DE1055964B

DE1055964B - Verfahren und Vorrichtung zur Foerderung von fluessigen oder loeslichen bzw. unloeslichen festen Stoffen mittels einer Mammutpumpe

Info

Publication number: DE1055964B
Application number: DEA19302A
Authority: DE
Inventors: Eugen G Stich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-12-08
Filing date: 1953-12-08
Publication date: 1959-04-23

Description

DEUTSCHES

Gegenstand der Erfindung bildet ein neuartiges und besonders vorteilhaftes Verfahren zur Förderung von flüssigen oder löslichen bzw. unlöslichen festen Stoffen, insbesondere Öl, Kohle oder Kali, mittels einer Mammutpumpe durch Einblasen von Druckluft in das flüssige, aufgeschlämmte oder gelöste Fördergut am Fußpunkt der Förderstrecke sowie eine neuartige und besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung desselben.

Bei bisher bekannten derartigen Förderverfahren wird aus einem Druckluftzuleitungsrohr in das flüssige, aufgeschlämmte oder gelöste Fördergut am Fußpunkt des Förderrohres mittels eines beide Rohre verbindenden Fußstückes Druckluft eingeblasen, die im Förderrohr ein Luft-Flüssigkeits-Gemisch erzeugt, das in diesem nach dem Gesetz der kommunizierenden Röhren aufsteigt, sich über den Ursprungs-Flüssigkeitsspiegel erhebt und schließlich bei genügender Luftzufuhr am oberen Ende des Förderrohres abfließt. Diese Verfahren weisen die Schwierigkeit auf, daß ihr Wirkungsgrad, der von den Strömungsgeschwindigkeiten des Fördergemisches und der dem letzten zugeführten Luft und dem Verhältnis dieser beiden Geschwindigkeiten zueinander anhängig ist, im günstigsten Falle etwa 30% erreicht. Dieser geringe Wirkungsgrad des bisherigen Verfahrens, der vor allem auf ein zu großes Volumen der einzelnen eingebrachten Luftblasen, eine viel zu ungenügende Verteilung derselben in dem Fördergemisch und eine hauptsächlich daraus sich ergebende zu hohe relative Auftriebsgeschwindigkeit der Luftblasen im aufsteigenden Fördergutstrom zurückzuführen ist, läßt nur verhältnismäßig geringe Förderhöhen zu, die um so kürzer ausfallen, je kleiner die Eintauchtiefe des Förderrohres in das flüssige, aufgeschlämmte oder gelöste Fördergut den jeweiligen Gegebenheiten entsprechend gewählt werden muß. Diese Verhältnisse werden noch dadurch erschwert, daß sich innerhalb des Förderrohres ein Rücklauf des Fördergemisches einstellt, der weiterhin der Förderhöhe eine gewisse Grenze setzt. Ein weiterer großer Mangel bekannter derartiger Verfahren besteht darin, daß sich bei Förderung fester Stoffe unterhalb des Lufteinführungsbereiches feste Bestandteile des Fördergemisches absetzen, die Zuflußöffnung des Förderrohres verengen und damit die weitere Förderung behindern. Zum anderen hat sich als nachteilig erwiesen, daß sich bei Stillsetzung der Luftverdichteranlage infolge des damit erfolgenden Ausbleibens der Druckluft die Emblasöffhungen am Fußpunkt der Förderstrecke durch feste Bestandteile des nachdringenden Fördergemisches leicht verstopfen.

Im Verfolg einschlägiger Arbeiten wurde festgestellt, daß der Wirkungsgrad η derartiger Förderverfahren mittels einer Mammutpumpe proportional dem Verhältnis der Eintrittsgeschwindigkeit Vp_e des Fördergutes in den Lufteinführungsbereich zu der Summe dieser Eintrittsgeschwindigkeit Vp_e und der relativen Auf-Verfahren und Vorrichtung zur Förderung

von flüssigen oder löslichen

bzw. unlöslichen festen Stoffen

mittels einer Mammutpumpe

Anmelder:

Wilhelm Ufer,
Düsseldorf, Bismarckstr. 60

Eugen G. Stich, Mannheim,
ist als Erfinder genannt worden

Stiegsgeschwindigkeit V_a der Luftblasen im aufsteigenden Fördergutstrom ist, so daß ohne Berücksichtigung des Rohrwiderstandes und anderer vernachlässigbarer Reibungsverluste

Vpe. _H ,

⁷¹ ^{= (1)}

Va = Vl — Vp ist, wobei Vl die absolute Geschwindigkeit der aufsteigenden Luftblasen, Vp die Geschwindigkeit des aufsteigenden Pördergutstromes bedeutet. Zum anderen ergibt sich das zur Durchführung dieses Verfahrens maximal mögliche Verhältnis der Förderhöhe FH, das ist die Höhendifferenz zwischen dem Ursprungs-Flüssigkeitsspiegel und dem Ausguß des Fördefgemisches am oberen Ende der Förderstrecke, und der Eintauchtiefe E T, nämlich dem Höhenunterschied zwischen dem Ursprungs-Flüssigkeitsspiegel und dem Fußpunkt der Förderstrecke, aus dem Quotienten von der mittleren Luftgeschwindigkeit VLm im Förderrohr zur Summe der Fördergut-Eintrittsgeschwindigkeit Vp _e und der relativen Luftauftriebsgeschwindigkeit V_a, so daß man

FH ₌ V_{Lm (2)}

ET V_Pe + V_a

setzen kann. Bei gleichbleibendem Verhältnis

und einer bestimmten, sich aus den baulichen Verhältnissen ergebenden Eintauchtiefe ET wird die Förderhöhe FH um so größer, je kleiner sich die relative Luftauftriebsgeschwindigkeit V_a einrichten läßt.

809 507/197

3 4

Die Zusammenfassung der Gleichungen für η und Massegut bekannt sind. Die Feinstverteilung wird aber

F H ^erst dadurch vervollkommnet, daß das mit Luftbläschen

--—r durchsetzte Fördergemisch in der Lufteintrittszone, also

vor seinem Durchgang durch das Förderrohr, zweckergibt den Ausdruck 5 mäßig mittels rotierender Bauelemente, beispielsweise FH ■ V_Fe ^e™^es Schneckenwerkes, einer mechanischen Mischung V ⁼ ~ΖΓψ ' ~ P) unterworfen wird. Ein Rücklauf des Fördergemisches inner- ^Lm halb des gesamten Förderrohres kann erfindungsgemäß

Aus den Gleichungen 1 oder 3 kann man erkennen, dadurch verhindert werden, daß punktweise die Förderdaß der theoretisch maximale Wirkungsgrad, nämlich i° geschwindigkeit in einer der Förderstrecke entsprechenden η = 100%, dann sich erreichen läßt, wenn die Luft- Anzahl von Rohrverengungen gegenüber der im jeweils auftriebsgeschwindigkeit an diejenige des Fördergutes nächstfolgenden Rohrabschnitt bestehenden Förderangeglichen wird, d. h. die relative Luftauftriebsge- geschwindigkeit gesteigert wird. Dieser geschwindigkeitsschwindigkeit V_a = 0 beträgt. erhöhte Förderfluß innerhalb der Rohrverengungen ver-

Auch bei bisherigen Verfahren hatte man bereits ver- 15 meidet ein Übergreifen des in den einzelnen durch die sucht, die Luft in das Fördergemisch am Fußpunkt der Rohrverengungen gebildeten Förderrohrabschnitten an Förderstrecke möglichst gut verteilt und derart ein- sich auftretenden Rückflusses auf den in Förderrichtung zuführen, daß zumindestens im Lufteintrittsbereich die vorhergehenden Rohrabschnitt, so daß ein Rücklauf Luftauftriebsgeschwindigkeit die Geschwindigkeit des innerhalb der gesamten Förderstrecke sich nicht einsteigenden Fördergemisches nicht wesentlich übertrifft. 20 stellen kann.

So ist beispielsweise eine Vorrichtung zum Heben von Ein Absetzen etwaiger fester Bestandteile im Fußpunkt Wasser mittels Preßluft bekannt, bei welcher Luft in der Förderstrecke läßt sich erfindungsgemäß dadurch Form feinster Bläschen in das zu fördernde Wasser verhindern, daß vor dem Einführen der Drucklufteingeführt wird, wobei aber die zwar in feinverteilter bläschen eine zusätzliche Grobbelüftung des mechanisch Form eingeführte Luft sich zu Luftkissen zusammen- 25 durchgearbeiteten, zweckmäßig in Drehbewegung verschließt und als solche über die gesamte Förderstrecke setzten Fördergutes vorgenommen wird, wobei Luft in emporsteigt. Diese sich mit steigender Förderstrecke größeren Blasen mit entsprechender Auf stiegsgeschwindigimmer mehr zu größeren Luftblasen zusammenschlie- keit in dem Fördergemisch verteilt wird,
ßenden Luftkissen nehmen, da die Auftriebskraft einer Ein Verstopfen der Einblasporen des Filterkörpers Luftblase in einer Flüssigkeit dem Gewicht der von ihr 30 durch feste Bestandteile des Fördergemisches kann man verdrängten Flüssigkeitsmenge entspricht, mit steigender dadurch vermeiden, daß die Luftemführungsleitung mit Förderhöhe eine immer größer werdende Geschwindigkeit einem oder mehreren Rückschlagventilen ausgestattet ein, während die Fördergeschwindigkeit des Fördergutes wird, die bei Ausbleiben der Luftzufuhr sich automatisch im Rohr annähernd gleichbleibt. Gleichzeitig nimmt in- schließen, so daß ein Eindringen des Fördergemisches in folge der mit Niveauhöhe sich vergrößernden Luft- 35 die Lufteinführungsleitung verhindert wird,
volumina das spezifische Gewicht der Fördergemischsäule Zur Aufrechterhaltung der Feinstverteilung der Luftvon unten nach oben ab, so daß feste Bestandteile des bläschen und damit zur weiteren Steigerung der er-Fördergemisches auf dem Wege von unten nach oben zielbaren Förderhöhe können vorteilhafterweise dem verhältnismäßig immer schwerer werden, mit der Folge, flüssigen Fördergut Stoffe, wie z. B. Netz-, Dispergierdaß bei Erreichen einer bestimmten Förderhöhe ein 40 und Emulgiermittel, zugesetzt werden. Derartige Stoffe weiterer Auftrieb dieser Bestandteile ausbleibt. führen eine Verschäumung des Fördergutes herbei und

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden alle verbessern dadurch die Drackluftbläschenverteihmg hin-

diese Schwierigkeiten weitgehend vermieden, und zwar sichtlich deren Beibehaltung über die gesamte Förder-

dadurch, daß die Druckluft in Form feinster, wäh- strecke.

rend des Fördervorganges im wesentlichen unveränder- 45 Durch das erfindungsgemäße Verfahren nähert man licher Bläschen über feinporöse Filterkörper in das sich infolge der äußerst geringen relativen Auftriebs-Fördergut eingeführt wird und die Druckluftbläschen mit geschwindigkeit der in dem Fördergut feinverteilten Luftdem Fördergut vor ihrem Durchgang durch das Förder- bläschen dem theoretischen Idealzustand, daß das Verrohr einer mechanischen Durcharbeitung unterworfen fahren fast ausschließlich auf Grund der Differenz der werden. Maßgebend für die Erreichung des gesetzten 50 Wichte zwischen der äußeren Flüssigkeitssäule und der Zieles ist also einerseits die Einleitung der Druckluft in im Förderrohr befindlichen Luft-Fördergemisch-Säule das Fördergut in Form feinster Bläschen, andererseits arbeitet. Das bedeutet aber, daß das Verfahren einen weit deren bestmögliche und während des Fördervorganges besseren Wirkungsgrad als die bekannten Verfahren aufandauernde Verteilung in dem Fördergut. weist. Durch diese gewaltige Steigerung des Wirkungs-

Durch dieses neuartige Verfahren wird erreicht, daß 55 grades gegenüber dem bisherigen derartiger Verfahren

infolge der Feinstverteilung der eingeblasenen Druckluft, lassen sich große Förderhöhen bewältigen. Eine Unter-

wie sie vorzugsweise durch das Einleiten der Luft durch teilung der Förderung in abschnittsweise Förderstrecken

hartgebrannte keramische oder metallische Diaphragmen entfällt infolgedessen und auch dadurch, daß auch bei

bis zu einer Porenweite von etwa 100 μ erzielt werden großen Förderhöhen durch die Rohrquerschnittsver-

kann, die Auftriebsgeschwindigkeit der Druckluft- 60 engungen ein Rückfluß des Fördergemisches vermieden

bläschen im Förderrohr an diejenige des Fördergutes wird.

weitgehend angeglichen wird, d. h. der Schlupf des Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur Fördergutes im Förderrohr gegenüber den aufsteigenden zur Förderung von reinen Flüssigkeiten, wie beispiels-Luftbläschen vernachlässigbar klein ist und über- weise Frischwasser, Öl, Säuren, Laugen u. dgl., sondern raschenderweise diese kaum meßbare relative Luft- 65 auch von verschmutzten Wässern, Schlämmen, Salzauftriebsgeschwindigkeit sich im Förderrohr von unten lösungen wie auch zum Heben von Feststoffen, wie Sand, nach oben im Mittel kaum steigert. Hierbei darf bemerkt Kies, Schlacke, Asche, Erzen, Kohle, Kali, Zement u.a.m. werden, daß Platten aus porösen Baustoffen an sich für im Flüssigkeitsstrom. Der Transport braucht sich dabei das Einblasen gasförmiger Druckmittel in femverteil- nicht nur auf vertikale Förderstrecken zu beschränken, tem Zustand in ein pulverförmiges oder feinkörniges 70 sondern kann auch über größere Entfernungen horizon-

Claims

taler oder schräger Lage bei beträchtlichen Höhenunterschieden erfolgen. Die Vorrichtung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist nach Art der bekannten Mammutpumpen mit einem Förderrohr, einem Druckluftzuleitungsrohr sowie einem zwischen den Fußpunkten derselben angeordneten Fußstück ausgerüstet, wobei erfindungsgemäß das Fußstück als feinporiger, vorzugsweise keramischer Filterkörper ausgebildet und im Förderrohr innerhalb des Lufteinführungsbereiches eine vorzugsweise als Schneckenwerk ausgebildete Einrichtung zur mechanischen Durcharbeitung des Fördergemisches vorgesehen ist. Hierbei kann der Filterkörper innerhalb des Fußendes des Förderrohres angeordnet sein, wobei zweckmäßig sich auch das Druckluftzuleitungsrohr im Innern des Förderrohres befindet. Eine weitere Möglichkeit der Anordnung des Filterkörpers ergibt sich dadurch, daß derselbe als Ansatz- oder Aufsatzstück für das Fußende des Förderrohres ausgebildet ist und mit einem nach außen abschließenden, an das Druckluftzuleitungsrohr anschließenden Hohlmantel umgeben ist. Zur Verhinderung eines Rücklaufes des Fördergemisches kann das Förderrohr in Abständen mit seinen Querschnitt verjüngenden Einengungen, vorzugsweise in Gestalt von beidseitig zur jeweiligen Einengung konisch zueinander laufenden Rohrmantellmien ausgebildet sein. Zur Vermeidung des Absetzens von etwaigen festen Bestandteilen des Fördergemisches kann die erfindungsgemäße Vorrichtung unterhalb des Lufteinführungsbereiches eine zusätzliche, vorzugsweise in Form einer an das Druckluftzuleitungsrohr angeschlossene, am Fußpunkt der Förderschnecke angeordnete, als Ringdüse ausgebildete Grobbelüftungseinrichtung aufweisen, wobei die zur mechanischenDurcharbeitung des Fördergemisches vorgesehene Einrichtung sich bis in den Bereich der Grobbelüftungseinrichtung erstreckt. Zur Verhinderung des Eindringens von Flüssigkeit in die Druckluftzuführungsleitung bei Ausbleiben weiterer Druckluft können in dem Drackluftzuleitungsrohr eine oder mehrere Rückschlagventile vorgesehen werden. In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch veranschaulicht, die eine derartige Hochleistungs-Mammutpumpe darstellt, bei welcher die Druckluft durch das außerhalb des Förderrohres 6 befindliche Druckluftzuleitungsrohr 5 von außen in den beispielsweise dreifach unterteilten Filterkörper 7 in das Förderrohr 6 eintritt. Bei der Vorrichtung wird Luft von außen durch einen Kompressor 2 angesaugt, verdichtet und durch zwei Filter 1, 3 gereinigt, um einmal eine vorzeitige Abnutzung der Luftverdichteranlage durch etwaigen mitgeführten Staub, zum anderen eine Verstopfung des feinporigen Filterkörpers 7 zu verhindern. Am Fußpunkt der Förderstrecke unterhalb des Filterkörpers 7 befindet sich eine Grobbelüftungsanlage in Form einer Ringdüse 10, die an das Druckluftzuleitungsrohr 5 angeschlossen ist. Die Rückschlagventile 8 sind an den Eingängen zu den einzelnen Kammern des Filterkörpers 7 und der Ringdüse 10 sowie zwischen Kornpressor 2 und Filter 3 angeordnet, wodurch bei Stillstand oder Stillsetzung der Luftverdichteranlage das Fördergut vom Förderrohr nicht in die Belüftervorrichtung eintreten kann. Das in den Filterkörper 7 hineinragende Schneckenwerk 9 am Fußpunkt der Förderstrecke setzt das Fördergemisch in eine rotierende Bewegung und bewirkt dadurch eine noch gleichmäßigere Verteilung der Luftbläschen im Fördergut. Das Förderrohr 6 weist mehrere Verengungen 12 auf, in denen das Fördergemisch eine erhöhte Steiggeschwindigkeit annimmt und 7" damit einen Rückfluß des Fördergemisches des nächstfolgenden Rohrabschnittes zu dem vorhergehenden verhindert. Der am oberen Ende des Förderrohres 6 angeordnete Zyklon 11 dient zur Entlüftung und Entschäumung des Fördergemisches. Die erfindungsgemäße Vorrichtung der Hochleistungs-Mammutpumpe ist durch höchste Betriebssicherheit und geringen Verschleiß ausgezeichnet und macht infolge der einfachen aber kräftigen Bauart keinerlei Wartung erforderlich. Daher besitzt die Anlage neben vielen anderen Vorzügen wie z. B. der Einfachheit der Konstruktion, der Verminderung der Reparaturkosten, der Aufstellung der Vorrichtung über Tag und der Verbilligung der Gestehungskosten bei großen Förderhöhen eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer. Auch bei tagelanger Inbetriebnahme ist kein Nachlassen des hohen Wirkungsgrades zu verzeichnen. Es ist bisher keine derartige Fördervorrichtung bekannt, die einen so vielseitigen Einsatz mit so wenig Mitteln und einem so hohen Wirkungsgrad zuläßt. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Förderung von flüssigen oder löslichen bzw. unlöslichen festen Stoffen, insbesondere Öl, Kohle oder Kali, mittels einer Mammutpumpe durch Einblasen von Druckluft in das flüssige, aufgeschlämmte oder gelöste Fördergut am Fußpunkt der Förderstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluft in Form feinster, während des Fördervorganges im wesentlichen unveränderlicher Bläschen über feinporöse Filterkörper in das Fördergut eingeführt wird und die Druckluftbläschen mit dem Fördergut vor ihrem Durchgang durch das Förderrohr einer mechanischen Durcharbeitung unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einführen der Druckluftbläschen eine zusätzliche Grobbelüftung des mechanisch durchgearbeiteten, zweckmäßig in Drehbewegung versetzten Fördergutes vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem flüssigen Fördergut Stoffe wie z. B. Netz-, Disperser- und Emulgiermittel zugesetzt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 und 3 mit einem Förderrohr, einem Druckluftzuleitungsrohr sowie einem zwischen den Fußpunkten derselben angeordneten Fußstück, dadurch gekennzeichnet, daß das Fußstück als feinporiger, vorzugsweise keramischer Filterkörper ausgebildet und im Förderrohr innerhalb des Lufteinführungsbereiches eine vorzugsweise als Schneckenwerk ausgebildete Einrichtung zur mechanischen Durcharbeitung des Fördergemisches vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper innerhalb des Fußendes des Förderrohres angeordnet ist, wobei zweckmäßig auch das Druckluftzuleitungsrohr im Innern des Förderrohres angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper als Ansatz- oder Aufsatzstück für das Fußende des Förderrohres ausgebildet ist und mit einem nach außen abschließenden, an das Druckluftzuleitungsrohr angeschlossenen Hohlmantel umgeben ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrohr in Abständen mit seinen Querschnitt verjüngenden Einengungen, vorzugsweise in Gestalt von beidseitig zur