DE2530635A1

DE2530635A1 - Vorrichtung zum erschlie"en geothermischer energie

Info

Publication number: DE2530635A1
Application number: DE19752530635
Authority: DE
Inventors: Rangachari Govindarajan; James Louis Lobach; Hugh Brookie Matthews; Kenneth Ernest Nichols
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1974-07-10
Filing date: 1975-07-09
Publication date: 1976-01-29
Also published as: FR2277996A1; GB1457489A; IT1040878B; FR2277996B1

Description

"Vorrichtung zum Erschließen geothermischer Energie

Die Erfindung bezieht sich auf geothermische Tiefbrunnen-Pump vorrichtungen zum Erzeugen elektrischer oder anderer Energie unter Ausnutzung von aus geothermischen Quellen gewonnener Energie, und sie betrifft insbesondere derartige Vorrichtungen, die es unter Erzielung eines hohen Wirkungsgrades ermöglichen,überhitzten Dampf zu erzeugen, und die mit Pumpeinrichtungen versehen sind, um in Heißwassertiefbrunnen benutzt zu werden, um thermische Energie zu ihrer Nutzbarmachung zur Erdoberfläche zu transportieren»

Zwar werden bereits geothermische Energiequellen in einem begrenzten Ausmaß zur Erzeugung von Energie benutzt, doch arbeiten die hierbei verwendeten bekannten Vorrichtungen mit einem relativ niedrigen Wirkungsgrad, und es haften ihnen erhebliche Nachteile an. Bei den relativ wenigen Anlagen, bei denen an der Erdoberfläche aus Brunnen bzw. Tiefbohrungen im wesentlichen trockener Dampf zur Verfügung steht, ist es möglich, den vorher von den vorhandenen Feststoffen befreiten Dampf von der Quelle aus direkt einer Turbine zuzuführen· Die meisten geothermischen Quellen sind jedoch dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gemisch aus Dampf und heißem Wasser abgeben, das an der Erdoberfläche korrodierend wirkende gelöste Stoffe enthält, so daß es erforderlich ist, das Wasser von dem Dampf zu trennen, bevor der

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Dampf einer Turbine zugeführt werden kann«,

Bei Anlagen dieser beiden Arten erhält man normalerweise unter einem relativ niedrigen Druck stehenden Dampf, so daß man Turbinen von besonderer Konstruktion benötigt, und daß die Gewinnung von Energie relativ unwirtschaftlich ist, wenn man sie mit den normalerweise benutzten Anlagen vergleicht, bei denen fossiler Brennstoff verwendet oder Atomenergie ausgenutzt wird,. Es gibt nur sehr wenige Fälle, in denen geothemische Quellen oder Tiefbohrungen tatsächlich echten überhitzten Dampf liefern, der nur kleinere Mengen an unerwünschten Gasen und kein Wasser in flüssiger Form enthalte

Das Vorhandensein größerer Mengen flüssigen Wassers in Tiefbohrungen, bei denen geothemische Vorrichtungen bekannter Art benutzt werden, führt zusätzlich zu der Notwendigkeit des Abscheidens von Wasser zu weiteren Schwierigkeiten«, Ist das Wasser nur mäßig warm, kann sich die Gewinnung von Wärmeenergie aus dem Wasser als kostspielig oder mindestens als unwirtschaftlich erweisen,. Ohne Rücksicht darauf, ob die Wärme ausgenutzt wird oder nicht, ist es erforderlich, das Wasser einer Behandlung zu unterziehen. Das Wasser enthält gewöhnlich in erheblichen Konzentrationen Kieselsäure und Alkalisalze unter Einschluß von Chlorid-, Sulfat-, Carbonat-, Borat-Ionen und dgl., und alle diese gelösten Salze geben infolge von Ausfällungserscheinungen jeweils dort zu Schwierigkeiten Anlaß, wo eine beliebige Teilmenge des Wassers schlagartig verdampfen kann. Läßt man am Standort der Anlage alkalisches Wasser entweichen, kann eine schwerwiegende chemische und thermische Schädigung von Flüssen und Seen eintreten« Schließlich bestehen gewisse Anzeichen dafür, daß das Abziehen großer Wassermengen aus geothermischen Lagerstätten auf eine gewöhnlich unvorhersehbare Weise zu unerwünschten Bodensenkungen in der Umgebung der Anlage führt.

Ein erheblicher Fortschritt auf dem Gebiet der Gewinnung und Ausnutzung geothemischer Energie ist in der britischen Pa-

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tentanmeldung 15567/74 beschrieben, die sich mit Vorrichtungen zur wirtschaftlichen Erzeugung von Energie unter Ausnützung geothermischer Quellen befaßt, und gemäß welcher trockener überhitzter Dampf erzeugt wird, um unterirdische Einrichtungen zu betreiben, die dazu dienen, aus einer Tiefbohrung äußerst heißes Wasser unter hohem Druck nach oben zur Erdoberfläche zu fördern,, An einer ersten Station bzw. an der Erdoberfläche wird reines Wasser in die Tiefbohrung eingeleitet, wo Wärmeenergie, die in gelöste Stoffe enthaltendem Wasser gespeichert ist, an einer zweiten Station, d_oh_o in großer Tiefe, dazu dient, das reine Wasser in überhitzten Dampf zu verwandeln» Der so gewonnene trockene überhitzte Dampf dient am Boden des Bohrlochs zum Betreiben einer mittels einer Turbine angetriebenen Pumpe, die heißes, gelöste Stoffe enthaltendes Wasser aus dem Bohrloch zu der ersten Station an der Erdoberfläche fördert, und hierbei wird das Wasser ständig und an allen Punkten innerhalb der Anlage unter Drücken gepumpt, die so hoch sind, daß ein schlagartiges Entstehen von Dampf verhindert wird. Das in hohem Maße energiehaltige Wasser wird an der Erdoberfläche bzw. der ersten Station in einem binären Fludsystem in der Weise verwendet, daß es seine Wärmeenergie an eine an der Erdoberfläche angeordnete, einen geschlossenen Kreislauf bildende Kessel- und Turbinenanlage abgibt, die dazu dient, einen Wechselstromgenerator zu betreiben. Das abgekühlte reine Wasser wird an der Erdoberfläche regeneriert, um dann erneut in das Bohrloch eingeleitet und zum Betrieb der dort angeordneten Dampfturbine verwendet zu werden,. Die unerwünschten gelösten Stoffe werden in Form einer konzentrierten Sole über eine gesonderte Tiefbohrung in das Innere zurückgepumpt₀

Im Gegensatz zu der relativ geringen Leistung anderer bekannter Anlagen ist die Anlage nach der genannten britischen Patentanmeldung dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet, und daß sie zahlreiche weitere Vorteile bietet. Die Benutzbarkeit dieser bekannten Anlage be-

schränkt sich nicht auf die seltenen Quellen für trockenen Dampf, und bei dieser Anlage fallen die sich beim Trennen von Wasser und Dampf ergebenden Schwierigkeiten weg, die sich bei den bekannteren Anlagen ergeben, bei denen Tiefbohrungen benutzt werden, die ein Gemisch aus Dampf und heißem Wasser liefern,, Da die soeben geschilderte Anlage mit trockenem, hoch überhitztem Dampf arbeitet, ist es möglich, schon vorhandene Wärmeübertragungselemente von hohem Wirkungsgrad und mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Hochdruckturbinen zu verwenden,. Der sehr größe Wärmeinhalt von unter hohem Druck stehendem, auf hoher Temperatur befindlichem Wasser wird unter Erzielung eines hohen Wirkungsgrades nutzbar gemacht« Da als Wärmeübertragungsmedium eine unter hohem Druck stehende Flüssigkeit verwendet wird, wird ein unerwünschtes plötzliches Entstehen von Dampf verhindert, und dasHSntstehen unerwünschter Ablagerungen von gelösten Stoffen wird vermieden« Da die gelösten Salze auf zweckmäßige Weise in der erforderlichen Entfernung von der geothemischen Quelle wieder tief ins Erdinnere zurückgepumpt werden, wird die Entstehung von Umweltschäden an der Erdoberfläche vermieden, und es besteht nur eine relativ geringe Gefahr des Auftretens von Bodensenkungen in der Umgebung der geothermischen Quelle„

Durch die vorliegende Erfindung ist eine Verbesserung der in Verbindung mit Tiefbohrungen benutzbaren geothermischen Vorrichtungen nach der eingangs genannten britischen Patentanmeldung geschaffen worden.

Genauer gesagt ist durch die Erfindung eine geothermische Tiefbohrungs-Pumpvorrichtung geschaffen worden, die dazu bestimmt ist, an einer unterirdischen Quelle für ein geothemisches Flud angeordnet zu werden, und bei der Einrichtungen zum Austauschen geothemischer Energie vorhanden sind, die ein Arbeitsmittel liefern, sowie eine Pumpeinrichtung, die es ermöglicht, das der geothermischen Quelle entnommene Flud, das ständig im flüssigen Zustand gehalten wird, zu der

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Energieaustauscheinrichtung an der Erdoberfläche zu fördern; zu dieser Vorrichtung gehört ein Läufer oder Schaufelrad, das durch eine Welle mit einer durch es anzutreibenden Pumpeinrichtung gekuppelt ist, ferner eine ringförmige Leitungsanordnung, die dazu dient, den Strom des Arbeitsmittels von der Einrichtung zum Austauschen geothemischer Energie aus allgemein in einer ersten Richtung so fortzuleiten, daß der Strom Energie an das Schaufelrad abgibt, um es anzutreiben, sowie ringförmige, zum Ändern der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels dienende Leitungsanordnungen im Bereich des Schaufelrades gegenüber der genannten ringförmigen Leitungsanordnung, wobei die an zweiter Stelle genannte Leitungsanordnung dazu dient, die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels allgemein umzukehren, und wobei das Schaufelrad mit um die Welle herum angeordneten Kanälen oder Durchlässen versehen ist, damit es in einer zu der genannten ersten Richtung allgemein entgegengesetzten zweiten Richtung von dem umgelenkten Arbeitsmittel durchströmt werden kann, nachdem dieses Energie an das Schaufelrad abgegeben hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Tiefbohrungs-Dampfturbinen- und Pumpeinrichtungen durch ein System von hydrodynamischen Druck- und Radiallagern unterstützt, bei dem sämtliche Lagerflächen vollständig von reinem Wasser überspült werden, das als Schmiermittel dient und unter einem solchen Druck gehalten wird, daß das Eindringen von korrodierend wirkendem, verunreinigtem heißen Wasser aus der Tiefbohrung verhindert wird, um jede Beschädigung der Lagerflächen unmöglich zu machen. Alternativ kann man eine Lageranordnung verwenden, zu der hydrodynamische Lagerelemente gehören. Ferner kann man ein Druck- bzw. Axialkugellager vorsehen, das normalerweise nur beim Anfahren bzw. Stillsetzen der Turbinen- und Heißwasserpumpeinrichtung zur Wirkung kommt_o Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung ist es möglich, an der Erdoberfläche angeordnete Einrichtungen zu benutzen, die auf zweckmäßige Weise einen kontinuierlichen

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Betrieb der Energieerzeugungseinrichtung gewährleisten und es außerdem ermöglichen, das unterirdische Dampfturbinen- und Pumpenaggregat auf geregelte Weise in bzw„ außer Betrieb zu setzen„ Gemäß einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung ist es auf zweckmäßige Weise möglich, Dampf in einem nach außen abgeschlossenen Ringraum zu erzeugen, der durch konzentrische, stehend angeordnete Rohre abgegrenzt ist; bei dieser Anordnung wird Dampf zusammen mit einer sich ständig verringernden Anzahl von Wassertropfen veranlaßt, längs einer schraubenlinienförmigen Bahn nach unten zu strömen, so daß beide Phasen in die unmittelbare Nähe des heißeren der beiden Rohre gelangen, wodurch der Wirkungsgrad der Dampferzeugung verbessert wird₀

Eine zuverlässige Arbeitsweise der Vorrichtung wird vorzugsweise durch Steuer- bzw. Regeleinrichtungen gewährleistet, bei denen der Druck des dem unterirdischen Dampferzeugers zugeführten reinen Wassers den Dampfdurchsatz der die Dampfturbine antreibenden Pumpe und damit auch den richtigen Druck des durch die Pumpe geförderten heißen Wassers aus dem Bohrloch bestimmt. Somit wird durch die Regelung des Austrittsdrucks der Reinwasserpumpe an der Erdoberfläche der Druck des durch die Pumpe geförderten Wassers aus dem Bohrloch genau bestimmt. Bei dieser Anordnung ist es ebenfalls möglich, die Bohrlochpumpe in und außer Betrieb zu setzen und dafür zu sorgen, daß die Pumpenlager stets ausreichend geschmiert werden, um eine Beschädigung dieser Lager zu verhindern. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entsteht in der Traglageranordnung der durch die Dampfturbine angetriebenen Heißwasserpumpe eine Axialkraft von erheblicher Größe, die auf das erhebliche durch die Heißwasserpumpe erzeugte Druckgefälle zurückzuführen und proportional zum Förderdruck der Heißwasserpumpe ist. Es ist möglich, auf hydraulischem Wege eine dieser Axialkraft entgegenwirkende Axialkraft zu erzeugen, die ebenfalls zum Förderdruck der Heißwasserpumpe proportional ist, so daß sich innerhalb eines bestimmten Be-

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reichs von Drehzahlen und Heißwasserdurchlaßmengen eine minimale resultierende Axialkraft ergibt«

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

Figo 1 einen verkürzten Längsschnitt einer Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 und 3 jeweils einen vergrößerten Längsschnitt durch einen bestimmten Teil der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 4 die Draufsicht eines der Bauteile der Anordnung nach Figo 3;

Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 in Fig_o 4;

Fig. 6 eine vergrößerte, teilweise als Schnitt gezeichnete Abwicklung eines Teils der Anordnung nach Fig_e 3»

Fig. 7 einen vergrößerten Längsschnitt durch den unteren Teil der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 8 eine Abwicklung eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 7;

Fig„ 9 einen Längsschnitt durch eine hydrodynamische Lageranordnung für die Vorrichtung nach Fig. 7;

Figo 10 einen Schnitt längs der Linie 10-10 in Fig_o 9; Fig. 11 einen Teilschnitt längs der Linie 11-11 in Fig_e 9;

Fig.12 eine teilweise weggebrochen gezeichnete, auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Teils der Lageranordnung nach Fig. 9»

Fig«, 13 einen Schnitt längs der Linie 13-13 in Figo 9 und 12;

Fig. 14 einen Längsschnitt durch eine hydrostatische Lageranordnung, die alternativ zu derjenigen nach Fig_e verwendbar ist;

Fig. 15 eine schematische Darstellung der an der Erdoberfläche angeordneten Einrichtungen, die mit der in einer Tiefbohrung anzuordnenden Vorrichtung nach Fig₀ 1 zusammenarbeiten; und

Fig₀ 16 einen teilweise als Seitenansicht gezeichneten Längsschnitt durch die in Fig. 1 und 2 dargestellten Regeleinrichtungen O

In Figo 1 ist der allgemeine Aufbau desjenigen Teils der Vorrichtung zum Gewinnen geοthermischer Energie dargestellt, welcher am unteren Ende einer Tiefbohrung angeordnet wird, die sich in tief unter der Erdoberfläche liegende Erdschichten hinein erstreckt; vorzugsweise wird die Vorrichtung in einer solchen Tiefe unter der Erdoberfläche angeordnet, daß für sie eine reichliche Zufuhr von extrem heißem Wasser unter hohem Druck zur Verfügung steht; die eigentliche Pumpeinrichtung wird in der Nähe der Heißwasserquelle in einer Verrohrung angeordnet, mit der das Bohrloch auf bekannte Weise ausgekleidet ist. Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist einen Bohrlochkopfteil 1 auf, der über der Erdoberfläche 11 angeordnet ist, und einen Hauptteil 2, der sich von dem Bohrlochkopfteil 1 aus nach unten in die Erde hinein erstreckt. Im Bereich einer unterirdischen Heißwasserquelle, die unter hohem Druck stehendes Wasser liefert, schließt sich an den Hauptteil 2 ein Dampferzeuger-Eingangsteil 3 an, auf den nach unten fortschreitend ein Dampferzeugerteil 4, ein Dampfturbinenteil 5, ein Lagerteil 6 für die Krafterzeugungseinrichtung sowie ein Heißwasserpumpenteil 7 folgen, die einander nahe benachbart und in zunehmend größer werdender Tiefe angeordnet sind_e

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Die sich von dem Bohrlochkopfteil 1 an der Erdoberfläche 11 aus nach unten erstreckende Bohrlochverrohrung 10 umgibt ein mit ihr vorzugsweise konzentrisch angeordnetes innerstes Rohr 8 aus nichtrostendem Stahl oder einem anderen hoohwertigen legierten Stahl zum Zuführen von relativ kühlem und relativ reinem Wasser, das einem noch zu erläuternden Zweck dient, zum Boden des Bohrlochs. Ferner ist in der Verrohrung 10 ein zweites Rohr 9 von relativ großem Durchmesser aus einem ähnlichen Werkstoff wie das Rohr 8 angeordnet, welches das Rohr 8 umgibt, sich von dem Bohrlochkopfteil 1 aus nach unten zu der Energieumwandlungs- und Pumpeinrichtung am Boden des Bohrlochs erstreckt und es auf eine noch zu erläuternde Weise dem Abdampf der Turbine ermöglicht, zur Erdoberfläche zu strömen·

Gemäß Fig. 1 wird relativ sauberes, kaltes Wasser von der Erdoberfläche 11 aus durch das innere Rohr 8 nach unten zu einem T-Stück 12 gepumpt. An dem T-Stück 12 verteilt sich das nach unten strömende Wasser auf zwei Strömungswege_e Wie im folgenden näher erläutert, dient ein erster Strömungsweg dazu, sauberes, zur Schmierung dienendes Wasser durch Rohre 13 und 17 zu leiten, um eine in dem Lagerteil 6 angeordnete Lagerung zu schmieren* Der zweite Strömungsweg 14 führt sauberes Wasser über einen Druckregler 15 und ein oder mehrere Verteilerrohre 16 dem Eingangeteil 22 eines Dampferzeugers zu, der durch einen Ringraum 18a zwischen den allgemein konzentrischen Wänden des Rohrs 9 und eines darin angeordneten weiteren Rohrs 9a gebildet wird, so daß Hochdruckdampf erzeugt und einer in einem Turbinenteil 5 untergebrachten Dampfturbine zugeführt wird_c

Die in dem Turbinenteil 5 untergebrachte Dampfturbine, deren Läufer von in dem Lagerteil angeordneten Lagern getragen wird, hat die Aufgabe, eine in dem Pumpenteil 7 angeordnete Heißwasserpumpe anzutreiben, so daß unter hohem Druck stehendes heißes Wasser durch die rotierenden Pumpenflügel 20 nach oben gefördert wird, die zwischen dem umlaufenden konischen Endteil

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23 der Pumpe und einem der Pumpe zugeordneten, drehbaren oder ortsfesten Abdeckring 19 angeordnet sind; das heiße Wasser wird in dem Ringraum zwischen den Rohren 9 und 10 mit hoher Geschwindigkeit nach oben gepumpt, so daß es möglich ist, die in dem Wasser enthaltene Wärmeenergie auf eine noch zu beschreibende Weise an der Erdoberfläche nutzbar zu machen« Von besonderer Bedeutung ist hierbei, daß das heiße Wasser nach oben zur Erdoberfläche 11 unter einem solchen Druck gepumpt wird, daß es nicht plötzlich verdampfen kann, was zu einer unerwünschten Ablagerung gelöster Salze dort führen würde, wo die plötzliche Verdampfung erfolgt.

Somit wird das sehr heiße, unter hohem Druck stehende Brunnenwasser nach oben gepumpt, so daß es durch den Ringraum zwischen den Rohren 9 und 10 strömt. Die von dem heißen Brunnenoder Quellwasser mitgeführte Wärme läßt sich auf bequeme Weise ausnutzen, um in den Eingangs teil 22 des Dampferzeugers 18 eintretendes reines Wasser in trockenen überhitzten Dampf von hohem Energieinhalt zu verwandeln. Bevor das reine Wasser das T-Stück 12 und den Druckregler 15 durchströmt, befindet es sich wegen des hydrostatischen Druckgefälles unter einem sehr hohen Druck, der gewöhnlich noch durch den Druck vergrößert wird, welcher auf eine noch zu erläuternde Weise durch eine an der Erdoberfläche vorhandene Pumpe erzeugt wird, so daß ein plötzliches Verdampfen ausgeschlossen ist» Der Druckregler 15 regelt den Druck des hindurchströmenden reinen Wassers derart, daß es in dem Ringraum 18a des Dampferzeugers 18 verdampft und überhitzt werden kann. Der einen hohen Energieinhalt aufweisende Dampf tieLbt die Dampfturbine an, und nach seiner Entspannung wird er so umgelenkt, daß er als relativ kühler Dampf durch den Ringraum zwischen den Rohren 8 und 9 nach oben zur Erdoberfläche 11 strömt«, Wie weiter unten erläutert, wird an der Erdoberfläche Wärmeenergie in erster Linie dem heißen, unter hohem Druck stehenden Wasser entzogen, doch kann auch Wärmeenergie aus dem Abdampf der Dampfturbine gewonnen werden.

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In Fig, 2 sind weitere Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform des Dampfturbinen-Eingangsteils 3 und des Dampferzeugerteils 4 dargestellt. Hierbei entspricht die allgemeine Anordnung der Teile der anhand von Fig. 1 gegebenen Beschreibung. Jedoch dient bei der Anordnung nach Fig. 2 das T-Stück 12 dazu, zwei Druckregler zu speisen, und zwar ein Druckschwellenventil 15a, das mit einem Differenzdruckventil 15b in Reihe geschaltet ist«, Diese beiden Ventile können von bekannter Art oder aber in der weiter unten anhand von Fig_e erläuterten Weise abgeändert sein. Das Schwellenventil 15a arbeitet in Abhängigkeit vom Abfragen des Drucks des hochsteigenden Heißwasserstroms zwischen den Rohren 9 und 10, und um dies zu ermöglichen, ist dieses Ventil durch ein Rohr 21 mit dem Ringraum zwischen den Rohren 9 und 10 verbunden., Ferner zeigt Fig. 2 eine symmetrische Eingangsanordnung IUr den Dampferzeuger 18_O Gemäß Fig. 2 ist ein Satz von radial verlaufenden Verteilerrohren 16 vorhanden, die dazu dienen, das Wasser, dessen Druck geregelt ist, und das von dem Djfferenzdruckventil 15b abgegeben wird, über Öffnungen einer Dampferzeugerstirnwand 29 dem Ringraum 18a des Dampferzeugers 18 zuzuführen Die Stirnwand 29 erfüllt somit hier die gleiche Aufgabe wie der Eingangsteil 22 nach Fig. 1_O Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird das reine Wasser symmetrisch verteilt und dem Dampferzeuger 18 zugeführt, wo ein Teil des großen Wärmeinhalts des nach oben gepumpten heißen Wassers die Wand des Rohrs 9 durchdringt, um in dem Ringraum 18a überhitzten trockenen Dampf zu erzeugen.

Die Rohre 9 und 9a, die aus der genannten Legierung bestehen, sind durch einen radialen Abstand getrenntund gegeneinander durch sich in radialer Richtung erstreckende Abstandhalter 31 abgestützt, die in senkrechter Fluchtung miteinander stehen können; es sei bemerkt, daß vorzugsweise mehrere Sätze solcher Abstandhalter in Abständen über die Länge der Wände des Dampferzeugers verteilt sind₀ Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abstandhalter so ge-

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staltet, daß sie eine weitere Aufgabe erfüllen. Wie erwähnt, wird über den Eingangsteil oder Verteiler 22 zugeführtes Frischwasser in überhitzten Dampf verwandelt, während es in dem Ringraum 18a zwischen den Rohren 9 und 9a nach unten strömt. In bestimmten Anwendungsfällen zeigt es sich, daß ein unerwünscht großer Anteil des Wassers in Form von Tropfen in dem Ringraum 18a herabfällt, ohne vollständig verdampft zu werden. Da diese Wassertropfen ein höheres spezifisches Gewicht haben als der trockene Dampf, bewegen sie sich viel schneller nach unten als der bereits erzeugte Dampf, und daher neigen sie im allgemeinen dazu, im mittleren Teil des Dampfstroms zu verbleiben, so daß sie nicht auf die beheizte Innenfläche des Rohrs 9 auftreffen, wo die stärkste Wärmeübertragung stattfindet« Bei dem Dampferzeuger 18 ergibt sich eine weitere Schwierigkeit daraus, daß der zweiphasige Strom in einem Ringraum nach unten strömt, und daß die durch das innere Rohr 9a gebildete innere Wandfläche dieses Ringraums dazu neigt, eher Wärme aufzunehmen, als Wärmeenergie zu dem Dampferzeugungsprozeß beizutragen«, Diese Tendenz des Rohrs 9a, Wärme aufzunehmen, steht in Beziehung dazu, daß es sich bei dem in dem Rohr 9a nach oben strömenden Flud um den relativ kühlen Abdampf der Dampfturbine handelt. Um dieser unerwünschten Erscheinung entgegenzuwirken, kann man gemäß Fig. 2 Sätze von Abstandhaltern 32 vorsehen, die sich nicht in senkrechter Richtung erstrecken, sondern so geformt und orientiert sind, daß ihre Achsen einen bestimmten Winkel mit der senkrechten Achse der Vorrichtung bilden,. Es sei bemerkt, daß normalerweise mehrere solche Sätze von Abstandhaltern 32 in Abständen über die Länge des Rohrs 9a verteilt sind₀ Zwar richten sich die Form und der mittlere Neigungswinkel der Abstandhalter 32 nach allgemeinen konstruktiven Gesichtspunkten, doch sollen die gekrümmten Abstandhalter in jedem Fall so angeordnet sein, daß sie eine Wirbelbewegung des nach unten strömenden zweiphasigen Fludes derart hervorrufen, daß das Flud in der in Fig. 2 durch Pfeile 33 angedeuteten Weise längs einer äuge

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mein schraubenlinienförmigen Bahn nach unten strömt₀ Bei dieser Anordnung kommen Fliehkräfte zur Wirkung, die bestrebt sind, sowohl die vorhandenen Wassertropfen als auch den schon erzeugten Dampf gegen die durch die Innenwand des Rohrs 9 gebildete Wärmequelle zu drängen und somit die Wassertropfen und den Dampf von der Wärmesenke fernzuhalten, die durch die Innenfläche des kühleren Rohrs 9a gebildet wird«. Die hierdurch erzielten vorteilhaften Wirkungen bestehen darin, daß der schon erzeugte Dampf weiter erhitzt wird, und daß alle etwa noch vorhandenen Wassertropfen in Dampf verwandelt werden, der weiter erhitzt wird, während er durch den Ringraum 18a des Dampferzeugers nach unten zu der Dampfturbine strömt.

Aus Fig«, 1 ist ersichtlich, daß es schwierig ist, eine wenig Raum einnehmende Vorrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, die insbesondere dazu bestimmt ist, in eine Bohrlochverrohrung bekannter Art mit genormten Abmessungen eingeführt zu werden» Bei der in Fig_e 3 bis 6 dargestellten Anordnung, die in dem Turbinenteil 5 nach Fig₀ 1 untergebracht ist, handelt es sich gemäß der Erfindung um eine Konstruktion, bei der besonderer Wert auf einen geringen Raumbedarf und einen hohen Wirkungsgrad gelegt wurde«

Gemäß Figo 3 ragen die in Fig. 2 gezeigten Rohre in den Dampfturbinenteil 5 hinein«. Mit anderen Worten, der Kanal für das mittels einer Pumpe geförderte heiße Wasser verläuft zwischen den Rohren 9 und 10, während die einander gegenüberliegenden Flächen der Rohre 9 und 9a den den Dampf abgebenden Kanal oder Ringraum 18a des Dampferzeugers 18 abgrenzen« Zwischen den Rohren 9a und 17 verläuft der Durchlaß für den nach oben strömenden Abdampf der Turbine. Das Rohr 1$ erstreckt sich so weit nach unten, daß reines Wasser von oben nach unten zugeführt werden kann, um durch Rohre bzw. Kanäle 40 und 41 um den Turbinenteil 5 herumgeleitet werden kann. Gemäß Fig. 3 sind mehrere sich in radialer Richtung erstrekkende, in Winkelabständen verteilte Leitschaufeln 34 zwischen

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den Rohren 9a und 17 angeordnet und mit ihnen verschweißt, um eine Tragkonstruktion zu bilden; da diese Leitschaufeln in der Kammer angeordnet sind, in welcher der Abdampf nach oben strömt, tragen sie zusätzlich dazu bei, den Abdampf so zu führen, daß er senkrecht nach oben strömt, ohne daß der Dampfstrom eine Drehbewegung von bemerkbarem Ausmaß ausführte

Um die Dampfturbine nach Fig. 3 zu betreiben, wird der den Dampferzeuger 18 verlassende, zwischen den Rohren 9 und 9a nach unten strömende Dampf einem ringförmigen Verteilerraum 42 zugeführt, von dem aus er zu Dampf düsen 43 bekannter Art strömt. Weitere Einzelheiten der Dampf düsen 43 sind in Fig. 6, bei der es sich um eine Abwicklung handelt, bei 59 dargestellt; diese Düsen dienen in der üblichen Weise dazu, den mit hoher Geschwindigkeit strömenden Dampf den Schaufeln der verschiedenen Turbinenstufen zuzuführen.

Bei der Vorrichtung ist es möglich, ein- oder mehrstufige Turbinen verschiedener bekannter Bauarten zu verwenden, doch zeigt Fig_o 6 als Beispiel eine mehrstufige Dampfturbine, bei der eine erste und eine zweite Stufe durch Sätze von Schaufeln 44 bzw. 46 gebildet werden, die in Form von Schaufelkränzen von einem Tragring 47 aus radial nach außen ragen_e Die beiden Sätze von Laufschaufeln 44 und 46 arbeiten mit einem dazwischen angeordneten Kranz von ortsfesten Leitschaufeln 45 zusammen, die mit einem Tragstück 74 verbunden sind, das dem Turbinenteil 5 und dem Lagerteil 6 gemeinsam zugeordnet ist» Das die Schaufeln 44 und 46 tragende Ringteil 47 ist auf bekannte Weise an einem Läufertragring 48 befestigt, der einen Bestandteil eines Rades bildet, zu dem mehrere Speichen 54 und eine Nabe 49 gehören«. Wenn sich der Läufer der Turbine dreht, bewirkt die Nabe 49, daß sich auch zwei Wellenabschnitte 50 und 58 drehen, denn die Nabe 49 ist mit dem Wellenabschnitt 50 durch eine Beilegscheibe 51 und eine Mut- ter 52 drehfest verbunden, welch letztere auf einen mit Gewinde versehenen Ansatz 53 des Wellenabschnitts 50 aufgeschraubt ist.

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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung, das die Schaffung einer raumsparenden Konstruktion ermöglicht, besteht in den Maßnahmen, die getroffen sind, um den entspannten Dampf zu beseitigen, der nutzbare Energie an den Läufer der Dampfturbine abgegeben hat; gemäß der Erfindung wird die Aufgabe, den Abdampf umzulenken, gelöst, ohne daß hierzu unerwünscht viel Raum beanspruchende Teile benötigt werden. Um den Abdampf umzulenken, ist das Turbinengehäuse 74 gemäß Fig. 3 mit einem teilweise torusförmigen Kanal 56 versehen, der gleichmäßig gekrümmte Wände besitzt und dazu dient, den aus dem unteren Laufschaufelkranz 46 austretenden Dampf radial nach innen in Richtung auf den Wellenabschnitt 58 so umzulenken, daß er schließlich nach oben strömt· Der torusförmige Ringkanal 56 ist durch eine an das Turbinengehäuse 74 angegossene gekrümmte Fläche 60 und die ihr gegenüberliegende Fläche eines Führungsrings 55 abgegrenzt,, Dieser Führungsring 55 kann von mehreren sich radial erstreckenden Leitschaufeln 57 getragen werden, die nicht nur den Führungsring von dem Turbinengehäuse 74 aus abstützen, sondern auch die Strömungsrichtung des Abdampfes so beeinflussen, daß der Abdampf in erster Linie senkrecht nach oben strömt, und daß die Amplitude von Drehbewegungen des Abdampfstroms verkleinert wird· Somit ist gemäß Fig· 3 ein glattwandiger torusförmiger Kanal vorhanden, in dem sich der Abdampf der Turbine weiter entspannen kann, und der den Abdampf nach dem Austreten aus den Laufschaufeln 46 so umlenkt, daß er schließlich zwischen den Speichen 54 des Turbinenläufers hindurch nach oben strömte

Dieses Hindurchströmen des Abdampfes durch den Turbinenläufer wird insbesondere dadurch erleichtert, daß die Speichen 54 des Läufers in der aus Fig. 4 und 5 ersichtlichen Weise so gestaltet und angeordnet sind, daß der Dampf zwischen ihnen praktisch so hindurchströmen kann, als wenn die Speichen nicht vorhanden wären. Die verschiedenen Speichen 54 sind gegen die Drehrichtung des Tragkranzes 48 des Läufers so geneigt, daß ihre Wirkung bei der gewählten Betriebsdrehzahl

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des Turbinenläufers vollständig neutralisiert wird. Genauer gesagt sind die Speichen 54 so geformt und gegenüber der Strönungsrichtung des Abdampfes unter einem solchen Winkel geneigt, daß sie dem nach oben strömenden Dampf vorzugsweise Energie weder zuführen noch entnehmen« Außerdem werden bei der beschriebenen Anordnung keine Dampfkanäle benötigt, die außerhalb des äußeren Randes des Läufers der Dampfturbine angeordnet sind, so daß jede Behinderung des Strömens des nach oben gepumpten heißen Wassers aus dem Bohrloch vermieden ist„ Wie erwähnt, kann man alternativ weitere Merkmale bekannter Dampfturbinen anwenden» Um ein Beispiel zu geben, sei erwähnt, daß man eine zweistufige Dampfturbine vorsehen könnte, bei welcher der Dampf von oben nach unten durch einen Satz von Dampfdüsen einer Turbine geleitet wird, die nur einen Schaufelkranz besitzt, und bei welcher der von diesem Schaufelkranz abgegebene Dampf dann so umgelenkt wird, daß er von unten nach oben durch einen zweiten Satz von Düsen sowie durch den gleichen Schaufelkranz strömt, wobei der verbrauchte Dampf wiederum in der aus Fig. 3 ersichtlichen allgemeinen Richtung nach oben geleitet wird.

Fig. 7 zeigt insbesondere die Beziehung zwischen den Bauteilen des Lagerteils 6 und dem Heißwasserpumpenteil 7o Gemäß Fig, 3 ragen in die Anordnung nach Fig. 7 die Bohrlochverrohrung 10 und das Turbinengehäuse 74 hinein, mit dem mittels mehrerer Schrauben 69, von denen in Fig„ 7 nur eine dargestellt ist, ein allgemein konisches Bauteil 75 in Form eines Klotzes verbunden ist, das seinerseits die Unterstützung der nachstehend beschriebenen Pumpeinrichtung bildet. Die als Gußstücke ausgebildeten Gehäuse- oder Klotzteile 74 und 75 erfüllen mehrere Aufgaben und bilden unter anderem ein Gehäuse für eine Lageranordnung, welche die Welle umgibt und unterstützt, welche die Heißwasserpumpe von der Dampfturbine aus unmittelbar antreibt. Der Deutlichkeit halber ist jedoch die Lageranordnung in Fig. 9 gesondert dargestellte Als Schmierstoff wird durch das Gehäuseteil 74 über einen

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in Figo 7 dargestellten Kanal 41, einen ringförmigen Verteilerkanal 73 und einen oder mehrere radiale Kanäle 73a der Lageranordnung reines Wasser zugeführt,, Ferner ist aus Fig_o 7 ersichtlich, daß Befestigungseinrichtungen, z.B. Schrauben 72 und 76, bestimmte Teile der verschiedenen Lager gegenüber den gegossenen Klotzteilen 74 und 75 in der gewünschten Lage halten.

Gemäß Fig. 7 ist ein gehärtetes Gehäuse vorhanden, in das die Klotz teile 74 und 75 eingebaut sind, um sie gegen Stoße und
Korrosion zu schützen; dieses Gehäuse hat eine kreisrunde
Form und weist einen hohlzylindrischen Abschnitt 70 und einen kegelstumpfförmigen hohlen Mantelabschnitt 71 auf, der sich
an das untere Ende des Abschnitts 70 anschließt und konzentrisch damit angeordnet ist; dieser untere Abschnitt 71 nimmt den konischen unteren Endabschnitt des Klotz teils 75 auf. Das pumpenseitige finde des Wellenabschnitts 68 ragt durch die altgemein in einer gemeinsamen waagerechten Ebene liegenden unteren Enden des konischen Mantelabschnitts 71 und des konischen Klotzteils 75 und trägt an seinem unteren Ende einen konischen Pumpenläufer 77, dessen konische Umfangsflache praktisch eine Verlängerung der konischen Außenfläche 89 des Mantelabschnitts 71 bildet«. Gemäß Fig. 7 trägt der als konische Nase des Wellenabschnitts 68 ausgebildete Pumpenläufer 77
weitere drehbare Teile der Pumpe, zu denen mehrere Pumpenläufers chauf ein 20 sowie ein drehbares Bauteil 84 der Pumpenumschließung gehören.

Mit dem drehbaren Umschließungsteil 84 arbeiten mehrere ortsfeste Umschließungs teile zusammen» Zu diesen gehört irujbesondere ein allgemein zylindrisches UmschließungsteLL 95, das an seinem oberen Ende eine konische Innenfläche 82 aufweist, die im wesentlichen der konischen Fläche 89 des schon beschriebenen gehärteten Gehäuses 70-71 entspricht. Diesas ringförmige Umschließungsteil 93 wird von der konischen Fläche 89 aus durch mehrere ortsfeste Strömungsleitschaufeln 80 direkt

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unterstützte Die Leitschaufeln 80 bilden nicht nur eine Unterstützung für das Umschließungsteil 93» sondern sie verleihen auch dem Strom des durch die Pumpe geförderten heißen Wassers die gewünschte Richtung,, Zwar erscheinen die Leitschaufeln 80 in Fig«, 7 als allgemein in der Zeichenebene liegend, doch sind sie vorzugsweise so geformt, daß sie praktisch jede Drehbewegungskomponente des durch die Pumpe geförderten heißen Wassers in eine nach oben gerichtete Bewegung umsetzen, so daß sich der hohe Druck des heißen Wassers während des Aufwärts ströme ns noch erhöht,. Der Statorteil des Umschließungsteils 93 wird durch ein ringförmiges Einmündungsteil 85 ergänzt, das mit dem Umschließungsteil 93 durch mehrere Schrauben 87 verbunden ist_o Die Pumpe weist einen Einlaß 88 auf, der nach oben zu dem durch das Einmündungsteil 85 gebildeten Kanal, dem drehbaren Umschließungsteil 84 und den konischen Flächen 82 und 89 führt, längs welcher das heiße, unter hohem Druck stehende Wasser mit einer sehr hohen Geschwindigkeit zu der Bohrlochverrohrung 10 gefördert wird, um darin nach oben zu strömen. Wie erwähnt, unterstützen die Leitschaufeln 20 das drehbare Umschließungsteil 84 von dem konischen Nasenabschnitt 77 des Wellenabschnitts 68 aus, so daß auch das drehbare Umschließungsteil durch den Wellenabschnitt in schnelle Umdrehung versetzt wird. Zwar erscheinen die Leitschaufeln bzw. Pumpenflügel 20 in Fig. 7 als allgemein ebene Flächen, doch ist zu bemerken, daß sie vorzugsweise die in Fig. 8 abgewickelt dargestellte bekannte gekrümmte Form zur Erzielung einer hydrodynamischen Wirkung haben, um auf optimale Weise mit den ortsfesten Leitschaufeln 80 zusammenzuarbeiten. Das Einströmen von heißem Quellwasser in den Raum zwischen der Verrohrung 10 und dem Umschließungsteil 93 wird auf beliebige bekannte Weise verhindert, z«B₀ durch einen dem Pumpeneinlaß 88 benachbarten Dichtungsring 90.

Die erfindungsgemäße Heißwasserpumpe ist mit Einrichtungen zum Aufnehmen bzw. Ausgleichen der auftretenden Axialkräfte

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versehen«, Die Turbinen- und Pumpenwelle ist einer nach unten wirkenden Axialkraft von erheblicher Größe ausgesetzt, die auf die Erhöhung des Druckgefälles zurückzuführen ist, das durch die Pumpe erfeeugt wird, wenn sie das heiße Wasser nach oben fördert; diese Axialkraft ist dem gesamten dynamischen Druck nahezu proportional. Bei Vorrichtungen, bei denen ein erheblicher Raum zur Verfügung steht, würde man gewöhnlich große Drucklager zum Aufnehmen der größten zu erwartenden Last vorsehen«, Würde man jedoch solche Drucklager unter den im vorliegenden Fall gegebenen ungünstigen Bedingungen benutzen, würden erhebliche Energieverluste auftreten, und es wäre weder eine lange Lebensdauer noch ein wirtschaftlicher Betrieb zu erwarten. Die Notwendigkeit, für den hier vorliegenden Fall eine Einrichtung zum Ausgleichen der großen, axial nach unten wirkenden Kraft zu schaffen, läßt sich an einem speziellen Beispiel allgemein veranschaulichen,, Das nachstehend behandelte Beispiel dient lediglich zur Veranschaulichung des zu lösenden Problems, und die angegebenen Zahlenwerte entsprechen nicht notwendigerweise den in der Praxis tatsächlich zu beobachtenden Werten«,

Als Beispiel sei angenommen, daß der Druck des heißen Quellwassers am Einlaß 88 der Pumpe etwa 55 bar beträgt. Während des Betriebs der Pumpe würde der Druck der von den Läuferschaufeln 20 erfaßten Wassermenge z.B_o auf etwa 72,5 bar erhöht. Dort, wo die Stator- oder Diffusorschaufein 80 in den Ringraum 81 zwischen der Verrohrung 10 und dem hohlzylindrischen Gehäuseabschnitt 70 eintreten, könnte sich ein Druck von etwa 79 bar einstellen.

Wenn das Turbinen- und Pumpenaggregat mit der vorgesehenen Betriebndrohzahl arbeitet, bringt es auf den Wellenabschnitt 58 eine große nach unten gerichtete Kraft auf, der normalerweise eine nach oben gerichtete Kraft entgegenwirkt, die dem Druck von etwa 55 bar des heißen Quellwassers entspricht, welcher auf eine entsprechende Querschnittnfläche der Wellen

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wirkt«.Somit verbleibt eine erhebliche resultierende, nach unten gerichtete Kraft, die beim Fehlen geeigneter Maßnahmen von einem großen Drucklager aufgenommen werden müßte. Die Druckausgleichseinrichtung nach Fig. 7 bewirkt jedoch eine Verkleinerung der unerwünschten, nach unten wirkenden resultierenden Axialkraft, so daß es möglich ist, mit kleineren Abmessungen von Drucklagern auszukommen und Lager zu verwenden, wie sie im folgenden anhand von Fig. 9» 12, 13 und 14 beschrieben werden.

Ein erster Faktor, der bei der Einrichtung zum Verkleinern der resultierenden, nach unten gerichteten Axialkraft, die auf die Welle 58 wirkt, eine Rolle spielt, besteht in der Gestaltung des konischen Läufers 77, der eine axiale Bohrung 78 von relativ großem Durchmesser hat und mit einer Labyrinthdichtung 79 versehen ist, welche allgemein in einer waagerechten Ebene liegt und mit ihr zusammenarbeitenden Labyrinthdichtungsteilen am waagerecht verlaufenden Ende des ortsfesten konischen gegossenen Klotzteils 75 benachbart ist₀ Die Teile der Labyrinthdichtung 79 sind konzentrisch mit dem Wellenendabschnitt 68 angeordnet und können in der Praxis aus zahlreichen konzentrisch angeordneten, ringförmigen Labyrinthelementen bestehen; im Gegensatz hierzu ist die Dichtung 79 der Einfachheit und Deutlichkeit halber in Fig. 7 nur als einstufige Labyrinthdichtung dargestellt. Somit kann heißes Wasser axial durch die Bohrung 78 des Pumpenläufers 77 und in radialer Richtung durch den engen Kanal strömen, der durch die Labyrinthdichtung 79 gebildet wird«,

Wären die Bohrung 78 und die damit zusammenarbeitende Labyrinthdichtung 79 nicht vorhanden, würde entsprechend dem vorstehend behandelten Beispiel am oberen Ende des konischen Pumpenläufers 77 ein Druck von etwa 72,5 bar herrschen, bzw. wenn man die verschieden großen Querschnittsflächen der Welle 68 und des Läufers 77 berücksichtigt, würde an dieser Stelle eine nach unten gerichtete Axialkraft von etwa 2725 kg auf-

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treten. Bei der Konstruktion nach Fig. 7 läßt jedoch die Labyrinthdichtung 79 nur eine kleine Heißwassermenge aus dem Bereich zwischen den Schaufeln 20 und 80, in dem ein Druck von etwa 72,5 bar herrscht, radial nach innen zum Mittelpunkt der Oberseite des Pumpenläufers 77 strömen«, Der hohe Strömungswiderstand der Labyrinthdichtung 79 wirkt mit dem niedrigen Strömungswiderstand der Bohrung 78 so zusammen, daß der Druck an der Oberseite des Pumpenläufers 77 etwa 55 bar beträgt und somit gegenüber dem vorher ermittelten Druck von etwa 72,5 bar so weit herabgesetzt ist, daß an dieser Stelle die resultierende, nach unten wirkende Axialkraft um etwa 420 kg verkleinert wird. Es sei bemerkt, daß an der Fläche der Labyrinthdichtung 79 z.Bo ein Druck zwischen etwa 55 und etwa 72,5 bar herrscht»

Eine zweite erfindungsgemäße Maßnahme zum Verkleinern der auf die Welle wirkenden, nach unten gerichteten Axialkraft besteht darin, daß die schon beschriebene Pumpenumschließung vorhanden ist, zu der das Einmündungsteil 85, das Bauteil und die Läuferumschließung 84 gehören, welch letztere mit den Pumpenläuferschaufein 20 drehfest verbunden ist, so daß sie sich zusammen mit dem Läufer dreht. Zwischen dem Läuferumschließungsteil 84 einerseits und dem Einmündungsteil 85 sowie dem Bauteil 93 andererseits sind zwei zusammenarbeitende ringförmige Labyrinthdichtungsteile 91 und 92 angeordnet, zwxschen denen sich Öffnungen befinden, die zu Kanälen 83 führen, welche Verbindungen zu dem Ringraum 81 innerhalb der Verrohrung 10 herstellen, in dem ein Druck von etwa 79 bar herrscht,, Das Labyrinthdi chtungs teil 91 hat einen erheblich größeren Durchmesser als das Labyrinthdichtungsteil 92. In der Praxis sind die Teile 91 und 92 der beiden voneinander getrennten Labyrinthdichtungen normalerweise jeweils durch mehrere zusammenarbeitende ringförmige Labyrinthteile ersetzt.

Wegen des Vorhandenseins der Kanäle 83 baut sich an dem Labyrinthdichtungsteil 91 ein Differenzdruck von z_oB_e etwa 7 bar

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auf, der nach oben auf eine Fläche wirkt, die der Differenz zwischen den Flächeninhalten der Dichtungsteile 91 und 92 entspricht, so daß z.B«, eine nach oben gerichtete Kraft von etwa 171 kg erzeugt wird, die dazu beiträgt, der durch die arbeitende Pumpe erzeugten, nach unten gerichteten Axialkraft entgegenzuwirken. Somit bewirken der erste und der zweite Teil der Axialkraft-Ausgleichseinrichtung eine erhebliche Verkleinerung der Kräfte, die auf die noch zu beschreibende Drucklageranordnung wirken, so daß man ein Drucklager von einem entsprechend kleineren Durchmesser verwenden kann· Die Anwendung der beiden beschriebenen Maßnahmen zum Ausgleichen der Axialkraft gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb bei minimalen Verlusten« Die Axialkraft und die ihr entgegenwirkenden Ausgleichskräfte sind beide zum Förderdruck der Pumpe proportional, so daß der Kräfteausgleich innerhalb eines größeren Bereichs von Drehzahlen und Strömungsbedingungen erhalten bleibte

Wie erwähnt, sind der Dampfturbinenteil und der Pumpenteil nach Fig. 3 und 7 auf einer Welle angeordnet, die mit weiteren Einzelheiten in Fig„ 9 bis 13 dargestellt ist„ Gemäß Fig« 9 ragt die Welle durch den Lagerteil 6 zwischen der Dampfturbine, deren Läufer drehfest mit dem Wellenabschnitt 50 verbunden ist, und der Wasserpumpe, deren Läufer auf dem Wellenabschnitt 58 sitzt. Es ist ersichtlich, daß zu der Lagertragkonstruktion in dem Lagerteil 6 vier primäre Elemente gehören, und zwar eine mit einem verdickten Wellenabschnitt 61 zusammenarbeitende erste Badiallageranordnung, eine mit einem einen größeren Durchmesser aufweisenden, konischen Wellenabschnitt 125 zusammenarbeitende Drucklageranordnung, ein nur intermittierend zur Wirkung kommendes Kugellager 154 sowie eine mit einem weiteren verdickten WeI-lenabs.chnitt 94 zusammenarbeitende zweite Radiallageranordnung. Es sei bemerkt, daß die Turbinen- und Pumpenwellen-Lager ständig mit reinem Wasser versorgt werden, das über einen auch in Fig. 7 erkennbaren Kanal 73a zugeführt wird₉ der in Verbin-

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dung mit dem ringförmigen Verteilerkanal 73 steht. Das Eindringen von korrodierend wirkendem, verunreinigtem heißem Quellwasser wird zum Schutz sämtlicher Lagerflächen durch die Zufuhr von unter hohem Druck stehendem reinen Wasser verhindert. Die durch die Welle aufgebrachten radialen Kräfte sind im allgemeinen relativ klein, so daß sie von den Wellenabschnitten 61 und 94 zugeordneten hydrodynamischen Lagern mit schwenkbaren Druckstücken aufgenommen werden können. Die große nach unten gerichtete Axialkraft, die z.B. während des Betriebs der Pumpe auftritt, wird auf eine noch anhand von Fig. 12 zu erläuternde Weise von einem dem konischen Wellenabschnitt 125 zugeordneten hydrodynamischen Drucklager mit schwenkbaren Drucket.ür.k<=n aufgenommen«, Dieses hydrostatische Drucklager könnte auch durch das in Fig. 14 dargestellte hydrostatische Drucklager ersetzt werden.

Weiterhin ist zu bemerken, daß das Kugellager 154 nach Fig«, 9 nur dann zur Wirkung kommt, wenn auf die Welle eine nach oben gerichtete Axialkraft wirkt, was jedoch nur beim Stillstand oder niedrigen Drehzahlen der löJLe in Frage kommt, d.h. nur vor und während der Inbetriebsetzung bzw. bei der Außerbetriebsetzung und danach«, Wenn anstelle des Kugellagers 154 ein hydrostatisches Lager ähnlich dem dem konischen Wellenabschnitt 125 zugeordneten vorhanden wäre, um diese nach oben gerichtete Axialkraft aufzunehmen, wurden die bei den soeben genannten Betriebsbedingungen auftretenden Drehzahlen nicht ausreichen, um einen trennenden Schmierfilm zwischen den zusammenarbeitenden Lagerflächen zu erzeugen, so daß die Lagerflächen beschädigt oder zerstört werden könnten. Unter extremen Bedingungen könnte die Dampfturbine nicht in der Lage sein, das Drehmoment zu liefern, das benötigt wird, um das Turbinen- und Pumpenaggregat entgegen den Reibungskräften in Gang zu setzen, die zwischen den Stützflächen der Drucklager mit Druckstücken auftreten. Somit erfüllt das Kugellager 154 seine Hauptaufgabe bei der Inbetriebsetzung des Aggregats sowie bei den unmittelbar vor dem Stillsetzen auftretenden niedrigen Drehzahlen.

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Von dem Kanal 73a nach Fig. 7 aus strömt reines Wasser zu sämtlichen innerhalb der verschiedenen Lager und in ihrer Umgebung vorhandenen Kanälen, so daß die Lagerflächen ständig mit reinem kalten Wasser versorgt werden. Beispielsweise kann das dem Drucklager zugeführt Wasser zwischen den beiden schwenkbaren Lagerplatten 132 und 133 um dann nach oben durch die Kanäle 123 und 122 zu dem Querlager für den Wellenabschnitt 61 zu strömen«, Das Wasser schmiert die verschiedenen Lagerteile und strömt dann an einer einen hohen Durchflußwiderstand bietenden Dichtung 106 vorbei nach oben, um schließlich in dem Ringraum 56 mit dem Abdampf der Turbine gemischt zu werden· Die ringförmige Dichtung 106 wird durch ein Halteteil 105 in ihrer Lage gehalten, und sie ist vorzugsweise so ausgebildet, daß zwischen ihr und der zylindrischen Umfangsfläche des Wellenabschnitts 50 nur ein sehr kleines Lagerspiel vorhanden ist_e Solche Dichtungen zum Einhalten eines engen Lagerspiels sind bekannt und im Handel erhältlich; sie sind z.B. aus. Wolframkarbid oder Aluminiumoxid hergestellt.

Das dem Drucklager über den Kanal 73a zugeführte Wasser strömt außerdem nach unten zu einem den Wellenabschnitt 128 umgebenden Ringkanal 144, um dann zwischen den Laufringen 146 und 147 des Kugellagers 154 hindurchzuströmen, so daß die Lagerflächen der Lagerkugeln 149 sowie die beiden Laufringe ständig mit reinem Wasser geschmiert werden, das von dort aus weiter nach unten zu dem dem Wellenabschnitt 94 zugeordneten Radiallager strömt. Somit werden auch die Lagerflächen dieses Radiallagers ständig mit reinem Wasser geschmiert, das dann an dem einen hohen Strömungswiderstand darbietenden Dichtungsring vorbeiströmen und sich mit dem heißen Quellwasser vermischen kann, das in der anhand von Fig_e 7 beschriebenen Weise von unten nach oben gepumpt wird„

Im folgenden wird anhand von Fig. 9 und 10 der Aufbau der beiden den Wellenabschnitten 61 und 94 zugeordneten Radiallager erläutert. Gemäß Fig. 10 ist das dargestellte Radiallager auf

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im wesentlichen bekannte Weise als Lager mit schwenkbaren Druckstücken ausgebildet, und der Wellenabschnitt 61 ist von einer daran befestigten Buchse 95 aus Aluminiumoxid umschlossen. Gewöhnlich arbeiten mit der Buchse 95 aus Aluminiumoxid drei Flächen von schwenkbaren Druckstücken zusammen; bei einer typischen Konstruktion sind drei einander ähnelnde Halteeinrichtungen 72 vorhanden, von denen jede eine in einer zugehörigen Bohrung des klotzförmigen Bauteils 74 gleitend geführte Druckstange 101 zum Bestimmen der Lage des betreffenden Druckstücks aufweist. Die Lage jeder Druckstange 101 richtet sich nach der jeweiligen Stellung eines mit Außengewinde versehenen äußeren Abschnitts 102 der Druckstange, der gegenüber dem klotzförmigen Bauteil 74 in radialer Richtung verstellbar ist. Jede Druckstange arbeitet an ihrem inneren Ende mit einer zugehörigen gehärteten Stahlkugel 99 zusammen, die teilweise von einer Bohrungserweiterung 100 aufgenommen ist, und zum anderen Teil in den mit Wasser gefüllten Innenraum innerhalb der zylindrischen Wand 97 des Bauteils 74 hineinragt, wo sie eine Druckkraft auf eine dazu passende Vertiefung eines zugehörigen Lagertragstücks 96 ausübt, an dessen kreisbogenförmig gekrümmter Innenfläche mittels Hartlöten oder eines anderen Verfahrens ein kreisbogenförmig gekrümmtes Bauteil 98 aus Aluminiumoxid befestigt ist. Insgesamt sind drei solche Bauteile 98 vorhanden, die mit der Buchse 95 an ihren Innenflächen zusammenarbeiten, wobei an diesen Innenflächen ein sehr dünner Schmierfilm aus reinem Wasser vorhanden ist«, Die Buchse 95 aus Aluminiumoxid kann ebenfalls durch Hartlöten oder gemäß dem oberen Teil von Fig_o 9 mittels einer mechanischen Einrichtung, z.B. eines ringförmigen Flansches 104, verbunden sein. In der Praxis benutzt man drei oder mehr einander ähnelnde Radiallager mit schwenkbaren Druckstücken, um die Lage des Wellenabschnitts 61 in der aus Fig. 10 ersichtlichen Weise genau festzulegen. Es sei bemerkt, daß das Radiallager für den Wellenabschnitt 94 nach Fig. 9 ähnlich ausgebildet ist wie das soeben beschriebene Radiallager für den Wellenabschnitt 61; daher sind bei beiden Lagern einander entsprechende Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszahlen versehen,,

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Gemäß Fig. 9 ist die beschriebene Drucklageranordnung zwischen den beiden den Wellenabschnitten 61 und 94 zugeordneten Radiallagern untergebracht; weitere Einzelheiten des Drucklagers sind aus Fig. 9, 12 und 13 ersichtlich. Gemäß Fig. 9 gehört zu dem Drucklager mit schwenkbaren Druckstücken der einen größeren Durchmesser aufweisende, sich nach oben verjüngende Abschnitt 125 der Welle 50 bzw. 58, der mit einer waagerechten Anlagefläche 126 versehen ist. Mit der Anlagefläche 126 ist mit Hilfe des unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Viton" erhältlichen Fluorkohlenstoff-Bindemittels, durch Hartlöten oder auf andere Weise ein allgemein konzentrisch mit dem Wellenabschnitt 128 angeordneter niedriger Ring 129 aus keramischem Material verbunden. Eine ebene Ringfläche 127 des Rings 129, der aus Aluminiumoxid bestehen kann, bildet eine Drucklagerfläche. Ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Radiallagern kann es sich bei dem Aluminiumoxid um die Sorte COORS 995 handeln, die zu 99,5% aus Aluminiumoxid besteht.

Gemäß Fig. 12 und 13 arbeitet die ebene Lagerfläche 127 mit mehreren Lagerflächen zusammen, z.B. der Oberseite mehrerer Tragstücke 130, von denen jedes einem* schwenkbar gelagerten Druckstück zugeordnet ist, bei dem es sich um eine Grundplatte 131 aus Metall in Form eines Ringsegments handelt, mit dem das zugehörige, ähnlich geformte Tragstück 130 aus keramischem Material durch Hartlöten oder auf andere Weise an der Anlagefläche 135 dauerhaft verbunden sein kann. Die Oberseite jedes Tragstücks 130 aus keramischem Material kann sich der Anlagefläche 127 des Rings 129 aus keramischem MaterJäLgenau anpassen, da eine noch zu beschreibende mechanische Einrichtung vorhanden ist, die mit einer durch einen Teil einer Kugelfläche begrenzten Aussparung 170 zusammenarbeitet, welche in der.Mitte der Unterseite der Grundplatte 131 aus Metall ausgebildet ist„

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Damit die Tragstücke 130 aus keramischem Material leichter Kippbewegungen gegenüber einer ringförmigen Tragplatte 134 ausführen können, während sich die Anlagefläche 127 dreht, sind zwei schwenkbar gelagerte Lagerplatten 132 und 133 vorhanden. Die schwenkbare Lagerplatte 132 weist einen kreisrunden Kranz von gehärteten Kugeln 171 auf, die jeweils eine halbkugelförmige Lagerfläche für die Aussparungen 170 der zugehörigen Tragstücke 130 bilden. Zwar wird jedes Tragstück 130 aus keramischem Material daran gehindert, sich um die zugehörige Kugel 171 zu drehen, da der innere Rand jedes Tragstücks 130 dem Wellenabschnitt 128 benachbart ist, doch hat hierbei die Oberseite jedes Tragstücks 130 eine solche Bewegungsfreiheit, daß sie sich der Anlagefläche 127 genau anpassen kann.

Weitere unerwünschte Beschränkungen der Bewegungsfreiheit der Tragstücke 130 werden durch die schwenkbar gelagerten Lagerplatten 132 und 133 beseitigt. Zu diesem Zweck ist die schwenkbar gelagerte obere Lagerplatte 132 auf ihrer Unterseite mit zwei einander diametral gegenüberliegenden halbkugelförmigen Aussparungen 172 versehen, deren Anordnung der Anordnung von zwei gehärteten Kugeln 173 entspricht, die in die Oberseite der schwenkbar gelagerten unteren Lagerplatte

133 eingebaut sind, so daß die obere Lagerplatte 132 kleine Schwenkbewegungen um eine die Kugeln 173 verbindende Linie ausführen kann. Auf ähnliche Weise ist die schwenkbar gelagerte untere Lagerplatte 133 an ihrer Unterseite mit zwei halbkugelförmigen Aussparungen 174 versehen, die auf einem Durchmesser dieser Lagerplatte liegen, welcher im rechten Winkel zu der die Aussparungen 172 der Lagerplatte 132 verbindenden Linie verläuft. Die Aussparungen 174 arbeiten mit zwei gehärteten Kugeln 175 zusammen, von denen in Fig_o 12 nur eine zu erkennen ist, welche in die Oberseite der Tragplatte

134 eingebaut sind. Gemäß Fig. 9 ist die Tragplatte 134 zwischen dem Gehäuseteil 74 und dem konischen Gußteil 75 fest eingespannt«, Ferner ist ersichtlich, daß die Lagerplatten 132,

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133 und die Tragplatte 134 jeweils eine zentrale Öffnung haben, durch die die Welle hindurchragt, und die von als Schmierstoff dienendem reinem Wasser durchströmt werden können. Bei der beschriebenen Anordnung kommen die Lagerplatten 132 und 133 innerhalb gewisser Grenzen als Elemente einer kardanischen Aufhängungseinrichtung zur Wirkung, die es den oberen Flächen der Tragstücke 130 aus keramischem Material (Fig. 13) ermöglicht, sich der ebenen Ringfläche des Ringteils 129 aus keramischem Material mit einer so hohen Genauigkeit anzupassen, daß durch den die Lagerkräfte aufnehmenden Schmierfilm aus reinem Wasser die Lagerflächen genau in den gewünschten Abständen voneinander gehalten werden.

Fig. 9 und 11 zeigen eine Anordnung, deren Verwendung sich wegen des Vorhandenseins des konischen Wellenabschnitts 125 als erforderlich erweist, damit sich die Teile der Vorrichtung leicht zusammenbauen lassen. Gemäß Fig. 11 ist ein ringförmiges Element vorhanden, das sich aus zwei Hälften 121 und 121a zusammensetzt und in seiner Lage durch Bolzen 120 oder dgl. festgehalten wird, die am äußeren Ende mit einem Außengewinde 150 versehen und in dazu passende Gewindebohrungen 161 des gegossenen Gehäuseteils 74 eingeschraubt sind; die beiden Ringhälften 121 und 121a dienen dazu, auf einfache Weise im wesentlichen vollständig einen in dem Gehäuseteil 74 vorhandenen Hohlraum auszufüllen, in dem sich in dem als Schmiermittel verwendeten reinen Wasser eine unerwünschte Turbulenz ausbilden könnte„ Außerdem grenzen die betreffenden Flächen des Ringelements die Kanäle 122 und 123 so ab, daß sie einen relativ kleinen Querschnitt haben.

Während die Pumpe in Betrieb gesetzt wird, wirkt infolge des hohen Drucks des heißen Quellwassers auf die Hauptwelle der Vorrichtung eine nach oben gerichtete Kraft von mehreren hundert Kilogramm. Die Wirkung dieser in der entgegengesetzten Richtung aufgebrachten Axialkraft, die bei der In- bzw. Außerbetriebsetzung der Vorrichtung auftritt, muß verringert oder vollständig aufgehoben werden, obwohl z.B„ der Vorgang

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der Inbetriebsetzung nur etwa eine Minute in Anspruch nimmt. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 9 das Kugellager 154 z.B. zwischen dem Drucklager im Bereich des konischen Wellenabschnitts 125 und dem Radiallager im Bereich des Wellenabschnitts 94 angeordnet. Fig. 9 zeigt das Kugellager 154 in seinem tatsächlichen Betriebszustand, wie er z.B_o bei der In- bzw„ Außerbetriebsetzung der gesamten Vorrichtung besteht₀ Unter diesen Umständen bewirkt das heiße Quellwasser, daß auf die Welle nach oben gerichtete Druckkräfte ausgeübt werden, so daß die obere Schulter 148 des verdickten Wellenabschnitts 94 gegen die benachbarte Stirnfläche eines Stützteils 150 gedrückt wird_e Der äußere Laufring 146 des Kugellagers 154 ist fest in ein ringförmiges äußeres Tragstück 145 eingebaut, während der innere Laufring 147 fest mit dem ringförmigen Stützteil 150 verbunden ist, so daß die Lagerkugeln 49 des Kugellagers mit den Laufringen 146 und 147 zusammenarbeiten, um die zeitweilig auftretende, nach oben gerichtete Axialkraft aufzunehmen und die Welle allgemein in ihrer Lage zu halten. Befindet sich die gesamte Vorrichtung in Betrieb, nimmt die Welle eine untere Lage ein, so daß sich das Stützteil 150 nicht dreht, da zwischen ihm und der Ringschulter 148 ein Spalt vorhanden ist.

Normalerweise nimmt der Vorgang der Inbetriebsetzung nur einen kleinen Bruchteil der zu erwartenden Lebensdauer des Kugellagers 154 in Anspruch. Sobald die Drehzahl der Vorrichtung zunimmt, wird die durch die Pumpe ausgeübte, nach unten gerichtete Axialkraft größer als die durch das heiße Wasser erzeugte, nach oben gerichtete Axialkraft, so daß sich die auf die Welle wirkende Axialkraft umkehrt. Es sei bemerkt, daß bei der Vorrichtung an allen erforderlichen Punkten ausreichende Axialspiele vorhanden sind, damit sich die Welle zusammen mit den an ihr befestigten Turbinen- und Pumpenläufern so weit nach unten bewegen kann, daß die Berührung zwischen der Ringschulter 158 des Wellenabschnitts 94 und dem Stützteil 150 aufgehoben wird, um das Kugellager 154 zu ent-

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lasten«, Somit bleibt das Kugellager 154 unter normalen Betriebsbedingungen unbelastet, und gemäß Fig. 9 ist ein Bremsring 153 vorhanden, der mit dem inneren Laufring 147 zusammenarbeitet, um unerwünschte Drehbewegungen des inneren Lauf rings und des zugehörigen Stützteils 150 zu verhindern,,

Wie erwähnt und in Fig. 14 dargestellt, kann man das hydrostatische Drucklager nach Fig. 9 durch ein anders ausgebildetes hydrodynamisches Drucklager ersetzen, das mit zwei schwenkbare Druckstücke aufweisenden Radiallagern der in Fig. 9 gezeigten Art zusammenarbeitet, von denen in Fig. 14 nur das dem Wellenabschnitt 58 zugeordnete dargestellt ist«.

Das hydrostatische Drucklager nach Figo 14 wird ebenfalls mit reinem Wasser geschmiert, das über den Kanal 73a zugeführt wird; zu diesem Lager gehören umlaufende und ortsfeste Teile, die in einem allgemein zylindrischen Hohlraum 152 untergebracht sind» Gemäß Fig. 14 ist ein ortsfestes Bauteil 158 vorhanden, das den Wellenabschnitt 142 so umschließt, daß zwischen den beiden Teilen ein enger Spalt 160 vorhanden ist, dessen radiale Breite z.B. etwa 0,05 mm beträgt, und dieses ortsfeste Bauteil wird an das ortsfeste gegossene Gehäuseteil 74 angedrückt. Zwar werden Drehbewegungen des ortsfesten Bauteils 158 nicht durch besondere Maßnahmen verhindert, doch genügt die zwischen dem ortsfesten Bauteil und dem Gehäuseteil auftretende Reibung, um zu verhindern, daß sich das ortsfeste Bauteil zusammen mit dem Wellenabschnitt 142 dreht. Das Läuferteil 159, das an die Nabe 49 des Läufers der Dampfturbine angedrückt wird, dreht sich gewöhnlich zusammen mit der Nabe,, Das ortsfeste Bauteil 158 und der Läufer 159 können sich gegenüber dem Wellenabschnitt 142 in axialer Richtung innerhalb enger Grenzen bewegen, so daß das ortsfeste Bauteil 158 und der Läufer 159 axiale Relativbewegungen in einem solchen Ausmaß ausführen können, daß ihre Teile von Kugelflächen bildenden Lagerflächen zwanglos zur Anlage aneinander kommen können, um gemäß Fig. 14 bei 141

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einen Schmierfilm aus Wasser entstehen zu lassen, das von dem Kanal 73a aus über weitere Ringkanäle 162, 163, 157, 160 und 161 zugeführt wird. Jedes hydrostatische Druckungleichgewicht, das bei einem Fluchtungsfehler zwischen dem ortsfesten Bauteil 158 und dem Läufer 159 auftritt, bewirkt, daß die Teile des Drucklagers wieder in ihre richtige Lage gebracht werden. In dem Ringkanal 157 ist eine zum Herabsetzen des Drucks dienende ringförmige Dichtung 156 angeordnet, die durch ein Ringteil 155 in ihrer Lage gehalten wird.

Während des Betriebs der Vorrichtung strömt das unter hohem Druck stehende, als Schmierstoff verwendete Wasser an der zur Druckminderung dienenden Dichtung 156 vorbei zu der einen Teil einer Kugelfläche bildenden Lagerfläche, wo es den Schmierfilm 141 bildet, um dann zu dem Abdampfkanal 56 der Turbine abgeführt zu werden. Beträgt der Druck des sich der Dichtung 156 nähernden Schmierwassers z.B_o etwa 96,5 bar, wird ein Teil dieses Drucks durch den Druckabfall längs der Dichtung 156 beseitigt, doch tritt der größte Teil des Druckabfalls an der Lagerfläche in dem Schmierfilm 141 auf. Das Lager mit dem ortsfesten Bauteil 158 und dem Läufer 159 ist so ausgebildet, daß der mittlere wirksame Druck in dem einen Teil einer Kugelfläche bildenden Schmierfilm 141, der bestrebt ist, die beiden Bauteile 158 und 159 voneinander abzuheben, eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt, die im wesentlichen der nach unten gerichteten Axialkraft entspricht, welche durch die Pumpe aufgebracht wird, wenn die gewählte Stärke des Schmierfilms 141 z.B. etwa 0,0127 mm beträgt. Der Schmierfilm 141 ändert seine Stärke, wenn er sich unterschiedlichen Belastungsbedingungen anpaßt, d.h_o er wird bei einer Verringerung der Last etwas dicker,, während er bei einer Vergrößerung der Last etwas dünner wird.

Diese Wirkungsweise wird bei dem soeben beschriebenen Drucklager dadurch erreicht, daß die Dichtung 156 dem als Schmier-

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stoff zugeführten Wasser einen im wesentlichen konstanten Widerstand entgegensetzt, daß der Druckabfall längs dieser Dichtung zur Strömungsgeschwindigkeit proportional ist, daß sich der Strömungswiderstand des Drucklagers ändert, sobald sich die Stärke des Schmierfilms 141 ändert, und daß der Druckabfall an der einen Teil einer Kugelfläche bildenden Lagerfläche bei konstanter Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Stärke des Schmierfilms ist. Arbeitet das Drucklager mit dem ortsfesten Bauteil 158 und dem Läufer 159 nach dem Erreichen des Beharrungszustandes unter stabilen Bedingungen, und wird dann die Last vergrößert, überschreitet die vergrößerte Last die durch das Drucklager erzeugte hydrostatische Kraft, so daß die Stärke des Schmierfilms 141 abzunehmen beginnt, bei dieser Verringerung der Schmierfilmstärke nimmt der Strömungswiderstand des Drucklagers zu, so daß der Wasserdurchsatz an der Dichtung 156 entsprechend zurückgeht, bei diesem verringerten Wasserdurchsatz geht der Druckabfall längs der Dichtung 156 zurück, und der Druckabfall an dem Lager nimmt zu, und die beiden Teile des Drucklagers nähern sich weiter einander an, bis der Druck an der Lagerfläche einen solchen Wert erreicht hat, daß die vergrößerte Last aufgenommen werden kann. Verringert sich die Last, spielen sich die vorstehend beschriebenen Vorgänge im entgegengesetzten Sinne ab, bis das Lager bei einem vergrößerten Lagerspiel und einem erhöhten Schmierwasserdurchsatz wieder einen ßleichgewichtszustand erreicht hat.

Bezüglich der im folgenden anhand von Fig. 15 gegebenen Beschreibung sei bemerkt, daß die Aufgabe der erfindungsgemässen Vorrichtung nach Fig_o 1 bis 14 darin besteht, in Verbindung mit einer an sie angeschlossenen Anlage benutzt zu werden, um große Mengen elektrischer Energie an der Erdoberfläche zu erzeugen, und zwar unter Benutzung von Dampfturbinen und Stromerzeugern im wesentlicher bekannter Art, die vorzugsweise in Höhe des Erdbodens angeordnet sind, und wobei es sich z.B. gemäß Fig. 15 um eine Dampfturbine 260 und einen Wechsel-

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stromgenerator 261 handelt. Die durch den Generator 261 erzeugte elektrische Energie steht an Klemmen 262 zur Verfügung. Um die Anlage nach Fig. 15 zu betreiben, wird das zur Erdoberfläche gepumpte heiße Wasser mit Hilfe der Verrohrung 10 und einer an sie angeschlossenen Verlängerungsrohrleitung 10a über ein normalerweise offenes Ventil 264 zu einem Element 266 eines Wärmetauschers 265 bekannter Art geleitet, der als Dampfkessel betrieben wird_o Bei dem Wärmetauscher 265 handelt es sich um eine auf bekannte Weise ausgebildete, allseitig geschlossene, einem Behälter ähnelnde Konstruktion, die es ermöglicht, einen Wärmeaustausch zwischen zwei darin angeordneten Wärmetauscherelementen 266 und 271 herbeizuführen, bei denen es sich um gerade oder schlangenförmige Rohre handeln kann, bei denen der Wärmeaustausch auf direktem Wege durch Wärmeleitung durch die Metallwände der Rohre hindurch oder auf bekannte Weise mit Hilfe eines den Wärmetransport bewirkenden Fludes erfolgt. Die Wärme, die in dem durch die Rohrleitung 10a strömenden heißen Wasser enthalten ist, bildet die Hauptwärmequelle zum Speisen des Wärmetauschers 265. Ein kleiner Teil des heißen Wassers, dessen Temperatur in dem Wärmetauscher 265 in einem gewissen Ausmaß herabgesetzt worden ist, wird dann über eine Rohrleitung 267 und ein normalerweise offenes Ventil 268 einem Verdampfer 269 bekannter Art zugeführt. Bei dem Ventil 268 kann es sich um ein Drosselventil handeln, das sich so einstellen läßt, daß es den Druck des hindurchströmenden Fludes derart herabsetzt, daß das Flud auch bei nied-rigen Temperaturen leicht verdampft, wenn es dem Verdampfer 269 zugeführt wird, an den in der üblichen Weise eine Absaugpumpe 270 zum Abziehen der nicht kondensierbaren Gase angeschlossen ist.

Der Verdampfer 269 erzeugt reinen Dampf, der mit Hilfe eines Kondensators 273 bekannter Art kondensiert wird, um/dann durch eine Wasserpumpe 272 einer Anschlußstelle 274 zugeführt zu werden, damit der Vorrat an reinem Wasser entsprechend vergrößert wird«, Der Hauptteil des in der Verrohrung 10 des Bohr-

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lochs nach oben strömenden heißen Wassers wird mittels einer Rohrleitung 275 von dem Verdampfer 269 aus der Erde über ein Bohrloch wieder zugeführt, das mit einem Rohr 277 ausgekleidet ist, so daß der größte Teil der gelösten Mineralsalze, die zusammen mit dem heißen Wasser längs der Verrohrung 10 nach oben gefördert wurde, wieder in das Erdreich abgeleitet wird. Das Bohrloch mit der Verrohrung 277 kann in einer ausreichenden Entfernung von dem Bohrloch mit der Verrohrung 10 angeordnet und gleichzeitig mehreren Vorrichtungen zum Erschließen geothermischer Energie zugeordnet sein· Mit Hilfe des Rohrs 277 kann die Flüssigkeit einer Erdschicht zugeführt werden, bei der es sich nicht um die gleiche Schicht handelt, der das heiße Wasser entnommen wird, doch ist es auch möglich, zum Zurückleiten des Wassers die gleiche Erdschicht zu benutzen.

Zu einem noch zu erläuternden Zweck ist in eine an die Reinwasserrückleitung 8 angeschlossene Abzweigleitung 8a ein Akkumulator oder ein Speicherbehälter 185 von variablem Fassungsvermögen eingeschaltet.

Ferner ist ein als Dampfkessel betreibbarer Wärmetauscher 186 vorhanden, dem als Energieträger der Abdampf des in dem Bohrloch angeordneten Turbinenteils 5 über die Rohrleitung 9 zugeführt wird· Dieser Abdampf kann durch die Rohrleitung 9a und ein normalerweise offenes Ventil 278 zu einem Wärmeaustauschelement 187 des zweiten Wärmetauschers 186 strömen» Das Element 187 ist so angeschlossen, daß der hindurchströmende Dampf in einen Wärmeaustausch mit dem kühlsten Ende des Wärmetauschers 186 nahe dem Kaltwassereinlaß des Wärmetauscher·»· elements 188 tritt« Daher wird der über die Rohrleitungen 9 und 9a zugeführte Abdampf des Turbinenteils 5 in dem Wärmetauscher 186 kondensiert, und das so gewonnene Kondensat wird über eine Rohrleitung 279 und ein normalerweise offenes Ventil 280 der schon genannten Anschlußstelle 274 zugeführt« Das durch die Rohrleitung 279 strömende Wasser und das von dem Konden-

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sator 273 kommende Wasser treffen an der Anschlußstelle 274 in einem relativ reinen Zustand ein, so daß diese Wassermengen unmittelbar der Kaltwasserspeiseleitung 8 der in dem Bohrloch angeordneten Vorrichtung zugeführt werden können. Ist das Ventil 281 in der Abzweigleitung 282 geschlossen, wird das der Anschlußstelle 274 zugeführte Wasser mittels einer Speisepumpe 283 bekannter Art über das normalerweise offene Ventil 284 und die Rohrleitung 8a der Rohrleitung 8 der Vorrichtung zugeführt. Das benötigte Zusatzwasser kann dadurch zugeführt werden, daß man das Ventil 281 öffnet, um über einen Anschluß 297 Wasser zuzuführen, das einer beliebigen verfügbaren Quelle entnommen wird. Ferner ist zu bemerken, daß der Kondensator 273 dadurch mit Wasser gekühlt werden kann, daß seinem Wärmeaustauschelement 286 kaltes Wasser von einem nicht dargestellten Kühlturm aus zugeführt wird_o An bestimmten Standorten ist es alternativ möglich, das Wärmetauscherelement 286 mit zwangsläufig umgewälzter Luft zu kühlen.

Die Speisepumpe 283 läßt sich praktisch dadurch in eine mit variablem Durchsatz arbeitende Pumpe verwandeln, daß man ein verstellbares Ventil 305 oder eine andere bekannte Einrichtung vorsieht, die es ermöglicht, die Speisepumpe zu überbrücken. Somit ist es möglich, die Menge des durch die Reinwasserrückleitung 8a strömenden reinen Wassers auf einen optimalen Wert einzustellen, indem man die Ventile 284 und 305 nach einer vorher aufgestellten Tabelle manuell betätigt, nachdem man die Instrumente 180 und 181 abgelesen hat, die den Druck und die Temperatur des durch die Verrohrung 10 nach oben geförderten heißen Wassers anzeigen. Gegebenenfalls kann man zum Steuern der Ventile 284 und 305 eine Servoeinrichtung vorsehen«,

Während des normalen Betriebs des Turbinenteils 5 und des Pumpenteils 7 fördert die Speisepumpe 283 zu der nach unten führenden Speiseleitung 8 reines Wasser unter einem Druck, der unter Berücksichtigung der Gefällehöhe ausreicht, um zu

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bewirken, daß das reine Schmierwasser am Einlaß des unterirdischen Dampferzeugers 18 unter einem Druck eintrifft, der um einige hundert englische Pfund je Quadratzoll (ein entsprechendes Vielfaches von rund 7 bar) über dem Druck des heißen Wassers in der entsprechenden Höhe in dem Bohrloch liegt. Der Akkumulator 185 gleicht dann alle Druckschwankungen aus, die anderenfalls durch die Pumpe 283 am Einlaß des Dampferzeugers 18 hervorgerufen werden könnten,,

Das Schwellenventil 15a nach Fig« 2, das mit weiteren Einzelheiten in Fig. 16 dargestellt ist, ist so eingestellt, daß es sich bei einer festen Druckdifferenz von z.B. etwa 7 bar öffnet, d.h. bei einem Druck, der um diesen Betrag höher ist als der Druck des heißen Wassers in dem Bohrloch, so daß es normalerweise weit geöffnet ist. Das in Fig_o 2 und 16 dargestellte Differenzdruckventil 15b wird so eingestellt, daß es automatisch einen konstanten Unterschied zwischen dem Druck des Speisewassers und dem Druck des dem Dampferzeuger 18 zugeführten Wassers aufrechterhält. Das dem Eingang des Dampfgenerators zugeführt Speisewasser muß unter einem Druck stehen, der niedriger 1st als der Sättigungsdruck dieses Wassers bei der im Bohrloch herrschenden Temperatur, damit es in dem Dampferzeuger 18 verdampfen kann. Werden die richtigen Betriebsbedingungen aufrechterhalten, bestimmt der Druck des Wassers am Eingang des Dampferzeugers den in dem Dampferzeuger 18 herrschenden Druck. Ferner bestimmt der Dampfdruck den Dampfdurchsatz der Turbinendüsen 59.

Gemäß der Erfindung wird somit der Druck des Speisewassers an der Erdoberfläche dadurch geregelt, daß der Förderdruck der die Rohrleitungen 8a und 8 speisenden Pumpe 283 variiert wird. Daher benötigt man für diese Regelung nur ein einziges einfaches Element, das in der Nähe der Vorrichtung in dem Bohrloch angeordnet sein muß. Der Druck des Abdampfes des Turbinenteils 5 wird von der Erdoberfläche aus dadurch geregelt, daß die Kondensationstemperatur dieses Dampfes einge-

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stellt wird. Ein solcher Regeleingriff ermöglicht es, den Trockenheitsgrad des Dampfes in dem Turbinenteil 5 zu regeln«,

Um die Turbinen- und Pumpenanlage außer Betrieb zu setzen, kann man den Förderdruck der Reinwasserspeisepumpe 283 so weit senken, daß sich das Schwellenventil 15a schließt, was jedoch bei einem Druck geschieht, der noch ausreicht, um die Turbinenlager mit Druckwasser zu schmieren, während die in dem Dampferzeuger 18 gespeicherte Energie beseitigt wird und die Turbine zum Stillstand kommt. Dieser mittlere Druck liegt immer noch über dem Druck des heißen Wassers in dem Bohrloch, und er kann stäniig aufrechterhalten werden, während sich die drehbaren Teile der Anlage im Stillstand befinden, um das heiße verunreinigte Wasser aus dem Bohrloch vollständig vom Inneren des Turbinen- und Pumpenteils und insbesondere vom Inneren sämtlicher Lager fernzuhalten.

Zu dem Ventil 284 nach Fig. 15 können eine Rückschlagventileinrichtung sowie eine Einrichtung bekannter Art zum Regeln des Durchsatzes gehören. Für den Fall, daß die Speisepumpe 283 versagen sollte, ist daher dafür gesorgt, daß sich der Rückschlagventilteil schließt, um einen Strömungsverlust über die Speisepumpe 283 hindurch zu verhindern, und hierbei geht der Druck in dem Akkumulator 185 schnell bis auf den Wert zurück, bei dem sich das Schwellenventil 15a schließt. Auf diese Weise kann sich die Drehzahl der Turbine des Turbinenteils 5 gefahrlos bis zum Stillstand verringern. Hierbei führt jedoch der Akkumulator 185 weiterhin die kleine Menge reinen Wassers zu, die während der Außerbetriebsetzung benötigt wird, um die Lager des Pumpen- und Turbinenteils zu schmieren.

Wie erwähnt, zeigt Fig. 16 weitere Einzelheiten des Schwellenventils 15a und des Differenzdruckventils 15b des Reglers 15. Wie schon bemerkt, kann die Druckregeleinrichtung Elemente bekannter Art aufweisen, die in einem einstückigen Verlänge-

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rungsteil der Reinwasserzuführungsleitung 14 untergebracht sein können, das an seinem unteren Austrittsende mit den schon anhand von Fig. 2 beschriebenen Verteilerrohren 16 verbunden ist. Außerdem ist eine Rohrleitung 21 vorhanden, mittels welcher der Druck des in dem Bohrloch nach oben geförderten heißen Wassers zur Wirkung auf das Schwellenventil 15a gebracht wird.

Das Schwellenventil 15a weist gemäß Fig. 16 einen Ventilkegel 202 auf, der mit einem konischen Sitz in einer Trennwand 201 zusammenarbeitet, durch eine Führungseinrichtung 200 geführt wird und einen Schaft 205 besitzt, der in senkrechter Richtung in einem gegebenenfalls zu Dämpfungszwecken vorhandenen Hohlraum 206 bewegbar ist«, Der Ventilkegel 202 des Ventils 15a wird auf ihm durch eine federnde Rohrmembran 203 abgestützt, die mit der Basis des Ventilkegels und dem oberen Ende eines den Dämpfungshohlraum 206 umschließenden Becherteils 204 mit abdichtender Wirkung verbunden ist. Die Rohrleitung 21 unterstützt das Becherteil 204 und führt zu dem durch die Rohrmembran 203, das Becherteil 204 und den Dämpfungshohlraum 206 abgegrenzten Raum, so daß in diesem Raum ein Druck aufrechterhalten wird, der dem Druck des in dem Bohrloch nach oben geförderten heißen Wassers entspricht.

Wird das Schwellenventil 15a geöffnet, wirkt der über dem Ventilkegel 202 herrschende Druck über den Hohlraum 207 auf die obere Stirnfläche eines zweiten Ventilkegels 210, der zu dem Differenzdruckventil 15b gehört, so angeordnet ist, dai3 er mit einem konischen Sitz in einer weiteren Trennwand 209 zusammenarbeitet, gegenüber der Öffnung der Trennwand 209 durch eine Führungseinrichtung 208 geführt wird und einen Schaft 212 aufweist, mit dessen unterem Ende ein Kolben 213 wrbunden ist. Der Kolben 213 kann als Dämpfungseinrichtung zur Wirkung kommen, wenn ein Dämpfungsmittel in einem weiteren Hohlraum 214 vorhanden ist, wobei der Kolben 213 eine enge Bohrung 213a aufweist, die sich zwischen beiden Stirnflächen des Kolbens erstreckt. Die Wirkungsweise des Diffe-

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renzdruckventils 15b hängt ähnlich wie bei dem Schwellenventil 15a davon ab, daß eine Ventilfeder 211 verwendet wird, die eine solche Federkonstante hat, daß sie bestrebt ist, den Ventilkegel 210 in Anlage an dem konischen Sitz der Trennwand 209 zu halten. Da die Teile des Druckreglers 15 im wesentlichen von bekannter Art sind, und da die Wirkungsweise des Druckreglers in Verbindung mit der gesamten Anlage weiter oben bereits beschrieben ist, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen.

Die wesentlichen Teile, mittels welcher dem als Kessel betreibbaren Wärmetauscher 65 Wärme zugeführt wird, sind bereits beschrieben worden. Diese Wärme wird dem Wärmetauscher entnommen und auf im wesentlichen bekannte Weise dazu verwendet, die an der Erdoberfläche angeordnete Dampfturbine 260 zu betreiben· Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 15 Flüssigkeit mittels einer Speisepumpe 288 bekannter Art über eine Rohrleitung 289 dem Element 271 des Wärmetauschers 265 zugeführt. Diese Flüssigkeit durchströmt den Wärmetauscher im Gegenstrom zu dem durch das Element 266 geleiteten heißen Wasser. Die Flüssigkeit verdampft, so daß Dampf von hoher Temperatur erzeugt wird» der über eine Rohrleitung 290 der Eingangsstufe der Dampfturbine 260 zugeführt wird. Nachdem der Dampf in der Turbine nutzbare Arbeit geleistet hat, wird er als Abdampf von der Turbine aus über eine Rohrleitung 291 einem Kondensator 293 bekannter Art mit Wärmeaustauschelementen 292 und 294 zugeführt, um dann als flüssiges Kondensat durch eine Rohrleitung 296 zu der Speisepumpe 288 zu strömen. Das Kondensatorelement 292 kann durch einen Wasserstrom gekühlt werden, der einem nicht dargestellten Kühlturm entnommen und durch das Wärmetauscherelement 294 geleitet wird« Alternativ kann der Kondensator 293 mit Luftkühlung arbeiten. Als Flüssigkeit kann man z.B. Wasser verwenden, um in dem als Kessel arbeitenden Wärmetauscher 265 Dampf von hoher Temperatur zu erzeugen, der dann in dem beschriebenen Kreislauf an der Erdoberfläche nutzbar gemacht wird, oder man verwendet bestimmte

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organische Flude, die auf optimale Weise die Anwendung des Kreisprozesses nach Rankine ermöglichen,,

Gemäß Fig. 15 ist zwischen der Speisepumpe 288 und dem Wärmetauscherelement 271 ein verstellbares Ventil 190 angeordnet, das es ermöglicht, das Wärmetauscherelement 188 des Wärmetauschers 186 zu überbrücken,, Das Ventil 190 kann manuell unter Berücksichtigung der Anzeige eines Temperaturanzeigers 189 verstellt werden, der die Temperatur des durch die Rohrleitung 9a strömenden Abdampfes der Turbine anzeigt. Alternativ kann in der durch die gestrichelte Linie 191 angedeuteten Weise ein automatisches Servoglied vorhanden sein. Das Umgehungsventil 190 wird ständig entsprechend der Temperatur des durch die Rohrleitung 9a strömenden Dampfes nachgestellt. Somit wird der Druck in der Rohrleitung 9a, d.h. der unterirdische Gegendruck der Turbine des Turbinenteils 5, eingestellt, um den Trockenheitsgrad des Dampfes der Turbine in dem Turbinenteil 5 zu regeln. Diese erwünschte Regelung läßt sich an der Erdoberfläche leicht dadurch bewirken, daß man die Temperatur des Wärmetauschers 186 entsprechend einstellt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Verbindung mit der Anlage nach Fig. 15 dürfte aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein. Wie erwähnt, gehören zu der in einem tiefen Bohrloch anzuordnenden erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erschließen geothermischer Energie ein Teil 4 zum Erzeugen von überhitztem Dampf, ein mit Hilfe dieses überhitzten Dampfes betreibbarer Turbinenteil 5 und ein Heißwasserpumpente il 7, die sämtlich in einer Heißwasserquellzone angeordnet sind, wo große Mengen heißen Wassers zur Verfügung stehen, das relativ große Mengen an gelösten Stoffen enthalten kann. Reines Wasser, das durch Kondensieren von reinem Dampf an der Erdoberfläche gewonnen wird, wird dem Dampferzeugerteil 4 zugeführt, um den Turbinenteil 5 zu speisen, und ein Teil dieses reinen Wassers wird auf zuverlässige Weise zu den Lagern

des Turbinenteils und des Pumpenteils geleitet. Der Heißwasserpumpenteil 7 dient dazu, den Druck des heißen Wassers so zu erhöhen, daß das heiße Wasser unter einem Druck zur Erdoberfläche gelangt, der immer noch reichlich über seinem Sättigungsdruck liegt.

Der Druck des in dem Bohrloch in die Heißwasserpumpe eintretenden Wassers ist genügend hoch, so daß eine Beschädigung der Pumpe als Folge von Kavitation und eine hierdurch verursachte Leistungsverringerung verhindert wird. Allgemein gesprochen ist dafür gesorgt, daß die tatsächlichen Drücke des heißen Wassers an allen Punkten der in dem Bohrloch von dem heißen Wasser durchströmten Vorrichtung um einen erheblichen Sicherheitsbetrag über dem Punkt gehalten werden, an dem eine plötzliche Verdampfung eintreten könnte. Hierin besteht eines von mehreren besonders wichtigen Merkmalen der Erfindung, denn das heiße Wasser kann nicht plötzlich verdampfen, wenn es ständig und in allen Teilen der Vorrichtung unter einem Druck gehalten wird, der über dem Druck liegt, an dem eine schlagartige Verdampfung einsetzen könnte. Ein solcher schneller Übergang des heißen V/assers in den dampfförmigen Zustand muß in jedem Fall verhindert werden, denn hierbei könnte der Betrieb der Vorrichtung gestört werden, und möglicherweise könnte die Vorrichtung beschädigt werden, doch würde ein solcher Vorgang mindestens zur Folge haben, daß sich an der Stelle, an der eine solche Schnellverdampfung eintritt, sowie in ihrer Nähe große Mengen von Mineralsalzen ablagern. Die oberirdische Anlage ermöglicht es auf bequeme Weise, dem äußerst heißen Wasser Wärme zu entziehen, um elektrische Energie zu erzeugen oder andere erwünschte Wirkungen hervorzurufen. Die gesamte Energie, die in dem Dampf zurückbleibt, mittels dessen m dem Bohrloch die Turbine des Turbinenteils 5 betrieben wird, wird ebenfalls zur Erdoberfläche transportiert, um dort nutzbar gemacht zu werden.

Ansprüche:

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Claims

ANSPRÜCHE

, 1. Tiefbrunnenpumpvorrichtung zum Anordnen an einer unterirdischen Quelle für ein geothemisches Flud der Bauart mit einer Einrichtung zum Austauschen geοthermischer Energie, mittels welcher ein Arbeitsmittel bereitgestellt wird, sowie mit einer Pumpeinrichtung, die geeignet ist, das der unterirdischen Quelle entnommene geothemische Flud unter ständiger Aufrechterhaltung seines flüssigen Zustandes zur Erdoberfläche zu pumpen, damit es sich einem Wärmeaustausch unterziehen läßt, um die geothemische Energie nutzbar zu machen, gekennzeichnet durch einen mit einer Welle (50) gekuppelten Läufer (48, 49) zum Antreiben der Pumpeinrichtung (7), einen Ringkanal (42), der es ermöglicht, den Strom des von der Einrichtung (4) zum Austauschen geothemischer Energie abgegebenen Arbeitsmittels allgemein in einer ersten Richtung so zu führen, daß er Energie an den Läufer abgibt, um den Läufer anzutreiben, sowie einen ringförmigen Arbeitsmittel-Umlenkkanal (56) im Bereich des Läufers gegenüber dem genannten Ringkanal, wobei der Umlenkkanal dazu dient, die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels allgemein umzukehren, und wobei der Läufer um die Welle herum verteilte Kanäle aufweist, die es dem umgelenkten Arbeitsmittel ermöglichen, den Läufer in einer der genannten ersten Richtung entgegengesetzten Richtung als abgegebener Strom zu durchströmen, nachdem es Energie an den Läufer abgegeben hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et , daß der Läufer eine auf der Welle (50) montierte Nabe (49) und einen ringförmigen Kranz (48) aufweist, der in einem Abstand von der Nabe durch Speichen (54) so unterstützt ist, daß der Läufer sich zwischen den Speichen hindurch erstreckende, um die Welle herum verteilte Kanäle aufweist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß jede Speiche (54) des Läufers (48, 49) in Form einer allgemein ebenen breiten Fläche ausgebildet und gegen die Hauptebene des Läufers geneigt ist, so daß sie mit der allgemeinen Strömungsrichtung des umgelenkten Arbeitsmittels einen solchen Winkel bildet, daß dem Arbeitsmittel bei der Betriebsdrehzahl des Läufers im wesentlichen weder Energie zugeführt noch entzogen wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem ringförmigen Kranz (48) des Läufers mehrere zum Aufnehmen von Energie geeignete Turbinenschaufeln (44, 46) angeordnet sind, die zum Aufnehmen von Energie aus dem Arbeitsmittel an dem Ringkanal (42) mit dem Arbeitsmittel zusammenarbeiten, und daß zu dem Ringkanal damit verbundene Düsen (59) zum Bestimmen der Strömungsrichtung des Arbeitsmittels gehören.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Stator (74) zum Unterstützen von Lageranordnungen (61, 95, 125, 126, 94, 95) für die drehbare Welle (50), wobei der Stator eine der Wände des Ringkanals (42) und des Arbeitsmittel-Umlenkkanals (56) bildet, sowie durch mehrere das Arbeitsmittel umlenkende, dem Stator zugeordnete Turbinenschaufeln (45), die in Form eines Kranzes auf der genannten Wand des Stators nahe den genannten Turbinenschaufeln (44, 46) zum Aufnehmen von Energie angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere sich radial erstreckende Leitschaufeln (57), die in dem ringförmigen Arbeitsmittel-Umlenkkanal (56) angeordnet sind und dazu dienen, die drehende Bewegung des Arbeitsmittelstroms zu verringern, wobei der ringförmige Arbeitsmittel-Umlenkkanal allgemein eine Form hat, die einer Hälfte eines Torus entspricht, um es dem umgelenkten Arbeitsmittel zu ermöglichen, sich auszudehnen bzw. zu entspannen,

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während es zu den Kanälen des Läufers strömt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgegebene Flud nach dem Durchströmen der Läuferkanäle einen Abführungskanal durchströmt, der eine erste Wand (9a) mit dem genannten Ringkanal (42) gemeinsam ha t_o
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeich-^ net durch mehrere sich radial erstreckende Leitschaufeln (34), die in dem Abführungskanal angeordnet sind und dazu dienen, die Drehbewegung des hindurchströmenden abgegebenen Fludes zu verringern.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Ringkanal (10) für das der Tiefbohrung entnommene geothermische Flud, der allgemein symmetrisch zu dem genannten Ringkanal (42) angeordnet ist, den letzteren Ringkanal umgibt und mit diesem eine zweite Wand (9) gemeinsam hat, um ein im wesentlichen ungehindertes Strömen des der Tiefbohrung entommenen geοthermischen Fludes von der Pumpeinrichtung (7) aus zur Erdoberfläche zu ermöglichen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch in dem Kanal für das Arbeitsmittel angeordnete Umlenkeinrichtungen (32), die geeignet sind, das Arbeitsmittel zu veranlassen, sich der genannten gemeinsamen Wand (9) zu nähern, um in Wärmeaustauschbeziehung mit ihr zu treten, und das Arbeitsmittel zu veranlassen, sich von der ersten gemeinsamen Wand (9a) zu entfernen, wobei das der Tiefbohrung entnommene geothemische Flud heißer ist als das Arbeitsmittel, und wobei das Arbeitsmittel heißer ist als das abgeführte Flud.
11„ Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Umlenkeinrichtungen (32) ge-

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krümmte Leitschaufeln gehören, die sich mindestens von der ersten gemeinsamen Wand (9a) bzw. der zweiten gemeinsamen Wand (9) weg erstrecken und dazu dienen, dem Arbeitsmittel eine DrehbeweguTgpkomponente mitzuteilen, um das Arbeitsmittel zu veranlassen, sich der zweiten gemeinsamen Wand (9) stärker zu nähern, damit der Wärmeaustausch zwischen der zweiten gemeinsamen Wand und dem Arbeitsmittel verbessert wird, wogegen der Wärmeaustausch zwischen der ersten gemeinsamen Wand und dem Arbeitsmittel verringert wird, während das Arbeitsmittel den Ringkanal (42) durchströmt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Radiallageranordnungen (61, 95, 94, 95)» welche die Welle (50) zwingen, sich um eine vorbestimmte Achse zu drehen, eine normalerweise zur Wirkung kommende Drucklageranordnung (125, 126) zum Unterstützen der Welle, der Pumpeinrichtung (7) und des Läufers (48, 49) in einer normalen Betriebslage längs der genannten Achse während des Betriebs oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl, wobei die Pumpeinrichtung während des Betriebs eine Axialkraft auf die Welle aufbringt, sowie durch Einrichtungen (13, 17, 40, 71, 73) zum Schmieren der Radiallageranordnungen und des normalerweise zur V/irkung kommenden Drucklagers mit Hilfe eines im flüssigen Zustand gehaltenen Schmierfludes.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Schmierflud unter einem Druck gehalten wird, der höher ist als der Druck des der Tiefbohrung entnommenen geothermischen Fludes.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zu den Radiallageranordnungen eine erste Radiallageranordnung (94, 95) und eine zweite Radiallageranordnung (61, 95) gehören, von denen jede mehrere in radialer Richtung wirksame Druckstücke aufweist, und die längs der Welle (50) durch einen Abstand getrennt sind.

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15« Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß zu der normalerweise zur Wirkung kommenden Drucklageranordnung ein hydrodynamisches Drucklager (125, 126) gehört.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zu der normalerweise zur Wirkung kommenden Drucklageranordnung ein hydrostatisches Drucklager (158, 159) gehört.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen ersten Kanal (144), der es dem Schmierflud ermöglicht, durch die normalerweise zur Wirkung kommende Drucklage ranordnung (125, 126) hindurch, längs der Welle (50), durch die erste Radiallageranordnung (94, 95) mit mehreren Druckstücken sowie an einer ersten Drosseleinrichtung (164) vorbei zu strömen, um sich mit dem der Tiefbohrung entnommenen geοthermischen Flud zu vereinigen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17» gekennzeichnet durch eine zweite Kanalanordnung (122, 123)» die es dem Schmierflud ermöglicht, an der normalerweise zur Wirkung kommenden Drucklageranordnung (125, 126) vorbei, längs der Welle (50), durch die zweite Radiallageranordnung (61, 95) mit mehreren Druckstücken sowie an einer zweiten Drosseleinrichtung (106) vorbei zu strömen und sich mit dem abgegebenen Flud zu vereinigen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Kanäle (157, 16O), die es dem Schmierflud ermöglichen, durch die Radiallageranordnung (58, 95), an einer Drosseleinrichtung (156) vorbei, längs der Welle (50) und durch die hydrostatische Drucklageranordnung (158, 159) zu strömen und sich mit dem abgegebenen Flud zu vereinigen.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zu der hydrodynamischen Drucklageranordnung eine Drucklageranordnung mit mehreren Druckstücken (125, 126, 129, 130, 131, 134)gehört.
21 ο Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der Druck des der Tiefbohrung entnommenen geothermischen Fludes bewirkt, daß die Welle (50) bei unter der genannten vorbestimmten Drehzahl liegenden Betriebsdrehzahlen in ihre zweite axiale Lage gedrückt wird, und daß zusätzliche Einrichtungen vorhanden sind, zu denen eine nur zeitweilig zur Wirkung kommende Drucklageranordnung (154) gehört, die dazu dient, die Welle, die Pumpeinrichtung (7) und den Läufer (48, 49) nur unterhalb der genannten vorbestimmten Betriebsdrehzahl in der zweiten axialen Lage zu unterstützen, wenn die Pumpeinrichtung im wesentlichen keine Axialkraft erzeugt.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zu der nur zeitweilig zur Wirkung kommenden Drucklageranordnung ein Kugellager (154) gehört, das einen ersten Laufring (146) und einen zweiten Laufring

(147) aufweist, daß der erste Laufring fest mit dem Stator (75) der Pumpeinrichtung (7) verbunden ist, daß der zweite Laufring normalerweise in Reibungsschluß mit dem Stator steht, um jede Drehung des zweiten Laufrings zu verhindern, und daß zu der Welle ein Abschnitt (94) gehört, der eine Ringschulter

(148) aufweist, die so angeordnet ist, daß sie gegen den zweiten Laufring gedrückt wird, um den durch eine dem zweiten Laufring zugeordnete Einrichtung (153) hervorgerufenen Reibungsschluß zu beseitigen und den zweiten Laufring zu drehen, sobald die Welle ihre zweite axiale Lage einnimmt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 19»dadurch gekennzeichnet, daß zu der hydrostatischen Drucklageranordnung ein Läufer (159) und ein Stator (158) gehören, die konzentrisch in einem Abstand übereinander angeordnet sind,

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die Welle (50) mit einem Spielraum umgeben, zueinander passende, flüssigkeitsgeschmierte, Teile von Kugelflächen bildende Lagerflächen besitzen und gegenüber der Welle eine begrenzte axiale Bewegungsfreiheit haben, so daß es den zueinander passenden, flüssigkeitsgeschmierten Lagerflächen möglich ist, sich automatisch in axialer Richtung aufeinander auszurichten.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung (156) dem Hindurchströmen des Schmierfludes einen im wesentlichen konstanten Widerstand entgegensetzt, während sich der Widerstand, der dem Hindurchströmen des Schmierfludes zwischen den zueinander passenden Lagerflächen direkt proportional zu Änderungen der aufzunehmenden Last ändert, so daß der Druckabfall längs der zueinander passenden Lagerflächen auf entsprechende Weise geändert wird, um die geänderte Last aufzunehmen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Schwellenventil (15a), das eine erste Flüssigkeit zu einer Schwellenventil-Ausgangseinrichtung strömen läßt, wenn diese Flüssigkeit unter einem vorbestimmten Druck steht, der den Druck des der' Tiefbohrung entnommenen geothermischen Fludes überschreitet, ferner durch ein Differenzdruckventil (15b) zum Aufnehmen der ersten Flüssigkeit, die von der Ausgangseinrichtung des Schwellenventils abgegeben wird, und zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Druckunterschiedes zwischen der aufgenommen ersten Flüssigkeit und dem Druck der ersten Flüssigkeit an der Ausgangseinrichtung des Differenzdruckventils sowie durch an die Ausgangseinrichtung des Differenzdruckventils angeschlossene Verteilerleitungen (16), die mit der Einrichtung (4) zum Austauschen geοthermischer Energie verbunden sind und dazu dienen, das Arbeitsmittel dem Läufer (48, 49) zum Antreiben der Pumpeinrichtung (7) zuzuführen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch eine zweite Pumpeinrichtung (283) zum Fördern

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der anfänglich relativ kühlen ersten Flüssigkeit von einer Station in der Nähe der Erdoberfläche zum Eingang des Schwellenventils (15a).
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Rohrleitung (9), die dazu dient, das Arbeitsmittel nach dem Entziehen von Energie aus dem Arbeitsmittel durch den Läufer (48, 49) als abgegebenen Fludstrom zu der Station in der Nähe der Erdoberfläche zu leiten, wo der Fludstrom mittels eines ersten Kondensators (186) einer Kondensation unterzogen wird, um dann der zweiten Pumpeinrichtung (283) erneut zugeführt zu werden«,
28t Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , daß zu der zweiten Pumpeinrichtung (283) eine mit variabler Förderleistung arbeitende Pumpe gehört, die ein optimales Einstellen der Durchsatzmenge des ersten Fludes entsprechend dem gewünschten Druck und der Temperatur des aus der Tiefbohrung nach oben gepumpten geothermischen Fludes ermöglicht.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, gekennzeichnet durch einen Akkumulator (185), der nahe der Erdoberfläche zwischen der zweiten Pumpeinrichtung (283) und dem Eingang des Schwellenventils (15a) angeschlossen ist, um in Notfällen das Zuführen des ersten Fludes zu ermöglichen.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine weitere Rohrleitung (10) für das der Tiefbohrung entnommene geothemische Flud, die an den Ausgang der durch den Läufer angetriebenen Pumpeinrichtung (7) angeschlossen ist und dazu dient, das geothermische Flud an der Einrichtung (4) zum Austauschen geοthermischer Energie vorbei zu Energieausnutzungseinrichtungen nahe der Erdoberfläche zu leiten, zu denen ein Wärmetauscher (265) zum Erzeugen von Dampf gehört, ferner eine Dampfturbine (260) zum Erzeugen nutzbarer Energie

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unter Ausnutzung des Dampfes, ein zweiter Kondensator (293) zum Kondensieren des Abdampfes der Dampfturbine zu einem Kondensat, sowie eine Kondensatpumpe (288) zum Zurückfördern des Kondensats zu dem Wärmetauscher (265) zum Zweck des Regenerierens des Dampfes.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine zwischen der Kondensatpumpe (288) und dem Wärmetauscher (265) angeschlossene, temperaturabhängig steuerbare Einrichtung (19O) zum Regeln der Temperatur des dem Wärmetauscher zugeführten Kondensats in Abhängigkeit von der Temperatur des abgeführten Fludstroms derart, daß hierdurch der Trockenheitsgrad des Arbeitsmittels in der Vorrichtung in der Tiefbohrung geregelt wird.
32o Vorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet , daß zu der temperaturabhängig steuerbaren Einrichtung eine zwischen der Kondensatpumpe (288) und dem Wärmetauscher (265) angeschlossene Regeleinrichtung (190) gehört, ferner eine Beipaßleitung (I88), die die Regeleinrichtung überbrückt, wenn sie einen Teil des Kondensats durch den ersten Kondensator (186) und zu dem Wärmetauscher (265) strömen läßt, eine an den ersten Kondensator angeschlossene Einrichtung zum Fühlen einer für den aus dem Arbeitsmittel entstandenen Abdampf repräsentativen Temperatur sowie eine Einrichtung (191), die durch die Temperaturfühleinrichtung gesteuert wird, um die Regeleinrichtung so zu betätigen, daß sie die Temperatur des dem Wärmetauscher (265) zugeführten Kondensats bestimmt.
33. Vorrichtung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch eine nahe der Erdoberfläche angeordnete Restflüssigkeits-Pumpeinrichtung (276), die dazu dient, das der Tiefbohrung entnommene geothemische Flud nach dem Entzug thermischer Energie aus diesem Flud in dem zweiten Wärmetauscher (265) in eine unter der Erdoberfläche liegende Erd-

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schicht hineinzupumpen.
34. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Läufer (48, 49) angetriebene Welle (50) um eine im wesentlichen senkrechte Achse gegenüber dem Stator (75) der Pumpeinrichtung (7) drehbar gelagert ist, daß an der Welle mehrere, einen die senkrechte Achse in Form eines kreisrunden Kranzes umgebende Pumpenschaufeln (20) befestigt sind, die dazu dienen, das der Tiefbohrung entnommene geothermische Flud in einer den Stator umschließenden Rohrleitung (10) allgemein nach oben zu fördern, daß die Pumpenschaufeln beim Betrieb der Pumpeinrichtung auf die Welle eine nach unten gerichtete Axialkraft von erheblicher Größe aufbringen, daß ein Ende der Welle unterhalb der Pumpenschaufeln einen gleichachsig mit der Welle angeordneten, einen geringen Strömungswiderstand bietenden Kanal (78) aufweist-, daß eine sich allgemein in radialer Richtung erstreckende Anordnung von einen hohen Strömungswiderstand hervorrufenden Spalten (79) zwischen der Welle und dem Stator vorhanden ist, die in Verbindung mit dem einen niedrigen Strömungswiderstand bietenden Kanal steht, und daß die einen hohen Strömungswiderstand hervorrufenden Spalte und der einen niedrigen Strömungswiderstand bietende Kanal es bei normalen Betriebsbedingungen der Vorrichtung ermöglichen, daß eine vorbestimmte Menge des der Tiefbohrung entnommenen geothermischen Fludes von einer Hochdruckzone oberhalb der Pumpenschaufeln zu einer Niederdruckzone unterhalb des einen niedrigen Strömungswiderstand bietenden Kanals zu strömen und hierdurch einen erheblichen Teil der auf die Welle aufgebrachten, nach unten wirkenden Axialkraft auszugleichen·
35· Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (50) an dem genannten Ende eine allgemein konische Verdickung (77) aufweist, daß die Basis dieser konischen Verdickung mit dem Stator (75) zusammenarbeitet, um die einen hohen Strömungswiderstand bie-

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tenden Anordnung von Spalten (79) zu bilden, und daß die Basis der konischen Verdickung sowie eine dazu im wesentlichen parallele Fläche des Stators zusammenarbeitende Labyrinthdichtungseinrichtungen tragen, welche die einen hohen Strömungswiderstand bietende Einrichtung bilden,
36. Vorrichtung nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch Lagereinrichtungen (94, 95) für die Welle (50), die mittels einer unter Druck stehenden Lagerschmierflüssigkeit geschmiert werden, sowie eine zweite Kanalanordnung, die es der von den Lagereinrichtungen abgegebenen Schmierflüssigkeit ermöglichen, zu dem einen niedrigen Strömungswiderstand bietenden Kanal (78) abzuströmen,
37· Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch g e k e η η zeic hnet, daß die Rohrleitung (1O) für das der Tiefbohrung entnommene geothemische Flud zusätzlich teilweise durch eine ortsfeste Abdeckung (85) abgegrenzt ist, die von dem Stator (75) aus durch mehrere sich in radialer Richtung erstreckende ortsfeste Leitschaufeln (80) unterstützt wird.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in radialer Richtung erstreckenden ortsfesten Leitschaufeln (80) als Umlenkorgane zur Wirkung kommen, um jede etwa vorhandene Drehbewegungskomponente des der Tiefbohrung entnommenen geothermischen Fludes in der Rohrleitung (10) zu verringern.
39. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (10) für das der Tiefbohrung entnommene geothermische Flud zusätzlich teilweise durch eine drehbare Abdeckung (84) abgegrenzt ist, die drehfest mit den Pumpenschaufeln (20) verbunden ist und von ihnen getragen wird.

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40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Abdeckung (84) in einem zu ihr passenden ringförmigen Hohlraum drehbar ist, der in der ringförmigen Innenfläche der ortsfesten Abdeckung (85) ausgebildet ist, und daß zwischen der drehbaren Abdeckung und der ortsfesten Abdeckung ein zweiter Spalt (92) vorhanden ist, der einen hohen Strömungswiderstand bietet.
41. Vorrichtung nach Anspruch 40, gekennzeichnet durch eine zweite, einen geringen Strömungswiderstand bietende Kanalanordnung (83), welche den zweiten Spalt (92) mit der ringförmigen Rohrleitung (10) verbindet, so daß auf die drehbare Abdeckung (84) eine nach oben gerichtete Axialkraft aufgebracht wird, die zum Ausgleich der auf die Welle (50) wirkenden, nach unten gerichteten Axialkraft beiträgt.

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