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Verfahren zum Einschleusen von Feststoffen
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in hydraulische Fördersysteme und Doppelbehälteraufgeber Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Einschleusen von hydraulisch zu förderndem, heterogenem
Feststoff, bei dem der Feststoff abwechselnd im Niederdruckbereich in mit Wasser
gefüllte Behälter gefüllt und dann im Hochdruckbereich aus diesen in die Rohrleitung
gefördert wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum gleichmäßigen
Einschleusen von Feststoff in Rohrleitungen, bestehend aus j eweils zwei mit der
Förderleitung und der Druckwasserleitung verbindbaren, vertikal stehenden Behältern,
insbesondere zur Durchführung des Verfahrens.
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Der hydraulische Transport von Feststoffen sowohl in der Horizontalen
wie auch in der Vertikalen ist bekannt. Zum Einschleusen von
Feststoffen
in eine derartige Rohrleitung sind zwei Behälter eingesetzt worden, die abwechselnd
gefüllt und entleert werden. Um ausreichende Entfernungen überwinden zu könllerl,
muß ein entsprechender Wasserdruck und eine ausreichende Wassermenge zur Verfügung
stehen. Weiter muß eine gleichmäßige Einschleusung des Feststoffes gewährleistet
sein, um Verstopfer in der anschließenden Rohrleitung zu vermeiden.
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Bekannt ist es, in den Behältern gespeicherte Feststoffe mit Schnecken
in Rohrleitungen einzuschleusen. Nachteilig dabei ist, daß das Wasser zum Ausgleich
des geförderten Feststoffvolumens durch die Schnecke hindurch in den Behalter strömen
muß. Nachteilig sind weiter die Umschaltzeiten, die letztlich Totzeiten von bis
zu 40 % bedingen. Zur Vermeidung derartiger Nachteile ist es auch bekannt, die Behälter
in eine Schräglage zu bringen, ohne daß damit ein gleichmäßiger Austrag wirksam
sichergestellt werden kann. Nachteilig bei beiden Einschleuseverfahren ist, daß
der Feststoff durch einen Bypaß dem Druckwasserstrom zugemischt wird. Dabei hat
es sich herausgestellt, daß diese Zumischung nicht ausreichend kontinuierlich erfolgt.
Als nachteilig hat sich darüber hinaus die Größe von 12 bis 30 m und die notwendige
Umschaltzeit erwiesen.
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Schon allein wegen der Größe der Behälter ist ein Einsatz derartiger
Einrichtungen unter Tage beispielsweise beim Streckenvortrieb oder beim Schachtbohren
nicht möglich. Gerade bei derartigen Einsatzfällen ist es dann aber wegen der geringen
einsetzbaren
Behältergrößen um so problematischer, ein kontinuierlich
flie-Endes Feststoff/Wasser-Gemisch herzustellen und mit dem notwendigen Druck in
die Rohrleitung hineinzugeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kontinuerlich und weitgehend
verstopferfrei arbeitendes Einschleuseverfahren für grobkörnigen und heterogenen
Feststoff, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete, mobile Vorrichtung
zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß beim Einfüllen
des Feststoffes in den Behälter ein Feststoff/Wasser-Verhältnis von etwa 1:1 eingestellt
wird, das beim Austragen durch gezielte Druckwasserzugabe auf vorzugsweise 1:3 erhöht
wird.
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Bei einem derartigen Verfahren kann mit Hilfe zweier niedrigbauender
und mobiler Behälter auch ein heterogener Feststoff kontinuierlich in die Rohrleitung
eingespeist und hydraulisch gefördert werden. Durch Wahl und Einstellung der Druckwasserzugabe
kann das Verhältnis auf 1:3 oder aber auch auf ein anderes Verhältnis gebracht werden,
je nach dem in welcher Korngröße und Zusammensetzung der Feststoff vorliegt. Der
kontinuierliche Betrieb ist bei einem derartigen Verfahren gegeben, weil der Füllvorgang
in einer wesentlich kürzeren Zeit durchgeführt werden kann, als der Austragsvorrang.
Dabei werden alle für den Dauerbetrieb erforderlichen Steuervorgänge in den Fülltakt
hineingelegt, so daß die Zeit für das Steuern, Füllen und nochmalige Steuern genau
der Austragszeit entspricht.
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Eine gute Durchmischung und ein gleichförmiges Gemisch beim Austragen
wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, daß das Druckwasser gleichzeitig oben
und unten in den Behälter eingefügt wird.
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Zusatzlich ist vorgesehen, daß das Feststoff/Wasser-Gemisch bei der
Druckwasserzugabe bzw. beim Austragen in Rotationsbewegung versetzt und gehalten
wird. Dadurch wird auch ein zur Brückenbildung neigender Feststoff so mit dem Wasser
vermischt und in Bewegung gehalten, daß ein gleichmäßiger Austrag sichergestellt
ist.
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Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, die aus zwei
jeweils mit der Förderleitung und der Druckwasserleitung verbindbaren, vertikal
stehenden Behältern besteht, die aufgrund ihrer Abmessungen ohne weiteres sowohl
für den Streckenvortrieb wie auch für das Schachtbohren und ähnliche Arbeiten eingesetzt
werden können. Dabei ist zur Erzielung eines gleichfömigen gut förderbaren Gemisches
vorgesehen, daß oberhalb der abwechselnd an die Druckwasserleitung und die Förderleitung
bzw. die Feststoffzuführung und die Überschußwasserleitung angeschlossenen Behälter
ein der Feststoffzuführung zugeordnete Zuteileinrichtung mit mengenmäßiger und zeitlicher
Dosierung vorgesehen und daß im Bereich des oberen Randes und des Bodens eine Druckwasserleitung
eingeführt ist. Eine derartige Vorrichtung kann der Feststoff bis zum Erreichen
des Feststoff/Wasser-Verhältnisses von 1:1 gleichmäßig in den nicht unter Druck
stehenden Behälter eingeführt werden, wobei das verdrängte Wasser über die Überschußwasserleitung
entweichen und in einem Wasserspeicher aufgefangen werden kann. Während des Füllens
des einen Behälters und der beiden notwendigen Schaltzeiten wird
der
andere Behälter bereits entleert. Sowie der andere Behälter entleert ist, wird der
erste Behälter an die Druckwasserleitung und die Förderleitung angeschlossen und
dann entleert. Um sicherzustellen, daß beim Einfüllen des Feststoffes in den Behälter
jeweils nur Klarwasser über die Überschußwasserleitung verdrängt wird, ist erfindungsgemäß
vorgesehen, daß der Zuteileinrichtung ein Einfüllstutzen nachgeordnet ist, der sich
in dem Behälter nach unten erweitert. Dabei ist es zweckmäßig, daß der Einfüllstutzen
eine etwa einem Viertel der Behälterhöhe entsprechende Länge aufweist. Je nach Art
des Feststoffes und seiner Zusammensetzung kann die Einfüllänge des Einfüllstutzens
variiert werden, wozu dieser Stutzen verschiebbar am oberen Rand des Behälters gelagert
ist.
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Die vorteilhaft Rotationsbewegung des Feststoff/Wasser-Gemisches bei
Einleitung des Druckwassers und Abführung des Gemisches in die Förderleitung wird
gemäß einer Ausbildung der Erfindung erreicht, in dem die untere Druckwasserleitung
und die Förderleitung tangential in den nach unten konisch zulaufenden Behälter
eimündend hineingeführt sind. Die obere Druckwasserleitung kann entweder radial
oder auch tangential eingeführt sein.
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Zur Vergleichmäßigung des Austrages und Einhaltung des gewünschten
Feststoff/Wasser-Verhältnisses sind im konischen Teil des Behälters ein mittig auf
dem Boden stehender, nach oben spitz zulaufender
Dorn und ein spiralförmiges
Leitblech angeordnet. Durch entsprechende Anordnung des Dorns bzw. des spiralförmigen
Leitbleches wird der die untere tangential angeordnete Druckwasserleitung verlassende
Wasserstrom zielgerichtet und unter Mitnahme entsprechender Feststoffmengen verwirbelt
und dabei in Richtung Auslauf- bzw. Förderleitung geführt. Zur Verhinderung von
Brückenbildung und Verstopfern und zur Freihaltung der auf dem Behälterboden angeordneten
Rohranschlüsse für die Druckwasserleitung und die Förderleitung ist es zweckmäßig,
oberhalb des konischen Teils ein weiteres, nach unten trichterförmig ausgebildetes
Leitblech anzuordnen.
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In vorteilhafter Weise kann die Druckwassermenge zwischen der oberen
und unteren Druckwasserleitung so reguliert werden, daß das gesamte Feststoffvolumen
im richtigen Förderverhältnis in die Förderleitung gebracht wird, in dem an den
Eingangsstutzen oben und unten am Behälter dem Schieber nachgeordnete Druckwasserschieber
angeordnet sind. Während über den Schieber selbst der Fördervorgang reguliert wird,
soll über die Druckwasserschieber das Verhältnis von Feststoff/Wasser eingestellt
und eingehalten werden.
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Der technische Fortschritt der vorliegenden Erfindung ist insbesondere
darin zu sehen, daß ein auch im untertägigen Bergbau für verschiedene Einsatzfälle
geeignetes Verfahren und eine mobile Vorrichtung geschaffen sind, die eine kontinuierliche
Einschleusung des Feststoffes in Rohrleitungen sichern. Darüber hinaus ist die Vorrichtung
so störungssicher gestaltet, daß auch bei ungünstigem Feststoff ein gleichmäßiges
Gemisch zu erhalten und in die Förderleitung
zu drücken ist. Vorteilhaft
ist weiter, daß sowohl das Verfahren wie auch die Vorrichtung an geänderte Verhältnisse
ohne großen Aufwand angepaßt werden können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren in der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematisierte Gesamtansicht der mit Doppelbehalteraufgeber
bezeichneten Vorrichtung, Fig. 2 einen Behälter im Längsschnitt und Fig. 3 einen
Querschnitt des Behälters im Bereich des konischen Teils.
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Fig. 1 zeigt die Behälter 1 und 2 mit den zugehörigen Leitungen, Schiebern
und Zuteilungseinrichtungen. Jeder der beiden Behälter 1, 2 ist mit der Förderleitung
3 bzw. der Druckwasserleitung 4 sowie mit der Feststoffzuführung 5 und der Überschußwasserleitung
6 zu verbinden. Hierzu dienen die Schieber 8, 9, 11 bzw. die Zuteileinrichtung 12.
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Die Verbindung der Behälter 1, 2 mit der Förderleitung 3 bzw. der
Druckwasserleitung 4 bzw. den anderen Leitungen bzw. Zuführungen erfolgt jeweils
in vier Takten. Beim ersten Takt steht der Behälter 1 nach Beendigung des letzten
Fördervorganges und Schließen des Schiebers 8 voll klaren Wassers und unter Hochdruck.
Nach
Schließen des Schiebers 9 wird durch Öffnen des Bypasses 10
zum Schieber 11 der Behälterdruck entlastet und der Schieber 11 selbst geöffnet.
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Damit beginnt der zweite Takt nämlich das Füllen. Nach Öffnen bzw.
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einstellen der Zuteileinrichtung 12 wird die dosierte Feststoffmenge
in den Behälter 1 eingefüllt. Das dabei verdrängte klare Wasser, welches dem Volumen
des eingefüllten Feststoffes entspricht gelangt in den Wasserspeicher 14, von wo
es wahlweise abgeleitet oder beispielsweise für das Schachtbohren durch eine Kombination
von Pumpe und Rückschlagklappe der entsprechenden Treibwasserleitung zugeführt wird.
Der Wasserspiegel im Wasserspeicher 14 wird so hoch gehalten, daß der Behälter 1
nach dem Füllvorgang sicher entlüftet ist.
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Der dritte Takt beinhaltet verschiedene Steuervorgänge, wobei nach
Beendigung des Fülltaktes zunächst die Zuteileinrichtung 12 geschlossen bzw. abgestellt
und der Schieber 11 geschlossen wird.
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Durch Öffnen des Bypasses 15 zum Schieber 9 wird der Behälter 1 auf
Hochdruck gebracht, so daß dann der Schieber 9 selbst unter Vermeidung von Druckschlägen
geöffnet werden kann. Der Behälter 1 ist nun bereit für den vierten, den Fördertakt.
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Sobald der Fördertakt im Behälter 2 beendet ist, wird dessen Schieber
8 geschlossen und gleichzeitig der Schieber 8 des förderbereiten Behälters 1 so
geöffnet, daß ein gleichmäßiger Übergang der Förderung vom Behälter 2 zum Behälter
1 gewährleistet ist. Für das Austragen des Feststoffes steht nun die ganze Zeit
zur Verfügung, in welcher beim Behälter 2 nach Schließen der Schieber 8 , 9 die
Takte 1 bis 3 ablaufen.
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Dem Schieber 8 sind jeweils Druckwasserschieber 16, 17 nachgeschaltet,
die im Bereich der Einfüllstutzen 19 in die obere Druckwasserleitung 20 bzw. die
untere Druckwasserleitung 21 eingeschaltet sind.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den gesamten Behälter 1 mit seinen
wichtigsten Bauteilen. Durch die Zuteileinrichtung 12 und den Rand 18 des Behälters
1 hindurch ist ein Einfüllstutzen 19 vorgesehen. Dieser weitet sich im Behälter
trichterförmig auf und wird so weit hineingeführt, daß das beim Einfüllen des Feststoffes
durch den Schieber 11 entweichende Wasser frei von Feststoff ist, denn zu Beginn
des Austragevorganges steht der Behälter 1 ja voll klaren Wassers.
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Im unteren, konisch ausgebildeten Teil 23 des Behälters 1 sind die
im Boden 22 erforderlichen Rohranschlüsse so angeordnet, daß die untere Druckwasserleitung
21 durch das Leitblech 24 und die Austragsöffnung 28 zur Förderleitung 3 durch das
spiralförmige Leitblech 26 so abgedeckt sind, daß beim Feststoffeinfüllen (Takt
2) kein Feststoff in die Rohröffnungen gelangen kann.
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Der in der Mitte des konischen Teiles 23 angeordnete Dorn 25 bewirkt,
daß sich beim Austrasvorgang (Takt 4) durch das einströmende Druckwasser zwangsläufig
eine Rotationsbewegung einstellt, durch welche der in ihrer Strömungsrichtung befindliche
Feststoff in die Förderleitung 3 geleitet wird. Da von dem oberhalb des gebunkerten
Feststoffes
angeordnete obere Druckwasserleitung 20 ebenfalls
Druckwasser zugeführt wird, ist sichergestellt, daß der Rotationsbewegung ständig
neuer Feststoff zugeführt wird. Durch entsprechende Dossierung des durch die oben
und unten zugeführte Druckwassermenge bei Einstellung der den Eingangsstutzen 27
zugeordneten Druckwasserschiebern 16, 17 kann das gewünschte Feststoff/Wasser-Verhältnis
eingestellt werden In der Draufsicht (Fig. 3) auf den unteren, konischen Teil 23
des Behälters 1 ist die tangentiale Anordnung des Druckwasserrohres 21 und der Förderleitung
3, sowie das zwischen ihnen angeordnete Leitblech 26 zu erkennen. In Verbindung
mit dem Dorn 25 wird durch diese Anordnung die für den gleichmäßigen Trübeaustrag
erforderliche Rotationsbewegung erzielt.
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1 Behälter 2 Behälter 3 Förderleitung 4 Druckwasserleitung 5 Feststoffzuführung
6 Überschußwasserleitung 8 Schieber (zu 3) 9 Schieber (zu 4) 10 Bypaß 11 Schieber
(zu 6) 12 Zuteileinrichtung 14 Wasserspeicher 15 Bypaß (zu 9) 16 Druckwasserschieber
17 Druckwasserschieber 18 Rand 19 Einfüllstutzen 20 obere Druckwasserzuleitung 21
untere Druckwasserzuleitung 22 Boden (zu 1) 23 Konischer Teil (zu 1) 24 Leitblech
25 Dorn 26 Leitblech 27 Eingangsstutzen 28 Austrittsöffnung -(zu 3)
Leerseite