DE3623951A1 - Vorrichtung zum spuelen eines leitungssystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spülen eines Leitungssystems.

Vor der Aufnahme des normalen Betriebes müssen Leitungssysteme (für Hydraulik und Schmierung) innen von verunreinigenden Partikeln gereinigt werden, die nach der Herstellung und dem Zusammenbau zurückblei­ ben, weil sonst die Partikel während des normalen Betriebs später Beschädigungen verursachen können. Die Reinigung wird durch Spülen,einem aufwendigen und zeitintensiven Vorgang, bewirkt. Um ein be­ friedigendes Ergebnis zu erzielen, ist es entspre­ chend der allgemeinen Auffassung notwendig, die Spülung mit einer Durchströmung vorzunehmen, die näherungsweise doppelt so groß wie die nominelle Durchströmung des Leitungssystems ist und vor­ zugweise außerdem bei denselben Temperaturen wie im Normalbetrieb erfolgt, um eine turbulente Strö­ mung zu erhalten, wobei die Reynolds′s-Zahl etwa 3000 beträgt. Von der Spülvorrichtung und hauptsäch­ lich von ihrer Hydraulikpumpe wird deshalb etwa die doppelte Pumpenleistung gefordert, verglichen mit dem, was im Normalbetrieb erforderlich ist. Bei gro­ ßen Leitungssystemen führt diese Forderung zu unvernünftig hohen Kosten, da die "überdimensionierte" Spülvorrichtung nur einmal verwendet wird. Aus diesem Grund wurden derartige Leitungssysteme in den meisten Fällen ungenügend gespült, was zur Folge hat, daß die in dem Leitungssystem verbliebenen Verunreini­ gungen anschließend, und zwar häufig sehr bald, ernst­ hafte Beschädigungen verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine neue Spül­ vorrichtung zu schaffen, die bei niedrigen Kosten ein wirksames Spülen eines Leitungssystems ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spül­ vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge­ löst.

Bei dieser Spülvorrichtung ist der Betriebsdruck der Pumpeneinrichtung wesentlich höher als derjenige, der erforderlich ist, um den Druckabfall in dem Lei­ tungssystem bei der nominellen Durchströmungsrate zu überwinden, wobei zwischen der Pumpeneinrichtung und der Druckleitung des Leitungssystems wenigstens ein Flüssigkeitsdruckspeicher angeordnet ist, während der Spülkreislauf ein Absperrventil enthält, das so angeordnet ist, daß es intermittierend zu öffnen ist, um eine kräftige pulsierende Strömung in dem Leitungssystem zu bewirken.

Die Vorrichtung kann als komplette Spülvorrichtung mit einer eigenen Pumpe und einem eigenen Tank aus­ geführt sein. Alternativ kann auch der an dem Leitungssystem vorhandene Tank für die Hydraulikflüs­ sigkeit verwendet werden, während das Aggregat eine Pumpe, (einen) Flüssigkeitsdruckspeicher und Filtermit­ tel umfaßt.

Durch Verwendung desselben Hydraulikaggregats, das für den Normalbetrieb des Leitungssystems vorgesehen ist, ist es möglich, die beweglichen Teile bzw. zu­ sätzlichen Teile weiter zu verringern. Die verbleibenden beweglichen Teile sind eine Flüssigkeitsdruckspeicher­ einheit sowie eine Filtereinheit, die in einer Einrich­ tung kombiniert sein können. Diese Einheiten können mittels biegsamer Schläuche zwischen dem Hydraulikaggre­ gat und der wegführenden Leitung des Leitungssystems sowie zwischen dem Hydraulikaggregat und der Zuleitung des Leitungssystems angeschlossen sein. Falls mehrere zu- und wegführende Leitungen vorhanden sind, können sie entweder miteinander verbunden werden oder getrennt gespült werden. Zum Spülen wird die normale Filterpatrone des Hydraulikaggregats entfernt und durch eine gesonderte Filtereinheit mit größerer Ka­ pazität ersetzt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung stark schematisiert dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer vollständigen Spülvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das für den Normalbetrieb des Rohrleitungssystems vorge­ sehene Hydraulikaggregat verwendet wird und

Fig. 3 ein mit Ausnahme der Steuerung den Ausführungs­ beispielen der Fig. 1 und 2 entsprechendes Ausführungsbeispiel der Spülvorrichtung ge­ mäß der Erfindung.

In Fig. 1 kennzeichnet das Bezugszeichen 1 eine Grund­ einheit der Vorrichtung. Eine zu spülende Rohranord­ nung oder ein Leitungssystems ist durch eine Linie 2 sche­ matisch veranschaulicht.

Die Grundeinheit 1 des Gerätes weist einen Antriebs­ motor 3 für zwei hydraulische Pumpen 4 und 5 auf, von denen jede mit einem Sicherheitsventil 6 bzw. 7 ver­ sehen ist. Wegführende Leitungen (Druckleitungen) der Pumpen 4 und 5 sind mit 8 und 9 bezeichnet, in denen übliche Absperrventile 10 und 11 liegen. Die wegfüh­ rende Leitung des Rohrsystems 2 beginnt an einer Ver­ bindungsstelle 12, während die rückführende Leitung des Rohrleitungssystems 2 an einer Verbindungsstelle 13 endet. 14 bezeichnet ein übliches Absperrventil, während 15 und 15 a jeweils Ventile sind, die mittels Steuerventilen 16 und 16 a (über ein Zwischenventil 17 bzw. 17 a zur Einstellung der Betätigungsgeschwindigkeit in Richtung auf die Offenstellung der Ventile 16 und 16 a) offen oder geschlossen gehalten sind. Bei 18 handelt es sich um ein Filter, wobei im Verstopfungszustand des Filters die Flüssigkeit aus der Anordnung durch ein zu dem Filter 18 parallelliegendes Ventil 20 in einen Tank 19 zurückfließt.

Mit den wegführenden Leitungen 8 und 9 der Pumpen 4 und 5 ist wenigstens ein Flüssigkeitsdruckspeicher 21 verbunden, der eine Flüssigkeit aufnehmende Kammer 22,einen unter einem vorbestimmten Anfangsdruck stehen­ den Gasraum 23, beispielsweise 10 bar, sowie eine bewegliche Membrane 24 enthält, die die beiden Kammer voneinander trennt. Die Bezugszeichen 13 a, 14 a, 18 a und 20 a bezeichnen eine Filterleitung, die zu der Filterleitung mit den Bauelementen 13, 14, 18 und 20 parallelliegt, jedoch kein Sperrventil enthält, das dem Sperrventil 15 entspricht.

Bei der nominellen Durchströmungsrate beträgt der Druckabfall in bestehenden Leitungssystemen typi­ scherweise etwa 10 bar. Die Pumpe 4 arbeitet mit einem wesentlich höheren Druck, beispielsweise 50 bar, hat jedoch eine verhältnismäßig geringe Förderrate, die bei etwa 20% der nominellen Strömungsrate (etwa 2000 l/min) des Leitungssystems 2 liegt. Derart ausgelegte Pumpen sind zu akzeptablen Preisen auf dem Markt verfügbar.

Die Wirkungsweise der Spülvorrichtung aus Fig. 1 ist nachstehend beschrieben.

Wenn der Spülvorgang gestartet wird, befindet sich das Steuerventil 16 a in der anderen als der in Fig. 1 ge­ zeigten Stellung und hält deswegen das Ventil 15 a infolge des Druckes der Pumpen 4 und 5 geschlossen. Wenn das Ventil 15 a abgesperrt ist, wird der Speicher 21 mit Flüssigkeit aufgefüllt, bis der Flüssigkeits­ druck in dem Speicher 21 gleich dem Betriebsdruck der Pumpen 4 und 5, in diesem Falle etwa 50 bar, ist. In diesem Zustand wird das Ventil 15 a geöffnet, worauf­ hin sich der Speicher 21 mit der unter Druck stehen­ den Flüssigkeit entleert, und zwar im wesentlichen in 1 bis 2 Sekunden, wobei ein kräftiger Flüssigkeits­ impuls durch das Leitungssystem 2 strömt. Das Ventil 14 ist geschlossen, d.h. das Absperrventil 15 befindet sich nicht in dem Strömungskreislauf und die Flüssigkeitsströmung gelangt deswegen durch das Filter 18 a. Nachdem sich der Speicher entleert hat, und der Strömungsimpuls abgeklungen ist, wird das Ventil 15 a erneut geschlossen und der Druck beginnt sich zu erhöhen. Die Vorrichtung kann auf diese Weise so lange betrieben werden, wie es notwendig ist, um den größten Teil der Verunreinigungen aus dem Leitungssystem 2 herauszuspülen.

Nach dieser ersten Stufe wird das Ventil 14 geöffnet und das Ventil 14 a geschlossen; das Ventil 15 wird in der Offenstellung gehalten. Abgesehen von dem Um­ stand, daß nun das Ventil 15 die Funktion des Ventils 15 a übernommen hat, ist die Betriebsweise im Prinzip dieselbe wie vorher. Durch schnelles Schließen des Ventils 15 und der dadurch bedingten plötzlichen Un­ terbrechung des kräftigen Strömungsimpulses entsteht in dem Leitungssystem 2 eine Druckspitze, die etwa drei bis vier mal so hoch wie der Druck der Pumpe 4 ist (beispielsweise bis zu etwa 200 bar). Das Ventil 15 kann so ausgeführt sein, daß es während jedes Strömungsimpulses mehrmals öffnet und schließt. Mittels des Strömungssteuerventils 17 ist die Druck­ spitze einstellbar. Die Ventile 16 und 16 a können magnetbetätigte Ventile sein, die durch einstellbare Zeitschalter gesteuert sind. Die Zeit, die erforder­ lich ist, um einen Druck von 50 bar zu erreichen,kann mit Hilfe eines Überlaufventils 6 bestimmt werden. Wenn ein unter 50 bar liegender Druck als ausreichend angesehen wird, kann die entsprechende Zeit, nach der dieser Druck erreicht wird, mittels eines Manome­ ters bestimmt werden. Die Zeit für das Entleeren des Speichers 21 kann mittels eines Manometers in Verbin­ dung mit den Ventilen 17 und 17 a zur Einstellung der Öffnungsgeschwindigkeit der Ventile 15 und 15 a ermittelt werden.

Die Zeitschalter (die in der Zeichnung nicht veran­ schaulicht sind) für die Ventile 16 und 16 a sind entsprechend den so ermittelten Zeiten eingestellt, so daß die Ventile 16 und 16 a während den entspre­ chenden Stufen des Spülvorganges die Ventile 15 und 15 a selbsttätig öffnen und schließen. Die Dauer des Vorganges kann in Abhängigkeit von den Abmessungen des Leitungssystems und dem erforderlichen Reinigungs­ grad stark variieren, und zwar etwa zwischen einer Stunde und einer Woche.

Die hier betrachteten Leitungssysteme weisen oft ein großes Volumen, beispielsweise etwa 4000 Liter auf. Während der gerade beschriebenen zweiten Stufe kann eine beträchtliche Erhöhung des Flüssigkeits­ volumens in dem Spülimpuls erreicht werden. Die existierenden Flüssigkeitsdruckspeicher haben üblicher­ weise ein Volumen von etwa 35 Litern, wovon etwa 20 Liter das effektive Volumen darstellen. Durch Verwen­ dung dreier parallelgeschalter Speicher wird eine Flüssigkeitsmenge von etwa 60 Litern für den kräftigen Spülimpuls verfügbar. Bevor das Ventil 15 geöffnet und der Speicher 21 entleert wird, wird das gesamte Leitungssystem 2 mit dem dem Betriebsdruck der Pumpe 4 entsprechenden Druck gefüllt, wobei angenom­ men wird, daß der Druck in diesem Falle bei etwa 50 bar liegt. Trotz des Umstandes, daß Flüssigkeiten im allgemeinen als inkompressibel angesehen werden, zeigen sie doch eine gewisse Kompressiblität, die bei etwa 1% pro 100 bar liegt. Wenn das Volumen des Rohr­ leitungssystems 2 4000 Liter beträgt, bedeutet dies eine Vergrößerung der Flüssigkeitsmenge in dem Leitungssystem 2 um etwa 20 Liter, wobei diese Volumen­ erhöhung aktiv an dem Spülimpuls beteiligt ist und bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Drittel des Volumens des Flüssigkeitsdruckspeichers ausmacht.

Nachstehend ist auf der Basis der vorerwähnten Dimensio­ nierungen des Rohrleitungssystems 2 der Pumpe 4 sowie des Druckspeichers 21 ein praktisches Beispiel für die Strömungswerte beim Spülen gegeben. Wenn das Ventil 15 geöffnet wird, werden die Speicher 21 mit einer Druck­ differenz von etwa 40 bar während einer Zeit von 1 bis 2 Sekunden entleert. Derartige Speicher ergeben übli­ cherweise eine Strömungsmenge von je etwa 900 l/min, entsprechend Fig. 1, zusammen etwa 2700 l/min. Infolge der Kompression der Flüssigkeit innerhalb des Rohr­ leitungssystems 2 ergibt sich zusätzlich eine Erhöhung um etwa 30%, d.h. etwa 900 l/min und infolge des För­ derns der Pumpe 4 nochmals um 350 l/min. Der gesamte Strömungsimpuls erreicht deshalb etwa 4000 l/min. Der Strömungsimpuls kann beispielsweise durch Erhöhung des Volumens der Flüssigkeitsdruckspeicher weiter ge­ steigert werden.

Obwohl die Anordnung des Absperrventils 15 hinter dem Leitungssystem 2 bestimmte Vorteile aufweist, sollte beachtet werden, daß infolge dieser Anordnung die Spülflüssigkeit mit den Verunreinigungen durch das Absperrventil 15 strömt und eine Gefahr für das Ventil besteht, eventuell verstopft bzw. verklemmt zu werden. Dies ist der Grund, weshalb das Ventil 15 wäh­ rend des Herausspülens des größten Teils der Verunrei­ nigung in der ersten, vorher beschriebenen Stufe um­ gangen wird.

Der Zweck der Druckspitzen, die während der zweiten Stufe des Spülvorganges den nominellen Arbeitsdruck des Leitungssystems 2 erreichen, besteht darin, schnell die Rohrwandungen des Leitungssystems auszudehnen und sich zusammenziehen zu lassen, um Verunreinigungsteilchen in der Größe von 1 bis 25 µm "wedge" von der Oberflächenstruktur zu entfernen.Abweichend kann der Nominaldruck auch durch die Verwendung einer getrennten Pumpe, wie der Pumpe 1, erreicht werden, wobei das Ventil 25 geöffnet ist, um das Ventil 6 und die Pumpe 4 zu entlasten.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist vereinfacht insofern, als es eine Hydraulikvorrichtung 50 verwen­ det, die für den Normalbetrieb des hier lediglich durch Linien 51, 52 schematisch angedeuteten Leitungs­ systems vorgesehen ist. Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 besteht darin, daß die beweglichen Teile auf eine Flüssig­ keitsdruckspeichereinheit 53 (Speicherstation) und eine Filtereinheit 54 beschränkt sind.

Die Speichereinheit 53 enthält drei Flüssigkeitsdruck­ speicher 55, von denen jeder, wie in Fig. 1, eine Kammer für die Flüssigkeit, eine Kammer für das unter einem vorbestimmten Anfangsdruck stehende Gas sowie eine flexible Membran aufweist, die diese Kammern voneinander trennen. Bei 56 ist ein Absperrventil gezeigt, das in derselben Weise wie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, mittels Steuerventilen 57 und 58 in der offenen oder der geschlossenen Stellung gehalten wird. Die Filtereinheit 54 enthält zwei zu­ einander parallelliegende Filter 59, so daß ein Aus­ tausch ohne Unterbrechung des Spülvorgangs möglich ist. Die Hydraulikvorrichtung 50, die Speicherein­ heit 53, das Rohrleitungssystem 51, 52 sowie die Filtereinheit 54 können mittels flexibler Leitungen (Schläuche) 60, 61, 62 und 63 miteinander verbunden sein.

Die Betriebsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 ist im Prinzip dieselbe wie die des Ausführungs­ beispiels nach Fig. 1. Somit kann ein zusätzliches Absperrventil, ähnlich dem Ventil 56, vor den Filtern 59 angeordnet sein. Grundsätzlich können das Ventil 15 a aus Fig. 1 und das Ventil 56 aus Fig. 2 weggelassen werden, wenn entsprechende Ventile vor den Filtern vorgesehen werden.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 arbeitet grund­ sätzlich in derselben Weise wie die Ausführungsbei­ spiele der Fig. 1 und 2, ausgenommen die Steuerung des Absperrventils. Wenn der Druck in einer Pumpen­ druckleitung 40 und in einem Flüssigkeitsdruckspeicher 41 auf den Grenzwert eines Ventils 42, beispielsweise 50 bar, ansteigt, öffnet das Ventil 42 und die Strömung gelangt durch das Ventil 42 hindurch. Hierdurch fällt der Druck in einer Leitung 43, was ein Öffnen eines Ventils 54 zur Folge hat und es strömt ein Spülimpuls in die Druckleitung 45 des Leitungssystems ebenso wie die Strömung von der Pumpe. Wenn der Druck in dem Speicher 41 gefallen ist, beispielsweise um 30%, schließt das Ventil 42 und der Druck beginnt erneut zu steigen, weshalb auch das Absperrventil 44 schließt. Der Betrieb setzt sich in dieser Weise fort, bis ein Absperrventil 46 geöffnet wird und das Aufladen beendet. Mit dem Bezugszeichen 47 ist ein Pilotdruckentlastungsventil bezeichnet, um das Ventil 44 zu sperren, damit der Speicher 41 gegen Überdruck gesichert ist.

Zusätzlich zu einem anfänglichen Spülen kann die neue Vorrichtung natürlich ebenso für während des normalen Betriebs verunreinigte Rohrleitungssysteme verwendet werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Spülen eines Leitungssystems,
mit einer Flüssigkeitspumpeinrichtung (4, 50), deren Betriebsdruck wesentlich höher ist als derjenige Druck, der erforderlich ist, um den Druckabfall in dem Rohrleitungssystem (2, 21) bei einer turbulenten Strömung zu überwinden,
mit wenigstens einem Flüssigkeitsdruckspeicher (21, 41, 55), der zwischen der Flüssigkeitspumpen­ einrichtung (4, 50) und der Zuleitung des Rohrlei­ tungssystems liegt, sowie
mit wenigstens einem Absperrventil (15, 15 a, 44, 46), das in dem Spülkreislauf liegt und zum Er­ zeugen eines kräftigen Strömungsimpulses in dem Rohrleitungssystem intermittierend zu öffnen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an die wegführende Leitung des Lei­ tungssystems (2, 51) Filtermittel (18, 18 a, 59) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Flüssigkeitspumpenmittel (4, 50) von dem für den Normalbetrieb des Leitungs­ systems (2, 51) vorgesehenen Hydraulikaggregat (50) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vielzahl von Flüssigkeitsdruck­ speichern (21, 41, 55) parallelgeschaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Leitungssystem (2, 51) ein Absperrventil (15) nachgeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Leitungssystem (2, 51) ein Absperrventil (15 a, 44, 56) vorge­ schaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß Absperrventile (15, 15 a) dem Rohrleitungssystem (2, 51) vor- und nachgeschal­ tet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das dem Leitungssystem (51) nachge­ schaltete Absperrventil (15 a) im Sinne eines schnel­ len Unterbrechens des kräftigen Strömungsimpulses ausgelegt ist, derart, daß in dem Leitungssystem (2) Druckspitzen entstehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitspumpeinrich­ tung eine zusätzliche parallel schaltbare Pumpe (5) umfaßt, deren Ausgangsdruck zumindest im we­ sentlichen dem nominellen Betriebsdruck des Leitungssystems (2, 51) entspricht.