DE2514603C3

DE2514603C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Übergabe der potentiellen Energie eines Hochdruckmediums an ein Niederdruckmedium

Info

Publication number: DE2514603C3
Application number: DE2514603A
Authority: DE
Inventors: Janos Dipl.-Ing. Pucher; Antal Dipl.-Ing. Dr. Schmider
Original assignee: Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat
Current assignee: Nikex Nehezipari Kulkereskedelmi Vallalat
Priority date: 1974-04-09
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1980-02-14
Also published as: FR2267466A1; HU168430B; GB1486699A; SE418987B; JPS5136605A; AU500291B2; DE2514603B2; SE7503965L; AT344512B; CA1042269A; ATA246875A; ZA752064B; BE827619A; SU1052172A3; FR2267466B1; DD128176A5; AU7989075A; US4229143A; IN144923B; DE2514603A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übergabe der potentiellen F.nergic eines Hochdruckmediums an ein Niederdruckmcdium innerhalb eines von der Atmosphäre abgeschlossenen Gefäß-Systems durch wechselweise Ausführung von Saug- und Drucktakten, wobei während des Saugtaktes eine Teilmenge des Hochdruckmediums in das Gefäß-System eingelassen und dabei eine Teilmenge des Niederdruckmediums in das Gefaß-System eingesaugt sowie eine im vorangehenden Drucktakt eingelassene andere Teilmenge des Hochdruckmediums im Gefäß-System entspannt und aus diesem verdrängt wird und wobei während des Drucktaktes eine weitere Teilmenge des Hochdruckmediums aus entgegengesetzter Richtung wie im Saugtakt in das Gefäß-System eingelassen und dabei die im vorangehenden Saugtakt eingesaugte Teilmenge des Niederdruck-Mediums sowie diejenige Teilmenge des

ίο Hochdruckmediums, die den vorangehenden Saugtakt durchgeführt hat, aus dem Gefäß-System verdrängt wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem von der Atmosphäre abgeschlossenen Gefäß-System, das zwei Kammern sowie einen im Gefäß-System zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegbaren Verdränger aufweist, der eine der beiden Kammern in zwei Räume teilt und drei Arbeitsflächen besitzt, von denen zwei in der geteilten Kammer angeordnet sind und die dritte sich in der anderen Kammer befindet, mit einer Leitung zur Führung des Hochdruckmediums und einer Leitung zur Führung des Niederdruckmediums, die mit einem Reservoir für das Niederdruckmedium in Verbindung

2) steht, wobei der eine Raum der geteilten Kammer mit dieser Niederdruck-Leitung unter Zwischenschaltung eines Absperrorgans so verbindbar ist, daß während des Saugtaktes eine Kommunikation zum Reservoir des Niederdruckmediums besteht, und der andere Raum der

ίο geteilten Kammer über Absperrorgane mit der Leitung zur Führung des Hochdruckmediums sowie mit einer Ablaßleitung verbunden ist und wobei die die dritte Arbeitsfläche des Verdrängers aufnehmende Kammer mit der Leitung zur Führung des Hochdruckmediums verbunden ist.

Nach einem derartigen Verfahren bzw. mit einer derartigen Vorrichtung kann die potentielle oder Druckenergie eines Hochdruckmediums, z. B. Abwasser oder Kühlwasser, mit verhältnismäßig einfachen lechnisehen Mitteln zur Förderung eines Niederdruckmediums ausgenutzt werden, wobei die erzielbaren Wirkungsgrade erheblich besser sind als bei Verwendung von mit Turbinen gekoppelten Pumpen und dergleichen. Bei einer bekannten Vorrichtung der beschriebenen

4> Gattung (DE-PS 8 61530) wird die während des Saugtaktes aktive Kammer, die die dritte Arbeitsfläche des Verdrängers aufnimmt, beim Drucktakt entleert, wobei die darin enthaltene Teilmenge des Hochdruckmediums entspannt und freigegeben wird. Mit der

-,ο bekannten Vorrichtung ist es zwar grundsätzlich möglich, das Niederdruckmedium auf einen Druck zu bringen und mil diesem zu fördern, der höher ist als der Druck des Hochdruckmediums, in vielen Fällen ist das jedoch weder erwünscht noch erforderlich, sondern es

^r)5 genügt, das Niederdruckmedium mit einem kleineren Druck als dem des Hochdruckmediums an seinen Bestimmungsort zu fördern. Das gilt z. B. dann, wenn in einem Tiefbergwerk aus einer in einem der oberen Stollen befindlichen Kaltwasserquelle für Kühlzwecke

bo Wasser durch eine Primärleitung auf ein tiefer gelegenes Niveau zu einer dort befindlichen Vorrichtung geführt wird, die das Kaltwasser durch eine anschließende Leitung mit vermindertem Druck zu einer für die Stollcnkühlung dienenden mobilen , Kühlmaschine und das dort erwärmte Wasser zurück zur Vorrichtung und dann in einen etwas höher gelegenen, jedoch unterhalb der Kaliwusserquellc befindlichen Stollen fördert. Auch bei anderen Anwen-

dungsgebielen, ζ. B. bei industriellen Wassergroßverbrauchern bestehen viele Anwendungsmöglichkeiten, bei denen das Niederdruckmedium nicht auf den Druck des Hochdruckmediums oder darüber gebracht zu werden braucht, z. B. beim Heben von Abwasser und beim Transport sonstiger Flüssigkeiten innerhalb einer Fabrik.

Ganz allgemein sei bemerkt, daß unter dem Begriff Hochdruckmedium eine Primärflüssigkeit mit höherer potentieller Energie, im allgemeinen Wasser, verstanden wird, während der Begriff Niederdruckmedium eine Sekundärflüssigkeit bzw. das Fördergut bezeichnet, das ebenfalls Wasser, aber auch Schlamm oder dergleichen sein kann.

Jedenfalls ist die Übertragung potentieller Energie nach dem eingangs beschriebenen Verfahren und mit der bekannten Vorrichtung noch verbesserungsfähig, weil die den Saugtakt bewirkende Teilmenge des Hochdruckmediums beim Drucktakt entspannt und freigegeben wird. Diese Teilmenge des Hochdruckmediums und die auch nach Ausführung des Saugtaktes darin noch enthaltene Energie können dem Prozeß nämlich nicht mehr zugeführt werden und gehen verloren.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung mit verbesserter Wasser- und Energieausbeute anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß die während des Saugtaktes eingelassene Teilmenge des Hochdruokme- w diums während des Drucktaktes gegen den anstehenden Hochdruck verdrängt wird.

Die gattungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die die dritte Arbeitsfläche des Verdrängers aufnehmende n Kammer sowohl beim Saugtakt als auch beim Drucktakt ständig mit der Leitung zur Führung des Hochdruckm°diums verbunden ist.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung fähig ist, eine kontinuierliche Förderung des Niederdruckmediums bzw. der Sekundärflüssigkeit zu ermöglichen. Dazu genügt es, wenigstens zwei zueinander parallelgeschaltete Vorrichtungen anzuordnen, die mit entsprechender zeitlicher Verschiebung zusammenarbeiten. 4^r>

Bei Durchführung der erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich zunächst durch Fortfall von wesentlichen und teueren Bauteilen, nämlich Absperrorganen mit zugehörigen Steuerungen und dergleichen, eine Einsparung im Hinblick auf die Gestehungskosten der >(i Vorrichtung. Damit steigt auch die Betriebssicherheit, während gleichzeitig die Reparatur- und Wartungskosten geringer werden.

Durch den Fortfall der erfindungsgemäß nicht mehr benötigten Absperrorgane und dergleichen verbessert « sich auch der Wirkungsgrad, weil Reibungs- und Strömungsverluste entfallen. Ohnehin ist der Wirkungsgrad gegenüber dem Stand der Technik besser, weil die gesamte zur Verfügung stehende Menge des Hochdruckmediums und die darin enthaltene potentielle to Energie genutzt werden können.

Auch das betriebliche Verhalten der Vorrichtung wird besser, weil keine unmittelbare Entspannung von Teilmengen des Hüchdruckmediums mehr erfolgen kann und dementsprechend auch keine unerwünschten t,-> Schläge, Schwingungen oder dergleichen in der Vorrichtung auftreten können. Die crfindungsgemäßc Vorrichtung arbeitet ruhiger und wird deswegen weniger beansprucht Auch die an die Vorrichtung angeschlossenen Leitungen, insbesondere die das Niederdruckmedium bzw. die Sekundärflüssigkeit führende Leitung wird durch Flüysigkeitsschläge, Schwingungen und dergleichen nichl mehr beansprucht.

Wie im weiteren noch ausführlicher dargestellt wird, kann die Erfindung mit äußerst gutem Wirkungsgrad zum hydraulischen Materialtransport, z. B. aus Gruben, im Tagbau vorteilhaft zur Förderung von feinen Schlämmen, wie Kreide, Ton, Lehm, Staubkohle und ähnliches eingesetzt werden. Mit gutem Erfolg kann mit Hilfe der Erfindung die Potentialenergie kleiner Fallstufen für Berieselungs- oder Wasserversorgungszwecke nutzbar gemacht werden. Zur Wasserenergie-P.ekuperation von Hochufer-Kraftwerken und Industrieanlagen, doch auch für zahlreiche sonstige Zwecke, wie zum Füllen von hydraulischen Energiespeichern, zum Anheben des Trinkwassers aus uferfiltrierien Brunnen, kann die Erfindung ebenfalls vorteilhaft angewendet werden.

Im weiteren wird die Erfindung aufgrund der Zeichnungen ausführlich erörtert, auf welchen einige Ausführungsbeispiele der zur Verwirklichung des Verfahrens dienenden Anlage dargestellt sind. Auf den Zeichnungen stellt

F i g. 1 in schematisehem Vertikalschnitt ein einfach wirkendes Ausführungsbeispiel der Anlage dar,

Fig. 2 zeigt eine Variante der Anlage nach Fig. 1, ebenfalls in schematisehem Vertikalschnitt,

F i g. 3 stellt ein doppeltwirkendes Ausführungsbeispiel der Anlage dar,

F i g. 4 zeigt ein dem auf F i g. 3 dargestellten ähnliches Ausführungsbeispiel mit Membrane,

Fig. 5 ist der Vertikalschnitt einer primärseitig doppelt- und sekundärseitig einfach wirkenden Ausführungsform.

Fig. 6 enthält ein über Dreikammer-Gefäß-System verfügendes Ausführungsbeispiel,

F i g. 7 ist die schematische Seitenansicht eines die erfindungsgemäße Anlage enthaltenden Schlammfördersystems,

F i g. 8 zeigt eine Kammer in Vertikallage, in welcher der Hin- und Herbewegung durchführende Mechanismus und ein die Durchführungsstelle desselben von dem Sekundärluid abtrennender flexibler Mantel eingebaut sind,

F i g. 9 ist eine Variante der Lösung nach F i g. 8,

Fig. 10 zeigt eine für Berieselungszwecke dienende erfindungsgemäße Anlage ebenfalls in schematisehem Vertikalschnitt.

Das von der Atmosphäre abgeschlossene Gefäß-System der auf F i g. 1 dargestellten Anlage wurde in seiner Gänze mit der Bezugsnummer 2 bezeichnet und ist durch die Kammern 2:> und 2Zj gebildet. Dem Unterteil der Kammer 2a schließt sich das Fallrohr 1 an, in welchem die über die Druckenergie (Potentialenergie) verfügende Primärflüssigkeit enthalten ist. In dem Rohr 1 ist vor der Mündung in die Kammer 2a die Verschlußvorrichtung 3 eingebaut. Ebenfalls dem Unterteil der Kammer 2;j schließt sich die Entleerungsleitung 4 an, in welcher das Verschlußorgan 5 eingebaut ist.

Die obere Kammer 2b ist über die Leitung 6 mit dem Fallrohr 1 verbunden.

Die Kammern 2u Lind 2b sind durch die Wand 7 voneinander getrennt, in welcher die Öffnung Ta ausgebildet ist. In den Kammern 2a, 2b ist der in seiner Gänze mit der Bezugsnummcr 8 bezeichnete Betäti-

gungsmechanismus mit der Platte 8;/ und dem Schult Sb untergebracht, wobei letzterer in abgedichteter Weise durch die Öffnung Ta geführt ist. Die Platte 8.Ί mit einem im wesentlichen dem der Kammer 2a gleichen Querschnitt kann in der Kammer 2u in Richtung der ^r> Pfeile a kolbenartig verschoben werden. Zwischen der Innenfläche der Kammer 2a und der Seitenfläche am Umfang der Platte 8a ist die Dichtigkeit auch während der Hin- und Herbewegung des Betätigungsmechanismus 8 gesichert. H)

Die Anlage ist auch mit der zu fördernden Sckundärfluidbasis, in vorliegendem Falle mit einem über zur zügigen Ergänzung ausreichende Sekundärfluidvorräic verfügenden Becken 9 verbunden, der über die Leitung 10 mit dem Oberteil der Kammer 2a verbunden ist. Die Platte 8a teilt demgemäß die Kammer2a in zwei Räume 2a'und 2a"mit während des Betriebs veränderlichem Raumgehalt, von welchen de Raum 2a"mit dem Fallrohr 1 und der Raum 2a'mit dem Becken 9 und dem zur Weiterförderung des Sekundär- 2« fluids dienenden Steigrohr 11 verbunden sind. In der Leitung 10 ist vor der Mündung in dem Becken 9 das Verschlußorgan 10a und in dem Steigrohr 11 hinter der Abzweigung aus der Leitung 11 das Verschlußorgan 12 eingebaut. Die untere Fläche der Platte 8a wurde mit dem Bezugszeichen /i. und die in der Kammer 2b im Verlaufe des Betriebs sich auf- und abwärtsbewegende und immer in der Kammer bleibende obere Stirnfläche des Schaftes Sb mit dem Bezugszeichen f₂ bezeichnet.

Mit der Anlage gemäß F i g. 1 geht der Transport des J<> Sekundärfluids folgendermaßen vor sich. (Erwähnt sei, daß hier und auch im Falle der weiteren Ausführungsbcispiele die Bilder eine zwischenliegende Arbeitsstellung darstellen.)

Vor Beginn des Druckiaktes nimmt die Platte 8a ihre i> untere Extremlage ein, wobei der Raum 2a' in dem vorangehenden Saugtakt mit zu förderndem Sekundärfluid gefüllt wurde. Der Drucktakt beginnt mit dem Öffnen der Verschlußorgane 3 und 12 und dem Schließen der Verschlußorgane 5 und 10a. In Richtung des Pfeiles b strömt aus dem Fallrohr 1 die über Druckenergie verfügende Primärflüssigkeit in den Raum 2a, verdrängt die Platte 8a und dadurch den gesamten Betätigungsmechanismus 8 aufwärts, wobei letzterer durch die Leitung 10 über das offene Verschlußorgan 12 in Richtung des Pfeiles c aus dem Raum la' das Sekundärfluid in das Steigrohr 11 preßt. Da in der Leitung 6 kein Verschlußorgan eingebaut ist, herrscht auch in der Kammer 26 der Druck ρ der in dem Fallrohr 1 vorhandenen Primär-Betätigungsflüssigkeit, ™ der Betätigungsmechanismus 8 kann sich jedoch trotz diesem Umstand leicht unter Einwirkung der Druckkraft ρ ■ l\ aufwärts bewegen, da in den Räumen 2a und Ib zwischen den mit dem Druck der Primärflüssigkeit beanspruchten Flächen das Verhältnis /i > h besteht. Im Verlaufe des Drucktaktes wird natürlich Primärflüssigkeit in das Fallrohr 1 zurückgepreßt, während sich der Schaft 86 aufwärts bewegt.

Sobald die Platte 8a ihre obere Endstellung erreicht hat, werden die Verschlußorgane 3 und 12 geschlossen, bo die Verschlußorgane 5 und 10a geöffnet, womit der Saugtakt beginnt. An die obere Stirnfläche des Schaftes Sb wirkt die Druckkraft ρ ■ fz, durch welche die von dem Druck der Primärwassersäule befreite Platte 8a sich abwärts zu bewegen gezwungen wird. Im Laufe dieser Bewegung verdrängt die Platte 8a durch die Leitung 4 aus dem Raum 2a" die während des Drucktaktes in denselben eingedrungene Primärflüssigkeit, und saugt in den Raum 2a' aus dem Becken 9 in Richtung de Pfeiles c Sekundärfluid ein. Sobald die Platte 8a ihn unlere Extrcmstellung eingenommen hat, werden dii Vcrschlußorganc 5 und 10a geschlossen, um dann mi dem Öffnen der Verschlußorgane 3 und 12 dei Druekiakt zu beginnen, wobei sich die bereit beschriebenen Funktionsphasen zügig wiederholen.

Auf Fig. 2 isl ein mit dem nach Fig. 1 in wesentlichen übereinstimmendes Ausführungsbcispie dargestellt, die gleichen Bauelemente wurden daher mi den schon angewandten Bezugsnummern bezcichnel Eine Abweichung besteht nur in der Abwärtsbewegunj des Mechanismus 8, d. h. in der Durchführungsari de Saugtaktes, indem auf die Fläche 6 des Schaftes Sb hie nicht der Druck ρ der Primärflüssigkeit, sondern eil anderes Druckmedium wirkt. Letzteres kann z. B. aucl die in die Kammer 2b durch den mit dem Verschlußor gan 2c ausgerüsteten Rohrstutzen 2d eingeführt« Preßluft oder aber auch das Sekundärfluid sein, welche jedoch durch die strichpunktierte Leitung 11' in di< Kammer 2b gebracht werden kann. Der Abschnitt de Steigrohres 11 über dem Verschlußorgan 12 enthäl nämlich im Verlaufe der Förderung stets unter Drucl stehendes Sekundärfluid, von welchem ein Quantun während eines jeden Saugtaktes in die Kammer 2i gefördert und in jedem Drucktakt in das Steigrohr 11: zurückgepreßt wird.

Auf Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel de erfindungsgemäßen Anlage dargestellt; erwähnt sei, dal die gleichen Bauelemente auf diesem und auch auf der weiteren Bildern mit den gleichen Bezugsnummen bezeichnet sind. Das Gefäß-System ist hier durch di< voneinander völlig getrennten Kammern 13a, 13i gebildet, welche durch die inneren Trennwände 14 bzw 15 in die Räume 16 und 17 bzw. 18 und 19 getrennt sind Der in der Gänze mit der Bezugsnummer 2< bezeichnete Mechanismus besteht aus den kolbenarti gen Körpern 21 und 22, die mit der Stange 2J miteinander verbunden sind. Der Körper 21 ist in de Kammer 13a angeordnet und auch während seinei Bewegung abgedichtet durch die in der Innerei Trennwand 14 ausgebildete Öffnung 14a geführt; in dei gleichen Weise ist der Körper 22 in der Kammer 13J angeordnet und in der Öffnung 15a der Trennwand 1! auch während seiner Bewegung abgedichtet geführt.

An das Fallrohr 1 sind über die Leitung 23 und untei Zwischenschaltung der in den Zweigleitungen 24 und 2i eingebauten Verschlußorgane 26 und 27 die Räume K und 17 der Kammer 13a angeschlossen. Die Ablaßlei tiing 4 schließt sich über je eine Zweigleitung 28, 29 ar die Räume 16 bzw. 17 "der Kammer 13a an. In dei Zweigleitung 28 ist das Verschlußorgan 30 und in dei Zweigleitung 29 das Verschlußorgan 31 eingebaut.

Die Räume 18, 19 der Kammer 136 schließen siel ebenfalls über entsprechende Zweigleitungen 32, 33 ar die Steigrohre 11 und über die Zweigleitungen 36,37 ar den das zu fördernde Sekundärfluid enthaltende Becker 9 an. In der Leitung 32 ist das Verschlußorgan 34, in dei Leitung 33 das Verschlußorgan 35, in der Leitung 36 da! Verschlußorgan 38 und schließlich in der Zweigleitung 37 das Verschlußorgan 39 eingebaut

Mit der Anlage nach F i g. 3 geht der Transport de! Sekundärfluids folgendermaßen vor sich:

Da zwei Primärflüssigkeitskammern und zwei Sekun därfluidkammern vorliegen, führt der Betätigungsmechanismus 20 im Verlaufe seiner in beiden Richtunger des Pfeiles £· vorgenommenen Bewegung gleichzeitig je einen Saug- bzw. Drucktakt durch. Wenn sich dei

Körper 21 aus seiner auf F i g. 2 linksseitigen Extremstellung nach rechts in Bewegung setzt, sind bei der Kammer 13;) das dem Raum 16 zugeordnete einspeisungsseiiige Verschlußorgan 26 und das dem Raum 17 zugeordnete enlleerungsseitige Verschlußorgan 31 offen, während die Verschlußorgane 27 und 30 geschlossen sind: bei der Kammer 136 sind dabei die Verschlußorgane 35 und 38 offen und die Verschlußorgane 34 und 39 dagegen geschlossen. Beim Anlassen ist der Raum 18 leer und der Raum 19 ist mit dem zu iu fördernden Sekundärfluid gefüllt. Sobald die Primärfliissigkeit mit dem Druck ρ in den Raum 16 strömt, verschiebt sie den Betätigungsmechanismus 20 in Richtung des Pfeiles h mit einer Kraft von ρ ■ h nach rechts, mit der Folge, daß aus dem Raum 17 die in dem vorangehenden Takt in denselben eingesaugte Primärflüssigkeit über das offene Verschlußorgan 31 und die Entleerungsleilung 4 entweicht, aus dem Raum der Kammer 136 über das offene Verschlußorgan 35 in das Steigrohr 11 dringt, wobei über die Zweigleitung 36 Sekundärfluid in den Raum 18 hinter dem sich nach rechts bewegenden, mit dem Körper 21 über die Stange 23 starr verbundenen Körper 22 angesaugt wird.

Sobald die Körper 21 und 22 ihre auf Bild 3 dargestellte rechtsseitige Extremstellung eingenommen haben, werden die Verschlußorgane 26, 31 sowie 38 und 35 geschlossen, und die Verschlußorgane 34 und 39 sowie 25 und 30 geöffnet. So kann aus dem Fallrohr 1 Primärflüssigkeit mit dem Druck ρ in den Raum 17 strömen und den Körper 21 in Richtung des Pfeiles / jy nach links verschieben, und zwar mit der Kraft ρ ■ U. Unter der Wirkung derselben entweicht aus dem Raum 16 die Primärflüssigkeit durch die Zweigleitung 28, das Verschlußorgan 30 und die Entleerungsleitung 4, der Körper 22 preßt aus dem Raum 18 das in dem j-, vorangehenden Takt in denselben eingesaugte Sekundärfluid über das offene Verschlußorgan 34 und die Leitung 32 in das Steigrohr, wobei durch die Zweigleitung 37 aus dem Becken 9 Sekundärfluid in den Raum 19 angesaugt wird. Sobald die Körper 21 und 22 ihre linksseitige Extremstellung erreicht haben, werden die Verschlußorgane in der bereits beschriebenen Weise geöffnet und geschlossen, und die Funktionsphasen wiederholen sich zügig in der bereits beschriebenen Weise.

Fig.4 stellt ein dem nach Bild 3 ähnliches Ausführungsbeispiel dar, die gleichen Bauelemente wurden daher mit den schon angewandten Bezugsnummern bezeichnet. Eine Abweichung besteht nur in der Ausgestaltung des sich hin und her bewegenden ^₀ Mechanismus 4ö und daß die Kammern 4i und 42 unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Das Bewegungsorgan 40 besteht aus der in der Kammer 41 untergebrachten Membrane 43 und der in der Kammer 42 untergebrachten Membrane 44. Sie sind an ihren Rändern am ganzen Umfang eingespannt und unterteilen die Kammern in je zwei voneinander getrennte Räume 42a, 426. Die Membranen sind mit der Stange 45 miteinander verbunden. Die Arbeitsweise der Anlage nach B i 1 d 3 stimmt übrigens sinngemäß mit der der Einrichtung nach B i 1 d 2 vollkommen überein, wobei ein Unterschied nur darin besteht, daß die Druck- bzw. Saugwirkung nicht durch die Bewegung kolbenartiger Körper, sondern durch die flexiblen Membranen bewirkt wird.

Bei dem auf B i 1 d 5 dargestellten Ausführungsbei spiel ist auf der linken Seite des von der Atmosphäre abgeschlossenen Gefäß-Systems 106 eine zur Aufnahme der Primär-Betätigungsflüssigkeit dienende Kammer 46 angeordnet, die zwei innere Räume 46.7, 466 enthüll; an dieselben schließen sich die in Verbindung mit Bild 3 bereits erörterten und mit den dort angewandten Bezugsnummern bezeichneten, mit entsprechenden Verschlußorganen ausgerüsteteten Speise- und Entleerungs-Zweigleitungen an. Eine Seite der rechtsseitigen Kammer 47 ist durch die Membrane 48 gebildet, deren Außenfläche an die Stange 49 angeschlossen ist, während das andere Ende der Stange 49 dem in der Kammer 46 sich bewegenden kolbenartigen Körper angeschlossen ist; durch diese Bauteile ist der in seiner Gänze mit der Bezugsnummer 107 bezeichnete, Hin- und Herbewegung ausführende Mechanismus gebildet. In die Kammer 47 mündet die Leitung 51, die von dem das zu fördernde Sekundärfluid enthaltenden Becken 9 zugeführt und in welcher das Verschlußorgan 52 eingebaut ist. Das Steigrohr 11 mündet aus dem Oberteil der Kammer 47 und in derselben ist das Verschlußorgan 53 eingebaut.

Die Arbeitsweise der Anlage nach Bild 5 kann aufgrund des bisherigen schon leicht verfolgt werden: In dem Drucktakt sind die Verschlußorgane 27, 30 und 52 geschlossen und die Verschlußorgane 26, 31 und 53 geöffnet. Wenn also der Körper 50 unter der Wirkung des Primär-Wassersäulendruckes von links nach rechts gleitet, bewegt sich auch die Membrane 48 in der gleichen Richtung und verdrängt das während des vorangehenden Saugtaktes in die Kammer 47 angesaugte Sekundärfluid in das Steigrohr 11, wobei der Körper 50 die im vorangehenden Saugtakt in den Raum 466 angesaugte Primär-Betäiigungsflüssigkeit in die Entleerungsleitung 4 verdrängt. Im Laufe des Saugtaktes wird der Körper 50 von rechts nach links gleiten und die sich in der gleichen Richtung bewegende Membrane 40 saugt Sekundärfluid in die Kammer 47. Der Saugtakt beginnt, indem die Verschlußorgane 26, 53 und 31 geschlossen und die Verschlußorgane 27, 30 und 52 geöffnet werden. Durch die zügige Wiederholung der beschriebenen öffnungs- bzw. Schließvorgänge kann periodische Sekundärfluidförderung bewirkt werden.

Offensichtlich ist, daß an die Platte /7 des Kolbens 50 der auf Bild 5 dargestellten Anlage gleichzeitig auch links von der Kammer 466 eine andere, nicht dargestellte, an der einen Seile mit einer Membrane begrenzte Sekundärkammer betrieben werden kann, deren Sekundärdruckleitung hinter dem Verschlußorgan an das Steigrohr 11 angeschlossen wird. In dieser Weise kann eine zum zügigen Schlammtransport geeignete doppeltwirkende Anlage hergestellt werden, die auch den Vorteil aufweist, daß die Schadhaftwerdung der sich mit dem Schlamm berührenden Membranen unmittelbar wahrnehmbar ist und die Membrane leicht ausgetauscht werden kann.

Mit Hilfe der auf B i 1 d 6 dargestellten Anlage können aus zwei Basen, im vorliegenden Fall Becken, gleichzeitig zwei verschiedene Sekundärfluidarten gefördert werden. Das geschlossene Gefäß-System, das in seiner Gänze mit der Bezugsnummer 108 bezeichnet wurde, wird hier durch die Kammern 54,55 und 56 gebildet. Die Räume 54a und 546 der Kammer 54 sind über geeignete Zweigleitungen, unter Zwischenschaltung der Verschlußorgane 57, 58 teils an das Steigrohr 1, teils unter Zwischenschaltung der Verschlußorgane 59, 60 an die Entleerungsleitung 61 angeschlossen. Der in der Gänze mit der Bezugsnummer 62 bezeichnete Mechanismus setzt sich aus dem sich in der Kammer 54 bewegenden kolbenartigen Körper 63, dem an denselben mit der

Ji; is»

wurde mit dem Bezugszeichen V bezeichnet. Aus dieser geht das Fallrohr I aus, das z. B. in die in seiner Gänze mit dem Bezugszeichen B bezeichnete Schlammfördereinrichtung nach B i I d 4 mündet. Letztere steht mit dem Behälter K — als Sekundärfluidbasis — des Mischturmes über die Vorlaufleitung 77 und die mit gestrichelter Linie eingezeichnete Rücklaufleitung 78 in Verbindung. Wie bekannt, kann der Energiebedarf der mit Hochdruck-Wasserpumpe arbeitenden Schlammfördersysteme mit der Formel

Stange 64 angeschlossenen und in der Kammer 56 befindlichen, ebenfalls kolbenartigen Körper 65 sowie aus der in der Kammer 55 eingebauten und dem Körper 63 mit Hilfe der Stange 66 angeschlossenen Membrane 67 zusammen. Die mit dem Druck der Primärflüssigkeit abwechselnd beanspruchbaren und eine Hin- und Herbewegung des Betätigungsmechanismus 62 bewirkenden Flächen wurden mit den Bezugsnummern fq und /Ίο bezeichnet. Die Kammern 55 und 56 sind über die auf die bei den früheren Ausführungsbeispielen bereits beschriebene Weise in den von den Saugleitungen 68a, 68b abzweigenden Leitungen eingebauten Verschlußorgane 69 und 70 bzw. 71 und 72 an die das zu fördernde Sekundärfluid enthaltenden Becken 9,9a angeschlossen. Bei dieser Lösung dienen zur Förderung der Sekundärfluiden zwei Steigrohre 11a, 116; die erstgenannte schließt sich über die Verschlußorgane 73 und 74 an die Kammer 55 und die letztgenannte über die Verschlußorgane 75 und 76 an die Kammer 56 an.

Die Anlage nach B i I d 6 arbeitet in der Weise, daß der Betätigungsmechanismus 62 während seiner Bewegung von links nach rechts das entsprechende Sekundärfluid aus den Räumen 556 und 566 verdrängt und in die Räume 55a und 56a einsaugt, und während seiner Bewegung von rechts nach links die Reihenfolge der Druck- und Saugtakte in den Kammern verkehrt. Die Bewegung der Verschlußvorrichtung 62 von links nach rechts wird durch die auf die Fläche k wirkende Kraft ρ ■ h bewirkt, wobei ρ der Druck der Primärflüssigkeitssäule ist. Dabei sind die Verschlußorgane 57 und 60 sowie 73,69, 76,71 offen und die Verschlußorgane 59 und 58 sowie 70, 74 und 72, 75 geschlossen. Zur Bewegung des Betätigungsmechanismus 62 in der entgegengesetzten Richtung werden die Verschlußorgane 57 und 60, 69 und 73 sowie 76 und 71 geschlossen und die Verschlußorgane 58 und 59, 74 und 70 sowie 75 und 72 geöffnet. Durch die Wiederholung dieser Vorgänge kann aus einer Sekundärfluidquelle das Material gleichzeitig zu zwei Anwendungsstellen gefördert werden. Erwähnt sei, daß in die Kammer 55 mit Membrane Material mit einem im Vergleich zu dem des Raumes 546 wesentlich größeren Raumgehait. vorteilhaft Schlamm angesaugt und dann bei einer kleineren Hubhöhe weitergefördert, und aus der Kammer 56 bei größerer Hubhöhe Material mit einem im Vergleich zu dem des Raumes 54a kleineren Raumgehalt, z. B. Wasser gefördert werden kann.

Auf B i 1 d 7 ist ein auf der Anwendung der Erfindung beruhendes Schlammfördersystem in schematischer Seitenansicht dargestellt. Die Primärflüssigkeitsbasis — die f.. G. irgendein lebendiges Wasser sein kanu — ausgehend — folgendermaßen:

ausgedrückt werden, wobei Qt den Schlammertrag, γτ i■) das spez. Gewicht des Schlammes, H₁, die gcodctischc Förderhöhe, Hr den Rohrreibungsverlust und i\p den Wirkungsgrad der Pumpe bedeuten. Wird der Energiebedarf des Förderwassers und der des geförderten Schlammes voneinander getrennt, so ergibt sich die Beziehung

wobei der Index Sfür Stoff, und der Index IVfür Wasser steht. Aus dieser Beziehung geht hervor, daß der Energiebedarf der bekannten Schlammfördersysteme durch die Masse des Förderwassers in bedeutendem Maße belastet ist: je dünner der Schlamm ist, um so mehr ist das Wasser. Ist jedoch der Schlamm dick, so ist

J(I der Wert der Rohrreibung sehr hoch.

Mit der Anordnung nach Bi Id 7 ist eine sehr bedeutende Energieeinsparung erzielbar, wie es aus dem folgenden hervorgeht. Das System arbeitet folgendermaßen:

υ Das von Tagbau herrührende Gut wird in der Form von Schlamm hydromechanisch aufwärts gefördert. Dazu wird das Wasser der Basis Viiber das Fallrohr 1 in die Einrichtung B gebracht, die durch die Einrichtung gemäß der Erfindung gebildet ist. Über die Leitung 77 wird das Wasser in den Behälter A.' weitergefördert, in demselben durch Vermischen des gewonnenen Fördergutes und dieses Wassers Schlamm hergestellt, der umgerührte Schlamm mit Hilfe des Druckes der in der Leitung 1 herrschenden Primärwassersäule über die

A'i Leitung 78 in die Einrichtung B zurückgeleitet, und aus derselben über die Rohrleitung 3 an den Bestimmungsort gepreßt. Bei diesem System gestaltet sich die Energiebilanz — aus der Beziehung

v^Hj. _+Hr+Hn

wobei Hwdcn Reibungsverlust des Wasserförderrohres und η' den Wirkungsgrad der Einrichtung ß bedeuten,
bedeuten.

Aus dieser Beziehung geht deutlich hervor, daß bei Anwendung der Erfindung nur der Energiebedarf des Fördergutes, der Verlust des Schlammrohres sowie der verhältnismäßig äußerst geringe Verlust des Wasserförderrohres durch einen besonderen Energieaufwand gedeckt werden muß, nicht jedoch der zur Weiterförderung der als Fördermittel dienenden Wassermenge. Eine weitere Ersparnis bedeutet der Umstand, daß da auch der flüssige Schlamm wirtschaftlich gefördert werden kann, der Reibungsverlust des Schlammförderrohres ebenfalls bedeutend herabgesetzt wird. Die in dieser Weise durchgeführte vertikale Materialförde-

ho rung kann auch dann wirtschaftlich sein, wenn — mangels einer entsprechenden Wasserquelie — für Einrichtungen zur aus dem Schlamm erfolgenden wiederholten Rückgewinnung und Rezirkulation des Wassers gesorgt werden muß.

Auf Bild8 ist ein Konstruktionsteil in schematischem Querschnitt dargestellt, dessen Anwendung besonders im Falle einer den Konstruktionswerkstoffen bedeutenden Verschleiß zuführenden Schlammförde-

rung oder bei Förderung aggressiver Flüssigkeiten zweckmäßig sein kann. In der zum Ansaugen und Verdrängen eines Sekundärfluids, hier Schlamm, dienenden Kammer 77 (die einen Teil der den bisherigen Ausführungsbeispielen ähnlichen oder denselben glei- > chen Schlammfördereinrichtung bildet) bewegt sich der kolbenartige Körper 78 hin und her, kommt jedoch mit dem aus dem Becken 9 durch die Leitung 83 und den Schieberverschluß 84 zuströmenden Schlamm nicht in Berührung, weil im Inneren der Kammer ein schlauchar- κι tiges flexibles Trennelement 79 angeordnet wurde, und innerhalb desselben reine Druckübertragungsflüssigkeit 80 ist, die dem Kolben 78 und der Durchführungsstelle 78a desselben keinen Verschleiß zuführt. Die Stellung des Elementes 79 am Anfang und Ende des Drucktakies ! sind mit ausgezogener bzw. gestrichelter Linie eingezeichnet. In dem Steigrohr 81 ist ein Schiebeverschluß 82 eingebaut, durch welchen das Empordrücken des Schlammes erfolgt.

Die Lösung nach B i I d 9 weicht von der nach B i 1 d 8 nur ab, indem das flexible Trennelement nicht schlauchartig, sondern durch eine flexible Platte 79a gebildet ist, und der kolbenartige Körper 78 unterhalb der Platte 79a in das Innere der Kammer 77 eindringt. Der Körper 78 und die Durchführungsstelle 78a desselben stehen auch hier nur mit der reinen Druckübertragungsflüssigkeit 80 in Berührung.

Auf B i 1 d 10 ist eine aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung beruhende Wasserhebeeinrichtung in sehematischem Vertikalschnitt dargestellt, die z. B. zur Zuschuß- jo Wasserentnahme und — Verteilung eingesetzt werden kann. Das in der Gänze mit der Bezugsnummer 86 bezeichnete, von der Atmosphäre abgeschlossene Gefäß-System ist z. B. in einem zu einem Staubauwerk gehörenden Dammkörper 85 eingebaut, auf dessen j-, linker Seite das Oberwasser V/und auf der rechten Seite das Unterwasser V₁ sich befindet. Im vorliegenden Fall ist sowohl die Primär- als auch die Sekundärflüssigkeitsbasis durch das Oberwasser Vi gebildet, wenn der Wassersäulendruck desselben in der Höhe h\ benutzt wird, das Wasser von VV durch das geschlossene Gefäß-System 86 in die hochliegende Zuschußwassermulde 87 zu bringen, aus welcher das Zuschußwasser auf Gravitationswege in das Bewässerungskanalsystem gebracht werden kann.

Das Gefäß-System 86 setzt sich aus den Kammern 88 und 89 zusammen, in welchen der Hin- und Herbewegung durchführende Mechanismus 90 untergebracht ist, der aus der in der Kammer 88 sich bewegenden Platte 91, der in der Kammer 89 sich bewegenden Platte 92 sowie aus der die Platten verbindenden starren Stange 93 besteht. Die Platten unterteilen die Kammern in die Räume 88a und 886 sowie 89a und 89b. Der eine, mit dem Verschlußorgan 94 ausgerüstete Zweig der Primärdruckleitung Γ mündet in den Raum 886 und der andere, mit dem Verschlußorgan 95 ausgerüstete Zweig in den Raum 88a. In den aus dem Raum 88a herausführenden Zweig der in das Unterwasser V₃ führenden Entleerungsleitung 96 ist das Verschlußorgan 97 und in den aus dem Raum 886 herausführenden bo Zweig desselben das Verschlußorgan 98 eingebaut Die Plattenflächen wurden mit dem Bezugszeichen fu, f\i und F11, F12 bezeichnet; zwischen den Plattenflächen bestehen die Verhältnisse f_u> F_n und fn> Fn-

Die in die Sekundärkammer 89 aus dem Oberwasser Vi einmündende Speiseleitung wurde mit der Bezugsnummer 100 bezeichnet: in dem in den Raum 89b führenden Zweig derselben ist das Verschlußorgan 99, in den in den Raum 89a führenden Zweig derselben das Verschlußorgan 101 eingebaut. Der Raum 89a ist mit der Mulde 87 mit Hilfe eines Steigrohres 102 verbunden, in welches der Schieberverschluß 103 eingebaut ist. Aus dem Raum 890 ist die Zweigleitung 104 oberhalb des Verschlußorgans 103 an das Steigrohr 102 angeschlossen. Das Verschlußorgan 105 wurde in die Zweigleitung 104 eingebaut.

Mit der doppeltwirkenden Differenzialkolben-Druckverstärkungseinrichtung nach BiIdIO erfolgt das Heben des Wassers folgendermaßen:

In der angenommenen Anfangsslellung befindet sich der Mechanismus 90 in seiner linieren Rxtremlage, in den Räumen 88a und 89a ist das in dem vorangehenden Takt angesaugte Wasser und sämtliche Verschlußorgane. Die Verschlußorgane 94 und 97, sodann 99 und 103 werden geöffnet, worauf die Oberwassersäule der Höhe H mit einer Kraft von H-Tt- f\\ den Mechanismus 90 aufwärts preßt (das spezifische Gewicht des Wassers ist γ = !). Dies hat zur Folge, daß aus dem Raum 89a Wasser über das Steigrohr 102 in die Mulde 87 strömt, und damit gleichzeitig Wasser in die Räume 8Sb und 896 angesaugt wird. Sobald der Mechanismus 90 Feine obere Extremlage erreicht hat, werden die Verschlußorgane 103,99,97 und 94 geschlossen, dabei die Verschlußorgane 105, 101, 95 und 98 geöffnet, mit der Folge, daß die auf die Fläche f\ der Platte 91 wirkende Druckkraft f) ■ h\ · γ den Mechanismus 90 abwärts und so die Platte 92 mit der Kraft Fu ■ h₂ ■ γ das Wasser über die Leitung 104 in die Leitung 102 bzw. in die Mulde 87 preßt. Erwähnt sei. daß Λ, und h₇ veränderliche Werte, jedoch mit konstanter Differenz sind. Mit der zügigen Wiederholung der beschriebenen Phasen wird das Heben der Flüssigkeit im wesentlichen kontinuierlich.

Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die als Beispiel erörterten Ausführungsformen und Anwendungsarten, sondern kann in dem durch die Patentan-Sprüche festgelegten Schutzbereich in verschiedenen weiteren Varianten verwirklicht werden. Als Verschlußmittel können z. B. beliebige, dazu geeignete umstellbare Vorrichtungen, z. B. Schieberverschlüsse, Stromabsperrschieber u. a. verwendet werden.

Hinsichtlich der Verschlüsse haben die erfindungsgemäßen Anlagen das gemeinsame Merkmal, daß in den Primärflüssigkeits- Förderleitungen umstellungsbedürftige Verschlüsse anzuwenden sind, während in den zur Förderung des Sekundärfluids dienenden Rohren zweckmäßigerweise bei Änderungen der Druckverhältnisse selbstumstellbare Verschlüsse, wie Kugelventile. Rückschlagventile, Fußventile usw. einsetzbar sind.

Natürlich ist es zweckmäßig, das Schließen und Öffnen der umstellungsbedürftigen Verschlüsse und so die Durchführung der Saug- und Druckte mittels einer Automatik zu steuern, das System kann sogar mit Freihub (Selbststeuerung) oder Parallelschaltung von Einrichtungen von beliebiger Anzahl und Konstruktion gesteigert werden. Die kolbenartigen Körper, Platten, Membranen usw. können aus beliebigen — natürlich dazu geeigneten — Werkstoffen, in beliebiger Form hergestellt sein. Natürlich wird der Schutzbereich der Erfindung auch dann nicht überschritten, wenn nötigenfalls zum Ersetzen der Verluste, z. B. bei Schlammförderung in den Primärzweig an beliebiger Stelle eine Druckerhöhungspumpe zwischengeschaltet wird.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übergabe der potentiellen Energie eines Hochdruckmediums an ein Niederdruckmedium innerhalb eines von der Atmosphäre abgeschlossenen Gefäß-Systems durch wechselweise Ausführung von Saug- und Drucktakten, wobei während des Saugtaktes eine Teilmenge des Hochdruckmediums in das Gefäß-System eingelassen und dabei eine Teilmenge des Niederdruckmediums in das Gefäß-System eingesaugt sowie eine im vorangehenden Drucktakt eingelassene andere Teilmenge des Hochdruckmediums im Gefäß-System entspannt und aus diesem verdrängt wird und wobei während des Drucktaktes eine weitere Teilmenge des Hochdruckmediums aus entgegengesetzter Richtung wie im Saugtakt in das Gefäß-System eingelassen und dabei die im vorangehenden Saugtakt eingesaugte Teilmenge des Niederdruck-Mediums sowie diejenige Teilmenge des Hochdruckmediums, die den vorangehenden Saugtakt durchgeführt hat, aus dem Gefäß-System verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Saugtaktes eingelassene Teilmenge des Hochdruckmediums während des Drucktaktes gegen den anstehenden Hochdruck verdrängt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem von der Atmosphäre abgeschlossenen Gefäß-System, das zwei Kammern sowie einen im Gefäß-System zwischen zwei Endstellungen hin- und herbewegbaren Verdränger aufweist, der eine der beiden Kammern in zwei Räume teilt und drei Arbeitsflächen besitzt, von denen zwei in der geteilten Kammer angeordnet sind und die dritte sich in der anderen Kammer befindet, mit einer Leitung zur Führung des Hochdruckmediums und einer Leitung zur Führung des Niederdruckmediums, die mit einem Reservoir für das Niederdruckmedium in Verbindung steht, wobei der eine Raum der geteilten Kammer mit dieser Niederdruck-Leitung unter Zwischenschaltung eines Absperrorgans so verbindbar ist, daß während des Saugtaktes eine Kommunikation zum Reservoir des Niederdruckmediums besteht, und der andere Raum der geteilten Kammer über Absperrorgane mit der Leitung zur Führung des Hochdruckmediums sowie mit einer Ablaßleitung verbunden ist und wobei die die dritte Arbeitsfläche des Verdrängers aufnehmende Kammer mit der Leitung zur l-ührung des Hochdruckmediums verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die dritte Arbeitsfläche (72) des Verdrängers (8) aufnehmende Kammer (2b) sowohl beim Saugtakt als auch beim Drucktakt ständig mit der Leitung (1,6) zur Führung des Hochdruckmediums verbunden ist.