DE3035257A1

DE3035257A1 - Materialtransportanlage

Info

Publication number: DE3035257A1
Application number: DE19803035257
Authority: DE
Inventors: Andrew C. Waltham Mass. Harvey
Original assignee: Foster Miller Inc; Foster Miller Associates Inc
Current assignee: Vencore Services and Solutions Inc
Priority date: 1979-09-24
Filing date: 1980-09-18
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB2059505A; ZA805373B; GB2059505B; AU536349B2; CA1153622A; AU6207480A

Description

Die Erfindung betrifft Material transportanlagen und insbesondere eine Hydrotransportanlage bzw. eine mit Wasser arbeitende Transportanlage für grobe und feine Feststoffe.

Die Abgabe oder Zufuhr -von Feststoffen an eine For-= deranlage hat oftmals viele verschiedene Variable, wie beispielsweise Fiießgeschwindigkeit, Dichte und Größe des Produktes. Im Idealfall wurden Transportanlagen für aus Feststoffen bestehende Massen kontinuierlich arbeiten₉ wo= bei sich niemals eine Änderung der Fließgeschwindigkeit

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oder der Konsistenz ergeben würde. In den meisten Situationen ist dies jedoch nicht der Fall. Demgemäß müssen übliche Förderanlagen in der Lage sein, beliebige Ströme oder Fließmengen bei veränderlichen Fließgeschwindigkeiten zu handhaben.

Hydraulischer Transport von Feststoffen ist hauptsächlich dort erfolgreich, wo relativ stationäre Fließbedingungen aufrechterhalten werden können, beispielsweise bei Uberlandtransport von Kohle und anderen feinen Schlämmen. Damit hydraulische Förderung mit anderen Transportmitteln wettbewerbsfähig sein kann, beispielsweise mit Förderbändern, Schienenfahrzeugen oder Lastkraftwagen, muß sie in der Lage sein, beliebige Fließmengen und variable Fließgeschwindigkeiten handhaben zu können«, Hydraulischer Transport von Feststoffen unter sich kontinuierlich ändernden Mengen, Geschwindigkeiten, sich kontinuierlich ändernder Konzentration und Dichte, stellt ein riesiges Steuerproblem für eine Anlage dar, bei welcher übliche Pumpen verwendet werden. Hydraulische Transportleitungen einer Länge von mehreren tausend Metern mit Zentrifugalpumpen, die entlang der Leitung in geeigneter Weise angeordnet sind, sind starken ¥asserschlägen und Pumpenkavitation unterworfen, wenn die Eintrittsbedingungen (Konzentration der Feststoffe«, Dichte der Feststoffe und Fließmenge oder Fließgeschwindigkeit der Feststoffe oder des Fließmittels) sich ändern. Kavitation und Wasserschlag kann auftreten₉ wenn in gewissen Abschnitten der Anlage hohe Feststoffkonzentrationen und in anderen Abschnitten der Anlage wenig oder keine Feststoffe enthalten sind« In diesen Abschnitten besteht für das Fließmittel das Bestreben_s sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bewegen zufolge von Trägheitswirkungen, die zu einera Trennen der Säule aus dem fließfähigen Material und su einem potentiellen Pumpenversagen führen« Zusätzlich

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können Übergangswirkungen besonders schädlich sein, wenn die Pumpe an der Eintrittsstelle Luft pumpt oder sich Kavitation ergibt als Folge von unrichtiger Steuerung der Sumpfbedingungen. Es gibt viele Steuerpläne, die aufgestellt werden können oder aufgestellt worden sind, um diese Probleme zu verkleinern. Antriebe mit veränderlicher Geschwindigkeit an den Pumpen und/oder Zwischensümpfe bzw. Zwischensammelbehälter an der Stelle der Anordnung jeder Pumpe wurden verwendet. Beide Lösungen erfordern jedoch aufwendige Steuersysteme, um zu gewährleisten, daß die dynamischen Verhältnisse der Leitung innerhalb der Möglichkeit oder Fähigkeit der Anlage bleiben.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Materialtransportanlage zu schaffen, welche unter den zuvor genannten Nachteilen und Beschränkungen nicht leidet.

Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin₉ eine belüftete Hilfspumpe bzw. - Förderpumpe für eine Materialtransportanlage zu schaffen.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine belüftete Förderpumpe für eine hydraulische Transportanlage zu schaffen, die unter variablen Bedingungen hinsichtlich von Übergangsfließgeschwindigkeiten und unter sich ändernden Materialkonzentrationen mit gleicher Geschwindigkeit bzw. mit gleicher Drehzahl arbeitet. Die Förderpumpe umfaßt ein belüftetes Gehäuse mit einer Innenkammer,und sie weist eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung auf, die zu der Kammer offen sind, wobei weiterhin eine Verbindung zu einer hydraulischen Transportleitung besteht. Ein Rotor mit einer oder mehreren schraubenlinienförmigen Schaufeln ist an dem Gehäuse angebracht und für Drehung innerhalb der Kammer begrenzt. Der mit Schaufeln versehene Rotor er-

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zeugt einen Arbeitsmittelwirbel mit einem Luftkern, der an der Mitte des Rotors zur Atmosphäre entlüftet ist. Der Durchmesser des Luftkernes hängt von dem Rückdruck an der Pumpe ab und er ändert sich, um den in dem Gehäuse herrschenden Druck mit dem Rückdruck auszugleichen bzw. zu egalisieren. Das in der hydraulischen Transportleitung transportierte Material wird in die Eintrittsöffnung geführt, von dem Arbeitsmittelwirbel zur Austrittsöffnung getragen und dann in die Transportleitung gebracht.

Andere Zwecke und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Pumpvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der Pumpvorrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm einer Materialtransportanlage, die gemäß der Erfindung ausgeführt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Pumpvorrichtung Io gemäß der Erfindung dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungs form wird zum Beispiel die Pumpvorrichtung Io als Förderpumpe in einer Materialtransportanlage 12 verwendet, in welcher teilchenförmige Feststoffe von einer Eintrittsstation 14 über eine Transportleitung 18 zu einer Aufnahmestation 16 getragen werden.

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Die Pumpvorrichtung Io umfaßt ein Gehäuse 2o mit einer kegelstumpfförmigen Nase 22 und einer Innenkammer 24. Die Nase 22 endigt in einer Eintritts öffnung 26, die mit der Transportleitung 18 in Verbindung steht. Das Gehäuse 2o ist weiterhin mit einer Austrittsöffnung 28 versehen, die ebenfalls mit der Transportleitung 18 in Verbindung steht. Ein Rotor 3o mit einer oder mehreren schraubenlinienförmigen Schaufeln 32 ist in dem Gehäuse 2o angeordnet und für Drehung in der Kammer 24 an der Nase 22 begrenzt. Der Rotor 3o hat allgemein konische oder kegelförmige Gestalt, die sich in Richtung gegen die Eintrittsöffnung 26 nach innen verjüngt. Der Rotor 3o ist an einer Welle 34 angebracht, die in Lagern 36 gelagert ist, welche beispielsweise Kegelrollenlager bzw. Lager mit sich verjüngenden Rollen sind, die maximale Steifheit oder Starrheit schaffen. Die wenigstens eine schraubenlinienförmige Schaufel 32 hat von der Eintritt s öffnung 26 in Richtung gegen die Austritts öffnung 28 sich allmählich vergrößernden Durchmesser. Eine Entlüftung 38, beispielsweise eine zur Atmosphäre offene Leitung, führt zu der Mitte des Rotors 3o. Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird das Gehäuse 2o über den Rotor 3o belüftet oder entlüftet.

Die wenigstens eine Schaufel 32 ist so gestaltet, daß sie einen Arbeitsmittelwirbel 4o erzeugt, der einen belüfteten Kern 42 hat. Bei der dargestellten Ausführungsform fließt beispielsweise ein an der Eintrittsöffnung 26 eintretender Schlamm 41 an der Vorderkante der wenigstens einen Schaufel 32 in Richtung gegen die Kammer 24. Wenn der Rotor 3o von einer Antriebseinrichtung 44 angetrieben wird, hält die wenigstens eine Schaufel 32 den Arbeitsmittelwirbel aufrecht und setzt das Gehäuse 2o an der Austritts öffnung unter Druck. Teilchenförmige Feststoffe 41, die in die Ein-

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trittsöffnung 26 geführt werden, werden von der Schaufel oder den Schaufeln 32 aufgenommen, nach außen geschleudert und in den Wirbel 4o eingetaucht. Die Höhe des fließfähigen Mediums in der Pumpvorrichtung Io stellt sich automatisch ein beim Ansprechen auf den angelegten stromabwärtigen Druck in der Leitung 18. Der innere Radius des Wirbels 4o zieht sich zusammen bzw. verkleinert sich, wenn der Leitungsdruck sich erhöht. Der maximale Druck tritt auf, wenn der Kern 42 des Wirbels 4o sich auf die Größe der Entlüftungsleitung 48 verkleinert hat. Beim Ansprechen auf eine Erhöhung des Rückdrucks verkleinert sich der belüftete Kern 42, bis der Druck im Gehäuse 2o mit dem Rückdruck ausgeglichen ist, wobei jedoch keinerlei Verringerung der Strömung auftritt. Dies bedeutet, daß, wenn der Rückdruck sich erhöht, der Kern 42 sich verkleinert und der Arbeitsmittelwirbel 4o sich vergrößert. Die wenigstens eine Schaufel 32 tritt dann mit einer größeren Menge des Schlammes 41 in Eingriff, so daß der Druck im Gehäuse 2o steigt, bis er den Rückdruck ausgleicht bzw. gleich dem Rückdruck wird. In ähnlicher Weise vergrößert sich bei Ansprechen auf eine Verringerung des Rückdruckes der Kern 42 und der Druck im Gehäuse 2o verringert sich, bis die beiden Drücke ausgeglichen sind. Durch die Zentrifugalwirkung des Schlammes 41 wird das Einführen von Luft in die Transportleitung 18 verhindert, solange wie der Wirbel 4o in dem Gehäuse 2o aufrechterhalten ist.

Der Rotor 3o wird von einer Antriebseinrichtung 44 angetrieben, und zwar über eine Getriebeeinrichtung 46 mit einem Zahnradzug 48, der drei Schraubenzahnräder 5o aufweist, die in einem Getriebekasten 52 angeordnet sind. Eine Welle 54 der Antriebseinrichtung 44 ist über eine biegsame Kupplung 56 mit den Zahnrädern 5o verbunden, und die Welle 34 ist mit den Zahnrädern 5o direkt verbunden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Antriebseinrichtung 44

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beispielsweise ein Motor einer Leistung von 4oo HP und mit einer Drehzahl von 18oo U/min, und der Rotor hat einen Durchmesser von 80 cm und dreht sich mit looo U/min. Feststoffe treten in den Rotoreintritt 26 mit sehr niedriger axialer Geschwindigkeit und Wirbelbewegung ein im Vergleich zu der Umfangsgeschwindigkeit des Rotoreintritts an seinem maximalen Durchmesser. Die Geschwindigkeit an der Schaufelspitze bzw. an den Schaufelspitzen beträgt etwa 1,8 m/sec. Die Vorderkante der wenigstens einen Schaufel 32 ist sichelförmig, wobei die Spitze an dem vorderen äußersten Eintrittsdurchmesser, und der Schaft der Sichel an der hinteren innersten Nabe des Rotors 3o befestigt ist. Die wenigstens eine Schaufel 32 verläuft schraubenlinienförmig und mit einer Steigung" in einem kleinen Winkel von einer radialen Ebene der Welle 34. Die Schraubensteigung ergibt ein kleines Verhältnis von axialer Fließgeschwindigkeit zu der Rotorgeschwindigkeit, so daß über den gesamten Bereich von Fließmengen oder Fließgeschwindigkeiten die Feststoffe anfängliche Bewegungsbahnen haben, welche auf die Druckfläche der Schaufel in einem kleinen Einfallwinkel auftreffen. Die axiale Auftreffgeschwindigkeit ist demgemäß niedrig, so daß Abnutzung der Schaufelfläche minimiert ist. Durch die sichelförmige Schaufel 32 wird die Wirkung der hohen Relativgeschwindigkeit von Feststoffen auf die Vorderkante der Schaufel verringert. Das Auftreffen nahe der Schaufelspitze erfolgt mit einer Kante im Winkel von etwa 6o° zu der relativen Geschwindigkeit, so daß die Auf treff geschwindigkeit halb so hoch ist wie die Auftreffgeschwindigkeit bei normalem oder senkrechtem Auftreffen in einer typischen Pumpe. Die Stoßenergie beträgt etwa 25% derjenigen für normales bzw. rechtwinkliges Auftreffen.

In Fig. 3 ist die Material transportanlage 12 schematisch dargestellt, in welcher teilchenförmige Feststoffe von der

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Eintrittsstation 14 zur Aufnahmestation 16 getragen werden. Teilchenförmige Feststoffe treten an der Eintrittsstation ein, die beispielsweise eine Schraubenlinien-Einführeinrichtung oder eine Schlammpumpe aufweist. Der Eintritt erfolgt über eine Leitung 62, in der ein Ventil 64 angeordnet ist. Ein Arbeitsmittel, beispielsweise Wasser, wird über eine mit einem Ventil 68 versehene Leitung 66 in die Eintrittsstation 14 geführt. Der aus der Eintrittsstation 14 austretende Schlamm wird über zwei belüftete Förderpumpvorrichtungen Io zur Aufnahmestation 16 gefördert. Die Pumpvorrichtungen Io arbeiten mit konstanter Geschwindigkeit oder Drehzahl bei konstanter Wasserfließmenge und bei variabler Feststofffließmenge. Durch die Belüftung der Pumpvorrichtungen Io wird jeder Leitungsabschnitt von dem nächsten Leitungsabschnitt isoliert. Es ist weiterhin gefunden worden, daß die Transportanlage 12 Fließmengen handhaben kann mit wenigstens 3596 Änderung der Fließmenge bzw. der Fließgeschwindigkeit.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.

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Claims

Patentansprüche

1. Pumpvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse (2o) mit einer Innenkammer (24) aufweist, das Gehäuse eine Eintrittseinrichtung (26), eine Austrittseinrichtung (28) und eine Belüftungseinrichtung (38) aufweist, die mit der Innenkammer in Verbindung stehen, die Eintrittseinrichtung derart gestaltet ist, daß sie ein in einem Arbeitsmittel außerhalb des Gehäuses getragenes Material in die Innenkammer richtet, eine Ro tor einrichtung (3o) in dem Gehäuse für Drehung in der Innenkammer angebracht ist und eine Schaufeleinrichtung (32) aufweist, die derart gestaltet ist, daß aus dem durch die Eintrittseinrichtung hindurch in die Innenkammer gerichteten fließfähigen Medium ein Wirbel (4o) mit einem mittleren belüfteten Kern (42) erzeugt ist, der Wirbel das Material von der Eintrittseinrichtung zu der Austrittseinrichtung transportiert, und daß das Arbeitsmittel oder fließfähige Medium einen Träger für das zu transportierende Material darstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeleinrichtung wenigstens eine schraubenlinienförmige Schaufel (32) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine schraubenlinienförmige Schaufel (32) von der Eintrittseinrichtung (26) in Richtung gegen die Austrittseinrichtung (28) einen sich allmählich vergrößernden Durchmesser hat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Schaufel (32) eine sichelförmige Vorderkante hat.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Belüftungseinrichtung (3S) eine Leitung ist, die von der Mitte der Rotoreinrichtung (3o) zu der die Pumpvorrichtung umgebenden Atmosphäre führt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine schraubenlinienförmige Schaufel (32) um eine konische oder kegelför-. mige Basis gewickelt ist, die sich in Richtung gegen die Eintrittseinrichtung (26) nach innen verjüngt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung (lo) in einer Material transportanlage in einer Transportleitung (18) zwischen einer Eintritts station (14) und einer Aufnahmestation (16) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Pumpvorrichtungen (lo) in der Transportleitung (18) zwischen der Eintrittsstation (14) und der Aufnahmestation (16), durch die Belüftung voneinander isoliert, angeordnet sind.

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