Title:
Hochdruck-Rotordüse
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Eine Hochdruck-Rotordüse, mit einem einen Kanal (3) zur Zuführung einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit aufweisenden Grundkörper (1), einem dazu durch ein hydraulisch erzeugtes Drehmoment rotierend antreibbaren Düsenhalter (2), der mindestens eine, mit dem Kanal (3) flüssigkeitsoffen in Verbindung stehende, in Funktion einen axialen Rückstoß bewirkende Düse (4, 5) aufweist, wobei zwischen dem Grundkörper (1) und dem dazu rückstoßabhängig axial verschiebbaren Düsenhalter (2) eine in Funktion ein hydraulisches Axiallager bildende Leckagekammer (11) vorgesehen ist, der mit einer Leckageflüssigkeit führenden ersten Spaltdichtung (6) zwischen dem Grundkörper (1) und dem Düsenhalter (2) in Verbindung steht, ist so ausgebildet, dass die Leckagekammer (11) in mindestens einen den Düsenhalter (2) in einem axialen Teilbereich umfänglich umschließenden, in seiner axialen Erstreckung entsprechend dem Verschiebeweg des Düsenhalters (2) sich verändernden Drosselspalt (12) übergeht, wobei der Drosselspalt (12) über seine axiale Länge in seiner Höhe gleichbleibend ist.





Inventors:
Nölle, René (59302, Oelde, DE)
Application Number:
DE102016106376A
Publication Date:
10/12/2017
Filing Date:
04/07/2016
Assignee:
Hammelmann GmbH, 59302 (DE)
International Classes:
B05B3/06; B05B3/00; B05B3/02
Domestic Patent References:
DE202008002597U1N/A2008-04-30
Foreign References:
201101086362011-05-12
51411581992-08-25
84346962013-05-07
48219611989-04-18
Attorney, Agent or Firm:
Patent- und Rechtsanwälte Loesenbeck, Specht, Dantz, 33602, Bielefeld, DE
Claims:
1. Hochdruck-Rotordüse, mit einem einen Kanal (3) zur Zuführung einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit aufweisenden Grundkörper (1), einem dazu durch ein hydraulisch erzeugtes Drehmoment rotierend antreibbaren Düsenhalter (2), der mindestens eine, mit dem Kanal (3) flüssigkeitsoffen in Verbindung stehende, in Funktion einen axialen Rückstoß bewirkende Düse (4, 5) aufweist, wobei zwischen dem Grundkörper (1) und dem dazu rückstoßabhängig axial verschiebbaren Düsenhalter (2) eine in Funktion ein hydraulisches Axiallager bildende Leckagekammer (11) vorgesehen ist, der mit einer Leckageflüssigkeit führenden ersten Spaltdichtung (6) zwischen dem Grundkörper (1) und dem Düsenhalter (2) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagekammer (11) in mindestens einen den Düsenhalter (2) in einem axialen Teilbereich umfänglich umschließenden, in seiner axialen Erstreckung entsprechend dem Verschiebeweg des Düsenhalters (2) sich verändernden Drosselspalt (12) übergeht, wobei der Drosselspalt (12) über seine axiale Länge in seiner Höhe gleichbleibend ist.

2. Hochdruck-Rotordüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselspalt (12) zur Atmosphäre hin offen ist.

3. Hochdruck-Rotordüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselspalt (12) zwischen dem Grundkörper (1) und dem Düsenhalter (2) gebildet ist.

4. Hochdruck-Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselspalt (12) achsparallel zum Kanal (3) verläuft.

5. Hochdruck-Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter (2) eine dessen Drehzahl reduzierende Bremseinrichtung, vorzugsweise eine Fluidbremse (13) oder eine Magnetbremse (13´) aufweist.

6. Hochdruck-Rotordüse nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter (2) einen konzentrischen Ringspalt (10) aufweist, der die durchmesserkleinere Spaltdichtung (7) in axialer Richtung zumindest teilweise überdeckt.

7. Hochdruck-Rotordüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (10) einerseits mit dem Kanal (3) und andererseits mit mindestens einer Düse (4) flüssigkeitsoffen in Verbindung steht.

8. Hochdruck-Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (10) über mindestens einen Zuführkanal (9) mit dem Kanal (3) verbunden ist.

9. Hochdruck-Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter (2) eine Trägerhülse (14) sowie eine diese umfänglich umschließende und damit verbundene Außenhülse (19) aufweist, wobei der Ringkanal (10) durch die äußere Mantelfläche der Trägerhülse (14) und die innere Mantelfläche der Außenhülse (19) begrenzt ist.

10. Hochdruck-Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) und die mindestens eine Düse (4, 5) in der Trägerhülse (14) angeordnet sind.

11. Hochdruck-Rotordüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten, die Spaltdichtungen (6, 7) begrenzenden Mantelflächen des Düsenhalters (2) und des Grundkörpers (1) zylindrisch sind.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Rotordüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Hochdruck-Rotordüse findet beispielsweise zum Abtrag festhaftender Verschmutzungen an Oberflächen, insbesondere an Innen- und Außenflächen von Rohren, Behältern oder dergleichen Verwendung, mit einem Fluiddruck bis 4000 bar.

Die Hochdruck-Rotordüse weist einen um eine Achse drehbar gelagerten Düsenhalter auf, der durch den Rückstoß des aus Düsen des Düsenhalters austretenden Druckwassers antreibbar ist.

Der Düsenhalter ist in einem Grundkörper gelagert, der zur Zuführung des unter Druck stehenden Fluids einen zentralen, axial ausgerichteten Kanal aufweist, der mit den Düsen in Verbindung steht.

Zwischen dem Grundkörper und dem Düsenhalter sind mehrere Spaltdichtungen angeordnet, sowie eine Leckagekammer, die ein Axiallager bildet zur Aufnahme von beim Betrieb der Rotordüse auftretenden Rückstoßkräften, wobei sowohl die Spaltdichtungen wie auch die Leckagekammer mit Leckagewasser gespeist werden und die Leckagekammer über eine Leckageabfuhr mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Eine solche Rotordüse ist in der US 8 434 696 B2 offenbart. Dabei ist zumindest eine der Spaltdichtungen zwischen dem Düsenhalter und dem Grundkörper entgegen der Richtung der Rückstoßkraft sich verjüngend konisch ausgebildet, so dass sich die Höhe der Spaltdichtung mit zunehmender Rückstoßkraft vergrößert, was zu einem erhöhten Leckagevolumen und damit zu Leistungsverlusten bis zu, wie sich gezeigt hat, 50 % führt, mit der Folge einer im Verhältnis zur aufgebrachten Energie entsprechend reduzierten Reinigungseffizienz.

Für einen Ausgleich der wirksamen Rückstoßkraft sind drei Spaltdichtungen vorgesehen, von denen zwei durch vom Kanal ausgehende Leckagebohrungen getrennt sind und eine dritte, durch die Leckagekammer von den beiden anderen getrennte, gleichfalls zwischen dem Düsenhalter und dem Grundkörper vorgesehen ist. Dabei sind diese Spaltdichtungen dem Hochdruckbereich zugeordnet.

Dies betrifft gleichermaßen eine aus der US 4 821 961 bekannte Rotordüse, bei der die Leckagekammer in einen radial ausgerichteten Niederdruckspalt übergeht, dessen Höhe, je nach rückstoßbedingter axialer Bewegung des Düsenhalters, sich gleichfalls verändert, wobei sich ein Leckageaustritt proportional zur dritten Potenz der Höhe des Niederdruckspalts ergibt. Dies bewirkt einen instabilen Ausgleich der Rückstoßkräfte, so dass auch diese Rotordüse nicht geeignet ist, den gestellten Anforderungen in dem gewünschten Umfang zu entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Rotordüse der gattungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, dass ihre Funktionsfähigkeit verbessert und ihr Wirkungsgrad erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Hochdruck-Rotordüse gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 6 aufweist.

Durch den sich an die Leckagekammer anschließenden Drosselspalt, der erfindungsgemäß einen Teilbereich des Düsenhalters umfänglich mit Spaltabstand umschließt, bleibt der Volumenstrom der Hochdruck-Leckage, die über die Spaltdichtung der Leckagekammer zugeführt wird, unabhängig von der axialen Position des rotierenden Düsenhalters unverändert.

Dabei bildet der Drosselspalt einen Niederdruckbereich, beispielsweise mit einem Druck von ca. 20 bar, wobei ein Kraftausgleich, je nach Fluiddruck, durch eine sich selbst einstellende Länge des Drosselspaltes erfolgt.

Bevorzugt weist der Drosselspalt, unabhängig von seiner Länge, eine gleichbleibende Höhe auf, wozu der Grundkörper, ebenso wie der Düsenhalter, die gemeinsam den Drosselspalt radial begrenzen, einander zugewandte zylindrische Mantelflächen aufweisen, und zwar der Grundkörper eine innere und der Düsenhalter eine äußere Mantelfläche.

Durch die axial wirkende Rückstoßkraft des aus den Düsen austretenden Fluids wird der Düsenhalter axial in Richtung der Leckagekammer verschoben, deren beinhaltete Leckageflüssigkeit praktisch ein Widerlager bildet und der Rückstoßkraft entgegenwirkt.

Durch den Drosselspalt bildet sich in der Leckagekammer ein Druck aus, der sich ergibt aus der durch die zugeordnete Spaltdichtung in die Leckagekammer einfließenden Leckage und der Spalthöhe des Drosselspaltes und linear abhängig ist von der erwähnten veränderbaren Länge des Drosselspaltes, was ein stabiles Einstellverhalten des Drucks gewährleistet. Dabei ist der Volumenstrom der der Spaltdichtung entweichenden Hochdruck-Leckage nahezu unabhängig von der Verschiebeposition des Düsenhalters.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist in der Leckagekammer eine Bremseinrichtung angeordnet, die Bestandteil des Düsenhalters ist und die ähnlich einer Schiffsschraube als Fluidbremse oder alternativ als Magnetbremse ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Drehzahlreduzierung des Düsenhalters erreicht, was zu einer Erhöhung der Verweilzeit des aus den Düsen austretenden Fluidstrahls und damit einer Verbesserung der Reinigungseffizienz führt.

Alternativ zu der im Anspruch 1 definierten Lösung der gestellten Aufgabe weist eine Hochdruck-Rotordüse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Außenhülse auf, die in ihrer axialen Erstreckung so bemessen ist, dass sie die den Düsen zugeordnete Spaltdichtung zumindest weitgehend überdeckt, wobei ein umfänglicher Ringspalt gebildet ist, der mit dem das Fluid zuführenden Kanal ebenso flüssigkeitsoffen in Verbindung steht wie mit den Düsen. D.h., das unter Hochdruck stehende Fluid wird durch den Ringspalt zu den Düsen geführt, wobei die Zuführung des Fluids zum dem Ringspalt bzw. vom Ringspalt zu den Düsen durch eingebrachte Zuführkanäle erfolgt.

Der im Ringspalt wirksame Druck wirkt dem Innendruck des in der zugeordneten Spaltdichtung geführten Fluids entgegen, so dass die Spaltdichtung in ihrem Abmaß unverändert bleibt, d.h. nicht aufgeweitet wird, wodurch ein Anstieg des Leckageaustritts wirksam verhindert wird.

Diese konstruktive Ausgestaltung bietet überdies fertigungstechnische Vorteile, da vor allem auf das Einbringen von im Verhältnis zum Durchmesser relativ lange Bohrungen verzichtet werden kann, woraus sich naturgemäß eine deutliche Kostenersparnis ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

1 bis 3 jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruck-Rotordüse in einem Längsschnitt.

In der 1 ist eine Hochdruck-Rotordüse abgebildet, die im einfachsten Fall seitlich austretende Radialdüsen 5 aufweist und optional eine Axialdüse 20.

Im Grundaufbau besteht die Rotordüse aus einem Grundkörper 1 sowie einem darin drehbar gelagerten Düsenhalter 2, der mittels der darin gehaltenen Radialdüsen 5 antreibbar ist.

In den Grundkörper 1 ist ein axial sich erstreckender zentrischer Kanal 3 eingebracht, der von einem Anschluss 17 ausgeht und gegenüberliegend in die fest stehende, im Grundkörper 1 gehaltene Axialdüse 20 mündet.

Über den Anschluss 17 wird unter hohem Druck (500–4000 bar) stehende Flüssigkeit in den Kanal 3 geführt, der Querbohrungen 8 aufweist, über die die Flüssigkeit in eine umfängliche Tasche 15 zwischen dem Grundkörper 1 und dem Düsenhalter 2 zu den Radialdüsen 5 geführt wird, die im Übrigen schräg zur Drehachse des Düsenhalters 2 zur Axialdüse 20 hin geneigt verlaufen.

In dem dem Anschluss 17 zugewandten Bereich zwischen dem Grundkörper 1 und dem Düsenhalter 2, ausgehend von der Tasche 15, ist eine erste Spaltdichtung 6 ausgebildet, über die Leckagewasser in eine Leckagekammer 11 führbar ist, während der gegenüberliegende, sich an die Tasche 15 anschließende, der Axialdüse 20 zugeordnete Bereich als zweite Spaltdichtung 7 ausgebildet ist, wobei beide Spaltdichtungen 6, 7 eine Hochdruck-Spaltdichtung bilden. Die Anordnung des Anschlusses 17 ist beispielhaft zu sehen. Denkbar ist auch eine Positionierung in jedem anderen geeigneten Bereich, bspw. an der gegenüberliegenden Seite.

Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 geht die Leckagekammer 11, die in Funktion ein Axiallager bildet, gefüllt mit dem durch die erste Spaltdichtung 6 eintretenden Fluids in mindestens einen, den Düsenhalter 2 in einem Teilbereich umfänglich umschließenden, achsparallel zum Kanal 3 verlaufenden Drosselspalt 12 über, der zur Atmosphäre hin offen ist, wobei der Fluiddruck durch den Drosselspalt 12 stark reduziert wird.

In Funktion wird durch den Drosselspalt 12 in der Leckagekammer 11 ein Druck erzeugt, der abhängig ist von der durch die erste Spaltdichtung 6 in die Leckagekammer 11 eindringende Leckagemenge, der gleichbleibenden Höhe des Drosselspalts 12 sowie von dessen variabler Länge.

Der in der Leckagekammer 11 in Funktion aufgebaute Druck wirkt als Kraft gegen den durch Rückstoßkräfte axial verschiebbaren Düsenhalter 2 und drückt diesen in eine zum Anschluss 17 entgegengesetzte Richtung. Je weiter sich dabei der Düsenhalter 2 bewegt, desto kürzer wird die Länge des Drosselspaltes 12, was wiederum den Druck in der Leckagekammer 11 senkt und damit die auf den Düsenhalter 2 wirkende Kraft reduziert. Dadurch erfolgt eine automatische Positionierung des Düsenhalters 2 in axialer Richtung, bis die Rückstoßkraft der Düsen 5 und der in der Leckagekammer 11 herrschende Leckagedruck im Gleichgewicht sind. Der Düsenhalter 2 rotiert dann als reibungsarmes Axiallager berührungslos auf dem in der Leckagekammer 11 gebildeten Wasserpolster.

Funktionsgleich stellt sich auch die Hochdruck-Rotordüse bei dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dar.

Hierbei besteht der Düsenhalter 2 aus einer inneren Trägerhülse 14 und einer Außenhülse 19, zwischen denen im Überdeckungsbereich der zweiten Spaltdichtung 7 ein Ringspalt 10 ausgebildet ist, der über Zuführkanäle 9 mit der Tasche 15 flüssigkeitsoffen in Verbindung steht.

Am gegenüberliegenden Ende des Ringspalts 10 sind im Düsenhalter 2 zu dessen Drehachse geneigt verlaufend Frontaldüsen 4 vorgesehen, über die das durch den Ringspalt 10 geleitete Fluid unter hohem Druck austritt, ebenso wie aus den Radialdüsen 5, die ebenfalls mit der Tasche 15 in Verbindung stehen und die gleichzeitig aufgrund der Rückstoßkräfte eine Rotation des Düsenhalters 2 bewirken.

Da das Leckagefluid in der zweiten Spaltdichtung 7 in etwa unter gleichem Druck steht wie das im Ringspalt 10 geführte Fluid, wird ein Gegendruck wirksam, durch den ein Aufweiten der Spaltdichtung 7 wirksam verhindert wird.

Im Bereich der Leckagekammer 11 ist eine Bremseinrichtung in Form einer Fluidbremse 13 angeordnet, die Bestandteil des Düsenhalters 2 ist und die der Drehzahlsenkung des rotierenden Düsenhalters 2 dient, um so eine effizientere Reinigungswirkung zu erreichen.

Im Übrigen weist der Grundkörper 1 zur Ausbildung des Drosselspalts 12 ein umfängliches Mantelteil 16 auf, das Bestandteil des Grundkörpers 1 ist und dessen innere Mantelfläche teilweise eine äußere Begrenzung des Drosselspalts 12 sowie der Leckagekammer 11 bildet.

Ein weiteres Beispiel der Erfindung ist in der 3 abgebildet, bei der allerdings lediglich Radialdüsen 5 zum Einsatz kommen, während frontseitig ein Axiallager 18 zur Abstützung der Außenhülse 19 vorgesehen ist.

Bei dieser Ausführungsvariante kann zur Drehzahlreduzierung des Düsenhalters 2 anstelle einer Fluidbremse 13 eine Magnetbremse 13´ vorgesehen sein, die lediglich zur Verdeutlichung dargestellt ist.

Bezugszeichenliste

1
Grundkörper
2
Düsenhalter
3
Kanal
4
Frontaldüse
5
Radialdüse
6
erste Spaltdichtung
7
zweite Spaltdichtung
8
Querbohrung
9
Zuführkanal
10
Ringspalt
11
Leckagekammer
12
Drosselspalt
13
Fluidbremse
13´
Magnetbremse
14
Trägerhülse
15
Tasche
16
Mantelteil
17
Anschluss
18
Axiallager
19
Außenhülse
20
Axialdüse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • US 8434696 B2 [0006]
  • US 4821961 [0008]