DE3146915A1

DE3146915A1 - Verfahren und vorrichtung zur wirbeleinspritzung

Info

Publication number: DE3146915A1
Application number: DE19813146915
Authority: DE
Inventors: Jeffrey L. 74601 Ponca Okla. Beck
Original assignee: Conoco Inc
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1981-11-26
Publication date: 1982-10-28
Also published as: AU7749181A; GB2089668A; DE3153250A1; PL137348B1; PL234378A1; ZA817790B; CA1190217A; DE3153250C2; US4449862A; AU536995B2; DE3146915C2; GB2089668B; FR2496778A1; FR2496778B1

Description

PATElVTAN WALTE* DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

MARIA-THERESIA-STRASSE 20 POSTFACH B6O2ÖO

D-8OOO MUENCHEN 86

Conoco, Inc.
Ponca City, Oklahoma ■V.St.A.

ZUGELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPfENS

-TELEFON O89M7O6006 TELEX 522 TELEGRAMM SOMBEZ

11146

Verfahren und Vorrichtung zur Wirbeleinspritzung

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 691 48-UQO BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700 2OCMO) KTO. 60 6O 257 378 SWIFT HYPO DE MM

Conoco, Inc.

Ponca City, Oklahoma

V.St.A.

11 1U6

Verfahren und Vorrichtung zur Wirbeleinspritzung

In. der Vergangenheit wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um eine Einrichtung zum Einspritzen von unter niedrigem Druck stehenden Peststoffen in ein unter hohem Druck stehendes System zu entwickeln. Frühere Systeme arbeiteten meistens chargenweise, wobei Niederdruck-Feststoffe ©der Schlämme in eine Kammer eingebracht wurden, woraufhin man Hochdruck-Wasser einsetzte, um den Schlamm aus der Kammer auszutreiben. Ein solches System ist in der US-PS 3 789 (Edward D. Funk) beschrieben. Ein neueres System, welches eine mehr kontinuierliche Arbeitsweise ermöglicht, zeigt die US-PS 4 UM 955 (Toshinobu Araoka). Nach dieser Patentschrift wird eine U-förmige Mischkammer verwendet, in der ein Flügelrad angeordnet ist. Die Drehung des Flügelrades bewirkt eine Mischung des Fluids, welches in die Mitte der Kammer eingespritz wird. Die Feststoffe neigen dazu, einen extremen Verschleiß an einer Flügelrad-Vorrichtung hervorzurufen. Dementsprechend führen die Systeme, die in den beiden oben erwähnten Patentschriften beschrieben sind, zu einem hohen Verschleiß an den Kammern oder den Flügelrädern. Sie er-

: 3H6915

fordern also einen hohen Wartungsaufwand, um die Mischvorrichtung in Betrieb zu halten.

Die Erfindung umfaßt eine Wirbeleinspritzvorrichtung mit einem Gehäuse von Im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Hochdruckfluid, wie etwa Wasser, wird tangential in das Gehäuse eingespritzt, wobei ein Auslaß für Hochdruckfluid ebenfalls tangential zum Gehäuse vorgesehen ist.'Niederdruckßchlamm wird in das Gehäuse an der Stelle eines Wirbels eingespritzt, der hervorgerufen wird sowohl durch die rotierenden Fluide im Gehäuse als auch durch einen Niederdruckauslaß . Der Wirbel schafft eine Niederdruckzone, in der der Schlamm zugegeben werden kann. Die Schlammpartikel bewegen sich zur Außenwand, wo sie mit dem rotierenden Hochdruckfluid gemischt und an.der Stelle des Hochdruckauslasses aus der Kammer ausgeworfen werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aua der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführunp;r·.-beifspLelen im.Zuaammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Mischkammer mit. Einlaß und Auslaß für das Hochdruckfluid, und zwar im Zusammenhäng mit einer bevorzugten Einlaß-·und Auslaßanordnung für das Niederdruckfluid oder den Schlamm;

Fig. 2 einen Querschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine zum Teil aufgeschnittene' Darstellung einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. )\ eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 3;

--ΚΓ-

Fig. 4a eine geringfügig abgewandelte Anordnung der Ablenkplatte nach Fig. 4;

Fig. 5 eine Stirnansicht einer praktisch ausgeführten erfindungsgemäßen Konstruktion;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6· in Fig. 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht zur Darstellung der Anordnung von Niederdruckeinlaß und -auslaß;

Fig. 8 eine Verfahrensführung unter Verwendung einer Wirbeleinspritzvorrichtung.

Wie es sich aus der Zeichnung, insbesondere aus den Figuren 1 und 2 ergibt, weist eine Wirbelkammer 10 einen Hochdruckeinlaß 11 und einen Hochdruckauslaß 12 auf. Der Hochdruckeinlaß 11 und der Hochdruckauslaß 12 sind so an die Wirbelkammer 10 angeschlossen, daß die Achse des Hoch-: druckeinlasses 11 senkrecht auf einem durch d^n Mittelpunkt der Wirbelkammer 10 hindurchgehenden Durchmesser steht. Ein Niederdruckeinlaß 13 wird von einem Rohr gebildet, welches koaxial mit einem Rohr 14 fluchtet. Letzteres führt zu einem rohrförmigen Niederdruckauslaß 15, wie es durch den Pfeil l6 angedeutet ist.

Die Vorrichtung'nach den Figuren 1 und 2 arbeitet folgendermaßen. Hochdruckfluid, beispielsweise Wasser, tritt in Richtung des Pfeils 9 in die Wirbelkammer ein und bewegt sich entlang deren Innenseite, wie es durch den Pfeil 17 angedeutet ist..Das Hochdruckfluid wandert in Richtung dieses Pfeils 17 rund um die Wirbelkammer 10, und da ein Anteil des Fluids durch das Rohr 1Ί und den Niederdruckaua-

-Kl-

laß 15 austritt, bildet das Fluid annähernd entlang der Achse des rohrförmigen Niederdruckeinlasses 13 einen Wirbei, wie es durch den Pfeil 18 gezeigt ist. Der. Wirbel gemäß Pfeil 18 besitzt einen beträchtlich verminderten Druck. Dementsprechend können die Feststoffe und Flüssigkeiten, die entsprechend dem Pfeil 19 durch den rohrförmigen Niederdruckeinlaß 13 eintreten, direkt in die durch den Pfeil 18 angedeutete Wirbelregion gelangen, ohne daß irgend eine Förderwirkung oder Druckerzeugung mittels einer Pumpe erforderlich wäre. Wenn der Schlamm in Richtung des Pfeils 19 in die durch den Pfeil 18 angegebene Wirbel-· region gelangt, können die Materialpartikel 20, die beispielsweise aus Kohle bestehen/ in Richtung des Pfeils 21 wandern. Folglich bewegen sich die Materialpartikel 20 in den Außenbereich der Wirbelkammer 10 und treten in Rieh-. tung des Pfeils 22 aus dem Hochdruckauslaß 12 aus. Da ein Fluid gemeinsam mit den Materialpartikeln in den rohrförmigen Niederdruckeinlaß 13 eintritt und da. sich ein Fluidanteil zur Bildung des Niederdruckwirbel-s vom Hochdruckeinlaß 11 zum Niederdruckauslaß 15 bewegt, tritt Fluid durch den rohrförmigen Niederdruckauslaß 15 in Richtung des Pfeils l6 aus. Das aus dem Niederdruckauslaß 15 kommende Fluid kann in verschiedenster Weise abgeführt werden, wie es später noch diskutiert werden soll.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung nach den Figuren 1 und 2. Die Grundvorrichtung nach Fig. 3 stimmt mit der nach den Figuren 1 und 2 überein und weist die Wirbelkammer 10 auf, die den Hochdruckeinlaß · 11 und den Hochdruckauslaß 12 sowie den Niederdruckeinlaß 13 und den Niederdruckauslaß 15 umfaßt. Der wesentliche Unr terschied der Vorrichtung nach Fig. 3 gegenüber der nach Fig. 1 liegt in der Konstruktion des rohrförmigen Niederdruckauslasses 15· Dieser ist nicht an ein koaxiales Rohr

3U6915

lty angeschlossen, sondern steht mit der Wirbelkammer 10 an der "Stelle des Wirbels, und zwar gegenüber dem rohrförmigen Niederdruckeinlaß 13, in Verbindung. Der Niederdruckeinlaß 13 besitzt vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als der rohrförmige' Niederdruckauslaß 15, um den niedrigsten Druck am Einlaß aufrechtzuerhalten, so daß die Fluide nicht die Tendenz erhalten, in den Niederdruckeinlaß 13 .einzutreten.

Der Wirkungsgrad der Vorrichtung nach Fig. 3 ist nicht so hoch wie der Wirkungsgrad der Vorrichtung nach Fig. 1, da der in Richtung des Pfeils 19 eintretende Schlamm nicht nur, wie vorher anhand von Fig. 1 und 2 beschrieben, in Richtung des Pfeils 21 wandert. Vielmehr geht ein Teil des Materials in Richtung des Pfeils 25 vollständig durch den Wirbel hindurch. Diese Materialpartikel 20 gelangen sodann in den Niederdruckauslaß 15 und vermindern somit "den Wirkungsgrad des gesamten Prozesses.

Das anhand von Fig. 3 erläuterte Problem kann in etwa dadurch vermieden werden, daß die Konstruktion nach Fig. 3 durch Verwendung einer Prallplatte 30 abgewandelt wird, welche von einer Halterung 31 getragen wird. Diese Halterung ist ihrerseits über Träger 32 oder entsprechende Konstruktionen mit dem rohrförmigen Niederdruckauslaß 15 verbunden. Die Prallplatte 30 kann auch in anderer Weise befestigt werden. Zum Beispiel kann man sie an der Innenseite der Wirbelkammer 10 oder sogar innerhalb des rohrförmigen Niederdruckeinlasses 13 anordnen. Das Hauptkriterium besteht darin, daß die Tragkonstruktion der Prallplatte 30 so wenig wie möglich dem Verschleiß durch die Materialpartikel 20 unterworfen wird und außerdem die Drehbewegung des Fluids innerhalb des Wirbels entsprechend den Pfeilen 17 und 18 nicht hindert. Tritt also Niederdruckfluid in Richtung deo Pfeils 19 durch den rohrförmigen Niederdruckeinlaß 13 ein,

3U6915

so wandert dieses Fluid in Richtung des Pfeils 21. Anstatt sich jedoch direkt zum rohrförmigen Niederdruckauslaß 15 zu. bewegen, trifft das Fluid zusammen mit den Materialpartikeln 20 auf die Prallplatte 30, welche die Materialpartikel derart ablenkt, daß sie von eiern in Richtung des Pfeils 17 rotierenden Fluid aufgenommen werden.

Eine abgewandelte- Ausführungsform der Prallplatte 30 ist in Fig. 4a dargestellt. In diesem Falle weist der rohrförmige Niederdruckeinlaß 13 an seinem Ende eine Stirnplatte 33 auf und ist mit einer Mehrzahl von Schlitzen 34 versehen. Die Stirnplatte 33 arbeitet exakt in der gleichen Weise wie die Prallplatte 30 nach Fig. 4, während die Schlitze· 34 den Durchgang des Schlamms in die Wirbelkammer 10 und den Durchgang des Fluids zum rohrförmigen Niederdruckauslaß 15 gestatten.

Eine tatsachlich gebaute Ausführungsform nach der Erfindung ergibt sich aus den Figuren 5 und 6. Die Wirbelkammer 10 besteht aus zwei glockenförmigen Elementen 35 und 36 mit inneren scheibenförmigen Elementen -37 und 38. Die Elemente 35 und 36 sind bei 39 miteinander verschweißt, .und die scheibenförmigen Elemente 37 und 38 sind an ihren Rändern 40 und 4-1 zusammengeschweißt. Das koaxiale Rohr l4 besteht aus einem T-förinigen Rohr mit angeschweißten Flanschen 42, 43 und 44. Ein Flansch 45 ist an ein kurzes Rohrstiick 46 angeschweißt, welches mit dem glockenförmigen Element 35 und mit dem scheibenförmigen Element 37 in Verbindung steht. Die Flansche 42 und 45 sind in üblicher Weise miteinander verschraubt. Der rohrf'örmige Niederdruckeinlaß- 13 ist an einem Flansch 47 befestigt, der mit.dem Flansch 43 verschraubt ist. Ein kleineres glockenförmiges Element 49 ist an dem scheibenförmigen Element 38 angeschweißt. Um den Druck von dem scheibenförmigen Element 37 und 38 auf die glockenförmigen Elemente 35

3H-6915

bzw. 36 zu übertragen, kann der Raum zwischen den scheibenförmigen und den glockenförmigen Elementen mit einem Fluid oder einem Feststoffmaterial ausgefüllt bzw. verrippt sein.

. Eine Abwandlung der Vorrichtung nach den Figuren 5 und 6 gegenüber den vorher beschriebenen Vorrichtungen besteht in einer Einschnürung 50 des rohrförmigen Hochdruckeinlasses 11, Die Durchmesserverminderung im Einlaßrohr erhöht die Geschwindigkeit des Fluids beim Eintritt in die Wirbelkammer 10. Wie'ersichtlich, kann der Durchmesser des Einlaßrohres variiert werden, und zwar vom tatsächlichen Durchmesser des .Hochdruckeinlasses 11 bis auf eine wesentlich verminderte Größe. Dies hängt ab von der Geschwindigkeit, die innerhalb der Wirbelkammer erwünscht ist. Wenn die Geschwindigkeit am rohrförmigen Hochdruckeinlaß 11 wesentlich erhöht wird, dann kann der Wirkungsgrad der Vorrichtung dadurch gesteigert wurden, daß man den unter niedrigem Druck stehenden Feststoff-Fluid-Schlamm durch den Niederdruckeinlaß 13 an einer Stelle in die Wirbelkammer 10 einspritzt, die etwas vom axialen Mittelpunkt der- Wirbelkammer abweicht.

Anhand von Figur 7 wird eine Abwandlungsform der obigen Vorrichtung beschrieben, die zur Wirkungsgradsteigerung dient. Wenn die Geschwindigkeit durch die Einschnürung 50 des rohrförmigen Hochdruckeinlasses 11 erhöht wird, dann sollte der Wirbeleinspritzpunkt gegen den Einlaß oder den Auslaß, dessen Geschwindigkeit erhöht wurde, verschoben werden. Im vorliegenden Fall wird der Wirbeleinspritzpunkt in Richtung des Pfeils 51 versetzt, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.

Die Betriebsweise der Vorrichtung nach den Figuren 5, 6 und 7 entspricht im wesentlichen der Betriebsweise der vor-

her beschriebenen Vorrichtungen.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen, die in den Figuren 1 b i ;\ 7 (i.'ir'pioiitellt sind, no'llt.o dio Breite der Wirbelkammer annähernd gleich der Breite des Hochdruckeinlasses 11 oder des Hochdruckauslasses 12 sein, je nach dem, welcher größer ist. Dies ergibt .den besten Wirkungsgrad für die Wirbelein-■ spritzung.

Anhand von Fig. 8.ist ein Verfahren dargestellt, bei dem die Vorrichtung zur Wirbeleinspritzung Anwendung findet. Der spezielle Einsatzzweck gemäß Fig. 8 besteht darin, Schlamm aus einem Bergwerk hinauf zur Erdoberfläche zu fördern. Wie .aus Fig. 8 ersichtlich, ist auf der Erdoberfläche 55 ein Wasserbehälter 56 angeordnet. Der Wasserbehälter kann aus jeder beliebeigen Quelle gefüllt werden, beispielsweise aus dem Wutmorabücheider einer Anlage, in der Wasser von Feststoffen abgetrennt und in den Wasserbehälter 56 zurückgeleitet wird. Das Wasser wird sodann aus dem Wasserbehälter 56 durch ein Rohr 57 entnommen und mittels einer Pumpe 58 in .ein zweites Rohr 59 abgegeben. Es gelangt dann durch ein vertikales Rohr 60 nach unten zu einem Steuerventil 6l. Das Steuerventil 61 ist an ein Steuerventil 69 angeschlossen, welches das Wasser in regelbarer Weise an den Hochdruckeinlaß 11 der Wirbelkammer 10 der Vorrichtung zur Wirbelein- . spritzung liefert. Der Hochdruckauslaß 12 leitet Hochdruckschlainm in ein vertikales Rohr 62 ein, welches in einem Tank 63 .zur Schlammspeicherung mündet. Das Material wird mittels einer Rührvorrichtung 6h normalerweise in Suspension gehalten. Der Schlamm im Tank 63 wird kontinuierlich einer Verarbeitungsanlage zugeführt, in der das Wasser abgetrennt und die Kohle in üblicher Weise behandelt wird. Das abgezogene oder abgetrennte Wasser wird sodann geklärt und, wie oben beschrieben, in den Wassertank- 56 zurückge-

3U6915

leitet. Untertage ist ein Sumpf 70 vorgesehen, der in seinem einen Abschnitt einen Schlammspeicher 71 und in seinem anderen Abschnitt einen Wasserspeicher 72 enthält. Das Wasserwird aus dem Wasserspeicher 72 durch ein Rohr 73, über eine Pumpe 7^, durch eine Leitung 75 und über ein Steuerventil 66 einem Absperrventil 68 sowie dem Steuerventil 69 zugeführt. Kohle wird aus dem Schlammspeicher 71 des Sumpfes 70'kontinuierlich durch eine Abzugsvorrichtung 76 abgezogen. Letztere weist ein Saugende 77, eine Pumpe 78 sowie einen Mo.tor 79 zum Antrieb der Pumpe 78 auf.'Die Kohle-wird im wesentlichen durch das Saugende 77 mittels der Pumpe 78 angesaugt und sodann über ein Rohr 80 dem Niederdruckeinlaß 13 zugeführt. Daa V/asser aus dem Niederdruckauslaß 15 wird über ein Rohr Bl und ein Steuerventil 82 zurück in den Schlammspeicher 71 geleitet.

Das beschriebene System funktioniert folgendermaßen. Normalerweise ist der Sumpf 70 im Wasserspeicher 72 mit Wasser und im Schlammspeicher 71 mit einem Gemisch aus Kohle und Wasser gefüllt. Überschüssiges Wasser läuft hinüber in den Wasserspeicher 72 und füllt ihn auf. Der Abstand zwischen der Erdoberfläche 55 und dem Sumpf 70 liegt unter normalen Bedingungen irgendwo im Bereich zwischen ca. 30 m (100 Fuß) und 300 m (1 .000'Fuß). Wann immer also Material aus dem Sumpf 70 zur Erdoberfläche gefördert werden soll, muß der Fluiddruck am Hochdruckauslaß 12 groß genug sein, den von der Pumpe 78' angesaugten Schlamm so hoch zu fördern, daß er durch das Rohr 62 in den Tank 63 gelangt. Hierzu war es bisher erforderlich, eine Reihe von Schlammpumpen innerhalb des Bergwerks nahe dem Sumpf 70 anzuordnen. Will man Schlammpumpen solcher Größe, wie sie zur Vertikalförderung des Schlammes aufwärts zur Erdoberfläche 55 erforderlich sind, bewegen, so benötigt dies erhebliche Anstrengungen, viel Platz und überkopf angeordnete Krähne für Wartungszwecke, und es sind außerdem komplizierte elektrische Schaltungen für den Antrieb und die Betätigung

der Pumpen erforderlich. All diese Einrichtungen müssen unter extrem schwierigen Umgebungsbedingungen arbeiten., und sie müssen in einem Zustand erhalten werden, in-dem die Grubenatmosphäre nicht der Gefahr vor Bränden, Explosionen, Verschmutzungen und ähnlichen Problemen unterworfen wird, wie sie normalerweise hervorgerufen werden durch große Anlagen, die auf kleinem Raum untertage eingeschlossen sind. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wirbeleinspritzung beseitigt die Notwendigkeit einer Reihe von Schlammpumpen, wie sie' bisher für Schlammtransportsysteme in Bergwerken erforderlich waren. Die einzigen Pumpen, die man benötigt, sind die Wasserpumpe 74 und die Pumpe 78 der Abzugsvorrichtung 76. Diese Pumpen sind wesentlich kompakter und ohne weiteres erhält 1-ich. Der aus Kohle und Wasser bestehende. Schlamm wird von der Pumpe 78 aufgenommen und durch die Leitung .80 zum Niederdruckeinlaß 13 der Wirbelkammer 10 gefördert. Das Hochdruckwasser, das unter dem Druck des Wasserbehälters 56, der Pumpe 58 und der Leitung 60 steht, wird dem Hochdruckeinlaß 11 der Wirbelkammer 10 zugeführt. Die Fallhöhe zwischen der Pumpe 58 und dem Hochdruckeinlaß 11 der Wirbelkammer 10 ist fast gleich der Fallhöhe zwischen dem Hochdruckauslaß 12 der Wirbelkammer und dem Tank 63 für den Schlamm. Das einzige zusätzliche Druckwasser, das zugeführt werden muß, ist also das- Ausgleichswasser, welches über die Steuerventile 66 und 6l durch das Rohr 75 an den Hochdruckeinlaß 11 der Wirbelkammer 10 geliefert wird. Das Steuerventil 82 hält eine gewünschte Druckhöhe für die Pumpe 78 aufrecht.

Wie anhand der vorhergehenden Figuren beschrieben, entsteht der Niederdruckwirbel dadurch, daß Fluide durch den Hochdruckeinlaß 11 eintreten und durch den Hochdruckau.slaß 12 austreten, wobei ein Fluidanteil die Vorrichtung durch den Niederdruckauslaß 15 verläßt. Würde kein Fluid durch den Niederdruckauslaß 15 austreten, so wäre der Druck an der

- μτ-
-A-

Stelle des Wirbels im wesentlichen der gleiche wie am Hochdruckeinlaß 11. Allerdings muß der Wasserverlust aus dem Niederdruckauslaß 15 ausgeglichen werden. Das Ausgleichswasser wird aus dem Wasserspeicher 72 des Sumpfes 70 mittels der Pumpe 7^ bereitgestellt, die den Druck im Rohr 75 auf den am Hochdruckeinlaß 11 herrschenden Druck anheben muß. Das Ausgleichswasser wird sodann dem Hochdruckeinlaß 11 durch öffnen des Absperrventils 68 und des Steuerventils 6l zugeleitet.·

Wenn sich während des Betriebs Uberschußwasser ansammelt, kann das Steuerventil 69 zum Teil oder vollständig geschlossen werden, um Wasser aus dem Sumpf 70 abzuziehen.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche den ausrüstungstechnischen Aufwand eines Schlammtransportsystems in einem Bergwerk beträchtlich vermindern. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Wirbeleinspritzeinrichtung, die an ihrem Einlaß ein Hochdruckflu-id aufnimmt und an ihrem Auslaß einen hohen Druck erzeugt. Ein Niederdruckeinlaß mischt den wässrigen Schlamm aus einem Sumpf und führt ihn einem Wirbel innerhalb der Wirbele'inspritzeinrichtung zu. Der Schlamm wandert nach außen, wo er .von dem zirkulierenden Wasser innerhalb der Wirbelkammer 10 aufgenommen wird. Das Material verläßt die Vorrichtung durch den Auslaß und wird zur Erdoberfläche transportiert. Die Wirbeleinspritzvorrichtung einschließlich ihrer Verwendung wurde im einzelnen anhand eines Kohletransportsystems beschrieben, und zwar insbesondere anhand eines Systems für ein Bergwerk. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Wirbeleinspritzeihriehtung immer dann Anwendung finden kann, wenn Niederdruckmaterial mit einem Hochdruckfluid gemischt werden soll. Die Erfindung ist also nicht auf den speziellen, hier beschriebenen Anwendungsfall eingeschränkt.

Ίο -

Ferner sei darauf hingewiesen, daß Abwandlungen und Änderungen der hier beschriebenen Vorrichtung und ihrer Anwen- . dung innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich sind.

Leerseite

Claims

• β · 6 · « 3U6915 Conoco, Inc. 11 146 Ponca City, Oklahoma V.St1A. Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Wirbeleinspritzung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse mit einer Seitenwand, die senkrecht zu ihrer Vertikalachse einen kreisförmigen Querschnitt hat und mit Abschlußeinrichtungen zur Bildung einer Kammer (10) versehen ist; einen in der Seitenwand ausgebildeten Hochdruckfluideinlaß (11), dessen Achse, senkrecht auf einem Durchmesser der Seitenwand steht; einen in der Seitenwand ausgebildeten Hochdruckfluidauslaß (12) dessen Achse senkrecht auf einem Durchmesser der Seitenwand steht; einen Niederdruckeinlaß (13)> der durch die Abschlußeinrichtungen führt; und einen Niederdruckauslaß (15) der durch die Abschlußeinrichtungen führt; wobei beim Einspritzen von Hochdruckfluid in die Kammer (10) derart, daß ein Anteil des Hochdruckfluids zum Niederdruckauslaß (15) und ein Anteil zum Hochdruckauslaß (12) wandert, ein Niederdruckwirbel entsteht, in den Niederdruckfluid am Niederdruckeinlaß (13) eingespritzt werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckeinlaß (13) axial mit

3U6915

dem Wirbel fluchtet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen sowohl des Hochdruckf luideinlasses (11) als auch des Hochdruckfluidauslasses (12) senkrecht auf demselben Durchmesser stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckeinlaß (13) gegenüber der Achse des Wirbels zum Hochdruckeinlaß (11) oder.-auslaß (12) versetzt ist, je nach dem, welcher die höchste Geschwindigkeit aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckauslaß (15) koaxial zum Niederdruckeinlaß (13) an den Abschlußeinrichtungen angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennz e ichnet, daß die Abschlußeinrichtungen einen Deckel und einen Boden umfassen und daß der Niederdruckeinlaß (13) und -auslaß (15) koaxial am Boden angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußeinrichtungen erste und zweite Stirnwände umfassen, wobei der Niederdruckeinlaß (13) durch die eine Stirnwand führt, während der Niederdruckauslaß (.15) koaxial durch die andere Stirnwand hindurchführt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Prallplatte (30; 33), die in der Kammer (10) angeordnet ist und in der Achse des Niederdruckauslas-

3U6915

ses (15) liegt sowie senkrecht zu dieser Achse steht.

9. Vorrichtung zur Wirbeleinspritzung, gekennzeichnet durch eine Kammer (10) von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, deren Achse senkrecht auf dem kreisförmigen Querschnitt steht; einen ersten, durch den Kammerumfang führenden Einlaß (11), dessen Achse senkrecht auf einem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts steht; einen ersten, durch den Kammerumfang führenden Auslaß (12), dessen Achse senkrecht auf einem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts steht; einen zweiten, in die Kammer (10) führenden Einlaß, der im wesentlichen koaxial mit der Kammer fluchtet; und einen zweiten, aus der Kammer

(10) herausführenden Auslaß (15), der im wesentlichen koaxial mit der Kammer fluchtet; wobei Hochdruckfluid durch den ersten Einlaß (11) tangential zur Kammer (10) in diese eintritt und wobei unter Bildung eines Niederdruckwirbels um die Kammerachse ein Teil des Hochdruckfluids nicht nur zum Hochdruckauslaß (12), sondern auch zum Niederdruckauslaß (15) wandert, so daß Material durch den zweiten Einlaß (13) eintritt, sich mit dem Fluid aus dem ersten Einlaß (11) an der Stelle des Wirbels mischt und zusammen mit dem Fluid durch den ersten Auslaß (12) austritt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Einlaß (13) koaxial mit dem Wirbel fluchtet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des ersten Einlasses

(11) und des ersten Auslasses (12) tangential bezüglich desselben Durchmessers verlaufen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da-

durch gekennzeichnet, daß der zweite Einlaß (13) gegenüber seiner im wesentlichen koaxial fluchtenden · Position zum ersten Einlaß (11) oder zum ersten Auslaß (12) versetzt ist, je nach dem, welcher die höchste Geschwindigkeit aufweist.

13- . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch "gekennzeichnet, daß der zweite Auslaß (15) koaxial fluchtend zu dem stirnseitigen Einlaß (13) aus der Kammer heraus^führt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13> dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) Stirnplatten aufweist und daß sowohl der.zweite Auslaß (15) als auch der zweite Einlaß (13) koaxial an den Stirnplatten befestigt sind.

15. Vorrichtung nacfr einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (10) Seitenwände sowie erste und zweite Stirnwände aufweist, wobei der zweite Einlaß (13) koaxial zur Kammer (10) durch die eine Stirnwand führt, während der zweite Auslaß (15) koaxial zur Kammer durch die verbleibende Stirnwand hindurchführt .

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Prallplatte (30; 33), die innerhalb der Kammer auf der Achse des zweiten Auslasses (15) angeordnet ist und senkrecht zu'dieser Achse steht.

17. Vorrichtung"nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Einlaß (11) eine andere Querschnittsfläche als der erste Auslaß (12) hat.

3U6915

l8» Verfahren zum Umwandeln eines Niederdruckschlamms in einen Hochdruckschlamnij dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckfluid tangential in eine Kammer eingespritzt wird, wobei man einen Anteil des eingespritzten Hochdruckfluids abführt, um einen Niederdruckwirbel zu bilden'; daß ein Niederdruckschlamm in den Niederdruckwirbel eingespritzt wird, wobei er sich mit dem Hochdruckfluid mischt, um den Hochdruckschlamm zu bilden; und daß der Hochdruckschlamm gesondert aus der Kammer abgezogen wird.

19· Verfahren nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet,, daß der Hochdruckschlamm aus einer Mischung von Kohle und Wasser besteht.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch g e k e η η ze ic hnet, daß ein Sumpf zur Speicherung des Schlamms gebildet wird; daß Schlamm zum Einspritzen in den Wirbel aus dem Sumpf abgezogen wird; und daß das abgeschiedene Niederdruckfluid zur Speicherung zum Sumpf transportiert wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm aus einer Mischung von Kohle und Wasser besteht.

22. Verfahren zum Umwandeln eines Niederdruckschlamms aus einem Bergwerk in einen Hochdruckschlamm zur Förderung aus der Mine heraus, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruckfluid von der Erdoberfläche aus tangential in eine Kammer eingespritzt wird, die unterhalb der Erdober~ fläche im Bergwerk angeordnet ist; daß ein Anteil des eingespritzten Hochdruckfluids aus der Kammer abgezogen wird, um einen Niederdruckwirbel zu bilden; daß ein Niederdruckschlamm aus einer im Bergwerk angeordneten Quelle in den

Niederdruckwirbel eingespritzt wird, wobei er sich mit dem Hochdruckfluid mischt, um den Hochdruckschlamm zu bilden; daß der Ilochdruckschlamm aus der Kammer abgezogen wird; daß der .Hochdruckschlamm zur Erdoberfläche transportiert wird; daß- das Niederdruckfluid zu der im Bergwerk befindlichen · Quelle gefördert wird; und daß Fluid aus dieser in der Mine befindlichen Quelle zum Hochdruckeinlaß gepumpt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlamm eine Mischung aus Kohle und Wasser ist.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, " dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliches Hochdruckfluid aus der im Berwerk befindlichen Quelle in Kombination mit dem von der Erdoberfläche stammenden Hochdruckfluid eingespritzt wird.

25." Hergestellter Gegenstand, gekennzeichnet durch eine Kammer (10), die senkrecht zu ihrer Achse einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat und eine Seitenwand aufweist; einen ersten, durch die Seitenwand führenden Einlaß (11), dessen Achse im wesentlichen senkrecht auf einem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts steht; einen ersten, durch die Seitenwand führenden Auslaß (12), dessen Achse im wesentlichen senkrecht auf einem Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts steht; einen zweiten, in die Kammer (10) führenden Einlaß (13)> .der im wesentlichen koaxial mit der Achse der Kammer fluchtet; und einen zweiten, aus der Kammer herausführenden Auslaß (15),· der im wesentlichen koaxial mit der Achse der Kammer fluchtet.

26. Gegenstand nach Anspruch 25, dadurch g e k e η η -

3U6915

ζ e i eh η e ti daß der zweite Auslaß. (15) und der zweite Einlaß (13) koaxial zueinander angeordnet sind.

27. Gegenstand nach Anspruch 25 oder 26, dadurch g e kennzeichnet, daß der zweite Auslaß (15) einen gößeren Innendurchmesser als der zweite Einlaß (13) hat.

28. Gegenstand nach Anspruch 25, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der erste Einlaß (11) und der erste Auslaß (12) senkrecht auf demselben Durchmesser stehen. ■

29. Gegenstand nach Anspruch 26, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der erste Einlaß (11) und der erste Auslaß (12) senkrecht auf demselben Durchmesser stehen.

30. Gegenstand nach Anspruch 28 oder 29, dadurch g e kennzeichnet, daß der zweite Auslaß (15) einen größeren Innendurchmesser als der zweite Einlaß -(13) hat.-

31. Gegenstand nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Breite der Kammer (10) im wesentlichen gleich dem Durchmesser-des ersten Einlasses (11) oder des ersten Auslasses (12) ist, je.nach dem, welcher größer ist.