DE4318759A1

DE4318759A1 - Vorrichtung zur Reinigung von Rohren

Info

Publication number: DE4318759A1
Application number: DE19934318759
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl In Muehlhaeuser
Original assignee: Alexander Dipl In Muehlhaeuser
Current assignee: MUEHLHAEUSSER, ALEXANDER, DIPL.-ING. (FH), 79295 S
Priority date: 1993-06-05
Filing date: 1993-06-05
Publication date: 1994-12-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohren, insbesondere zur Reinigung und zur Regeneration von Brunnen, mit rotierbaren und mit einem Drehantrieb verbundenen Bürsten, gegebenenfalls hydraulischen Reinigungseinrichtungen sowie Einrichtungen für den Weitertransport innerhalb des Rohres oder dergleichen.

Für die Reinigung und Desinfizierung von Trinkwasserbrunnen werden herkömmlicherweise folgende Verfahren angewendet:
Bei der sogenannten Hochdruckreinigung wird an einem Seil mit Versorgungsleitung ein Hochdruckreinigungsgerät kontinuierlich das Brunnenrohr abgesenkt. Ein rotierender Hochdruckstrahl entfernt die oberflächlichen Ablagerungen und den Schlick. Dies ist keine effektive Reinigung der Filterkiesschicht. Die ursprüngliche Förderleistung des Brunnens wird nicht erreicht. Weiterhin ist eine mechanisch-hydraulische Regenerierung bekannt. Dabei wird bei einer Freifallreinigung ein zylindrischer Körper mit Bürsten am Kreisumfang und Dichtlamellen zur Brunnenwand hin und einem zusätzlichen Gewicht von ca. 3 Tonnen mittels Freifallwinde in das Brunnenloch abgesenkt. Zuvor werden Reinigungs- und Desinfektionsmittel in den Brunnen gegeben. Durch das Verdrängen der Flüssigkeit durch die Dichtlamellen strömt das Wasser-Reinigungsmittel-Gemisch in die Filterkiesschicht. Der Bürstkopf wird mit einem fahrbahren Kran mit hoher Geschwindigkeit wieder hochgezogen, um einen Unterdruck zu erzeugen und das Wasser-Reinigungsmittel-Gemisch wieder in den Brunnen zurückströmen zu lassen.

Es wird hiermit zwar ein vergleichsweise guter Regeneriereffekt erzielt, bei empfindlichen, alten Brunnen ist diese Regeneriermethode wegen der Einsturzgefahr jedoch riskant und der Aufwand hoch. Außerdem ist die Anwendung in kleinen Brunnenhallen wegen des großen Platzbedarfes nicht möglich.

Eine andere Variante der mechanisch-hydraulischen Regenerierung sieht einen Bürstkopf mit Dichtlamellen zur Brunnenwand hin vor, der an einer kleinen Brunnenbohrmaschine mittels Hohlgestänge das Brunnenloch abgesenkt wird. Die Reinigung erfolgt durch eine drehende Bürstbewegung und eine hydraulische Pumpbewegung. Nachteilig ist hierbei, daß die Reinigung durch das Arbeiten mit dem Gestänge langwierig und umständlich ist. Der Transportaufwand der Maschine mit Gestänge ist hoch, sowie auch der Personalaufwand. Ein solches Reinigungsverfahren ist in einer speziellen Anwendungsform aus der EP 0 450 170 A2 bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die die Vorteile einer sanften Reinigungsmethode mit einem kontinuierlichen Arbeitsverfahren sowie geringem Maschinen- und Personalaufwand und schneller Arbeitsweise verbindet.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Wesentliche Verbesserungen bei einem hydraulischen Reinigungsverfahren sind insbesondere im Anspruch 2, Anspruch 3 und Anspruch 11 dargestellt. Die Ansprüche 14, 15 und 16 beschreiben die technische Lösung zur Abstützung des hohen Drehmoments der mechanischen Reinigungsbürste bei der kompakten Bauform eines Zylinders.

Es ergeben sich mehrere Vorteile aus diesen Maßnahmen. Das Gerät weist eine kompakte, kleine und leichte Bauform auf, so daß das Gerät auch bei schwerzugänglichen Brunnen eingesetzt werden kann.

Das sanfte und intensive Regenerierverfahren wird noch verbessert, indem zwei am positionierten Zylinder mit Druckluft aufgeblasene Dichtschläuche das gesamte System nach oben abdichten. Die Abdichtung nach unten wird durch den längeren Dichtungsweg mit mehr Dichtlamellen wesentlich verbessert. Der Hydraulikeffekt wird deutlich erhöht, da das Wasser-Reinigungsmittel-Gemisch nicht nach oben und nur noch gering nach unten ausweichen kann und somit intensiver in die Filterkiesschicht strömen wird.

Bei automatischer Neupositionierung wird ein Großteil des schon eindosierten Reinigungsmittels mittransportiert und kann so lange weiterverwendet werden, bis der gemessene pH-Wert anzeigt, daß kein Eisen mehr gelöst wird. Dann erst wird wieder Chemie eindosiert.

Das bisher benötigte Gestänge entfällt. Dadurch entfallen Nachteile wie hoher Anschaffungspreis und hohes Gewicht. Dieses hohe Gestängegewicht beeinträchtigt die Reinigungswirkung bzw. die Hubgeschwindigkeit beim Heben des Bürstkopfes. Beim Senken wird die Druckkraft begrenzt. Durch die Ausknickgefahr, Verdrillung durch Torsion und Schwingungen wird die Regenerier-Geschwindigkeit begrenzt.

Ein weiterer Vorteil ist, daß Messungen direkt an der Regenerierstelle im Brunnen vorgenommen werden können. Durch pH- Wert-Messung des Wasser-Reinigungsmittel-Gemisches oder eine Strömungswiderstandsmessung kann eine genaue Dosierung der Chemie erfolgen. Die dadurch kostengünstige und umweltschonende intensive Regenerierung wird an einer zuvor ermittelten verstopften Brunnenstelle durchgeführt. Eine Glasfaserkamera kann vor Ort die Reinigung überwachen.

Die Ausfallzeit des zu regenerierenden Brunnens wird durch schnelle und automatisierte Arbeitsweise wesentlich verkürzt. Es ergibt sich eine Entscheidungserleichterung für eine Brunnenreinigung, da das Brunnen- Regenerierverfahren problemlos, schnell, einfach und kostengünstig ist. Dadurch wird die Wasserqualität verbessert und Trinkwasserengpässe vermieden. Alte, einsturzgefährdete Brunnen können mit diesem Regenerieverfahren noch weiterverwendet und auf Leistung gebracht werden. Teure Brunnenbohrungen können verzögert werden. Bei alten Brunnen ist eine Stützrohrmontage nach Regenerierung und Kamera- Beurteilung möglich (Alternative für Neubohrung).

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittdarstellung

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung A der Fig. 1. Sie zeigt die durch einen Faltenbalg geschützte Kolbenstange und die Versorgungsleitung für den Drehantrieb,

Fig. 3 eine Ausschnittsvergrößerung B der Fig. 1. Sie zeigt die am Brunnenrohr durch den Balgzylinder angepreßte Bremsbacke, sowie die Kolbenstangen-Verdrehsicherung mittels Zuganker durch den Kolben hindurch,

Fig. 4 eine Längsschnittdarstellung mit eingefahrener Kolbenstange. Fährt die Kolbenstange aus, so strömt das Medium in den entstehenden Raum zwischen Kolbenstange und Zylinderrohr,

Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung mit ausgefahrener Kolbenstange. Fährt die Kolbenstange ein, so strömt das Medium aus dem entstehenden Raum zwischen Kolbenstange und Zylinderrohr in Brunnenumgebungsschicht,

Fig. 6 eine Querschnitt durch das Zylinderrohr. Erkennbar sind die Bremsbacken, dargestellt in ein- und ausgefahrenem Zustand und die drei Zuganker für die Kolbenstangenverdrehsicherung und

Fig. 7 eine Ausschnitt-Vergrößerung vom Hubzylinder. Sie zeigt den Kolben mit durch diesen durchführenden Zuganker und die erforderlichen Lager- und Abdichtungselemente. Weiterhin erkennbar sind die Bremsen der Vorschubeinheit sowie eine Versorgungsleitung am äußeren Rand des Hubzylinders.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die sanfte Regenerier methode konzipiert. Die Vorteile dieses Reinigungsverfahrens wie Brunnenschonung, gezielte Reinigungsmittelzufuhr werden mit einem kontinuierlichen Arbeitsverfahren, geringem Maschinen- und Personalaufwand sowie schneller Arbeitsweise verbunden.

Die Steuer-Antriebs-Einheit besteht aus einem pneumatischen Arbeitszylinder 1 der ca. 1 Meter Hub überfährt. Dieser pneumatische Zylinder muß eine verdrehgesicherte Kolbenstange aufweisen, da an der Kolbenstange das Drehmoment des Drehantriebs 2 abgefangen werden muß. Der Drehantrieb versetzt den Reinigungskopf 36 über das Befestigungs-Dichtgewinde 20 in Rotation. Der Pneumatikzylinder erzeugt die Linearbewegung und verspannt sich während des Reinigungsvorgangs an der Brunnenwand mittels den drei Bremsbacken 14, die über Balgzylinder 15 und Differenzdruckmanometer einen gleichbleibenden Bremsdruck aufbringen (verschiedene Wassertiefe). Der Pneumatikzylinder arbeitet mit konstantem Druck, da er über die Versorgungsleitung 5 entlüftet wird und dadurch immer gegen Umgebungsluftdruck arbeitet.

Während der Hubbewegung des Pneumatikzylinders erzeugt der Drehantrieb eine Rotationsbewegung mit 40 bis 100 Umdrehungen/min (je nach Brunnendurchmesser). Der Reinigungskopf 36 mit den Bürsten 37 und den Schablamellen 39 ist am Befestigungs- Dichtgewinde 20 verschraubt und wird zur Hochdruckreinigung mit Wasser über die Drehzuführung 3 versorgt. Die Schablamellen 39 beseitigen die groben Ablagerungen des Brunnenrohres. Für die chemische Regenerierung und Desinfizierung des Brunnens wird über die Reinigungsmitteldosierung 40 Reinigungsmittel zugeführt. Das Reinigungsmittel wird am Zylinder vorbei in den Raum zwischen dem feststehenden Pneumatik-Zylinder 1 und dem hubbewegten Drehantrieb 2 eindosiert. Der Pneumatik-Zylinder 1 ist gegen das Brunnenrohr mit den Dichtschläuchen 32, 33 abgedichtet. Der Drehantrieb 2 ist mittels Dichtlippen 34, 35 gegen das Brunnenrohr abgedichtet. Bei der Arbeitsbewegung des pneumatik-Zylinders 1 wird eine Strömung in die Umgebungsschicht des Brunnens erzeugt. Diese Strömung ist wesentlich intensiver und mit weniger Verlustströmung behaftet als die bisher angewandten hydraulischen Regenerierverfahren, da das Brunnenrohr im Regenerierbereich abgedichtet ist. Bei der automatischen Neupositionierung der Maschine wird ein Großteil der Reinigungsmittel mitgeführt.

Die Vorrichtung zur Reinigung von Rohren insbesondere zur Reinigung und Regenerierung von Brunnen wird folgendermaßen angewendet:

Das Neupositionieren der Brunnenreinigungsmaschine kann auf zwei Arten erfolgen:

Manuelle Neupositionierung:
Die Brunnenreinigungsmaschine hängt an einem über dem Brunnenloch aufgebauten Galgen an einem Seil. Die Versorgungsleitung ist auf einer Haspel aufgerollt und wird nach Bedarf in den Brunnen abgesenkt. Zum Neupositionierung der Brunnenreinigungsmaschine werden die Balgzylinder 15 entlüftet. Unterstützt von Federn und dem Wasserdruck fahren die Bremsbacken 14 zurück. Über einen Maßstab am Galgen wird das Seil nun 95 cm abgesenkt (bei einem Hub des Zylinders von 100 cm). Dann werden die Bremsbacken 14 mit Druckluft beaufschlagt. Somit ist die Brunnenreinigungsmaschine im Brunnenrohr neu positioniert und verspannt. Der Regeneriervorgang kann neu beginnen.

Automatische Neupositionierung:
Die Brunnenreinigungsmaschine hängt an einem über dem Brunnenloch aufgebauten Galgen an einem Seil mit Freifallsicherung. Sollte die Maschine durch einen Defekt in den Brunnen stürzen, stoppt die Freifallsicherung den Fall. Die Versorgungsleitung ist auf einer Haspel aufgerollt und wird nach Bedarf den Brunnen abgesenkt. Zur Neupositionierung der Brunnen-Reinigungsmaschine wird der Pneumatikzylinder 1 voll ausgefahren und die Balgzylinder 18 auf dem Drehantrieb 2 mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Bremsbacken 17 die Maschine im Brunnenrohr verspannen. Nun werden die Balgzylinder 15 entlüftet und unterstützt von Federn und dem Wasserdruck fahren die Bremsbacken 14 zurück. Danach wird der Pneumatikzylinder 1 eingefahren. Zuletzt werden die Bremsbacken 14 mit Druckluft beaufschlagt und die Bremsbacken zur Positionierung 17 entlüftet. Somit ist die Brunnenreinigungsmaschine im Brunnenrohr neu positioniert und verspannt. Der Regeneriervorgang kann neu beginnen. Dieses positionierverfahren eignet sich auch zur Reinigung von Horizontalbrunnen (Afrika) oder zur vollständigen Automatisierung der Brunnenreinigung.

Energieversorgung:
Die neue Brunnenreinigungsmaschine benötigt für den Drehantrieb und die Steuerung Strom 220V/12A. Für den Hubantrieb wird Druckluft benötigt, 6 bis 8 bar, 1200 Liter/min Ansaugleistung bei einer Hubgeschwindigkeit von 10 Meter/min (diese kann auch hydraulisch ausgelegt sein, z. B. für kleine Rohrdurchmesser wie bei Ölbohrungen). Die benötigte Energie kann vor Ort aus den entsprechenden Netzen bezogen oder mit einem fahrbaren Diesel- Kompressor und Strom-Aggregat erzeugt werden.

Detailbeschreibung:
Verdrehsicherung des Pneumatikzylinders:
Derzeit werden Sonder-Pneumatikzylinder mit Verdrehsicherung in folgender Weise hergestellt. Eine Stange wird zwischen Lagerdeckel 10 und Abschlußdeckel 9 einlegt. Diese Stange wird durch den Kolben durchgeführt und in diesem gelagert 28 und gedichtet 27. Bei der hier verwendeten Verdrehsicherung wird diese eingelegte Stange mit dem Lager- und Abschlußdeckel verspannt. Sie wird somit gleichzeitig als Zuganker 8 eingesetzt, d. h. man benötigt keine außenliegenden Zuganker mehr, um den Zylinder zusammenzuhalten. Diese verspannte Stange weist ein um das 4-fach höhere Widerstandsmoment auf. Man kann also wesentlich höhere Drehmomente aufnehmen. In diesem Fall werden drei Zuganker verwendet.

Das Drehmoment wird über die Lager 28 aufgenommen. Die Stangendichtungen 27 dichten beide Kolbenseiten ab.

Brems-Spann-Vorrichtung:
Die Bremsen für die Brunnenreinigungsmaschine sind folgendermaßen ausgelegt: Jeweils drei Bremsbacken sind so um das Zylinderrohr 25 angeordnet, daß möglichst wenig Bauraum benötigen wird. Der Hub bzw. der Spielraum der nichtverspannten Reinigungsmaschine ist größer als 1 Zoll, (ca. 30 mm) um eventuellen Unrundheiten des Brunnenrohres beim Positionieren ausweichen zu können. Die Bremsen müssen eine genügend hohe Seiten- und Axialstabilität aufweisen, um das Drehmoment des Drehantriebs (ca. 300 Nm) und die Hubkraft des Zylinders (ca. 12 000 N) abzustützen. Dies gewährleisten die Führungselemente der Bremszylinder 16. Die Flächenpressung der Bremsen darf nicht zu hoch sein, um das eventuell gealterte Brunnenrohr nicht zu beschädigen. Aufgrund der Bremsengröße genügt schon ein Bremsdruck von 0,5 bis 1 bar um eine Bremskraft von 5000 bis 10 000 N zu erzeugen. Dies entspricht einer Flächenpressung von 10 bis 20 N/cm₂.

Die Balgzylinder 15, 18 haben Ähnlichkeit mit Schläuchen von Autoreifen. Sie werden mit den Balgzylinder-Führungselementen 30, 31 bei ihrer Hubbewegung genau geführt, so daß kein Verklemmen mit anderen Bauteilen und damit eine Beschädigung der Schläuche erfolgen kann.

Defekt der Maschine:
Bei einem Defekt oder bei Energieausfall wird die Arbeit der Maschine sofort gestoppt. Die Bremsen fahren automatisch ein. Die Maschine wird mit dem Fangseil aus dem Brunnen gezogen.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitszylinder (pneumatisch/hydraulisch)
2 Drehantrieb (Elektromotor mit Planetengetriebe)
3 Drehzuführung (für Chemikalien)
4 Steuerelemente (Ventile, Druckregler Überwachungselemente)
5 Versorgungsleitung (Druckluft/Öl, Strom, Steuerungskabel, Glasfaserkabel, Chemikalien)
6 Kolbenstange
7 Kolben
8 Zuganker (Zusammenhalt des Zylinders und Verdrehsicherung)
9 Abschlußdeckel des Zylinders
10 Lagerdeckel des Zylinders
11 Flansch (Befestigung von Kolbenstange mit Drehantrieb)
12 Spiralleitung (Strom, Glasfaserkabel)
13 Faltenbalg (Schutz der Kolbenstange vor Chemikalien)
14 Bremsbacken der Vorschubeinheit
15 Balgzylinder (Bremskraft)
16 Führungselemente der Bremszylinder
17 Bremsbacken zur Positionierung
18 Balgzylinder
19 Führungselemente der Positionierzylinder
20 Befestigungs-Dichtgewinde für Bürstkopf
21 Pufferzylinder
22 Pufferzylinder
23 Pufferdichtung
24 Pufferdichtung
25 Zylinderrohr
26 Zylinderdichtungen
27 Zuganker-Kolbendichtungen (Verdrehsicherung)
28 Lager für Verdrehsicherung
29 Rohr (für Leitungen)
30 Balgzylinder-Führungselement
31 Balgzylinder-Führungselement
32 Dichtschlauch
33 Dichtschlauch
34 Dichtlippen (Labyrinthdichtung)
35 Dichtlippen (Labyrinthdichtung)
36 Reinigungskopf
37 Bürste
38 Hochdruckreinigungsdüsen
39 Schablamellen
40 Reinigungsmitteldosierung

Claims

1. Vorrichtung zur Reinigung von Rohren, insbesondere zur Reinigung und Regenerierung von Brunnen, mit rotierbaren und mit einem Drehantrieb verbundenen Bürsten, ggf. hydraulischen Reinigungseinrichtungen sowie Einrichtungen für den Weitertransport innerhalb des Rohres oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Reinigungskopf mit einem darin befindlichen Drehantrieb für die Bürsten, einen drehfest mit diesem Reinigungskopf über eine Kolbenstange oder dergleichen verbundenen Hubzylinder aufweist und daß Mittel zum wahlweisen bzw. wechselseitigen Festlegen des Reinigungskopfes einerseits und des Hubzylinders andererseits innerhalb des Rohres vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Reinigungskopf und am Hubzylinder gegebenenfalls desaktivierbare Dichtmittel zum Abdichten gegenüber der Rohrwandung vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen dem Reinigungskopf und dem Hubzylinder befindliche Zwischenraum als Pumpraum zur Durchströmung eines sich außen um ein Brunnenrohr befindlichen Filterraumes dient und daß gegebenenfalls in diesen Pumpraum Austrittsöffnungen zum Einbringen von Reinigungsmittel münden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungskopf und der Hubzylinder als Arbeitseinheit ausgebildet sind und daß an diese Arbeitseinheit Versorgungsleitungen zur Steuerung, Stromzuführung, Flüssigkeitszuführung und dergleichen sowie gegebenenfalls ein Sicherungsseil oder dergleichen angeschlossen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hublänge des Hubzylinders etwa 1 m beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Hubzylinder ein pneumatischer Hubzylinder vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange des Hubzylinders verdrehgesichert im Zylindergehäuse geführt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Reinigungskopf und am Hubzylinder außenseitig aus- und einfahrbare Bremsbacken zum Anlegen an die Innenwand des Rohres oder dergleichen vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Reinigungskopf vor den rotierenden Bürsten Schablamellen oder dergleichen vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest am rückseitigen Ende des Reinigungskopfes Dichtlippen oder dergleichen zum Abdichten des Reinigungskopfes gegenüber der Innenwand des Rohres oder dergleichen vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Hubzylinders als Dichtmittel wenigstens ein vorzugsweise pneumatisch betätigbarer Dichtschlauch vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb für die Rotationsbürste einen vorzugsweise elektrischen Antriebsmotor, gegebenenfalls einen pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Antriebsmotor aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubgeschwindigkeit des Hubzylinders etwa 10 m pro Minute beträgt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung der Kolbenstange des Hubzylinders über einen oder mehrere durch den Kolben durchgeführte und zum Kolben abgedichtete und gelagerte Stangen erfolgt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Kolben durchführenden Stangen für die Verdrehsicherung der Kolbenstange zur Erhöhung ihrer Steifigkeit vorgespannt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Kolben durchführenden Stangen zur Verdrehsicherung der Kolbenstange des Zylinders als Zuganker ausgebildet sind und mit dem Lagerdeckel und dem Abschlußdeckel des Zylinders verspannt sind.