DE102020127697B3

DE102020127697B3 - Rotordüse

Info

Publication number: DE102020127697B3
Application number: DE102020127697.4A
Authority: DE
Inventors: Fabian Stoffers; Christian Stoffers; Jannick Hinschen
Original assignee: Hammelmann GmbH
Current assignee: Hammelmann GmbH
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: EP3988221A1; US20220118466A1

Abstract

Eine Rotordüse, mit einem eine Axialbohrung (3) zur Zuführung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit aufweisenden Trägerelement (1), einem darauf drehbar gelagerten und durch ein hydraulisch erzeugtes Drehmoment rotierend antreibbaren Düsenkopf (4), der mindestens eine mit der Axialbohrung (3) flüssigkeitsoffen in Verbindung stehende, seitlich austretende Abtragsdüse (5) aufweist, ist so ausgebildet, dass die Abtragsdüse (5) radial ausgerichtet ist und der Düsenkopf (4) mindestens eine seitlich austretende, separate Antriebsdüse (7) aufweist, die mit einem Abstand (A) zur Radialen (R) verläuft und je nach Rotationsstellung des Düsenkopfs 4 über eine Durchgangsbohrung (9) des Trägerelementes (1) mit der Axialbohrung (3) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotordüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Rotordüsen finden beispielsweise und insbesondere bei der Innenreinigung von Rohren Verwendung, um z.B. Ablagerungen in WärmetauscherRohren zu entfernen. Dabei steht das Fluid, mit dem die Reinigung erfolgt, unter einem hohen Druck von bis 4000 bar.
Die Rotordüse weist einen auf einem Trägerelement drehbar gelagerten Düsenkopf mit mindestens einer, üblicherweise mehreren in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Abtragsdüsen auf.
Diese Abtragsdüsen stehen flüssigkeitsoffen dauerhaft mit einer zentralen Axialbohrung des Trägerelements in Verbindung, wobei in Funktion die unter Druck stehende Flüssigkeit über die Abtragsdüsen seitlich aus dem Düsenkopf austritt.
Die Abtragsdüsen sind abständig zur Radialen ausgerichtet, so dass sich beim Austritt der Flüssigkeit ein Drehmoment ergibt, durch das der Düsenkopf in Rotation versetzt wird.
Die Abbremsung der Rotordüse kann über eine aktive Bremse, z.B. eine Wirbelstrombremse oder über Reibung an der Mantelfläche durch Luft oder die austretende Flüssigkeit erfolgen.
Die Abtragsdüsen der bekannten Rotordüse erfüllen also jeweils zwei Aufgaben, nämlich zum einen den Abtrag von an der Innenfläche eines zu bearbeitenden Rohres anhaftendem Belag sowie die eines rotierenden Antriebs.
Allerdings hat sich gezeigt, dass damit erhebliche Nachteile verbunden sind, insbesondere mit zunehmender Betriebsdauer.
So ist durch diese Konzeption ein zunehmender Verschleiß der Düsenbohrungen zu beklagen, insbesondere in der Form, dass sich ihr Durchmesser vergrößert, wodurch sich der Volumenstrom erhöht, bei gleichbleibendem Betriebsdruck.
Dies führt zu einem höheren Drehmoment und somit zu einer höheren Drehzahl, bei der sich jedoch das Reinigungsergebnis verschlechtert.
Darüber hinaus kann die Mantelfläche des Düsenkopfes durch die sich ergebenden erhöhten Fliehkräfte zerstört werden, wobei sich unter Umständen Bruchstücke aus der Mantelfläche lösen, die nicht mehr aus dem zu bearbeitendem Rohr entfernt werden können, so dass eine weitere Nutzung des Rohres ausgeschlossen ist.
Bei ungebremsten Rotordüsen, also bei solchen ohne aktive Bremsung, reicht schon ein geringer Verschleiß der Düsenbohrungen aus, um den Mantel des Düsenkopfes durch die höhere Drehzahl zu zerstören. Der zunächst geringe Volumenstromanstieg ist, wenn überhaupt, von der Bedienungsperson nur schwer erkennbar.
Neben der Gefahr der Beschädigung des zu bearbeitenden Rohres ist auch der Düsenkopf selbst bei entsprechendem Verschleiß nicht mehr nutzbar und stellt daher auch aus wirtschaftlicher Hinsicht ein Problem dar.
Eine gattungsgemäße Rotordüse ist aus der JP 2010-214295A bekannt. Zum Antrieb der Rotordüse sind Antriebsdüsen vorgesehen, die mit Abstand zur Radialen verlaufen und in eine zwischen dem rotierend antreibbaren Düsenkopf und dem Trägerelement befindliche Ringkammer münden, die sich über die gesamte Länge des Düsenkopfes erstreckt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotordüse der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass ihre Funktionssicherheit verbessert und ihre Standzeit erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Rotordüse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung sind nunmehr die Abtragsdüse und die Antriebsdüse separiert, wodurch sich, wie sich gezeigt hat, die Standzeit der Rotordüse deutlich erhöht, vor allem deshalb, weil der bislang zu beklagende Verschleiß der Abtragsdüsen durch ihre radiale Ausrichtung nicht mehr auftritt, schlimmstenfalls in einem zu vernachlässigenden Maß.
Während die Abtragsdüsen mit dem zum Abtrag der Ablagerungen auf den Innenflächen des jeweiligen Rohres mit optimalem Druck der Flüssigkeit betrieben werden können, ist der für die Funktion der Antriebsdüsen notwendige Druck durch entsprechende Gestaltung der Antriebsdüse so beeinflussbar, dass die notwendige Rotation gewährleistet ist, gleichzeitig jedoch der Verschleiß der Antriebsdüse aufgrund der abständig zur Radialen ausgerichteten Position minimiert wird.
Die Abtragsdüsen werden gemeinsam und gleichzeitig mit der unter Druck stehenden Flüssigkeit gespeist, wozu eine umfängliche Ringkammer vorgesehen sein kann, die flüssigkeitsoffen einerseits mit den Abtragsdüsen und andererseits über Querbohrungen mit der Axialbohrung des Trägerelements in Verbindung steht. Unabhängig von der Drehzahl des Düsenkopfes werden die Abtragsdüsen permanent mit Hochdruck-Flüssigkeit versorgt. D.h. die Abtragsdüsen dienen ausschließlich der Reinigung der Innenwand eines Rohres.
Die Antriebsdüsen hingegen können hinsichtlich ihres Einsatzes gesteuert werden. Dazu sind Durchgangsbohrungen durch die Wandung des Trägerelements geführt, die bei entsprechender Rotationsstellung des Düsenkopfes mit den Antriebsdüsen flüssigkeitsoffen in Verbindung stehen.
So können die Antriebsdüsen kurzzeitig mit der unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit gespeist werden, beispielsweise pro Umdrehung zweimal, indem zwei solcher mit der Axialbohrung in Verbindung stehende Durchgangsbohrungen mit dem Eingang der Antriebsdüse in Deckung gebracht werden.
Aufgrund der sehr kurzen Beaufschlagung der Antriebsdüsen mit Hochdruck-Flüssigkeit während der Rotation des Düsenkopfes ist der Verschleiß der Antriebsdüsen deutlich reduziert. Dies wiederum führt über einen längeren Zeitraum als bisher zu einer konstant bleibenden Drehzahl des Düsenkopfes mit Verbesserung des Reinigungsergebnisses.
Überdies kann ein Düsenverschleiß sicherer erkannt und ein Bersten des Mantels des Düsenkopfes vermieden werden. Daraus ergibt sich ein wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil, da eine Ersatzbeschaffung der Rotordüse bzw. des Düsenkopfes einhergehend mit einer Betriebsunterbrechung in deutlich längeren Zeitabständen, wenn überhaupt erforderlich wird.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Rotordüse in einem Längsschnitt
2 einen Querschnitt durch die Rotordüse im Bereich der Abtragsdüsen
3 einen Querschnitt durch die Rotordüse im Bereich der Antriebsdüsen.

In der 1 ist eine Rotordüse dargestellt, mit einem Trägerelement 1 und einem Düsenkopf 4, der drehbar auf einem Tragzapfen 2 des Trägerelements 1 gelagert ist, wobei zur Drehbewegung ein hydraulischer Antrieb vorgesehen ist.
Hierzu weist das Trägerelement 1 eine Axialbohrung 3 auf, die als bis in den Tragzapfen 2 geführte Sackbohrung ausgebildet ist und über die eine unter hohem Druck stehende Flüssigkeit führbar ist.
Wie insbesondere die 2 sehr deutlich wiedergibt, sind im Düsenkopf 4 über den Umfang verteilt Abtragsdüsen 5 vorgesehen, die flüssigkeitsoffen mit der Axialbohrung 3 in Verbindung stehen, mittels derer beispielsweise an der Innenwand eines Rohres anhaftende Verschmutzungen oder dergleichen abtragbar sind.
Für einen ständigen und für alle Abtragsdüsen 5 gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom stehen Düsenbohrungen 6 mit einer Ringkammer 10 in Verbindung, die wiederum über Querbohrungen 11 im Tragzapfen 2 mit der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit, die durch die Axialbohrung 3 geführt ist, gespeist wird.
Zum Drehantrieb des Düsenkopfes 4 ist in Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor den Abtragsdüsen 5 angeordnet eine Reihe gleichfalls umfänglich verteilter Antriebsdüsen 7 in den Düsenkopf 4 eingebracht, über die ebenfalls aus der Axialbohrung 3 zugeführte Flüssigkeit führbar ist und zwar derart, dass der Düsenkopf 4 gegenüber dem Trägerelement 1 rotiert.
Ein dazu notwendiges Drehmoment wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, dass, wie besonders deutlich in der 3 zu erkennen ist, die Antriebsdüsen 7 mit einem Abstand A zur Radialen R angeordnet ist, wobei der Abstand A einen Hebelarm bildet.
Zur Aufbringung des Drehmoments sind die Antriebsdüsen 7 jeweils über eine Zuführbohrung 8 im Düsenkopf 4 zum Flüssigkeitsdurchtritt mit mindestens einer Durchgangsbohrung 9 des Tragzapfens 2 in Wirkverbindung bringbar, die zur Axialbohrung 3 hin offen ist.
Im Beispiel sind bei Anordnung von vier Antriebsdüsen 7, die in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind, zwei sich gegenüberliegende Durchgangsbohrungen 9 vorgesehen, so dass jede Antriebsdüse 7 bei jeder Umdrehung des Düsenkopfes 4 zweimal zum Einsatz kommt. Im Übrigen sind die Antriebsdüsen 7, in Strömungsrichtung der Flüssigkeit gesehen, vor den Abtragsdüsen angeordnet.
Die gezeigte Anordnung sowohl der Antriebsdüsen 7 wie auch der Durchgangsbohrungen 9 ist lediglich beispielhaft. Denkbar sind auch andere Anordnungen sowohl hinsichtlich der Anzahl der Antriebsdüsen 7 und/oder der Durchgangsbohrungen 9 wie auch hinsichtlich der Abstände A zu den Radialen R.
Zweckmäßigerweise sind die Zuführbohrungen 8 parallel zu einer zugeordneten Radialen R angeordnet. Entscheidend ist jedoch, dass der Flüssigkeitsaustritt aus der Antriebsdüse 7 mit Abstand A zur Radialen R erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Trägerelement
2: Tragzapfen
3: Axialbohrung
4: Düsenkopf
5: Abtragsdüse
6: Düsenbohrungen
7: Antriebsdüse
8: Zuführbohrung
9: Durchgangsbohrung
10: Ringkammer
11: Querbohrung
A: Abstand
R: Radiale

Claims

Rotordüse, mit einem eine Axialbohrung (3) zur Zuführung einer unter Druck stehenden Flüssigkeit aufweisenden Trägerelement (1), einem darauf drehbar gelagerten und durch ein hydraulisch erzeugtes Drehmoment rotierend antreibbaren Düsenkopf (4), der mindestens eine mit der Axialbohrung (3) flüssigkeitsoffen in Verbindung stehende, seitlich austretende Abtragsdüse (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragsdüse (5) radial ausgerichtet ist und der Düsenkopf (4) mindestens eine seitlich austretende, separate Antriebsdüse (7) aufweist, die mit einem Abstand (A) zur Radialen (R) verläuft und je nach Rotationsstellung des Düsenkopfes (4) über mindestens eine Durchgangsbohrung (9) des Trägerelementes (1) mit der Axialbohrung (3) in Verbindung steht.
Rotordüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, über den Umfang verteilte Antriebsdüsen (7) vorgesehen sind, die über Zuführbohrungen (8) der Antriebsdüsen (7) mit den Durchgangsbohrungen (9) in Wirkverbindung bringbar sind.
Rotordüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsbohrung (9) radial ausgerichtet ist.
Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung mehrerer Antriebsdüsen (7) diese in gleichem oder unterschiedlichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind .
Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zuführbohrung (8) der Antriebsdüse (7) parallel zur Radialen (R) verläuft.
Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsdüsen (7) in Strömungsrichtung der Flüssigkeit vor den Abtragsdüsen (5) angeordnet sind.
Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtragsdüsen (5) in eine umfängliche Ringkammer (10) münden, die jeweils über eine Querbohrung (11) mit der Axialbohrung (3) flüssigkeitsoffen in Verbindung steht.
Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Durchgangsbohrungen (9) vorgesehen sind.
Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Durchgangsbohrungen (9) vorgesehen sind, die sich gegenüberliegend angeordnet sind.
Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsdüsen (7) im Betrieb der Rotordüse in Intervallen mit den Durchgangsbohrungen (9) in Wirkverbindung bringbar sind.