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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrreinigungs- bzw. Schabgerät, das zur Entfernung
von Ablagerungen, speziell sehr harter Ablagerungen, von der Innenseite der Rohrwand
mittels Flüssigkeit durch ein Rohr getrieben wird.
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Eine Vielzahl von Wärmetauschern verwendet eine Reihe von Rohren, durch die ein
Kühlmedium zum Kühlen der Rohre geleitet wird, während ein weiteres Medium mit einer
höheren Temperatur mit der Außenseite der Rohre in Kontakt steht, wobei durch die Rohrwände
ein Wärmeübergang bewirkt wird. Zum Beispiel ist bei Kühlern in großen Kraftwerken eine
Reihe von kleinen Rohren für den Wärmeübergang vorgesehen. Nach einer gewissen Zeit
neigen Unreinheiten oder Mineralien in dem durch die Rohre fließenden Wasser zur
Ablagerung auf der Innenseite der Rohrwand und bilden derartige Ablagerungen zusätzlich zur
Verringerung des Querschnittes des Durchflußgebietes des Rohrdurchlasses eine Isolierschicht
und beeinträchtigen sie das Wärmeübertragungsvermögen der Rohre.
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Zur Entfernung der Ablagerungen oder Krusten wird ein Schabelement in ein Ende des
Rohres eingeführt, während sich der Kühler außer Betrieb befindet, und wird das Schabelement
von Flüssigkeitsdruck, gewöhnlich durch unter Druck gesetztes Wasser, durch das Rohr
getrieben, wobei das Schabelement die Ablagerungen von der Innenseite der Rohrwand schabt
und die unter Druck gesetzte Flüssigkeit die gelösten Ablagerungen von dem Rohr abspült. In
Abhängigkeit von der physikalischen Art und der chemischen Zusammensetzung der
Ablagerungen sind zahlreiche Arten von Schabgeräten vorgeschlagen worden. Beispiele für frühere
Rohrschabgeräte werden in US-A-2,170,997, US-A-2,418,509 und US-A-2,734,208 genannt,
während US-A-4,281,432 ein verbessertes Rohrreinigungsgerät mit einer flexiblen
Gummimanschette zeigt. Diese Schabgerätarten sind zum Entfernen von allgemeinen
Verschmutzungen und gering festhaftenden Ablagerungen aus Rohren geeignet. In US-A-5,153,963 ist ein
Rohrreinigungsgerät zur Entfernung von dicken harten Ablagerungen bzw. dicken Beläge, die
in relativ großen Stücken abbrechen, wie z. B. Calcium oder Silizium enthaltende Beläge,
offenbart, wobei das Reinigungsgerät freilaufende Trennscheiben aufweist, die sich durch die
Beläge schneiden und die Beläge zur Entfernung aus dem Rohr zerbrechen.
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SU1414-482-A offenbart ein Rohrreinigungswerkzeug. Das Reinigungswerkzeug weist eine
Stange auf, die Gruppen mit Reinigungselementen trägt. Die Reinigungselemente sind mit
Federblättern versehen. Die Blätter benachbarter Reinigungselemente sind in dichtem Kontakt
miteinander angeordnet, so daß die Blätter jedes nachfolgenden Elements in bezug auf die
Blätter des vorangehenden Elements in der transversalen Querschnittsebene verschoben sind.
Jedes nachfolgende Reinigungselementblatt ist in bezug auf das vorangehende
Reinigungselementblatt entlang des Außendurchmessers des Werkzeuges um nicht mehr als eine
Blattbreite verschoben.
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US-5,305,488 offenbart ein durch Flüssigkeit vorgetriebenes Rohrreinigungswerkzeug zur
Entfernung von Ablagerungen von der Innenwand eines Rohres. Das Reinigungswerkzeug ist
mit mehreren im Abstand angeordneten Messern versehen, wobei jedes Messer mehrere
Schneidklingen aufweist, die sich radial von dem Messer erstrecken.
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Während die obengenannten Rohrreinigungsgeräte für ihre Zwecke geeignet sind, gibt es
gewisse Ablagerungen, die sich nicht leicht durch die bekannten Rohrreinigungsgeräte entfernen
lassen. Eine derartige schwer entfernbare Ablagerung ist ein dünner, brüchiger Belag mit
einer kristallinen Struktur, der in sehr kleine körnige Stücke zerbricht. Derartige Beläge sind
festhaftende Ablagerungen.
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Die vorliegende Erfindung liefert ein Rohrreinigungsgerät zur Entfernung von dünnen harten
Ablagerungen von der Innenseite eines Rohres, wobei das Rohrreinigungsgerät eine Achse
umfaßt, wobei wenigstens ein Schabelement auf der Achse angeordnet ist, ferner das oder
jedes Schabelement aus einem einzigen Materialstück ausgebildet ist und mehrere federnde
Finger umfaßt, die sich allgemein axial von der Achse erstrecken und im Gebrauch des
Rohrreinigungsgerätes radial nach außen vorgespannt sind, wobei jeder Finger als ein sich radial
nach außen erstreckender Schaufelabschnitt endet, wobei benachbarte Finger jedes
Schabelements unterschiedliche Längen aufweisen und jeder Schaufelabschnitt einen bogenförmigen
Schaufelrand aufweist, der derart gestaltet ist, daß nur ein minimaler Kontakt mit der
Innenseite des Rohres besteht.
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Vorzugsweise sind zwei oder drei im Abstand voneinander angeordnete Schabelemente axial
entlang der Achse angeordnet.
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Günstigerweise sind an jedem besagten Schabelement sechs sich nach hinten erstreckende
nach außen vorgespannte Finger vorgesehen.
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Vorteilhafterweise weist jeder besagte Schaufelabschnitt einen bogenförmigen Schaufelrand
auf und berührt er die Innenseite über 0,0762 mm bis 0,2286 mm (0,003 bis 0,009 Zoll)
entlang eines Bogens des Schaufelrandes.
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Vorzugsweise umfaßt das oder jedes Schabelement ein aus Federstahl gestanztes Element.
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Günstigerweise sind die Finger des Elements derart gebogen, daß sie einen Kreis bilden,
wobei der Schaufelabschnitt sich über eine Strecke von der Achse radial nach außen erstreckt,
die größer als der Innendurchmesser des zu reinigenden Rohres ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird bereitgestellt ein
Rohrreinigungsverfahren zur Entfernung der Ablagerungen von der Innenseite der Rohrwand, wobei das Verfahren
die Schritte des Einführens eines Rohrreinigungsgerätes in das Rohr, wobei die
Schaufelabschnitte der Finger mit der Innenseite des Rohres in Kontakt stehend nach außen vorgespannt
sind, und des Bewegens des Rohrreinigungsgerätes durch das Rohr.
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Ein Rohrreinigungsgerät zur Entfernung von harten Ablagerungen von der Innenseite eines
Rohres weist eine Achse mit einem Nasenabschnitt, einem hinteren Endabschnitt mit einem
sich nach außen und nach hinten erstreckenden flexiblen Kragen und zwei oder drei im
Abstand voneinander angeordnete Schabelemente auf, die entlang der Achse angeordnet sind.
Die Schabelemente sind jeweils aus einem einzigen Stück aus Federstahl gebildet und weisen
einen sich radial nach außen erstreckenden Basisabschnitt und mehrere sich nach hinten
erstreckende, nach außen vorgespannte Finger auf, wobei benachbarte Finger unterschiedliche
Längen aufweisen.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
leichter ersichtlich werden, die nur beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, in
denen:
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Fig. 1 eine Seitenhöhenansicht einer Ausführungsform des Reinigungsgerätes der
vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 2 eine Stirnseiten- oder Nasenansicht des in Fig. 1 dargestellten Rohrreinigungsgerätes
ist;
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Fig. 3 eine Draufsicht eines Schabelements in ebenem Zustand vor dem Biegen der Finger
und der Schaufelabschnitte ist;
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Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 ist, die das Schabelement nach dem Biegen der Finger
und Schaufelbereiche in die gewünschte Konfiguration zeigt;
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Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, die den Kontakt eines Schaufelbereiches eines
Schabelements zur Entfernung eines harten Belags aus einem Rohr zeigt; und
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Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Rohres nach dem Durchtritt eines Reinigungsgerätes der
vorliegenden Erfindung durch das Rohr zur Entfernung von harten Belägen.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist ein Rohrreinigungsgerät 1 zur Entfernung von harten
Ablagerungen dargestellt, das eine Achse 2 mit einem Ende, bzw. einem Nasenabschnitt 3,
und einem zweiten Ende, bzw. hinteren Endabschnitt 4 aufweist, wobei der hintere
Endabschnitt 4 einen daran gesicherten, sich nach außen und nach hinten erstreckenden Kragen 5
aufweist. Zwei oder drei Schabelemente 6, die als drei Schabelemente 6, 6' und 6" dargestellt
sind, sind zwischen dem Nasenabschnitt 3 und dem hinteren Endabschnitt 4 axial im Abstand
entlang der Achse 2 angeordnet. Jedes Schabelement 6 ist aus einem einzigen Stück aus
Metall, vorzugsweise Federstahl, wie z. B. kohlenstoffvergüteter SAE 1050-Federstahl, gebildet.
Jedes Schabelement 6 weist einen sich nach außen erstreckenden Basisabschnitt 7 und
mehrere, vorzugsweise sechs, sich nach hinten erstreckende Schenkel oder Finger 8 auf, wobei jeder
Finger 8 als ein sich nach außen erstreckender Schaufelabschnitt 9 endet. Die Schabelemente
6 sind derart konstruiert, daß benachbarte Finger 8 des Schabelements 6, wie es unter
Bezugnahme auf Fig. 2 zu sehen ist, unterschiedliche Längen aufweisen.
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Die Schabelemente weisen eine derartige Größe auf, daß die Schaufelabschnitte 9 sich in der
Ruheposition von der Achse 2 über eine Strecke radial nach außen erstrecken, die größer als
der Innendurchmesser eines zu reinigenden Rohres ist. Somit müssen die nach außen
vorgespannten Schabelemente 6 etwas näher an die Achse 2 gezwungen werden, um das
Rohrreinigungsgerät 1 in das zu reinigende Rohr einzuführen. Die nach außen gerichtete Vorspannung
der Schabelementfinger stellt dann den Kontakt der Schaufelabschnitte 9 mit der Innenseite
eines Rohres während des Bewegens des Rohrreinigungsgerätes durch das Rohr sicher.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist ein Schabelement 6 in ebener Form, wie es aus Federstahl
gestanzt ist, vor dem Biegen der Finger 8 und Schaufelabschnitte 9 in die gewünschte Form
dargestellt. Das dargestellte Schabelement 6 weist sechs Finger a, b, c, d, e und f auf.
Während die aus Federstahl gestanzten sechs Finger in einem flachen Zustand dieselbe Länge
aufweisen, werden benachbarte die Finger 8 bildende Schenkel an unterschiedlichen Punkten
gebogen, um unterschiedliche Längen benachbarter Schenkel 8 beim Vervollständigen der
Ausbildung des Schabelements zu liefern. Zum Beispiel werden die Schenkel a und d zum
Bereitstellen langer gebogener Schenkel entlang der Linie B in einer Entfernung L&sub1; von dem
Basisabschnitt 7 gebogen; die Schenkel b und e entlang der Linie B&sub2; zur Bereitstellung von
gebogenen Schenkeln, die kürzer als die gebogenen Schenkel a und d sind, in einer Entferung
L&sub2; von dem Basisabschnitt 7 gebogen; und die Schenkel c und f zur Bereitstellung von
gebogenen Schenkeln, die kürzer als die gebogenen Schenkel b und e sind, entlang der Linie B&sub3; in
einer Entfernung L&sub3; von dem Basisabschnitt 7 gebogen. Eine derartige Anordnung wird nach
dem Biegen in eine gewünschte Form (Fig. 4) zu einem Schabelement führen, das
benachbarte Finger 8 des Schabelements mit unterschiedlichen Längen aufweist, obwohl a und d
dieselbe Länge, b und e dieselbe Länge und c und f dieselbe Länge aufweisen können.
Obwohl die gebogenen Schenkel 8 unterschiedliche Längen aufweisen, sind die
Schaufelabschnitte 9 derart angeordnet, daß sie einen Kreis mit einem Durchmesser D aufweisen, der
etwas größer als der Innendurchmesser des Rohres ist, das mit dem Schabelement 6 zu
reinigen ist. Somit ist die Entfernung von der Achse 2 zu dem äußeren bogenförmigen Rand 10
des Schaufelabschnittes 9 für alle Schenkel 8 dieselbe, obwohl die Entfernung von
benachbarten Schaufelabschnitte 9 zu dem sich nach außen erstreckenden Basisabschnitt 7 variieren
wird. Die gestaffelten Längen der Finger 8 des Schabelements 6 sind ein wichtiger Faktor.
Wenn alle Finger 8 dieselbe Länge aufwiesen, wäre die Gesamtkraft des Einführens in ein
Rohr zu groß, um mit der Hand überwunden werden zu können. Mit gestaffelten Fingerlängen
wird jedoch die Eintrittskraft durch drei Einführstufen anstelle einer einzigen Stufe für ein
Schabelement 6 verringert. Beispielsweise beträgt die zum Einführen von herkömmlichen
Schabeinrichtungen, wie z. B. die in US-A-2,170,997, US-A-2,418,509 und US-A-2,734,208
beschriebenen, erforderliche Kraft ungefähr 48,93 N (elf (11) Pfund) Schubkraft, während bei
der Schabeinrichtung der vorliegenden Erfindung zum Einführen der Rohrschabeinrichtung in
eine offene Seite eines Rohres eine Kraft von ungefähr 200,17 N (fünfundvierzig (45) Pfund)
erforderlich ist, wobei die Schabeinrichtungsgröße und Rohrgröße vergleichbar sind. Somit
erfordert die Schabeinrichtung der vorliegenden Erfindung ungefähr die 4- bis 5-fache Kraft
zum Einführen in ein Rohr einer herkömmlichen Schabeinrichtung vergleichbarer Größe,
wenn die Längen gleich sind. Die gestaffelte Länge ermöglicht es, daß das
Rohrreinigungsgerät derart dimensioniert werden kann, daß es somit mehr Kraft senkrecht zu der Rohrwand
aufweist und weiterhin mit der Hand in das Rohr gebracht werden kann. Beispielsweise kann
ein Rohrreinigungsgerät 1 Schabelemente 6 in der oben beschriebenen Weise haben, bei
denen die Längen der Finger, von der Basis 7 der Schabelemente 6 zu den Schaufelabschnitten 9
der Schabelemente gemessen, wie folgt sind: Finger a und d = 17,018 mm (0,670 Zoll),
Finger b und e = 16,129 mm (0,635 Zoll) und Finger c und f = 15,24 mm (0,600 Zoll), wobei die
Schabelemente 6 aus kohlenstoffvergütetem SAE 1050-Federstahl mit Ausführung Nr. 2 und
einer Dicke von 0,762 mm (0,030 Zoll) gebildet sind. Die Möglichkeit, ein Schabelement aus
einem einzigen Metallstück anstelle aus zusammengesetzten separaten Stücken bei früheren
Schabschaufeln zu bilden, sorgt für geringere Arbeitskosten bei deren Ausbildung und kann
auch eine größere Federkraft als früher liefern.
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Der Kontakt eines Schaufelbereiches 9 eines Schabelements 6 mit der Innenseite eines Rohres
ist in Fig. 5 gezeigt. Das dargestellte Rohr 11 weist eine Wand 12 mit einem dünnen, harten
Belag 13 auf der Innenseite 14 der Wand 12 auf. Der Schaufelabschnitt 9 weist eine derartige
bogenförmige Gestalt auf, daß nur ein minimaler Kontakt von dem die Innenseite 14 der
Wand 12 berührenden Abschnitt 15 des Schaufelabschnittes 9 besteht, wobei nahezu ein
Punktkontakt erzielt wird, wenn der Schaufelabschnitt durch den dünnen harten Belag 13
schabt, wodurch Vertiefungen 16 gebildet werden. Herkömmliche Schabeinrichtungen sind
im allgemeinen derart gestaltet, daß sie den Kontakt zwischen einem
Schabeinrichtungschaufelrand und der Innenseite der Rohrwand maximieren. Eine derartige Gestaltung ist jedoch
zur Entfernung eines dünnen, harten Belags unbrauchbar. Wenn die zum Zerbrechen des
Belags erforderliche Kraft zum Zeitpunkt des maximalen Oberflächenkontaktes erzeugt würde,
wäre die Reibung zwischen der Schaufel der Schabeinrichtung und der Rohrwand so groß,
daß sie eine Bewegung eines Rohrreinigungsgerätes durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit
durch das Rohr ausschließen würde. Durch Minimieren des Kontaktes gemäß der
vorliegenden Erfindung wird faktisch ein Punktkontakt bereitgestellt und kann von der
Schabeinrichtungsschaufel 9 ein wesentlich höherer Druck auf die Rohrwand 12 ausgeübt werden und
kann das Rohrreinigungsgerät 1 weiterhin von einem vernünftigen Flüssigkeitsdruck durch
das Rohr 11 vorgetrieben werden. Es hat sich herausgestellt, daß der Kontakt einer
Schabeinrichtungsschaufel mit der inneren Rohrwand mit einer Kontaktfläche im Bereich von 0,0762
mm bis 0,2286 mm (0,003 bis 0,009 Zoll) des Bogens der Schaufelfläche mit der
Rohrinnen
wandfläche 13 bewirkt werden sollte, um herausgekratzte Vertiefungen 16 in den dünnen,
harten Ablagerungen zu liefern. Der Schaufelabschnitt sollte auch einen scharfen Rand
aufweisen, so daß eine Schneidkraft durch die Ablagerungen ausgeübt wird.
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Das vorliegende Rohrreinigungsgerät mit sechs Fingern an jedem Schabelement wird durch
jedes Schabelement sechs im Abstand angeordnete Kontaktpunkte auf der Innenseite einer
Rohrwand zur Entfernung von hartem, dünnem Belag und Reinigung der Rohrwand bis zum
blanken Metall liefern. Durch die Verwendung von zwei oder drei Schabelementen mit sechs
Fingern, die voneinander axial versetzt sind, wird es zwölf oder achtzehn
Schabeinrichtungsvertiefungen geben, die mit der Entfernung des harten, dünnen Belags den Wärmeübergang
des Rohres erheblich verbessern werden. In Fig. 6 ist ein Rohr 11 nach dem Durchtritt eines
oben beschriebenen Rohrreinigungsgerätes mit drei Schabelementen gezeigt, wobei
Vertiefungen 16 in dem harten, dünnen Belag ausgebildet sind. Durch Ausbildungen der
Vertiefungen 16 durch die Ablagerungen aus hartem, dünnem Belag 13, wird das
Wärmeübertragungsvermögen der Rohrwand 12 wesentlich in einem Ausmaß erhöht, daß eine vollständige
Entfernung des Belags nicht erforderlich ist.
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Da Beläge sehr schnell wachsen, führt eine nachfolgende Reinigung mit der Zeit zu Rohren,
die nach mehrfachen Hindurchtritt des Reinigungsgerätes nahezu wie neu sind.
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Somit weist ein Rohrreinigungsgerät zur Entfernung von harten Ablagerungen zwei oder drei
im Abstand entlang einer Achse angeordnete Schabelemente auf, wobei die Elemente Finger
aufweisen, die als Schaufeln enden, und die Schaufeln einen im wesentlichen Punktkontakt
mit der Rohrwand herbeiführen. Das vorliegende Rohrreinigungsgerät ist speziell für die
Entfernung von dünnen, harten Ablagerungen von einer Rohrwandinnenseite, wie z. B.
Ablagerungen von Mangan- oder Eisenoxidbelägen im Bereich von 0,127 mm bis 0,254 mm. (0,005
bis 0,010 Zoll) geeignet, die, obwohl sie den Strom einer Wärmeübertragungsflüssigheit
durch das Rohr nicht wesentlich beschränken, dazu neigen, als ein Isoliermaterial zu wirken,
was eine schädliche Wirkung auf das Wärmeübertragungsvermögen der Wand des Rohres
aufweist.