DE2325517C3 - Vorrichtung zur Reinigung von Rohren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine "Vorrichtung zur Reinigung von Rohren durch mittels elektrischer Entladungen durch eine leitende Flüssigkeit erzeugte Stoßwellen mit zwei koaxial angeordneten Elektroden, zwischen welchen die Entladungen stattfinden. Eine solche Vorrichtung ist aus der GB-PS 8 79 945 bekannt.

Bei dieser bekannten Vorrichtung, die gedacht ist für das Reinigen und Sterilisieren von Melkmaschinen, aber auch von Rohrleitungen in Molkereien und anderen. Anlagen der Nahrungsmittelindustrie, wird im einfachsten Falle ein eben abgeschnitteiies Koaxialkabel in die leitende Flüssigkeit im zu reinigenden Gefäß getaucht. An der geschnittenen Stirnfläche des Kabels hat ein zentraler Leiter und ein von diesem isolierter und ihn schlauchförmig umgebender äußerer Leiter Berührung mit der Flüssigkeit. Wenn elektrische Spannungsimpulse in das Kabel eingeleitet werden, kommt es zu einer Entladung zwischen den beiden Leitern über die Stirnfläche des Kabels hinweg.

Die von einer solchen Entladung ausgelöste Stoßwelle ebenso wie die durch Verdampfung bzw. Ionisierung einer Flüssigkeitsmenge ausgelöste Strömung kann sich nach allen Richtungen ausbreiten und verliert deshalb schnell an Energie, nämlich mit der dritten Potenz der Entfernung von der Entladungsstelle. Wenn das Kabel in ein zu reinigendes Rohr eingeführt wird, wird sich die Stoßwelle und die Flüssigkeitsströmung von der Entladungsstelle ausgehend in beiden Richtungen ausbreiten. Damit ist die Reinigungswirkung nur beschränkt.

Das gleiche gilt für weitere, in der genannten Quelle vorgeschlagene Ausführungsvarianten, bei denen die Enden der Leiter als Elektroden ausgebildet sind, wobei die mittlere Elektrode im Kabel etwas versenkt angeordnet sein kann. Durch solche Ausführungsformen wird nur die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht, nicht aber die Reinigungswirkung verbessert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Reinigung von Rohren, mit der bei einfachem Aufbau und zuverlässigem Betrieb hochwirksame Reinigungsstoßwellen erzeugt werden können.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Gattung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfinaungsgemäß vorgeschlagen, daß die äußere Elektrode das am Ende des zu reinigenden Rohres befestigbare Gehäuse der Vorrichtung ist und die zentrale Elektrode in einer isolierenden Stirnwand gehalten ist und frei in den Entladungsraum ragt

Bei einer solchen Ausbildung wird die Entladungsstoßwelle von der Stirnwand reflektiert und die gesamte Energie in das zu reinigende Rohr entsandt Ebenso wird die schnelle Flüssigkeitsströmung, die unmittelbar auf die Entladung folgend unter der Verdrängungswirkung des gebildeten Dampf- bzw. Plasmakissens entsteht, gerichtet in das Rohr einströmen und die durch die Stoßwelle gelösten Verunreinigungen fortschwemmen.

Um die losgelösten Verunreinigungen dann auch aus dem Rohr herauszuspülen, ist es zweckmäßig, wenn im Bereich der Entladungsstelle radiale Bohrungen im Gehäuse zur Zufuhr der Betriebsflüssigkeit vorgesehen sind.

Eine weitere Energiekonzentration in das Rohr hinein ist möglich, wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung an das offene Ende des Gehäuses ein in Fortpflanzungsrichtung der Stoßwelle

konvergentes Übergangsstück angeflanscht ist.

An sich ist aus dem UdSSR-Erfinderschein 1 19 074 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen durch elektrische Entladungen bekannt, bei der diese Entladungen in Räumen stattfinden, die die Energie reflektieren und in eine Richtung konzentrieren, wobei mehrere solcher Räume hintereinander angeordnet sind. Durch zeitlich aufeinanderfolgend abgestimmte Zündungen in den einzelnen Räumen soll die Wirkung eines »hydraulischen Linearbeschleunigers« entstehen.

Bei dieser bekannten Ausbildung sind jedoch keine koaxialen Elektroden vorhanden, sondern es stehen sich in den genannten Räumen stabförmige Elektroden gegenüber und es geht auch nicht um die Reinigung von Rohren, sondern um die Beaufschlagung von Werkstoffen mit nohen Drücken. Außerdem ist diese bekannte Vorrichtung kompliziert und von großer Längenabmessung.

Schließlich würde die Form der hier verwendeten Entladungsräume auch keine wirksame, den gesamten Querschnitt eines zu reinigenden Rohres erfassende Hochgeschwindigkeitsströmung erzeugen. Es wird in den Räumen der bekannten Vorrichtung, deren Wände zur Austrittsöffnung hin konvergieren, zu mehrfachen Reflexionen, Überlagerungen und dabei gegenseitigen Auslöschungen kommen und dadurch wird Energie ohne Nutzarbeit verlorengehen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigegebenen Zeichnung weiter erläutert. Diese Zeichnung zeigt die schnittbildliche Darstellung einer Reinigungsvorrichtung.

Die Vorrichtung zur Reinigung der Rohre hat ein zylindrisches Gehäuse 1, welches als äußere Elektrode dient. Das zylindrische Gehäuse 1 ist mittels eines Übergangsstückes 2 fest am Ende des zu reinigenden Rohres 3 angeflanscht. Das Gehäuse 1, das Übergangsstück 2 und das Rohr 3 sind mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt. Das Übergangsstück 2 dient zur Einleitung der im Gehäuse 1 erzeugten Druckstoßwellen und der unmittelbar darauffolgenden Flüssigkeitsströmungen in

das Rohr 3. Es hat die Gestalt eines Kegelstumpfes und ist mit dem Rohr 3 mittels eines Flansches 4 und mit dem Gehäuse 1 mittels eines Flansches 5 verbunden.

In das Gehäuse 1 ragt eine stabförmige Zentralelektrode 7, die in einer isolierenden Stirnwand 6 sitzt Dadurch sind das Gehäuse 1 und die zentrale Elektrode

7 elektrisch voneinander getrennt

Das Gehäuse 1 ist in Höhe des Entladungsraums von einer halbtoroidförmigen Flüssigkeitsverteilungsleitung

8 umgeben und hat in deren Bereich Bohrungen S, die gleichmäßig auf dem Umfang verteilt sind. Auf diese Weise geschieht die Zuführung der Betriebsflüssigkeit

Die Elektroden sind an einen Stromimpulsgenerator 10 angeschlossen.

Der Betrieb der beschriebenen Vorrichtung verläuft wie folgt:

Nachdem die Vorrichtung an das zu reinigende Rohr 3 angeflanscht worden ist, wird elektrisch leitende Betriebsflüssigkeit durch die Verteilungsleitung 8 und die Bohrungen 9 in das Gehäuse 1, das Übergangsstück 2 und das Rohr 3 eingeleitet Von dem Stromimpulsgenerator 10 wird ein Hochspannungsimpuls auf die Elektroden gegeben, dessen Amplitude und Dauer zur Erzeugung eines Entladungsdurchschlags zwischen zentraler Elektrode 7 und Gehäuse 1 als Gegenelektrode durch die Betriebsflüssigkeit hindurch ausreicht.

Im Bereich der Entladung wird dabei eine gewisse Menge der Betriebsflüssigkeit in den Plasmazustand überführt, was zu einer plötzlichen lokalen Druckerhöhung führt Diese Druckerhöhung breitet sich in Form einer starken Stoßwelle durch die Flüssigkeit aus, v/ird zum Teil an der isolierenden Stirnwand 6 reflektiert und pflanzt sich in das Rohr 3 hinein fort. Durch das konvergente Übergangsstück 2 wird die Energie der Stoßwelle weiter konzentriert

Gleichzeitig beginnt das unter hohem Druck stehende Plasmavolumen sich auszudehnen und die Flüssigkeitssäule im Übergangsstück und Rohr zu beschleunigen. Die hieraus resultierende Flüssigkeitsströmung folgt der sich mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzenden Druckwelle unmittelbar nach. Die Richtung der Strömung kehrt sich um, wenn das vom Plasma eingenommene Volumen in einer der Kavitation ähnlichen Art zusammenstützt.

Wenn durch die Bohrungen 9 kontinuierlich Betriebsflüssigkeit zugeführt wird, so überlagert sich die hieraus resultierende Strömungsbewegung den soeben betrachteten Bewegungen.

Auch unter der Einwirkung der elektrodynamischen Kräfte, die infolge der Wechselwirkung zwischen der stromdurchflossenen Flüssigkeit bzw. dem Plasma und dem elektromagnetischen Feld zwischen den koaxial angeordneten Elektroden auftreten, erfährt das Plasma eine längs der Achse des zu reinigenden Rohres 3

10

15

20

25

30

35

50 gerichtete Bewegung. In dieser Weise bildet sich ein intensiver gerichteter Flüssigkeitsstrom in das Rohr hinein.

Die Druckwelle pflanzt sich in der Betriebsflüssigkeit und durch das Material des zu reinigenden Rohres 3 fort und hat eine elastische Verformung der Rohrwandung zur Folge. Wegen der unterschiedlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften (Elastizitätsmodul, Verformbarkeit Dichte, Schallgeschwindigkeit) von Rohrwerkstoff einerseits und Verunreinigungen und Ablagerungen andererseits unterscheiden sich ebenfalls die durch die Druckwellen hervorgerufenen Störungen (Spannungen, Verformung, Beschleunigung usw.) nach ihren Kennwerten (Amplituden Schwingungsfrequenz). Daraus resultieren Spannungen, welche sich an der Grenze zwischen Rohrwerkstoff und Verunreinigung entwickeln und zur Ablösung der letzteren führen.

Der Flüssigkeitsstrom, der noch im Übergangsstück 2 beschleunigt wurde, trägt zum Auswaschen der abgelösten Verunreinigungsteilchen aus dem Rohr 3 bei. Auf diese Weise kommt es zu einer restlosen Reinigung der Innenfläche des Rohres 3.

Gegebenenfalls kann der Vorgang mit einer bestimmten Impulsfolgefrequenz wiederholt werden, wobei die Betriebsparameter (Spannung, Speichervermögen, Impulsfolgefrequenz) entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall gewählt werden. Die durch die elektrische Entladung in der Flüssigkeit frei werdende Energie ist proportional der im Kondensator des Stromimpulsgenerators lOgespeicherten Energie und beträgt

CU²

C = Kapazität des Kondensators,

U = Spannung am Kondensator vor der Entladung,

η = Wirkungsgrad.

Durch Änderung von Coder U wird die Intensität der ebenen Druckwellen und folglich die Wirksamkeit der Reinigung gesteuert.

Fernerhin ist die Druckhöhe der elektrischen Entladung in der Flüssigkeit umgekehrt proportional zur Induktivität. Die koaxiale Elektrodenanordnung ermöglicht, die Induktivität auf das Minimum zu beschränken und somit die Intensität der Druckwelle zu erhöhen.

Die mögliche Impulsfolgefrequenz hängt ab von dem Verhältnis der Leistung der Ladeeinrichtung des Stromimpulsgenerators zur Kapazität seines Kondensators. Die Impulsfolgefrequenz läßt sich durch Änderung der Spannung am Eingang des Stromimpulsgenerator 10 leicht einstellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Reinigung von Rohren durch mittels elektrischer Entladungen durch eine leitende Flüssigkeit erzeugte Stoßwellen mit zwei koaxial angeordneten Elektroden, zwischen welchen die Entladungen stattfinden, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode das am Ende des zu reinigenden Rohres befestigbare Gehäuse (1) der Vorrichtung ist und die zentrale Elektrode (7) in einer isolierenden Stirnwand (6) gehalten ist und frei in den Entladungsraum ragt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Entladungsstelle radiale Bohrungen (9) im Gehäuse (1) zur Zufuhr der Betriebsflüssigkeit vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an das offene Ende des Gehäuses (1) ein in Fortplanzungsrichtung der Stoßwelle konvergentes Übergangsstück (2) angeflanscht ist