DE69316605T2 - Räumdüse - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kopf zur Verwendung bei der Säuberung einer Abwasserleitung, und zwar einen Kopf des Typs, der unter der Bezeichnung "Düsenkopf" bekannt ist.
• Die Verwendung eines Düsenkopfs, wie beispielsweise aus der GB-A- 1,046,829 bekannt, ist eine von vielen möglichen Arbeitstechniken zum Entfernen von Sediment und Detritus aus einer Abwasserleitung. Dabei wird zunächst ein Schlauch nach unten in die Abwasserleitung eingeführt, und danach wird Wasser mit hoher Geschwindigkeit durch eine am Ende des Schlauchs befindliche Düse versprüht. Anfänglich dient das Sprühdruck des Wassers dazu, den Düsenkopf über eine gewisse Strecke entlang der Abwasserleitung vorwärtszutreiben. Danach wird die Schlauch mit dem Düsenkopf wieder aufgewickelt, und während dieser Bewegung entlang der Abwasserleitung treffen die durch den Düsenkopf abgegebenen Wasserstrahlen auf den Detritus und andere in der Abwasserleitung befindliche Fremdstoffe auf und lösen einige dieser Materialien ab. Durch den Druck des aus dem Düsenkopf austretenden Wassers wird das abgelöste Material in Fließrichtung weggespült und in der Regel durch eine mit dem Reinigungskopf zusammenwirkende Saugeinheit entfernt.
• Obwohl sich die Verwendung von Düsenköpfen im Vergleich zu anderen Methoden der Reinigung von Abwasserleitungen durch eine Reihe von Vorteilen auszeichnet, handelt es sich hierbei noch immer um ein relativ aufwendiges Verfahren, sowohl hinsichtlich der Kosten für die Sprühvorrichtung, als auch hinsichtlich des für die Ausführung der Arbeiten notwendigen Arbeitskräfteaufwands. Dementsprechend kommt es darauf an, daß der Reinigungsvorgang beim Arbeiten mit einer Sprühvorrichtung so effizient wie möglich abläuft.
• Erfindungsgemäß wird mit einem Düsenkopf zur Verwendung bei der Säuberung einer Abwasserleitung gearbeitet, der ein Gehäuse, einschließlich eines Einlasses zum Verbinden mit einem Wasser führenden Rohr und einem Auslaß für einen Wasserstrahl umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse derart angeordnet ist, daß es generell horizontal umgekehrt in der Abwasserleitung liegt und nur einen einzigen Hauptauslaß umfaßt, wobei der Auslaß so angeordnet ist, daß er einen einzigen fächerförmigen Ausbreitungsstrahl von Wasser in einem flachen Winkel zur Längsachse des Gehäuses nach unten richtet, wobei im Betrieb der Strahl den Detritus umgekehrt in einem flachen Angriffswinkel trifft.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform richtet der Auslaß den Strahl mit einem Winkel geringer als 25º, vorteilhafterweise geringer als 100 zur Längsachse des Kopfes aus. Vorzugsweise ist der Strahl in einem Winkel von etwa 5º ausgerichtet.
• Der Erfinder hat erkannt, daß eine sehr deutliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Düsenkopfes dadurch erreicht werden kann, daß der Strahl mit einem extrem flachen Winkel ausgerichtet wird, so daß er fast parallel zur Längsachse der Abwasserleitung verläuft. Der Strahl wird dadurch wirksam, daß er den Detritus vom Angriffspunkt des Strahls wegspült. Weitere am Angriffspunkt abgelagerte Materialien werden ebenfalls durch die Wirkung des Strahls weggespült. Auf diese Weise kann mit Hilfe des Düsenkopfes eine Abwasserleitung in einem wesentlich schnelleren Tempo gereinigt werden, als dies bisher möglich ist. In Versuchen, die vom Erfinder durchgeführt wurden, reinigte solch ein Kopf mit einem Wasserdruck zwischen 10 200 und 13 700 kN/m² eine halbgefüllte 15"- Abwasserleitung von 30 Meter Länge in 25 Minuten. Im Gegensatz dazu dauerten die Arbeiten zur Reinigung eines 30 Meter langen Abschnittes derselben Leitung mit einem konventionellen Düsenkopf doppelt so lange, also 50 Minuten, und es blieben noch immer Ablagerungen in der Sohle der Leitung zurück.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Kopf ein hohles Gehäuse, einen Einlaß in einer Endwand der Kammer, einen Auslaß in einer Bodenwand der Kammer und einen Kanal, der sich vom Auslaß in einem flachen Winkel nach unten erstreckt, wobei das abgelegene Ende des Kanals offen ist, um den Wasserstrahl umzukehren.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Reinigen einer Abwasserleitung den Arbeitsschritt, bei dem ein einziger fächerförmiger Ausbreitungsstrahl von nur einem Düsenkopf auf eine Detrituslage in der Umkehrung der Abwasserleitung bei einem flachen Winkel aus einer solchen Position gerichtet wird, daß der Strahl auf den Detritus in einem Bereich unterhalb der Oberseite der Lage auftrifft.
• Ein Düsenkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung wird nun detailliert beschrieben und mit dem Stand der Technik unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen verglichen, von denen die
• Figuren 1A und 1B je eine Seiten- und eine Vorderansicht eines im Betrieb befindlichen Düsenkopfes entsprechend dem Stand der Technik zeigen;
• Figuren 2A und 2B eine Schnittansicht und eine Seitenansicht eines Beispiels für einen im Betrieb befindlichen Düsenkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigen;
• Figur 2C eine vereinfachte Schnittansicht ist, die den Wasserfluß innerhalb des Kopfes zeigt;
• Figur 3 eine Schnittansicht entlang einer Linie D-D des Düsenkopfes zeigt;
• Figur 4 eine Draufsicht entlang einer Linie B-B des Düsenkopfes zeigt; und
• Figur 5 eine Draufsicht entlang einer Linie C-C von Figur 4 zeigt.
• Die Figuren 1A und 1B zeigen unter Bezugnahme auf den Stand der Technik die Art und Weise der Verwendung eines Düsenkopfes. Der Kopf 1' ist am Ende eines flexiblen Schlauch 2' befestigt, der an eine Pumpe angeschlossen wird, die die Versorgung mit unter Druck stehendem Wasser sicherstellt. Schlauch und Düsenkopf werden durch eine Reinigungsöffnung in die Abwasserleitung eingeführt. Das Wasser wird im allgemeinen vom Kopf aus nach hinten gesprüht, und zwar in die durch Pfeile in den Figuren 1A und 1B dargestellten Richtungen. Dies dient dazu, den Kopf unten entlang der Abwasserleitung zu bewegen, obwohl die Bewegungsstrecke bei diesem, nach dem aktuellen Stand der Technik ausgeführten Kopf relativ begrenzt ist. Der Kopf wird dann durch den Schlauch, der sich in der Abwasserleitung entlangwindet und durch diese Bewegungen die Leitung reinigt, zurückgezogen.
• Ein aus dem Düsenkopf austretender Strahl trifft auf den in der Sohle 5' der Abwasserleitung abgelagerten Detritus so auf, daß dieser gelöst und durch das abwärts fließende Wasser in der Abwasserleitung weggespült wird. In der Regel werden die gelösten Detritus-Ablagerungen mit Hilfe einer Saugeinheit aus dem System der Abwasserleitung entfernt.
• Wie in Figur 1A zu sehen ist, trifft nach dem Stand der Technik der Strahl mit einem Winkel alpha von 30º oder mehr auf den Detritus. Im Ergebnis dessen wirkt ein wesentlicher Teil der Energie des Wassers in Richtung der Sohlenwand, und die meiste Energie wird beim Auftreffen des Strahls auf der Wand verstreut. Der anfängliche Wirkungspunkt des Strahls befindet sich an der Oberfläche des Detritus. Obwohl aus dem Kopf vier oder mehr Wasserstrahlen versprüht werden, können nicht mehr als ein oder zwei, höchstens jedoch drei, auf den Detritus wirken, so daß bei diesem Kopf mehr als 50 % des verwendeten Wassers unwirksam bleiben.
• Figur 2 zeigt ein Beispiel eines im Betrieb befindlichen Kopfes entsprechend der vorliegenden Erfindung. Dieser Kopf ist zur Verwendung in Abwasserleitungen mit einem Durchmesser von 9"(225 mm) bis 4' (1,2 m) bestimmt und mit einem 25- mm-(1"-) Direktanschluß ausgestattet. Anschlüsse einer Größe von 1¼" (31 mm) oder 1½" (37 mm) werden bei Köpfen für Abwasserleitungen bis zu 7'6" (2,25 mm) verwendet. Wie am Beispiel für den Stand der Technik bereits dargestellt, ist der Kopf am Ende einer Leitung befestigt, die mit einer Hochdruck-Wasserversorgungseinrichtung verbunden wurde. Ein einziger fächerförmiger Strahl tritt aus einem Auslaß O aus, der in einer hohlen Kammer 6 mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist. Das aus dem Auslaß O austretende Wasser wird durch einen Kanal 7 geleitet, der den Strahl mit einem flachen Winkel alpha von 5º von dem Kopf wegführt (zur Verdeutlichung ist der Winkel in Figur 2 übertrieben dargestellt). Je nach dem Zustand der Abwasserleitung und in Abhängigkeit vom Wasserdruck und dem zum notwendigen Vortrieb des Kopfes erforderlichen Winkel kann alpha auch größer sein, in der Regel bis zu 9º. Da dieser Winkel sehr flach ist, trifft der Strahl in Längsrichtung mit einer großen Geschwindigkeit auf den Detritus. Der Großteil der dabei wirkenden Kräfte wird durch die Detritus-Ablagerungen wirksam absorbiert und dient dazu, deren Wegfließen in Fließrichtung zu beschleunigen. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, wo der Großteil der Kräfte auf die Wand der Sohle wirkte und ein einzelner Strahl in der Regel abgewandt von der größten Dicke und der stärksten Konkretion wirkte. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Wasserstrahls besteht darin, daß er aufgrund seiner Position und seines Winkels auf die Basis der Detritus-Lage und nicht auf ihre Oberseite wirkt. Durch das Entfernen des unteren Bereichs der Detritus-Lage werden die darüberliegenden Bereiche gelockert, fallen schließlich ab und werden schnell weggespült. Dadurch wird die Geschwindigkeit, mit der der Detritus entfernt werden kann, noch weiter erhöht. Durch die Kombination dieser Faktoren kann mit dem entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgeführten Kopf mit einem einzelnen Reinigungsvorgang eine weitaus größere Strecke der Abwasserleitung in einer wesentlich kürzeren Zeit gereinigt werden.
• Obwohl die Erfindung vor allem für das Entfernen von Detritus aus der Sohle von Abwasserleitungen bestimmt ist, wurde festgestellt, daß bei einer Umkehrung des Kopfes auch die Laibung mit großer Effektivität gereinigt werden kann, wodurch das Entfernen von Fett und Schlamm aus Abwasserleitungen mit einem Durchmesser von bis zu 2' (600 mm) möglich ist.
• Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer oben am Gehäusekopf befestigten CCTV-Kamera. Bisher mußten die Abwasserleitungen nach dem Reinigen in einem separaten Arbeitsschritt kontrolliert werden, wozu noch weitere Geräte erforderlich waren. Eine weitere wesentliche Einsparung von Zeit und Kosten wird dadurch erreicht, daß eine Inspektionskamera mit dem Düsenkopf selbst kombiniert wird, so daß der Reinigungsfortschritt im Moment der Ausführung der Arbeiten verfolgt werden kann. (Die Bewegung der CCTV-Kamera erfolgt durch das Auf- bzw. Abwickeln des Schlauchs.)
• Die Konstruktion dieses Beispiels für einen Düsenkopf wird im folgenden detaillierter beschrieben.
• Wie in Figur 2A zu sehen ist, ist im Kopf eine Kopplungseinheit 8 ausgebildet, die im Betrieb eine von der Maschine kommende 1"-Leitung (25 mm) mit dem Düsenkopf verbindet. Die Kopplungseinheit ist in der Endwand einer hohlen Kammer mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet, deren Wände durch eine aus 15 mm dickem Flußstahl geschweißte Konstruktion gebildet werden. Das Gehäuse ist auf den Traggliedern 10 angebracht, die zueinander einen Abstand von 117,5 mm haben. Im Betrieb gleiten die Tragglieder auf dem Boden der Sohle entlang. Wie bereits angemerkt, ist in der Bodenwand 11 des Gehäuses ein Auslaß O ausgebildet. Im Schnitt C-C ist zu sehen, daß dieser Auslaß eine rechteckige Form hat. Ein Kanal 12 erstreckt sich vom Auslaß aus in einem Winkel von 5º zur Längsachse des Kopfes nach unten. Der untere Teil 12B des Kanals ist offen, und im Betrieb tritt das Wasser an dieser Stelle aus dem Kopf aus. Der Kanal 12 wird durch divergierende Wände gebildet, so daß ein fächerförmiger, flacher Ausbreitungsstrahl gebildet wird, wie er in Figur 5 durch die schraffierte Fläche dargestellt ist.
• Obwohl in den Figuren einzelne Tragglieder gezeigt werden, ist es möglich, diese durch ein Blech zu ersetzen, das von einer Seite des Düsenkopfes zur anderen verläuft und dasselbe Längsprofil wie die Tragglieder hat.
• Figur 2C zeigt die Dynamik des Wasserflusses innerhalb des Gehäuses zwischen Kopplungseinheit und Schlauch. Das Wasser strömt mit hoher Geschwindigkeit vom Einlaß C in den Kopf ein, bis es eine turbulente Grenze erreicht, die mit einer gegenüberliegenden Endwand 14 des Kopfes zusammenhängt. An diesem Punkt wird das einströmende Wasser umgekehrt und tritt durch den Auslaß O aus. Ein aufrechter Block 13 von rechteckiger Form ist an der Bodenwand der Kammer, unmittelbar angrenzend an den Auslaß 0, ausgebildet, wie in Figur 4 gezeigt wird. Dies dient der Steigerung der Geschwindigkeit des in den Auslaß hineinströmenden Wassers und schützt gleichzeitig den Auslaß vor den direkten Einwirkungen des durch den Einlaß C einströmenden Wassers. Der Block 13 ist niedriger als der Einlaß, so daß das einströmende Wasser über den Block hinwegfließen kann.
• Die Vorderseite des Kopfes hat die Form eines kegelförmigen "Bugs". Dadurch wird die Vorwärtsbewegung des Kopfes durch die Abwasserleitung ermöglicht. Die Innenwand des Gehäuses ist in der Horizontalen abgerundet, an der oberen und unteren Gehäusewand jedoch quadratisch.
• Bei dem beschriebenen Beispiel wird von einem Wasserdurchsatz von etwa 205 Liter/Minute und einem Gewicht von etwa 13 kg ausgegangen. Dieses Gewicht gibt dem Kopf bei der Bewegung durch den in der Abwasserleitung abgelagerten Detritus die nötige Stabilität. Wenn mit höheren Drücken gearbeitet wird, ist es wünschenswert, einen schwereren Kopf zu verwenden, beispielsweise sollte der Kopf bei einem Wasserdurchsatz von 250 Liter/Minute ein Gewicht von etwa 14,5 kg haben. Bei Geräten mit noch höheren Drücken sollte das Gewicht des Kopfes nicht noch weiter erhöht werden. Statt dessen ist es ratsam, in den Kopf Elemente einzubauen, die den Druck vermindern.
• Es wurde festgestellt, daß die Auslaßgeschwindigkeit erhöht wird, wenn der Auslaß und der Block von der gegenüberliegenden Endwand weg in Richtung des Einlasses verlagert werden. Die minimale Entfernung zwischen Aus- und Einlaß wird jedoch durch die Notwendigkeit bestimmt, daß der Auslaßkanal 12 ausreichend lang sein muß, um dem Strahl die gewünschte Form geben zu können, und darüber hinaus durch die Notwendigkeit, daß zwischen dem Ende des Kanals und dem Ende des Kopfes ein ausreichend großer Abstand (W4) erhalten bleibt. Ein ähnlicher Zwischenraum müßte auch bei größeren, längeren Köpfen gebildet werden, wobei der durch die gegenüberliegende Endwand und den Auslaß gebildete Abstand W3 entsprechend größer sein muß.
• Wie weiter oben bereits beschrieben, ist der Kopf auf Tragglieder 10 montiert. Diese Elemente ermöglichen die Bewegung des Kopfes durch den auf der Sohle der Abwasserleitung befindlichen Detritus und dienen darüber hinaus zum Anheben von Kopf und Auslaß, damit sichergestellt ist, daß der Bereich, an dem der Strahl auf den Detritus wirkt, sich nicht direkt unter dem Kopf, sondern in einer gewissen Entfernung davor befindet. Werden Tragglieder mit einem Durchmesser von 12,5 mm verwendet, ist der Punkt, an dem der Strahl auf den Detritus auftrifft, je nach Durchmesser der Abwasserleitung im allgemeinen 10-15 cm vom Kopf entfernt.
• Der im Beispiel beschriebene Kopf mit einem 1" (25 mm) großen Einlaß ist für Abwasserleitungen einer Größe von 9" (225 mm) bis 4' (1,2 m) geeignet, wobei im Betrieb der Wasserdurchsatz zwischen 180 und 225 Liter/Minute liegt. Bei größeren Abwasserleitungen von 12" (300 mm) bis 7' (2,1 m) muß ein größerer Kopf mit einem mindestens 1¼" (31 mm) großen Einlaß und einem Wasserdurchsatz zwischen 270 und > 500 Liter/Minute verwendet werden. Für kleinere Leitungen ist ein Einlaß von 3/4" (19 mm) und ein Wasserdurchsatz zwischen 90 und 115 Liter/Minute zu empfehlen. Eine solche Konstellation ist insbesondere für Abwasserleitungen einer Größe zwischen 6" (150 mm) und 2' (600 mm) geeignet.
• In der nachfolgenden Tabelle 1 sind die in Figur 2A dargestellten Abmessungen genannt, und in Tabelle 2 die in der Figur 4 dargestellten Abmessungen. TABELLE 1 TABELLE 2

Claims (12)

1. Düsenkopf zur Verwendung bei der Säuberung einer Abwasserleitung, umfassend:

ein Gehäuse (1), einschließlich eines Einlasses (C) zum Verbinden mit einem Wasser führenden Rohr und einem Auslaß fur einen Wasserstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse derart angeordnet ist, daß es generell horizontal umgekehrt in der Abwasserleitung liegt und nur einen einzigen Hauptauslaß (0) umfaßt, wobei der Auslaß so angeordnet ist, daß er einen einzigen fächerförmigen Ausbreitungsstrahl von Wasser in einem flachen Winkel (α) zur Längsachse des Gehäuses nach unten richtet, wobei im Betrieb der Strahl den Detritus (8) umgekehrt in einem flachen Angriffswinkel trifft.

2. Kopf nach Anspruch 1, bei dem der Hauptauslaß (O) eine Düse (12) umfaßt, die angeordnet ist, um einen Wasserstrahl auszurichten und auszubreiten.

3. Kopf nach Anspruch 2, bei dem die Düse (12) generell im Grundriß kegelstumpfförmig ist.

4. Kopf nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Auslaß (O) den Strahl mit einem Winkel geringer als 25º ausrichtet, vorteilhafterweise geringer als 10º zur Längsachse des Kopfes.

5. Kopf nach Anspruch 4, bei dem der Strahl in einem Winkel von etwa 5º ausgerichtet ist.

6. Kopf nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Gehäuse eine hohle Kammer umfaßt, und wobei der Einlaß (C) in einer Endwand der Kammer und der Auslaß (O) in einer Bodenwand der Kammer ausgebildet ist.

7. Kopf nach Anspruch 6, bei dem die hohle Kammer derart angeordnet ist, daß das vom Einlaß (C) in die Kammer hineinströmende Wasser an einer turbulenten Grenze umgekehrt wird, die mit einer gegenüberliegenden Endwand der Kammer zusammenhängt, bevor es durch den Auslaß aus der Kammer austritt.

8. Kopf nach Anspruch 7, einschließlich eines aufrechten Blocks, der an der Bodenwand der Kammer angrenzend an den Auslaß ausgebildet ist und sich lediglich einen Teil der Höhe der Kammer nach oben erstreckt, wobei das aufrechte Teil an der Seite des Auslasses näher zum Einlaß ausgebildet ist und dazu dient, die Geschwindigkeit des Wassers, das in den Auslaß hineinströmt, zu steigern.

9. Kopf nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, wenn sie direkt oder indirekt von Anspruch 2 abhängen, bei dem die Düse als Kanal ausgebildet ist, der unter der Kammer liegt und sich vom Auslaß in einem flachen Winkel nach unten erstreckt, und wobei das abgelegene Ende des Kanals offen ist, um den Wasserstrahl umzukehren.

10. Kopf nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend ein oder mehrere längliche Tragglieder, die unter dem Kopf liegen und im Betrieb dazu dienen, den Auslaß über den Boden der Umkehrung anzuheben, so daß der Strahl in einem Bereich entfernt vom Kopf auf den Detritus auftrifft.

11. Kopf nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Bug, der am Ende des Kopfes weg vom Einlaß ausgebildet und angeordnet ist, die Bewegung des Kopfes durch den Detritus in der Abwasserleitung zu erleichtern.

12. Verfahren zum Reinigen einer Abwasserleitung, gekennzeichnet durch Richten eines einzigen, fächerförmigen Ausbreitungsstrahls, nur von einem Düsenkopf, an eine Detrituslage in der Umkehrung der Abwasserleitung bei einem flachen Winkel aus einer Position, so daß der Strahl auf den Detritus in einem Bereich unterhalb der Oberseite der Lage auftrifft.