-
Die Erfindung betrifft eine Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
-
Beim Wasserstrahlschneiden werden zwei Arten von Anlagen unterschieden, die Injektions- und die Suspensionsanlagen. Bei den Injektionsanlagen wird ein Abrasivmittel einem Hochdruckwasserstrahl beim Austritt des Wasserstrahls aus einer Schneiddüse drucklos zugeführt. Beim Suspensionsverfahren wird das Abrasivmittel mit dem unter Hochdruck stehenden Wasser vor dem Austritt aus der Schneiddüse gemischt. Dies hat den Vorteil, dass keine Luft mit dem Abrasivmittel in den Wasserstrahl eingebracht wird, wodurch sich die Schneidleistung erhöht.
-
Allerdings ist es beispielsweise aus
GB 2 354 726 B bekannt, dass es für Schneidarbeiten unter Wasser hilfreich ist, dem aus der Schneiddüse austretenden Hochdruckwasserstrahl Luft bzw. ein Gas zuzuführen, insbesondere dem Wasserstrahl von außen Luft oder ein Gas zuzuführen.
-
GB 2 354 726 B offenbart dazu eine die Schneiddüse umgebende Hülse, innerhalb derer eine Trennwand angeordnet ist, mit einer zentralen Öffnung, durch welche sich der von der Düse erzeugte Wasserstrahl erstreckt, und einer Vielzahl von unterhalb der zentralen Öffnung gelegenen Löchern, durch welche Druckluft zugeführt wird. Die Druckluft füllt dann eine von der Hülse gebildete Austrittskammer. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Hülse voltständig mit Luft gefüllt wird.
-
Allerdings kann dies zu einer ungleichmäßigen Verteilung der zugeführten Luft relativ zu dem Wasserstrahl führen.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage bereitzustellen, welche eine gleichmäßige Luftzufuhr relativ zu dem Hochdruckwasserstrahl ermöglicht, sodass die Luft den Hochdruckwasserstrahl am Außenumfang umgibt.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren.
-
Die erfindungsgemäße Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage weist wie bekannte Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage eine Versorgungseinheit auf, welche zumindest eine Hochdruckpumpe zum Erzeugen eines Hochdruck-Wasserstroms beinhaltet. Darüber hinaus weist die Versorgungseinheit zumindest einen ein Abrasivmittel aufnehmen Druckbehälter auf, in welchem die Mischung von Wasser und Abrasivmittel erfolgt. Dazu wir zumindest ein Teil des von der Hochdruckpumpe erzeugten Wasserstrom durch den unter Druck stehenden Druckbehälter geführt, in welchem sich dann das zugeführte Wasser mit dem Abrasivmittel vermischt, wobei das Abrasivmittel von dem Wasserstrom aus dem Druckbehälter herausgefördert wird. Die so gebildete Suspension aus Wasser und Abrasivmittel wird unter Hochdruck durch eine Druckleitung zu einer Schneideinheit geleitet. Diese Schneideinheit, welche über die Druckleitung mit der Versorgungseinheit verbunden ist, weist eine Schneiddüse auf, aus welcher dann der Hochdruckwasserstrahl, welcher das Abrasivmittel enthält, austritt und zum Schneiden verwendet werden kann.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schneiddüse von einem rohrförmigen Düsenmantel umgeben ist. Dabei ist der Düsenmantel so ausgebildet, dass er einen Innendurchmesser aufweist, welcher größer ist als der Außendurchmesser der Schneiddüse, sodass der Düsenmantel die Schneiddüse radial beabstandet umgibt. Bevorzugt weist der Düsenmantel in seinem Inneren einen konstanten Querschnitt auf, in welchem die Schneiddüse mit vorzugsweise ebenfalls konstantem Außenquerschnitt angeordnet ist. Der Düsenmantel weist an einem Axialende, d. h. dem Austrittsende, an welchem der Hochdruckwasserstrahl austreten soll, eine Öffnung auf. Diese Öffnung ist der Austrittsöffnung der Schneiddüse, welche im Inneren des Düsenmantels angeordnet ist, zugewandt, sodass das aus der Austrittsöffnung der Schneiddüse austretende Wasser-Abrasivmittelgemisch als Strahl durch die Öffnung am Axialende des Düsenmantels nach außen austreten kann, ohne mit dem Düsenmantel in Kontakt zu treten. Ferner definiert diese Öffnung am Axialende des Düsenmantels einen Ringspalt, welcher die Schneiddüse umgibt. Der Ringspalt ergibt sich dadurch, dass der Innendurchmesser der Öffnung größer als der Außendurchmesser der Schneiddüse im Inneren des Düsenmantels ist.
-
Erfindungsgemäß weist der Düsenmantel zumindest eine Eintrittsöffnung zur Gas- bzw. Luftzufuhr auf, welche dementsprechend mit einer Gas- oder Luftquelle verbunden ist. Die Eintrittsöffnung mündet in den Ringspalt, sodass zugeführtes Gas bzw. Luft in den Ringspalt eintritt und dann durch den Ringspalt die Schneiddüse ringförmig umgebend austritt. So wird eine ringförmige Luftströmung erzielt, welche den austretenden Hochdruckwasserstrahl umgibt. Die Eintrittsöffnung ist vorzugsweise in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung des Wassers durch die Düse, beabstandet von der Öffnung am Axialende des Düsenmantels angeordnet, sodass sich das in den Düsenmantel eintretende Gas bzw. die in den Düsenmantel eintretende Luft zunächst in dem Ringspalt zwischen der Schneiddüse und dem Innenumfang des Düsenmantels verteilen kann, bevor sie aus dem Ringspalt durch die Öffnung am Axialende des Düsenmantels ringförmig austritt. So wird eine gleichmäßige Verteilung der Luft im Umfang des Hochdruckwasserstrahls erreicht.
-
Besonders bevorzugt umgibt der Düsenmantel die Schneiddüse konzentrisch. So wird bei kreisförmigem Innenumfang des Düsenmantels und kreisförmigem Außenumfang der Schneiddüse ein Ringspalt mit gleichmäßiger bzw. konstanter radialer Dicke erzielt, wodurch eine gleichmäßige Gas- bzw. Luftverteilung im Umfang des Hochdruckwasserstrahls erreicht wird.
-
Die zumindest eine Eintrittsöffnung ist vorzugsweise am Umfang, d. h. am Außenumfang des Düsenmantels gelegen. Die Eintrittsöffnung erstreckt sich vorzugsweise radial bezogen auf die Strömungsrichtung durch die Schneiddüse und den Düsenmantel nach außen. D. h. die Luft bzw. das Gas tritt in radialer Richtung von außen in den Ringspalt im Inneren des Düsenmantels ein. Um eine besonders gleichmäßige Gas- bzw. Luftverteilung zu erreichen, können auch mehrere Eintrittsöffnungen vorgesehen sein, beispielsweise zwei Eintrittsöffnungen. Diese mehreren Eintrittsöffnungen sind vorzugsweise über den Umfang des Düsenmantels verteilt, insbesondere gleichmäßig über den Umfang verteilt. So können z. B. zwei Eintrittsöffnungen an diametral entgegengesetzten Seiten gelegen sein.
-
Die Gasquelle ist vorzugsweise eine Druckgasquelle, insbesondere eine Druckluftquelle, und weist insbesondere einen Kompressor zum Erzeugen des unter Druck stehenden Gases bzw. von Druckluft auf. Auf diese Weise wird das Gas bzw. die Luft unter Druck in den Ringspalt im Inneren des Düsenmantels geführt.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann die Gasquelle beabstandet von der Schneideinheit angeordnet sein. So kann die Gasquelle beispielsweise in die Versorgungseinheit integriert sein und mit der Schneideinheit über einen entsprechende Druckgasleitung verbunden sein.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann die Gasquelle jedoch auch beabstandet von der Versorgungseinheit in der Nähe der Schneideinheit angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass in dem Fall, in dem die Schneideinheit von der Versorgungseinheit weit beabstandet ist, die Länge der erforderlichen Druckgasleitung verkürzt werden kann, indem die Gasquelle näher, insbesondere unmittelbar an der Schneideinheit angeordnet ist.
-
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Schneidanlage zum Offshore-Einsatz ausgebildet sein, wobei die Versorgungseinheit dann zur Anordnung über Wasser und die Schneideinheit zum Einsatz unter Wasser ausgebildet ist. So eignet sich die Schneianlage insbesondere zum Schneiden unter Wasser, beispielsweise zum Durchtrennen von Ölfeldrohren. Die Anlagenteile, welche zur Bereitstellung der Suspension unter Hochdruck dienen, d. h. die Versorgungseinheit wird über Wasser angeordnet und die unter Wasser gelegene Schneideinheit ist mit Hilfe einer entsprechend langen Druckleitung mit der Versorgungseinheit verbunden.
-
Bei dieser Ausgestaltung kann die Gasquelle mit der Versorgungseinheit über Wasser angeordnet werden, wobei dann eine entsprechend lange Druckgasleitung erforderlich ist. Wenn in großen Wassertiefen gearbeitet wird, muss darüber hinaus ein ausreichend hoher Gasdruck erzielt werden, um einen Gasdruck bereitzustellen, welcher größer ist als der Umgebungsdruck an der Schneiddüse, um den Austritt des Gases in dem Düsenmantel und aus der Öffnung des Düsenmantels heraus sicherzustellen.
-
Alternativ ist es möglich, die Gasquelle zum Betrieb unter Wasser auszubilden. Dann kann die erforderliche Druckgasleitung verkürzt werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Gasquelle als Gasgenerator zur physikalischen und/oder chemischen Gaserzeugung aus zumindest einer festen oder flüssigen Chemikalie, gegebenenfalls aus mehreren Chemikalien ausgebildet ist. Beispielsweise kann ein Gas durch Verbrennen einer Chemikalie oder durch Reaktion zweier Chemikalien miteinander entstehen. Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eben nicht das Druckgas mit hohem Druck von der Wasseroberfläche her in große Tiefe zugeführt werden muss, sondern vielmehr das erforderliche Gas, welches aus der Öffnung des Düsenmantels, den Hochdruckwasserstrahl umgebend austritt, vor Ort in der Nähe der Schneideinheit, insbesondere unmittelbar an der Schneideinheit auf physikalischem und/oder chemischen Wege erzeugt wird. Die erforderliche Chemikalie bzw. die erforderlichen Chemikalien können dabei in Vorratsbehältern direkt an der Gasquelle gespeichert sein oder der Gasquelle über zumindest eine Schlauchleitung zugeführt werden. D. h. die Vorratsbehälter können mit der Schneideinheit unter Wasser angeordnet werden. Alternativ kann die Chemikalie oder können die Chemikalien über geeignete Schlauchleitungen, worunter auch Rohrleitungen zu verstehen sind, von oberhalb der Wasseroberfläche zugeführt werden.
-
Diese vorangehend beschriebene Ausgestaltung der Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage ermöglicht ein völlig neues Verfahren zum Schneiden unter Wasser. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, das erforderliche Gas, welches den Hochdruckwasserstrahl beim Austritt aus der Schneiddüse umgibt, bzw. dem Hochdruckwasserstrahl zugeführt wird, nicht von oberhalb der Wasseroberfläche zuzuführen, sondern vor Ort unter Wasser aus geeigneten Chemikalien zu erzeugen. Auf diese Weise können teure Kompressoren zum Erzeugen hoher Drücke eingespart werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
-
1 schematisch eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage beim Offshore-Einsatz und
-
2 eine Schnittansicht einer Schneiddüse mit umgebenden Düsenmantel gemäß der Erfindung.
-
Die erfindungsgemäße Wasser-Abrasiv-Suspension-Schneidanlage besteht, wie in 1 gezeigt, aus einer Versorgungseinheit 2 und einer Schneideinheit 4, welche mittels einer Druckleitung 6 miteinander verbunden sind. In 1 ist schematisch in Offshore-Einsatz gezeigt, bei welchem die Versorgungseinheit 2 oberhalb der Wasseroberfläche 8 beispielsweise auf einem Schiff oder einer Arbeitsplattform (hier nicht gezeigt) angeordnet ist, während die Schneideinheit 4 unterhalb der Wasseroberfläche 8 angeordnet ist.
-
Die Versorgungseinheit 2 weist als wesentliche Komponenten eine Hochdruckpumpe 10 und eine Druckbehälter 12 auf. Die Hochdruckpumpe 10 erzeugt einen Hochdruckwasserstrom, von welchem zumindest ein Teilstrom durch den Druckbehälter 12 geleitet wird, in welchem sich ein Abrasivmittel befindet. In dem Druckbehälter 12 wird der Wasserstrom mit dem Abrasivmittel unter Druck gemischt, sodass eine Suspension unter Ausschluss von Luft gebildet wird, welche dann aus der Versorgungseinheit 2 austritt und über die Druckleitung 6 der Schneideinheit 4 zugeführt wird.
-
An der Schneideinheit 4 ist ein Gasgenerator bzw. eine Gasquelle 14, d. h. somit ebenfalls unterhalb der Wasseroberfläche 8, angeordnet, welche ein Gas erzeugt, welches einem Hochdruckwasserstrahl 15, welcher aus dem Düsenmantel 16 austritt, in den Düsenmantel 16 zugeführt wird. In diesem Beispiel ist die Gasquelle 14 unterhalb der Wasseroberfläche 8 angeordnet, sodass auf eine aufwändige Druckgaszufuhr von oberhalb der Wasseroberfläche 8 verzichtet werden kann. Es ist jedoch zu verstehen, dass alternativ auch eine Zufuhr von oberhalb der Wasseroberfläche 8 mit Hilfe einer Druckgasleitung bzw. Druckluftleitung erfolgen könnte. Dann würde die Gasquelle 14, welche beispielsweise einen Kompressor beinhaltet, ebenfalls oberhalb der Wasseroberfläche 8 angeordnet und gegebenenfalls in die Versorgungseinheit 2 integriert. Bei der unterhalb der Wasseroberfläche 8 angeordneten Gasquelle 14 handelt es sich insbesondere um eine Gasquelle 14 in Form eines Gasgenerators, in dem ein Gas aus einer oder mehreren Chemikalien auf physikalischem und/oder chemischem Wege erzeugt wird. Auf diese Weise wird das erforderliche Gas direkt an der Schneideinheit 4 erzeugt.
-
Der Aufbau des Düsenmantels 16 mit der darin angeordneten Schneiddüse 18 ist beispielhaft in 2 gezeigt. Der Schneiddüse 18 wird über einen Anschluss 20, welcher mit der Druckleitung 6 verbunden ist, die unter Hochdruck stehende Suspension zugeführt. Die Schneiddüse 18 weist im Inneren einen sich in axialer Richtung X, d. h. in Strömungsrichtung erstreckenden Kanal 22 auf, durch welchen der Wasser- bzw. Suspensionsstrom zu einer Austrittsöffnung 24 am axialen Stirnende der Schneiddüse 18 geführt wird. Die Schneiddüse 18 ist von dem Düsenmantel 16 umgeben. Der Düsenmantel 16 weist in seinem Inneren einen zylindrischen bzw. rohrförmigen sich axialer Richtung X erstreckenden Kanal 26 auf, welcher einen Durchmesser aufweist, welcher größer als der Außendurchmesser der Schneiddüse 18 ist. Auf diese Weise wird zwischen dem Außenumfang der Schneiddüse 18 und der Innenwandung des Kanals 26 ein Ringspalt bzw. Ringkanal 28 gebildet. Der Kanal 26 weist an dem dem Anschluss 20 abgewandten Axialende eine Offnung 30 auf. Die Öffnung 30 ist ebenfalls kreisförmig und hat einen Durchmesser, welcher dem Innendurchmesser des Kanals 26 entspricht und somit größer ist als der Außendurchmesser der Schneiddüse 18. Auf diese Weise mündet der Ringspalt 28 in die Öffnung 30 bzw. es wird an der Öffnung 30 ein Ringspalt zwischen der Innenwandung des Kanals 26 und dem Außenumfang der Schneiddüse 18 gebildet. Die Schneiddüse 18 ist so angeordnet, dass ihre Austrittsöffnung 24 der Öffnung 30 zugewandt ist, aber in axialer Richtung um ein gewisses Maß nach Innen beabstandet ist, sodass die Schneiddüse 18 nicht über das Axialende des Düsenmantels 16 vorsteht.
-
In dem Düsenmantel 16 sind an zwei diametral entgegengesetzten Umfangsseiten Eintrittsöffnung 32 ausgebildet, welche sich in radialer Richtung bezogen auf die Längsachse X vom Außenumfang des Düsenmantels 32 zum Innenumfang des Kanals 26 erstrecken. Die Eintrittsöffnungen 32 bilden die Luft- bzw. Gaszufuhr und sind in hier nicht gezeigter Weise mit der Gasquelle 14 verbunden. Auf diese Weise kann das Gas bzw. die Luft in den Ringspalt 28 im Inneren des Kanals 26 eintreten und in diesem zu der Öffnung 30 strömen, wo die Luft bzw. das Gas dann ringförmig den Wasserstrahl umgebend austritt. Die Eintrittsöffnungen 32 sind in Längsrichtung X von der Öffnung 30 des Düsenmantels 16 beabstandet, sodass im Inneren des Ringspaltes 28 vor dem Austritt aus der Öffnung 30 eine gleichmäßige Verteilung des Gases bzw. der Luft im Umfang der Schneiddüse 18 erreicht werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Versorgungseinheit
- 4
- Schneideinheit
- 6
- Druckleitung
- 8
- Wasseroberfläche
- 10
- Hochdruckpumpe
- 12
- Druckbehälter
- 14
- Gasquelle
- 16
- Düsenmantel
- 18
- Schneiddüse
- 20
- Anschluss
- 22
- Kanal
- 24
- Austrittsöffnung
- 26
- Kanal
- 28
- Ringspalt
- 30
- Öffnung
- 32
- Eintrittsöffnungen
- X
- Längsachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- GB 2354726 B [0003, 0004]
