DE3515970C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Druckimpulsen in einer Rohrleitung - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Druckimpulses in einer Pipeline umfaßt ein Rohr (40), eine Öffnung in dem Rohr (40) zum Füllen des Rohres (40) mit Flüssigkeit, und einen in dem Rohr (40) angeordneten Kolben (45), der mit einem Vibratorausgang gekoppelt ist. Aus dem Rohr (40) führt eine Entlüftungsvorrichtung, die an einer Stelle angeordnet ist, von der aus die gesamte Luft aus dem Rohr (40), während es mit Flüssigkeit gefüllt wird, entfernt werden kann, ferner sind eine Vibratorsteuerungsvorrichtung zur Steuerung der Frequenz und Phase des Vibrators und beliebig viele zusätzliche an den gemeinsamen Flüssigkeitsstrom gekoppelte Vibratoren vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.

Aus der DE-OS 24 53 950 ist eine pneumatische Förderanlage für rieselfähiges Gut bekannt, welches häufchenweise durch eine Leitung transportiert wird: Zu diesem Zweck wird der Förderleitung intermittierend Druckluft zugeführt, und zwar mit Hilfe eines Ventiles in dem Behälter, aus welchem das rieselfähige Gut entfernt werden soll, und mit Hilfe eines zweiten Ventiles unmittelbar in die abgehende Förderleitung, so daß abwechselnd kleine Materialhäufchen und materialfreie Druckluft in die Förderleitung geblasen werden.

Bei Pipelines oder Rohrleitungen, die dem Transport einer Suspension oder eines Wasser-Feststoff-Gemisches dienen, kommt es manchmal zu Störfällen durch Verstopfung. Der Grund für die Verstopfung ist im allgemeinen eine Betriebsunterbrechung oder eine Stillegung der Suspensionspipeline, während sie noch mit Suspension gefüllt ist. Hierbei beginnt die Suspension sich abzusetzen und einen kompakten Pfropfen zu bilden, der nur sehr schwer wieder zu entfernen ist. Die meisten bekannten Verfahren betreffen Maßnahmen, die die Bildung von Pfropfen durch Zirkulation der Flüssigkeit verhindern sollen. Solche Zirkulationsverfahren sind beispielsweise aus den US-PS 35 91 239 und 35 92 512 bekannt. Gemäß der US-PS 35 78 816 wird am tiefsten Punkt in der Pipeline eine Blase installiert, um nach Wiederinbetriebnahme der Pipeline einen Weg für die Flüssigkeit zu schaffen. Aus der US-PS 39 04 248 ist zwar bekannt, die Pipeline mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit wieder anzufahren, da aber ein Flüssigkeitsstrom bei einer völlig verstopften Pipeline unmöglich wäre, kann dieses Verfahren nur dann erfolgreich ausgeführt werden, wenn es einen Weg für die Flüssigkeit durch den Pfropfen gibt. In den meisten Fällen gibt es jedoch solche Wege für die Flüssigkeit nicht

Aus der US-PS 35 75 469 ist weiterhin bekannt. Gas durch die Pipeline in den tiefsten Bereich der Leitung strömen zu lassen, um die Feststoffe in der Flüssigkeit fließfähig zu halten und hierdurch die Bildung von Feststoffpfropfen in dem tieferen Bereich der Leitung zu verhindern. In keiner dieser Patentschriften ist aber das Problem angesprochen, eine Pipeline wieder anzufahren, wenn sich schon ein fester Pfropfen gebildet hat. Wenn dies der Fall ist, kann nämlich auch der Flüssigkeitsdruck nicht mehr bewirken, daß die Flüsigkeit am Pfropfen vorbei oder durch diesen hindurchfließen wird, um den Pfropfen hierdurch allmählich zu erodieren und ihn schließlich zu entfernen. Die meisten Suspensionspipelines sind mit vertikalen Steigleitungen versehen, die entlang der Pipeline, sowohl der Wasser- als auch der Suspeosionspipeline, mit Abstand voneinander angeordnet sind. Gewöhnlich enthält die Pipeline ferner zu Wartungszwecken entlang der Leitung Blockventile.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen festen Pfropfen aufzulösen, der sich in einer Pipeline gebildet hat damit man diese wieder anfahren kann.

Die Erfindung erlaubt die Erzeugung von Druckimpulsen mit Hilfe eines frequenz- und phasengesteuerten Vibrator, der entweder elektromagnetisch oder hydraulisch betrieben werden kann und einen Kolben in einem Rohr antreibt, das über einen Flansch mit einer vertikalen Steigleitung der Suspensionspipeline verbunden ist An der Seite des Rohres ist zwischen Kolben und Flansch ein Flüssigkeitseinlaßanschluß angeordnet und möglichst nahe am Kolben ist ein Belüftungsrohr und -ventil vorgesehen, vorzugsweise an einer Stelle, wo sich der Kolben in seiner obersten Position befindet.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung werden an der Pipeline je ein mit der Flüssigkeit gekoppelter Vibrator an einer Steigleitung oberhalb und unterhalb des Pfropfens angebracht. Falls in der Pipeline unterhalb des Pfropfens ein Blockventil vorhanden ist, kann der Wirkungsgrad der Einrichtung durch das Schließen des Blockventils verbessert werden; unbedingt erforderlich ist ein Blockventil aber nicht. Die Druckimpulse werden dann mit einer gesteuerten Frequenz und Phase der Pipeline oberhalb und unterhalb des Pfropfens zugeführt. Diese Impulse üben zuerst Druck auf die eine und dann auf die andere Seite des Pfropfens aus und machen so allmählich die Suspensionsteilchen wieder fließfähig. Nach dieser Fluidisierung der Suspensionsteilchen kann man aas Blockventil — falls es geschlossen gewesen ist — öffnen und die Leitung wieder unter Druck setzen, so daß der Pfropfen erodiert und entfernt wird. Das Steuerungssystem für den Vibrator kann außerdem einen Sender aufweisen, der ein Signal an den anderen Vibrator sendet, der so in Frequenz und Phase gesteuert wird, daß die Impulse mit möglichst hoher Effizienz auf den Suspensionspfropfen übertragen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Suspensionsleitung und einer Wasserrückführleitung mit der Darstellung eines Pfropfens in der Suspensioiispipclinc, und
F i g. 2 eine genauere Darstellung eines Vibrators und eines Flüssigkeitskopplungsrohres mit einem Blockschaltbild eines Steuerungssystems für den Vibrator.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Suspensionspipeline oder -rohrleitung 10 enthält eine stromaufwärtssei-

tige vertikale Steigleitung 11 und eine stromabwärtssei- \t tige vertikale Steigleitung 12. Die Suspensionspipeline ' (0 kann an verschiedenen Stellen in der Leitung ein

¹ Blockventil 13 enthalten. Ähnlich enthält auch eine Was-

r serrückführleitung 15 eine stromaufwärtsseitige verti- f, kale- Steigleitung 16 und eine stromabwärtsseitige verti-,^Λ kale Steigleitung 17. Jede der vertikalen Steigleitungen 11,12,16 und 17 enthält ein Absperr- oder Blockventil 18, 19, 20 bzw. 21. Gleichfalls haben viele Pipelines, beispielsweise zwischen den Ventilen 19 und 20 oder I den Ventilen 18 und 21, horizontale Koppelrohre. Diese sind nicht gezeigt Jedes der Ventile ist im allgemeinen mit einer Platte 22 abgedeckt, um zu verhindern, daß -;- Fremdmaterial in das Ventil gelangt Im allgemeinen ' befinden sich die Ventile 18 bis 21 unter der Erde und

sind in einem betonierten oder anderen festen Kasten , angeordnet, um die Ventile zugänglich zu halten. Zur

I Entfernung eines Pfropfens 60 wird die Platte 22 entfernt und eine Vibratorvorrichtung 25 angebracht Die t Vibratorvorrichtung 25 wird vollständig anhand von F i g. 2 und insbesondere mit Bezug auf die Steigleitung ^: 12 beschrieben. Ein Hydraulikvibrator 26 ist in dem

:-' Ausführungsbeispiel mit Hydraulikkoppelleitungen 28 : und 29, die an Hydraulikeinlässe 30 bzw. 31 angeschlos-

:: sen sind, dargestellt Selbstverständlich können auch an- !' dere als hydraulische Vibratortypen verwendet werden. jv Beispielsweise ein elektromagnetischer Vibrator, wobei '$: in diesem Fall die Hydraulikquelle eine Vorrichtung |: zum Erzeugen der notwendigen Steuersignale wäre, die I erforderlich sind, um die für die Entfernung des Pfrop- £ fens richtige Frequenz und Phase zu erzeugen. Derarti- § ge Vibratoren sind bekannt und werden daher nicht w- weiter beschrieben.

fi Um den Vibrator 26 richtig zu steuern, ist an den

I Hydraulikeinlaß ein Steuerventil 32 angeschlossen. Die-I ses Ventil ist im allgemeinen ein Trommelventil mit ei-& nem elektromagetischen Eingang, der von einer elektri-I sehen Vorrichtung 33 gesteuert werden kann. Die '$. Steuerungsvorrichtung 33 hat einen Frequenzsteuereinfc gang 34 und einen Phasensteuereingang 35. Der Phasen- $ steuereingang 35 steuert nicht nur die Phase des Vibrai^; tors 26, sondern sendet auch eine gesteuerte Phase zu- ^ sammen mit der richtigen Frequenz an eine Antenne 36. pt Signale zur Frequenz- und Phasensteuerung werden M den Eingängen der Steuerungsvorrichtung 33 durch I Leitungen 37 bzw. 38 zugeführt. Die Signale der Steue-I; rungsvorrichtung 33 werden dem Steuerventil 32 über ^ eine Leitung 39 zugeführt Ein Rohr 40 weist an seinem !.·. einen Ende einen Flansch 41 auf, der mit einem passen-[i. den Flansch 42 auf dem Vibrator 26 verbunden ist. Of-'; fcnsichllich können das Rohr und der Vibrator als Ein-I heit konstruiert werden. Der Flansch 42 erleichtert die Wartung der Anordnung. Das Rohr 40 umfaßt einen Flansch 43, der mit dem Flansch 44 des Ventils 19 zusammenpaßt Innerhalb des Rohres 40 ist ein Kolben 45 angeordnet der durch eine Stange 46 mit dem mechanischen Ausgang (nicht gezeigt) des Vibrators 26 verbunden ist. Der Kolben 45 kann irgendeine bestimmte Zahl von Kolbenringen oder »O«-Ringen aufweisen oder sonst irgendwelche Vorrichtungen, soweit sie für einen das kann die Wasserleitung 15 mit einem horizontalen Verbindungsrohr (nicht gezeigt) sein — durch ein Rohr 47 und ein Blockventil 48 mit einem Rohr 49 gekoppelt, durch das Wasser in das Rohr eingeführt werden kann. Für eine korrekte Flüssigkeitskopplung ist Voraussetzung, daß die gesamte Luft aus dem Rohr 49 entfernt wurde. Das wird durch ein Entnahmerohr 50 erreicht das über ein Ventil 51 mit einem an seinem Auslaß 53 gegenüber der Außenluft offenen Rohr 52 gekoppelt ist Die gesamte Anordnung, einschließlich der Steuerungsvorrichtung 33 mit der Frequenzsteuerung 34 und der Phasensteuerung 35 zusammen mit der Hydraulikquelle 27 und der Antenne 36, kann tragbar ausgeführt sein. Sie kann auf einem Schlitten oder Traggestell angeordnet werden und mit einem Hubschrauber, Lastwagen Gder einem anderen Transportmittel zu einer entfernte Stelle gebracht werden. Ferner kann die Flüssigkeitsquelle auf irgendeine geeignete Weise transportiert werden, wenn ein horizontales Verbindungsrohr oder eine vertikale Steigleitung dort wo der Vibrator installiert werden soll, nicht zur Verfügung steht Schließlich ist es offensichtlich, daß die Vibratoren in der gleichen Weise wie die Steuerungsvorrichtung, die Hydraulikquelle usw. transportiert werden können.

Im folgenden wird zunächst die Vorrichtung aus Fig.2 und anschließend ihre Anwendung in dem in F i g. 1 gezeigten Verfahren erläutert

Entsprechend F i g. 2 enthält der Vibrator 26, sofern er nicht schon mit dem Rohr 40 verbunden ist, einen Kolben 45, der in das Rohr 40 eingesetzt und an den Flanschen 41 und 42 zusammengeschraubt ist Dann wird der Flansch 43 über den Flansch 44 gesetzt und wie üblich verschraubt. Die Hydraulikquelle kann dann mit den Rohren 28 und 29 verbunden werden, diese mit den Einlassen 30 und 31, und die Steuerungsvorrichtung 33 kann über die Drahtleitung 39 mit dem Steuerventil 32 verbunden werden. Die Wasserquelle 46' wird dann an das Rohr 47 gekoppelt und das Ventil 48 geöffnet so daß die Flüssigkeit durch das Rohr 49 in das Rohr 40 fließen kann. Wenn das Rohr 10 schon unter Druck steht, sollte das Ventil 19 nicht eher geöffnet werden, als bis die Flüssigkeit in dem Rohr 49 denselben Druck erreicht hat Wenn das Rohr 40 mit Flüssigkeit gefüllt ist wird das Ventil 51 geöffnet, damit jegliche Luft aus dem Rohr 40 entweichen kann. Offensichtlich sollte sich der Kolben 45 in seiner obersten Position befinden, damit die gesamte Kammer mit Flüssigkeit gefüllt ist. Das kann leicht durch Anwendung hydraulischen Druckes auf den Einlaß 31 erreicht werden. Falls das Rohr 10

so geleert wurde, wird das Ventil 19 geöffnet und das gesamte Rohr 10 zusammen mit dem Ventil 19 und dem Rohr 40 mit Flüssigkeit gefüllt. Offensichtlich kann in dem Fall, daß eine horizontale Querverbindungsleitung an einem tieferen Punkt in der Leitung zwischen der Wasserleitung 15 und 10 verfügbar ist, die Flüssigkeit an dieser anderen tieferen Stelle zugeführt werden, solange bis das Rohr 10 gefüllt ist. Wenn sich die Füllstelle unterhalb des Ventils 13 befindet, muß das Ventil 13 natürlich während des Füllprozesses geöffnet sein.

Nachdem die Leitung 10 mit Flüssigkeit gefüllt und das

einwanuireieii ocincu ucr ivoiucii uiiu riuSSignciiaafiordnung erforderlich sind. Um eine korrekte Kopplung mit der Flüssigkeit in dem Rohr 10 herzustellen, muß in das Innere des Rohres 40 und des Ventils 19 Flüssigkeit gebracht werden. Wurde zuvor auch das Rohr 10 entleert, dann muß genauso wie das Rohr 40 und das Ventil 19 auch das Rohr 10 mit Flüssigkeit gefüllt werden. Um dem zu entsprechen, ist eine Flüssigkeitsquelle 46' —

Vcuiii ι» geöffnet ist, vvird u55 Ventil " '

Itldl Ulli

dem Ventil 51 geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt kann auch das Ventil 13 geschlossen werden. Dann wird die Hydraulikquelle 27 in Betrieb gesetzt und bewegt den Kolben 45 axial in dem Rohr 40. Durch eine derartige axiale Bewegung wird bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens 45 ein Druckimpuls in Richtung der durchgezogen gezeichneten Pfeile 55 und bei einer Aufwärtsbewe-

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gung des Kolbens 45 ein Druckimpuls in Richtung des gestrichelt gezeichneten Pfeiles 56 erzeugt.

Den F i g. 1 und 2 entsprechend wird ein Druckimpuls in dem Rohr 10 beispielsweise in Richtung des Pfeiles 55 erzeugt, und zwar in der Suspensionsleitung 10 auf den Pfropfen 60 zu. Gleichzeitig mit dem Senden eines Signals an den Vibrator 25, erzeugt die Steuerungsvorrichtung 33 in der Antenne 36 ein Signal, das von dem auf der stromaufwärtsseitigen vertikalen Steigleitung 11 montierten Vibrator empfangen wird. Diese Antenne wird dann an den Vibrator 25 auf der Steigleitung 11 ähnliche Informationssignale bezüglich der Frequenz und der notwendigen Phase übermitteln. Ein ähnliches Signal 55a wird an die Pipeline 10 übertragen, wenn der Kolben eine Hubbewegung abwärts ausführt, und ein Druckimpuls in die Flüssigkeit in die Richtung 56a, wenn sich der Vibrator in einer Hubbewegung aufwärts befindet. Wenn sich der Vibrator 25 auf der Steigleitung 12 in richtiger Phasenlage mit dem Vibrator 26 auf der Steigleitung 11 befindet, wirken die Druckimpulse 55 und 55a dahingehend zusammen, daß sie den Pfropfen 60 von beiden Seiten angreifen und in der Flüssigkeit zerteilen, und daß sie gleichzeitig einen durch den Pfropfen durchlaufenden Druckimpuls erzeugen, der die völlige Zerteilung unterstützt In regelmäßigen Abständen setzt die Suspensionspumpe in der Suspensionsleitung 10 die Flüssigkeit unter Druck, um nachzuprüfen, ob schon so viel von dem Pfropfen in der Flüssigkeit zerteilt ist, daß Wasser über oder durch den Pfropfen 60 fließen kann. Hat sich einmal durch den Pfropfen 60 ein Kanal gebildet, dann wird der Pfropfen durch sich ständig bewegendes Wasser bis zu dem Punkt erodiert, daß er völlig |:^: entfernt wird. Die hierfür geeignete Frequenz und Pha- ' se hängt von der Länge der Leitung zwischen den Steigleitungen 11 und 12 sowie der Natur des Pfropfens 60 ab. Sie können leicht durch die Frequenzsteuerung 34 und Phasensteuerung 35 eingestellt werden.

Der Begriff »Flüssigkeit« ist hier im Sinne von »Fluid« zu verstehen, er soll also ganz allgemein fließfähige Medien, wie eine Suspension, Trübe etc, einschlie-Ben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Druckimpulsen in einer Rohrleitung, mit einem Impulsgeber und einer Fluidquelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber ein Vibrator (26) mit einstellbarer Schwingfrequenz und -phasenlage ist, dessen Schwinger mechanisch mit einem in einem Rohr (40) angeordneten Kolben (45) gekoppelt ist, und daß das Rohr einen Anschluß (43,44) zur Verbindung mit der Rohrleitung (10) und einen Anschluß (47 bis 49) zur Verbindung mit der Fluidquelle (46') hat und mit einer Entlüftungsvorrichtung (50 bis 53) versehen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (47 bis 49) zur Verbindung mit der Fluidquelle (46') ein Absperrventil (48) enthält

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsvorrichtung ein Entlüftungsventil (5t) enthält

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz- und Phasensteuerschaltung (33 bis 35) für den Vibrator (26) mit einer Antenne (36) zur Signalübertragung zu einer mit der Vorrichtung (25) zusammenarbeitenden zweiten gleichartigen Vorrichtung verbunden ist