DE2123211A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere Meeresboden, lagernden Feststoffen an die Wasseroberfläche - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere Meeresboden, lagernden Feststoffen an die Wasseroberfläche Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fördern von auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere Meeresboden, lagernden Feststoffen an die Wasseroberfläche und eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
• Die Entdeckung von Bodenschätzen in großen Meerestiefen stellt die Gewinnungstechnik vor die Aufgabe, Mineralien, z. B. Manganknollen, Seifen oder Schlämme, an die Meeresoberfläche zu fördern. Die Förderung aus Tiefen von unter Umständen mehreren tausend Metern macht den Einsatz neuartiger Mittel notwendig, weil eine herkömmliche Seilförderung aus Festigkeitsgründen nicht in Betracht kommt und zudem eine zu geringe Leistung hat.
• Zur Förderung von Feststoffen vom Grund eines Gewässers sind Gewinnungseinrichtungen vorgeschlagan worden, die daß Fördergut mit Hilfo eines Flüssigkeitsstromes fördern, der von einer in den Forderweg eingeschalteten Unterwasserpumpeinrichtung erzeugt wird. Abgesehen von der Unzugäng-@ichkeit der Pumpe für die Betriebsüberwachung und Raparatar@rbeit, ist diese Anordnung auch aus Gründen des Ver-@ch@eißes und der Verstopfungsgefahr unzweckmäßig.
• Bei anderen bekannten Fördereinrichtungen verwendet man sogenannte Mammutpumpen. Bei diesen Pumpen wird unmittelbar über dem unteren Ende des Förderrohres Druckluft in das Förderrchr eingeleitet. Die im Förderrohr expandierende Druckluft verringert das spezifische Gewicht des Wassers und gibt ihre Bewegungsenergie zum Teil an des Wasser ab.
• Die Förderung erfolgt dann durch den Druck des in das Förderrohr nachdrückenden Wassers. Nachteilig sind der große Druckluftverbrauch der Mammutpumpe und die erheblichen Betriebskosten, die die Erzeugung der Hochdruckluft erfordert.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, das die Förderung von Feststoffen vom Boden eines Gewässers ohne komplizierte mechanische Einrichtungen wirtschaftlich durchzuführen und die Förderung aus G@-wässern großer Tiefe erlaubt.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß durch Unterdruckwirkung ein Gemisch aus Feststoffen und Wasser zu einer Zwischenstation gefördert wird, die sich näher an der Wasseroberfläche als am Gewässergrund befindet, und daß von dieser Zwischenstation im wesentlichen nur die Feststoffe zur Wasseroberfläche transportiert werden. Hierdurch wird erreicht, daß sich sämtliche mschanischen Bauteile in einem unter stmosphärischam Druck stehenden Behälter befinden, also leicht gewartet oder orsetzt werden können. Durch die Trennung des Transp@rtwassers von den Feststoffen schon in einer orheblichen Tiefe wird Energie gespart, denn es werden zur die Foststoffo en die Wasseroberfläche gefördert, während das Wasser mit geringer Feststoffbelastung n@r über einen kurzen Weg, der in etwa der Behälterwanddicke entspricht, nach außen gedrückt wird. Insbescndere wird die Energie für da@ im Rohr nach oben aufsteigende, die Feststoffe m@führends Wasser nach dem Prinzip komm@nizierender Röhren vom Druch des umgebenden Wassers goliefert. Die Geschwindigk@it @@er Menge des geförderten Wassers kann durch Änderung der Höhenlage des Behälters beeinflußt werden.
• Die Erfindung sieht vor, daß die Zwischenstation aus einem druckdichten Behälter besteht, an den eine vom Meeresboden kommende Förderleit@ng angeschlossen ist und der über Rohre mit der Außenluft verbunden ist, wobei der Behälter Pumpeinrichtungen aufweist, die das durch die Förderleitung einströmende Wasser nach außen drücken und denen eine die Feststoffe zurückhaltende Einrichtung vorgeschaltet ist.
• Zwechmäßig ist der Behälter in @ammern unterteilt, von denen eine, die die Feststoffe zurückhaltende Einrichtung enthält, der gegebenenfalls ein Brecher vorgeschaltet ist, und von denen eine andere Kammer die Pumpeinrichtungen aufnimmt.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Kammern übereinander in dem etwa zylindrischen Behälter anzuordnen.
• Dadurch, daß die das Transportwasser ins umgebende Wasser zurückfördernde Pumpeinrichtung @ über eine Ringleitung mit am Umfang des Behälters verteilt angeordneten, in der Durchflußmenge regelbaren Düsen verbunden ist, wird eine Positienierung der Anlage mittels des nach der Größe und Richtung einstellbaren Rückstoßes ermößglicht.
• Zur Steuerung und Überwachung der in der Behälterkammern worhandenen Aggregate ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, in einer Kammer des Behälters eine Schalt- und Steuerzentrale anzuordnen.
• Als Zugang zu den Kammern sowie zur Aufnahme von Fördermitteln zum Transport der Feststoffe an die Wasseroberfläche dienen erfindungsgemäß die die Verbindung zur Außenluft herstallenden in den Behälter hineinragenden Rohre.
• Des weiteren ist vorges@hen, daß die Rohre an ihrem oberen Ende eine über der Wasseroberfläche liegende Arbeitsplattform tragen.
• Um das zu fördernde Material vom Boden des Gewässers aufzunehmen, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Förderleitung ein auf dem Meeresboden bewegbares Aufnahm@-mittel zugeordnet.
• Die Funktion des Verfalirens und der Vorrichtung zu desselj Durchführung ist anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, und zwar 2eigt Fig. 1 eine Übersicht über die Fördereinrichtung nach der Erfindung, Fig. 2 die erfindungsgemäße Zwischenstation in einem Teilschnitt.
• In Fig. 1 bedeutet 1 die über der Wasseroberfläche liegende Bedienungsplattform der Station, von der aus die Transport-und Versorgungsleitungen susgehen bzw. münden, die zum Begleitschiff 3 führen. Diese Plattform enthält alle Einrichtungen für den Betrieb und die Positionierung der Station.
• Sie ruht auf beispielsweise drci Rohren 4, die von der Zwischenstation 6 heraufführen und die Verbindung zu ihr herstellen. Zwecks Stabilisierung sind zusätzliche Auftriebskörper 5 vorgesehen, die als Teile eines stahlbaumäßigen Verbandes ausgeführt sind und der Plattform die Festigkeit und Steifigkeit vermitteln, die wegen der Be@@-spruchung durch die vom Seegang ausgeübten Kräfte erforderlich sind.
• Von der Zwischenstation 6 führ@ des Förderrohr 7 zur Gewinnungseinrichtung 8, die hier als schwenkharer und f@@rbarer Saugrüssel dargeetel@t ist. F@ kan@ auch irgend @@@ anderes nach beliebige@ Prinzip arbeitendes Sammelgerät angeschlossen sein. Das Förderrohr 7 weist in seinem unteren Bereich Kugelgelenke 9 auf, die dem Gewinnungsgerät 8 die erferderliche Beweglichkeit geben, damit es weitg@hend unabhä@gig von der Position der Plattform die durch das Aufsammeln des Erzes bedingten Fahrbewegungen ausführen kann.
• Die Zwischenstation (Fig. 2) ist ein im wesentlichen zylindrischer druckfester Behälter 6, der in übereinanderliegende Kammern 11, 25, 26, 30, 31 unterteilt ist.
• In die oberste Rammer 11 wird in deren Zentrum das von unten kommende Förderrohr 7 eingeführt, das in einem Umlenkkrümmer endet. Die Entladeöffnung des Förderrohres 7 befindet sich über einem Brecher 12, der zur Zerkleinerung der mitgeförderton Feststoffe vorgesehen ist. Der Abtrennung der reststoffe vom Transportwasser dienen Siebe 13 und Schwallwände 19, die sich zwischen dem Brecher 12 und dem darunter angeordneten halbkugelförmigen Absetzbehälter 18 befinden.
• Die darunterliegende Kammer 31 nimmt den Auffangtrichter für die im Absetzbehälter abgelagerten Festotoffe sowie die Pumpeinrichtungen 15, 21 für Feststoffe und Transportwasser auf. Dies sind im wesentlichen die Kreiselpumpen 21, deren Absaugrohr 20in den Absetzbehälter 18 hineinragt und die dem Auffangtrichter 14 nachgeschaltete Schlammpumpe 15,der die Förderleitung 16 zugeordnet ist. Des weiteren sind in der Kammer 31 die Ringleitungen 22, die Regulierschieber 23 / sowie die Düsen 24 angeordnet, über die das von den Pumpen 21 kommende Transportwasser nach draußen ins umgebende Wasser gedrückt wird.
• Eine horizontale Zwischenwand 10 trennt die Kammer 31 von der darunterliegenden Kammer 25. Diesee dient als Motorenraum, der die Antriebsmotoren für die darüberliegenden Pumpen sowie alle Versorgungs- und Betätigungseinrichtungen für die Steuerungs- und Betriebsvorgänge enthält. Ebenfalls in der Kammer 2@ sind die Apparate für Lüf@ung und H@izung der Station untergebracht.
• Eine weitere Zwischenwend 10 trennt die Kammer 25 von der darunter angeordneten Schalt- und Steuerzentrale 26. Von hier aus wird das gesamte Fördersystem gesteuert und überwacht. Es ist jedoch auch denkbar, die Steuerzentrale auf der über der Wasseroberfläche angeordneten Arbeitsplattform 1 anzuordnen und die Förderanlage fernzusteuern.
• Die Kammern 11, 25, 26, 31 werden von den zur Wasseroberfläche führenden Rohren 4 durchdrungen und sind durch druckfeste Türen durch diene Rohre 4 begehbar. In den gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Rohre 4 vorgesehen, von denen eines einen Personenaufzug 27 enthält, eines einen Materialaufzug 29 enthält und eines zur Aufnahme der Versorgungsleitung und des Förderrohres 16 dient.
• Die letzte, unterhalb der Schalt- und Steuerzentrale 26 liegende Kammer 30 ist als Tankraum für den Ausgleichsballast vorgesehen. Diese Kammer 30 kann durch Ventile geflutet oder gelenzt werden.
• Wirkungsweise: Die auf dem Meeresboden auf Raupen verfahrbare mit einem Saugrüssel ausgerüstete Gewinnungsmaschine 8 nimmt das zu fördernde Gut auf, wobei die Ansaugöffnung einen drehbarsn ßiebkopf trägt, der verhindert, daß zu große Brocken das Förderrohr 7 verstopfen.
• Die eigentliche Saugwirkung und damit das Fördern des am Grund des Gewässers liegenden Materials tritt; erst durch den Einsatz der Zwischenstation 6 ein. Diese Zwischenstation 6, in der Atmosphärendruck herrscht, befindet sich in einer solchen Tiefe (ca. 500 m), bis zu der der Förderstrom ohne Zuhilfenahme einer Pumpe durch Ausnutzung des hydrostatischen Höhenunterschiedes mit der gewünschten Geschwindigkeit fließt (Prinzip der kommunizierenden Röhre). Das so geförderte Feststoff-Wassergemisch schießt durch das Förderrohr 7 in die oberste Behälterkammer 11 hinein, wird dort umgelenkt und den Brecher 12 zugeführt. 1)ie Feststoffe werden zerkleinert und im darunterliegenden Absetzbehälter 18 mit Hilfe der sich an den Brecher 12 anschließenden Siebe 13 und Schwa@@wände 19 vom Transportwasser getrennt. Die Feststoffe werden im Auffangtrichter 14 gesammelt und über die Schlamm puinpe 15 durch die Rohrleitung 16 an die Wasseroberfläche gefördert. Das im Absetzbehälter zurückbleibende Transportwasser wird durch das Ansaugrohr 20 von den Kreis@lpumpen 21 abgesaugt und über die Ringleitung 22 den am Umfang des Behälters 6 verteilt angeordneten Düsen 24 zugeführt. Durch Regulierschieber 23 läßt sich die Durchflußmenge des ins umgebende Wasser gedrückten Transportwassers regulieren und damit auf einfache Weise durch den veränderlichen Rückstoß die Anlage positionieren. Durch Zu- oder Abpumpen von Ballastwasser aus oder in den Ballasttank 30 kann die Zwischenstation zum Aufsteigen oder Absinken veranlaßt werden.

Claims (9)

Pat entan sprüche

1. Verfahren zum Fördern von auf dem Boden eines Gewässers, insbesondere Meeresboden, lagernden Feststoffen an die Wasseroberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Unterdruckwirkung ein Gemisch aus Feststoffen und Wasser zu einer Zwischenstation (6) gefördert wird, die sich näher an der Wasseroberfläche als am Gewässergrund befindet, und daß von dieser Zwischenstation (6) im wesentlichen nur die Feststoffe zur Wasseroberfläche transportiert werden.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstation (6) aus einem druckdichten Behälter (6) besteht, an -den eine vorn Meeresboden kommende Förderleitung (7) angeschlossen ist und der über Rohre (4) mit der Außenluft verbunden ist, wobei der Behälter (6) Pumpeinrichtungen (21) aufweist, die das durch die Förderleftung (7) einströmende Wasser nacn außen drücken und denen eine die Feststoffe zurückhaltende Einrichtung (13,19) vorgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (6) in Kammern (11,25,26,30,31) unterteilt ist, von denen eine die die Feststoffe zurür,khaltende Einrichtung (13,19) enthält, der gegebenenfalls ein Brecher (12) vorgeschaltet ist und von denen eine andere Kammer die Pumpeinrichtungen (21) aufnimmt.

4. Vorricbtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern übereinander in dem etwa zylindrischer Behälter (G) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeiclinet, daß die das Transportwasser ins umgebende Wasser z,urück-* fördernde Pumpeinrichtung (21) über eine Ringleitung (22) mit am Umfang des Behälters (6) verteilt angeordneten, in der Durchflußmenge regelbaren Düsen (24) verbunden ist.

@ 6. Vorrichtung nach einem oder mehrereren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kammer des Behälters (6) eine Schalt- und Steuerzentrale (26) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verbindung zur Außenluft herstellenden Rohre (4) in den Behälter (6) hineinragen und als Zugänge zu den Rammern sowie zur Aufnahme von Fördermitteln (29) zum Transport der Feststoffe an die Wasseroberflache dienen.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (4) an ihrem oberen Ende eine über der Wasseroberfläche liegende Arbeitsplattform (1) tragen.

9. Vorrichtung nach ein ein oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Förderleitung (7) ein auf dem Meeresboden bewegbares Aufnahmemittel (8) zugeordnet ist.

L e e r s e i t e