DE3829531A1 - Einrichtung zur kuehlung des kuehlmediums fuer eine vortriebsmaschine und/oder des hydraulischen druckmediums fuer hydraulikantriebe beim hydro-schildvortrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kühlung des Kühlmediums für eine Vortriebsmaschine und/oder des hy­ draulischen Druckmediums für Hydraulikantriebe beim Hydro-Schildvortrieb.

Beim Hydro-Schildvortriebsverfahren befindet sich in der zur Schild­ rückseite hin abgeschotteten Abbaukammer des Vortriebsschildes eine Vortriebsmaschine in Gestalt eines Schneidrades oder Bohrkopfes od.dgl., die von hydraulischen oder elektri­ schen Antriebsmotoren angetrieben wird. Bei den geforder­ ten hohen Antriebsleistungen der Vortriebsmaschine kann die Wärmeableitung erhebliche Probleme schaffen. Diese läßt sich bei Kühlsystemen mit im Kreislauf umgewälztem Kühlmedium nur mit Hilfe verhältnismäßig aufwendiger Kühlaggregate bewerkstelligen.

Häufig stellt sich auch das Problem, das in dem Vorrats­ tank eines Pumpenaggregats befindliche hydraulische Druck­ medium (zumeist Drucköl), das zur Druckmittelversorgung der hydraulischen Verbraucher, wie vor allem der verschie­ denen Arbeitszylinder (Schildpressen, Steuerzylinder, Vor­ schubpressen für die Vortriebsmaschine usw.) dient, einer Kühlung zu unterziehen. Auch hierfür müssen aufwendige Kühl­ systeme eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein vergleichsweise einfaches, wirtschaftliches und leistungsfähiges Kühlsystem für die ge­ nannten Zwecke zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Kühleinrichtung ein von der Spül- bzw. Stützflüssigkeit als wärmeaufnehmendes Medium und von dem Kühlmedium und/oder dem hydraulischen Druckmedium als wärmeabgebendes Medium durch­ flossener Wärmeaustauscher vorgesehen ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem mit Wärmeaustauscher wird also für das die Wärme aufnehmende und abführende Medium die Spül- bzw. Stützflüssigkeit verwendet, die in der im Schild angeordneten Abbaukammer zur Stützung der Ortsbrust dient. Die Spül- bzw. Stützflüssigkeit steht in großer Menge zur Verfügung und ermöglicht daher auf wirtschaftliche Weise eine rasche Wärmeableitung und demgemäß eine wirksame Kühlung der Betriebsmedien. Die Spül- bzw. Stützflüssigkeit kann Was­ ser oder auch eine thixotrope Flüssigkeit, wie vor allem eine Bentonit-Suspension, sein. Sie wird beim Hydro-Schildvortrieb im allgemeinen mit dem Abbaumaterial ständig aus der Abbau­ kammer des Schildes abgezogen und einer über Tage angeordne­ ten Separieranlage zugeführt, wo sie von dem Abbau- bzw. Bodenmaterial getrennt und anschließend wieder über eine Speiseleitung in die Abbaukammer zurückgepumpt wird.

Vorzugsweise ist der Wärmeaustauscher an die die aufbereitete Spül- bzw. Stützflüssigkeit zu der Abbaukammer fördernde Speiseleitung angeschlossen. Statt dessen wäre es aber auch möglich, den Wärmeaustauscher, vorzugsweise im Kopfbereich, an die Abbaukammer anzuschließen, so daß ständig Spül- bzw. Stützflüssigkeit aus der Abbaukammer über den Wärmeaustau­ scher umgewälzt wird. Vorzuziehen ist aber der Anschluß des Wärmeaustauschers an die Speiseleitung, über die die auf­ bereitete Spül- bzw. Stützflüssigkeit von der Separieranlage in die Abbaukammer gepumpt wird.

In bevorzugter Ausführung besteht der Wärmeaustauscher aus einem Austauschbehälter, der mit Anschlüssen für die zu der Abbaukammer führende Speiseleitung versehen ist und in des­ sen Innerem von der Spül- bzw. Stützflüssigkeit umströmte, von dem zu kühlenden Betriebsmedium (Kühlmedium und/oder hydraulischen Druckmedium) durchflossene Wärmeaustausch­ elemente angeordnet sind. Die genannten Anschlüsse befinden sich zweckmäßig an den einander gegenüberliegenden Seiten des Austauschbehälters. Ein Wärmeaustauscher der vorgenann­ ten Art zeichnet sich durch vergleichsweise einfache Bau­ weise aus. Er läßt sich so in die Spül- bzw. Stützflüssigkeit- Speiseleitung einschalten, daß er von der gesamten, der Ab­ baukammer zugeführten Spül- bzw. Stützflüssigkeit oder auch nur von einer Teilmenge dieser Spül- bzw. Stützflüssigkeit durchflossen wird. Die Wärmeaustauschelemente werden zweck­ mäßig mit ihren die Anschlüsse aufweisenden Lagerteilen an einer Wandung des Austauschbehälters so gelagert, daß sie in den Austauschbehälter eintauchen. Vorzugsweise werden sie an der Oberseite des Austauschbehälters hängend ge­ lagert. Die Oberseite des Austauschbehälters wird zweckmäßig von einem lösbaren oder aufklappbaren Deckel gebildet.

Für die Wärmeaustauschelemente können einfache Rohrschlangen oder auch plattenförmige Austauschelemente verwendet werden. Vorzugsweise wird die Anordnung so getroffen, daß das zu kühlende Betriebsmedium in mehrere oder auch in eine Viel­ zahl von Teilströmen aufgeteilt wird, die jeweils über ein Wärmeaustauschelement geführt werden. Hierbei ist also eine Gruppe von Wärmeaustauschelementen in Parallelanordnung an gemeinsame Leitungen eines geschlossenen Pumpenumlaufsystems für das zu kühlende Betriebsmedium angeschlossen.

Es kann ferner zweckmäßig sein, den Wärmeaustauscher mit zwei Wärmeaustauschsystemen zu versehen, wobei das eine System an das das Kühlmedium für die Vortriebsmaschine im Kreislauf um­ wälzende Pumpensystem und das andere System an das Umwälz- System für das in einem Vorratstank befindliche hydraulische Druckmedium angeschlossen ist, welches zur Versorgung der verschiedenen hydraulischen Verbraucher, wie vor allem der verschiedenen hydraulischen Pressen und Arbeitszylinder so­ wie Hydromotoren für Bohrkopfantrieb und Hydropumpen dient.

Die Erfindung schließt auch eine Anordnung ein, bei der im Inneren des von der Spül- bzw. Stützflüssigkeit durchströmten Austauschbehälters der Vorratstank für das hydraulische Druck­ medium und/oder für das Kühlmedium der Vortriebsmaschine an­ geordnet ist.

Es empfiehlt sich im übrigen, den Wärmeaustauscher bzw. sei­ nen Austauschbehälter mit einem verschließbaren Schmutzablauf zu versehen, um etwaigen sich im Austauschbehälter absetzen­ den Schmutz entfernen zu können. Insbesondere zu Reinigungs­ zwecken ist es angebracht, wenn vor und/oder hinter dem Wärmeaustauscher in den Anschlußleitungen Absperrventile angeordnet werden.

Der erfindungsgemäße Wärmeaustauscher wird zweckmäßig hinter dem Vortriebsschild im Tunnel oder auch in einem Schildnachläufer angeordnet. Er kann dabei auch als ein mobiles Kühlgerät aus­ geführt werden, das dem Schildvortrieb nachgeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipbild eines Hydro-Schild­ vortriebs mit einem erfindungsgemäßen Kühlsystem;

Fig. 2 in größerem Maßstab und in perspektivi­ scher Darstellung und in schematischer Vereinfachung einen erfindungsgemäßen Wärmeaustauscher, der mit Vorteil bei dem Kühlsystem nach Fig. 1 Verwendung finden kann.

In Fig. 1 ist in schematischer Vereinfachung ein zylindri­ scher Vortriebsschild 1 gezeigt, mit dem ein Tunnel 2 oder ein sonstiges unterirdisches Bauwerk im herkömmlichen Hydro- Schildvortriebsverfahren aufgefahren wird. In der zur Schild­ rückseite hin durch eine Trennwand 3 abgeschotteten orts­ brustseitigen Abbaukammer 4 arbeitet eine Vortriebsmaschine, die aus einem Bohrkopf 5 od.dgl. besteht, der in der Trenn­ wand 3 gelagert sein kann. Der leistungsstarke Drehantrieb des Bohrkopfes 5 weist im allgemeinen mehrere Antriebsmoto­ ren 6 auf, die in Fig. 1 lediglich schematisch angedeutet sind. In der Abbaukammer 4 befindet sich die Spül- bzw. Stütz­ flüssigkeit. Diese besteht aus Wasser oder einer Bentonit- Suspension. Falls erforderlich, kann die Spül- bzw. Stütz­ flüssigkeit auch unter dem Druck eines Druckluftpolsters stehen. Die Abbaukammer 4 ist in diesem Fall an eine Druck­ luftleitung angeschlossen.

Das vom Bohrkopf 5 an der Ortsbrust gelöste Abbau- bzw. Bodenmaterial vermischt sich mit der Spül- bzw. Stützflüssig­ keit und wird in der Mischung mit dieser über eine Leitung 7 eines Pumpenaggregates 8 aus der Abbaukammer 4 abgezogen und über eine Förderleitung 9 einer Separieranlage 10 zugeführt, die im allgemeinen über Tage angeordnet ist. Die Separier­ anlage 10 ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt. In der Separier- oder Aufbereitungsanlage 10 erfolgt die Abtrennung des Bodenmaterials von der Spül- bzw. Stützflüssigkeit und bei Verwendung einer Bentonit-Suspension auch die Auffrischung derselben durch Bentonitzugabe. Die aufbereitete Spül- bzw. Stützflüssigkeit wird dann mittels einer nicht dargestellten Speisepumpe über eine Speiseleitung 11 in die Abbaukammer 4 gepumpt.

Die hohe Wärmeentwicklung, insbesondere bei einem hydrostati­ schen Bohrkopfantrieb 6, erfordert eine Kühlung der Motoren und der Bohrkopflager.

In Fig. 1 sind die hydraulischen Schildpressen, mit deren Hilfe der Vortriebsschild 1 vorgepreßt wird, nicht darge­ stellt. Zumeist weist die Schildvortriebseinrichtung zusätz­ lich zu den Schildpressen noch weitere hydraulische Ver­ braucher, wie Steuerzylinder, Vorschubzylinder für den Bohrkopf usw., auf. Von dem Pumpenaggregat, welches zur Versorgung der verschiedenen hydraulischen Verbraucher mit dem Hochdruckmedium dient, ist in Fig. 1 lediglich der das Druckmedium aufnehmende Vorratstank 12 gezeigt, der sich hinter dem Vortriebsschild 1 in der Tunnelstrecke 2, ggf. an einem dem Vortriebsschild 1 nachgeführten Nachläufer befindet. Das zugeordnete Pumpenaggregat kann mit dem Vor­ ratstank 12 eine Baueinheit bilden. Als Druckmedium für die Versorgung der verschiedenen hydraulischen Verbraucher wird im allgemeinen Drucköl verwendet, obwohl auch Öl-Wasser- Emulsionen in Betracht kommen.

In der die Separieranlage 10 mit der Abbaukammer 4 des Vor­ triebsschildes 1 verbindenden Speiseleitung 11 ist ein Wärme­ austauscher 13 angeordnet, der zur Kühlung des den Bohrkopf­ antrieb 6 kühlenden Kühlmediums und/oder zur Kühlung des im Vorratstank 12 befindlichen Druckmediums des Hochdruck­ pumpenaggregates dient. Bei dem gezeigten Ausführungsbei­ spiel wird das Kühlmedium für den Bohrkopfantrieb 6 mittels einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe über Leitungen 22 und 23 im Kreislauf umgewälzt, wobei die Leitungen 22 und 23 an den Vorratstank 12 angeschlossen sind. Der Vorratstank 12 nimmt in diesem Fall also das Kühlmedium auf, aus dem es von der Kühlmittelpumpe angesaugt wird. Zugleich kann der Vor­ ratstank 12 aber auch das hydraulische Druckmedium (Drucköl) aufnehmen, welches zur Versorgung der verschiedenen hydrau­ lischen Verbraucher, wie Schildpressen usw., dient. Falls eine Kühlung des hydraulischen Druckmediums für die Hydrau­ likantriebe nicht erforderlich ist, bildet der Vorratstank 12 nur den Aufnahmebehälter für das Kühlmedium.

In Fig. 2 ist in schematischer Vereinfachung eine bevorzugte Ausführungsform eines Wärmeaustauschers 13 gezeigt. Dieser besteht aus einem Austauschbehälter 14, der an seinen beiden gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Anschluß 15 bzw. 16 für die Verbindung mit der Speiseleitung 11 aufweist. Die über die Speiseleitung 11 zugeführte Spül- oder Stützflüssigkeit durch­ strömt daher den Austauschbehälter 14, bevor sie in die Ab­ baukammer 4 gelangt.

Im Inneren des Austauschbehälters 14 befinden sich Wärme­ austauschelemente 17, die, wie in Fig. 2 nur anhand eines einzigen Wärmeaustauschelementes angedeutet, aus einfachen Kupferrohrschlangen bestehen können. Statt dessen können für die Wärmeaustauschelemente 17 aber auch plattenförmige Elemente verwendet werden. Die Wärmeaustauschelemente 17 sind mit ihren die Anschlüsse 18 und 19 aufweisenden Lager- oder Kopfteilen 20 an der Oberseite 21 des Austausch­ behälters 14 hängend so gelagert, daß sie von oben in den Austauschbehälter 14 eintauchen und daher von der den Aus­ tauschbehälter 14 durchströmenden Stützflüssigkeit umspült werden.

Die Austauschelemente 17 sind mit ihren Anschlüssen 18 an eine gemeinsame Leitung 25 und mit ihren Anschlüssen 19 an eine ge­ meinsame Leitung 26 angeschlossen. In der Leitung 26 befindet sich eine Pumpe 24, die vorzugsweise aus einer mehrstufigen Kreiselpumpe besteht. Die Pumpe 24 fördert das zu kühlende Betriebsmedium über die Leitung 26 und die Anschlüsse 19 durch die Wärmeaustauschelemente 17 hindurch. Das durch den Wärme­ austausch mit der Stützflüssigkeit gekühlte Betriebsmedium fließt dann über die Anschlüsse 18 und die Leitung 25 in den Vorratstank 12 (Fig. 1) zurück, aus dem es dann über den Kühlmittelkreislauf 14, 15 der Kühlmittelpumpe abgezogen wird. Statt dessen kann aber das gekühlte Betriebsmedium mit Hilfe der Pumpe 24 unmittelbar, d.h. unter Umgehung des Vorratstankes 12, über den Kühlmittelkreislauf 22, 23 umge­ wälzt werden. In diesem Fall sind die Wärmeaustauschelemente 17 mit den Leitungen 22 und 23 verbunden. Dies ist in Fig. 1 durch die strichpunktiert angedeutete Leitungsführung 22, 23 dargestellt.

Falls auch das im Vorratstank 12 befindliche Druckmedium ge­ kühlt werden soll, aus dem das die hydraulischen Verbraucher speisende Hochdruckpumpenaggregat das Druckmedium ansaugt, kann dem Wärmeaustauscher 13 ein zweites Wärmeaustauschsystem zugeordnet werden, welches eine zusätzliche Gruppe von Wärme­ austauschelementen 17 aufweist, die in den Austauschbehälter 14 eintauchen und daher ebenfalls von der Stützflüssigkeit umströmt werden. Die zweite Gruppe der Wärmeaustauschelemente 17 ist dabei über die in Fig. 1 angedeuteten Leitungen 25 und 26 mit eingeschalteter Umwälzpumpe 24 an den Vorratstank 12 angeschlossen.

Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Kühlsystems ist es also möglich, wahlweise das zur Kühlung des Bohrkopfes 5 dienende Betriebsmedium oder das zur Druckmittelversorgung der hydraulischen Verbraucher dienende Druckmedium zu küh­ len oder aber mit einer Kombination beider Kühlsysteme zu arbeiten. Das erstgenannte Kühlsystem wird dabei, wie er­ wähnt, vorteilhafterweise als ein geschlossener Kühlmittel­ kreislauf ausgebildet, indem die Kühlmittelleitungen 22 und 23 unter Umgehung des Vorratstankes 12 unmittelbar an die Wärmeaustauschelemente 17 des Wärmeaustauschers 13 ange­ schlossen werden.

Es empfiehlt sich, an den Anschlüssen 15 und 16 oder in der Speiseleitung 11 vor und hinter dem Wärmeaustauscher Absperr­ ventile anzuordnen, um während der Reinigung des Austausch­ behälters 14 die Spül- bzw. Stützflüssigkeitszuführung abschalten zu können. Der Austauschbehälter 14 wird zweckmäßig am Boden mit einem verschließbaren Schmutzablauf versehen. Die ge­ nannten Absperrventile in der Speiseleitung 11 ermöglichen auch ein Absperren dieser Leitung, wenn im Zuge des Schild­ vortriebs die Speiseleitung 11 verlängert wird. Der Wärme­ austauscher 13 wird dabei zweckmäßig dem Vortriebsschild 1 nachgeführt. Er kann an einem hinter dem Vortriebsschild 1 angeordneten Nachläufer angeordnet werden. Die Wärmeaus­ tauschelemente 17 sind in den Öffnungen an der Decke 21 des Austauschbehälters 14 dichtend so gelagert, daß sie sich im Bedarfsfall auch vom Austauschbehälter lösen und nach oben aus dem Austauschbehälter herausziehen lassen. Die Parallelanordnung der Wärmeaustauschelemente 17 bewirkt eine Aufteilung des zu kühlenden Betriebsmediums in eine mehr oder weniger große Anzahl an Teilströmen, die jeweils über ein Wärmeaustauschelement 17 geführt werden. Hiermit wird eine besonders wirksame Kühlung erreicht.

Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung ist nicht nur im Schildvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust ein­ setzbar, sondern auch beim Schildvortrieb mit Spülflüssig­ keit bzw. mit hydraulischer Abförderung des Bodenmaterials.

Claims (12)

1. Einrichtung zur Kühlung des Kühlmediums für eine Vor­ triebsmaschine und/oder des hydraulischen Druckmediums für Hydraulikantriebe beim Hydro-Schildvortrieb, da­ durch gekennzeichnet, daß ein von der Spül- bzw. Stützflüssigkeit als wärmeaufnehmendes Medium und von dem Kühlmedium und/oder dem hydrauli­ schen Druckmedium als wärmeabgebendes Medium durch­ flossener Wärmeaustauscher (13) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (13) an die die aufbereitete Spül- bzw. Stützflüssigkeit zu der Abbaukammer (4) des Vortriebsschildes (1) för­ dernde Speiseleitung (11) angeschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (13) aus einem Austauschbehälter (14) besteht, der mit, vorzugsweise an seinen gegenüberliegenden Seiten ange­ ordneten, Anschlüssen (15, 16) für die zu der Abbau­ kammer (4) führende Speiseleitung (11) versehen ist und in dessen Innerem von der Spül- bzw. Stützflüssig­ keit umströmte, von dem Kühlmedium und/oder dem hydrau­ lischen Druckmedium durchflossene Wärmeaustauschelemente (17) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wärmeaustausch­ elemente (17) mit ihren die Anschlüsse (18, 19) auf­ weisenden Lagerteilen (20) an einer Wandung des Aus­ tauschbehälters (14) gelagert sind und in den Aus­ tauschbehälter eintauchen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Wärmeaustausch­ elemente (17) an der Oberseite (21) des Austausch­ behälters (14) hängend gelagert sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschelemente (17) aus Rohrschlangen od.dgl. bestehen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von Wärmeaustauschelementen (17) in Parallel­ anordnung an gemeinsame Leitungen (22, 23; 25, 26) eines Pumpenumlaufsystems für das zu kühlende Betriebsmedium angeschlossen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Austauschbehälter (14) mit zwei Wärmeaustauschsystemen versehen ist, wobei das eine System an das das Kühl­ medium für die Vortriebsmaschine (5) im Kreislauf um­ wälzende Pumpensystem und das andere System an das Umwälzsystem für das in einem Vorratstank (12) be­ findliche hydraulische Druckmedium angeschlossen ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß im Inneren des von der Spül- bzw. Stützflüssigkeit durchströmten Austauschbehälters (14) der Vorratstank (12) für das hydraulische Druckmedium und/oder für das Kühlmedium angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Aus­ tauschbehälter (14) mit einem verschließbaren Schmutz­ ablauf versehen ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß vor und/oder hinter dem Wärmeaustauscher (13) in der Speiseleitung (11) Absperrventile angeordnet sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (13) hinter dem Vortriebsschild (1) im Tunnel, vorzugsweise an einem Nachläufer des Vor­ triebsschildes, angeordnet ist.