DE3809149C1 - Control of the cooling-water flow rate in water-cooled drive units - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Regelung der Kühlwasser­ durchflußmenge bei wassergekühlten Antriebseinheiten unter­ tägiger Förderer oder Gewinnungsmaschinen.

Antriebseinheiten für den vorstehend beschriebenen Einsatz werden bislang mit einer Kühlwassermenge beaufschlagt, die selbst bei häufigen Spitzenbelastungsphasen sicherstellt, daß bei einer Kühlwassereintrittstemperatur von ca. 25°C die Kühlwasseraustrittstemperatur kleiner als 50°C gehal­ ten werden kann. Hierbei geht man in der Praxis in der Regel an die obere Grenze, um Kaltleiterabschaltungen der Antriebs­ einheiten auf eine vertretbare Anzahl pro Schicht zu beschrän­ ken. Dennoch kann nicht verhindert werden, daß durch solche Kaltleiterabschaltungen, insbesondere im untertägigen Gewin­ nungsbetrieb, die Förderung zum Stillstand kommt und damit das wirtschaftliche Ausbringen empfindlich verringert wird.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Betriebsweise besteht darin, daß durch das permanente Maximalangebot der Kühlwasser­ verbrauch sehr hoch ist und die dadurch verursachten Kosten einen erheblichen Teil der Gesamtkosten ausmachen, welche bei der Gewinnung von untertägig anstehenden Mineralen an­ fallen. Außerdem ist zu erwähnen, daß das aus einer Antriebs­ einheit tretende erwärmte Kühlwasser in der überwiegenden Anzahl der untertägigen Betriebspunkte verlorengeht und keiner weiteren Anwendung mehr zugeführt wird.

Zum Stand der Technik zählt ferner das Kühlsystem eines Fahrzeugantriebs mit Verbrennungsmotor für beispielsweise eine Diesellokomotive. Hierbei ist in der das erwärmte Kühl­ wasser von dem Verbrennungsmotor fortführenden Leitung ein Abschnitt vorgesehen, dessen Querschnitt in Abhängigkeit von der Temperatur des abströmenden erwärmten Kühlwassers ver­ änderbar ist.

Durch "Kurznachrichten" des Steinkohlenbergbauvereins, Nr. 121, Seite 2, September 1987 ist es schließlich noch bekannt, das zur Kühlung der Schneidmotoren von Walzenladern einge­ setzte Kühlwasser anschließend für die Staubbindung im Schneidbereich der Walzen zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelung der Kühlwasserdurchflußmenge bei wassergekühlten Antriebs­ einheiten untertägiger Förderer oder Gewinnungsmaschinen zu schaffen, die es erlaubt, den Kühlwasserverbrauch erheb­ lich senken zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkma­ len gesehen.

Kernpunkt der Erfindung ist die Regelung der Menge des über die Antriebseinheit geführten Kühlwassers mittels der Tempe­ ratur des aus der Antriebseinheit tretenden erwärmten Kühl­ wassers. Aufbauend auf der Erkenntnis, daß die Temperatur des erwärmten Kühlwassers in einem direkten proportionalen Zusammenhang mit der jeweiligen Belastung der Antriebsein­ heit steht, wird nun der Antriebseinheit stets nur so viel Kühlwasser zugeführt, daß eine ausreichende Kühlung der Antriebseinheit während aller Betriebsphasen gewährleistet ist.

Ist die Antriebseinheit nicht oder nur geringfügig belastet, genügt folglich auch nur eine entsprechend verminderte Kühl­ wassermenge, um die Austrittstemperatur des Kühlwassers unter 50°C zu halten. Steigt die Temperatur des erwärmten Kühlwassers an, ist hiermit automatisch eine Erhöhung der der Antriebseinheit zugeführten Kühlwassermenge verbunden.

Aufgrund des Sachverhalts, daß der Kühlwasserverbrauch jetzt gezielt belastungsabhängig gesteuert wird, entfällt der bislang in der Praxis geschlossene Kompromiß des grundsätz­ lich erhöhten Kühlwasserangebots unabhängig davon, ob sich die Antriebseinheit gerade in einer Schwachlastphase oder in einer Spitzenbelastungsphase befindet, wie dies gerade beim untertägigen Einsatz mit hobelnden Gewinnungswerkzeugen oder mit Strebförderern sehr häufig der Fall ist.

In der weitaus überwiegenden Mehrzahl der Fälle genügt eine stufenweise Veränderbarkeit des Leitungsquerschnitts. Wie­ viel Stufen zum Tragen kommen, hängt von dem Einsatzort und der Belastung der jeweiligen Antriebseinheit ab. So dürfte es beispielsweise für den untertägigen Grubenbetrieb in aller Regel ausreichen, wenn eine Regelung in maximal vier Stufen von beispielsweise 4 Litern pro Minute, 9 Litern pro Minute, 15 Litern pro Minute und 23 Litern pro Minute zur Verfügung steht.

Der veränderbare Querschnitt kann aber auch von mindestens zwei parallelgeschalteten Leitungsabschnitten gebildet sein, von denen mindestens ein Leitungsabschnitt temperaturgere­ gelt verschließbar gestaltet ist. Hierbei ist ein Leitungs­ abschnitt stets offen. Der andere Leitungsabschnitt wird erst dann geöffnet, wenn die Temperatur des in der Abfluß­ leitung strömenden erwärmten Kühlwassers auf eine höhere Belastung der Antriebseinheit hinweist, so daß auch eine größere Menge Kühlwasser die Antriebseinheit kühlen muß. Sinkt dagegen die Temperatur in der Abflußleitung, wird der zweite Leitungsabschnitt wieder geschlossen, so daß nur noch die durch den ersten grundsätzlich offenen Leitungsabschnitt bestimmte Kühlwassermenge am Kühlvorgang der Antriebseinheit beteiligt ist.

Wenn im Vorstehenden von mindestens einem temperaturgesteu­ ert verschließbaren Leitungsabschnitt die Rede ist, so wird hiermit zum Ausdruck gebracht, daß in Abhängigkeit von den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten auch zwei oder mehr zusätz­ liche parallele Leitungsabschnitte vorgesehen sein können, die temperaturgesteuert verschließbar gestaltet sind. Ihr Öffnungs- und Schließverhalten wird durch die jeweilige Temperatur des erwärmten Kühlwassers bestimmt.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 können alle paral­ lel geschalteten Leitungsabschnitte auf denselben Querschnitt eingestellt sein. Denkbar ist aber auch eine Ausführungs­ form, bei welcher die Leitungsabschnitte bezüglich ihrer Querschnitte variabel sind, was z. B. durch geeignete Mengen­ begrenzungsventile erreicht werden kann.

Nach Anspruch 3 ist es von Vorteil, wenn in jeden verschließ­ baren Leitungsabschnitt ein Sperrventil eingegliedert ist, das mit einem Temperaturfühler in der Abflußleitung verbunden wird. Auf diese Weise besteht eine direkte Abhängigkeit der Betriebssituation des Sperrventils und damit des Querschnitts von der Temperatur des erwärmten Kühlwassers.

Sind zwei oder mehr verschließbare Leitungsabschnitte vorhan­ den, so sieht die Erfindung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 vor, die in diese verschließbaren Leitungsabschnit­ te eingegliederten Ventile mit auf unterschiedlichen Ansprech­ temperaturen eingestellten Temperaturfühlern in der Abfluß­ leitung zu verbinden. Eine solche Anordnung ermöglicht es, auf einfache Weise die Kühlwassermenge zu variieren, und zwar gezielt in Abhängigkeit von der Belastung der Antriebs­ einheit.

Nach Anspruch 5 sind die parallel geschalteten Leitungsab­ schnitte austauschbar. Gemäß dieser Ausführungsform wird auf eine Querschnittsänderung der einzelnen Leitungsabschnitte im eingebauten Zustand verzichtet. Statt dessen können die Leitungsabschnitte als Ganzes ausgetauscht werden, um einen den örtlichen Verhältnissen angepaßten Querschnitt für das Kühlwasser bereitstellen zu können.

Dem im Querschnitt veränderbaren Leitungsabschnitt kann ein mit dem Ein- und Ausschaltemechanismus gekoppeltes Hauptven­ til vorgeschaltet sein. Das Hauptventil hat die vorteilhafte Eigenschaft, daß erst dann Kühlwasser der Antriebseinheit zugeführt wird, wenn diese in Betrieb gesetzt wird. Dabei kann die Kopplung zwischen dem Ein- und Ausschaltmechanismus der Antriebseinheit und dem Hauptventil so ausgebildet sein, daß die Antriebseinheit erst zu laufen beginnt, wenn ausrei­ chend Kühlwasser ansteht. Wird die Antriebseinheit ausge­ schaltet, so wird das Hauptventil erst nach einer einstell­ baren Verzögerung in die Sperrstellung überführt, um auch beim Auslaufen der Antriebseinheit eine Kühlung zu garan­ tieren.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Hauptventil und dem im Querschnitt veränderbaren Leitungsabschnitt ein Schmutzabweiser sowie eine Wasseruhr in Hintereinanderschal­ tung vorgesehen sind. Der Schmutzabweiser übernimmt hierbei eine Filterfunktion. Die Wasseruhr kann gegebenenfalls an eine Fernübertragung angeschlossen sein, so daß der Wasser­ verbrauch nicht nur an einer, insbesondere übertägigen, Betriebswarte angezeigt, sondern hier auch nachprüfbar auf­ gezeichnet werden kann.

Der im Anspruch 6 gekennzeichnete Strömungswächter dient dem Zweck, die Antriebseinheit stillzusetzen, wenn eine Mindestmenge an Kühlwasser nicht mehr durch die Abflußlei­ tung strömt. Auf diese Weise werden gegebenenfalls nur schwer reparierbare Schäden an der Antriebseinheit bzw. an den mit der Antriebseinheit bewegten Betriebsmitteln vermieden.

Wenn das erwärmte Kühlwasser in einen offenen Auffangbehäl­ ter ausgetragen wird, ist es in vorteilhafter Weise möglich, einen Gegendruck zu vermeiden, der unter Umständen die Funk­ tion der erfindungsgemäßen Kühlwasserregelung außer Kraft setzen könnte. Dabei ist es denkbar, daß der Auffangbehälter über eine Reinigungsvorrichtung mit dem Wasserrückführungs­ netz in Verbindung steht.

Das gebrauchte Kühlwasser kann somit bei Bedarf wieder in das Leitungsnetz eingespeist werden.

Vorstellbar ist aber auch eine Ausführungsform, gemäß wel­ cher der Auffangbehälter über eine Reinigungsvorrichtung sowie eine Rückstellanlage mit der an die Antriebseinheit angeschlossenen Wasserleitung verbunden ist. Hierbei ist also ein vom Wasserleitungsnetz unabhängiger geschlossener Wasserkreislauf vorgesehen. Wasser ist nur dann zu ersetzen, wenn eine Anzeige am Auffangbehälter den zur einwandfreien Kühlung der Antriebseinheit notwendigen Mindestwasserstand kenntlich macht.

Schließlich ist es noch denkbar, daß der Auffangbehälter mit einer Vorrichtung zum Bedüsen der Gewinnungsmaschinengasse und/oder zum Niederschlagen von Staub verbunden ist. Auf diese Weise kann das Kühlwasser einer weiteren sinnvollen Verwendung zugeführt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Mit 1 ist ein nur schematisch angedeuteter Antriebsmotor für den Stetigförderer eines untertägigen Gewinnungsbetriebs (Streb) bezeichnet. Der Motor 1 ist wassergekühlt. Die Zufüh­ rungsleitung für das Kühlwasser ist mit 2 und die Abflußlei­ tung mit 3 bezeichnet.

Da der Antriebsmotor 1 während seines Betriebs einsatzbedingt unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt ist, wird zur Rege­ lung der jeweils eine optimale Betriebstemperatur gewährlei­ stenden Kühlwassermenge in der das erwärmte Kühlwasser von dem Antriebsmotor 1 fortführenden Leitung 3 ein in Abhängig­ keit von der Temperatur des abströmenden erwärmten Kühlwassers veränderbarer Querschnitt Q vorgesehen. Der Querschnitt Q kann stufenlos oder stufenweise veränderbar sein.

Beim Ausführungsbeispiel ist eine stufenweise Veränderung des Leitungsquerschnitts Q veranschaulicht. Es ist zu sehen, daß in die Abflußleitung 3 vier parallel geschaltete Leitungs­ abschnitte 4-7 eingegliedert sind, wobei die Leitungsabschnit­ te 4-7 durch auswechselbare Rohre 11-14 unterschiedliche Querschnitte haben. So hat der Leitungsabschnitt 4 einen Querschnitt von 4 Litern pro Minute, während die Leitungs­ abschnitte 5, 6 und 7 Querschnitte von 5 Litern pro Minute, 6 Litern pro Minute bzw. 8 Litern pro Minute gewährleisten.

Von den vier Leitungsabschnitten 4-7 sind die Leitungsab­ schnitte 5-7 temperaturgesteuert verschließbar gestaltet, während der Leitungsabschnitt 4 ständig offen ist. Zu diesem Zweck sind in die Leitungsabschnitte 5-7 Sperrventile 8-10 eingegliedert, die über Steuerleitungen 15-17 mit Temperatur­ fühlern 18-20 in der Abflußleitung 3 verbunden sind. Die Temperaturfühler 18-20 sind auf unterschiedliche Ansprech­ temperaturen eingestellt.

Zwischen dem Antriebsmotor 1 und dem veränderbaren Leitungs­ querschnitt Q ist ein Hauptventil 21 in die Abflußleitung 3 eingegliedert. Das Hauptventil 21 steht über eine Steuer­ leitung 22 mit dem Ein- und Ausschaltmechanismus 23 der Antriebseinheit 1 in Verbindung.

Zwischen dem Hauptventil 21 und dem veränderbaren Leitungs­ querschnitt Q ist ein Schmutzabscheider 24 sowie eine Wasser­ uhr 25 in Hintereinanderschaltung vorgesehen. Die Wasseruhr 25 kann gegebenenfalls mit einer Betriebswarte verbunden sein.

Die Abflußleitung 3 mündet in einen offenen Auffangbehälter 26. Dem Auffangbehälter 26 vorgeschaltet und dem veränderba­ ren Leitungsquerschnitt Q nachgeschaltet ist ein Strömungs­ wächter 27, der dafür Sorge trägt, daß der Antriebsmotor 1 stillgesetzt wird, wenn eine Mindestmenge an Kühlwasser nicht mehr die Abflußleitung 3 durchströmt.

Des weiteren veranschaulicht die Darstellung, daß der Auffang­ behälter 26 über eine Reinigungsvorrichtung 28 mit der Zu­ führungsleitung 2 in Verbindung steht.

Wird statt des Wasserzuführungsnetzes 2 ein geschlossener Wasserkreislauf vorgesehen, so ist zweckmäßig in den Kreis­ lauf 29 zwischen dem Auffangbehälter 26 und dem Antriebsmo­ tor 1 hinter die Reinigungsvorrichtung 28 noch eine Rückkühl­ anlage 30 eingegliedert.

Denkbar ist es auch, daß der Auffangbehälter 26 bei Bedarf mit einer nicht näher dargestellten Vorrichtung zum Bedüsen der Gewinnungsmaschinengasse und/oder zum Niederschlagen von Staub verbunden ist.

Die vorstehend beschriebene Kühlwasserregelung wird etwa wie folgt beschrieben:

Der Antriebsmotor 1 wird eingeschaltet und das Hauptventil 21 geöffnet. Durch den stets offenen Leitungsabschnitt 4 fließt eine Menge von 4 Litern pro Minute Kühlwasser durch den Antriebsmotor 1 in den Auffangbehälter 26. Dabei ist sichergestellt, daß der Antriebsmotor 1 erst dann zu laufen beginnt, wenn Kühlwasser durch den Leitungsabschnitt 4 strö­ men kann.

Wird der Antriebsmotor 1 über einen fixierten Temperaturpunkt hinaus belastet, so wird über den entsprechenden Temperatur­ fühler 18 das Sperrventil 8 in dem Leitungsabschnitt 5 geöff­ net und es fließen zusätzlich 5 Liter pro Minute durch die Kühlwasserregelung. Insgesamt wird dadurch der Antriebsmotor 1 mit 9 Litern pro Minute beaufschlagt.

Sollte die Belastung des Antriebsmotors 1 so hoch sein, daß die Temperatur des erwärmten Kühlwassers weiter steigt und 9 Liter pro Minute Kühlwassermenge nicht ausreicht, um den Antriebsmotor 1 auf der optimalen Betriebstemperatur zu halten, wird dies durch den Temperaturfühler 19 festgestellt und hierüber das Sperrventil 9 in dem Leitungsabschnitt 6 geöffnet, so daß weitere 6 Liter pro Minute, also jetzt insgesamt 15 Liter pro Minute durch den Antriebsmotor 1 strömen.

Sollte auch diese Kühlwassermenge zur Kühlung des Antriebs­ motors 1 nicht ausreichen und die Temperatur des erwärmten Kühlwassers noch mehr ansteigen, so wird dies über den Tempe­ raturfühler 20 ermittelt, der das Sperrventil 10 öffnet und damit weitere 8 Liter pro Minute durchströmen läßt. Insgesamt fließen jetzt 23 Liter pro Minute durch die Kühl­ wasserregelung. Die Kombination der Öffnungs- und Schlußfol­ ge der einzelnen Ventile 8-10 kann über die Einstellung der Temperaturfühler 18-20 beliebig verändert werden.

Bei Zurückgang der Belastungen des Antriebsmotors 1 und damit einhergehender Reduzierung der Kühlwassertemperatur ist die Betriebsweise der Kühlwasserregelung umgekehrt, jedoch mit einer kleineren Schalthysterese behaftet. Das heißt temperaturabhängig schließen die Ventile 10, 9, 8 nacheinan­ der. Bei Stillstand des Antriebsmotors 1 wird letztlich auch das Hauptventil 21 geschlossen. Dieses jedoch mit einer einstellbaren Verzögerung, welche gewährleistet, daß durch den Antriebsmotor 1 auf jeden Fall Kühlwasser strömt, so lange dieser erwärmt ist.

Die Kühlwasserregelung ist so gestaltet, daß die parallel geschalteten Leitungsabschnitte 4-7, insbesondere die Rohre 11-14 gegen Rohre abweichenden Querschnitts austauschbar sind.

Denkbar ist es aber auch, daß die Leitungsabschnitte 4-7 auf unterschiedliche Querschnitte einstellbar sind, was bei­ spielsweise durch Mengenregelventile erfolgen kann.

Claims (6)

1. Regelung der Kühlwasserdurchflußmenge bei wassergekühlten Antriebseinheiten (1) untertägiger Förderer oder Gewinnungs­ maschinen, wobei in der das erwärmte Kühlwasser von der Antriebseinheit (1) fortführenden Leitung (3) ein Leitungs­ abschnitt (Q) mit in Abhängigkeit von der Temperatur des abströmenden erwärmten Kühlwassers veränderbarem Querschnitt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Querschnitt (Q) stufenweise veränderbar ist und/oder daß der veränderbare Querschnitt (Q) durch mindestens zwei parallelgeschaltete Leitungsabschnitte (4-7) gebildet ist, von denen mindestens ein Leitungsabschnitt (5-7) temperaturgeregelt verschließbar gestaltet ist.

2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die parallel geschalteten Leitungsab­ schnitte (4-7) auf unterschiedliche Querschnitte einstellbar sind.

3. Regelung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem(n) verschließbaren Leitungsabschnitten (5-7) ein mit einem Temperaturfühler (18-20) in der Abflußleitung (3) verbundenes Sperrventil (8-10) eingegliedert ist.

4. Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung von zwei oder mehr verschließbaren Leitungsabschnitten (5-7) die hierin eingegliederten Ventile (8-10) mit auf unterschied­ lichen Ansprechtemperaturen eingestellten Temperaturfühlern (18-20) in der Abflußleitung (3) verbunden sind.

5. Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel geschalteten Leitungsabschnitte (4-7) bezüglich mindestens eines Längen­ teils (11-14) austauschbar sind.

6. Regelung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den im Querschnitt veränderbaren Leitungsabschnitt (Q) ein Strö­ mungswächter (27) in der Abflußleitung (3) integriert ist.