DK178041B1 - Mobil slamsuger samt fremgangsmåde - Google Patents

Abstract

Opfindelsen angår en mobil slamsuger omfattende en tank for opsamling af slam fra en slamholdig enhed, samt et vakuumsystem (8) for etablering af et sug. Slam opsuges og transporteres i en ledningsenhed til tanken. Vakuumsystemet (8) omfatter en vakuumpumpe (1) og en luftindløbsledning (3) for etablering af et undertryk samt en medieudløbsledning (4). Vakuumsystemet (8) omfatter en trykføler (5) for måling af det absolutte tryk P1 i luftindløbsledningen (3) eller i vakuumpumpen (1), samt en kontrol- og reguleringsenhed (7) for registrering af det målte tryk P1 og for korrektion af pumpens (1) omdrejningshastighed. Herved opnås en slamsuger der fungerer uagtet atmosfæretrykket.

Description

Mobil slamsuger samt fremgangsmåde

Opfindelsen angår en mobil slamsuger omfattende en tank for opsamling af slam fra en slamholdig enhed, samt et vakuumsystem for etablering af et sug, ved hvilket slam opsuges og transporteres i en ledningsenhed til tanken, hvilket vakuumsystem omfatter en vakuumpumpe med et væskemedie og en luftindløbsledning for etablering af et undertryk samt en medieudløbsledning, hvilket vakuumsystemet tillige omfatter en trykføler for måling af et tryk.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde for reduktion af kavitationsdannelse i en vakuumpumpe i en mobil slamsuger.

Mobile slamsugere - så som slamsugerkøretøjer - er konstrueret til at kunne bevæge sig fra sted til sted uanset forhold for at suge slamholdigt materiale op fra eksempelvis kloakledninger. Slamsugerne arbejder vha. en vakuum sugepumpe så som en lamelpumpe eller en væskeringspumpe, der tilvejebringer et sug/undertryk vha. tilført væske - spærrevæske - til pumpen. Et eksempel på en mobil slamsuger kendes fra DK 176692. Undertrykket i pumpen skal løbende justeres, så spærrevæsken i pumpen ikke koger ved det pågældende vakuum. Denne kogning - kaldet kavitation - skal begrænses mest muligt, da den efterfølgende sammenklapning af de herved dannede dampbobler hurtigt vil ødelægge pumpen.

Pumpens rotation i sig selv vil løbende skabe varme, som ud over den termodynamiske kompression vil bidrage til at hæve temperaturen i spærrevæsken. Derfor er pumpen oftest forbundet med et køleanlæg. Omdrejningstallet for en væskeringsvakuumpumpe ligger oftest på et konstant niveau fortrinsvis på grund af en kileremstransmission eller en fast hydraulisk transmission.

De mobile slamsugere er udstyret med en måleenhed, der registrerer forskellen mellem atmosfæretryk og arbejdsvakuum, og hvis den overskrider en specifikt indstillet værdi, vil en simpel fjederbelastet sikkerhedsvakuumventil åbne for tilsætning af skylleluft fra atmosfæren ind til arbejdsvakuummet og derved hæve det absolutte tryk på pumpens vakuumside. Kavitationsrisikoen er hermed afværget.

Ulempen herved er at pumpen arbejder videre for fulde omdrejninger og fuld effekt, med uændret dannelse af varme samt uændret brændstofforbrug.

Da vakuum-sikkerhedsventilen således arbejder på grundlag af differenstrykket i relation til det aktuelle atmosfæretryk øges risikoen for kavitationsdannelse. Dette skal specielt ses i relation til at atmosfæretrykket vil variere, bestemt af såvel den aktuelle barometerstand som den aktuelle højde over havoverfladen. Slamsugerne kommer overalt og arbejder således også i bjergområder og dermed i betragtelig højder, hvor det atmosfæriske tryk er lavere end ved havoverfladen. Hvis en traditionel vakuum-sikkerhedsventil er indstillet til for eksempel 0,15 bar absolut, hvilket i praksis er en helt normalt anvendt værdi, vil den blive totalt uvirksom i 2 kilometers højde.

Hermed bliver sikkerhedsvakuumventilen uvirksom, og der kan forekomme kavitation, hvorved pumpen belastes. Belastningen er at sammenligne med en sandblæsning af pumpen og dens levetid vil derfor forkortes drastisk, hvis den da ikke går i stykker på stedet.

Fra JP2011252353 kendes en mobil slamsuger bl.a. omfattende en tank, et vakuumsystem og en vakuumpumpe samt en trykføler, der måler trykket i systemet. Pumpen er imidlertid en væskepumpe, og trykket der måles er ikke det absolutte tryk. Den beskrevne slamsuger løser ikke det kavitations problem, som opstår i store højder, men vil netop ved de forudindstillede tryk niveauer, som via styreenheden foranlediger en ændring af omdrejningshastigheden på pumpen kunne medføre, at pumpen bryder sammen i større højder.

Det er således formålet med nærværende opfindelse at tilvejebringe et system, som ikke har de anførte ulemper.

Dette opnås ved en mobil slamsuger af den i indledningen angivne og hvor at vakuumpumpen er en væskeringspumpe og at trykføleren er indrettet til at måle det absolutte tryk P1 i luftindløbsledningen eller i vakuumpumpen, og at vakuumsystemet tillige omfatter en kontrol- og reguleringsenhed for registrering af det målte absolutte tryk P1 og for korrektion af pumpens omdrejningshastighed og at den af kontrol- og reguleringsenheden valgte omdrejningshastighed er en funktion af det absolutte tryk P1 samt at kontrol- og reguleringsenhed er indrettet til at ændre omdrejningstallet, når det registrerede absolutte tryk P1 antager en given og forudbestemt værdi.

På denne måde bliver det således muligt at reducere risikoen for kavitationsdannelse og dermed at pumpen kollapser. Korrigerings-foranstaltning består således i, at omdrejningshastigheden for pumpen reduceres om nødvendigt helt ned til minimumsgrænsen omkring 700-900 rpm, hvilket finder sted på grundlag af det absolutte tryk målt i arbejdsvakuummet og således ikke ved registrering af et differenstryk relativt til atmosfæren. Ved et reduceret omdrejningstal vil vakuumpumpens luftflow reduceres, og herved reduceres graden af vakuum og dermed risiko for kavitationsdannelse. Sekundært kan der spares både energi og slitage, og man kan undgå, at pumpen bliver opvarmet yderligere. En opvarmning af pumpen er uhensigtsmæssig og vil reducere muligheden for at opnå et acceptabelt vakuum.

Spærrevæsken er fortrinsvis vand som hensigtsmæssigt løber i et i det væsentlige lukket kredsløb. Idet der er et vist spild som følge af opvarmningen sker der en tilsætning af væske til arbejdsmediet således at mængden af vand i det væsentlige er konstant.

Hvis korrigerings-foranstaltning - reduktionen af pumpens omdrejningshastighed - ikke formår at afværge kavitationsrisikoen tilstrækkeligt, kan systemet åbne for tilførsel af skylleluft gennem én eller flere ventiler, enten on/off- eller analogstyret, hvis en sådanne er placeret i luftindløbsledningen. Reguleringen kan ske automatisk ved en indlagt algoritme, der er tilpasset forholdene herunder den højde i forhold til havoverfladen, som den mobile slamsuger arbejder i. En korrektion af omdrejningshastigheden sættes typisk ind når det absolutte tryk ligger i området 0,1-0,2 bar absolut.

Det er således muligt at anvende den mobile slam suger til at servicere bjergbeboelser i større højder, hvor væskens kogepunkt kan ligge væsentligt lavere end lavtliggende lokaliteter nær havoverfladen.

Ved medieudløbsledning forstås fraledning af luft opblandet med vanddampe hidrørende fra fordampning af spærrevæsken ca. 1 m3/time. Ved væskemedie forstås den spærrevæske, som i pumpen bidrager til at tilvejebringe suget.

Ved vakuum forstås i denne forbindelse et tryk P, hvor P er større end 0 bar men mindre end 1 bar.

I en yderligere hensigtsmæssig udførelsesform omfatter den mobile slamsuger som angivet i krav 2 at vakuum syste met omfatter en temperaturmåler for registrering af temperaturen T1 i vakuumpumpen eller i medieudløbsledningen.

Herved opnås at temperaturen inddrages i risikoafvejningen for, at der opstår kavitationsdannelse.

Hermed sker der en registrering af både det absolutte tryk og temperaturen i væskeringsvakuumpumpen som indikator for kavitationsrisikoen, hvorefter betjeneren af den mobile slamsuger kan vælge at handle herefter dvs. at reducere omdrejningstallet, hvis en samlet vurdering - d.v.s. sammenligning med en kendt damptabelkurve med sammenhørende værdier for tryk, temperatur - indikerer en kavitationsrisiko. En reduktion af omdrejningshastigheden vil i sig selv være med til at reducere varmeudviklingen i pumpen og dermed også reducere temperaturen eller dennes stigningstakt i væsken.

I en yderligere hensigtsmæssig udførelsesform omfatter den mobile slamsuger som angivet i krav 3 at kontrol- og reguleringsenheden er indrettet til at ændre omdrejningstallet for pumpen, når T1 antager en værdi Tx og det absolutte tryk antager en værdi Px, hvilke værdier Tx, Px er foruddefinerede værdier beliggende over en dampkurve for væskemediet. Herved kan reguleringen af omdrejningshastigheden ske automatisk, hvis de nødvendige parametre er indprogrammeret i en algoritme i regulerings-og styreenheden. Dampkurven indikerer risiko for kavitationsdannelse.

I en yderligere hensigtsmæssig udførelsesform omfatter den mobile slamsuger som angivet i krav 4 at kontrol- og reguleringsenheden er en elektrisk styreenhed så som en PLC.

Dette er et hensigtsmæssigt valg for en sådan enhed.

I en yderligere hensigtsmæssig udførelsesform omfatter den mobile slamsuger som angivet i krav 5 at luftindløbsledningen omfatter mindst en sikkerhedsvakuumventil for tilførsel af luft til luftindløbsledningen hvilken sikkerhedsvakuumventil fortrinsvis er en elektrisk styret ventil.

Herved opnås at en styring af en luftventil og dens åbning for tilførsel af luft kan indgå i kontrol- og reguleringsenheden, og således at kavitationsrisikoen yderligere reduceres.

I en yderligere hensigtsmæssig udførelsesform omfatter den mobile slamsuger som angivet i krav 6 at sikkerhedsvakuumventilen er indrettet til at åbnes ved et kritisk niveau for det absolutte tryk og for temperatur, hvilket kritisk niveau angiver et område for kavitationsdannelse.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde som angivet i krav 7 for reduktion af kavitationsdannelse i en vakuumpumpe i en mobil slamsuger ifølge det ovenfor angivne, og hvor at en trykføler placeres i vakuumpumpen eller luftindløbsledningen, at trykføleren måler det absolutte tryk P1, at en kontrol- og reguleringsenhed ændrer omdrejningshastigheden på vakuumpumpen, når dennes tryk P1 antager en given værdi, hvilken regulering sker ved en automatisk eller manuel håndtering.

Herved opnås at arbejdsvakuumet (trykket) holdes på et stabilt niveau i et under-trykområde, hvor der ikke er risiko for kavitationsdannelse I en hensigtsmæssig udførelsesform omfatter fremgangsmåden som angivet i krav 8 at en temperaturmåler placeret i vakuum syste met måler temperaturen af væsken i vakuumpumpen eller medieudløbsledningen, og at kontrol- og reguleringsenhed ændrer omdrejningshastigheden på vakuumpumpen, når temperaturen T1 når en given værdi Tx, og det absolutte tryk P1 antager en værdi Px, hvilke værdier Px, Tx er forud definerede værdier beliggende over en dampkurve for væskemediet, hvilken ændring sker automatisk eller manuelt.

I et hensigtsmæssigt udførelseseksempel omfatter den mobile slamsuger et køleanlæg omfattende en køletank, i hvilken tank spærrevæsken justeres til en hensigtsmæssig temperatur.

Herved reduceres risikoen for at temperaturen bliver så høj, at omdrejningstallet på pumpen må reduceres for radikalt. Dette vil være uheldigt, da en lavere omdrejningshastighed giver en lavere sugeeffekt og dermed en dårligere udnyttelses grad.

Opfindelsen skal herefter nærmere forklares under henvisning til tegningen, hvor

Fig. 1 viser et principdiagram for et vakuumsystem til anvendelse i en mobil slamsuger ifølge opfindelsen.

Fig. 2 viser et eksempel på en vakuumpumpe til anvendelse i en mobil slamsuger ifølge opfindelsen.

Fig. 3 viser en forenklet damptabel kurve for en spærrevæske.

Figur 1 viser principtegning for et vakuumsystem 8 til anbringelse i en mobil slamsuger, sådan som den kendes f.eks. fra DK176692.

Tanken til opsamling af slam samt transportledning af slammen er ikke vist på tegningen. Vakuumsystemet 8 omfatter en vakuumpumpe 1 en væskeringspumpe, som tilføres driftsvæske/spærrevæske i form af vand. Pumpen 1 tilføres energi fra en dieselmotor eller lignende (ikke vist på tegningen). Fordampet driftsvæske og luft forlader vakuum syste met via en medieudløbsledning 4. Pumpen 1 virker således efter kendte principper. Pumpen etablerer sug/undertryk ved en luftindløbsledning 3 der er forbundet til tanken for opsamling af slammet.

I pumpen 1 eller luftindløbsledningen 3 er placeret en trykmåler 5, som måler det absolutte tryk i pumpen 1. Dette tryk registreres herefter via en input-signallinje 10 i en kontrol- og reguleringsenhed 7. Hvis trykket er uhensigtsmæssigt, vil kontrol- og reguleringsenheden 7 - typisk i form af en PLC - enten automatisk eller ved en manuel betjening via en output signallinje 11 ændre pumpens 1 omdrejningshastighed. Pumpen 1 vil ved maksimal ydeevne typisk ligge på maksimalt 2000 rpm. og kan ved reduktion nå helt ned på 700-900 rpm.

Vakuumsystemet 8 kan også omfatte en temperaturmåler 6, som registrerer temperaturen i systemet 8 og sender resultat til kontrol- og reguleringsenheden 7 via en input-signallinje 9. Ved en temperatur og et absolut tryk som ligger tæt på kogepunktet for spærrevæsken og hvorved der er risiko for kavitationsdannelse, vil PLC styringen reducere pumpens omdrejningstal og dermed reducere varmeudviklingen. Kontrol- og reguleringsenheden 7 vil derfor blive aktiveret enten manuelt eller automatisk, hvis den er indstillet til at agere ved en bestemt dampkurve Yderligere omfatter pumpesystemet 8 i dette eksempel en sikkerhedsvakuumventil 2 koblet på luftindløbsledningen 3, som er indstillet til at kunne åbne ved risiko for kavitationsdannelse. Ventilen 8 er elektrisk styret og ligeledes koblet op på PLC styringen 7.

Pumpesystemet 8 omfatter også hensigtsmæssigt et kølesystem, som omfatter en køleledning for tilførsel af væske fra en kølebeholder og for afkøling af vakuumpumpen. Kølesystemet omfatter også en fraføringsledning for tilbageføring af væsken til kølebeholderen. Kølesystemet er ikke angivet på tegning.

Fig. 2 viser en væskeringspumpe 1, som med fordel kan anvendes til det i fig. 1 viste princip. Væskeringspumpen 1 er en almindelig kendt pumpe. Henvisningstal på tegning er de samme, som er gældende for fig. 1. Hvis undertrykket i luftindløbsledningen 3 bliver for stort, vil ventilen 2 åbne og begrænse undertrykket, så det når et acceptabelt niveau.

Fig. 3 viser en forenklet damptabelkurve. Det kritiske for kavitation er kogepunktet, fastlagt af tryk og temperatur. Temperaturen er angivet ud af x-aksen i grader celsius og trykket ud af y-aksen i bar. Kurven markeret a angiver kogepunktet for mediet, og kurve markeret b er et eksempel på en tænkt ’’sikkerhedskurve”, der ligger eksempelvis 0,05 bar over kogepunktet. Opfindelsen sikrer, at man altid befinder sig ’’over” denne kurve.

Referencetal 1 Vakuumpumpe 2 Sikkerhedsvakuumventil 3 Luftindløbsledning 4 Medieudløbsledning 5 Trykføler/måler 6 Temperaturmåler 7 Kontrol- og reguleringsenhed (PLC) 8 Vakuumsystem 9 Input signallinje (T) 10 Input signallinje (P) 11 Output signallinje

Claims (8)

1. Mobil slamsuger omfattende en tank for opsamling af slam fra en slamholdig enhed, samt et vakuumsystem (8) for etablering af et sug, ved hvilket slam opsuges og transporteres i en ledningsenhed til tanken, hvilken vakuumsystem (8) omfatter en vakuumpumpe (1) og en luftindløbsledning (3) for etablering af et undertryk samt en medieudløbsledning (4), samt at vakuumsystemet (8) omfatter en trykføler (5) for måling af et tryk kendetegnet ved at vakuumpumpen er en væskeringspumpe og at trykføleren (5) er indrettet til at måle det absolutte tryk P1 i luftindløbsledningen (3) eller i vakuumpumpen (1), og at vakuumsystemet (8) tillige omfatter en kontrol- og reguleringsenhed (7) for registrering af det målte absolutte tryk P1 og for korrektion af pumpens (1) omdrejningshastighed og at den af kontrol- og reguleringsenhedens (7) valgte omdrejningshastighed er en funktion af det absolutte tryk P1 samt at kontrol- og reguleringsenhed (7) er indrettet til at ændre omdrejningstallet, når det registrerede absolutte tryk P1 antager en given og forudbestemt værdi.

2. Mobil slamsuger ifølge krav 1 kendetegnet ved at vakuum syste met (8) omfatter en temperaturmåler (6) for registrering af temperaturen T1 i vakuumpumpen (1) eller medieudløbsledningen (4).

3. Mobil slamsuger ifølge krav 2 kendetegnet ved at kontrol- og reguleringsenheden (7) er indrettet til at ændre omdrejningstallet for pumpen (1), når T1 antager en værdi Tx og det absolutte tryk P1 antager en værdi Px, hvilke værdier Tx, Px er foruddefinerede værdier beliggende over en dampkurve for mediet.

4. Mobil slamsuger ifølge ethvert af de forgående krav kendetegnet ved at kontrol- og reguleringsenheden (7) er en elektrisk styreenhed så som en PLC.

5. Mobil slamsuger ifølge ethvert af de forgående krav kendetegnet ved at luftindløbsledningen (3) omfatter mindst en sikkerhedsvakuumventil (2) for tilførsel af luft til luftindløbsledningen (3) hvilken sikkerhedsvakuumventil (2) fortrinsvis er en elektrisk styret ventil.

6. Mobil slamsuger ifølge krav 5 kendetegnet ved at sikkerhedsvakuumventilen (2) er indrettet til at åbnes ved et kritisk niveau for det absolutte tryk og temperatur, hvilket kritisk niveau angiver et område for kavitationsdannelse.

7. Fremgangsmåde for reduktion af kavitationsdannelse i en vakuumpumpe (1) i en mobil slamsuger ifølge ethvert af de forgående krav kendetegnet ved at en trykføler (5) placeres i vakuumpumpen (1) eller luftindløbsledningen (3), at trykføleren (5) måler det absolutte tryk P1, at en kontrol- og reguleringsenhed (7) ændrer omdrejningshastigheden på vakuumpumpen (1), når dennes tryk P1 antager en given værdi, hvilken regulering sker ved en automatisk eller manuel håndtering.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7 kendetegnet ved at en temperaturmåler (6) placeret i vakuum syste met (8) måler temperaturen af væsken i vakuumpumpen (1) eller i medieudløbsledningen (4), og at kontrol- og reguleringsenhed (7) ændrer omdrejningshastigheden på vakuumpumpen (1), når temperaturen T1 når en given værdi Tx, og det absolutte tryk P1 antager en værdi Px, hvilke værdier Px, Tx er forud definerede værdier beliggende over en dampkurve for væskemediet, hvilken ændring sker automatisk eller manuelt.