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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsspeicheranlage, bei der ein
allseitig geschlossener flexibler Behälter in einer offenen Grube angeordnet ist
und bei der im Zwischenraum zwischen dem Behälter und den Grubenwänden dauernd eine
Trägerflüssigkeit vorhanden ist, deren Menge so bemessen ist, daß bei jedem Füllungsgrad
des Behälters zwischen den Wänden des Behälters und den entsprechenden Wänden der
Grube eine die gegenseitige Berührung dieser Wände im wesentlichen verhindernde
Flüssigkeitsschicht vorhanden ist, und stellt eine Weiterbildung der Anlage nach
Patentanmeldung P 1290 092.4-22 dar.
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Im Vergleich zu bekannten Flüssigkeitsspeicheranlagen ist bei der
Anlage nach der Hauptpatentanmeldung der flexible Behälter nur relativ geringen
Belastungen ausgesetzt, so daß für den Behälter verhältnismäßig schwache Materialien
verwendet werden können. Die Festigkeit dieser Materialien muß jedoch stets so gewählt
werden, daß der Behälter den Beanspruchungen standhält, die sich an den oberen Enden
der Seitenwände auf Grund der gegebenenfalls durch unterschiedliche Dichten von
Trägerflüssigkeit und Speicherflüssigkeit bedingten Berührung mit den Behälterwänden
ergeben.
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Ziel der Erfindung ist es, die Flüssigkeitsspeicheranlage nach der
Hauptpatentanmeldung derart weiterzubilden, daß bei Speicherung beliebiger Flüssigkeiten
eine noch weitergehende Verringerung der Beanspruchung des flexiblen Behälters erreicht
und die Verwendung besonders preiswerter Materialien für den Behälter ermöglicht
wird.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Trägerflüssigkeit
zwei verschiedene Flüssigkeiten vorgesehen sind.
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Damit kann eine beliebige gegenseitige Einstellung der Höhenstände
der Flüssigkeiten innerhalb und außerhalb des flexiblen Behälters erreicht werden,
so daß auch an den oberen Enden der Seitenwände des Behälters praktisch keine Reibung
mit den Grubenwänden auftritt und gegebenenfalls vorhandene Falten in dem Behälter
auch in diesem Bereich während des Füllvorgangs in einfacher Weise geglättet werden
können.
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Vorzugsweise ist die Dichte einer der beiden Flüssigkeiten im wesentlichen
gleich der Dichte der Speicherflüssigkeit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Dichte
einer der beiden Flüssigkeiten kleiner als die Dichte der Speicherflüssigkeit. Vorzugsweise
ist in diesem Falle die Menge der kleinere Dichte aufweisenden Flüssigkeit im Vergleich
zur Menge der anderen Flüssigkeit sehr gering.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die
ein Anpassen der Anlage an die jeweils verwendeten Trägerflüssigkeiten gewährleistet,
besteht der gemäß der Hauptpatentanmeldung vom Boden der Grube ausgehende Überlauf
aus einem in der Höhe verstellbaren Üb erl aufrohr.
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Gemäß einer sich durch besondere Wirtschaftlichkeit auszeichnenden
Ausgestaltung der Erfindung besteht der Behälter zumindest zum Teil aus unverstärktem
flexiblem Material.
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Schließlich zeichnet sich eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung dadurch aus, daß der Behälter aus zwei Teilen aus unverstärktem flexiblem
Material besteht, die an ihren Außenrändern miteinander verbunden sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nach folgend an Hand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 einen vertikalen Querschnitt einer
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zur Speicherung von öl, wobei der
Fall der voll ausgenutzten Speicherkapazität dargestellt ist, F i g. 2 einen vergrößert
dargestellten Teil der Anlage nach F i g. 1 bei nur teilweise ausgenutzter Speicherkapazität
und F i g. 3 eine vertikale Querschnittsansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform
einer Anlage gemäß der Erfindung, wobei die Speicherkapazität nahezu voll ausgenutzt
ist.
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Nach F i g. 1 besteht die Flüssigkeitsspeicheranlage aus einem in
einer Grube 15 angeordneten flexiblen Behälter 10, der auf einer Trägerflüssigkeitsschicht
23 gelagert ist. Die Grube ist mit einer Auskleidung 17 aus einem relativ billigen
Material wie Polyäthylen, Polyvinylchlorid oder Butylkautschuk versehen, welche
in der Nähe des Grubenbodens ein Ventil 36, 37 aufweist, das den Eintritt einer
Flüssigkeit in die Grube gewährleisten kann. Die Enden der Auskleidung 17 sind in
einen Erdwall 16 eingebettet.
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Die Auskleidung 17 ist ferner am Boden der Grube 15 bei 25 a mit
einer Öffnung versehen, von der ein Überlaufrohr 25 ausgeht. Die Höhe des offenen
Endes 24 des Überlaufrohrs 25 legt die maximale Höhe fest, die die Trägerflüssigkeitsschicht
23 erreichen kann. Durch den Uberlauf wird sichergestellt, daß der Behälter 10 beispielsweise
nicht durch sich in der Schicht 23 ansammelndes Regenwasser so weit angehoben wird,
daß ein Teil des Behälters über den oberen Rand der Grube 15 tritt.
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Das obere Ende 24 des Überlaufrohres 25 liegt tiefer als das obere
Ende der Auskleidung 17, so daß das Wasser nicht über die Auskleidung 17 ansteigen
und dann in die Erdwälle 16 sickern und diese beschädigen kann. Die Auslaßöffnung
24 des Oberlaufrohrs 25 kann in der Höhe verstellt werden, um jeglichen Änderungen
in den relativen Dichten von Speicherflüssigkeit 30 und Trägerfiüssigkeiten Rechnung
zu tragen.
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Die Seitenwändel2, die Bodenwand 13 und die Decke 11 des Behälters
10 bestehen aus Bahnen unverstärkten Folien von Polyvinylchlorid-Nitrilkautschuk
mit einer Dicke von etwa 1,3 mm und einer Trockenreißfestigkeit von etwa 54 kg/Zoll
Breite. Die Bodenränder der Seitenwände 11 sind mit einem Wulst 14 versehen, der
ein Ballast enthaltendes Rohr einschließt. Zwischen der Decke 11 und der Bodenwand
13 erstrecken sich flexible Rohre 21 zur Ableitung des Regenwassers von der Behälterdecke.
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Diese Rohre 21 sind mit ihrem oberen Ende an einem die Behälterdecke
11 muldenförmig nach unten ziehenden schweren Flansch 20 und mit ihrem unteren Ende
mit den Rändern einer Öffnung 22 im Behälterboden 13 verbunden.
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Sämtliche Gase, die gegebenenfalls in dem Behälter 10 eingeschlossen
werden, können durch ein Einwege-Ablaßventil abgelassen werden, das in einem mit
Radialöffnungen versehenen Schwimmkörper 31 angeordnet ist und ein Austreten der
Gase über ein Ablaßrohr 34 in der Decke 11 und eine Flammfalle 32 in die Atmosphäre
ermöglicht.
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Der Behälter 10 kann aus zwei Teilen bestehen, die entsprechend der
Darstellung in Fig. 1 bei 53 dicht miteinander verbunden sind.
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Zwischen den Seitenwänden des Behälters 10 und den entsprechenden
Wänden der Grube sind durchlöcherte Rohre 18 vorgesehen, welche das Hochsteigen
der Trägerflüssigkeit an den Grubenwänden erleichtern und die Entnahme von Proben
der Trägerflüssigkeit ermöglichen.
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Ein dickes Rohr 38 mit an beiden Enden vorgesehenen rechtwinkligen
Kniestücken 38 a, 38 b und einem zwischen den Kniestücken 38 a, 38 b gelegenen Krümmer
38 c ist mit einem Kniestück 38 a außerhalb der Erdwälle 16 im Boden vergraben,
während das andere Ende von den Erdwällen 16 aus frei tragend über den Behälter
10 geführt ist. Das Rohr 38 dient als Träger für eine Inspektionsbrücke 39 und eine
Speiseleitung26. Die Zuführleitung26 mündet über dem Behälter 10 in ein im wesentlichen
vertikales Rohr 50, das sich durch eine Öffnung 27 in der Decke des Behälters 10
erstreckt. Zwischen dem Rohr 50 und dem Inneren des BehälterslO ist mittels einer
kegelstumpfförmigen Hülse 51 aus mit Nylon verstärktem Gummi eine Verbindung vorgesehen,
die im wesentlichen koaxial zu dem vertikalen Rohr 50 ist und mit dem Rohr 50 mit
den Rändern ihres engeren Endes und den Randbereichen der Öffnung 27 in der oberen
Wand 11 mit den Rändern ihres weiteren Endes verbunden ist.
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Aus der Fig.2 ist zu entnehmen, daß bei Entleerung des Behälters
10 die Decke 11 frei nach unten sinkt, während die Hülse 51 zunehmend eine kegelstumpfartige
Form annimmt, wie sie strichpunktiert angedeutet ist. Die Verbindung zwischen dem
weiten Ende der Hülse 51 und dem Randbereich der Öffnung 27 wird dadurch erreicht,
daß die Randbereiche der Hülse 51 und der Decke 11 unter Zwischenlegung eines Ringes
aus ungehärtetem Polyvinylchlorid-Nitrilkautschuk übereinandergelegt und so lange
der Einwirkung von Wärme ausgesetzt werden, bis eine Bindung erreicht ist. Die auf
diese Weise erhaltene Überlappungsverbindung hält Zugbelastungen in der Verbindungsebene
aus und ist relativ flexibel.
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Quer zum Rohr 50 und in einem geringen Abstand von dem offenen Ende
des Rohres ist mittels Streben 55 eine kreisförmige Stahlplatte54 befestigt. Aufgabe
der Platte 54 ist es, zu verhindern, daß die Bodenwand 13 durch Saugwirkung nach
oben gezogen wird und das offene Ende des Rohres 50 versperrt, wenn aus dem Behälter
Flüssigkeit entnommen wird.
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Um ein vollständiges Entleeren des Behälters zu gewährleisten, ist
eine Anzahl von durchlöcherten Rohren 29 vorgesehen, die aus einem im wesentlichen
die gleiche Dichte wie die zu speichernde Flüssigkeit30 aufweisenden Material bestehen
und ausgehend von einem im wesentlichen senkrecht unterhalb der Öffnung des Speiserohres
50 gelegenen Bereich sich radial über den Behälterboden erstrecken.
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Bei der in Fig. 3 dargestellten und das wesentlichste Merkmal der
Erfindung, nämlich die Verwendung zweier verschiedener Trägerflüssigkeiten zeigenden
Flüssigkeitsspeicheranlage besteht der Behälter 70 aus zwei Folien 71, 72 aus unverstärktem
Polyvinylchlorid-Nitrilkautschuk, die an ihren Randbereichen 71 a, 72 a miteinander
verbunden sind.
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Diese Verbindung erfolgt in der Weise, daß ein Streifen aus ungehärtetem
Kautschuk zwischen die beiden Ränder gelegt wird, welche dann unter gleichzeitigem
Erhitzen fest zusammengepreßt werden. Bei
Aushärtung des Kautschukstreifens wird
dadurch eine undurchlässige Verbindung 74 zwischen diesen beiden Bereichen 71 a
und 72 a geschaffen. Durch die miteinander verklebten Außenbereiche 714 72 a ist
eine Anzahl von Metallösen 75 geführt. Die Einrichtungen zur Zuführung der Speicherflüssigkeit
können in einer den F i g. 1 und 2 entsprechenden Weise ausgestaltet sein.
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Der Behälter 70 ist in der Grube 73 mittels Metallpflöcken befestigt,
die durch die Ösen 75 in den Erdwall geschlagen sind. Wenn in dem Behälter 70 keine
Flüssigkeit vorhanden ist, hängen die obere Folie 71 und die Bodenfolie72 auf Grund
ihres Gewichtes nach unten durch. Dieses Durchhängen wirkt sich auf den Behälter
70 nicht nachteilig aus, da unverstärkter Polyvinylchlorid-Nitrilkautschuk um 200
bis 3000/0 gedehnt werden kann, bevor die Grenze seiner Zugbeanspruchbarkeit erreicht
ist. Bei den für die erfindungsgemäßen Anlagen in Betracht gezogenen Abmessungen,
bei denen die Bodenfläche der Grube beispielsweise etwa 18 m2 und die mittlere Tiefe
der Grube etwa 10 m betragen kann, würde die zu erwartende Maximaldehnung in der
Größenordnung von 5% liegen, obwohl es denkbar ist, daß in bestimmten Teilen des
Behälters dieser Wert in gewissem Maße überschritten und in anderen Teilen nicht
erreicht wird.
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Der Behälter 70 ist in einer den Anlagen nach den Fig. 1 und 2 entsprechenderweise
mit Regenwasserabflußrohren 79 versehen und kann selbstverständlich auch mit Lüftungseinrichtungen
entsprechend der Anordnung 31, 32, 34 in F i g. 1 sowie mit einem Überlauf ausgestattet
sein, welcher entsprechend der Darstellung in Fig. 1 ausgeführt und höhenverstellbar
ausgebildet ist. Am Boden der Grube 73 ist eine Flüssigkeitsschicht vorgesehen,
die genügend tief ist, um sämtliche Unregelmäßigkeiten des Bodens der Grube zu bedecken.
Die Grube 73 kann mit einem undurchlässigen Folienmaterial 76 ausgekleidet sein,
um ein Wegsickern der Flüssigkeit zu verhindern.
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In der dargestellten Ausführungsform sind in der Grube 73 zwei Flüssigkeitsschichten
vorgesehen, wobei die untere Schicht 77 aus Wasser und die obere Schicht 78 aus
einer Flüssigkeit besteht, die die gleiche Dichte wie die gespeicherte Flüssigkeit
aufweisen kann.
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Die Dichte dieser Flüssigkeit kann jedoch auch etwas größer oder
kleiner als die Dichte der zu speichernden Flüssigkeit sein. Die beispielsweise
aus Öl bestehende Menge an Flüssigkeit in der oberen Schicht 78 braucht nur sehr
gering zu sein.
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Wenn der Behälter 70 gefüllt ist, wird die Ölschicht 78 zwischen
die Seiten des Behälters 70 und die Seiten der Grube 73 gedrängt, und zwar bis auf
eine Höhe, die nur etwas geringer als der durch das Öl in dem Behälter 70 erreichte
Pegel ist, und zwar entsprechend den relativen Dichten der zwei Öle.
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Demgemäß ist auch die über dem Pegel der Ölschicht 78 stehende Ölmenge,
die die Folie 72 gegen die Seiten der Grube 73 drückt, sehr gering, und die Reibung
zwischen der Folie 72 und den Seiten der Grube 73 wird so niedrig sein, daß alle
in der Folie 72 vorhandenen und gegen die Seiten der Grube 73 gepreßten Falten beim
Füllen des Behälters 70 geglättet werden, ohne daß dabei irgendeine Gefahr der Erzeugung
von Zugkräften besteht, die die Folie 72 in der Nähe der Falten zerreißen könnten.
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Obwohl bisher angegeben wurde, daß der Behälter 70 ganz aus unverstärktem
Polyvinylchlorid-Nitrilkautschuk besteht, ist es selbstverständlich, daß einige
Teile des Behälters 70, die vergleichsweise großen Beanspruchungen ausgesetzt sind,
aus verstärktem Folienmaterial bestehen können. Beispielsweise können Teile der
oberen Folie 71 mit nicht dargestellten Verstärkungsstreifen aus dichtem Gewebe
versehen sein, so daß auf der oberen Folie 71 Arbeiter gehen können, ohne daß eine
wesentliche Gefahr der Beschädigung der Folie 71 besteht.
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Es ist ferner selbstverständlich, daß die in bezug auf die Ausführungsform
nach F i g. 3 beschriebene Verwendung von zwei Schichten 77, 78 aus verschiedenen
Flüssigkeiten in der gleichen oder einer ähnlichen Weise bei den Ausführungsformen
nach den F i g. 1 und 2 angewandt werden kann.
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Es ist ferner auch möglich, die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen
in verschiedener Weise abzuwandeln. Beispielsweise können Grube 15 und Behälter
10 an Stelle einer quadratischen Form auch eine rechteckige oder kreisförmige Gestalt
besitzen. Die Grube 15 kann auch insgesamt tiefer als der Erdboden (z. B. in einer
natürlichen Einsenkung) liegen, oder sie kann vollständig über dem Boden angeordnet
und vollständig durch Erdwälle oder andere Arten von Wänden festgelegt sein, die
dauerhaft oder schnell zerlegbar ausgebildet sind.
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Während des Normalbetriebes der Flüssigkeitsspeicheranlage gemäß
der Erfindung ist das Material des Behälters 10 praktisch keinen Beanspruchungen
ausgesetzt und muß daher mechanisch lediglich so fest sein, daß es die Belastungen
aufnehmen kann, die möglichenveise während der Herstellung, der Handhabung und des
Transports auftreten. In einigen Fällen kann eine Reißfestigkeit von lediglich 4,5
kg/ Zoll Breite ausreichen. Vorzugsweise werden jedoch Materialien mit größerer
Reißfestigkeit verwendet, und zwar insbesondere im Fall von großen Behältern, bei
denen während des Einbaues eine besonders hohe Festigkeit erforderlich ist, damit
sie den von dem Gewicht des Behälters herrührenden Belastungen standhalten. Derartige
Reißfestigkeitswerte stehen jedoch im Gegensatz zu den im Bereich von 227 bis 454
kg/Zoll Breite liegenden Reißfestigkeitswerten, wie sie bei den größten zur Zeit
bekannten flexiblen Behältern verwendet werden. Überdies ist es mittels der bekannten
Techniken schwierig, Verbindungen zu schaffen, die eine Zugfestigkeit größer als
etwa 454 kg/Zoll Breite zwischen aneinandergrenzenden Teilen aus flexiblem Folienmaterial
aufweisen, so daß selbst dann, wenn stärkeres Material in wirtschaftlicher Weise
verwendet werden könnte, die Gesamtfestigkeit der bisher vorgeschlagenen Behälter
und damit ihr Fassungsvermögen nicht erhöht werden könnten.
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Während die größten bisher vorgeschlagenen flexiblen Behälter ein
Fassungsvermögen in der Größenordnung von 300 m3 besitzen, können gemäß der Erfindung
Behälter mit einem Fassungsvermögen von 100 000 m3 und sogar mehr ohne Schwierigkeiten
gebaut werden. Ein erfindungsgemäßer Behälter mit einem Fassungsvermögen von 100000
m3 würde im leeren Zustand nur etwa 50 t wiegen.
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Als Material für den Behälter wurde zwar bisher lediglich Polyvinylchlorid-Nitrilkautschuk
angegeben, aber es ist selbstverständlich, daß auch andere Materialien wie Neopren
im Falle der Speicherung von Öl oder Wasser oder Butylkautschuk im Falle der Speicherung
von Wasser verwendet werden können.