Schicht am Rohr 3 übersteigen, wodurch sich die Schicht von der Rohrfläche loslöst.
Der durch die Erzeugung des Plasmas gebildete und dann im Verbindungsrohr 2 geformte Flüssigkeitsstrom trägt zum Wegspülen der gelösten Teile der Schicht aus dem Rohr 3 bei.
In dieser Weise wird die Innenfläche des Rohres 3 restlos gesäubert.
Gegebenenfalls kann der Vorgang wiederholt werden. Die Betriebskenngrössen können durch eine jeweilige Wahl der Ausgangsparameter, z. B. der Spannung, des Speichervermögens und der Impulsfolgefrequenz, leicht optimal angesetzt werden. Da die durch die elektrische Entladung in der Flüssigkeit frei werdende Energie derjenigen proportional ist, die im Kondensator gespeichert ist, welche Energie durch die Gleichung l C IJZ
2 gegeben ist, wo C - Speichervermögen des Kondensators,
U - Spannung am Kondensatorbelag, l - Proportionalitätsfaktor sind, kann die Intensität der ebenen Druckwellen und folglich die Wirksamkeit der Reinigung durch Änderung des Wertes C oder U gesteuert werden.
Ferner ist der Druck der elektrischen Entladung in der
Flüssigkeit umgekehrt proportional zur Induktivität. Die koaxiale Elektrodenanordnung ermöglicht eine Beschränkung der Induktivität auf ein Minimum und somit eine Erhöhung der
Intensität der Druckwelle.
Die Impulsfolgefrequenz n ist vom Verhältnis der
Kapazität der Ladeeinrichtung des Impulsgenerators 10 zum
Speichervermögen C abhängig, wobei die Impulsfolgefrequenz n durch die Änderung der Spannung am Eingang des Impuls generators 10 leicht einstellbar ist.