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Hydro-pneumatische Rohrpumpe für den hydraulischen
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Kapsel transport.
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Beschreibung Hydro-pneumatische Rohrpumpe für den hydraulischen Kapseltransport.
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Die Erfindung betrifft eine Rohrpumpe mit welcher Kapseln mittels
einer Flüssigkeit durch eine Rohrleitung gefördert und dabei aus einem Bereich niederen
oder atmosphärischen Druckes in einen solchen höheren Druckes gebracht werden. Der
durch die erfindungsgemäße Rohrpumpe erzeugte Druck in der sich anschließenden Rohrleitung
bleibt auch bestehen falls die Strömung nicht mehr fließt, also bei Betriebsstillstand
- oder Betriebsunterbrechung; die Vorrichtung macht jedoch auch möglich, den aufgebauten
Druck zu verändern oder ganz abzubauen.
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Zur Erfüllung dieser Erfordernis ist es bekannt, Zellenradschleusen
(CH 502774, US 2760873, DE 2149122 C2) oder Kammernschleusen (DE 3121783 Al) einzusetzen.
Diese haben jedoch folgende Nachteile: - Hoher mechanischer Aufwand und folgedessen
teuer in der Herstellung.
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- Die Drehung erfolgt kontinuierlich oder schrittweise; es wird Antriebsenergie
benötigt; die Dichtungen und Lager unterliegen einem Verschleiß, was eine teuere
Ersatzteilhaltung erforderlich macht (z.B. eine komplette Schleuse). Ferner gibt
es: Stillstandzeiten, Zeiten für die Reparaturausführung und hohen Wartungsaufwand.
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- Der Rotor ist gegenüber dem Gehäuse lediglich mittels eines Spaltes
abgedichtet, deshalb tritt immer eine Leckage zwischen den zu trennenden Flüssigkeitskreisläufen
auf (bei nasser Arbeitsweise) oder entspannter Dampf entweicht (bei trockener Arbeitsweise).
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- Diese Schleusen stellen bei hydraulischem Rohrleitungstransport
immer das schwächste Glied hinsichtlich Anlagenleistung dar; nur soviele Kapseln
können mittels einer Flüssigkeit durch eine Rohrleitung gefördert werden als die
Schleuse zuläßt. FerneXr besteht bei weichen Verpackungsarten immer die Gefahr einer
Beschädigung während der Einschl eusung
Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde Kapseln in einer Rohrleitung mittels einer Transportflüssigkeit
zu fördern und sie von einem Streckenabschnitt niederen oder atmosphärischen Druckes
in einen solchen höheren Druckes überzuführen ohne daß in den Förderkanalquerschnitt
mechanisch bewegte Teile, - wie z.B. Zellenrad- oder Schieber-, Klappen-oder Kammernschleusen
o.ä. -, eingebaut werden müssen. Eine zusätzliche Aufgabe besteht darin, den Druck,
welcher in der Rohrleitung nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt wird,
nicht nur während des Betriebszustandes, - also wenn der Flüssigkeitsstrom die Kapsel
fördert -, sondern auch bei Betriebsstillstand, - also wenn die Transportflüssigkeit
nicht strömt -, erhalten bleibt. Auf diese Weise soll erreicht werdern, daß die
Transportflüssigkeit nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung, falls deren Temperatur
über der Sättigungstemperatur der Flüssigkeit liegt, nicht verdampfen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem unteren
Bereich eines Steigrohres Druckluft in die Transportflüssigkeit eingespeist wird.
Es entsteht eine Pumpenwirkung, weil einerseits das spezifische Gewicht des Trägermediums
im Steigrohr bestehend aus dem Flüssigkeits-Luftgemisch gegenüber demjenigen der
Transportflüssigkeit verringert ist und andererseits weil die in die Transportflüssigkeit
eingespeiste und nach oben strömende Luft die Transportflüssigkeit und ddmit auch
die Kapseln mitreißt Zu diesem Zwecke ist m unteren Bereich des Steigrohres ein
Lufteintrittskasten angeordnet, durch den die Luft der Transportflüssigkeit zugeführt
wird. Die im Steigrohr aufgestiegene Luft gelangt zu dem Luftpolster, welches sich
im oben liegenden Bereich des Steigrohres und des sich anschließenden Fallrohres
innerhalb des Abscheidebehälters ausgebildet hat. An das obere Ende des Steigrohres
schließt sich eine mit Flüssigkeitsdurchlässen versehene Führung an, welche oben
zum Anfang des Fallrohres führt. Diese ist offen getaltet und besteht vorzugsweise
aus Rundstäben und flachen Leisten mit rechteckigem Querschnitt. Diese Führung ist
der Kapselform angepaßt und mit hinreichend Spielraum versehen, sodaß die Kapseln
sich weder ineinander verkeilen noch einzeln durch Selbsthemmung in der Führung
zum Stehen kommen.
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Die Führung ist in der Regel halbkreisförmig ausgebildet und hat die
Aufgabe die aus dem Steigrohr austretenden Kapseln in das Fallrohr umzulenken bzw.
hineinzufördern, wobei die Kapsel vom Flüssigkeits-Luftgemisch des Steigrohres getrennt
wird und in den Wasserspiegel der im Fallrohr abwärtsgerichteten Strömung fällt,
wo sie von dieser mitgenommen werden. Der Druck des Druckluftpolsters wird in Abhängigkeit
des Wasserstandes vom Flüssigkeitsspiegel selbsttätig geregelt. Diese Druckregelung
sorgt dafür, daß während des Betriebszustandes der Wasserstand im Abscheidebehälter
nur in engen Grenzen schwankt, was bewirkt, daß die sich im Fallrohr eingestellte
Flüssigkeitssäule nahezu konstant bleibt mit dem Erfolg, daß der durch diese hydrostatische
Säule in Fließrichtung der Strömung erzeugte Flüssigkeitsdruck immer in derselben
Größenordnung wirkt und aufrechterhalten bleibt.
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Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß bei Betriebsstillstand
der oder die Meßfühler, welche während des Betriebes den zu tiefen Wasserstand des
Flüssigkeitsspiegels im Abscheidebehälter überwachen, umgeschaltet werden auf Meßfühler
mit derselben Aufgabe, welche jedoch unten im Steigrohr angebracht sind.- Das hat
zur Folge, daß bei Betriebsstillstand soviel Luft in die Abscheidebehälter eingeblasen
wird bis die Flüssigkeitssäule mit dem kleinsten Gegendruck, - das ist diejenige
in Richtung Einlaß, also die im Steigrohr -, bis in den unteren Bereich des Steigrohres
verdrängt ist. Die Flüssigkeitssäule im Fallrohr sorgt dafür, daß der Anlagendruck
erhalten bleibt. Durch die Anordnung von hintereinandergeschaltener derartigen Rohrpumpen
mit anschließendem Fallrohr kann somit ein beliebig hoher Anlagendruck erzeugt und
bei Stillstand gehalten werden.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß der Eintrag der Kapseln aus einem Förderkanalabschnitt niederen Druckes in einen
solchen höheren Druckes möglich wird ohne daß mechanische Schleusen oder sonstige
ähnlich wirkende Absperrorgane sich im Förderkanal befinden. Ein weiterer Vorteil
besteht in dem Merkmal, daß auch beim Betriebsstillstand sich eine Reihe von hydrostatischen
Säulen den unter Druck stehenden Bereich gegenüber dem drucklosen absperren ohne
jegliche Verwendung von mechanisch bewegten oder betätigten
Absperrarmaturen.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist in dem sehr einfachen Aufbau
und dem Fehlen jeglicher Verschleißteile zu sehen; dies bedeutet geringstmöglichen
Aufwand für Wartung und Instandhaltung sowie ein Optimum an Anlagensicherheit und
Anlagenverfügbarkeit.
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Ein Ausführungsbelspiel der Erfindung ist In nachfolgenden Zelchnungen
dargestellt und beschrieben.
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Es zeigen Fig. 1 4 Stück in Reihe geschaltener Rohrpumpen mit angeschlossenem
Fallrohr sowie geschlossenem Druckluftkreislauf.
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Fig. 2 wie Fig. 1, jedoch mit einem Zahlenbeispiel für Betriebsdrücke
und statische Höhen.
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Fig. 3 wie Fig. 1, jedoch Preßlufteinspeisung in das Steigrohr höchsten
Druckes und Verwendung der überschüssigen Druckluft zur Einspeisung in das jeweils
zuvor angebrachte-Steigrohr.
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Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach
Aufbau und nach Wirkungsweise.
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In Fig. 1 werden Kapseln 2 in einen Streckenabschnitt 14 niederen
oder atmosphärischen Druckes der Rohrleitung 3 in der Transportflüssigkeit 5 schwimmend
zur ersten Rohrpumpe 1 herangefördert und zwar durch eine Saugströmung, welche durch
die Einspeisung von Druckluft 31 in das, in Laufrichtung gesehen -, erste Steigrohr
4 entsteht. Die Druckluft 31 wird über einen Lufteintrittkasten 9 in den unteren
Bereich des Steigrohres 4 eingespeist. Die Druckluft 31 steigt in der Transportflüssigkeit
5 nach oben, wobei sie diese und die darin befindlichen Kapseln 2 nach oben fördert
und potentielle Energie gewoS en wird. Das Steigrohr 4 mündet an seinem oberen Ende
in eine Scheidekammer 8 ein, in der sich das Gemisch aus Transportflüssigkeit 5
und Druckluft 31 wieder entmischt und in welcher der Förderstrom unterbrochen wird.
Die Transportflüssigkeit 5 sammelt sich im unteren Bereich der Scheidekammer 8 und
fließt
durch das Fallrohr 16 nach unten ab während die Druckluft
31 sich oben in der Scheidekammer 8 ansammelt. Hier gelangt sie durch die Saugleitung
20 zum Verdichter 10, welcher sie über die Druckleitung 21 und über den Lufteintrittskasten
9 wieder in den unteren Bereich des Steigrohres 4 einspeist. Die Menge der Druckluft
31 und somit die Förderleistung der Rohrpumpe 1 wird am Durchflußregelventil 22,
welches sich in der Druckleitung 21 nach dem Verdichter 10 befindet, dem Bedarf
angepaßt werden.
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Der Flüssigkeitsspiegel 6 in der Scheidekammer 8 wird über den Druck
des Luftpolsters 7 auf einem bestimmten Niveau gehalten. Sinkt der Flüssigkeitsspiegel
6 beispielsweise unter sein vorgegebenes Niveau ab, dann wird dies von dem Meßfühler
"Flüssigkeitsstand zu tief" bemerkt und öffnet durch einen elektrischen Impuls das
Magnetventil "Luftauslaß" 28: Druckluft 31 entweicht, der'Druck des Luftpolsters
7 wird kleiner und der Flüssigkeitsspiegel 6 steigt an bis zum vorgegebenen Niveau;
daraufhin schließt das Magnetventil "Luftauslaß" 28 wieder. - Ist jedoch der Flüssigkeitsspiegel
6 aus irgendeinem Grund zu hoch, dann wird dies durch den Meßfühler "Flüssigkeitsstand
zu hoch" bemerkt, worauf das Magnetventil "Lufteinlaß" 27 öffnet; der Druck im Luftpolster
7 wird erhöht und der Flüssigkeitsspiegel 6 wird wieder auf sein vorgegebenes Niveau
abgesenkt. Im Dauerbetrieb stellt sich das vorgegebene Niveau im Flüssigkeitsspiegel
somit automatisch ein, ein Luftverbrauch findet nicht statt. An dem Flüssigkeitsniveaurohr
29 kann von außen das Niveau des Flüssigkeitsspiegels im Innern der Scheidekammer
8 kontrolliert werden. Vorzugsweise werden die Meßfühler 25, 26 in diesem Flüssigkeitsniveaurohr
29 angeordnet.
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Die Kapseln 2 werden am oberen Ende des Steigrohres 4 mittels einer
bogenförmigen Führung 11, welche mit Spielraum versehen der Form der Kapsel 2 angepaßt
ist, um 1800 umgelenkt, sodaß sie in den Eintritt 18 des Fallrohres 16 gelangen.
Damit der Strom dE sTransportflüssigkeit 5 im Bereich der Scheidekammer 8 abreißen
kann, ist die Führung vom Austritt 18 der Kapseln 2 bis zum Eintritt 17 des Fallrohres
16 mit Flüssigkeitsdurchlässen versehen, d.h. sie besteht aus Rundstäben und rechteckigen
Flachstäben, welche nicht dargestellt sind.
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Die Kapseln 2 durchlaufen in der Führung 11 das Luftpolster 7 und
gelangen in die abwärts gerichtete Strömung der Transportflüssigkeit 5 (mit Pfeil
dargestellt) und werden von dieser nach unten gefördert und gelangen über den Umlenkbogen
19 am unteren Ende des Fallrohres 16 in das nachfolgende Steigrohr 4 der nächsten
Rohrpumpe. Auf diese Weise durchlaufen sie die angeschlossenen Rohrpumpen und treten
nach dem letzten Fallrohr 16 in den Streckenabschnitt erhöhten Druckes 15 ein.
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Im Falle einer Betriebsunterbrechung schalten der Meßfühler "Flüssigkeitsstand
zu tief" 25, welcher den Flüssigkeitsspiegel 6 der Scheidekammer 8 während des Betriebszustandes
reguliert um auf den Meßfühler "Flüssigkeitsstand zu tief" 26, welcher im unteren
Bereich des Steigrohres 4 angebracht, d.h. es wird durch das Magnetventil "Lufteinlaß"
27 soviel Druckluft 31 in die Scheidekammer 8 eingespeist bis die Transportflüssigkeit
5 in Richtung des Streckenabschnittes niederen Druckes 14 bis zum Meßfühler "Flüssigkeitsstand
zu tief" 26 verdrängt ist. Auf diese Weise übt die Flüssigkeitssäule im Fallrohr
16 ein hydrostatischer Druck aus in Richtung Streckenabschnitt höheren Druckes 15,
somit wird dieser Streckenabschnitt 15 ein Überdruck gehalten ohne daß dazu irgendwelche
mechanisch betätigten Verschließorgane benötigt werden.
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In Fig. 2 ist ein beliebiges Zahlenbeispiel für die Betriebsdrücke
und für statische Höhen der Flüssigkeitssäule angegeben wie sie in der Praxis vorkommen
können.
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In Fig. 3 ist eine andere Schaltung der für die Drucklufteinspeisung
dargestellt. Statt eines Verdichters 10 für jede einzelne Rohrpumpe 1 wird Druckluft
31 aus dem Netz verwendet; sie wird mittels des Lufteintrittskastens 9 über die
Druckleitung 21 mit Durchflußregelventil 22 in das Steigrohr 4 eingespeist. Diese
Druckluft 31 wird oben in der Scheidekammer 8 wieder entnommen und in das Steigrohr
der davor liegenden Rohrpumpe 1 eingespeist.
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Wird der Druck im Luftpolster 7 verkleinert, dann wird der Druck im
Streckenabschnitt 15 der Rohrleitung 3 ebenfalls vermindert, (Fig. 1).
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Stichwortverzeichnis 1 Rohrpumpen 2 Kapseln 3 Rohrleitung 4 Steigrohr
5 Pfeil für Transportflüssigkeit 6 Flüssigkeltssplegel in Scheidekammer 7 Luftpolster
8 Scheidekammer 9 Lufteintrittskasten 10 Verdichter 11 Führung 12 13 14 Streckenabschnitt
niederen Druckes 15 Streckenabschnitt höheren Druckes 16 Fallrohr 17 Eintritt 18
Austritt 19 Umlenkbogen 20 Saugleitung 21 Druckleitung 22 Durchflußregelventil 23
Leitung 24 Meßfühler "Flüssigkeitsstand zu hoch" 25 Meßfühler "Flüssigkeitsstand
zu tief in Scheidekammer 26 Meßfühler "Flüssigkeitsstand zu tief" in Steigrohr 27
Magnetventil "Lufteinlaß" 28 Magnetventil "Luftauslaß" 29 Flüssigkeitsniveaurohr
30 Rohrleitungspaar 31 Druckluft