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Verfahren und Vorrichtung zur Hochdruck-Strömungsmittel-Reinigung
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von Strömungswegen in Rohren od. dgl.
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Beschreibung: Das Reinigen von Rohrleitungen oder ähnlichen Strömungswegen
infolge intensiver Bestrahlung angesammelter Verunreinigungen und/oder Ablagerungen
ist als sogenannte Hochdruck-Wasserstrahl-Reinigung bekannt. Besondere Bedeutung
hat dieses Verfahren beim Reinigen von Wärmetauscherrohren.
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Bei dem bekannten Verfahren werden mit Sprühdüsen ausgerüstete Lanzen,
denen unter Drücken bis zu 600 Bar Strömungsdruckmittel in einer den Umständen des
jeweiligen Einsatzfalles entsprechenden Menge zugeahrt wird, von einem Ende aus
allmählich fortschreitend in derartige Rohrleitungen eingeführt und dabei unter
der Wirkung der energiereichen Flüssigkeitsstrahlen in den Rohren vorhandene Verunreinigungen
und Ablagerungen von den Rohrwandungen abgelöst und aus den Rohren ausgespült.
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Mit diesem Verfahren konnten in vielen Bedarfs fällen hervorragende
Erfolge erzielt werden. Es sind jedoch gerade bei Wärmetauscherrohren Ablagerungen
bekannt, die mittels der einfachen Wasserstrahlreinigung nicht, oder nur mit einem
unverhältnismäßig großen Zeitaufwand, entfernt werden können. Auch zu nennen sind
insoweit Ablagerungen aus Kunststoffen, die eine gewisse Plastizität aufweisen,
aber auch Kalzium-Karbonat, welche bekanntlich in Form steinharter Ablagerungen
an den
Rohrwandungen auftreten. Insbesondere dann, wenn die Strömungswege
bereits weitgehend oder gar vollständig zugewachsen sind, versagt das bekannte Verfahren.
In solchen Fällen mußten bisher die Strömungswege noch immer von Hand aufgebohrt
werden, wobei zum Kühlen der Bohrwerkzeuge und zum Abführen des ausgebohrten Materials
auch schon Strömungsmittel zu den Bohrstellen zugeführt wurde, wie dies auch anderweitig
vielfach gebräuchlich ist, beispielsweise bei modernen Bohrgeräten in der Dentalmedizin.
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Durch die Erfindung sollen demgegenüber ein Verfahren - und eine Vorrichtung
- zur Hochdruck-Strömungsmittel-Reinigung von Strömungswegen in Rohren od. dgl.,
insbesondere Wärmetauscherrohren, geschaffen werden, bei dem im Vergleich zum Stande
der Technik zumindest ein beschleunigtes Reinigen der Strömungswege gelingt und
auch solche Ablagerungen, die bislang der Hochdruck-Strömungsmittel-Reinigung widerstanden
haben, abgelöst und anschließend aus den Rohren herausgespült werden können.
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Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung
dahingehend gelöst, daß die zum Freispülen und Ablösen von Verunreinigungen und
Ablagerungen eingesetzten, energiereichen Flüssigkeitsstrahlen laufend ihre Strahlrichtungen
ändern, so daß fortwährend andere Querschnittsbereiche des Strömungsweges beaufschlagt
und mithin sämtliche innerhalb eines Strömungsweges anzutreffenden Verunreinigungen
oder Ablagerungen von
dieser Bestrahlung erfaßt werden. Angesichts
des extrem hohen Druckes führt eine derartige Strömungs druckmittelbeaufschagung
in den Strömungswegen anzutreffender Ablagerungen und Verunreinigungen zu deren
weitgehender Zerstörung, zumindest aber Ablösung von den Rohrwandungen, und anschließendem
Ausspülen der Ablagerungsbruchstücke.
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Mit der im Patentanspruch 2 angegebenen Erfindung gelingt es, besonders
hartnäckige, steinartige Ablagerungen in Rohrwandungen zu entfernen, indem die gerichteten
Flüssigkeitsstrahlen, die auf der Mantelfläche eines sich in Sprhrichtung öffnenden
Kegels liegen, um eine mit der Rohrachse zusammenfallenden Längsachse drehen, so
daß die energiereichen Flüssigkeitsstrahlen allmählich fortschreitend einen äußeren
Ring aus den in einetRohrleitung anzutreffenden Ablagerungen ausschneiden, so daß
ein etwaig stehen bleibender Mittelteil in sich zusammenfällt und sämtliche freigestrahlten
Bruchstücke mit dem abfließenden Strömungsmittel abgeführt werden.
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Eine wirkungsvolle Unterstützung kann dieses Verfahren noch nach der
Lehre des Patentanspruchs 4 in der Weise erlangen, daß zusätzlich zu der Flüssigkeitsbestrahlung
ein spanendes Abtragen zumindest im Zentrum der Ablagerungen erfolgt, was sich insbesondere
bei vollständig oder nahezu vollständig zugewachsenen Strömungswegen als zweckmäßig
erwiesen hat.
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Durch die im Patentanspruch 5 beschriebene Erfindung ist eine Vorrichtung
zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geschaffen worden, deren wesentliches
Merkmal im Vorhandensein einer Hochdruck-Bohreinrichtung mit einer in einem Gehäuse
drehbar, jedoch axialfest aufgenommenen und rotatorisch angetriebenen Welle besteht,
mit welcher Welle das von der Strahldüse entfernte Lanzenende dreh- und axialfest
sowie strömungsmitteldicht verbunden ist und durch die sich ein Strömungsmittelkanal
für die Zufuhr von Strömungsdruckmittel zur Lanze hindurcherstreckt, der in einer
Druckkammer des Gehäuses ausmündet, die nach außen abgedichtet ist und über einen
Druckmittelanschluß mit Strömungsmittel versorgt wird, welches den verfahrensgemäß
erforderlichen, hohen Druck von beispielsweise 600 Bar aufweist.
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Patentanspruch 6 beschreibt eine zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung
nach Patentanspruch 5.
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Nachstehend sollen anhand der beigefügten Zeichnungen die Verfahrensweise
der erfindungsgemäßen Hochdruck-Strömungsmittel-Reinigung sowie eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Hochdruck-Bohreinrichtung erläutert werden. In schematischen
Ansichten zeigen: Fig. 1 eine ausschnittsweise Längsschnittansicht eines durch Ablagerungen
annähernd zugewachsenen Wärmetauscherrohres mit einer am freien Ende einer in das
Rohr eingeführten Reinigungs]anze angeordneten Sprühdüse, die allerdings
zur
besseren Verdeutlichung der Arbeitsweise aus ihrer Arbeitsposition etwas zurückgezogen
ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch das Wärmetauscherrohr gemäß der Schnittlinie
II-II in Fig. 1 und Fig. 3 die Hochdruck-Bohreinrichtung für sich allein in einer
Längsschnittansicht.
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Das in Fig. 1 veranschaulichte Wärmetauscherrohr 10 zeigt einen ganz
normalen Verschmutzungsfall, wie er bei Wärmetauscherrohren, die beispielsweise
in der Verfahrenstechnik Anwendung finden, anzutreffen ist. Das Rohr ist durch Ablagerungen
11, die konzentrisch um die Rohrachse 12 herum anzutreffen sind, bis auf kavernenartige
Hohlräume 13 im Bereich der Rohrlängsachse, weitgehend zugewachsen, so daß kein,
oder zumindest kein wesentlicher, Strömungsmitteldurchfluß mehr stattfinden kann.
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Von einer Seite aus (in der Zeichnung von der linken Seite) ist in
das Rohr eine nicht weiter dargestellte Lanze mit einem Sprühkopf 15 am freien Lanzenende
eingeführt, dessen Spitze 16 als Bohrmeißel mit mehreren scharfkantigen Bohrschneiden
ausgebildet ist. Im Zentrum des Sprühkopfes befindet sich eine axial gerichtete
Sprühdüse, aus der ein mit der Rohrachse zusammenfallender Flüssigkeitsstrahl 17
austritt. Am rückwärtigen Ende der Bohrmeißelschneiden befindet sich ein Kranz schräg
nach vorn gerichteter Sprühdüsen 18, dessen nach vorn, zur
Sprühkopfspitze
hin und divergierend zueinander, gerichtete Flüssigkeitsstrahlen 19 auf der Mantelfläche
eines sich vom Sprühkopf weg öffnenden Kegels liegen. Während des Reinigungsvorganges
wird die Lanze, und damit der Sprühkopf 15, allmählich fortschreitend längs der
Rohrachse 12 bewegt, wie Pfeil 20 andeutet, und dieser Vorschubbewegung ist eine
Drehbewegung der gesamten Lanze und damit des Sprühkopfs gemäß Drehpfeil 21 überlagert.
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Während des Betriebes der Reinigungsvorrichtung treffen die aus dem
Sprühkopf 15 austretenden Flüssigkeitsstrahlen 17, 19 auf die im Rohr vorliegenden
Ablagerungen auf. Der axial aus dem Sprühkopf austretende Flüssigkeitsstrahl 17
dringt im Bereich der Rohrlängsachse in die Ablagerungen ein und schafft in der
Achse allmählich fortschreitende Ausnehmungen 22, während von den auf einer Kegelmantelfläche
liegenden Flüssigkeitsstrahlen 19 eine äußere Ringzone freigestrahlt wird, wie die
Kegelfläche 23 andeutet. Wirksam unterstützt wird dieses Freistrahlen einer äußeren
Ringzone durch die überlagerte Drehbe!egung gemäß Drehpfeil 21. Bei der allmählichen
Fortschrittsbewegung der Sprühdüse in Richtung des Pfeils 20 brechen sodann die
zwischen dem freigespülten Kern und der freigespülten Ringzone verbleibenden Ablagerungen
zusammen und werden von dem nach rückwärts, also in Richtung zur Lanze hin, abfließenden
Strömungsmittel abgeführt. Unterstützt wird das Zusammenbrechen der
nicht
infolge Strömungsmittelbeaufschlagung zerstörten Ablagerungen durch die mechanische
Wirkung des Bohrmeißels 16, indem dessen Schneiden die axial gerichtete Kaverne
22 radial erweitern und dabei noch zusammenhängende Ablagerungen im Rohr zertrümmern.
Demgemäß wird der Hochdruck-Strömungsmittel-Reinigungsvorgang durch die drehende
Bewegung des mit dem Sprühkopf vereinigten Bohrmeißels infolge dessen Drehung und
des damit verbundenen spanenden Abtrags wirksam unterstützt. Anstelle der in Fig.
1 veranschaulichten, auseinandergezogenen Darstellung greift im Betrieb der Vorrichtung
der Sprühkopf natürlich unmittelbar an den Ablagerungen im Wärmetauscherrohr an,
so daß der Bohrmeißel 16 in die konische Ausnehmung 24 der Ablagerungen eingreift
und die Flüssigkeitsstrahlen 17, 19 unmittelbar an der kavernenartigen Ausspülung
22 bzw. der Kegelfläche 23 anliegen.
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Die in Fig. 3 veranschaulichte Hochdruck-Bohreinheit 30 zu b e s besteht
aus einem Gehäuse 31 und einer in dem drehbar, jedoch axialfest aufgenommenen Welle
32. Diese Welle ragt an beiden Stirnseiten über das Gehäuse 31 hinaus und mit dem
Zapfen 33 ist die nicht dargestellte Lanze verbindbar, während der sich über das
andere Gehäuseende hinauserstreckende Zapfen 34 mit einem ebenfalls nicht dargestellten
Drehantrieb ausgerüstet ist. Der Drehlagerung der Welle 32 dienen im Bereich der
stirnseitigen Gehäuseenden angeordnete Kegelrollenlager 35, 36, die ihrerseits
in
stirnseitig mit dem Gehäuse 31 fest verbundenen Lagermuffen 37, 38 aufgenommen sind.
Im übrigen interessiert die Axialsicherung der Welle 32 nicht, weil diese sich im
herkömmlichen Rahmen hält.
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Von dem dem Anschluß der Lanze dienenden Wellenzapfen 33 aus erstreckt
sich ein axial gerichteter Strömungskanal 38!durch die Welle hindurch, und zwar
bis in den Bereich einer Strömungsmitteldruckkammer 39 im Gehäuse 31, die über einen
Strömungsdruckmittelanschluß 40 von außen mit Strömungsdruckmittel versorgt wird.
Im Bereich der Strömungsdruckmitelkammer 39 im Gehäuse 31 sind axial und in Umfangsrichtung
versetzt Radialen bohrungen in der Welle 32 angeordnet, die in den axial/Strömungskanal
38 einmünden. Nach außen abgedichtet ist die Strömungsdruckmittelkammer 39 mittels
beidseitig von dieser angeordneten Manschettendichtungen 42, 43, die sich jeweils
zwischen einer Gehäuseschulter und den die Kegelrollenlager aufnehmenden Lagermuffen
37, 38 erstrecken.
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Im Betrieb der Vorrichtung wird die Welle 32 in nicht dargestellter
Weise über den Wellenzapfen 34 langsam drehend angetrieben und die gesamte Bohreinheit
in Richtung des Pfeils 45 axial bewegt. Über den Hochdruckanschluß 40 strömt unter
hohem Druck stehendes Strömungsdruckmittel in die Hochdruckkammer 39 ein und gelangt
über die Padialbohrungen 41 in der Welle 32
in den axial gerichteten
Strömungskanal 38 und von diesem durch die auf den Wellenzapfen 33 dreh- und axialfest
sowie strömungsmitteldicht aufgesetzten Lanze, um durch diese hindurch zum Sprühkopf
15 zu strömen. Im Bereich des Sprühkopfs tritt dann dieses Strömungsdruckmittel
in Form energiereicher Flüssigkeitsstrahlen aus und beaufschlagt in der oben in
Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise die im Strömungsweg anzutreffenden Ablagerungen,
wobei die Strömungsmittelwirkung infolge des mechanischen Angriffs der meiR&artigen
Schneiden der als Bohrmeißel ausgebildeten Spitze 16 des Sprühkopfs unterstützt
wird.
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