DE2302940A1

DE2302940A1 - Verfahren und vorrichtung zum foerdern von teilchenfoermigem gut durch ein rohr vom boden eines gewaessers zur wasseroberflaeche

Info

Publication number: DE2302940A1
Application number: DE19732302940
Authority: DE
Inventors: Marne A Dubs; Joseph G Santangelo; Clifford E Schatz
Original assignee: Kennecott Copper Corp
Current assignee: Kennecott Corp
Priority date: 1972-01-21
Filing date: 1973-01-22
Publication date: 1973-08-02
Also published as: AU5060472A; JPS4883001A; AU469763B2; US3765727A

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 8 MOHCHEN

DIpI-IHg-K-GUNSCHMANN SM******, ία

Dr. rer. not. W. KÖRBER * I"¹¹»^#2?46M

Dipl.-Ing. J. SCHMiDT-EVERS

Patentanwälte . ²²· Januar 1973

KEHUECOiDT GOPPEE CORPORATION
East 42nd Street
Hew York, Ή.Ί., V.St.A.

Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung zum Fördern von teilohenförmigem Gut durch ein Rohr vom Boden eines Gewässers

zur Wasseroberfläche

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf das Heben von Stoffen vom Boden eines Gewässers, insbesondere vom Meeresboden, und sie betrifft insbesondere das Fördern von gewonnenen mineralischen Ablagerungen vom Meeresboden zu einer in Höhe des Wasserspiegels liegenden Station. Genauer gesagt betrifft die Erfindung das Fördern bestimmter auf dem Meeresboden abgelagerter Mineralien, z.B. von Mangan- oder Phosphoritknollen vom Meeresboden zu einem das Material aufnehmenden Schicht mit Hilfe eines verbesserten hydraulischen Baggerverfahrens, bei dem mit einem Druckluftheber gearbeitet wird.

Ein bekanntes Verfahren zum Fördern abzubauender Stoffe vom Meeresboden zur Wasseroberfläche besteht in der Benutzung eines mit Druckluft oder einem anderen Druckgas betriebenen Hebers in Verbindung mit einem hydraulischen Bagger. Bei einer solchen Drucklufthebervorrichtung wird Druckluft oder ein Druckgas in ein Bagger- oder Heberrohr in einer gewissen Tiefe unter dem Wasserspiegel eingeleitet, um eine Heberwirkung hervorzurufen, die dazu führt, dass Wasser zusammen mit dem zu gewinnenden teilchenför—

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migen Material nach, oben durch das Heberrohr strömt. Die Wassertiefe, in der die Luft oder das Gas dem Heberrohr unter Druck zugeführt wird, richtet sich nach der Tiefe, in der sich das zu gewinnende Material befindet, denn es ist erforderlich, in dem Heberrohr eine Strömungsgeschwindigkeit hervorzurufen, die ausreicht, um das teilehenfÖrmige Material bis zur Wasseroberfläche zu fördern.

Beim Gebrauch eines Drucklufthebers ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten. Erstens ist es bei einer großen Wassertiefe von etwa 3000 bis 4500 m erforderlich, die Druckluft in einer erheblichen Tiefe unter dem Wasserspiegel, z.B. in einer Tiefe von etwa 900 m, zuzuführen. In einer solchen Tiefe vergrößert sich das ursprüngliche Volumen einer Luftblase nahezu auf das 100-fache, während sich die Luftblase aus der Tie"fe von etwa 900 m nach oben bis zur Wasseroberfläche bewegt. Außerdem spielt sich, ein Anteil von 50% der gesamten Expansion der Luftblase innerhalb der letzten Strecke von etwa 10 m ab, wo die Luftblase dem geringsten statischen Gefälle und dem niedrigsten Gegendruck ausgesetzt ist. Diese außerordentlich schnelle Expansion der Luftblase im obersten Abschnitt des Heberrohrs führt zu ungünstigen Bedingungen, z.B. zu einer sehr hohen Austrittsgeschwindigkeit des Förderguts sowie zu einer extremen Turbulenz innerhalb des Heberrohrs.

Die hohe Geschwindigkeit, mit der das Fördergut von dem Heberrohr abgegeben wird, macht es bis jetzt erforderlich, Beruhigungsorgane oder dergleichen zu verwenden, um die Austrittsgeschwindigkeit herabzusetzen. Bei derartigen Einrichtungen besteht jedoch die Gefahr, daß das Fördergut, z.B. die Manganknollen, brechen oder auf andere Weise zerkleinert werden, so daß es schwieriger wird, das Fördergut zu handhaben und unerwünschte Stoffe, z.B. Sand, von den Knollen zu trennen. Außerdem führen die starke Turbulenz und die hohen Geschwindigkeiten in dem Heberrohr zu einer weiteren Zerkleinerung der Knollen.

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Durch die Erfindung ist nunmehr eine Vorrichtung geschaffen worden, die es ermöglicht, die ,Pördergeschwindigkeit zu regeln und die schädlichen Wirkungen der sich entspannenden Luft im obersten Abschnitt des Heberrohrs weitgehend auszuschalten. Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck Luft auf geregelte Weise aus dem Heberrohr an einem Punkt oder mehreren Punkten abgelassen, die über die Iiänge des Heberrohrs in Abständen oberhalb des Punktes verteilt sind, an dem die J'örderlüft in das Heberrohr eingeleitet wird. Dadurch, daß Luft oder Gas aus dem Heberrohr an einem oder mehreren vorbestimmten Punkten mit einer regelbaren Geschwindigkeit abgelassen wird, ist es möglich, die Entspannung der Luft bzw. des Gases in dem Heberrohr und damit auch die Geschwindigkeit zu regeln, mit der sich das Fördergut in dem Heberrohr bewegt und schließlich aus ihm entweicht.

Auf diese Weise läßt sich der gewünschte Auftrieb erzeugen, der bewirkt, daß sich in dem Heberrohr ein nasserstrom mit einer Geschwindigkeit bewegt, die ausreicht, um die zu gewinnenden Stoffe von einem Punkt aus nach oben zu Ίordern, der unter dem Funkt liegt, an dem das Druckgas zugeführt wird, und hierbei bildet das Fördergut einen Bestandteil einer sich aus drei Phasen zusammensetzenden Aufschwemmungen, die Gas, V/asser und gefördertes Gut enthält, sobald sie sich an einem Punkt befindet, der über der Gaszuführungsstelle liegt; die gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten in dem Heberrohr werden dadurch aufrechterhalten, daß man nach Bedarf einen Seil der Luft bzw. des Gases aus dem Sohr an einem Punkt entweichen läßt, der tiefer liegt als der oberste Abschnitt des Kohrs, wodurch somit die Expansion der Luft bzw. des Gases geregelt wird.

Somit ist durch die Erfindung ein verbessertes, mit Druckluft oder Druckgas arbeitendes Verfahren zum hydraulischen Fördern teilchenförmiger Stoffe vom Meeresboden zur Wasseroberfläche sowie ein Verfahren geschaffen worden,

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das es ermöglicht, die Strömungsgeschwindigkeit einer Aufschwemmung in einem Druckluft- oder Druckgasheberrohr zu regeln, um das Ausmaß der Zerkleinerung des durch das Rohr geförderten teilchenförmigen Guts zu verringern. Ferner ist durch die Erfindung eine Druckluft- oder Druckgashebervorrichtung geschaffen worden, bei der es möglich ist, die Expansion der Förderluft bzw. des Fördergases dadurch zu regeln, daß Luft oder Gas aus dem Heberrohr an einem oder mehreren vorbestimmten Punkten abgelassen wird, die längs des Rohrs verteilt sind, gedoch tiefer liegen als der oberste Abschnitt des Rohrs, die es ermöglicht, abgelagerte Stoffe vom Meeresboden zur Wasseroberfläche zu fördern, bei der ein Kegelventil an einem vorbestimmten Punkt zwischen den Enden des Heberrohrs angeordnet ist, das dazu dient, Luft oder Gas aus dem Inneren des Rohrs abzuführen, bei der ferner ein neuartiges Schieberventil vorhanden ist, dessen Schieber das Heberrohr umschließt, so daß eine Zone, in der ein niedriger Druck herrscht, in Verbindung mit öffnungen in der ¥«fand des Rohrs gehalten wird, um das Abführen von Luft oder Gas aus dem Rohr zu'ermöglichen, bei der in dem Heberrohr unterhalb des Punktes, an dem Luft oder Gas auf geregelte Weise aus dem Rohr abgelassen wird, eine Einrichtung zum Führen der Strömung angeordnet ist, die bewirkt, daß das geförderte teilchenförmige Gut von der Innenwand des Rohrs weg nach innen umgelenkt wird, so daß ein Ablassen von Luft oder Gas ohne jede Behinderung durch das teilchenförmige Gut möglich ist, bei der weiterhin ein poröses Bauteil im Inneren des Heberrohrs und in einem Abstand von seiner Innenwand angeordnet ist und dazu dient, eine überschüssige Luft- oder Gasmenge aus dem Rohr abzuführen, um die Strömungsgeschwindigkeiten und die Turbulenz in dem Rohr zu regeln, bei deres möglich ist, die Lage des Punktes, an dem Luft oder Gas aus dem Heberrohr abgeführt wird, die je Zeiteinheit abgeführte Menge und den Durchtrittsquerschnitt genau zu regeln, und bei der zum Zweck des Regeins der Strömungsgeschwindigkeit in

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dem Heberrohr Luft oder ein Gas in das Heberrohr mit einer vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit eingeleitet und.eine bestimmte Luft- oder Gasmenge aus dem Bohr an einem Punkt abgeführt wird-, der höher liegt als der Punkt, an dem die Zufuhr von Luft oder Gas erfolgt, so daß es möglich ist, die $e Zeiteinheit durch das Heberrohr geförderte Menge des zu gewinnenden Materials zu regeln.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematiseher Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Pig. 1 in einer schematischen verkürzten Seitenansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gewinnen von Material vom Meeresboden;

Pig. 2 in einem vergrößerten,senkrechten Teilschnitt die einen Bestandteil der Vorrichtung nach Pig. 1 bildende Einrichtung zum Abführen von Luft bzw. Gas;

Pig. 5 im gleichen Maßstab wie Pig. 2 im Längsschnitt einen aus einem porösen Material bestehenden Teil der Wand eines Heberrohrs; und

Pig. 4- teilweise schematisch und teilweise in einem senkrechten Schnitt eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung zum Abführen von Luft oder Gas aus einem Heberrohr.

In Pig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Gewinnen und Pördern mineralischer Ablagerungen und teilchenförmiger Materialien, z.B. von Manganknollen, vom Boden eines Gewässers zur V/asseroberflache dargestellt. Gemäß Pig. 1 ist ein Heberrohr bzw. eine Baggerleitung 1 in einem Gewässer 2 so angeordnet, daß sich das untere Ende des Rohrs bzw. der Leitung bis zum Boden 5 des Gewässers erstreckt. Mit seinem oberen Ende 4- wird das Bohr von einem schwimmfähigen !fahrzeug 6, z.B. einem Schiff oder Kahn aus so unter-

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stützt, daß sich, das obere Ende des Eohrs über der -Wasseroberfläche 7 befindet. Die Öffnung am oberen Ende 4 des Eohrs mündet in dem Wasserfahrzeug in Form einer nach unten gerichteten Öffnung 8, die es ermöglicht,,--vom Meeresboden aus nach oben geförderte Sedimente und andere teilchenförmige Stoffe 9 von dem Wasserfahrzeug aufnehmen zu lassen. Das obere Ende des Heberrohrs kann auf dem · Wasserfahrzeug durch eine Tragkonstruktion 10 unterstützt werden, zu der ein Ausleger 12 und Tragseile 15 gehören. Jm unteren Ende des Heberrohrs ist eine Eintritts- oder Ansaugdüse 14 angebracht, die bei den Baggerarbeiten als Einlaß benutzbar ist; alternativ kann das untere Ende des Heberrohrs direkt mit einem nicht dargestellten Fahrzeug zum Aufnehmen von Stoffen vom Meeresboden verbunden sein.

Auf dem Wasserfahrzeug 6 befindet sich eine Druekluftquelle, zu der zweckmäßig ein durch einen Motor antreibbarer Verdichter 15 gehört, der durch einen Schlauch oder eine Rohrleitung 17 mit einem Luftzuführungsabschnitt 16 des Eeberrohrs 1 verbunden ist. Der Luftzuführungsabschnitt 16 weist zweckmäßig ein Buchsenteil 18 auf, das einen Teil des Heberrohrs umschließt, welcher als gelochter Abschnitt 19 ausgebildet ist, so daß Druckluft oder ein Druckgas gleichmäßig in das Heberrohr 1 eingeleitet werden kann. Die dem Heberrohr über den Luftzuführungsabschnitt 16 zugeführte Luft bewirkt, daß Wasser in die Düse 14 eintritt, in dem Heberrohr nach oben strömt und schließlich aus dem Auslaß 8 entweicht. Sobald Wasser in den -Einlaß-der Düse 14- einströmt, wird das teilchenförmige Ma— terial vom Meeresboden mitgerissen und von dem Heberrohr aufgenommen. Über den Luftzuführungsabschnitt 16 wird Euft in einer solchen Menge zugeführt, daß sich in dem Heberrohr eine Strömung ausbildet, deren Geschwindigkeit so hoch ist, daß die über die Düse 14 aufgenommenen Knollen längs des Heberrohrs nach oben gefördert werden.

Ein erheblicher Nachteil der bis jetzt bekannten Druckluftheber, bei denen der Auslaß des Heberrohrs zur

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Atmosphäre offen ist, besteht, wie erwähnt darin, daß sich die zugeführte Luft während ihrer Aufwärtsbewegung in dem Heberrohr in einem außergewöhnlich großen Ausmaß ausdehnt, da sich der Druck der Luft zwischen der Zuführungsstelle und dem Austrittsende des Heberrohrs erheblich verringert. Wie ebenfalls schon erwähnt, dehnt sich eine in das Heberrohr in einer Tiefe von etwa 1000 m unter der Wasseroberfläche 7 eingeführte Luftblase annähernd bis auf das 100-fache ihres ursprünglichen Volumens aus, wenn die Luft bis auf den am Auslaß des Heberrohrs herrschenden atmosphärischen Drucks entspannt wird. Außerdem spielt sich ein 50% der gesamten Ausdehnung entsprechender !eil der Ausdehnung in dem eine Länge von nur etwa 10 1 aufweisenden obersten Abschnitt des Eohrs ab, wo das statische Gefälle bzw. der Gegendruck den niedrigsten Wert hat. Wenn der Auslaß des Heberrohrs zur Atmosphäre oilfen ist, führt diese außerordantlich starke Ausdehnung der Luft bzw. des Gases in dem Heberrohr zu ungünstigen Arbeitsbedingungen. 7<ie erwähnt, entsteht in der sich aus Luft, Wasser und dem teilchenförmigen Material zusammensetzenden Aufschwemmung bei bekannten Druckluftfiedern nahe "sm oberen Ende des Eohrs eine starke Turbulenz, und es treten sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten auf.

Diese Turbulenz und die hohen Strömungsgeschwindigkeiten in dem Heberrohr führen zum Brechen und einer Zerkleinerung der Knollen, so daß e.s schwieriger wird, die !Knollen von den übrigen über die Düse 14 angesaugten teilchenförmigen Stoffen zu trennen. Gemäß der Erfindung sind nunmehr Verfahren und Vorrichtungen geschaffen worden, die es ermöglichen, diese Schwierigkeiten erheblich zu verringern; zu diesem Zweck wird aus dem Heberrohr 1 ein Teil der zugeführten Luft bzw. des Gases an einer Gasabführstation 20 abgeführt, die über dem Luftzuführungsabschnitt 16 angeordnet ist, jedoch tiefer liegt als das obere Ende 4- des Heberrohrs. In i'ig. 1 ist nur eine solche Gasabführstation 20 dargestellt, doch ist es auch möglich, längs des Heberrohrs innerhalb des genannten Bereichs

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mehrere solche Stationen zu verteilen; da sich die starke Expansion der Luft bzw. des Gases insbesondere nahe der Wasseroberfläche 7 abspielt, kann man eine solche Station 20 auch über der Wasseroberfläche anordnen, wie es in 1 bei 21 angedeutet ist.

lig. 2 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform einer dem Heberrohr 1 zugeordneten Gasabfuhrstation 20. Zu dieser Station gehört ein auf besondere Weise ausgebildeter Abschnitt 22 des Heberrohrs, der eine glatt, polierte Außenfläche aufweist und über einen Teil seiner Länge mit in senkrechten Abständen verteilten Reihen 23 bis 27 von öffnungen 28 versehen ist, die sich durch die Wand des Rohrabschnitts 22 erstrecken.

Auf den Abschnitt 22 des Rohrs ist ein langgestrecktes, älLgemein zylindrisches Buchsenteil 29 aufgeschoben, das auf seiner Innenseite eine ringförmige Aussparung aufweist, welcher eine Kammer 30 bildet, die an ihren Enden durch ringförmige, nach innen ragende Flansche 31 und abgeschlossen ist, die beide an ihren Rändern gegenüber der Außenfläche 33 des Rohrs abgedichtet sind, über der Kammer 30 liegt eine zweite ringförmige zylindrische Kammer 34-j die von der Kammer 30 durch einen nach innen ragenden Flansch 32 getrennt ist. An ihrem oberen Ende ist die Kammer 34- durch einen Ring 35 abgeschlossen, der am oberen Ende des Buchsenteils 29 befestigt ist und an seinem inneren Rand eine mit der Außenfläche 33 cles Rohrs zusammenarbeitende Dichtung aufweist.

An dem Abschnitt 22 des Rohrs 1 ist gemäß Fig. 2 ein nach außen vorspringender Kolbenring 36 ausgebildet, der an seinen beiden Rändern abgeschrägt ist und eine sich in der Umfangsrichtung erstreckende Dichtung 37 trägt, die mit der Innenwand 38 der Kammer 34- zusammenarbeitet. Der "Kolbenring" 36 erfüllt die Aufgabe eines ortsfesten Kolbens, während das Buchsenteil 29 als beweglicher Zy- ' linder wirkt, der längs des RohrabSchnitts 22 gleitende

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Bewegungen ausführen kann. Die axiale Bewegung des Buchsenteils 29 wird dadurch gesteuert, daß man ein hydraulisches Druckmittel entweder einer unmittelbar über dem Flansch 32 liegenden Öffnung 39 oder einer unmittelbar unter dem Hing 35 liegenden Öffnung 4-0 zuführt. An die Öffnung 39 ist eine hydraulische Leitung 41 angeschlossen, die über ein Regelventil 43 mit einer Druckmittelquelle 4-2 verbunden ist. Entsprechend ist an die öffnung 40 eine hydraulische Leitung 44 angeschlossen, die über ein Regelventil 4-5 in Verbindung mit der Druckmittelquelle 42 steht, welche zusammen mit den Ventilen 4-3 und 4-5 auf dem Wasserfahrzeug angeordnet ist, so daß es möglich ist, die Stellung des Buchsenteils 29 längs des Rohrs 1 von dem Wasserfahrzeug aus zu ändern.

An die Kammer 30 ist eine Leitung 46 angeschlossen, die zu einem ebenfalls auf dem Wasserfahrzeug 6 vorhandenen Unterdruckbehälter 4-7 führt, und in die nahe dem Unterdruckbehälter ein Eegelventil 48 eingeschaltet ist.

Das Buchsenteil 29 erfüllt die Aufgabe eines Ventils, das es ermöglicht, die Beinen 23 bis 27 von Öffnungen 26 nach Bedarf in Verbindung mit dem den. Rohrabschnitt 22 umgebenden Wasser zu bringen. Gemäß Fig. 2 läßt sich das Buchsenteil 29 zwischen der mit Vollinien wiedergegebenen oberen Stellung und einer mit gestrichelten Linien angedeuteten unteren Stellung bewegen, bei welcher der untere Flansch 31 tiefer liegt als die unterste Reihe 27 der öffnungen 28, während sich der obere Flansch 32 oberhalb der obersten Seihe 23 von Öffnungen befindet. Nimmt das Buchsenteil 29 die mit gestrichelten Linien angedeutete Stellung ein, stehen die Öffnungen 28 aller Reihen 23 bis 27 in Verbindung mit der Kammer 30, und sie sind gegenüber dem den Rohrabschnitt 22 umgebenden Seewasser abgesperrt. Befindet sich das Buchsenteil 29 dagegen in seiner in Fig. 2 gezeigten oberen Stellung, sind die Öffnungen sämtlicher Reihen freigegeben, so daß sie in Verbindung mit dem Wasser auf der Außenseite des Rohrs 1

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stehen. Das Buchsenteil 29 läßt sich in jede beliebige Stellung zwischen den beiden aus JFig. 2 ersichtlichen.Stellungen bringen, so daß jeweils nur bestimmte Reihen von öffnungen, z.B. die öffnungen der Reihen 23 und 24, in Verbindung mit der Kammer JO stehen, während die öffnungen der übrigen Reihen,z.B. der Reihen 25 bis 27, Verbindungen zu dem das Rohr umgebenden Seewasser herstellen.

Um das Buchsenteil 29 zwischen der höchsten und der tiefsten Stellung zu bewegen, kann man ein hydraulisches Druckmittel in das Buchsenteil über oder unter dem Ringkolben 36 einleiten. Wird das Ventil 43 geöffnet, strömt das hydraulische Druckmittel von der Druckmittelquelle 42 aus über die Leitung 41 zu dem Einlaß 39 ₅ wodurch das Buchsenteil veranlaßt wird, sich nach unten zu bewegen. Soll das Buchsenteil wieder in seine höchste Stellung gebracht werden, wird das Ventil 43 mit einer Druckentlastungsöffnung verbunden, und das Ventil 45 wird geöffnet, um das hydraulische Druckmittel über den Einlaß 40 dem über dem Ringkolben 36 liegenden Teil der Kammer 34 zuzuführen, so daß sich das Buchsenteil 29 nach oben bewegt.

Befindet sich das Buchsenteil in seiner mit gestrichelten Linien angedeuteten unteren Stellung, und ist das Ventil 48 geschlossen, herrscht in der Kammer 30 der gleiche Druck wie in dem Rohr 1, so daß kein Plud über die Öffnungen 28 in die Kammer 30 einströmen kann. Wird das Buchsenteil in seine höchste Stellung gebracht, oder in eine beliebige Zwischenstellung, bei der z.B. die öffnungen der Reihen 26 und 27 freigelegt sind, kann ein Teil der durch das Rohr 1 strömenden Luft über die betreffenden Öffnungen nach außen entweichen, so daß sich die in dem Rohr vorhandene Luftmenge verringert. Das Ausmaß, in dem Luft aus dem Rohr abgelassen wird, kann dadurch geregelt werden, daß man das Buchsenteil 29 so einstellt, daß nur die Öffnungen einer bestimmten Anzahl der Reihen 23 bis 27 freigelegt werden. Soll eine Luftmenge abgelassen werden, die größer ist als die Luftmenge, welche durch die

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Öffnungen 28 aller Seihen entweichen kann, wenn alle diese öffnungen freigelegt worden sind, "bewegt man das Buchsenteil 29 so nach unten, daß nur einige Reihen von öffnungen freiliegen, und dann wird das Ventil 48 geöffnet, um den Unterdruckbehälter 47 an die Kammer JO anzuschließen. Hiedurcli wird der Druck in der Kammer 30 herabgesetzt, so daß eine erheblich größere Luftmenge über die betreffenden öffnungen 28 entweicht. Durch Verstellen des Buchsenteils 29 ist es somit möglich, die über die öffnungen 28 entweichende Luftmenge zu regeln, und die Menge der aus dem Rohr abgeführten Luft kann noch vergrößert werden, wenn man den Unterdruckbehälter 47 mit der Kammer 30 verbindet, während sich das Buchsenteil 29 in seiner tiefsten Stellung oder in einer Stellung zwischen der tief—-sten und der höchsten Stellung befindet.

Im Bereich des RohrabSchnitts 22 bildet der sich durch das Rohr bewegende Strom eine Aufschwemmung bzw. ein Gemisch aus Luft, wasser und teilchenförmigen! Fördergut. Um zu verhindern, daß sich die öffnungen 28 zusetzen, wenn man Luft über die öffnungen entweichen läßt, ist gemäß Fig. 2 im unteren Ende des Rohr ab Schnitts 22 ein Drosselteil 50 angeordnet, das dazu dient, die Teilchen des Förderguts von der Innenfläche 51 äes Rohrs weg etwas nach innen umzulenken, während sich die Teilchen den Reihen 23 bis 27 von öffnungen 28 nähern. In Fig. 2 ist durch Pfeile 52 angedeutet, auf welche weise das nach innen vorspringende Drosselteil 50 die Teilchen des Förderguts nach innen umlenkt.

Fig. 3 zeigt eine zweite, insgesamt mit 22' bezeichnete Ausführungsform eines KohrabSchnitts, der dem Rohrabschnitt 22 nach Fig. 1 im wesentlichen entspricht, abgesehen davon, daß anstelle der Reihen 23 bis 27 von öffnungen 28 ein poröser, hohlzylindrischer Abschnitt 55 vorhanden ist, der längs des Rohrs 1 dort angeordnet ist, wo sich bei dem Rohr nach Fig. 2 die öffnungen 28 befinden. Der poröse Abschnitt 55 kann aus gesintertem Metall

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oder einem anderen durchlässigen Material bestehen, das hinreichend porös ist, damit Luftin der gewünschten Menge aus dem Eohr 1 entweichen kann. Natürlich muß man die Länge und die Porosität des Abschnitts 55 so wählen, daß die gleiche Luftmenge abgelassen werden kann wie durch die Öffnungen 28 der Eeihen 23 bis 27'. Ein solcher poröser Abschnitt 55 läßt sich auf vorteilhafte Weise verwenden, wenn durch das Eohr hindurch relativ große Teilchen gefördert werden müssen, welche die Öffnungen 28 verstopfen könnten. Enthält dagegen die durch das Eohr strömende Aufschwemmung auch sehr feine Teilchen, die die Poren des Abschnitts 55 zusetzen könnten, kann es sich als zweckmäßiger erweisen, die beschriebenen Öffnungen 28 vorzusehen, über die solche feinen Teilchen entweichen können*.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Einrichtung zum Abführen von Luft aus dem Eohr 1. Im vorliegenden i'all ist im Inneren des Eohrs 1 in einem vorbestimmten Abstand über dem LuftZuführungsabschnitt 16 ein Bauteil 60 zum Abführen von Luft angeordnet. Das Bauteil 60 hat die IPorm eines Hohl Zylinders mit einem abgerundeten unteren Ende bzw. einer Stirnwand 61. Sowohl die zylindrische Wand als auch die untere Stirnwand 61 dieses Zylinders bestehen entweder aus einem porösen Material, wie es anhand von Pig. 3 bezüglich des Abschnitts 55 beschrieben .wurde, oder die genannten Teile des Zylinders sind mit zahlreichen Öffnungen 62 versehen, wie es in Pig. gezeigt ist, damit Luft aus dem Eohr 1 in den Innenraum 63 des Bauteils 60 einströmen kann. Das obere Ende des Bauteils 60 ist mit einem querliegenden Eohr 64 verbunden, das durch eine öffnung in der Wand des Eohrs 1 nach außen ragt, das Bauteil 60 in seiner Lage hält und eine Verbindung zwischen dem Innenraum 63 und der Außenseite des Eohrs herstellt. An das Eohr 64 ist in unmittelbarer Nähe des Eohrs 1 ein erstes Eegelventil 65 angeschlossen, zu dem ein gleitend geführter Ventilkörper 66 gehört, der durch den Kolben 67 eines hydraulischen Zylinders 68 betätigt werden kann. An das obere Ende des Zylinders 68

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ist eine Leitung 69 angeschlossen, die über ein Kegelventil 71 in Verbindung mit einer Druckmittelquelle 70 steht. Das- untere Ende des Zylinders 68 ist mit einer Leitung 72 verbunden, die über ein Eegelventil 73 an die Quelle 70 für ein hydraulisches Druckmittel angeschlossen ist.

Jenseits des Ventils 65 ist ein zweites Hegelventil 74- angeordnet, das an einen nach oben ragenden Rohrstutzen eines T-Stücks 75 angeschlossen ist., dessen Einlaß mit dem Auslaß des Ventils 65 verbunden ist. Der Auslaß des Ventils 74- steht in Verbindung mit dem das Rohr 1 umgebenden Wasser und ragt nach oben. Der Ventilkörper 77 des Ventils 74- ist fernsteuerbar, und zwar mit Hilfe eines hydraulischen Zylinders 78 und hydraulischer Leitungen 79 und 80, die über Regelventile 81 und 82 mit der Druckmittelquelle 70 verbunden sind. Der äußere waagerechte Schenkel des T-Stücks 75 ist an eine Unterdruckleitung 83 angeschlossen, die zu einem Unterdruckbehälter 84 führt. Die Ventile 71, 73» 81 und 82 befinden sich ebenso wie die Druckmittelquelle 70 und der Untesedruckbehälter 84 auf dem Wasserfahrzeug 6.

Die Einrichtung nach E¹Xg. 4 ermöglicht das Ablassen von Luft aus dem Rohr 1 in einem Bereich, der durch einen Abstand von der Innenfläche 51 des Rohrs getrennt ist. Um ein Verstopfen der öffnungen 62 bzw. bei einem aus einem porösen Material hergestellten Bauteil ein Verstopfen der Poren zu verhindern, und um zu erreichen, daß die durch das Rohr nach oben geförderten festen Stoffe gegen das untere Ende 61 des Bauteils 60 stoßen, ist gemäß Fig. 4 in dem Rohr kurz unterhalb des Bauteils 60 ein konischer Abweiser 86 angeordnet, der von Streben 87 getragen wird, die zweckmäßig einen stromlinienförmigen (querschnitt haben, mit der Innenwand des Rohrs verbunden sind und den Abweiser 86 auf der Achse des Rohrs unterstützen. Der Abweiser 86 bewirkt, daß die Teilchen und andere Feststoffe so nach außen umgelenkt werden, wie es in Fig. 4 durch die Pfeile 88 angedeutet ist. Somit werden die Teilchen und Eest-

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stoffe, die durch, das Rohr 1 nach, oben gefördert werden, um das Bauteil 60 herumgeleitet, so daß sich das Bauteil in einem geringeren Ausmaß verstopft und auch die Abnutzung des Bauteils durch die Schleifwirkung der Pest— stoffe verringert wird. Jedoch ist es bei dieser Anordnung möglich, Luft über die Öffnungen 62 abzuführen.

Die aus dem Rohr über das Bauteil 60 abgelassene Luftmenge läßt sich mit Hilfe der Ventile 65 und 74 genau regeln. Soll das Bauteil 60 mit dem das Rohr 1 umgebenden lasser verbunden werden, werden beide Ventile 65 und 74 geöffnet, und zu diesem. Zweck kann man auf dem Wasserfahrzeug 6 die Ventile 73 und SI entsprechend betätigen, so daß eine Fernbedienung möglich ist. Werden die beiden Ventile geöffnet, ist ein Strömungsweg vorhanden, der zu dem Auslaß 76 führt, welcher mit dem das Heberrohr umgebenden Wasser in Verbindung steht, so daß Luft aus dem Inneren des Rohrs entweichen kann und in das Wasser gelangt. Natürlich kann man geden der Ventilkörper 66 und 77 in. jede beliebige Stellung zwischen ihren Grenzstellungen bringen, um die abzulassende Luftmenge zu regeln.

Soll eine Luftmenge abgeführt werden, die größer ist als die Luftmenge, welche über den Auslaß 76 entweicht, wenn die beiden Ventile 65 und 74 geöffnet sind, kann man den Unterdruckbehälter 84 zur Wirkung bringen, um die Saugleitung 83 mit einem Unterdruck zu beaufschlagen. In diesem !Fall wird das Ventil 65 geöffnet, während das Ventil 74 geschlossen wird, so daß der U_nterdruckbehälter 84 direkt in Verbindung mit dem Innenraum 63 des Bauteils 60 steht. Da in der Saugleitung 83 ein Unterdruck vorhanden ist, wird jetzt aus dem Rohr 1 eine größere Luftmenge abgezogen.

Dadurch, daß man Luft oder Gas aus dejn Rohr 1 so abführt, wie es anhand von Fig. 2 und 4 bezüglich, der beiden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist es möglich, die Strömungsgeschwindigkeit des üaaterialstroms in dem Rohr genau zu regeln und sie auf einem solchen

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Wert zu kalten, daß Knollen von erheblicher Größe nach oben gefördert werden, während gleichzeitig die Turbulenz möglichst weitgehend eingeschränkt wird. Außerdem kann man die Geschwindigkeit, mit der die Aufschwemmung an dem Auslaß δ des Rohrs erscheint ,ea?heblich herabsetzen; hierdurch ist es möglich, die Abnutzung des Eohrmaterials und auch das Ausmaß zu verringern, in dem die Knollen sowohl in dem Bohr als auch beim Zuführen der Knollen zu dem durch sie gebildeten Haufen 9 zerkleinert werden. Zu diesem Zweck kann man dem Eohr an dem Luftzuführungsabschnitt 16 Luft mit einer.konstanten Durchsatzmenge zuführen und an der Abführungsstation 20 Luft ablassen, um die Strömungsgeschwindigkeit in dem Bohr zu regeln. Gleichzeitig ist es möglich, im unteren !eil des Kohrs eine Strömungsgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, die genügend hoch ist, um zu gewährleisten, daß auch große Knollen nach oben gefördert werden.

Mir den Ρε 11, daß sich die Öffnungen 28 bei der Ausführungsform nach Fig. 2 zusetzen, ist ferner gemäß der Erfindung daran gedacht, die öffnungen unter Benutzung der Leitung 46 in der Gegenrichtung durchzuspülen. Wenn es erforderlich ist, die öffnungen von Zeit zu Zeit zu reinigen, kann man auf dem Wasserfahrzeug ein weiteres Ventil und zusätzliche Leitungen (nicht dargestellt) anordnen, die es ermöglichen, die öffnungen entweder mit Wasser oder mit Druckluft wieder freizumachen. Ferner kann man die Öffnungen 62 des Bauteils 60 nach E'ig. 4 in der Gegenrichtung dadurch ausblasen oder durchspülen, daß man Druckluft oder Wasser über die -"-"eitung 83 von einer auf dem Wasserfahrzeug 6 befindlichen Quelle aus zuführt. V«ie oft es erforderlich ist, einen solchen Eückspül- oder Eeinigungsvorgang durchzuführen, richtet sich natürlich nach den Eigenschaften der Aufschwemmung in dem Heberrohr sowie nach der Luftmenge, die an den Luftabführungsstationen 20 abgeleitet wird.

Unter bestimmten Umständen kann eine gewisse Wassermenge durch die Öffnungen 28 oder 62 eintreten, während Luft aus dem Heberrohr abgeführt wird. Wenn sich dieses

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Wasser "bei der Ausführungsform nach. i'ig. 2 in der 30 oder bei der Ausführungsform nach Fig. 4' in der Leitung 83 sammelt, ist es natürlich möglich, das Wasser periodisch, mit Hilfe von Entleerungsventilen abzuführen oder es nach. Bedarf aus den Zonen abzupumpen, in denen es sich, sammelt. Alternativ kann ein in der Gegenrichtung erfolgendes Durchspülen mit Druckluft über die Leitung 46 bzw. die Leitung 83 dazu dienen, die gesamte Wassermenge aus der betreffenden Einrichtung zu entfernen.

Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren, um ein teilchenförmiges Gut vom Boden eines Gewässers aus nach oben durch ein Bohr zu fördern, das ein über der Wasseroberfläche angeordnetes Austrittsende und einen unter der Wasseroberfläche liegenden Einlaß aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß in den Einlaß des Rohrs ein Gas eingeleitet wird, um zu bewirken, daß durch das Rohr Wasser mit einer Geschwindigkeit nach oben strömt, die ausreicht, um das teilchenförmige Gut durch das Rohr zu fördern, und daß mindestens ein Teil des Gases aus dem Rohr an einem Funkt abgeführt wird, der höher liegt als der Einlaß, jedoch tiefer als das Austrittsende des Rohrs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Maßnahmen zum Abführen von Gas aus dem Rohr Maßnahmen gehören, die dazu dienen, eine Zone zu erzeugen, in der ein niedriger Druck herrscht, und die in Verbindung mit dem Innenraum des Rohrs steht, und daß Gas aus dieser Zone abgeführt wird, in welcher der niedrige Druck herrscht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckzone nahe der Außenfläche des Rohrs erzeugt wird, und daß Gas über öffnungen in der Wand des Rohrs abgeführt wird, die mit der Niederdruckzone in Verbindung stehen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Gut an einem den öffnungen der Rohrwand benachbarten Punkt in Richtung auf die Mittelachse des Rohrs umgelenkt wird, um ein Zusetzen der Öffnungen durch das teilchenförmige Gut zu verhindern.

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5· Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, dadurch gekennzeichnet , daß das Strömen von Gas aus dem Eohr zu der Eiederdruckzone von einer an der Wasseroberfläche befindlichen Eegelstation aus geregelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß dem Eohr Gas von einer an der Wasseroberfläche befindlichen Station aus mittels einer Druckquelle mit einer konstanten Durchsatzgeschwindigkeit zugeführt wird, und daß das Abführen von Gas aus dem Eohr von der an der Wasseroberfläche befindlichen Station aus geregelt wird· .. . '

7. Vorrichtung zum Fördern eines teilchenförmigen Guts vom Boden eines Gewässers aus nach oben zur Wasseroberfläche mit einem Eohr," das einen unter der Wasseroberfläche liegenden Einlaß aufweist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (16, 18) zum Einleiten von Gas in das Eohr (1), um zu bewirken, daß durch das Rohr Wasser mit einer Geschwindigkeit nach oben strömt, die ausreicht, um das teilchenförmige Gut nach oben zu fördern, sowie durch eine Einrichtung (28, 29; 55;60) zum Abführen von Gas aus dem Eohr an einer über dem Einlaß des Eohrs liegenden Stelle (20).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7> ■ dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Einleiten von Gas in das Eohr unter der Wasseroberfläche angeordnet ist, und daß die Einrichtung zum Abführen von Gas aus dem Eohr tiefer angeordnet ist als eine an der Wasseroberfläche befindliche Sammelstation.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet ,daß in dem Eohr eine Einrichtung (50) vorhanden ist, die dazu dient, das durch das Eohr strömende teilchenförmige Gut an einer der Einrichtung zum Abfuhren von Gas benachbarten Stelle so umzulenken, daß es sich von der Innenwand des Eohrs weg allgemein in Sichtung auf die Längsachse des Eohrs bewegt.

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10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß zu der Einrichtung zum Abführen von Gas aus dem Rohr Durchlässe (28; 55) gehören, die mit dem Innenraum des Rohrs in Verbindung stehen, und daß den Durchlässen ein Ventil (48) zum Regeln der durch die Durchlässe strömenden Gasmenge zugeordnet ist,

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchlässe durch zahlreiche öffnungen (2.8) in der ftand des Rohrs gebildet sind, und daß zu dem Ventil ein Buchsenteil (29) gehört, das konzentrisch mit dem Eohr angeordnet und längs der Außenfläche des Eohrs bewegbar ist, um zu ermöglichen, daß die Durchlässe nach Bedarf verdeckt oder freigegeben werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchlässe durch ein poröses Eauteil (55) gebildet sind, das eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Eohrs und der Außenseite des Rohrs herstellt, und daß das Ventil dazu dient, die Menge des durch das poröse Bauteil zur Außenseite des Eohrs entweichenden Gases zu regeln.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das poröse Bauteil (55) einen Bestandteil der Wand des Rohrs bildet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das poröse bzw. mit Offnungen versehene Bauteil (60) innerhalb des Rohrs angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Einrichtung zum Abführen von Gas eine Einrichtung (65, 75) gehört, die dazu dient, eine in Verbindung mit den Durchlässen (62) stehende Zone zu erzeugen, in der ein niedriger Druck herrscht.

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16. "Vorrichtung nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß zu der Einrichtung (60) zum Abführen von Gas im Inneren des Eohrs angeordnete Durchlässe (62) gehören, die in Verbindung mit einer zur Außenseite des Eohrs führenden Rohrleitung (64) und einem Ventil (65) stehen, das dazu dient, die Menge des Gases zu regeln, das über die Durchlässe zu der in Verbindung mit der Rohrleitung stehenden Niederdruckzone strömt.

17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung (64) ein zweites Ventil (74) eingeschaltet ist, das es ermöglicht, die Rohrleitung mit der Umgebung des Rohrs (1) zu verbinden.

Der Patentanwalt:

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