DE3108936A1

DE3108936A1 - "vorrichtung zum druck- und mengenaustausch"

Info

Publication number: DE3108936A1
Application number: DE19813108936
Authority: DE
Inventors: Edmond Ing.(grad.) 4650 Gelsenkirchen Tuttaß
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1981-03-10
Filing date: 1981-03-10
Publication date: 1982-09-23
Also published as: ZA821542B; DE3108936C2

Description

Vorrichtung zum Druck- und Mengenaustausch
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Druck- und Mengenaustausch von vorzugsweise flüssigen Medien, bestehend aus Kammern, die über Absperr- und Regelorgane mit der Hochdruck- bzw. Niederdruckleitung zu verbinden sind und die dabei wechselweise nacheinander mit Hoch- bzw. Niederdruck beaufschlagt werden.
Zur Bewetterung und Klimatisierung, insbesondere von untertägigen Bergbaubetrieben werden zunehmend Großklimatisierungsanlagen installiert, die über einen'oder mehrere Kreisläufe die unter Tage vor Ort zur Kühlung der Wetter benötigte Flüssigkeit bereithalten.
Wegen der großen Teufen müssen in der Regel zumindedest zwei Kreisläufe vorhanden sein, wobei der untertägige Sekundärkreis mit dem Hochdruckprimärkreis über Hochdruckwärmetauscher und gegebenenfalls über Hochdruckkondensatoren untertägiger Kältemaschinen verbunden ist. Ein derartiger Wärmeaustausch erfordert eine Wärmeübergangstemperaturstufe, die zumeist durch nachgeschaltete untertägige Kältemaschinen ausgeglichen werden muß oder zumindest die Wertigkeit der Kälteleistung reduziert. Derartige Einrichtungen sind daher energieaufwendig, teuer und wartungsintensiv. Es ist zwar versucht worden, durch Druckentspannung des Kühlwassers in Pelton-Turbinen die Temperaturstufe zu vermeiden und das Kühlewasser somit von über Tage direkt bis vor Ort zu bringen. Allerdings kann die Pelton-Turbine nur etwa 50 - 60 % der Pumpenenergie liefern, die zum liochpumpen des Rücklaufwassers nach über Tage benötigt wird. Man spart zwar Energie für nachgeschaltete Kältemaschinen unter Tage, muß aber zusätzlich größere EIebenergie für den Rücklauf aufbringen. Man hat auch bereits Überlegungen angestellt, die bisher für den hydraulischen Kohletransport eingesetzten Rohrkammeraufgeber auch für die Klimatisierung oder den sonstigen Druck- und Mengenausgleich einzusetzen. Die bekannten Rohrkammeraufgeber weisen jedoch eine Vielzahl von Sperrorganen auf, die eine derartige Vorrichtung komplizieren. Außerdem ist eine Anpassung an Mengenschwankungen nur schwer oder gar nicht auszugleichen.
Sie erfordern lange Schaltzeiten dcr Absperrorgane. Diese Schaltzeiten wiederum bestimmen im wesentlichen die Größe der Rohrkammern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmengen-Austauscher zu schaffen, der mit geringem Regelaufwand und für Flüssigkeiten unterschiedlicher Zusammensetzung und Reinheit zu betreiben ist. Außerdem soll der Druckmengen-Austauscher sich durch geringe Abmessungen auszeichnen.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß den als Diagonalverbinder zwischen ankommenden und abgehenden Hochdruck- und Niederdruckleitungen geschalteten Speicherrohren ein zentralbetätigtes Mehrfachwegeventil und mindestens eine der Zahl der restlichen Hoch- und Niederdruckleitungen entsprechende Zahl von Rückschlagventilen zugeordnet sind.
Eine derartige Vorrichtung zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau und Regelung aus. Je nach Bedarf kann eine derartige Vorrichtung aus zwei Speicherrrohen und Druckspeichern oder drei Speicherrohren ohne Druckspeicher betrieben werden, so daß sie den Gegebenheiten ohne große Schwierigkeiten jeweils angepaßt werden kann. Die Vorrichtung selbst wird lediglich im Hochdruckzulauf, vorzugsweise über automatische Überwachungseinrichtungen, gesteuert, während die Rückschlagventile oder Rückschlagklappen automatisch den ochdruckablauf sowie den Miederdruck-Zu- uiid Ablauf steuern.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, neben dem als Absperrorgan wirkenden MehrfachwegeventiL in der ankommenden Hochdruckleitung in der abgehenden Hochdruckleitung sowie in der den Rücklauf führenden ankommenden Niederdruckleitung ein Rückschlagventil und in der abgehenden Niederdruckleitung ein vorgespanntes Rückschlagventil anzuordnen. Beim Öffnen des Absperrorgans werden über das Medium die einzelnen Rückschlagventile automatisch geschlossen bzw. das in der abgehenden Hochdruckleitung wird geöffnet, so daß die in dem Speicherrohr anstehende Flüssigkeit über die abgehende Hochdruckleitung beispielsweise zutage gefördert werden kann. Dabei ist es zweckmäßig, die Speicherrohre über einen deutlich geringe--ren Durchmesser aufweisende Bypaßleitungen, in denen Drosseln oder Sperrorgane angeordnet sind, mit der ankommenden Hochdruckleitung bzw. der ankommenden Niederdrckleitung zu verbinden. Wäh-rend der Beaufschlagung mit hohem Druck ist das Mehrfachwegeventil für das zufließende Medium mit hohem Druck geöffnet, während die Rückschlagventile in den Niederdruckleitungen geschlossen sind. Das Rückschlagventil in der abgehenden Hochdruckleitung dagegen ist in dieser Phase durch den geringfügig höheren Druck auf der Zulaufseite geöffnet. In der Niederdruckphase ist dieses Rückschlagventil in der abgehenden Hochdruckleitung durch den anstehenden höheren Druck gegenüber den Speicherrohren geschlossen, während das Rückschlagventil in der ankommenden Niederdruckleitung durch den Fließdruck und das Rückschlagventil in der abgehenden Niederdruckleitung über die Öffnungsvorspannung auch gegen den Strömungsdruck geöffnet bleibt.
Bei zwei Speicherrohren ist es zweckmäßig, dem Mehrfachwegeventil und dem Rückschlagventil in der ankommenden Niederdruckleitung Speicher zuzuordnen, deren Volumen nach den eingestellten Totzeiten bemessen sind. Über diese Speicher können Wasserstillstände in den zu- und abführenden Leitungen während des Umschaltvorganges vermieden werden. Bei drei und mehr Speicherrohren ist die Anordnung von Speichern nicht notwendig.
Für einen annähernd kontinuierlichen Betrieb, d.h. für einen gleichmäßigen Anfall an Hochdruck- und Niedrigdruckwasser ist es gemäß einer Ausbildung der Erfindung zweckmäßig, daß die Speicherrohre eine gemeinsame, mit der ankommenden Hochdruckleitung verbundene Vorkammer aufweisen, die gegenüber den Speicherrohren über Schwimmer betätigte Klappen verschließbar sind, wobei die abgehenden Hochdruckleitungen sowie die Niederdruckleitungen gegenüber beiden Speicherrohren durch Rückschlagventile abgesichert sind.
Auch diese Regeleinrichtung. zeichnet sich durch Einfachheit aus, da die Fließgeschwindigkeit bzw. der Druck der Flüssigkeit gleichzeitig zur Betätigung der einzelnen Klappen bzw. Ventile benutzt wird. Dazu ist vorgesehen, daß die Rückschlagventile bei einstellbarem Normaldruck selbsttätig öffnend ausgebildet sind, so daß über den jeweiligen Rückschlag beim Öffnen oder Schließen der Klappen auch die entsprechenden Rückschlagventile geöffnet bzw. geschlossen werden. Dieser Rückschlag wird unter anderem dadurch erzeugt, daß die einzelnen Klappen wechselweise wirkend ausgebildet und mit einer Hilfseinrichtung zum Öffnen versehen sind. Die geöffnete Klappe verschließt gleichzeitig durch ihre Zusammenwirkung mit der zweiten Klappe das andere Speicherrohr Neben der Möglichkeit, die Klappen über die Schwimmer direkt zu betätigen, bestehen auch verschiedene denkbare weitere Lösungen, um dieses indirekt elektrisch, hydraulisch oder elektrohydraulisch zu erreichen. So können die den Speicherrohren vorgeschalteten Absperrorgane über einen Stellzylinder betätigbar sein, die von über die Schwimmer betätigen Ansteuerventilen oder Magnetschaltern gesteuert sind. Weiter ist es möglich, die Einlässe der Speicherrohre über einen Vierwegehahn mit Drehantrieb nacheinander mit der ankommenden Hochdruckleitung zu verbinden oder aber den Stellzylinder statt über die Schwimmer über eine Teilmengensteuerung zu betreiben.
Um das Öffnen der Klappen aus dem Niederdruck- in den Hochdruckbereich zu erleichtern, ist vorgesehen, daß den Klappen vorgespannte Federn und die Klappen durchbrechende kleinkalibrige Druckentlastungsventile zugeordnet sind. Über die Druckentlastungsventile kann somit auf einfache Weise ein Druckausgleich zwischen der Vorkammer und dem Speicherrohr erreicht werden, so daß dann die Klappe einfach geöffnet wird. Dies wird durch die vorgespannte Feder noch zusätzlich erleichtert. Weiter ist es denkbar, die Schwimmer so auszurüsten, daß sie den Öffnungsvorgang erleichtern. Dies ist beispielsweise möglich, in dem die Schwimmer ein- oder beidseitig, mittig vorstehende, Kolben aufweisen. Als Balgschwimmer ausgebildete Schwimmer gestatten den Betrieb auch bei über Kurven verfügenden Speicherrohren.
Die Wirkung der Speicher, das heißt beim Schaltwechsel Wasser aufzunehmen und wieder abzugeben wird gemäß der Erfindung dadurch gewährleistet, daß die Speicher aus einem Speicherzylinder und einem von einer Spannfeder belasteten oder gewichtsbelasteten Ausgleichskolben bestehen. Hierbei erzeugt die Federspannung oder das Eigengewicht der Kolben eine höhere Rückstellkraft aLs die hydraulische Kraft, die durch den Druckabfall im Druckmengentauscher entsteht. Beide Kolbenseiten sind hydraulisch beaufschlagt, wobei die Federseite dem niedrigeren Druck zugeordnet ist. Das Arbeitsvolumen des Kolbens entspricht dem überschüssigen Strömungsvolumen der Druckumschaltphasen.
Ein eventuell notwendiger zusätzlicher Mengenausgleich, z.B. bei Brauchwasser-Entnahme aus dem Niederdruckbereich, kann dadurch geschaffen werden, daß den Niederdruckleitungen Mengenmeßeinrichtungen und der ankommenden Niederdruckleitung über die Mengenmeßeinrichtungen ein einstellbarer Wasserzulauf zugeordnet ist.
Eine weitere Möglichkeit der indirekten Steuerung mehrerer Speicherrohre ist erfindungsgemäß darin zu sehen, daß den Speicherrohren Temperaturfühler zugeordnet sind. Eine solche Regeleinrichtung ist insbesondere bei.dem Einsatz einer derartigen Vorrichtung in der Klimatisierung vorteilhaft, da hier Flüssiskeiten transportiert werden, die teilweise extrem hohe Temperaturunterschiede aufweisen.
Die Temperaturfühler übernehmen dabei zweckmäßigerweise über entsprechende elektrische Hilfseinrichtungen die Steuerfunktion der Absperrorgane.
Um bei den hohen Temperaturunterschieden eine zu starke Beanspruchung der Speicherrohre durch den Temperaturwechsel und gleichzeitig das ungewollte Aufwärmen des Kühlwassers zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Speicherrohre mit einer Innenisolierauskleidung zu versehen. Ein Temperaturverlust kann mit einer derartigen Innenisolierauskleidung annähernd ganz vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich zur Isolierung der Speicherrohre können die Schwimmer, die die zu- und ablaufenden Medien voneinander trenn, als schwimmbare, mindestens einseitig geschlossene Leichtrohre ausgebildet sein, die die Rohrinnenwand der zwei Temperaturbereiche voneinander trennen.
Beim Transport von Flüssigkeiten unterschiedlicher Zusammensetzung und Reinheit wie beispielsweise Abwasser und unter Tage benötigtes Brauchwasser ist es vorteilhaft, die Speicherrohre als doppelbeaufschlagbare Kammern auszubilden. Dabei ist es denkbar, in den Speicherrohren einseitig befestigte und beidseitig in gleichem Maße beaufschlagbare Faltenbalge anzuordnen, oder in den Speicherrohren einen durchgehenden, hin- und herbewegbaren Zylinder anzuordnen, oder aber ein schwimmfähiges, vorzugsweise einseitig geschlossenes Leichtrohr zu verwenden. Die jeweiligen Wechsel, das heißt die Steuerung der Hin- und Herbewegungen der Zylinder, Faltenbalge bzw.
Leichtrohre wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht und sichergestellt, daß in der Wandung der Speicherrohre ein in den Hohlraum vorstehender, über eine Feder belasteter Kontaktstift angeordnet ist, der die Steuerungsvorgänge bei Überfahrung auslöst. Anstelle des überstehenden Stiftes können auch bündige Magnet- oder Induktivschalter benutzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zweckmäßigerweise im untertägigen Bergbau so eingesetzt werden, daß sie einerseits das benötigte kalte Kühlwasser im Vorlauf und das benötigte Brauchwasser nach unter Tage, andererseits das warme Kühlwasser im Rücklauf nach über Tage bringt. Hierzu ist es vorteilhaft, die ankommende Hochdruckleitung und die abgehende Niederdruckleitung zur Versorgung der Grube mit Kühl- und Brauchwasser und die ankommende Niederdruckleitung und die abgehende Hochdruckleitung zum Abtransport des Restkühlwassers zu verwenden. Da beide Fässer im Prinzip austauschbar sind und da das ankommende Kühlwasser gleichzeitig auch als Brauchwasser verwendet werden kann, sind besondere Ausbildungen der Speicherrohre als Faltenbalge oder hin- und hergehenden Zylindern oder Ähnlichem nicht notwendig. Eine derartige Einrichtung mit Faltenbalgen oder hin- und herbewegbaren Zylindern ist aber besonders vorteilhaft zusätzlich oder separat gegenüber dem Einsatz in der Kältetechnik einsetzbar, wenn die Brauchwasserleitung und die Grubenwasserleitung die Energie diagonal austauschend miteinander verbunden sind. Dabei wird die Energie des Brauchwassers, das in der senkrecht im Schacht verlegten Leitung transportiert wird, ausgenutzt, um auf der anderen Seite das Grubenwasser, das heißt also die Abwässer der'Grube zu Tage zu heben.
Der technische Fortschritt sowie die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß unter Vermeidung von komplizierten Maschinen und Vorrichtungen und gleichzeitig bei übersichtlichem und einfachem Regelaufwand eine Vorrichtung geschaffen ist, mit der nicht nur beispielsweise-die für die Klimatisierung benötigten Kühlwässer vom Tage nach Untertage und von Untertage wieder zum Tage gefördert werden können, sondern gleichzeitig auch andere Flüssigkeiten unterschiedlicher Zusammensetzung und Reinheit. Aufgrund des einfachen Regelmechanismuses kann eine derartige Einrichtung auch dort eingesetzt werden, wo aus Entwicklungsgründen komplizierte elektrische oder elektrohydraulische Regelvorrichtungen nicht einsetzbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 das Schema eines Rohres des Druck-Mengenaustauschers, Fig. 2 im Schema das Ausführungsbeispiel eines Doppelrohr-Druckmengenaustauschers mit Schwimmer und Klappenregelung, Fig. 3 das Regelschema eines indirekt schaltenden Doppelrohr-Druckmengenaustauschers, Fig. 4 das Schaltschema eines Dreirohr-Druckmengentauschers, mit einem Vierwege-Drehventil, Fig. 5 eine Ausbildung der Klappen eines Doppelrohr-Druckmengenaustauschers, Fig. 6 Schwimmer eines Doppelrohr-Druckmengenaustauschers, Fig. 7 Schwimmer eines Doppelrohr-Druckmengenaustauschers, Fig. 8 die schematische Darstellung einer für die Elimatisierung und Brauchwasserversorgung eingesetzten Vorrichtung, Fig. 9 die schematisierte Darstellung einer für die Brauchwasserversorgung und die Grubenwasserförderung eingesetzten Vorrichtung, Fig. 10 Speicher eines Doppelrohr-Druckmengenaustauschers, Fig. 11 Schema eines Druckmengentauschers mit einer zusätzlichen Mengenreguliervorrichtung, Fig. 12 ein Speicherrohr teilweise im Schnitt, mit Innenisolierung, Fig. 13 Druckmengenaustauscher mit Faltenbälgen, Fig. 14 Druckmengentauscher mit einem Leichtrohr, und Fig. 15 Schaltschema eines Dreirohr-Druckmengenaustauschers mit Doppelrückschlagklappen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Druckmengentauscher, der allgemein mit 1 bezeichnet ist, wird das unter Druck stehende Medium, vorzugsweise Wasser über die Hochdruckleitung 3 und bei Öffnen des Mehrfachwegeventils 4 dem Speicherrohr 5 zugeführt. Über das Druckwasser wird dabei das in der den Rücklauf 7 führenden Normaldruckleitung 6 sitzende Rückschlagventil 8 sowie das in der abgehenden Niederdruckleituhg 12 sitzende Rückschlagventil 9 geschlossen, während das in der abgehenden Hochdruckleitung 11 sitzende Rückschlagventil 10 gleichzeitig geöffnet wird. Bei Öffnen des Mehrfachwegeventils 4 wird somit das im Speicherrohr 5 anstehende Wasser in die Hochdruckleitung 11 hineingedrückt.
Nach dem Schließen des Mehrfachwegeventils 4 wird zunächst über die Bypaßleitung 2 das Speicherrohr 5 auf den Niederdruck entspannt, woraufhin sich das federbelastete Rückschlagventil 9 in der abgehenden Niederdruckleitung 12,öffnet. Gleichzeitig öffnet der geringe Überdruck in der ankommenden Niederdruckleitung 6 das Rückschlagventil 8 bzw. die Rückschlagklappe, wodurch der Strömungsweg freigegeben wird und das rückflißende Niederdruckwasser das aus dem Hochdruck zugeflossene Wasser in die abgehende Niedruckleitung 12 verdrängen kann. Nach dem Schließen der Absperrklappen des Niederdruckbereiches wird das Speicherrohr über die Bypaßleitung 13 mit Hochdruck beaufschlagt und anschließend das Mehrfachwegeventil 4 geöffnet, so daß sich der gesamte Vorgang wiederholen kann.
Das Öffnen bzw. Schließen der kleinbauenden Rückschlagventile bzw. Klappen 14, 14' in den Bypaßleitungen 2, 13 geschieht derartig, daß das Rückschlagventil 9 beim Schließen die Bypaßleitung 13 öffnet und die Drossel bzw. Klappe 14 schließt. Andererseits wird beim Schließen des Mehrfachwegeventils 4 die Klappe bzw. die Drossel 14' geöffnet und gleichzeitig die Klappe 14 geschlossen. Die Bypaßleitung 2, 13 können darüber hinaus auch durch elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigte Absperrorgane geöffnet bzw. geschlossen werden. Diese Bypaßschaltung zur Druckent- bzw. Druckbelastung der Speicherrohre 5 kann auch für die anderen Ausführungsbeispiele benutzt werden, die anschließend erläutert werden.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Form des Druckmengentauschers sind zwei Speicherrohre 5, 18 vorgesehen, wobei die Regelung über die Schwimmer 19, 20 erfolgt. Beiden Speicherrohren 5, 18 vorgeschaltet ist eine Vorkammer 21, die über die Klappen 23, 4 mit der Hilfseinrichtung 25 jeweils mit dem einen Speicherrohr 5 bzw. 18 verbunden werden kann. In der dargestellten Position hat gerade der Schwimmer 19 über die Hilfseinrichtung 25 die Klappe 23 geöffnet, während die andere Klappe 24 geschlossen ist. Über das Zusammenwirken der beiden Klappen 23, 24 wird ein Rückschlag erzeugt, der die den Niederdruckleitungen 6, 12 bzw. der abgehenden Hochdruckleitung 11 zugeordneten Rückschlagventile 26, 27, 28 entweder öffnet oder schließt. Der ankommenden Hochdruckleitung 3 sowie der ankommenden Niederdruckleitung 6 ist jeweils ein Speicher 29, 30 zugeordnet, in die bei den Schaltpausen entweder Wasser hineingedrückt oder herausgedrückt wird.
Die Schwimmer können die in Fig. 2 gezeigte Form oder die in Fig.
6 bzw. 7 bzw. 14 gezeigten Formen aufweisen. Bei dem Schwimmer 19 gemäß Fig. 6 sind an beiden Seiten Kolben 49, 50 ausgebildet, während der Schwimmer 19 gemäß Fig. 7 als Faltenbalg ausgebildet ist.
Zur Druckentlastung sind die Schwimmer gegebenenfalls mit einem Druckausgleichsrohr, das beide Stirnseiten zueinander öffnet, zu verbinden.
Anstelle der Bypaßschaltung kann, um das Öffnen der Speicherrohre 5 bzw. 18 zu erleichtern, gemäß Fig. 5 in den Klappen 23, 24 jeweils ein Druckentlastungsventil 47 angeordnet werden. Außerdem weist die Hilfseinrichtung 25 zusätzlich eine Feder 48 auf, die das Öffnen der Klappen 23, 24 über den Schwimmer 19 bzw. 20 wesentlich erleichtert.
Neben der in Fig. 1 und 2 gezeigten Regeleinrichtung kann ein derartiger Druckmengenaustauscher 1 auch über eine indirekte Steuerung verfügen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Dabei betätigen die beiden Schwimmer 19 bzw. 20 jeweils indirekt die in der ankommenden Hochdruckleitung 3 angeordneten Absperrorgane 34, 35, in dem sie über die Ansteuerventile 37, 38 oder Kontakt- bzw. Induktionsschalter das notwendige Signal an den Stellzylinder 36 weitergeben.
Dieses Signal kann auch für das Öffnen bzw. Schließen der Bypaßschaltung benutzt werden.
Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform des Druckmengenaustauschers 1 zeichnet sich dadurch aus, daß durch die Anordnung von drei Speicherrohren 5, 18, 40 ein annähernd konstanter Fluß der zu transportierenden Medien erreicht wird. Iii er ist jeweils eines der Speicherrohre 5, 18, 40 mit der ankormlenden Hochdruckleitung 3 verbunden, so daß dieses Medium entsprechend konstant fließen kann, da gleichzeitig auch kontinuierlich eines der Speicherrohre 5, 18, 40 mit den entsprechenden abgel.enden Niederdruckleitung 12 bzw. Hochdruckleitung 11 bzw. auch m t der Niederdruckleitung 6 verbunden ist. Die Steuerung erfolgt hier über einen Vierwegehahn 41, der jeweils eines der drei Spei<herrohre 5, 18, 40 mit der ankommenden Hochdruckleitung 3 verbindet. Um die zu- und ablaufenden Medien voneinander trennen zu können und die Wirkung der Rückschlagventile zu erhöhen, weisen die einzelnen Speicherrohre 5, 18, 40 Schwimmer 19, 20, 42 auf, so daß die einzelnen Rückschlagventile 8, 9, 10, 26, 27, 28, 43, 44, 45 den l)enötigten Rückschlag erhalten.
Bei der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung handelt es sich um einen Zweirohr-Druckmengenaustauscher 1, der die untertägigen Betriebe gleichzeitig mit dem benötigten Kühlwasser und mit dem Brauchwasser versorgt. Übertage erfolgt die Frischwasserzugabe 53 und die Kühlung 54 des über die Hochdruckleitung 11 hochgeförderten Wassers. Nach erfolgter Kühlung wird das Kühlwasser dann über die ankommende Hochdruckleitung 3 unter Tage mit dem Speicher 29 dem eigentlichen Druckmengenaustallscher mit dem Speicherrohr 5 und 18 zugeführt. Von hieraus wird das Kühlwasser dann nach erfolgtem Druckaustausch über die abgehende Niederdruckleitung 12 den jeweiligen Bedarfsstellen mit Brauchwasserentnahme 55 und Wetterkühlern 56 zugeführt. Nach entsprechender Aufwärmung wird das Kühlwasser dann über die Niederdruck-Umwälzpumpe 57 und den Speicher 30 wieder über die ankommende Niederdruckleitung 6 den Speicherrohren 5, bzw. 18 zugeführt und dann mit Druck in die abgehende Hochdruckleitung 11 gegeben. Der Rückfluß 7 ist durch die Entnahme 55 kleiner als der Zulauf. In den Speicherrohren 5, 18 werden jedoch nur annähernd gleiche Mengen durchgesetzt. Die Überschußmenge 55 fließt daher unter Umgehung des Druckmengen-Austauschers 1 durch das Druckminderventil 15.
Die in Fig. 9 gezeigte Einrichtung arbeitet im Prinzip ähnlich der in Fig. 8 gezeigten, nur daß hier das Brauchwasser über die Brauchwasserleitung 80/3 und 12 geführt ist, während das über die Umwäzpumpe 57 aus dem Sumpf 58 gepumpte Grubenwasser über die Grubenwasserleitung 81/6 bzw. 11 zu Tage und von dort in die Abwasserleitung 59 geführt wird. Die Grubenwassermenge, die den Brauchwasserbedarf 55 übersteigt und daher nicht vom Druckmengen-Austauscher erfaßt wird, pumpt eine HochdruckSumpe 72 direkt in die Steigeleitung 81.
Fig. 10 zeigt eine Ausbildung der eingesetzten Speicher 29, 30, die jeweils aus einem Speicherzylinder 64, einem Ausgleichskolben 65 und einer Spannfeder 66 bestehen. Anstelle des Ausgleichskolbens 65 kann auch eine Membrane benutzt werden. Anstelle der Feuer kann ein entsprechendee Gewicht eingesetzt werden.
Nach Fig. 11 sind der ankommenden Niederdruckleitung 6 und der abgehenden Niederdruckleitung 12 jeweils Mengenmeßeinrichtunyen 67, 68 zugeordnet, über die der Wasselzulauf 69 zur ankommenden Niederdruckleitung 6 geregelt wird. Dadurch ist sichergestellt, daß jeweils gleiche Mengen dem aus einem Speicherrohr 5 oder aus mehreren Speicherrohren 5, 18 bestell(nden Druckmengenaustaus cher zugeführt wird.
Nach Fig. 12 weisen die Speicherrohre 5, 18, 40 eine Innenisolierauskleitiung 7() aul', die gegenüber dem zu transportierenden Medium durch ein innenliegendes Schutzrollr 71 geschützt ist. Die Innenisolierung kann auch durch eine einfache Inneneinlage, z.B. Gurarierung od<r Kunststoffauskleidung öfter folie erfolgen.
Fig. 13 zeigt einen Druckmengenaustauscher, bei dem in den Speicherrohren jeweils Faltenbalge 74, 75 angeordnet sind, die- über ein Achtwegeventil 73 gesteuert sind. Ebenso wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 13 kann auch bei der Vorrichtung gemäß Fig. 14 ein Druckmengenaustausch auch bei Flüssigkeiten oder Medien unterschiedlicher Zusammensetzung und Reinheit erfolgen. Die Regelung erfolgt über den in die Wandung 76 des Speicherrohres 5 eingelassenen Kontaktstift 78, der bei Überfahren durch das Leichtrohr 77 die in den Druckleitungen 3, 6, 11, 12 sitzenden Ventile schaltet. Anstelle des Kontaktstifes können Magnetschalter, Thermoschalter, induktive oder andere Kontaktgeber eingesetzt werden, die ihre Impulse zu entsprechenden Verstärker- bzw. Regelungsanlagen weitergeben.
Fig. 15 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Dreirohr-Druckmengenaustauschers. Die Rückschlagklappen 9, 23 bzw. 44, 52 bzw. 27, 51 bzw. 8, 10 bzw. 43, 45 bzw. 26, 28 sind jeweils als Klappenpaar ausgebildet und mit einer gemeinsamen Rückschlagklappenwelle versehen, wobei jeweils eine Klappe auf die andere zu ist. Der Wechsel von Schließen und Öffnen der Klappen wird durch hydraulische Stellzylinder 36, 60, 61, 63, 17 besorgt, wobei das zentrale Steuerorgan 88 über entsprechende Elektroventile die Stellzylinder beaufschlagt. Das Signal für die Umschaltunyen geben Impulse aus den Magnet- oder Induktivschaltern 82, 83, 44, 87, 84, 85, 86.
Das zentrale Steuerorgan 88 sperrt die Weitergabe und Verstärkung der Impulse derartig, daß mindestens jeweils ein Speicherrohr 5, 18, 40 im Hochdruckbereich und ein Speicherrohr im Niederdruckbereich arbeitet.
1 Druckmengentauscher 2 Bypaßleitung 3 Hochdruckleitung ankommend 4 Mehrfachwegeventil 5 Speicherrohr 6 Niederdruckleiirnung ankommend 7 Rücklauf 8 Rückschlagventil Niederdruckleitung ankommen 9 Rückschlagventil federbelastet 10 Rückschlagventil Hochdruckleitung abgehend 11 Hochdruckleitung abgehend 12 Niederdruckleitung abgehend 13 Bypaßleitung 14 Drossel 15 DruckmindervenI.il 17 Stellzylinder ür Rückschlagklappe 18 Speicherrohr 19 Schwimmer zu 5 20 Schwimmer zu 10 21 Vorkammer 23 Klappe 24 Klappe 25 Hilfseinrichiung 26 Rückschlagventil oder Rückschlagklappe 27 Rückschlagventil " EI 28 Rückschlagventil " 1? 29 Speicher 30 Speicher 34 Absperrorgan 35 Absperrorgan 36 Stellzylindel 37 Ansteuerventil 38 Ansteuerventil 40 Speicherrohr 41 Vierwegehahn 42 Schwimmer 43 Rückschlagventil oder Rückschlagklappe 44 Rückschlagveiitil " II 45 Rückschlagveiltil 47 Druckentlastlingsventil 48 Feder 49 Kolben zu 19 50 Kolben zu 19 51 Rückschlagventil oder Rückschlagklappe 52 Rückschlagventil 53 Frischwasseraufgabe 54 Kühlung über Tage 55 Brauchwasserentnahme 56 Wetterkühler 57 Umwälzpumpe Niederdruck 58 Sumpf 59 Abwasserleitung 60 Stellzylinder für Rückschlagklappe 61 Stellzylinder " " II 63 Stellzylinder " " 64 Speicherzylinder 65 Ausgleichskolben 66 Spannfeder 67 Mengenmeßeinrichtung 68 ' Mengenmeßeinrichtung 69 Wasserzulauf 70 Innenisolierauskleidung 71 Schutzrohr 72 IIochdruck-Zusatzpulllpe 73 Achtwegeventil 74 Faltenbalg 75 Faltenbalg 76 Wandung 77 Leichtrohr 78 Kontaktstift 80 Brauchwasserleitung 81 Grubenwasserleitung 82 Magnet- oder Induktiv-Schalter 83 84 " " II 85 " " II 86 " " 87 " " II 88 Zentralsteuerung L e e r s e i t e

Claims

Vorrichtung zum Druck- und Mengenaustausch Patentansprüche Vorrichtung zum Druck- und Mengenaustausch von vorzugsweise flüssigen Medien, bestehend aus Kammern, die über Absperr-und Regelorgane mit der Hochdruck- bzw. Niederdruckleitung zu verbinden sind und die dabei wechselweise nacheinander mit Hoch- bzw. Niederdruck beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß den als Diagonalverbinder zwischen ankommenden und abgehenden Hochdruck- und Niederdruckleitungen (3,6, 11, 12) geschalteten Speicherrohren (5) ein zentralbetätigtes Mehrfachwegeventil (4) und mindestens eine der Zahl der restlichen Hoch- und Niederdruck leitungen entsprechende Zahl von Rückschlagventilen (8, 9, 10) zugeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem als Absperrorgan wirkenden Mehrfachwegenventil (4) in der ankommenen Hochdruckleitung (3) in der abgehenden Hochdruckleitung (11) ein Rückschlagventil (10), in der den Rücklauf (7) führenden ankommenden Niederdruckleitung (6) ein Rückschlagventil (8) und in der abgehenden Niederdruckleitung (12) ein vorgespanntes Rückschlagventil (9) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherrohre (5) über einen deutlich geringeren Durchmesser aufweisenden Bypaßleitungen (2, 13), in denen Drosseln oder Sperrorgane (14, 14') angeordnet sind, mit der ankommenden Hochdruckleitung (3) bzw. der ankommenden Niederdruckleitung (6) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Speicherrohren (5, 18) dem Mehrfachwegeventil (4) und dem Rückschlagventil (8) in der ankommenden Niederdruckleitung (6) Speicher (29, 30) zugeordnet sind, deren Volumen nach den eingestellten Totzeiten bemessen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherrohre (5, 18) eine gemeinsame, mit der ankommenden Hochdruckleitung (3) verbundene Vorkammer (21) aufweisen, die gegenüber den Speicherrohren über Schwimmer (19, 20,) betätigte Klappen (23, 24) verschließbar sind, wobei die abgehende Hochdruckleitung (11) sowie die Niederdruckleitungen (6, 12) gegenüber beiden Speicherrohren durch Rückschlagventile (8, 9, 10, 26, 27, 28) abgesichert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (9, 27, 44) bei einstellbarem Druckselbsttätig öffnend ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schwimmern (19, 20) betätigten Klappen (23, 24) für die beiden Speicherrohre (5, 18) wechselwirkend ausgebildet und mit einer Hilfsreiririchtung (25) zum Öffnen versehen sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Speicherrohren (5, 19) vorgeschalteten Absperrorgane (34, 35) über einen oder mehrere Stellzylinder (36) betätigbar sind, die von über die Schwimmer (19, 20) betätigten Ansteuerventilen (37, 38) oder Schaltern gesteuert sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlässe der Speicherrohre (5, 18, 40) über einen Vierwegehahn (41) mit Drehantrieb oder einen Steuerzylinder bzw.

-schieber und Stellantrieb nacheinander mit der ankommenden Hochdruckleitung (3) verbunden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die den Speicherrohren (5, 18) vorgeschalteten Absperrorgane (34, 35)über Stellzylinder (36), Stellantriebe oder Drehantriebe betätigbar sind, die über Teilmengensteuerung oder Meßimpulse der Durchflußmengen betrieben sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Klappen (23, 24) vorgespannte Federn (48) und die Klappen durchbrechende kleinkalibrige Druckentlastungsventile (47) zugeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspuch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer (19, 20), die dem Speicherrohrdurchmesser angepaßt ausgbildet sind, ein- oder beidseitig mittig vorstehende Kolben (49-, 50) aufweisen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer (19, 20) als Balgsschwimmer ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher (29, 30) aus einem Speicherzylinder (64) und einem von einer Spannfeder (66) oder gewichtsblasteten Ausgleichs--kolben (65) bestehen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Wieder druckleitungen (6, 12) Mengenmeßeinrichtungen (67, 68) und der ankommenden Niederdruckleitung (6) über die Mengenmeßeinrichtungen ein einstellbarer Wasserzulauf (69) zugeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 und.Anspruch 2, dadurch gekenr.-zeichnet, daß den Speicherrohren (5, 18, 40) Temperaturfühler zugeordnet sind, die über entsprechende elektrische Hilfseinrichtungen mit den Absperrorganen (4,34, 35) verbonden sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherrohre (5,18, 40) eine Innenisolierauskleidung (70) aufweisen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherrohre (5, 18, 0) als doppelbeaufschlagbare Kammern ausgebildet sind..
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicherrohren (5, 18, 40) einseitig befestiyte und beidseitig in gleichem Maße druckbeaufschlagbare Faltenbalge (74, 75) angeordnet sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicherrohren (5, 18, 40) ein durchgehender, hin- und herbewegbarer Zylinder angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicherrohren (5,18, 40) ein schwimmfähiges, mindestens einseitig geschlossenes Leichtrohr (77) angeordnet ist, dessen Länge vorzugsweise seinem Hubweg entspricht.
22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung (76) der Speicherrohre (5, 18, 40) ein in den Hohlraum vorstehender, über eine Feder belasteter Kontaktstift (78) angeordnet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die ankommende Hochdruckleitung (3) und die abgehende Niederdruckleitung (12) zur Versorgung der Grube mit Kühl- und Brauchwasser, vorzugsweise von über Tage, und die ankommende Niederdruckleitung (6) und die abgehende Hochdruckleitung (11) zum Abtransport des Restkühlwassers, vorzugsweise nach über Tage dient.
24. Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brauchwasserleitung (80) und die Grubenwasserleitung (81) die Energie diagonal austauschend miteinander verbunden sind.