DE3623951A1 - Vorrichtung zum spuelen eines leitungssystems - Google Patents
Vorrichtung zum spuelen eines leitungssystemsInfo
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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.
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.
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