DE3320535A1

DE3320535A1 - Suspensionszwischenspeichereinrichtung fuer eine hydraulische feststoff-foerderanlage

Info

Publication number: DE3320535A1
Application number: DE19833320535
Authority: DE
Inventors: William Thomas Ponca City Okla. Sweeney
Original assignee: Conoco Inc
Current assignee: ConocoPhillips Co
Priority date: 1982-09-20
Filing date: 1983-06-07
Publication date: 1984-03-22
Also published as: CA1220247A; GB2127371B; PL243820A1; AU1523083A; GB2127371A; GB8320411D0; FR2533259A1; ZA834226B

Description

11464/Dr.v.B/Ro.

CONOCO INC., Ponca City, Oklahoma, V.St.A.

SuspensionsZwischenspeichereinrichtung für eine hydraulische Feststoff-Förderanlage.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Suspensionszwischenspeichereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine für eine hydraulische Feststoff-Fröderanlage, wie eine Grubenförderanlage, geeignete Einrichtung, die Ungleichmäßigkeiten der Fördermenge sowie der Feststoffkonzentration in der geförderten Suspension auszugleichen vermag.

Aus der US-PS 4 037 335 ist eine Einrichtung bekannt, welche eine an einem Kabel einer Winde aufgehängte Pumpe zum Entfernen von losem Material vom Boden eines Beckens enthält. Die Steuerung der Winde dient ausschließlich dazu, ein Verstopfen der Pumpe zu verhindern.

An eine Steuerung der Winde zur Regelung des Feststoffgehaltes einer Suspension ist nicht gedacht.

Eine an einem Kabel aufgehängte Pumpvorrichtung ist auch aus der US-PS 3 990 748 bekannt.

Aus der US-PS 590 084 ist eine an einer Winde aufgehängte Absaugeinrichtung zum Entladen von Korn aus einem Frachtschiff bekannt. Auch diese beiden letztgenannten Patentschriften befassen sich nicht mit einer Durchsatz- und Konzentrationsregelung in einer hydraulischen Förderanlage.

In der US-PS 1 166 712 ist eine Anlage beschrieben, die einen kleinen Sumpf und eine Vorrichtung zum bedarfsweisen Entleeren des Sumpfes enthält.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche Einrichtung anzugeben, die sich insbesondere für hydraulische Grubenförderanlagen eignet und ungleichmäßige sowie gegebenenfalls stoßartige Suspensionsströmungen von einer oder mehreren Abbauörtern einzeln oder gleichzeitig aufzunehmen vermag und eine Suspension mit konstantem Durchsatz und konstanter Konzentration an ein Übertage-Transportsystem oder dgl. zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Einrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Eine SuspensionsZwischenspeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine in den Grubenboden niedergebrachte Bohrung. Die Bohrung hat einen Durchmesser und eine Tiefe, welche für die Aufnahme der zu erwartenden ungleichmäßigen oder stoßweise ankommenden Fördermengen ausreicht. In die mit Suspension, z.B. einer Kohletrübe gefüllte Bohrung wird eine an einem Kabel aufgehängte Pumpe abgesenkt, die die Suspension mit vorgegebener Konzentration absaugt. Das Kabel ist mit einer Winde verbunden, die durch einen Konzentrationsfühler so gesteuert wird, daß das Kabel im Sinne einer Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Konzentration in einer von der Pumpe wegführenden Leitung abgesenkt oder abgehoben wird. Die Einrichtung

liefert an da,s nachfolgende, z.B. an die Erdoberfläche führende Fördersystem kontinuierlich eine Suspension mit der für das Pumpen und Aufwärtsfördern wirtschaftlichsten Konzentration, so daß Verluste durch Konzentrationsschwankungen im Fördersystem vermieden werden.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Einrichtung zur Durchsatz- und Konzentrationsregelung in Verbindung mit einer hydraulisehen Grubenförderanlage näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Stollen 10 mit einem Boden 9 und einer Decke 11. Im Boden 9 ist ein Schacht 12 gebildet, z.B. durch Graben, Sprengen oder, je nach der Tiefe von der Oberfläche, durch Bohren. Der Schacht 12 hat im allgemeinen den gleichen Durchmesser wie der Stollen 10, er kann jedoch auch kleiner oder größer als dieser sein, was vom vorgesehenen Fassungsvermögen des Schachtes und der Schwierigkeit seiner Herstellung und gegebenenfalls seiner Abstützung abhängt. Die Wände 13 des Schachtes können durch eine Stahlauskleidung, durch armierten Beton oder durch eine Ausmauerung oder irgend eine andere Auskleidung, wie sie für die Wände von Schächten oder Behältern üblich sind, stabilisiert werden. Vorzugsweise ist auch der Boden 14 ausgekleidet, um ein Schwellen des Bodens und ein Abfließen von Flüssigkeit durch Risse im Boden zu verhindern.

Das Hangende 11 über dem Tank oder Schacht 12 ist durch Streben oder Bögen abgestützt, die im Liegenden verankert sind. Die Bögen werden normalerweise radial um den Schacht zwischen dem Liegenden 12 und dem Hangenden 11 angeordnet, soweit dies erforderlich ist. Am Scheitel der Bögen 15 oder 15a ist eine Winde 16 befestigt. Um die Winde 16 ist ein Kabel 17 gewickelt, an dem eine Pumpe 18 hängt, die durch das Kabel und die Winde im

Schacht abgesenkt und angehoben werden kann. Die Pumpe 18 hat einen Einlaß 19, der mit einem Pumpengehäuse 20 verbunden ist, in dem sich ein Förderrad (nicht dargestellt) befindet. Das Förderrad ist mit einem Motor 21 verbunden. Das Pumpengehäuse 20 weist ferner einen Auslaß 22 auf, der mit einem Ende eines flexiblen Schlauches 23 verbunden ist. Das andere Ende des Schlauches 23 ist über eine Rohrleitung 24 und einen Dichtegeber 25 mit einem Einlaß 26 einer nur schematisch durch einen Block angedeuteten Aufwärts-Fördereinrichtung 27 verbunden. Die Fördereinrichtung 27 enthält gewöhnlich Pumpen, Pumpensteuervorrichtungen, Ventile, Rechner, Generatoren und andere erforderliche Vorrichtungen, wie es z.B. in der DE-OS 33 03 491 und der DE-OS 33 03 787 beschrieben ist. Von der Fördereinrichtung 27 wird die Suspension gewöhnlich durch eine Leitung 28 nach oben zu einer Verarbeitungsanlage 2 9 gefördert. Dort wird das Gut, wie Kohle von der Trägerflüssigkeit, wie Wasser, getrennt und das Wasser wird dann nach Klärung durch eine Leitung 30 wieder zurück zu der sich vor Ort befindlichen Einrichtung zurückgeleitet, die beispielsweise so ausgebildet sein kann, wie es in der US-PS 3 941 425 beschrieben ist.

Die Einrichtung 31 enthält gewöhnlich eine Misch- oder Suspendiervorrichtung (nicht dargestellt), in der das Gut, wie gebrochene Kohle, suspendiert wird. Die dabei erhaltene Suspension wird über eine Leitung 32 einem Einlaß 33 des Sumpfes zugeführt, wo das Gut zum Boden 14 absinkt. Dem Sumpf 12 kann, falls erforderlich, durch eine Leitung 34 zusätzlich Wasser zugeführt werden, welche über ein Steuerventil 35 mit der Wasserrückführungsleitung 30 verbunden ist.

Für die Steuerung der Winde 16 werden Signale, die die Dichteänderungen der Suspension in der Rohrleitung anzeigen, vom Dichtegeber 25 über eine Leitung 36 einer Windensteuereinrichtung 37 zugeführt. Die Windensteuereinrichtung 37 setzt die Dichtesignale in Steuersignale für die Winde 16 um. Die Steuerung erfolgt über eine Leitung 38, die die Windensteuereinrichtung 37 mit der Winde 16 verbindet. Die Winde 16 kann auch mittels einer Handsteuerung 47 über eine Leitung 48 von Hand gesteuert werden, wenn eine automatische Steuerung nicht gewünscht wird.

Wenn sich im Sumpf 12 zu viel Wasser ansammelt, muß das überschüssige Wasser entfernt werden. Dies geschieht mittels einer Pumpe 39, die in einer Kammer 40 angeordnet ist, welche über ein Wehr 41 mit dem Sumpf 12 in Verbindung steht. Vom Sumpf 12 fließt also bei entsprechenden Wasserstand Wasser über das Wehr in die Kammer 40 und wird von dort durch die Pumpe 39 und eine Leitung 42 in einen kleinen Sumpf 43 gepumpt, wo das Wasser zeitweilig gespeichert werden kann. Falls erforderlich, kann das Wasser im Sumpf 43 durch eine Pumpe 44 und eine Leitung 45 sowie ein Rückschlagventil oder ein Absperrventil 46 in die Wasserrückführungsleitung 30 eingespeist werden.

Im Betrieb wird der an sich vor Ort befindlichen Einrichtung 31 Wasser von der Verarbeitungsanlage 29 zugeführt. Vom Abbauort wird beispielsweise Kohle gewonnen, suspendiert und dann durch die Leitung 32 zum Einlaß des Sumpfes transportiert, wo die Suspension gespeichert wird. Von anderen Abbauörtern (nicht dargestellt) kann in entsprechender Weise gewonnene und suspendierte Kohle durch andere Leitungen, z.B. eine Leitung 32a, anderen Einlassen, z.B. 33a, des Sumpfes 12 zugeführt

werden. Obwohl nur zwei Einlaßleitungen dargestellt sind, kann der Sumpf selbstverständlich mit einer beliebigen Anzahl von Suspensionseinlässen 32 betrieben werden, solange seine Abmessungen für den zu erwartenden Durchsatz ausreicht. Die Pumpe 18 wird anfänglich mittels der Handsteuerung 47 gesteuert, welche mit der Windensteuereinrichtung 37 über die Leitung 48 verbunden ist. Beim Absenken der Pumpe 18 wird deren Einlaß 19 zuerst mit der Flüssigkeit im Sumpf 12 und dann schließlich mit der Kohle in Berührung kommen. Nachdem der Pumpeneinlaß 19 einmal Wasser anzusaugen begonnen hat, kann von der Handsteuerung 47 auf die automatische Steuerung umgeschaltet werden, wobei der Dichtegeber 25 dann automatisch ein schnelles Absenken der Pumpe 18 bewirken wird, bis Kohle durch den Einlaß 19 der Pumpe angesaugt wird. Mit zunehmender Dichte am Ort des Dichtegebers 25 nimmt die Absenkgeschwindigkeit der Pumpe ab. Wenn die Dichte einen bestimmten Wert erreicht, z.B. zwischen 45 und 55 %, wird die Windensteuereinrichtung 37 ein weiteres Absenken der Pumpe 18 verhindern. Mit dem Absaugen der Kohle muß dann die Pumpe weiter abgesenkt werden. Andererseits wird dem Sumpf Kohlesuspension durch die Einlasse 33 und/oder 33a zugeführt. Wenn die Zuführungsgeschwindigkeit die Förderkapazität der Pumpe übersteigt, wird die Konzentration der Suspension am Ort des Dichtegebers 25 rasch den zulässigen oberen Grenzwert überschreiten. Die Pumpe wird dann durch die Windensteuereinrichtung 37 hochgezogen, um die Konzentration wieder in den Sollbereich zu bringen.

Die durch die Pumpe 18 aus dem Sumpf 12 abgesaugte Kohlesuspension wird durch den Schlauch 23 zur Rohrleitung 24 gefördert. Bei dem dargestellten Ausführungs beispiel ist die Pumpe mit der Rohrleitung über einen

schwimmenden Schlauch 23 verbunden, da der Schlauch 23 sich immer über der Mündung des Einlasses 19 der Pumpe und über der Kohleschicht befinden soll. Sonst könnte ein größeres Stück des Schlauches 23 leicht durch die über die Einlasse 33 und 33a eingeführte Kohle bedeckt werden und es ist dann sehr schwierig, die Pumpe 12 hochzuheben, insbesondere wenn die Pumpe 12 eine Zeit lang außer Betrieb ist, während Kohle durch den Einlaß 33 in den Sumpf eingeführt wird. Anstelle eines schwimmenden Schlauches kann man auch andere Einrichtungen verwenden, um den Schlauch 2 3 in der gewünschten Position zu halten, beispielsweise kann am Schlauch 23 ein Kabel befestigt werden, das den Schaluch 23 immer unter Zug hält.

Die Suspension in der Rohrleitung 24 strömt durch den Dichtegeber 25, bei dem es sich vorzugsweise um eine bekannte, mit radioaktiver Strahlung arbeitende Dichtemeßeinrichtung handelt. Die Dichteinformation wird, wie erwähnt, über die Leitung 36 der Windensteuereinrichtung 37 zugeführt, um die Winde 16 und damit die Position der Pumpe 18 zu regeln. Die Kohlesuspension gelangt dann zur Einrichtung 27, wo sie unter einen Druck gesetzt wird, der für eine Förderung durch die Leitung 28 zu der sich gewöhnlich Übertage befindlichen Verarbeitungslage 29 ausreicht.

Wenn der Wasserspiegel über das Wehr 44 ansteigt, kann das überschüssige Wasser aus dem Sumpf 12 entfernt werden. Die Kammer 40 füllt sich dann und das überströmende Wasser wird von der Pumpe 39 durch die Leitung 42 in den Speicher-Sumpf 4 3 gepumpt. Von hier kann das Wasser schließlich wieder durch die Pumpe 44, die Leitung 45 und das Rückschlagventil 46 und über die Leitung 30 wieder dem System zugeführt werden.

-ιοί Die vorliegende Einrichtung hat eine Reihe von erheblichen Vorzügen gegenüber dem Stand der Technik. Erstens ist die Herstellung eines Schachtes eine im Bergbau wohl bekannte Technik. Beim Stand der Technik, wie er beispielsweise aus der US-PS 4 143 921 bekannt ist, müssen dagegen für die Herstellung eines Sumpfes große Kammern Untertage hergestellt werden. Ferner müssen im bekannten Falle komplizierte Pumpentragstrukturen, Überstrukturen und Verfahrvorrichtungen konstruiert sowie Untertage installiert und gewartet werden. Die Handhabung der Schläuche ist bei dem bekannten Sumpf ein schwieriges Problem, dasselbe gilt für die Steuerung der Einlaßvorrxchtungen des Sumpfes, wenn diese längs des Sumpfes verteilt sind und eine gleichmäßige Verteilung des Materials im Sumpf erreicht werden soll. Wegen des sehr begrenzten Raumes sind Reparatur- und Wartungsarbeiten schwierig.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird ein Schacht benötigt, der mit im Bergbau wohl etablierten und bewährten Technologien hergestellt werden kann. Auch bei den Stützbögen 15, 15a für das Hangende und die Winde 16 kann man auf bewährte Bergbau-Technologien zurückgreifen. Sie können also vom Durchschnittsfachmann ohne Spezialkenntnisse oder spezielle Vorrichtungen installiert werden. Winden sind ebenfalls Geräte, die im Bergbau viel verwendet werden, so daß auch die Installation und Wartung der Winde 16 kein Problem darstellt. Die aufgehängte Pumpe und der ,schwimmende Schlauch 23 erfordern keine komplizierten Halterungs- und Steuerungsvorrichtungen. Falls eine Wartung erforderlich ist, braucht man die Pumpe nur mittels des Kabels 17 und der Winde 16 aus dem Sumpf herausziehen und kann sie dann auf dem Stollenboden ziehen und dort warten oder auswechseln.

Da für die vorliegende Einrichtung keine besonderen Räumungsarbeiten, Halterungskönstruktionen und komplizierte Technologien benötigt werden, sind die Installationskosten wesentlich niedriger als bei den bekannten vergleichbaren Anlagen, z.B. wie sie aus der US-PS 4 143 921 bekannt sind.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß durch die vorliegende Erfindung ein Zwischenspeicher- oder Puffersumpf für ein Suspensionsfördersystem angegeben wird, der durch Bergleute mit bekannter Technologie hergestellt werden kann. Der Sumpf ist nicht nur effektiv sondern auch leicht zu warten. Die Pumpe des Sumpfes läßt sich einfach so steuern, daß an das nachfolgende Fördersystem eine Suspension mit im wesentliehen konstanter Konzentration angeliefert wird, falls dies gewünscht ist.

41.

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Claims

^A TE NlAN W Ä L Γ Η DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETER SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER MARIA-THERESIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 OQ 60 D-8OOO MUENCHEN βό ZUCELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES EN BREVETS EUROPtEl 10 TELEFON 089/4 70 60 06 TELEX 522 638 TELEGRAMM SOMBEZ 15 11464/pr.v.B/Ro CONOCO INC., Ponca City, Oklahoma, V.St.A. 20 SuspensionsZwischenspeichereinrichtung für eine hydraulische Feststoff-Förderanlage. Patentansprüche

1.) Suspensionszwischenspeichereinrichtung für eine hydraulische Feststoff-Förderanlage, mit einer Einlaßanordnung (33, 3 3a) für Suspension wechselnder Konzentration, einem begrenzten Pufferspeichervolumen (12) und einem Auslaß (22) für Suspension vorgegebener, im wesentliehen konstanter Konzentration, gekennzeichnet durch

a) einen vertikalen Aufnahmebehälter (12), der eine offene Oberseite, ferner Seitenwände (13) und einen geschlossenen Boden (14) aufweist und eine Weite hat, die wesentlich kleiner ist als seine

Tiefe;

POSTSCHECK MÜNCHEN NR. 69148-800

BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 70020040» KTO. 6060'.(57378 SWIFT HYPO DE MM

332UÖ35

b) eine Einlaßanordnung (33, 33a) mit über der

offenen Oberseite des Aufnahmebehälters angeordnetem Auslaß;

c) einer Winde (16), die ein durch einen steuerbaren Motor angetriebenes Kabel (17) aufweist;

d) einer Saugpumpe (20), die einen Einlaß (19) und einen Auslaß (22) aufweist und zum Anheben und Absenken längs der Achse des Aufnahmebehälters (12) am Kabel (17) der Winde (16) ange bracht ist;

e) einer flexiblen Leitung (23) , die den Auslaß (22) der Saugpumpe (20) mit einer Suspensionsfördereinrichtung (27) verbindet und mit einer Einrichtung (25, 37) zum Bestimmen der Konzentration der von der Saugpumpe (20) abgegebenen

Suspension und zum Absenken oder Anheben der Saugpumpe mittels des Motors der Winde (16) je nachdem, ob die Konzentration nach unten oder oben von einem vorgegebenen Sollwert abweicht.

2.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß der vertikale Aufnahmebehälter (12) durch einen Schacht in einem Grubenstollen oder dergleichen gebildet ist.

3.) Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß die Winde (16) durch eine Anzahl von bogenförmigen Abstützvorrichtungen (15, 15a) über dem Schacht (12) gehaltert ist.