DE102008009669A1 - Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe in einem entlang einer Gefällstrecke angeordneten Leitungssystem sowie Komponenten einer solchen Anlage - Google Patents

Abstract

Eine Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe (S) in einem entlang einer Gefällstrecke angeordneten Leitungssystem (2), in dem die Erzpulpe (S) durch Einwirkung der Schwerkraft fließt, enthält zumindest eine im Leitungssystem (2) angeordnete Generatorstation (8), die als Komponenten dieser Anlage eine von der Erzpulpe (S) angetriebene Strömungsmaschine (11) sowie einen an die Strömungsmaschine (11) gekoppelten Generator (14) zum Erzeugen von elektrischer Energie umfasst.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe in einem entlang einer Gefällstrecke angeordneten Leitungssystem. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Komponenten einer solchen Anlage.
• In vielen Bergbauländern wie Chile und Peru liegen die Anlagen zur Erzgewinnung auf großen Höhen von 2000 m bis 5000 m. In diesen Anlagen wird das Erz nach einer Vorverarbeitung als wässriger Schlamm in Leitungssystemen zu Anlagen weitertransportiert, in denen das aufgeschlämmte Erz, auch Erzpulpe genannt, weiterverarbeitet wird. Bei dieser Vorverarbeitung wird das Erz in der Regel konzentriert. So hat beispielsweise Kupfererz in natürlichen Vorkommen einen Metallgehalt von 0,5% bis 3%. Für den Transport zu den Anlagen zur Weiterverarbeitung, beispielsweise Schmelzanlagen, wird das Kupfererz bei der Vorverarbeitung in Konzentratoranlagen, die sich in der Nähe der Mine befinden, auf Werte von 30% bis 50% konzentriert. Die Anlagen zur Weiterverarbeitung befinden sich in der Regel nicht in der Nähe der Mine sondern entweder im Inland auf Meereshöhe oder im Ausland, so dass das Konzentrat in diesem Fall verschifft und exportiert werden muss. Um das Konzentrat zu den Schmelzanlagen oder zum Hafen zu transportieren werden zunehmend sogenannte „Slurry-Pipelines" verwendet, in denen das für den Transport mit Wasser angereicherte Konzentrat, die Erzpulpe (slurry), von der in großer Höhe befindlichen Mine bis zur Küste fließt. In Chile sind mehr als sechs derartige Slurry-Pipelines in Betrieb, deren Länge im Durchschnitt 170 km beträgt und die einen durchschnittlichen Höhenunterschied von 3000 m mit einer durchschnittlichen Transportkapazität von 2,5 Mio. Tonnen pro Jahr überwinden.
• Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe in einem entlang einer Gefällstrecke angeordneten Leitungssystem anzugeben, die mit hoher Wirtschaftlichkeit arbeitet. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, für den Betrieb einer solchen Anlage geeignete Komponenten anzugeben.
• Hinsichtlich der Anlage wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Gemäß diesen Merkmalen ist die Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe in einem entlang einer Gefällstrecke angeordneten Leitungssystem, in der die Erzpulpe unter Einwirkung der Schwerkraft fließt, mit zumindest einer im Leitungssystem angeordneten Generatorstation mit einer von der Erzpulpe angetriebenen Strömungsmaschine sowie einen an diese gekoppelten Generator zum Erzeugen elektrischer Energie versehen.
• Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass die hohe potentielle Energie der Erzpulpe grundsätzlich auch zum Erzeugen von elektrischer Energie genutzt werden kann, da es möglich ist, auch mit einem zähfließenden wässrigen Schlamm eine Strömungsmaschine anzutreiben. Bislang wird diese hohe potentielle Energie ungenutzt in im Leitungssystem angeordneten Druckabbaueinrichtungen vernichtet.
• Wenn die Strömungsmaschine eine durch die fließende Erzpulpe angetriebene Welle umfasst die getriebelos an einen Generator angeschlossen ist, ist eine Erzeugung von elektrischer Energie mit besonders hohem Wirkungsgrad möglich.
• Wenn das Leitungssystem auf großer Länge einen sehr großen Höhenunterschied überwindet, kann die potentielle Energie der Erzpulpe besonders effektiv ausgenutzt werden, wenn im Leitungssystem eine Mehrzahl voneinander beabstandet in unterschiedlichen Höhen befindlicher Generatorstationen angeordnet sind.
• Der Erfindung liegt demgemäß auch die Aufgabe zu Grunde, als eine Komponente der erfindungsgemäßen Anlage eine zum Antreiben des Generators der Anlage geeignete Strömungsmaschine anzugeben.
• Diese Aufgabe wird mit einer Strömungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Demgemäß weist die Strömungsmaschine ein drehbar um eine Achse gelagertes Gehäuse mit einem Einlass für die Erzpulpe auf, der an einen Auslass einer die Erzpulpe führenden Rohrleitung des Leitungssystems angeschlossen ist und in den zumindest ein bogenförmiges Rohrteil mündet, aus dem die Erzpulpe beabstandet zur Achse ausströmt.
• Dabei weist die Erzpulpe beim Ausströmen eine Strömungsrichtung auf, die in einer senkrecht zur Achse orientierten Ebene eine senkrecht zu dieser Achse orientierte Geschwindigkeitskomponente derart aufweist, dass auf das Gehäuse ein Drehmoment um diese Achse ausgeübt wird. Eine solche Strömungsmaschine wirkt wie eine zentrifugale Radialmaschine und wandelt in besonders effektiver Weise die kinetische Energie der strömenden Erzpulpe in eine Drehbewegung um.
• Wenn der Einlass durch ein Rohr gebildet ist, in das die Rohrleitung mit ihrem auslasssseitigem Ende eingeführt ist, und das Rohr insbesondere zugleich die rotierende Welle bildet, ist ein besonders kompakter Aufbau der Strömungsmaschine ermöglicht.
• Eine besonders wirtschaftliche Bauweise wird erzielt, wenn ein Generatorsystem zum Einsatz gelangt, bei dem die Strömungsmaschine mit dem von ihr angetriebenen Generator eine bauliche Einheit bildet, indem die rotierende Welle der Strömungsmaschine zugleich der Rotor des Generators ist.
• Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das in den Zeichnungen wiedergegebene Ausführungsbeispiel verwiesen. Es zeigen:
• 1 eine Anlage gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,
• 2 eine Generatorstation ebenfalls in einem schematischen Prinzipbild,
• 3 und 4 eine in der Generatorstation verwendete Strömungsmaschine in einer Seitenansicht bzw. einer Draufsicht.
• Gemäß 1 umfasst eine Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe S ein entlang einer Gefällstrecke angeordnetes Leitungssystem 2, in dem die Erzpulpe S von einer im Bereich einer Mine angeordneten Konzentratoranlage 4 zu einer tiefer gelegenen Weiterverarbeitungsanlage 6 transportiert wird. Im Leitungssystem 2 sind in unterschiedlichen Höhen h eine Mehrzahl von Generatorstationen 8 mit einer von der Erzpulpe angetriebenen Strömungsmaschine angeordnet, mit der die potentielle Energie der im Leitungssystem 2 strömenden Erzpulpe S in elektrische Energie umgewandelt wird. Die typische Fallhöhe Δh vor einer solchen Generatorstation 8 beträgt etwa 500 bis 1000 m.
• Der prinzipielle Aufbau einer solchen Generatorstation 8 ist in 2 dargestellt. Die in einer Rohrleitung 10 des Leitungssystems 2 fließende Erzpulpe S strömt durch eine Strömungsmaschine 11 und versetzt eine Welle 12 der Strömungsmaschine 11 in eine Drehbewegung, wie dies durch den Pfeil 13 angedeutet ist. Die Welle 12 treibt einen Generator 14 an, mit dem die kinetische Energie der Erzpulpe in elektrische Energie umgewandelt wird. Die aus der Strömungsmaschine 12 ausströmende Erzpulpe S fließt in ein Auffangbecken 16, von dem aus es weiter bis zur nächsten Generatorstation 8 oder zur Weiterverarbeitungsanlage 6 fließt.
• 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer zur Stromerzeugung mit einer fließenden Erzpulpe S besonders geeigneten Strömungsmaschine 12. Die Strömungsmaschine 12 weist ein Gehäuse 18 auf, das drehbar um eine Achse 20 gelagert ist. Das Gehäuse 18 ist mit einem Einlass 22 für die Erzpulpe S versehen, der an einen Auslass 24 der die Erzpulpe führenden Rohrleitung 10 angeschlossen ist. Der Einlass 22 mündet in zwei bogenförmige Rohrteile 26, aus denen die Erzpulpe S beabstandet zur Achse 20 in das Auffangbecken 16 (2) ausströmt. Das Ausströmen erfolgt aus endseitigen Öffnungen 28 der Rohrteile 26 in einer Richtung, die in einer senkrecht zur Achse 20 und senkrecht zur Zeichenebene orientierten Ebene 30 eine senkrecht zu dieser Achse 20 orientierte Geschwindigkeitskomponente derart aufweist, dass auf das Gehäuse 18 ein Drehmoment um diese Achse 20 ausgeübt wird. Die Öffnungen 28 sind mit ihren Querschnittsflächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, so dass die aus ihnen ausströmende Erzpulpe S keine resultierende Gesamtkraft auf das Gehäuse 18 ausübt. An Stelle der in der FIG dargestellten zwei bogenförmigen Rohrteile 26 kann auch eine größere Anzahl von bogenförmigen Rohrteilen 26 vorgesehen sein.
• Der Einlass 22 ist durch ein Rohr 32 gebildet, in das die Rohrleitung 10 mit ihrem auslassseitigen Ende eingeführt ist. Dieses Rohr 32 bildet zugleich die rotierende Welle 12 der Strömungsmaschine 11. Das Rohr 32 (die Welle 12) ist an seinem Außenumfang mit einer Wicklung 36 versehen und ist zugleich Rotor des nur schematisch veranschaulichten Generators 14, so dass Strömungsmaschine 11 und der von ihr angetriebene Generator 14 eine bauliche Einheit bilden.
• Die Strömungsverhältnisse innerhalb der Strömungsmaschine sind in der Draufsicht gemäß 4 veranschaulicht. Die vertikal zur Zeichenebene in das Gehäuse 18 der Strömungsmaschine einströmende Erzpulpe S wird dort um 90° umgelenkt, und erfährt in den bogenförmigen Rohrteilen 26 eine Änderung der Bewegungsrichtung, die dazu führt, dass die Erzpulpe beim Ausströmen aus den Öffnungen 28 eine Strömungsrichtung 38 mit einer Strömungskomponente 40 aufweist, die senkrecht zur Achse 20 orientiert ist und in einer senkrecht zu dieser Achse 20 liegenden Ebene (die Zeichenebene) liegt, so dass auf das Gehäuse 18 ein Drehmoment um diese Achse 20 ausgeübt wird. Die beim Ausströmen an den beiden Ausströmöffnungen 28 ent stehenden Rückstoßkräfte sind entgegengesetzt gleich groß, so dass die auf das Gehäuse 18 übertragene Gesamtkraft verschwindet.

Claims (7)

1. Anlage zum Transportieren einer Erzpulpe (S) in einem entlang einer Gefällstrecke angeordneten Leitungssystem (2), in dem die Erzpulpe (S) durch Einwirkung der Schwerkraft fließt, mit zumindest einer im Leitungssystem (2) angeordneten Generatorstation (8) mit einer von der Erzpulpe (S) angetriebenen Strömungsmaschine (11) sowie einen an die Strömungsmaschine (11) gekoppelten Generator (14) zum Erzeugen von elektrischer Energie.
2. Anlage nach Anspruch 1, bei der die Strömungsmaschine (11) eine durch die fließende Erzpulpe (S) angetriebene rotierende Welle (12) umfasst, die getriebelos an den Generator (14) angeschlossen ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Mehrzahl voneinander beabstandet in unterschiedlichen Höhen (h) angeordneten Generatorstationen (8).
4. Strömungsmaschine (11) für eine Anlage nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, die ein drehbar um eine Achse (20) gelagertes Gehäuse (18) mit einen Einlass (22) für die Erzpulpe (S) aufweist, der an einen Auslass (24) einer die Erzpulpe (S) führenden Rohrleitung (10) des Leitungssystems 2 angeschlossen ist und in zumindest ein bogenförmiges Rohrteil (26) mündet, aus dem die Erzpulpe (S) beabstandet zur Achse (20) ausströmt und beim Ausströmen eine Strömungsrichtung (38) aufweist, die in einer senkrecht zur Achse (20) orientierten Ebene eine senkrecht zu dieser Achse (20) orientierte Geschwindigkeitskomponente (40) derart aufweist, dass auf das Gehäuse (18) ein Drehmoment um diese Achse (20) ausgeübt wird.
5. Strömungsmaschine nach Anspruch 4, bei der der Einlass (22) durch ein Rohr (32) gebildet ist, in das die Rohrleitung (10) mit ihrem Auslass (24) eingeführt ist.
6. Strömungsmaschine nach Anspruch 5, bei der das Rohr (32) die rotierende Welle (12) bildet.
7. Generatorsystem mit einer Strömungsmaschine (11) nach einem der Ansprüche 4 bis 6 und einem von dieser angetriebenen Generator (14), bei dem die rotierende Welle (12) der Strömungsmaschine (11) zugleich der Rotor des Generators (14) ist.