DE1929369A1 - Foerdereinrichtung - Google Patents

Description

Dipl.ing. E.

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W. 445

89 Augsburg, den 6. Juni 1969

Westinghouse Electric Corporation, 3 Gateway Center, Pittsburgh, , Pennsylvania, Vereinigte Staaten von Amerika

Fördereinrichtung

Die Erfindung betrifft allgemein Fördereinrichtungen für Strömungsmittel oder feste Stoffe.und insbesondere ein Luftfördersystem, welches mit Vorteil beim Unterwasserabbau bestimmter Stoffe verwendet werden kann. '

Stoffördereinrichtungen sind beim Unterwasserabbau bereits im Einsatz, wobei eine Einsammeleinrichtung am Meeres boden entlangläuft und mit einem an der Wasseroberfläche

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befindlichen Fahrzeug übar einen Leitungsstrang verbunden *Lst, welcher zur Förderung der eingesammelten Stoffansanunlungen zum genannten Fahrzeug dient. Das Hochfördern des eingesammelten Stoffes zu dem an der Wasseroberfläche befindlichen Fahrzeug kann mittels einer Pumpe erfolgen, doch wird oft ein Luft = fördersystem mit Vorteil verwendet.

Bei Luftfördersystemen wird an irgendeiner Stelle des erwähnten Leitungsstranges zwischen dem Schiff und ler Ein= sammeleinrichtung eine Druckluft-Förderleitung insasehlossen. Die in den Leitungsstrang eintretenden Luftblasen verringern die Dichte des in der Leitung befindlichen Strömungsmittels bzw. des Wassers, welches sich dann durch den Leitungsstrang nach aufwärts bewegt, wodurch mittels der Einsammeleinrichtung aufgesammelte Stoffe zum an der Gewässeroberfläche befindlichen Fahrzeug gefördert werden. Wird das Abbauen in einer Tiefe von beispielsweise 4500 m durchgeführt, so müssen etliche Kilometer Druckluftleitung ausgelegt werden. Die Druckluft= leitung vergrößert aber den Fahrwiderstand ganz beträchtlich.

Durch die Erfindung soll demgemäß die Aufgabe gelöst werden, den Fahrwiderstand eines Luftfördersysteme beträchtlich zu verringern.

Ausgehend von einer Fördereinrichtung mit einer sich

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zwischen zwei in vertikalem Abstand voneinander gelegenen Stellen erstreckenden Leitung, deren einlaßseitiges unteres Ende sich in einer ein Strömungsmittel und gegebenenfalls einen darin suspendierten Stoff enthaltenden Umgebung befindet, von wo aus das Strömungsmittel und der gegebenenfalls darin suspendierte Stoff aufwärts gefördert wird, und mit einer weiteren Leitung zur Abgabe eines gegenüber dem genannten Strömungsmittel weniger dichten Strömungsmittels in die erst= genannte Leitung hinein, wird die vorstehend angegebene Aufgabe % dadurch gelöst, daß die zweite Leitung innerhalb der erst= genannten Leitung nach abwärts geführt ist.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Pig. 1 eine schematische Abbildung der g

verschiedenen Teile eines Unterwasser-Abbausystems mit einer Fördereinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Stoff=

förderleitung mit einer Abbildung des unteren Endes der darin

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befindlichen Druckluftleitung,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teiles

des in Pig. I gezeigten Fahrzeugs in teilweise aufgebrochen wieder= gegebener Darstellungsweise,

Fig. 4 eine Ansicht von der in Fig.

angedeuteten Ebene IV-IV aus gesehen und

Fig. 5 eine Schnittdarstellung ent=

sprechend der in Fig. 4 ange= gebenen Schnittlinie V-V.

Fig. 1 der Zeichnungen zeigt ein charakteristisches Unterwasser-Abbausystem mit einem an der Gewässeroberfläche befindlichen Fahrzeug 10, welches in Pfeilrichtung durch das Wasser fährt. Von dem an der Wasseroberfläche befindlichen Fahrzeug 10 wird ein Leitungsstrang 12 gehalten und dieser hängt von dem Fahrzeug herab. Der Leitungsstrang ist mit einer Einsammel= einrichtung lh verbunden, welche über den Gewässergrund 16 hin bewegt wird. Um eine Anpassung an veränder= liches Gelände zu ermöglichen, ist die Einsammeleinrichtung mit dem Leitungsstrang 12 über ein flexibles Leitungsstück

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und über ein Kugelgelenk 20 verbunden.

Zur Förderung des aufgesammelten Stoffes oder anderen Materials von der Einsammeleinrichtung 14 über den Leitungs= strang 12 zu dem an der Gewässeroberfläche befindlichen Fahrzeugs 10 wird Druckluft an der mit I bezeichneten Stelle zwischen der Einsammeleinrichtung 14 und dem Fahrzeug 10 in die Leitung 12 eingeführt.

In Fig. 2 der Zeichnungen ist die Leitung 12 im Bereich

der Lufteinführungsstelle I in vergrößertem Maßstab und teilweise aufgebrochen dargestellt, wobei die zweite, innerhalb des Leitungsstrangs 12 verlaufende Leitung zu erkennen ist, welche die Druckluftleitung 24 bildet. Die Druckluftleitung trägt an ihrem unteren Ende einen Düsenkopf, über welchen Druckluft zur Erzielung der Förderwirkung in die Leitung 12 abgegeben wird. Die aus.der Leitung 24 austretende Druckluft bildet Blasen, welche innerhalb der in der Leitung 12 befind= liehen Wassersäule aufsteigen und dadurch die Dichte dieser Wassersäule verringert. Die genannte Wassersäule hat das Bestreben , zur Oberfläche aufzusteigen und hierdurch wird das Wasser im unteren Teil der Leitung 12 nachgezogen und dieses zieht dabei den aufgesammelten Stoff mit sich. Große Luftblasen haben das Bestreben, rascher aufzusteigen und diese Erscheinung ist mit einem Durchrutschen der Fördereinrichtung vergleichbar.

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Um diese Erscheinung zu verringern und die Wirksamkeit des " Luft fördersysteme zu erhöhen, sind erfindungsgemäß Einrichtungen zur Verringerung der Größe der in die Leitung 12 eintretenden Luftblasen vorgesehen. Diese Einrichtungen haben die Form eines Kopfteiles 28, welches auf das untere Ende der Druck= luftleitung 24 aufgeschraubt ist und eine Vielzahl kleiner öffnungen 30 aufweist. Die große Zahl der kleinen öffnungen bewirkt eine Verringerung der Luftblasengröße gegenüber den normalerweise ohne das Kopfteil 28 erzielbaren Luftblasen.

Um weiterhin sicherzustellen, daß die auftretenden Luftblasen besonders geringe Größe haben ist innerhalb des Kopfteiles 28 eine kleine Turbine 32 angeordnet, welche eine größere Zahl von Schaufeln 34 aufweist, die unter der Wirkung der zugeführten Druckluft die Turbine 32 in Umdrehung versetzen und die öffnungen 30 für die austretende Luft periodisch versehließen.

Sollte es vorkommen, daß der eingesammelte Stoff die Leitung 12 zusetzt, so ist es· bei der erfindungsgemäßen Ein= richtung möglich, die Leitung wieder durchgängig zu machen, ohne daß der Abbauvorgang vollständig unterbrochen und der Leitungsstrang aus dem Wasser gezogen werden muß. Das Durch= gängigmachen der Leitung geschieht mittels eines Messers 40,

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Umdrehung versetzt wird. Ein bedeutsames Merkmal der erfindungs= gemäßen Fördereinrichtung ist es, daß die Druckluftleitung 24 relativ zu der Leitung 12 innerhalb derselben bewegbar ist und aus diesem Grunde kann die Druckluftleitung 24 bis zu der verstopften Stelle abgesenkt werden, wo das umlaufende Messer 40 die Verstopfung der Leitung '. liebt.

Zwar wird durch die Druckluftleitung 24 zweckmäßig ver= dichtete Luft gefördert, doch kann bei dem erfindungsgemäßen Fördersystem auch ein anderes Strömungsmittel, beispielsweise ™ ein bestimmtes Gas, verwendet werden, welches geringere Dichte als das in dem Leitungsstrang 12 befindliche Strömungsmittel aufweist.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung der Druck= luftleitung 24 innerhalb der Leitung 12 beseitigt den bei bekannten Luftfördersystemen auftretenden Fahrwiderstand. Zusätzlich ist bedeutsam, daß beim Auftreten eines Leckes in der erfindungsgemäßen Einrichtung die Luft auf der Innen= ä seite der Leitung 12 entweicht, wodurch die Förderung, wenn auch möglicherweise mit geringerem Wirkungsgrad,aufrechterhalten werden kann, während bei bekannten Fördersystemen dieser Art die Druckluft in dem umgebenden Wasser verlorengeht.

In den Fig. 3, 4 und 5 der Zeichnungen ist eine Möglichkeit

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zur Einführung und zur Handhabung der Druckluftleitung 24 innerhalb des Leitungsstranges 12 angegeben.

Die meisten Abbauschiffe weisen einen mittleren Schacht= abschnitt auf, durch welchen hindurch die Einsammeleinrichtung und der Leitungsstrang abgesenkt werden. Fig. 3 der Zeichnungen zeigt ein solches Fahrzeug 10, wobei ein Teil aufgebrochen dargestellt ist, so daß der mittlere Schachtabschnitt 43 zu erkennen ist. Um eine Anpassung an eine Neigung und an Roll= bewegungen des Fahrzeuges 10 während des Abbauvorganges zu ermöglichen, ist der Leitungsstrang 12 durch eine kardanische Anordnung 46 geführt und wird von dieser gehalten, wobei diese Anordnung zwei zueinander senkrechte Lagerungsachsen aufweist. Kardanische Anordnungen dieser Art sind auf dem betreffenden Fachgebiet allgemein bekannt. Die kardanische Anordnung 46 und der Leitungsstrang 12 sind in Fig. 3 der Zeichnungen in einem Zustand gezeigt, in welchem der Leitungsstrang 12 geschleppt wird. Der obere Teil der Leitung 12 ist mit einer Ableitungs= IP vorrichtung verbunden, über welche eingesammelter Stoff zu einem entsprechenden Behälter bzw. Speichertank abgeführt wird. Eine Form der Ableitungseinrichtung, welche hier verwendet werden kann, ist in Fig. 4 der Zeichnungen mit 47 bezeichnet, wobei Fig. 4 eine Ansicht von der in Fig. 3 gezeigten Linie IV-IV aus wiedergibt und ein Teil der kardanischen Anordnung 46 auf= geschnitten dargestellt ist.

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Die kardanische Anordnung 46 enthält einen Rahmen 48, der um eine Achse X drehbar gelagert ist, sowie einen weiteren Rahmen 49, der mit dem Rahmen 48 verbunden und um eine'Achse Y drehbar gelagert ist, welch letztere in derselben Horizontalebene wie die Achse X gelegen ist, und senkrecht zu der Achse X verläuft, wie aus Fig. 4 der Zeichnungen zu entnehmen ist. .

Der untere Leitungsteil 50 der Ableitungsyorrichtung 47 λ weist einen Bund 51 auf, der in Verbindung mit Teilen 52 zur Befestigung der Ableitungsvorrichtung 47 an der kardanischen Anordnung 46 dient.

Zum Ausbalancieren des Fahrzeugs und zu Ausgleichzwecken ist es zweckmäßig, sowohl steuerbords als auch backbords je einen Aufnahmetank auf dem Fahrzeug anzuordnen. Demgemäß verzweigt sich auch die Ableitungsvorrichtung 47 in zwei Arme, die von gekrümmten Leitungsabschnitten 53 und 54 gebildet werden, welche jeweils über Kniegelenke bzw. Kugelgelenke 56 ' bzw. 57 mit Leitungsabschnitten 59 bzw. 60 verbunden sind, welche ihrerseits mit dem an Steuerbord angeordneten Aufnahmetank verbunden sind. · .

Erfindungsgemäß sind weiter Vorrichtungen zur Einführung der Druckluftleitung 24 in den Leitungsstrang 12 vorgesehen. Diese Einrichtungen enthalten einen Trichter 63, dessen

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Wandungen sich gegen den unteren Leitungsabschnitt 50 der Ableitungsvorrichtung 47 hin verjüngen, sowie ein Basisteil 64, welches im Bereich der Verbindung der gekrümmten Leitungsteile und 54 angeordnet ist und im Bereich der Vereinigungsstelle' dieser Leitungsteile eine Öffnung 74 bildet. An der Oberseite des Trichters 63 befindet sich eine Rohrhalterung 65, welche den oberen Teil der Leitung 24 festhält, welche mit einem Verdichter 68 oder mit irgendeiner anderen Druckmittelquelle verbunden ist, die ein Strömungsmittel abgibt, dessen ^x Dichte geringer als die Dichte des in der Leitung 12 befindlichen Strömungsmittels ist. Die konische Form des Trichters 63 stellt sicher, daß die Druckluftleitung 24 in bestimmten Grenzen unabhängig vom Einführungswinkel auf die Öffnung 7k hingeleitet wird.

Zur maximalen Vergrößerung des Querschnittes, welcher für den innerhalb der Leitung 12 zu den Aufnahmebehältern geförderten Stoff zur Verfügung steht, wird die Druckluftleitung 24 zweck= mäßig in solcher Weise in die Leitung 12 eingeführt, daß ihre Mittelachse nicht mit der Mittelachse der Leitung 12 zusammenfällt. Dieses Merkmal ist aus Pig. 5 der Zeichnungen zu erkennen,, in welcher ein Schnitt längs der in Pig. 4 eingezeichneten Schnittlinie V-V gezeigt ist.

In Fig. 5 der Zeichnungen ist die Mittelachse der Leitung 12 mit C und die Mittelachse der Druckluft leitung

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mit C* bezeichnet. Man erkennt, daß der Einführungstrichter 63 mit Bezug auf die Fahrtrichtung des Schiffes 10 vor der Mittel= achse C gelegen ist und demgemäß wird die Druckluftleitung 24 auf dem Fahrzeug vor der Mittelachse C der Leitung 12 in diese eingeführt und wird an der Rohrhalterung 65 mittels Klemm= stücken oder Keilen 71 festgehalten« Praktisch kann die Druck= luftleitung 24 aus einer Vielzahl von Rohrabschnitten zusammen= gesetzt sein, welche jeweils nacheinander über die Rohr= halterung 65 eingeführt und dann durch die Keile 71 festgehalten werden, bis ein weiterer Abschnitt der Druckluftleitung {

angefügt ist, wonach die Keile 71 entfernt werden und die Druckluftleitung um die Länge eines Rohrabschnittes weiter abgesenkt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die ge= wünschte Länge der Druckluftleitung ausgelegt ist.

Das Einführen der Druckluftleitung unter Verwendung der Halterungskeile 71 erleichtert das Anfügen oder Abnehmen einzelner Abschnitte der Druckluftleitung, so daß die Stelle der Lufteinführung (I in Fig. 1 der Zeichnungen) derart ver- ^ ändert werden kann, daß veränderliche Abbautiefen berücksichtigt und bej. einer bestimmten Druckluftmenge die günstigste Fördermenge erzielt werden kann. Zusätzlich kann mit der in Fig. 2 der Zeichnungen gezeigten Einrichtung eine Leitungsverstopfung beseitigt werden.

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Die Erfindung ist zwar am Beispiel des Unterwasserabbaus. beschrieben worden, doch versteht es sich, daß die Erfindung · auch für Unterwasseranwendung oder für Anwendung an Land verwendbar ist, bei welcher ein Strömungsmittel, beispielsweise Öl, gefördert werden soll, oder die Erfindung kann in Abbausystemen an Land eingesetzt werden, bei welchen über eine Leitung ein bestimmter Stoff aus einem überfluteten oder unter Wasser gesetzten Bereich zu heben bzw. zu fördern ist.

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Claims (6)

/3 Patentansprüche

1. Fördereinrichtung mit einer sich zwischen zwei in vertikalem Abstand voneinander gelegenen Stellen erstreckenden Leitung, deren einlaßseitiges unteres Ende sich in einer, ein Strömungsmittel und gegebenenfalls einen darin suspendierten Stoff enthaltenden Umgebung befindet, von wo aus das Strömungs= λ mittel und der gegebenenfalls darin suspendierte Stoff aufwärts gefördert wird, und mit einer weiteren Leitung zur'Abgabe eines gegenüber dem genannten Strömungsmittel weniger dichten Strömungsmittels in die erstgenannte Leitung hinein, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (24) innerhalb der ersten Leitung (12) nach abwärts geführt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leitung (24) ein Kopfteil (28) aufweist, das

mit einer Vielzahl von öffnungen (30) versehen ist (Fig. 2). ™

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kopfteiles (28) ein Turbinenrad (32) ange= ordnet ist, welches von dem weniger dichten Strömungsmittel

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antreibbar und mit einem Werkzeug (40) verbunden ist, das von dem unteren Ende der weiteren Leitung aus nach abwärts ragt,

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende der erstgenannten Leitung (12) sich an einem an der Gewässeroberfläche befindlichen Fahrzeug (10) befindet, daß ferner das unt.ere Ende dieser Leitung sich nahe dem Gewässergrund (16) befindet und φ daß das erstgenannte Strömungsmittel das umgebende Wasser ist, während das Strömungsmittel geringerer Dichte ein Druckgas ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Leitung (24) innerhalb der erstgenannten Leitung (12) in axialer Richtung bewegbar gehalter ist (Fig.5).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an das obere Ende der erstgenannten Leitung (12) eine Ableitungsvorrichtung (47) angeschlossen ist, welche ein unteres Rohrteil (50) und eine Leitungsver= zweigung (53* 54) mit zwei Leitungsarmen, sowie eine Rohr= einführungs- und Halterungseinrichtung (63» 65) enthält, > welche an der Verbindungsstelle der beiden Leitungsarme

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angeordnet ist, sich gegen das untere Rohrteil der Ableitungs= vorrichtung hin verjüngende Wandungen besitzt und zur Ein= führung der zweiten Leitung (2¹O dient (Fig. 5).

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