DE3939420A1 - Verfahren und vorrichtung zum schneiden widerstandsfaehiger werkstoffe mit einem wasserstrahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Schneiden widerstandsfähiger Werkstoffe mit ei­ nem mittels einer Austrittsdüse gebildeten Wasserstrahl, der ein Schleifmittel enthält, bei dem eine Schleifmit­ telsuspension bei geringem Druck hergestellt und einen höheren Druck aufweisendem Wasser zugesetzt wird.

Die Anwendung des Brennschneideverfahrens ist im Bereich der Erdöl- und Erdgas verarbeitenden Industrie meist mit weitreichenden Sicherheitsvorkehrungen verbunden. Dar­ über hinaus kommt es durch die Hitzeeinwirkung zu Mate­ rialverformungen, die zu kostenintensiven Arbeitsvorbe­ reitungen zwingen, wenn z. B. Stahlplatten und -rohre anschließend weiterverarbeitet werden sollen. Um diese Nachteile zu vermeiden, werden Schneidsysteme verwendet, deren Schneidmittel aus einem komprimierten Wasserstrahl besteht, dem Schleifmittel zugesetzt sind. Bei einem be­ kannten Verfahren wird eine Schleifmittelsuspension un­ ter geringem Druck hergestellt und in einer einen Was­ serstrahl bildenden Austrittsdüse mit Wasser, das einen höheren Druck aufweist, vermischt. Mit diesem Verfahren ist es nicht möglich, gleichmäßige Schnitte durchzufüh­ ren. Darüber hinaus ist es erforderlich, zwei Schläuche zur Austrittsdüse zu führen, wodurch das Arbeiten er­ schwert wird. Nach einem anderen bekannten Verfahren, das in der PCT-Anmeldung PCT/GB 86/00 613 (WO 87/02 290) beschrieben ist, wird das Gemisch aus Schleifmittel und Wasser in einem Behälter unter hohem Druck hergestellt und über eine Schlauchleitung zur Austrittsdüse geführt. Hierdurch werden die vorgenannten Nachteile vermieden.

Nachteilig ist jedoch, daß die Teile des Behälters, die mit dem austretenden Schneidmittel in Berührung kommen, einem hohen Verschleiß unterliegen. Darüber hinaus haben Versuche gezeigt, daß die Schneidleistung schlechter wird, wenn die Verbindungsleitung zwischen dem Behälter und der Austrittsdüse länger als ca. 150 m ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, auch bei großen Ab­ ständen zwischen dem Behälter, in dem die Schleifmittel­ suspension hergestellt wird, und der Austrittsdüse eine gute Schneidleistung zu erreichen und zugleich den Mate­ rialverschleiß zu verringern.

Es wurde überraschend gefunden, daß die Aufgabe dadurch gelöst wird, daß das Mischen der unter geringem Druck hergestellten Schleifmittelsuspension mit dem Wasser vor dem Eintritt in die Austrittsdüse erfolgt. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ver­ wirklicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Behälter, der die Schleifmittelsuspension enthält, über eine Leitung, die einen Durchflußregler aufweist, mit der Wasserpumpe und der Austritt des Behälters über eine Leitung mit dem Schlauch an einer Stelle verbunden ist, die entfernt von der Austrittsdüse liegt. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unter­ ansprüchen 5 bis 8 enthalten.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil liegt zum einen darin, daß gleichmäßige Schnitte durchgeführt werden können. Die Schnittkanten sind ohne vorherige Entgratung oder Schweißvorbereitung zum Schweißen geeignet. Es ist möglich, mehrere (verschiedene) Werkstoffe mit einem Durchgang zu schneiden. Zum anderen hat der geringe Druck in dem Suspensionsmittelbehälter zur Folge, daß dieser kostengünstig hergestellt werden kann und die Teile, die mit der austretenden Schleifmittelsuspension in Berührung kommen, nur einem geringen Abrieb ausge­ setzt sind. Selbst wenn der Abstand der Austrittsdüse von dem Schleifmittelsuspensionsbehälter mehrere hundert Meter beträgt, wird die Schneidleistung nicht beein­ trächtigt. Durch die Möglichkeit, die Schneidbewegungen der Austrittsdüse fernzusteuern, ist ein Arbeiten in Be­ reichen, in denen Feuer- oder Explosionsgefahr besteht, ohne Gefährdung von Menschen möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildungen beispielhaft erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine weitere Vorrichtung nach dem Stand der Technik und

Fig. 3 die Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Bei der bekannten Vorrichtung gemäß Fig. 1 wird Wasser über eine Leitung 1 zu einer Pumpe 2 und von dort unter hohem Druck durch einen Schlauch 3 zu einer Austrittsdü­ se 4 geführt. Die Vorrichtung weist weiterhin einen Kom­ pressor 5 auf, der mit einem Behälter 6 verbunden ist, in dem unter geringem Druck eine Suspension aus Schleif­ mittel und aus der Leitung 7 stammendem Wasser herge­ stellt wird. Der Behälter 6 ist über einen Schlauch 8 mit der Austrittsdüse 4 verbunden. Während des Betriebes der Vorrichtung wird das unter hohem Druck stehende Was­ ser in der Austrittsdüse 4 mit der Schleifmittelsuspen­ sion vermischt. Hierbei findet unmittelbar vor Austritt des Wassers aus der Austrittsdüse ein Druckabfall statt, wodurch die Leistung der Schneidvorrichtung beeinträch­ tigt wird. Bei der weiteren bekannten Vorrichtung gemäß Fig. 2 wird Wasser über eine Leitung 9 einer Pumpe 10 zugeführt, die über eine Leitung 11 mit einem Hochdruck­ behälter 12 verbunden ist, in dem unter hohem Druck das Schneidmittel aus Schleifmittel und Wasser hergestellt wird. Das aus dem Behälter 12 austretende Schneidmittel wird über einen Schlauch 13 einer Austrittsdüse 14 zuge­ führt. Über eine Bypassleitung 15, die einen Durchfluß­ regler 16 aufweist, ist es möglich, die Konzentration des Schleifmittels im Schneidmittel zu beeinflussen. Da das Schneidmittel mit hohem Druck aus dem Behälter 12 austritt, sind alle Teile, die mit dem Schneidmittel­ strom in Berührung kommen, einer hohen Abnutzung ausge­ setzt. Es ist deshalb erforderlich, diese Teile häufig auszuwechseln oder sie aus teuren, widerstandsfähigen Materialien herzustellen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einer Wasserpumpe 16, die über eine Leitung (Schlauch) 17 mit einer Austrittsdüse 18 verbunden ist. Von der Leitung 17 zweigt eine Leitung 19 ab, die einen Durchflußregler 20 aufweist. Die Leitung 19 ist mit zwei das Schleifmittel enthaltenden Behältern 21 verbunden. Der Wasserzutritt in die Behälter kann durch Absperrventile 22 geregelt werden. Die Behälter 21 sind über Leitungen 23, die ebenfalls Absperrventile 24 aufweisen, mit der Leitung 17 verbunden. Die Verbindungsstellen können mehrere hun­ dert Meter von der Austrittsdüse 14 entfernt sein. Über eine Steuereinrichtung 25, die über eine Leitung 26 mit einer Vorschubeinrichtung 27, auf der die Austrittsdüse 18 angeordnet ist, kann ein Werkstück 28 ferngesteuert geschnitten werden. Der Vorschub und die Steuerung er­ folgen insbesondere dann hydraulisch, wenn in Bereichen gearbeitet wird, in denen Feuer- oder Explosionsgefahr besteht.

Beim Betrieb der Vorrichtung wird Wasser von der Pumpe 16 unter hohem Druck, 60-320 bar, über die Leitung 17 zur Austrittsdüse 18 transportiert. Dem mit Schleifmit­ tel gefüllten Behältern 21 wird abwechselnd Wasser über die Leitung 19 zugeführt. Vorteilhaft wird der Wasser­ durchfluß über den Durchflußregler 20 so eingestellt, daß der Druck in dem Behälter 21 1/10 des Drucks be­ trägt, der in der Leitung 17 herrscht. Durch die Leitung 23 wird aus dem jeweils in Betrieb befindlichen Behälter 21 die Schleifmittelsuspension durch das durch die Lei­ tung 17 strömende Wasser angesogen und in der Leitung verwirbelt, bevor es zur Austrittsdüse 18 gelangt. Mit der Vorrichtung ist es möglich, sowohl über als auch un­ ter Wasser zu schneiden.

Als Schleifmittel können bekannte Mittel wie Kupfer­ schlacke, Sand, Granat, Aluminiumsilikat, Olivin oder Tonerdeschmelzzement verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur zum Schnei­ den von Materialien geeignet. Bei Wahl einer Austritts­ düse mit einem größeren Durchmesser kann es auch zur Reinigung einer Oberfläche verwendet werden. Auch für diesen Zweck ist eine Verwendung im Unterwasserbereich möglich.

Claims (8)

1. Verfahren zum Schneiden widerstandsfähiger Werkstoffe mit einem mittels einer Austrittsdüse gebildeten Was­ serstrahl, der ein Schleifmittel enthält, bei dem ei­ ne Schleifmittelsuspension bei geringem Druck herge­ stellt und einen höheren Druck aufweisendem Wasser zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Mi­ schen der Schleifmittelsuspension mit dem Wasser vor dem Eintritt in die Austrittsdüse erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Wassers 60 bis 320 bar beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck, bei dem die Schleifmittel­ suspension hergestellt wird, 1/10 desjenigen des Was­ sers beträgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Wasserpumpe, die über eine Leitung mit einer einen Wasserstrahl bil­ denden Austrittsdüse verbunden ist, einem Behälter zur Herstellung einer Suspension aus Schleifmittel und Wasser, in dem ein geringerer Druck herrscht als in der Leitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Be­ hälter (21) über eine Leitung (19), die einen Durch­ flußregler (20) aufweist, mit der Wasserpumpe (16) und der Austritt des Behälters (21) über eine Leitung (23) mit der Leitung (17) an einer Stelle verbunden ist, die entfernt von der Austrittsdüse (18) liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei oder mehr Behälter (21) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schleifmittel Kupferschlacke, Sand, Granat, Aluminiumsilikat, Olivin oder Tonerdeschmelz­ zement verwendet werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bewegungen der Aus­ trittsdüse (18) zum Schneiden des Werkstoffes fern­ steuerbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fernsteuerung hydraulisch erfolgt.