DE3835690C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionierung einer mit einem Fluid gefüllten und frei in einem vertikalen Schacht hängenden, aus miteinander verbindbaren einzelnen Rohren bestehenden Hauptrohrleitung gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

In einem Bergwerk werden für den Abbau untertägig lagernder fester Bodenschätze, wie zum Beispiel Kohle oder Erze, für die Bewetterung, die Kühlung und den Antrieb von Maschinen und Hilfsaggregaten verschiedene Arten von Gasen und Flüssigkeiten benötigt. Diese müssen über entsprechende Rohrleitungen vom obertägig sich befindenden Reservoir bis an die Verbraucherstelle vor Ort transportiert werden. Dafür werden im Haupt- oder Nebenschacht eines Bergwerkes Rohrleitungen eingehängt, die aus miteinander verbindbaren einzelnen Rohren bestehen. Bei einer solchen frei im Schacht hängenden Rohrleitung ist es aus Platz- und Belastungsgründen erforderlich, das frei hängende Ende der Rohrleitung zu positionieren. Zum einen soll damit der Abstand zwischen der Schachtwand und der Rohrleitung fixiert und minimiert werden, um keinen unnötigen Schachtraum zu beanspruchen; zum anderen soll damit die Hauptrohrleitung nahezu fluchtend gehalten werden, um keine zusätzlichen Biegemomente zu erzeugen, die die Gesamtbelastung für die Hauptrohrleitung erhöhen würde.

Dazu ist es bekannt, ein an der Schachtwand lösbares Haltemittel zu befestigen, das zum Beispiel aus einer geteilten Schelle besteht, die die Hauptrohrleitung umfaßt. Damit die durch elastische Verformung und thermische Belastung auftretende Längsbewegung der Hauptrohrleitung nicht behindert wird, werden an der Innenseite der beiden Halbschalen der Schelle je eine Führungsrolle angebracht. Mit einer solchen Vorrichtung kann der Abstand der Hauptrohrleitung von der Schachtwand eingestellt und fixiert werden, ohne daß die Längsbewegung der Hauptrohrleitung behindert wird. Eine solche Vorrichtung kann grundsätzlich an mehreren Stellen der Hauptrohrleitung im Schacht angeordnet werden, sie ist aber von besonderer Bedeutung am freien Ende der Hauptrohrleitung, da hier die Auswirkungen der Längsbewegung am größten ist und die Fluchtfehler sich am stärksten auswirken. Nachteilig bei diesem und vergleichbaren Vorschlägen, wie zum Beispiel die Anordnung einer Pendelstütze ist die Beeinflussung der Längsbewegung der Hauptrohrleitung auf die horizontal liegende und damit verbundene Abgangsleitung. Es muß deswegen in der Abgangsleitung mindestens eine weitere Vorrichtung, wie zum Beispiel ein Lateralkompensator angeordnet werden, um die durch die Längsbewegung der Hauptrohrleitung verursachten Verschiebungen der Abgangsleitung zu kompensieren (C. H. Fritzsche, Lehrbuch der Bergbaukunde, 1983, zehnte Auflage, zweiter Band, S. 651-653).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der in einfacher Weise die Hauptrohrleitung positioniert und auf zusätzliche Maßnahmen für die Abgangsleitung verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen festgelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als hohlzylindrischer Kompensator ausgebildet, der einseitig geschlossen ist und in dessen glattflächiger Bohrung der Endenbereich des ersten Rohres der Hauptrohrleitung abgedichtet geführt ist. Zur Befestigung des Kompensators weist dieser am Boden entweder nach außen sich erstreckende Füße oder einen ringförmigen Kragen auf, mittels dessen er auf einer an der Schachtwand angebrachten Verlagerung befestigt oder im Falle einer bis zur Schachtsohle reichenden Hauptrohrleitung direkt auf der Sohle verankert werden kann. Damit ist eine genaue Einstellung des Abstandes der Hauptrohrleitung von der Schachtwand möglich. Die Längsbewegung der Hauptrohrleitung kann ungehindert durch die Führung des ersten Rohres in der Bohrung des Kompensators erfolgen. Damit das eingefüllte Fluid, Wasser oder Gas, nicht entweichen kann, ist in der Bohrung des Kompensators eine Dichtung angeordnet. Die unbehinderte Führung des Endenbereiches des ersten Rohres wird dadurch erreicht, daß dieses als Kurzpaßstück ausgebildet wird und dessen im Endenbereich liegende Außenoberfläche durch eine mechanische Bearbeitung, z. B. Schleifen, eine glattflächige Struktur erhält. Zum Schutz der Gleitfläche des Rohres und der Bohrung des Kompensators wird eine diese Flächen einschließender Faltenbalg angeordnet, der einerseits mit dem Rohr und andererseits mit dem Kompensator verbunden ist. Für den Anschluß einer oder mehrerer Abgangsleitungen sind im Kompensator Öffnungen vorgesehen, die entweder im zylindrischen Teil oder im Bodenbereich angebracht sind. Für den Fall einer Verankerung des Kompensators auf der Sohle sind die Öffnungen nur im zylindrischen Teil anordenbar. Die Abgangsleitung kann am Kompensator direkt oder über einen Stutzen entweder angeschweißt oder angeschraubt oder angeflanscht werden.

Die axiale Erstreckung des Kompensators muß so gewählt werden, daß bei der größten zu erwartenden Längsbewegung der Hauptrohrleitung das zu führende erste Rohr innerhalb der Bohrung des Kompensators verbleibt und die im zylindrischen Bereich angebrachten Öffnungen durch das Rohr nicht verschlossen werden.

Bei Täufen über 1000 m erreicht die durch den hydrostatischen Druck hervorgerufene Belastung der Hauptrohrleitung einen erheblichen Anteil an der Gesamtbelastung. Da der Druck allseitig wirkt, nehmen auch die auf die Ringfläche des in der Bohrung des Kompensators geführten Rohres wirkenden Kräfte zu. Diese wirken dem Gewicht der Hauptrohrleitung entgegen und versuchen das Rohr aus der Bohrung herauszudrücken und erzeugen eine Umkehr der Spannungsverhältnisse in diesem Bereich von Zug in Druck. Dies führt zu einer Knickbeanspruchung der Hauptrohrleitung, die durch entsprechende Vorrichtungen abgefangen werden muß. Um dies zu vermeiden, wird weiterbildend vorgeschlagen, in der Bohrung des Kompensators eine ringförmige Ausnehmung anzuordnen, so daß sich zusammen mit der Außenoberfläche des Rohres ein Ringraum bildet. In diesen Ringraum mündet eine oder mehrere symmetrisch angeordnete Querbohrungen des Rohres, so daß der Ringraum unter dem gleichen Druck steht wie das Rohr selbst. Damit eine nach unten gerichtete, entgegen der Auftriebskraft wirkende Kraft erzeugt werden kann, weist das Rohr zwischen der Querbohrung und dem offenen Ende einen radial sich erstreckenden scheibenförmigen Vorsprung aus. Dieser Vorsprung erstreckt sich bis zur Mantelfläche der Ausnehmung und ist entlang dieser zusammen mit dem Rohr verschiebbar. Damit das in den Ringraum eingeschlossene Fluid nicht entweichen kann, ist der Ringraum nach beiden axialen Richtungen hin abgedichtet. Um eine Kompression der eingeschlossenen Luft unterhalb des scheibenförmigen Vorsprunges sich bildenden Raumes zu vermeiden, wird weiterhin vorgeschlagen, diesen Raum mit einer durch die zylindrische Wandung des Kompensators sich erstreckende Bohrung zu verbinden. Über diese Bohrung kann die komprimierte Luft entweichen und zum anderen wird durch Ansaugen von Luft von außen eine Vakuumbildung in diesem Raum vermieden.

Zur Montage des Rohres mit dem Kompensator ist es erforderlich, den Kompensator zweiteilig auszubilden und entweder den nach oben oder den nach unten hin den Ringraum begrenzenden Teil als Verschlußteil auszubilden. Die Verbindung der beiden Teile kann über eine Schweißung oder vorteilhafter wegen der möglichen Demontage über ein Schraubgewinde erfolgen. Dies gilt in ähnlicher Weise auch für den scheibenförmigen Vorsprung am Rohr. Das erste Rohr der Hauptrohrleitung selbst, das in jedem Fall wie bereits erwähnt wegen der Forderung nach Dichtheit zumindestens an der Außenoberfläche mechanisch bearbeitet werden muß, wird üblicherweise als sogenanntes Kurzpaßstück ausgebildet. Der scheibenförmige Vorsprung an diesem Kurzpaßstück kann aus dem Vollen herausgearbeitet werden oder angeschweißt oder als separates Teil eingeschraubt werden. Je nach Verhältnis der Größe der Ringfläche des Vorsprunges zur Größe der Ringfläche des Rohres erfolgt der Ausgleich der nach oben wirkenden Auftriebskraft über die nach unten wirkende Gegenkraft vollständig oder teilweise. Anzustreben ist ein Verhältnis der beiden Ringflächen von größer als 1, da in einem solchen Fall die Hauptrohrleitung in diesem Bereich unter Zugspannung gesetzt wird, was zur Stabilität der Positionierung der Hauptrohrleitung beiträgt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, daß mit einem einfach herzustellenden Kompensator die Hauptrohrleitung sicher und stabil positioniert wird und für die Abgangsleitung im Hinblick auf die Längsbewegung der Hauptrohrleitung keine zusätzlichen Maßnahmen erforderlich sind. Die darüber hinaus verbesserte Ausführungsform ist zwar in der Herstellung aufwendiger, bringt aber für frei hängende Rohrleitungen von 1000 m und mehr den Vorteil, daß die zu einer Knickbeanspruchung führende Auftriebskraft damit kompensiert werden kann.

In der Zeichnung wird der erfindungsgemäße Kompensator näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Kompensator,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt und eine Draufsicht einer weiterentwickelten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist im Längsschnitt der erfindungsgemäße Kompensator 1 dargestellt. Er ist hohlzylindrisch 10 ausgebildet und weist ein geschlossenes Ende 2 auf. Zur Befestigung auf einer Verlagerung (hier nicht dargestellt) oder direkt auf der Schachtsohle ist am Boden 2 des Kompensators 1 ein ringförmiger Kragen 3 mit entsprechenden Bohrungen 4, 4′ angeschweißt, wobei die Bohrung 4′ in die Zeichenebene geklappt worden ist. In der Bohrung 5 des Kompensators 1 ist das erste Rohr 6 der hier nicht dargestellten Rohrleitung geführt. Der Pfeil 7 soll die Verschiebungsmöglichkeiten des Rohres 6 aufgrund der Längsbewegung der Rohrleitung andeuten. Damit das Fluid nicht entweichen kann, sind in der Bohrung 5 des Kompensators 1 Dichtungen 8 angeordnet. Damit die Dichtelemente 8 wirksam werden können, muß die Außenoberfläche 9 des Rohres 6 in diesem Verschiebebereich glattflächig sein. Der zylindrische Teil 10 weist in der Nähe des Bodens 2 eine Öffnung 11 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel sich in Form eines Stutzens 12 fortsetzt, an die eine hier nicht dargestellte Abgangsleitung anschließbar ist. Der Anschluß selber kann in Form einer Schweiß-Schraub- oder Flanschverbindung ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, das erste Rohr der Abgangsleitung direkt an der Öffnung 11 des Kompensators 1 anzubringen. Zum Schutz der Gleitflächen gegen Staub und Schmutzein­ wirkung ist im Verschiebebereich ein Faltenbalg 13 angebracht, der einerseits am Rohr 6 und andererseits am zylindrischen Teil 10 des Kompensators 1 befestigt ist.

Fig. 2 zeigt einen Teillängsschnitt und eine Draufsicht einer weiterentwickelten Ausführungsform, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet worden sind wie in Fig. 1. Um die durch den Innendruck hervorgerufene auf die Ringfläche 14 des Rohres 6 wirkende Kraft, hier dargestellt durch den Pfeil 15, zu kompensieren, weist das erste Rohr 6 der Rohrleitung mindestens eine Querbohrung 16 auf. Diese mündet in einen durch eine kreisringförmige Ausnehmung in der Bohrung 5 des Kompensators 1 und der Außenoberfläche 9 des Rohres 6 gebildeten Ringraum 17. In diesem Raum 17 herrscht der gleiche Druck wie im Rohr 6. Zur Erzeugung einer entsprechenden Gegenkraft, hier dargestellt durch den Pfeil 18, ist in dem Endenbereich des Rohres 6 eine Hülse 19 eingeschraubt, die an einem Ende einen scheibenförmigen Vorsprung 20 aufweist. Die sich dadurch ergebende Ringfläche 21 sollte gleich oder größer sein als die 14 des Rohres 6. Der Vorsprung 20 gleitet zusammen mit dem Rohr 6 entsprechend dem Pfeil 7 entlang der Ausnehmung und weist an der Außenfläche eine Dichtung 22 auf. Damit die Luft in dem unteren Teil 23 des Ringraumes 17 nicht komprimiert bzw. der Raum evakuiert werden kann, mündet eine durch die Wandung des zylindrischen Teiles 10 sich erstreckende Bohrung 24 in diesen Raum 23. Die Abdichtung nach unten hin erfolgt durch in der Bohrung 5 des Kompensators 1 angebrachte Dichtungen 25.

Für die Montage ist das offene Ende des Kompensators 1 als hülsenförmiges Verschlußteil 26 ausgebildet, das in diesem Ausführungsbeispiel in den zylindrischen Teil 10 des Kompensators 1 eingeschraubt wird. An der Trennstelle zwischen den beiden Teilen 10, 26 ist eine Dichtung 27 angeordnet. Der Faltenbalg 13 (Fig. 1) zum Schutz der Gleitflächen ist in dieser Figur weggelassen worden. Im Boden 2 des Kompensators 1 ist eine Öffnung 28 angebracht, an die eine entsprechende Abgangsleitung angebracht werden kann. Für den Fall der Befestigung des Kompensators 1 direkt auf der Schachtsohle, müßte diese Öffnung 28 im zylindrischen Teil 10 des Kompensators 1 angeordnet werden.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Positionierung einer mit einem Fluid gefüllten und frei in einem vertikalen Schacht hängenden, aus miteinander verbindbaren einzelnen Rohren bestehenden Hauptrohrleitung, die wenigstens am freien Ende mit einer im wesentlichen horizontal liegenden Abgangsleitung verbunden ist, mit einem den Abstand zwischen der Schachtwand und der Hauptrohrleitung fixierenden Mittel, das die Hauptrohrleitung umfassend lösbar mit dem Schacht verbindbar und in dem die Hauptrohrleitung in vertikaler Richtung verschiebbar anordenbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein mindestens eine Öffnung (11, 28) für den Anschluß einer Abgangsleitung aufweisender, hohlzylindrisch ausgebildeter und einseitig geschlossener Kompensator (1) vorgesehen ist, in dessen mit mindestens einer Dichtung (8, 25) versehenen glattflächigen Bohrung (5) der Endenbereich des ersten Rohres (6) der Hauptrohrleitung verschiebbar geführt ist und dessen axiale Erstreckung so gewählt ist, daß bei der größten zu erwartenden Längsbewegung der Hauptrohrleitung das zu führende erste Rohr (6) der Hauptrohrleitung innerhalb der Bohrung (5) des Kompensators (1) verbleibt und die im zylindrischen Bereich (10) des Kompensators (1) angebrachten Öffnungen (11) nicht durch das Rohr (6) verschlossen werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Öffnungen (28) im Bodenbereich (2) des Kompensators (1) für den Anschluß von Abgangsleitungen angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (6) der Rohrleitung ein Kurzpaßstück ist, dessen im Endenbereich liegende Außenoberfläche (9) eine gleitfähige Oberflächenstruktur aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Gleitflächen ein diesen Bereich einschließender am Rohr (6) und am Kompensator (1) befestigter Faltenbalg (13) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensator (1) mehrteilig ist und die Bohrung (5) eine kreisringförmige Ausnehmung aufweist, deren axiale Erstreckung auf einer Seite durch ein mit dem zylindrischen Teil (10) des Kompensators (1) verbindbares, ringförmig ausgebildetes Verschlußteil (26) begrenzt wird und die Außenoberfläche (9) des Endenbereiches des ersten Rohres (6) der Hauptrohrleitung mit der Ausnehmung des Kompensators (1) einen nach beiden axialen Richtungen hin abgedichteten Ringraum (17) bildet, dessen axiale Erstreckung auch bei der größten zu erwartenden Längsbewegung der Hauptrohrleitung eine im Endenbereich des Rohres (6) angebrachte Querbohrung (16) und einen zwischen dem offenen Ende und der Querbohrung (16) des Rohres (6) liegenden, mit dem Rohr (6) verbundenen, radial sich bis zur Mantelfläche der Ausnehmung erstreckenden, scheibenförmigen Vorsprung (20) einschließt, der abgedichtet (22) entlang der Ausnehmung verschiebbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Größe der Ringfläche (21) des scheibenförmigen Vorsprunges (20) zur Ringfläche (14) des ersten Rohres (6) gleich oder größer 1 ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensator (1) eine im zylindrischen Bereich (10) liegende Bohrung (24) aufweist, die auf der der Schachtsohle zugewandten Ringfläche der Ausnehmung in den unteren Teil (23) des Ringraumes (17) mündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Rohr (6) mehrere über den Umfang symmetrisch angeordnete Querbohrungen (16) aufweist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzpaßstück einteilig ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzpaßstück aus zwei miteinander verbindbaren Teilen (6, 19) besteht, wovon ein Teil (19) einen sich radial nach außen erstreckenden Vorsprung (20) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Teile (6, 19) miteinander verschraubbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (26) das offene Ende des Kompensators (1) bildet und im Bohrungsteil mindestens eine Dichtung (8) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil das geschlossene Ende des Kompensators (1) bildet und im Bohrungsteil mindestens eine Dichtung (25) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil mit dem zylindrischen Teil des Kompensators (1) verschraubbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennstelle zwischen Verschlußteil und zylindrischem Teil (10) eine Dichtung (27) angeordnet ist.