DE1533510A1 - Zyklische Druckstossvorrichtung - Google Patents

Description

• Zyklische DruZJk$toßvorrichtung

  Die Erfindung betrifft .;tos eor!riehfu&- ein Verfahren

  zur Erzeugung sogenannter Kavitationen oder Hohlraumbildungen in einem Flüssigkeitasystem auf zyklisch sich wiederholender Grundlage, wobei das Mischen, Reinigen oder dergleichen innerhalb des Flüssigkeitsystemes erleichtert wird.
• Die Anwendung von Ultraschalleinrichtungen zur Erzeugung von Hohlräumen in einem Flüssigkeitssystem und die An-wendung dieser Hohlräume bei einer Anzahl von Arbeitsgängen, wie z,B. Reinigen und Mischen, ist bekannt. Jedoch muß zur Erzeugung von Hohlräumen auf Grund von Ultraschalleinrichtungen üblicherweise ein elektronischer Oszillator und eine damit verbundene Übermittlungseinrichtung angewandt werden und eine derartige Vorrichtung ist infolgedessen etwas kompliziert, umständlich und kostspielig. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ausbildung von Hohlraumbildungen in einem flüssigen Medium auf zyklisch sich wiederholende Weise besteht aus einem Ventil mit einer Einlaßatrömungsöffnung, einem Paar von Auslaßströmungsöffnungen und einem Flatter- o.:r Tellerventil, welches dazu eingerichtet ist, abwechselnd eine Strömung durch jede der Auslaßströmungsöffnungen einzustellen oder zu blockieren. Der Zustrom zu dem Ventil ist mit einer Leitung verbunden, durch die z.B. die zu vermischende Flüssigkeit gepumpt wird, während die Abatrömöffnungen mit Abströmleitunger. verbunden sind, deren Länge mindestens ein mehrfaches ihres DtÄ°chmessers beträgt, wobei diese Leitungen mit einem Lagerungs- oder einem anderen Ge- brauchskessel verbunden sind oder erneut durch das Ventil zurückgeführt werden. Die Flüssigkeit in den Abströmleitungen steht stets unter einen ausreichendem Überdruck, der die Entfernung der Strömung hervorbringt um, so die Hohlraumöffnungen nach ihrer Bildung zu füllen. Wenn das Material durch das Ventil gepumpt wird, wird das Flatterventil von der Mitte abgetrieben und schließt plötzlich eine der Ausetrömöffnungen, wobei sich ergibt, daß die Flüssigkeit hinter dem Abschlußpunkt in Spannung kommt, wodurch Hohlraumbildungen in der Flüssigkeit erzeugt werden. Beim Zusammenbrechen der so gebildeten Hohlräume auf Grund der Umkehr der Strömung der Flüssigkeit hinter dem Flatterventil, wird das Flatterventil abgetrieben und setzt sich gegen die andere Abströmöffnung an, so daß diese Abströmöffnung abgeschlossen wird. Wiederum werden Hohlraumbildungen in der plötzlich geschlossenen Abströmleitung ge- bildet und deren Zusammenbrechen zwingt das Flatterventil, sich zu öffnen und zyklisch und sich wiederholend schließt sich das Flatterventil wiederum, so daß abwechselnd jeder der Abstromschenkel geschlossen wird. Die Abstromschenkel können aus Leitungen bestehen, in denen eine Emulgierung oder Vermischung der Flüssigkeit stattfindet oder sie können beispielsweise Rohre oder andere Abschnitte eines Wärmeaustausches sein.
• Die Erfindung sowie die weiteren erzielbaren Vorteile werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung in Ver- bindung mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert, worin Fig. 1 eine schematische Ansicht einer zyklischen DruckstoBvorriehtung gemäß der irfindung, Fig. 2 eine Seitansicht teilweise im Bruch und im Schnitt einer Form einen Flatterventilen, welchen zur erfindungsgemäßen Anwendung geeignet ist, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zyklischen Druckstoßvorrichtung mit mehrfachen Ventilen gemäß der Erfindung und Fig. 4 eine schematische Ansieht einer Wärmeauatauschervorrichtung gemäß der Erfindung :eigen.

  In den ZeicbnL=ngen und insbesondere in Pig. 1 ist eine

  Vorrichtung zbr Ausbildung von Hdhlraumbildungen oder

  Kavitationen In einem Flüssigkeitesystem gezeigt, welche

  aus einer Pumpe 10i üblicherweiet vom Zentrifugal oder

  kontinuierlichen Strömungstyp, die mit einer allgemein.

  mit 12 bezeichneten Srömungeschleife verbunden ist, welche

  Ober einen. woedntlichen Teil ihrer Dänge durch ein Unter-

  teilu14 in zwei Strömungekanäle 16 d 18 unterteilt

  ist, besteht" 71,4n Platterventil 20z welchso schwenkbar

  auf das ;Ende 2:> der Unterteilung 1.1 welches der von der

  Pumpe 10 komenden Strömung entgegensteht, verbunden ist,

  dient zum abweehselnden Schlieseen und Öffner. jedee der -

  Strömungokanäle 16 und 1a*

  Bin Drucktreigsereaervoir oder Federungselement 24 ist

  mit der Strömgsochleife 12 nach der pe 10 in Richtung.

  der Mssigkeitetrömung von der Pumpe verbunden*

  Zum Betrieb wird die Strömungsschleife und e1 n Teil, des

  Druckausglei chebehülters oder des Gefäßes 24 mit einem

  pumpbaren' flüeeigen Grundmedium, wie zaB* 0l und Wasser

  gefüllt. Die Pumpe wird dann in Betrieb gesetzt, wobei

  das flüssige Grundmedium in Richtung des Pfeiles 26 zu

  dem Ende 22 der Unterteilung 14 gepumpt wird* Das Flatter-

  ventil 20 schwingt leicht # Um den einen oder den anderen

  Kanal. 16 oder 1 8 zu schließen. Wenn z e». das Flatterventil

  plötzlich den Kanal 1a schlieatf erfolgt ein DrucketoB

  und das flüssige Grundmedium hinter dem geschlossenen Von-'

  .til wird in. Spannung gesetzt bis die Zugfestigkeit der .

  Flüssigkeit überwunden wird, wodurch ein Aufbrechen der

  Flüssigkeit und die Bildung von Hohlräumen verursacht wird.

  Die gebildeten Rohlräume sind unstabil, da sie unter Druck

  von der umgebenden Flüssigkeit stehen, und brechen plötzlich

  zusammen, was die Erzeugung von Stoßwellen innerhalb der

  Flüssigkeit ergibt. Die Ausbildung und das Zusammenbrechen

  derartiger Hohlräume wird häufig als gavitation bezeichnet.

  Die Wirkung den DruokausgleichagefUes besteht in einer

  Wirkung zum Entspannen, um die Pumpe vor den Flatterventil

  zu isolieren und um den Plüssigkeitsüberechuß aufzunehmen,

  wenn Hohlräume in dem geschlossenen System gebildet werden.

  Nach Ausbildung der Hohlräume ändert die Flüssigkeit in dem 7

  Strömungskanal, der an einem Ende durch das Flatterventil 20

  abgeschlossen ist, ihre Strömungsrichtung, wenn die Kohl-

  räume zusammenklappen und der Rückstoß eintritt, so daß das

  Ventil 20 geöffnet und der Abachluß des Strömungekanale 16

  hierdurch verursacht wird. Dieses zyklische Abachließver-

  halten des Flatterventils findet in kontinuierlicher Weise

  statt, wodurch sich eine zyklische Druckwellen.- und Stoß-

  wellenerzeugung ergibt.

  Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung kann als mechanischer

  Oszillator betrachtet werden. Die in lig. 1 gezeigte Vor.-

  richturig wird zur Herstellung einer Öl- und Wasseremulsion verwendet oder sie kann beispielsweise zum Mischen oder Behandeln von Flüssigkeiten verwendet werden die gegebenenfalls auch äusseren Einflüssen ausgesetzt werden können, während sie sich in der Vorrichtung befinden. Beispiele für äussere Einflüsse sind Wärme und Strahlung.
• Aus Pig. 3 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung wertvoll bei Systemen ist, bei. denen das flüssige Grundmedium durch die Vorrichtung nur ein einziges Mal geht und nicht zurückgeführt wird, wie bei der Vorrichtung nach Fig,, 1, Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung wird das flüssige Grundmedium mittels einer Pumpe 28 aus einem ersten Gefäß 30 zu einem zweiten Gefäß 32 gepumpt. Eine allgemein. mit 34 bezeichnete Strömungsleitung ist über die Pumpe 28 verbunden und erstreckt sich, von dem Gefäß 30 zu dem Gefäß 32. Die Zeitung 34 ist in zwei. getrennte Strömungskanäle an einer Mehrzahl von Stellen entlang ihrer Dänge zoB. mittels der Unterteilungen 36, 38 und 40 unterteilt, Ein Pla.tterventi:- 42, ähnlich dem Ventil 20 in Fig. 1 ist schwenkbar auf dem Ende der Unterteilung 36 befestigt, wo das strömende flüssige Medium in die Strömungskanäle 43 und, 44 eintritt, und ist zum Schließen jedes Kanales 43 und 44 in Abhängigkeit von den Arbeitsbedingungen in der Vorrichtung geeignet. In gleicher Weise sind die Ventile 46 und 48 schwenkbar an dem Flüssigkeitseintrittende jeder Unterteilung 38 und 40 zum abwechselnden Schließen der Strömungswege 50 und 52 bzw. 54 und 56 befestigt.
• Beim Betrieb arbeitet die Vorrichtung ähnlich wie die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung mit der Ausnahme, daß jeden einzelne Flatterventil und die damit verbundenen Strömungs- wege zur aufeinanderfolgenden Erzeugung von Hohlraumbildungen in den jeweiligen Strömungswegen wirken., wie es der Fall bei dem Ventil 20 und den Strömungswegen 16 und 18 ist, so daß sich eine weit größere Anzahl von Hohlraum-. bildungen in der von dem Kessel 30 zu dem Kessel 32 fliessenden Flüssigkeit einstellt als es der Fall sein würde, wenn nur eine einzige Ventil- und Strömungsweg.. Anordnung angewandt würde, In Fig, 2 ist eine allgemein durch 60 bezeichnete glatterventileinrichtung mit einem T-förmigen Bauteilabschnitt 62 gezeigt, die eine Flüssigkeitszufuhrleitung 64 und Flüssigkeitsabführleitungen 66 und 68 hat, die miteinander in Ver.. bindung stehen. Der Querdurchmesser der Einlaßleitung 64 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise größer als der Querdurchmesser der Ableitleitungen 66 und 68. Die inneren oder Bauteilenden 70 und 72 der Abströmleitungen 66 und 68 sind jeweils so geformt, daß sie ein Lager für

  ein äugelventil 74 bilden, welches innerhalb den Raumes 62

  des Ventilen 60 angebracht ist. Der Wandteil 76 des Raumes

  72, der zwischen den Ventilabschlugenden 72 und 70 liegt,

  ist schwach gekrümmt, so daH, falle kein flüssiges Medium

  durch die Einrichtung gepumpt wird, die Ventilkugel 74

  von den beiden Ventilabschlüs®en 70 und 72 entfernt und

  geringfügig außerhalb der Mitte hinsichtlich des Strömungs#

  .

  wegen von der Zufuhrleitung zu den Abetromleitungen liegt.

  BeiaIktrieb wird durch die geringfügig etwas außerhalb

  der Mitte befindliche "Ruheumstellung der Ventilkugel 74

  erreicht, daßi falls Flüssigkeit durch die Einlaßleitung 64

  und die Auslaßleitungen 68 und 66 gepumpt oder geführt wird,

  die Kugel mit der Flüssigkeit mitgeführt wird und gegen

  eines der Mager 70 oder 72 schließt. Der plötzliche Ab.-

  schluB durch die Kugel verursacht das Auftreten einer Druck-

  welle und.in der Äbströmleitung kommt die Flüssigkeit

  unter Spannung und bildet Hohlräume in der Flüssigkeit.

  Wenn die Hohlräume tusammenbrechen,drüokt die dabei auf-

  tretende Kraftentspannung das Ventil aus seinem Sitz und

  zu dem anderen Ventilsitz, da das Ventil zu dem anderen

  Kita durch die Flüssigkeitsströmung geführt wird, nach»

  dem es den Mittelpunkt zwischen den beiden Ventilsitzen

  überschritten hat. Wiederum verursacht das Abschließen

  durch die Ventilkugel 74 eine Druckwelle, die Ausbildung

  ,von Hohlräumen in der Flüssigkeit in der geschlossenen

  Abstromleitung und das anschliessende Entfernen der Yen.. .tilkugel beim Zusammenbruch der Hohlräume, wie vorstehend geschildert.

  Die in Pig* 2 gezeigte neohanieohe Oszillatoranordnung

  kann wie die Platterventile 20, 42, 46 oder 48 in den

  Fig. 1 und 3 verwendet werden, wobei der größerev Teil

  der Strömungsleitung 12 oder 34 mit den vollen Durchmesser

  die Zufuhrleitung 64 zu der Ainriahtung 60 darstellt und

  die Strömungekanäls 16 und-18, 43 und 44, 50 und 52 sowie

  54 und 56 die Abetroaleitungen 66 und 68 der Einrichtung

  darstellen.

  Eine weitere Ausführungsfora der Irfindung ist in Pig.4

  gezeigt. Bei der Vorrichtung nach Zig, 4 wird eine Zlüssig-

  keit durch die Leitung 16 mittels der Pumpe 82 getrieben.

  Bin Ausgleichselement 84 welchen als Deruhigungebehälter

  dargestellt ist, ist an die Itituag 80 zwischen der Pumpe 82

  und einer ?lattertsntilanorän=g 86 anesohloesen, die von

  derselben Art wie das in Zig. 1 gezeigte Platterventil 20

  ist. Die Ventilanordnung 86 besteht aus dem Platterelenent

  (oder-Ventil) 88 und den Ventilschlüssen 90 und 92, dis mit

  Hohlrohren 94 uni 96 verbunden sind. Die Rohre 94 und 96

  enden in einem gemeinsamen Kopfteil. und sind von dort mit

  irgendeiner Gebrauchseinrichtung, nicht gezeigt, verbunden.

  Die Rohre 94 und 96 werden Ton einem Wärmeaustausohmantel

  100 umgeben und sind darin enthalten, der einen Einla9 102 und einen Auslag 104 besitzt, durch die eine Wärmeaustauschflüsoigkeit, beispielsweise Dampf, durch den Mantel 100 und um die Rohre 94 und 96 herumgeführt wird.
• Eine Plüssigkeit, beispielsweise Wasser, wird durch die Vorrichtung gepumpt, wobei das Ventilelement 88 der Flatter-. ventilanordnung sich plötzlich &egen einen der Ventilsitze 90 oder 92 schließt, so daß die Plüssigkeit hinter dem Ventil, dih. in der Richtung, in der die Flüssigkeit nor- malerweise strömt, in Spannung gesetzt wird und die Ausbildung von Kohlräumen in der Flüssigkeit verursacht wird. wie bereits ausgeführt, wird die Bildung und der Zusammenbruch dieser Hohlräume häufig als Kavitation bezeichnet. Bein Zusarnenbruch der so gebildeten Hohlräume schlägt die Flüssigkeit in denn Strömungskanal oder Rohr, dessen Ende durch das Flatterventil 88 geschlossen wurde, zurück und schlägt das Flatterventil nach der anderen Seite um, so daB das Ende des anderen Banales 94 oder 96 abgeschlossen wird. Dann bilden sich Hohlräume in dem neugeschlossenen Rohr, brechen zusammen, klappen dau Platterventil zum Schliessen des anderen Rohres zurück und das sich wiederholende Verfahren beginnt. Die zu dem Wärmeaustauechmantel zugeführte Wärmeauatausohflüssigkeit kann sowohl heisser als auch kälter als die Flüssigkeit in der Leitung 80 sein.
• Wenn die unter Druck durch die Rohre 94 und 96 des Wärmeaustausohers gepumpte oder strömende Flüssigkeit Ton einer Art ist, die zur Ausbildung einer Abseheidung oder eines Überauges auf den Wänden des Rohres, beispielsweise Abecheidungen aus Wasser, während der Verwendung der Vor- richtung neigt, zeigte es eich, daß die Wärmeübertragungseigensohaften eines gemäß der Erfindung gefertigten Wä,rmeaustausehers weit besser sind als für identische Rohre in Wärmeaustauschern, bei denen keine Hohlraumausbildungaeinrichtungen enthalten sind. Messungen dieser Eigenschaften wurden in Zwischenräumen während langer Zeiträume ausge- führt.
• Es wurde auch festgestellt, daß, falls die Temperatur der Flüssigkeit in dem Wärmeaustauschmantel 100 die Temperatur der die Ablagerung bildenden Plüsoigkeit in den Rohren 94 und 96 übersteigt, offensichtlich die Wirkung der Rohrreinigung oder Ablagerungsentfernung größer ist, als wenn eine derartige Temperaturbeziehung zwischen den Rohren und den Mantel nicht vorhanden ist.
• Üblicherweise wird die flatterventilanordnung etwa 30 cm entfernt von den zu reinigenden Rohren angebracht.Die Länge der Rohre 94 und 96 ist, um beste Ergebnisee zu erzielen, ein vielfaches größer als ihr Durchmesser.
• Es ist auch praktisch, eine Platterventilanordnung zur Bedienung von zwei Wärmeaustauschern zu verwenden. Wenn die Rohre jedes Austauschers zu einem gemeinsamen Kopfteil verbunden sind» können die Rohre 94 und 96 je- weils mit einem getrennten Kopfteil eines Wärmeaustauschers verbunden sein. Falls die Flüssigkeit in dem Wärmeaustausch- mantel jedes Austausehers mit Karitationen versorgt werden soll, um eine Reinigung oder Ablagerungsentfernung zu er- halten, können die Verbindungen zu den Rohren 94 und 96 anstelle der Anbringung in der Zufuhrleitung (102 in der Zeichnung) der Wärmeaustauschmäntel angebracht werden.
• Bei einer derartigen Anordnung, werden die äusseren Oberfläohen der Wärmeaustausahrohre und die Wandoberflächen der Wärmeaustauscher gereinigt.
• Falle die den zu reinigenden Teil des Austauschers berührende Küssigkeit billig ists wie z.B. Wasser, ist es natürlich praktisch, nur dae mit einem Ventil der Flatter- ventilanordnung verbundene Rohr bei dem Reinigungsarbeitsgang zu verwenden, während das andere Rohr oder der andere Schenkel der Vorrichtung eine Leitung darstellt, durch die die Flüssigkeit zum Ablauf oder zu einem Tank zur Wiederverwendung geführt wird. Der Schenkel oder die Leitung, die nicht mit dem Wärmeaustauaeher verbunden ist, sollte vorzugsweise so lang oder länger wie die andere Leitung sein, die mit dem W#rmeaustauscher verbunden ist, um einen übermäßig großen Flüssigkeitsverlust zu ver- meiden.
• Dan zyklische Schließen den Platterventiles ist eine Funktion der Eigenschaften den Syatema, worin es arbeitet, jedoch lassen sich Schließgeschwindigkeiten von einem Zyklus je Minute bis etwas oberhalb 200 Zyklen je Sekunde anwenden, Eine ausgezeichnete Reinigung oder die Verhütung eines Aufbauen einer Ablagerung auf Wäraeauatauschrohren wurde erreicht, wenn die Platterventilanordnung nur während einer halben Stunde während einer 24-atündigen Betriebs... dauer bei einer flatterventilöffnungs- und Schliaßgeaohwindigkeit von 1,5 Zyklen je Sekunde im Betrieb ist. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, hatte die an- gewandte Versuchsanordnung Ventileinriohtungen, bei denen die Strömung an der Platterventilanordnung vorbeigeführt werden konnte, Der Druck der Flürsigkeit in der Leitung 80 kann zwischen 0,35 und 280 kg/c* 2 liegen, jedoch arbeitete z.B. bei einem Druck von 4,58 kg/cm2 die Vorrichtung sehr gut während der Versuche.
• Obwohl in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Vorgehen ein Flatterventil beschrieben wurde, kann auch anstelle dessen das Kugelventil nach Fig. 2 hierfür eingesetzt werden. Das Kugelventil kann aus Metall, einem festen Kunststoff, Holz oder einem andren geeigneten Material gefertigt sein.
• Obwohl Druckgrenzen von 0,35 bis 280 kg/cm. 2 untersucht wurden, ist die obere Druckgrenze in der Praxis offen- sichtlich nur durch die Eignung der Vorrichtung, den Druck auszuhalten, begrenzt.

Claims (1)

1. 2' t t # i t i i # p r t ! ä #Iw@a@ss@rr#rr. r@rrll@lrrrlrrr#1rr@1 1 'rllril'!r @k111öi« 1 t@@ 3a elaes @li#swaat@a@ @ä@@i@.tri. a.. i e0' a t im rot- atoar etmo eirot« (2ie3494ie8ö), ssttwr trat d"tlas (16918943s44#30932#94#96#66944,94996) 8txrrr@riuataz, »bei jeder dioarr atsu aru@etuw" Ota xei- uri :" Auliaattnt Nu du Aval"» QWW den .rat« zwa» mit dm s -M M A- den fitem rrrt eure, dritt» xw..l. er! ----tote tote sirr natt«nrr- tüA»sdMs (20.42.46.48.60.«)e dte sta irr vem Mrttleitsea md etlm eis ein Aiea« die. erir v@tuaitn oia@rithtot@o @taattu@ aoot@wr@,ate v01101 die veatileitar! m a ta@ae@ @taa der eweitem »t eatt- t irrt, eine ierrirl a alte des eretea #, 1.team xamrl io"M die» mr Veatileit» mg atz ierea arrtom >ar4 dem 4rtttlt taasl des amerwe vaatiloits md ä«*h fei». richtndeea (10,28,a2) aew laereatltu"@ientüexen m9 einem na»igoiirta mal& elea g»t« kami ma eimrs der mderem st 0r rrilo. 2. verriebt>ta4 am& Ä1deAwoh V1ilhmete äea dieattelsiwir8 (60) e" erüar zawur (7i) aalt eetwor tmdt WOri@illieaat (64 ) und einem Paar von. Auslaßrohren (66,68),-$ie jeweils hiermit mit einem inneren Ende ve«r'bunden sind, wobei die inneren Ende jeweils einen hiermit verbundenen Ventilsitz (70,72) aufweisen, und aus einer runden Kugel (74) ,besteht, wobei die Kugel in der Kammer (76) angebracht und zum Aufsitzen gegen die Ventilsitze (70,72) geeignet ist. 3..Verfahren zur Reinigung von Oberflächen eines flüssigkeitsgefüllten Wärmeaustauschelementes, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch das Element unter einem erheblichen Druck gepumpt und dann periodisch Hohlräume in der Flüssigkeit mit Schall- oder Ultraschallgeschwindigkeit ausgebildet werden. 4.*'Verfahren zur Entfernung eines an einer Wandoberfläche eines Wärmeaustauschers anhaftenden Materials, der Rohre. mit inneren und äusseren Wänden aufweist und im Abstand befiridliehe Einlaß- und Auslaßeinrichtungen zum Führen von Flüssigkeiten über die Wandoberflächen hat, dadurch gekennneichnet, daß eine unter Druck stehende strömende Flüssigkeit entlang den Wandoberflächen zwischen den Eimaß- und Auelaßeinrichtungen geführt, die zu reinigen- den Oberflächen auf die Siedetemperatur der strömenden Flüssigkeit unter Atmosphärenbedingungen erhitzt und dann periodisch plötzlich die Btrömung der flüeaigkeit an den Ilinlaßeinriohtungen unterbrochen wird, so da.ß die Flüssigkeit unter Spannung gesetzt wird und an den Wand- oberflächen ein beginnendes Sieden auftritt.