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VORRICHTUNG ZUR REINIGUNG VON ROHREN Die Erfindung bezieht sich auf
Vorrichtungen zur Reinigung von Rohren.
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Es ist eine elektrische Hydraulikvorrichtung zur Reintgung von Rohren
bekannt, welche auf der Einwirkung der durch elektrische Flüssigkeitsentladung erzeugten
Druckwellen und Flüssigkeitsströme auf die Rohrwände beruht. Eine elektrische Entladung
vollzieht sich zwischen den sich übr die äußere Reinigungsfläche des Rohres verlagernden
Elektroden.
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Der Nachteil einer derartigen elektrischen Hydraulikvorrichtung besteht
darin, daß die Richtungsgebundenheit der Wirkung der Druckwellen und Flüssigkeitsströme
fehlt, wobei sich die Druckhöhe an der Druckwellenfront rapide (nach einer
kubischen
Abhangigkeit) je nach der Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Entladekanal und
dem Reinigungsrohr herabsetzt, weil die Druckwellen bei den genannten Elektroden
Kugelwellen darstellen. Die effektive Einwirkung der Druckwellen und somit die wirksame
Reinigung der Rohre nehman dadurch ab. Darüber hinaus ist bei der Behandlung des
Rohres von seiten seiner Außenfläche ein Energieverlust feststellbar, da die Druckwellen
an der Grenze zwischen den Medien: Rohrwerkstoff/.
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Betriebsflüssigkeit teilweise reflektiert werden.
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Berner ist eine Vorrichtung bekannt, bei welcher sich die Elektroden
innerhalb des Reinigungarohres befinden. Angesichtes der rigorosen Anforderungen
an die Isolierung der Elektroden und der Entladungsstrecke können die Rohre mittleren
bzw. kleinen Durchmessers nicht gereinigt werden. Dazu kommt, daß durch die Verlagerung
der Elektroden innerhalb des Rohres der Einsatz erschwert wird.
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Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, welche sich für die Reinigung
der Rohre eignet, indem sie eine Gruppe von an den beiden Seiten einer Kammer in
zwei Reihen angeordneten Elektroden besitzt. (Siehe z.B. Urheberschein Nr. 119074,
UdSSR).
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In jedem Paar der gegenübereinander bezüglich der Längsachse der Kammer
liegenden Elektroden werden in bestimmter Folge elektrische Entladungen angeregt.
Dadurch ergibt sich am Austritt der Vorrichtung ein schnellaufender Flüssigkeitsstrom,
der nun zur Reinigung der Rohre taugt. Diese Vorrichtung weist aber eine Reihe Mängel
auf: sie ist kompliziert und beansprucht
viel Raum, läßt keinenwirkssmenUberg'ang
der Druokwellen in das zu behandelnde Rohr zu sowie erschwert die Wirkung der Schwingungen,
da die Druckwellen bei ihrer Bewegung in der Flüssigkeit innerhalb eines Kanals
variablen Querschnitts mehrfach reflektiert, überlagert und gelöscht werden, also
ein Energieverlust der Druckwellen innerhalb der Kammer der Vorrichtung ohne Nutzarbeit
feststellbar ist. Dartiber hinaus unterscheiden sich die Betriebsweisen bezüglich
der Entladefreouenz, die einerseits für einen schnellen Blüssigkeitsstrom und andererseits
für eine gute Wirkung der Druckwellen optimal sind. Deswegen kenn bei solch einer
Vorrichtung entweder ein schnellaufender Flüssigkeitsstrom, oder eine Druckwelle
erhalten werden, deren Wirkung im einzelnen für eine effektive Reinigung nicht auS-reicht.
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Es ist ein Verfahren zur Herstellung von ebenen Druckwellen und gerichteten
Flüssigkeitsströmen durch eine elektrisoha Impulsentladung in der Flüssigkeit zwischen
zwei koaxial angeordneten Elektroden bekannt. Das bei der Entladung erzeugte Plasma
läßt durch seine Dehnung infolge einer schnellen Auslösung der in den Kondensatoren
eines Stromimpulageneratore gespeicherten Energie eine ebene hochintensive Druckwelle
entstehen. Diese Druckwelle, indem sie sich in der Flüssigkeit bewegt, wirkt sich
verformend auf den Behandlungsgegenstand aus und bewirkt einen komplexen Spannungszustand
in
demselben. @ Dabei wirkt das sich dehnende Plasma ähnlich einem Kolben, da es die
Betriebsflüssigkeit mit einer großen Schnelligkeit austreibt und dadurch einen intensiven
Flüssigkeitsstrom entstehen läßt.
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Bei der koaxialen Anordnung der Elektroden wird dem Plasma, indem
es sich in einem durch den die Elektroden durchfließenden strom erzeugten elektromagnetiachen
Feld befindet, eine Richtung unter der Einwirkung von elektrodynasischen Kräften
gegeben. (Dies ähnelt der Wechselwirkung zwischen einem stromdurchflossenen Leiter
und einem elektromagnetischen Feld). Folglich erfährt der Flüssigkeitsstrom bei
den koaxial angeordneten Elektroden eine gerichtete Bewegung, wodurch seine wirksame
Einwirkung auf den jeweiligen Gegenstand anwächst.
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Die Druckhöhe an der Front der ebenen Druckwelle vermindert sich
proportional zur Vergrößerung des Abstandes vom Entladekanal, die in dem ersten
Grad und nicht in dem dritten, wie dies bei den Kugelwellen der Fall ist, stattfindet.
Dadurch steigt eine effektiv Einwirkung der Druckwellen beträchtlich an.
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Eine derartige koaxiale Elektrodenanordnung ist dank ihren Vorzügen
insbesondere wirksa bei dem Einsatz in einer Vorrichtung zur Reinigung von Rohren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Reinigung
von rohren zu entwickeln, bei welcher der Reinigungsvorgang am wirksamsten infolge
einer effektiveren
Einwirkung der Druckwellen sowie leicht steuerbar
dank der Anwendung des fortschrittlichsten Verfahrens zur Erzeugung der Druckwellen
ist, wobei diese Vorrichtung einfach in konstruktiver Hinsicht und leicht beim Betrieb
zu handhaben izt, weil eine Verschiebung des Geräts im Reinigungsbereich des Rohres
nicht notwendig ist, Die Aufgabe ist dadurch gelöst, daß zur Rohrreinigung die Vorrichtung
verwendet wird, die zwei Elektroden besitzt, welche dazu dienen, Plasma in der Flüssigkeit
durch eine elektrische Impulsentladung zu erzeugen, welches auf die Betriebsflüssigkeit
einwirkt und darin eine ebene Druckwelle, die durch die Flüssigkeit an die Behandlungsfläche
des Rohres geleitet wird, sowie einen gerichteten Flüssigkeitsstrom entstehen läßt,
wodurch die Rohrreinigung ersielt wird.
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Die anderen Ziele und Vorzüge der Erfindung werden nachstehend anhand
ihres Ausführungsbeispiels und einer beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese
zeigt eine Gesamtansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reinigung von Rohren
(Längsschnitt).
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Die Vorrichtung zur Reinigung der Rohre besitzt ein zylindrisches
Gehäuse 1 (Fig.l), welches als eine äußere Elektrode dient. Das zylindrisohe Gehäuse
1 ist starr mittels eines Übergangsst ückes 2 mit der Stirn des zu behandelnden
Rohres 3 verbunden. Das Gehäuse 1, das Übergangsstück 2 und das Rohr 3 sind mit
einer Betriebsflüssigkeit gefüllt. Das Übergangsstück 2 dient für die Erzeugung
von ebenen Druckwellen
und einem Flüssigkeitsstrom. Es hat die
Gestalt eines Kegelstumpfes und ist mit dem Rohr 3 mittels eines Flansches 4 und
mit dos Gehause 1 mittels eines Flansches 5 verbunden.
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Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich eine im Isolator 6 koaxial
angebrachte als Stab 7 ausgebildete Mittenelektrode.
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Durch den Isolator 6 werden das Gehäuse 1 und der Stab 7 voneinander
getrennt. Das Gehäuse 1 ist teilweise in einen als Toroid ausgestalteten Kollektor
8 eingebaut. Der letstere sorgt für die Zuführung der Betriebsflüssigkeit zum Rohr
3.
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Hierzu weist das Gehäuse 1 Öffnungen 9 auf. Diese liegen in der Ebene
der Plasmabildung. Die Elektroden sind.an einen Stromimpulsgenerator 10 zur Erzeugung
von Plasma angeschlossen, welches auf die Betriebsflüssigkeit einwirkt und darin
eine ebene Durckwelle, die durch die Flüssigkeit zur Behandlungufläche des Rohres
3 geleitet wird, und einen Flüssigkeitsstrom entatehen läßt, wodurch die Reinigung
des Rohres 3 stattfindet.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt.
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Nachdem die Vorrichtung an daa zu behandelnde Rohr 3 angeschlossen
worden ist, wird das letztere mit der Betriebsflüssigkeit befüllt, welche durch
den Kollektor 8 und die Öffnungen 9 des Gehäuses 1 zuströmt. Von dem Stromimpulsgenerator
10 wird ein Hochspannungsimpuls an die Elektroden, also an das'Gehäuse 1 und den
Mitenstab 7, geleitet,
welcher gemaß seiner Amplitude und Dauer
für einen elekt;rischen Betriebsflüssigkeitsdurchschlag zwischen den Elektroden
befähigt ist.
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Durch den elektrischen Durchschlag in der Betriebsflüssigkeit bildet
sich Plasma, welches sich infolge einer raschen (binnen mehreren Mikrosekunden)
Auslösung der in den Kondensatoren des Stromimpulsgenerators 10 gespeicherten Energie
zu dehnen beginnt, so daß sich eine leistungsstarke ebene Druckwelle bildet. Die
Bewegung dieser Druckwelle innerhalb der Betriebsflüssigkeit geschieht mit einer
Geschwindigkeit, die die Geschwindigkeit der Verlagerung der Grenze zwischen Plasma
und Flüssigkeit übertrifft. Die Größe der in den Kondensatoren gespeicherten En@rgie
richtet sich nach den Kenndaten für den Stromimpulsgenerator 10.
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Unter der Einwirkung der elektrodynamischen Kräfte, die sich infolge
der Wechselwirkung zwischen dem stromdurchflossenen Leiter (d.h. dem Plasma) und
dem elektromagnetischen Feld (hier gebildet durch die koaxial angeordneten Elektroden)
entwickeln, erfährt das Plasma eine gerichtete (Längs der Achse des zu behandelnden
Rohres 3) Bewegung. In dieser Weise bildet sich ein intensiver gerichteter Flüssigkeitsstrom,
der sich innerhalb des Übergangsstückes 2 ausbildet.
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Die Druckwelle, indem sie sich in der Betriebsflüssigkeit und dem
Werkstoff des zu behandelnden Rohre 9 bewegt, hat elastische Verformung der Rohrwandung
zur Folge. Auf Grund einer
Unterschiedlichkeit zwischen den physikalischen
und me@hanischen Eigenschaften (Elastizitätsmodul, Verformbarkeit, Dichte, Schallgeschwindigkeit),
welche dem Werkstoff des Rohres 3 und einer unerwünschten Verunreinigungsschicht
eigen sind, unterscheiden sich ebenfalls die durch die Druckwellen hervorgerufenen
Störungen (Spannung, Beschleunigung usw.) nach ihren Kennwerten (Amplitude, Scbwingungsfreguenz).
Daraus re.sultieren Spannungen, welche sich an der Grenze zwischen den Medien: Rohrwerkstoff/Verunreinigung
entwickeln und dem Höchstwert der Haftung der Verunreinigung an dem Werkstoff des
Rohres 3 überlegen sind, wodurch sich die Verunreinigung von der Rohrfläche loslöst.
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Der Flüssigkeitsstrom, der durch die Verlagerung des Plasbeschleu@igt
mas gebildet und dann in dem Übergangsstück 2 / wurde, trägt zum Auswaschen von
abgelösten Verunreinigungsteilchen aus dem Rohr 3 bei.
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In dieser Weise vollzltht sich der Vogang einer restlosen Reinigung
der Innenfläche des Rohres 3.
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Gegebenenfalls kann der Vorgang bei einer aus Gründen der#Verfahrenstechnik
erforderlichen Impulsfolgefrequenz wiederholt werden. Die Betriebskenngrößen können
durch jeweilige Wahl der Ausgangsparameter (Spannung, Speichervermögen, Impulsfolgefrequenz)
leicht optimal angesetzt werden. Da die durch die elektrische Entladung in der Flüssigkeit
frei werdende Energie proportional zu der Energie ist, die im Kondenßator
gespeichert
und nach der Gleichung W = # # C # U2 2 ermittelt wird, wo C - Kapazität, U - Spannung
an dem Kondensatorbelag, # - Wirkungsgrad sind, kann durch die Änderung des Wertes
C oder U die Intensität der ebenen Druckwellen und folglich die Wirksamkeit der
Reinigung gesteuert werden.
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Fernerhin ist die Druckhöhe der elektrischen Entladung in der Flüssigkeit
umgekehrt proportional zur Induktivität.
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Die koariale Elektrodenanordnung ermöglicht, die Induktivität auf
das Minimum zu beschränken und soit die Intensität der Druckwelle zu erhöhen.
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Die Impulsfolgefrequenz "n" hängt von dem Verhältnis der Kapazität
der Ladeeinrichtung des Stromimpulsgenerators 10 zu dem Speichervermögen C ab. Hierbei
läßt sich die Impulsfolgefrequenz "n" durch die Änderung der Spannung am Eingang
des Stromimpulsgenerators 10 leicht einstellen.
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Wenn einmal optimale Betriebskenngrößen eingestellt wurden, können
sie gegebenenfalls wiederholt werden. Hierbei findet innerhalb des Rohres eine leistungsstarke
Vibration seiner Wande statt, deren Parameter sich nach der mechanischen Steifigkeit
des Systems "Rohr/Vorrichtung", der Intensität und Folgefrequenz der Druckwellen
richten, wodurch nicht zuletzt zu einer schnellen und wirksamen Reinigung des Rohres
beigetragen wird.