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Aus mindestens einer Tauchglocke bestehender Schwimmer, insbesondere
für Schiffshebewerke Die Erfindung betrifft Schwimmer, insbesondere für Schiffshebewerke,
die aus mindestens einer Tauchglocke bestehen.
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Während man bisher die Schwimmer für Schiffshebewerke als geschlossene
und dementsprechend allseitig druckfeste Hohlkörper baute, werden derartige Schwimmer
in einer neuartigen Ausbildungsform als unten offene Tauchglocken ausgebildet, die
mit Luft gefüllt sind und durch Fortfall des druckfesten Unterteiles leichter sind.
Um die Druckdifferenz zwischen Innen- und Außenseite der Glocke gering zu halten
und um gänzlichen Verlust des Auftriebes bei Leckwerden an einer Stelle zu vermeiden,
ist auch schon vorgeschlagen worden, jeden Schwimmer aus mehreren übereinander angeordneten
Tauchglocken aufzubauen. Wenn ein derartiger Schwimmer tiefer in das Wasser abgesenkt
wird, dringt mit zunehmendem Druck das Wasser von unten in die Tauchglocke ein und
drückt die Luft zusammen. Durch diese Verringerung des Luftvolumens wird der Auftrieb
entsprechend verringert. Soll, wie z. B. bei Schiffshebewerken, der Auftrieb konstant
gehalten werden, so kann der durch Zusammendrückung der Luft entstehende Auftriebsverlust
ausgeglichen werden, beispielsweise durch einen die Wasseroberfläche überragenden
Teil entsprechenden Querschnittes der obersten Tauchglocke. Dadurch wird erreicht,
daß im Ruhezustand der Auftrieb unabhängig von der Tiefenlage des Schwimmers stets
gleich groß ist und so beispielsweise bei einem Schiffshebewerk stets Gleichgewicht
zwischen dem Auftrieb der Schwimmer und dem Gewicht des Troges herrscht. Dieses
Gleichgewicht wird während und kurz nach einer Tiefenänderung dadurch gestört, daß
bei der Verdichtung der Luft diese erhitzt wird und durch die erhöhte Temperatur
einen größeren Raum einnimmt, als sie nach der gleichen Druckerhöhung einnehmen
würde, wenn die Temperatur konstant geblieben wäre. Durch dieses vergrößerte Luftvolumen
ist der Auftrieb vergrößert, und die Differenz zwischen Auftrieb und Troggewicht
muß durch den Trogantrieb aufgenommen werden. Solange eine Temperaturdifferenz zwischen
Luft und Umgebungswasser herrscht, fließt die Verdichtungswärme der Luft durch die
Tauchglocke und die Wasseroberfläche in das Wasser ab, bis die Ausgangstemperatur
erreicht und so das Gleichgewicht wiederhergestellt ist. Beim Hochfahren des Troges
tritt die umgekehrte Wirkung ein; die Luft dehnt sich aus und kühlt sich dabei ab,
so daß das Luftvolumen zunächst kleiner bleibt und deshalb der Auftrieb nicht ausreicht,
das Troggewicht zu tragen. Auch in diesem Falle muß die Differenzkraft vom Antrieb
des Troges aufgebracht werden, bis die Lufttemperatur ihren Sollwert erreicht hat.
Nach einiger Zeit in der Ruhelage wird die Lufttemperatur gleich der Wassertemperatur
und so das Gleichgewicht wiederhergestellt sein.
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Erfindungsgemäß wird dieser Nachteil bei einem aus mindestens einer
Tauchglocke bestehenden Schwimmer dadurch vermieden, daß im Inneren der Tauchglocke
oder der Tauchglocken Wärmeaustauscher vorgesehen sind, die bei durch Tiefenänderung
des Schwimmers bedingter Druckänderung im Inneren des Schwimmers von Wasser aus
der Umgebung des Schwimmers durchströmt werden. Durch diese Wärmeaustauscher wird
die bei der Verdichtung der im Inneren des Schwimmers befindlichen Luft bzw. des
dort befindlichen sonstigen Gases entstehende Verdichtungswärme abgeführt bzw. durch
das Wasser der Luft bzw. dem Gas Wärme zugeführt, so daß deren bzw. dessen Temperatur
immer annähernd gleich der Temperatur des Wassers bleibt. Die größte Temperaturdifferenz
zwischen Luft bzw. Gas und Umgebungswasser wird um so geringer, je günstiger die
Wärmeübergangsflächen zwischen Wasser und Wand einerseits und Wand und Luft andererseits
sind und je mehr Wasser durch den Wärmeaustauscher fließt.
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Das die Wärmeaustauscher durchfließende Wasser kann durch Antriebsmittel,
Pumpen od. dgl. so lange durch die Wärmeaustauscher gedrückt werden, als das im
Hinblick auf den erstrebten Wärmeausgleich erforderlich ist.
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Gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung werden bei Schwimmern,
die aus mehreren übereinander angeordneten Tauchglocken bestehen, derartige Pumpen
dadurch entbehrlich, daß die Wärmeaustauscher der einzelnen Tauchglocken mit jeweils
einem Anschlußrohr in das unter der betreffenden Tauchglocke befindliche Wasser
eintauchen und der jeweils andere
Anschluß mit jeweils einem oben
offenen, den Wasserspiegel der darüber befindlichen Tauchglocke in jeder Lage des
Schwimmers durchdringenden Speichergefäß verbunden ist. Das Speichergefäß für die
oberste Tauchglocke durchdringt die freie Oberfläche des Schachtwassers.
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Da der Wärmeaustausch um so besser erfolgt, je mehr Wasser den Wärmeaustauscher
durchströmt, wird man den Querschnitt des Speichergefäßes so groß wie möglich machen,
da das den Wärmeaustauscher durchströmende Wasservolumen durch den Querschnitt des
Gefäßes und die durch die Druckänderung gegebene Wasserspiegelverschiehung gegeben
ist. Im Extremfall kann das Gefäß den gesamten Querschnitt der Tauchglocke einnehmen.
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Gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung werden deshalb die übereinander
angeordneten Tauchglocken mit Ausnahme der untersten unten abgeschlossen und die
jeweils tiefsten Punkte ihrer Innenräume über die Wärmeaustauscher der jeweils darunterliegenden
Tauchglocke mit dem Wasserraum verbunden. Bei Zunahme des Wasserdruckes strömt also
das Wasser durch den durch die Wand einer Tauchglocke führenden Anschluß eines Wärmeaustauschers
und durch diesen selbst in die darüber befindliche Tauchglocke und drückt dort die
Luft zusammen. Der Druck auf die untere Abschlußfläche einer Tauchglocke kann also
nicht größer werden, als dem Durchströmungswiderstand des Barunterliegenden Wärmeaustauschers
bei der geringen Absenk-bzw. Steiggeschwindigkeit entspricht. Zweckmäßigerweise
wird man die einzelnen Tauchglocken bei dieser Bauform zu einem außen glatten Zylinder
zusammenfügen.
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Zur Verbesserung des Wärmeüberganges können die Wärmeaustauscher in
an sich bekannter Weise mit Rippen versehen sein.
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Zweckmäßigerweise werden die Wärmeaustauscher im Mittelteil der Tauchglocke
angeordnet, da über die Wände ohnehin ein Wärmeaustausch erfolgt.
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Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
einen aus drei übereinander angeordneten Tauchglocken 1, 2 und 3 bestehenden Schwimmer,
der vertikal in dem mit Wasser gefüllten Schacht 4 verschiebbar ist. Die einzelnen
Tauchglocken 1, 2 und 3 sind auf der Unterseite offen und jeweils durch Streben
5 auf der jeweils darunter befindlichen Tauchglocke abgestützt, so daß zwischen
jeweils zwei Tauchglocken ein Spalt6 verbleibt, durch den Wasser aus dem Schacht
4 von unten in die Tauchglocken 1 bzw. 2 eindringen kann. Die oberste Tauchglocke
1 ist über eine Säule 7 mit dem nicht gezeichneten Trog des Schiffshebewerks, dessen
Gewicht durch den aus den Tauchglocken bestehenden Schwimmer ausgeglichen werden
soll, verbunden. Im Inneren jeder der Tauchglocken 1, 2 und 3 befindet sich ein
Wärmeaustauscher 8, dessen unterer Anschluß als Steigrohr 9 ausgebildet ist, das
in jeder Lage des Schwimmers in das von unten in die Tauchglocke 1, 2 oder 3 eindringende
Wasser eintaucht. Der jeweils andere Anschluß dieses Wärmeaustauschers 8 ist mit
einem Speichergefäß 10 bzw. 11 verbunden, das über der den betreffenden Wärmeaustauscher8
enthaltenden Tauchglocke 1, 2 oder 3 derart angeordnet ist, daß es in jeder Tiefenlage
des aus den Tauchglocken 1, 2 oder 3 bestehenden Schwimmers den Wasserspiegel durchdringt.
Wenn der aus den Tauchglocken 1, 2 und 3 bestehende Schwimmer aus seiner höchsten
Lage um die Strecke d in seine tiefste Lage abgesenkt wird, 'wird infolge der Zunahme
des Wasserdruckes die Luft in den einzelnen Tauchglocken 1, 2 und 3 so zusammengedrückt,
daß der Wasserspiegel innerhalb der Tauchglocken relativ zu diesen um die Strecken
dl, d2 und d3 steigt. Da das Wasser in den Speichergefäßen 10 über die Wärmeaustauscher
8 und die Steigrohre 9 mit dem im Schacht 4 befindlichen Wasser verbunden ist, befindet
sich der Wasserspiegel in den Speichergefäßen 10 in der Ruhelage stets in gleicher
Höhe wie der Wasserspiegel in den Tauchglocken. Dadurch wird bewirkt, daß bei einer
vertikalen Verschiebung des Schwimmers die Wärmeaustauscher 8 von Wasser durchströmt
werden, das den Ausgleich des Wasserstandes in den Speichergefäßen 10 mit dem Wasserstand
in den Tauchglocken 1 bzw. 2 herbeiführt. Oberhalb der obersten Tauchglocke 1 ist
ein Speichergefäß 11 angeordnet, das die freie Oberfläche des im Schacht 4 befindlichen
Wassers durchdringt und in dem sich der Wasserstand entsprechend der freien Oberfläche
des Wassers im Schacht 4 einstellt. Ein Teil der Wärmeaustauscher 8 ist mit Rippen
12 versehen.