DE60117961T2

DE60117961T2 - Strahlpumpe

Info

Publication number: DE60117961T2
Application number: DE60117961T
Authority: DE
Inventors: J. Robert Baton Rouge HUTCHINSON; F. Richard Clinton DAWSON
Original assignee: Walker Dawson Interests Inc
Current assignee: Walker Dawson Interests Inc
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: IL150718A0; AU3093101A; IL150718A; CA2397439C; WO2001051818A1; PL356557A1; CA2397439A1; EP1248907B1; MXPA02006840A; DE60117961D1; AU2001230931B2; EP1248907A1; ATE320564T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen hydraulische, nichtmechanische Pumpvorrichtungen für die Übertragung von Material und insbesondere Strahlpumpen zum Bewegen von festen, halbfesten und/oder flüssigen Materialien sowie Verfahren, bei denen solche Vorrichtungen verwendet werden.
HINTERGRUND
Zahlreiche Typen von Pumpen wurden entwickelt, um Materie von einem Ort zu einem anderen zu bewegen. Typischerweise spielt die physikalische und/oder chemische Natur des Materials, das durch die Pumpe bewegt wird, eine wichtige Rolle für den Wirkungsgrad der Pumpe. Beispielsweise verwendet die Ausbaggerindustrie üblicherweise große Zentrifugalpumpen zum Saugen und Bewegen von Aufschlämmungsmaterial, d.h. Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in Mischung mit festem, teilchenförmigen Material, z.B. Sand oder Kies. Aufgrund der abrasiven Charakteristiken der Teilchen innerhalb des Aufschlämmungsmaterials leiden diese Pumpen typischerweise unter einem Verschleiß und einer beträchtlichen Ausfallzeit zur Reparatur der Vorrichtungskomponenten, besonders der beweglichen Teile, die in direkten Kontakt mit dem teilchenförmigen Material kommen.
Eine weitere Ausbaggertechnik umfasst die Verwendung von Luft, um eine nach oben gerichtete Strömung von Wasser zu bewirken. Bei dieser Technik wird typischerweise Druckluft oder Gas verwendet, was aufwendige Kompressionsvorrichtungen erfordert. Des weiteren hat die Kombination von Gas, Wasser und Feststoffen ihren Beitrag zu der Instabilität des Prozesses in der Mischkammer der Vorrichtung geleistet, wie in dem US-Patent Nr. 4,681,372 erörtert.
Andere hydraulische Pumpen, die bei Ausbagger- und Tiefseeabbauarbeitsgängen zum Einsatz kommen, verwenden Strahlabführungssysteme, bei denen Wasser durch Rohrleitungskonfigurationen gedrückt wird, um eine nach oben gerichtete Strömung zu bewirken, die das Wasser und Feststoffmaterial aus der gewünschten Stelle zieht. Jedoch weisen viele Strahlabführungssysteme den Fehler auf, dass ihre Hochdruckwasserstrahlen, obgleich sie beim Entfernen von großen Volumina an Aufschlämmungsmaterial wirksam sind, eine starke Kavitation im Hals und den Mischbereichen der Abführungsleitung verursachen und zu einem verringerten Wirkungsgrad und einer extrem kurzen Standzeit der Vorrichtung führen, wie z.B. im US-Patent 4,165,571 erörtert.
Andere Strahlabführungssysteme haben Atmosphärenluft für den Zweck der Erzeugung von Luftblasen für Abscheidungsprozesse wie im US-Patent 5,811,013 verwendet. Diese Systeme sind nicht dazu bestimmt, den Pumpenwirkungsgrad zu erhöhen, die Pumpenkavitation zu verhindern oder die Pumpströmung zu erhöhen, wie bei der vorliegenden Erfindung offenbart. Das US-Patent 5,992,167 offenbart jedoch ein Strahlabführungssystem, das Luft eine Schicht bilden lässt, die eine Hochdruckströmung von Flüssigkeit umgibt, die durch einen Raum und in ein Rohr gerichtet ist, wodurch in dem Raum ein Vakuum gebildet wird. Dennoch erzeugt dieses System kein Vakuum, das für viele kommerzielle Arbeitsgänge ausreichend ist, und sorgt nicht für die Steuerung des Gewichtsprozentsatzes der Feststoffe in gepumpten Aufschlämmungen.
Das US-Patent 2,196,859 offenbart eine Ausbaggervorrichtung mit einem gesteuerten Düsenraum zwischen den Leitungen. GB 0 122 278 offenbart eine Vorrichtung des Airlift-Typs, mittels der eine Mischung aus Flüssigkeit und Druckluft erhalten wird, um die Abgabe der Flüssigkeit zu beginnen und aufrechtzuerhalten.
So besteht weiterhin Bedarf an einem wirtschaftlich realisierbaren Strahlabführungssystem, das mit sehr geringem Verschleiß des Systems große Volumina an Materie bewegt. Es besteht auch ein Bedarf an Systemen, die es den Benutzern ermöglichen, einen größeren Pumpwirkungsgrad zu erzielen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile früherer Entwicklungen, indem sie unter anderem ein Pumpsystem zur Verfügung stellt, das (a) die Menge des bewegten Materials mit Bezug auf früher entwickelte Pumpen ohne eine Erhöhung des Energieverbrauchs erhöhen kann, (b) Feststoffmaterialien mit einem minimalen Verschleiß der Komponententeile bewegen kann, (c) die Probleme überwinden kann, die mit herkömmlichen Pumpen mit Venturi-Effekt verbunden sind, (d) spezifische Komponententeile umfassen kann, die für den Verschleiß bestimmt sind und die leicht ausgewechselt werden können, (e) ein Vakuum zum Saugen von Materialien mit wenig oder keiner Kavitation erzeugen kann und/oder (f) die Steuerung des Verhältnisses von Feststoff zu Flüssigkeit des gepumpten Materials ermöglichen kann, um den Pumpwirkungsgrad drastisch zu erhöhen. Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung ein effizientes Mischsystem zur Verfügung, bei dem eine erfindungsgemäße Strahlpumpe verwendet wird und das es Benutzern ermöglicht, schnell eine Materialmischung aus Flüssigkeit und Feststoff, vorzugsweise eine, bei der die Mischung im wesentlichen homogen ist, zu bilden, um den Gewichtsprozentsatz der Feststoffe in der sich ergebenden Mischung zu steuern, und die Mischung effizient von der Strahlpumpe nach unten zu einer gewünschten Stelle zu transportieren.
So wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Flüssigkeitsstrahlpumpe zur Verfügung gestellt. Die Flüssigkeitsstrahlpumpe besteht aus einer Düsenanordnung, die Atmosphärenluft einsaugt. Der Flüssigkeitsstrahl, der durch das Hindurchtreten von Flüssigkeit durch die Düsenanordnung erzeugt wird, weist aufgrund eines Lagers aus Atmosphärenluft, das den Flüssigkeitsstrahl umgibt, eine minimale Ablenkung auf, wenn er austritt. Folglich weist die Flüssigkeitsstrahlpumpe einen verbesserten Wirkungsgrad und eine verbesserte Leistungsfähigkeit auf. Die Flüssigkeitsstrahlpumpe ist so gestaltet, dass sie eine Saugkammer bildet und des weiteren ein Saugrohr umfasst. Das Saugrohr saugt das zu pumpende Material, wenn der Flüssigkeitsstrahl von der Düsenanordnung durch die Saugkammer hindurchtritt. Die Flüssigkeitsstrahlpumpe umfasst des weiteren ein Zielrohr, das den Flüssigkeitsstrahl zusammen mit dem zu pumpenden Material aufnimmt, das in die Saugkammer eintritt, nachdem es sich durch das Saugrohr bewegt hat. Das Zielrohr umfasst eine Gehäuseabstützung, die von der Saugkammer abnehmbar ist, und eine Verschleißplatte aus einem abriebbeständigen Material.
Bei einer weiteren Ausführungsform stellt diese Erfindung eine Vorrichtung zur Verfügung, die besteht aus (a) einer Düsenanordnung, die so bemessen und gestaltet ist, dass sie (i) eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit und ein Gas aufnimmt und (ii) die unter Druck gesetzte Flüssigkeit als Flüssigkeitsstrom ausstößt, während das Gas der Nähe der Peripherie des Flüssigkeitsstroms zugeführt wird; (b) einem Gehäuse, das eine Saugkammer begrenzt, in die die Düsenanordnung den Flüssigkeitsstrom ausstoßen kann, wobei das Gehäuse des Weiteren einen Saugeinlass und einen Saugauslass begrenzt; (c) einem Auslassrohr, das sich von dem Saugauslass von der Saugkammer weg erstreckt, wobei das Auslassrohr für eine Fluidverbindung mit der Saugkammer gestaltet ist und zur Aufnahme des Flüssigkeitsstroms angeordnet ist, wobei das Auslassrohr mindestens einen ersten Innendurchmesser entlang eines Teils seiner Länge und einen zweiten Innendurchmesser entlang eines weiteren Teils seiner Länge bildet, wobei der zweite Innendurchmesser kleiner als der erste Innendurchmesser ist; und (d) einem Saugrohr, wobei das erste Ende des Saugrohrs in die Saugkammer an dem Saugeinlass mündet und das zweite Ende des Saugrohrs in die benachbarte Umgebung mündet, wobei sich die Düsenanordnung in die Saugkammer in Richtung auf den Saugauslass und zu einer imaginären Strömungslinie des Saugrohrs erstreckt.
Bei einer weiteren Ausführungsform stellt diese Erfindung ein Pumpsystem zur Verfügung, das umfasst: (a) eine Düsenanordnung, die so bemessen und gestaltet ist, dass sie (i) eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit und ein Gas aufnimmt und (ii) die unter Druck gesetzte Flüssigkeit als Flüssigkeitsstrom ausstößt, während das Gas der Nähe der Peripherie des Flüssigkeitsstroms zugeführt wird, (b) ein Gehäuse, das eine Saugkammer begrenzt, in die die Düsenanordnung den Flüssigkeitsstrom ausstoßen kann, wobei das Gehäuse des Weiteren einen Saugeinlass und einen Saugauslass begrenzt; (c) ein Einlassrohr zum Liefern von unter Druck gesetzter Flüssigkeit an die Düsenanordnung; (d) eine Gasleitung zum Liefern von Gas zu der Düsenanordnung; (e) ein Auslassrohr, das sich von dem Saugauslass von der Saugkammer weg erstreckt, wobei das Auslassrohr für eine Fluidverbindung mit der Saugkammer gestaltet ist und zur Aufnahme des Flüssigkeitsstroms angeordnet ist, wobei das Auslassrohr mindestens einen ersten Innendurchmesser entlang eines Teils seiner Länge und einen zweiten Innendurchmesser entlang eines weiteren Teils seiner Länge bildet; wobei der zweite Innendurchmesser kleiner als der erste Innendurchmesser ist; und (f) ein Saugrohr, wobei das erste Ende der Saugrohröffnung in die Saugkammer am Saugeinlass mündet und das zweite Ende der Saugrohröffnung in die benachbarte Umgebung mündet. Diese Erfindung stellt auch ein System zur Verfügung, um Materie vom Boden einer Wasserfläche herauszubaggern, wobei das System umfasst: (a) ein Pumpsystem wie vorstehend in diesem Absatz beschrieben, (b) eine schwimmende Plattform, die dazu ausgerüstet ist, mindestens einen Teil des Pumpsystems mit Bezug auf den Boden der Wasserfläche anzuheben und abzusenken, und (c) eine erste Pumpe, um der Düsenanordnung unter Druck gesetzte Flüssigkeit zuzuführen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bewegen einer Aufschlämmung, die aus einem Feststoff und einer Flüssigkeit besteht, von einem Ort zu einem anderen zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst:

a. Einspritzen einer unter Druck gesetzten Flüssigkeit in eine Düsenanordnung zur Erzeugung eines Stroms von unter Druck gesetzter Flüssigkeit,
b. Zuführen eines Gases zu der Düsenanordnung, um den Strom von unter Druck gesetzter Flüssigkeit mit Gas zu umgeben,
c. Lenken des Stroms von durch das Gas umgebener, unter Druck gesetzter Flüssigkeit in eine Saugkammer in Fluidverbindung mit einem Saugrohr und einem Auslassrohr, wobei das Auslassrohr eine venturiartige Innenfläche bildet, und Lenken des Stroms der durch das Gas umgebenen, unter Druck gesetzten Flüssigkeit in Richtung auf das Auslassrohr, um am freien Ende des Saugrohrs ein Vakuum zu erzeugen, und
d. Steuern der Strömungsrate des Gases in die Düsenanordnung, um dadurch das Gewichtsverhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit in der so bewegten Aufschlämmung zu steuern.

Diese und andere Ausführungsformen, Aufgaben, Vorteile und Merkmale dieser Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung, den beiliegenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht auf eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform der Ausbaggeranordnung.
2 ist ein Schnitt durch die Strahlpumpenkomponente der Anordnung von 1.
3 ist ein Schnitt durch die Strahlpumpenkomponenten, die in 2 angegeben sind.
4A ist ein Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Düsenanordnung, die die minimale Ablenkung des Flüssigkeitsstrahls zeigt.
4B ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform der Düsenanordnung, die die Ablenkung des Flüssigkeitsstrahls zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Materials, das sich durch die Düsenanordnung und die Saugkammer bewegt.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Düsenanordnung, der Saugkammer und des Zielrohrs der Erfindung.
7 und 8 sind Schnitte durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Düsenanordnung.
9 ist ein Schnitt durch eine weitere Strahlpumpenkomponente dieser Erfindung, die eine Alternative zu derjenigen, die in 2 gezeigt ist, ist.
10 und 11 sind Schnitte durch die Düsenanordnung von der Strahlpumpenkomponente von 9.
In jeder der vorstehend angegebenen Figuren werden die gleichen Bezugszeichen oder Buchstaben verwendet, um gleiche oder funktionell gleiche Teile in den verschiedenen Figuren zu bezeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es liegt auf der Hand, dass nachstehend zwar spezifische Ausführungsformen beschrieben werden, von Fachleuten angesichts dieser Offenbarung aber auch mehrere andere Anwendungen der gegenwärtig beschriebenen Erfindung in Erwägung gezogen werden können. Beispielsweise kann das System, obgleich die beiliegenden Zeichnungen das erfindungsgemäße Pumpsystem, wie es für Ausbaggerarbeitsgänge verwendet wird, veranschaulichen, für praktisch jede Anwendung verwendet werden, bei der beispielsweise festes, teilchenförmiges Material oder eine Aufschlämmung, die aus einer solchen Materie besteht, von einem Ort zu einem anderen bewegt werden muss. Das System kann auch zum Entfernen von Flüssigkeiten aus solchen Aufschlämmungsmischungen verwendet werden, wodurch ermöglicht wird, dass feste, teilchenförmige Materie, falls gewünscht, schnell von der Flüssigkeit getrennt und getrocknet wird. Bei jedem der vorstehend angegebenen Beispiele sind unter Verwendung der Pumpverfahren und -systeme dieser Erfindung Arbeitsgänge mit kleinen Chargen sowie großen kommerziellen Chargen, halbkontinuierliche und kontinuierliche Arbeitsgänge möglich.
Das bei den Pumpsystemen und -verfahren dieser Erfindung verwendete Gas steht vorzugsweise unter nicht mehr als dem Atmosphärendruck, um das Risiko der Arbeitsvorgänge und die Kosten zu verringern. Das Gas ist vorzugsweise ein inertes Gas, z.B. Stickstoff oder Argon, wenn die Flüssigkeit oder das andere Material, das gepumpt wird, in Gegenwart von bestimmten atmosphärischen Gasen, z.B. Sauerstoff, flüchtig sein könnte. Wenn eine solche Flüchtigkeit nicht zur Debatte steht, ist das verwendete Gas am geeignetsten atmosphärische Luft.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung bei Verwendung auf einem flachen Boot 100 zum Ausbaggern von Feststoffmaterialien aus einer Wasserquelle wie einem See oder Fluss. Das flache Boot 100 ist mit einem Auslegersystem 101 versehen, um ein Saugrohr 102 anzuheben und in die Wasserquelle abzusenken. Das Saugrohr 102 ist mit einer Strahlpumpe 107 versehen, die erfindungsgemäß gestaltet ist und nachstehend näher beschrieben wird.
Ein Abgabe- (oder "Einlass"-)rohr 103 führt der Strahlpumpe 107 Wasser oder eine andere Flüssigkeit, die von einer Pumpe 104 gepumpt wird, zu. Die Pumpe 104 ist typischerweise eine Zentrifugalpumpe, sie kann jedoch eine beliebige Art von Pumpeinrichtung sein, wie eine Verdrängerpumpe oder sogar eine weitere Strahlpumpe. Die Pumpe 104 kann in einem Pumpengehäuse 105 enthalten sein. Das Abgaberohr 103 führt auch Wasser oder eine andere Flüssigkeit zu einer Zusatzstrahldüsenanordnung, die hier als Strahldüse 106 gezeigt ist, stromaufwärts von der Strahlpumpe 107 und dem Saugrohr 102. Die Strahldüse 106 ist derart bemessen und gestaltet, dass sie einen unter Druck gesetzten Flüssigkeitsstrom in die Umgebung ausstößt, um dadurch Feststoffmaterial aufzubrechen und sein Inkorporieren in das von der Strahlpumpe 107 gepumpte Material zu ermöglichen.
Obgleich das Saugrohr 102 in 1 als abgewinkelter Einlass zu der Strahlpumpe 107 gezeigt ist, bevor es parallel zum Abgaberohr 103 verläuft, kann das Saugrohr 102 einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 180° zu dem Abgaberohr 103 für die gesamte oder einen Teil der Länge des Saugrohrs 102 aufweisen. Eine Ausbaggerpumpe 108 kann gegebenenfalls stromabwärts der Strahlpumpe 107 angeordnet werden. Die Pumpe 108 ist typischerweise eine Zentrifugalpumpe, sie kann jedoch eine beliebige Pumpeinrichtung sein, wie vorstehend für die Pumpe 104 angegeben.
Die Darstellung der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung zur Verwendung in der Ausbaggerindustrie, die in 1 gezeigt ist, ist ausschließlich ein veranschaulichendes Beispiel der zahlreichen Anwendungen, bei denen Ausführungsformen dieser Erfindung verwendet werden können. Die Strahlpumpe 107 kann beispielsweise größenmäßig variieren, von einer Handeinheit bis zu einer Anbringung an einem Bulldozer, einem Schlammbuggy oder einem anderen Fahrzeug zur Verwendung bei verschiedenen Anwendungen. Der Abstand zwischen der Pumpe 104 und der Strahlpumpe 107, d.h. die Länge des Abgaberohrs, kann auch stark variieren.
2 und 3 zeigen die Strahlpumpe 107 detaillierter. Die Strahlpumpe 107 umfasst eine Düsenanordnung 307 (nur 3), die ihrerseits aus einer Fluiddüse 201, einer Lufteinspritzdüse 202 und einem Düsengehäuse 203 besteht. Das Düsengehäuse 203 ist ein angeflanschtes Element, das an der Fluiddüse 201 benachbart der Lufteinspritzdüse 202 befestigt ist und deren ordnungsgemäße Stellung aufrechterhält. Der Lufteinlass 211 besteht aus einem oder mehreren Durchgängen durch das Düsengehäuse 203. Bei der gezeigten Ausführungsform ist ein einziger Lufteinlass 211 gezeigt, obgleich Fachleute auch mehrere verwenden könnten. Eine Gasleitung in Form eines Luftschlauchs 204 liefert Gas zur Strahlpumpe 107 und macht es möglich, dass die Strahlpumpe 107 Luft verwendet, selbst wenn sie sich unter der Wasseroberfläche befindet.
Wasser oder ein anderes Fluid, das von einer Pumpeinrichtung zugeführt wird, wird durch ein Abgabe- (oder "Einlass"-)rohr 103, die Fluiddüse 201 und die Lufteinspritzdüse 202 in ein Gehäuse 200 geführt, das eine Saugkammer 205 umschließt. In der Saugkammer 205 wird das Fluid in Form eines Flüssigkeitsstrom mit dem Material kombiniert, das in die Kammer 205 aus dem Saugrohr 102 über einen Saugeinlass 109 eintritt, und der kombinierte Strom tritt in ein Zielrohr 206, das innerhalb eines Auslassrohrs 207 angeordnet ist, durch einen Saugeinlass 110 der Kammer 205 ein. Der kombinierte Strom wird dann durch das Zielrohr 206 in das Auslassrohr 207 geführt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich eine Strahldüse 106 von dem Abgabe- (oder "Einlass"-)rohr 103, wodurch ein Teil des Zwangsfluids, das von der Pumpeinrichtung zugeführt wird, durch die Strahldüse 106 hindurchtreten kann. Auf ähnliche Weise wie die Gestaltung für die Strahlpumpe 107 enthält die Strahldüse 106 eine Venturidüse 208 an ihrem Ende gegenüber dem Ende, das mit dem Abgaberohr 103 verbunden ist. Die Venturidüse 208 ist mit einem Luftschlauch 210 versehen, um den Eintritt von Atmosphärenluft an der Öffnung 209 zu gestatten, wenn die Strahlpumpe 207 eingetaucht ist.
Die Strahldüse 106 erstreckt sich in etwa über die gleiche Länge wie das Saugrohr 102, und, wie in 1 gezeigt, endet sie etwa 30,48 cm (einen (1) Fuß) von dem offenen Ende des Saugrohrs 102. Fluid, das durch die Strahldüse 106 gedrückt wird, tritt an der Venturidüse 208 mit Luft aus, in die das Material gesaugt werden wird. Eine lufttragende Wirkung minimiert die Ablenkung und gestattet ein tieferes Eindringen, um das Material, das übertragen wird, zu lockern. Der Strahlstrom erzeugt auch eine Strudelwirkung, die das verstrudelte Material in das offene Ende des Saugrohrs 102 richtet.
Obgleich die Strahldüse 106 in 1 und 2 als einzige Befestigung dargestellt ist, können bei einer alternativen Ausführungsform mehrere Strahldüsen 106 an dem Abgaberohr 103 befestigt werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann bzw. können eine oder mehrere Strahldüsen 106 an dem Saugrohr 102 befestigt, in der Hand gehalten oder an einer anderen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Anwendung angebracht werden.
Unter Bezugnahme auf 3, 4A und 4B umfasst in dem Inneren des Düsengehäuses 203 eine Fluiddüse 201 einen eingeschnürten Hals 301. Die Fluiddüse 201 ist mittels einer Befestigungseinrichtung an der Lufteinspritzdüse 202 befestigt. Ein Luftspalt 302 ist zwischen dem eingeschnürten Hals 301 und der Lufteinspritzdüse 202 vorhanden. Bei einer Ausführungsform misst der Luftspalt 302 zwischen dem eingeschnürten Hals 301 und der Lufteinspritzdüse 202 an seinem schmalsten Punkt etwa 0,48 cm (3/16 Zoll). Der Gesamtbereich und die Abmessung an dem schmalsten Punkt des Luftspalts 302 variiert mit der Anwendung und dem Material, das übertragen wird, um die Saugwirkung zu optimieren.
Die Fluiddüse 201 ist mittels des Düsengehäuses 203 an der Lufteinspritzdüse 202 befestigt. Das Düsengehäuse 203 ist ein angeflanschtes Rohr mit einem Lufteinlass 211, der in den Rohrumfang gebohrt ist. Obgleich das Düsengehäuse 203 mit einem Lufteinlass 211 gezeigt ist, wissen Fachleute, dass mehrere Lufteinlässe vorgesehen sein können.
Die Lufteinspritzdüse 202 ist mit einem oder mehreren Luftlöchern 304 versehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, besitzt die Lufteinspritzdüse 202 acht 1,27 cm (1/2 Zoll) große Löcher 304, die um den Umfang der Lufteinspritzdüse 202 gleich beabstandet sind.
Wenn die Lufteinspritzdüse 202 und die Fluiddüse 201 zusammengebaut sind, kann eines der Luftlöcher 304 mit dem Lufteinlass 211 fluchten. Eine Fluchtung ist jedoch nicht notwendig, da die Lufteinspritzdüse 202 des weiteren eine ringförmige Rinne 602 in ihrer Außenfläche bildet, in die Luftlöcher 304 münden, wodurch eine Bahn für die Luftströmung um den Umfang der Düse 202 und in jedes der Löcher 304 geschaffen wird.
Das Luftloch 304 und der Lufteinlass 211 gestatten es, dass Atmosphärenluft eintritt, um den Luftspalt 302 zu füllen. Die Zwangszuführung von Flüssigkeit durch den eingeschnürten Hals 301 erzeugt ein Vakuum in dem Luftspalt 302, das Atmosphärenluft ansaugt. Das Variieren der Menge an Luft, die in das Luftloch 304 eintritt, schafft eine vergrößerte Saugwirkung in dem Luftspalt 302.
Bei einer Ausführungsform beträgt das Vakuum in dem Luftspalt 302 98,2 kPa [73,66 cm (29 Zoll) Hg], wenn der Lufteinlass 211 zu 10 % geöffnet war, im Vergleich zu 33,9 kPa [25,4 cm (10 Zoll) Hg], wenn der Lufteinlass 211 zu 100 % geöffnet war. Die Einschränkung von Luft durch den Lufteinlass 211 kann durch ein beliebiges mechanisches Ventilmittel, z.B. dasjenige, das als Ventil 212 gezeigt ist, durchgeführt werden.
Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass der Eintritt eines Gases (z.B. Luft) in den Luftspalt 302 eine gastragende Wirkung erzeugt. Die Luft umgibt den Strom von Fluid, der den eingeschnürten Hals 301 verlässt, und der kombinierte Fluidstrahl mit der ihn umgebenden Luft tritt durch die Lufteinspritzdüse 202 hindurch.
Unter Bezugnahme auf 2, 3 und 5 tritt der Fluidstrahl mit Luft, die durch den Luftspalt 302 eingeführt wird, durch die Lufteinspritzdüse 202 aus, wird durch die Saugkammer 205 geführt und tritt in das Zielrohr 206 ein. Der kombinierte Luft-Fluid-Strom tritt durch die Saugkammer 205 mit einer minimalen Ablenkung hindurch, bevor er in das Zielrohr 206 eintritt.
Wie in etwa in 3, 4A und 4B gezeigt, kann eine visuelle Korrelation zwischen der Ablenkung eines Flüssigkeitsstrahls, der in das Zielrohr 206 eintritt, und der Gegenwart von Atmosphärenluft in dem Luftspalt 302 beobachtet werden. 4A zeigt das Flüssigkeitsmuster mit Atmosphärenluft, die das Luftlager 501 erzeugt. 4B zeigt das Flüssigkeitsmuster, das die Lufteinspritzdüse 202 verlässt, ohne die Gegenwart von Atmosphärenluft. Für die gezeigte Ausführungsform wurden die besten Ergebnisse für das Pumpen von nur Wasser erzielt, wenn der Pumpenabgabedruck 1034,21 bis 1206,58 kPa (150 bis 175 p.s.i.) und das Vakuum in dem Luftspalt 302 61,0 bis 74,5 kPa [45,72 bis 55,88 cm (18 bis 22 Zoll) Hg] betragen.
Das Luftlager 501 um den Flüssigkeitsstrahl herum minimiert die Ablenkung und so die Kavitation in der Saugkammer 205. Weniger Kavitation verringert den Verschleiß und die Notwendigkeit, Komponententeile zu ersetzen, und erhöht die Strömung durch die Saugkammer 205 in das Zielrohr 206 mit dem Flüssigkeitsstrahlstrom.
Unter Bezugnahme auf 3 ist die Saugkammer 205 gezeigt, wobei das Saugrohr 102 unter einem Winkel von 45° eintritt. Die Konstruktion der Saugkammer 205 gestattet es einem Betreiber, die Anordnung der Lufteinspritzdüse 202 so einzustellen, so dass sich die Lufteinspritzdüse 202 außerhalb des Stroms von Feststoffmaterial befindet, das in die Saugkammer 205 eintritt, um Verschleiß zu verhindern, oder weiter in die Saugkammer 205 eintritt, um ein größeres Vakuum zu erzeugen.
Das Saugrohr 102, das unter einem Winkel eintritt, vermeidet das Problem, das bei vielen Abführungsdüsen üblich ist, die unter übermäßigem Verschleiß und übermäßiger Korrosion leiden, weil sie in dem Strom des Feststoffmaterials angeordnet sind. Obgleich diese Konfiguration eine bevorzugte Ausführungsform ist, um den Eintritt von Aufschlämmungsmaterial mit einer minimalen Abriebswirkung zu maximieren, wissen Fachleute, das alternative Winkel von größer als 0° und kleiner als 180° verwendet werden können.
Bei der gezeigten Ausführungsform misst die Saugkammer 205 etwa 62,87 cm (24 3/4 Zoll) bei A. Der Abstand zwischen der Düsenöffnung 303 und einem Ende des Zielrohrs 206 beträgt etwa 34,93 cm (13 3/4 Zoll) bei B.
Wenn der Flüssigkeitsstrahl durch das Zielrohr 206 hindurchtritt, wird eine Saugwirkung in der Saugkammer 205 erzeugt. Die Saugwirkung zieht jedes Material, das sich am offenen Ende des Saugrohrs 102 befindet, hinein. Die Saugwirkung erhöht die Gesamtmenge des Materials, das durch die Pumpe 104 angetrieben wird. Die nachfolgende Tabelle 1 veranschaulicht das Verhältnis des Gesamtmaterials, das das Zielrohr 206 verlässt, zu der gepumpten Flüssigkeit, die in die Flüssigkeitsdüse 201 eintritt.
Tabelle 1
Das spezifische Gewicht des gepumpten Materials, d.h. Wasser gegenüber Sand oder Kies, beeinflusst das optimale Zoll-Vakuum in dem Luftspalt 302 und den Abgabedruck der Pumpe 104. Während des Testens der Strahlpumpe 107 betrug das Vakuum in dem Luftspalt 302 98,2 kPa [73,66 cm (29 Zoll) Hg] beim Saugen von Wasser, 81,3 kPa [60,96 cm (24 Zoll) Hg] beim Saugen von Aufschlämmungsmaterial, das Sand enthält, und 61,0 kPa [45,72 cm (18 Zoll) Hg] beim Saugen von Material, das Kies enthält.
Die durch das Zielrohr 206 erzeugte Saugwirkung gestattet die Bewegung von größeren Mengen von Material ohne die gleichzeitige Erhöhung der Pferdestärke zum Betreiben der Pumpe 104, die für den Flüssigkeitsstrom sorgt. Beispielsweise hat das Testen die Bewegung von Material, das 60 bis 65 Gew.-% Sand enthält, im Vergleich zu den 18 bis 20 % Feststoffen unter Verwendung von herkömmlichen Verfahren wie Zentrifugalpumpen mit der gleichen Strömungsgeschwindigkeit oder dem gleichen Abgabedruck gezeigt.
Das Zielrohr 206 bildet ein Segment des Auslassrohrs in Form einer abnehmbaren Verschleißplatte bei der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform. Das Auslassrohrsegment bildet eine Innenfläche, wobei mindestens ein Teil seinerseits den zweiten Innendurchmesser des Auslassrohrs bildet. Das Zielrohr kann von dem Auslassrohr 207 und der Saugkammer 205 abgenommen werden. Der Hauptteil des Verschleißes aufgrund von Schleifmaterial tritt in dem Zielrohr 206 und nicht in der Saugkammer 205 auf, weil die Kavitation durch die Luftlagerwirkung auf den Flüssigkeitsstrahl und die Konstruktion der Saugkammer 205 verringert ist.
In 3 und 6 ist das Zielrohr 206 befestigbar an dem Zielrohrgehäuse 306 angebracht. Wenn das Zielrohr 206 verschlissen ist, kann das Zielrohr 206 durch Abnehmen des Zielrohrgehäuses 306 von der Saugkammer 205 an einem Ende und dem Auslassrohr 207 an dem anderen Ende entfernt werden, ohne die Saugkammer 205 öffnen zu müssen.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Zielrohr 206 befestigbar an einem Ende mit einer Verbindungseinrichtung wie einem Schlitzverriegelungsflansch befestigt werden. Der Schlitzverriegelungsflansch könnte das Zielrohr 206 an Ort und Stelle an einem Ende halten, indem er eine Verbindung zwischen dem Auslassrohr 207 oder der Saugkammer 205 und dem Zielrohrgehäuse 306 herstellt. Das gegenüberliegende Ende des Zielrohrs 206 könnte dann unter Verwendung von Kerben oder anderen Mitteln auf dem Zielrohrgehäuse 306 ruhen, um eine axiale oder radiale Bewegung zu verhindern.
Eine Ausbagger-Zentrifugalpumpe 108, wie in 1 gezeigt, kann trotz der Einleitung von Atmosphärenluft vor der Düsenöffnung 303 stromabwärts des Zielrohrs 206 angeordnet sein. Es tritt in der Ausbagger-Zentrifugalpumpe 108 keine Kavitation durch die Atmosphärenluft auf. Dies ist gegenteilig zum herkömmlichen Wissen bezüglich des Betriebs von Zentrifugalpumpen durch Fachleute. Die Atmosphärenluft löst sich wahrscheinlich in dem Flüssigkeitsstrahl in oder hinter dem Zielrohr 206, was die optimale Wirkung weiter unterstützt, die beobachtet wird, wenn Atmosphärenluft auf ihren Eintritt durch den Lufteinlass 211 beschränkt ist.
Das Zielrohr 206 kann sowohl in der Länge als auch dem Durchmesser variieren. Der Durchmesser wird am häufigsten durch die Teilchengröße des geförderten Materials bestimmt. Die Länge und der Durchmesser des Zielrohrs 206 beeinflussen den Abstand und die Druckhöhe, die die Strahlpumpe 107 erzeugen kann.
Bei einer in 6 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform misst das Zielrohr 206 91,44 cm (36 Zoll) in der Länge mit einem Außendurchmesser von etwa 16,84 cm (6 5/8 Zoll) und einem Innendurchmesser von 15,24 cm (6 Zoll). Das Zielrohrgehäuse 306 besteht aus zwei 15,24 × 30,48 cm (6 × 12 Zoll) großen Reduzierflanschen, die jeweils mit einem Ende eines etwa 32,39 cm (12 3/4 Zoll) großen Rohr verbunden sind, das 25,4 cm (10 Zoll) lang ist. Die innere Verschleißplatte 305 des Zielrohrs (wie in 3 gezeigt ist) besteht aus einem abriebsbeständigen Material wie z.B. Metallen mit einem hohen Chromgehalt.
Wie in 6 gezeigt, ist das Zielrohr 206 ein gerades Rohr mit stumpfen Kanten. Bei einer in 2 gezeigten alternativen Ausführungsform könnte das Zielrohr 206 abgewinkelte Ränder mit einem größeren Durchmesser als dem Durchmesser des Zielrohrkörpers an einem oder beiden Enden des Zielrohrs 206 aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Düsenelemente von 7 gemäß spezifischen Proportionen konstruiert. Obgleich die Düsenelemente als drei separate Elemente gezeigt sind, wissen Fachleute, dass die Düsenanordnung mit einem oder mehreren Elementen unterschiedlicher Abmessungen konstruiert werden könnte. Die Flüssigkeitsdüse 201 ist 12,7 cm (5 Zoll) lang und weist einen Außendurchmesser von 20,32 cm (8 Zoll) auf. Der eingeschnürte Hals 301 der Flüssigkeitsdüse 201 an dem Innenrand 701 verengt sich radial nach innen von 20,32 cm (8 Zoll) bis zu einem Durchmesser von 5,08 cm (2 Zoll) an seinem engsten Punkt unter einem Winkel von 45°. Die Flüssigkeitsdüse 201 weist einen Durchmesser von 7,6 cm (3 Zoll) an dem Außenrand 702 auf.
Eine Lufteinspritzdüse 202 ist etwa 12,88 cm (12 7/8 Zoll) lang. An einem Ende weist die Lufteinspritzdüse 202 einen Durchmesser von 25,4 (10 Zoll) an der Außenfläche 703 und einen Durchmesser von etwa 20,35 cm (8,01 Zoll) an der Innenfläche 704 auf. Die Außenfläche 703 hat einen Durchmesser von 25,4 cm (10 Zoll) axial über eine Länge von 12,7 cm (5 Zoll). Dann wird der Durchmesser radial auf einen Durchmesser von 17,78 cm (7 Zoll) verringert, und dann ist sie radial nach innen auf einen Durchmesser von 10,16 cm (4 Zoll) über die verbleibende Länge abgewinkelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Lufteinspritzdüse 202 einen Winkel von 102° zwischen dem kleinsten Durchmesser an dem abgewinkelten Ende in der vertikalen Ebene und dem abgewinkelten Rand auf.
Die Innenfläche 704 der Lufteinspritzdüse 202 bleibt bei etwa 20,35 cm (8,01 Zoll) axial über eine Länge von etwa 10,64 cm (4 3/16 Zoll) und verringert sich dann radial auf einen Durchmesser von 6,35 cm (2 1/2 Zoll) über die restliche Länge.
Das Luftloch 304 weist einen Durchmesser von 1,27 cm (1/2 Zoll) gleich beabstandet um den Umfang der Außenfläche 703 herum auf und 5,08 cm (2 Zoll) von dem Ende der Lufteinspritzdüse 202 angeordnet, die einen Durchmesser von 25,4 cm (10 Zoll) aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform misst das Düsengehäuse 203 34,29 cm (13 1/2 Zoll) an dem angeflanschten Ende 705, das mit der Fluiddüse 201 verbunden ist. An dem angeflanschten Ende 706, das mit der Saugkammer 205 verbunden ist, beträgt der Außendurchmesser 48,26 cm (19 Zoll). Das angeflanschte Ende 705 weist einen Innendurchmesser von etwa 17,94 cm (7,0625 Zoll) auf, der ausreicht, um den Durchtritt der Lufteinspritzdüse 202 an ihrem abgewinkelten Ende zu gestatten. Das angeflanschte Ende 705 besitzt über die verbleibende Länge einen Innendurchmesser von etwa 25,43 cm (10,01 Zoll), um die Lufteinspritzdüse 202 an ihrem größten Punkt aufzunehmen. Das Düsengehäuse 203 weist eine 2,54 (1 Zoll) NPT-Verbindung an dem Lufteinlass 211 auf.
9, 10 und 11 zeigen eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den andern, die in den früheren Figuren gezeigt sind, in der Gestaltung der Düsenanordnung und des Auslassrohrsegments. Wie unter Bezugnahme auf 10 und 11 ersichtlich ist, besteht die Düsenanordnung dieser bestimmten Ausführungsform aus einer Fluiddüse 401, einem Luftmusterring 402A, einer Lufteinspritzdüse 402 und einem Düsengehäuse 403. Bei dieser Gestaltung kann der Ring 402A durch modifizierte Ringe ersetzt werden, wenn unterschiedliche Luftmuster gewünscht werden. Die Düse 402 ist verlängert, damit die Düsenöffnung näher an dem Zielrohr 406 (9) sein kann, ohne so nahe an dem Rohr 406 zu sein, so dass das Hindurchtreten von größeren Teilchenfeststoffen von der Kammer 205 in das Rohr 406 verhindert wird. Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich die Düse 402 in die imaginäre Strömungslinie des Saugrohrs 102 erstrecken kann, die in 9 mit der gestrichelten Linie Z gezeigt ist, ohne aufgrund der Tatsache, dass Feststoffmaterial in die Kammer 205 strömt, unangemessenen Verschleiß zu erfahren. So kann ein erhöhtes Vakuum durch die Düsenverlängerung ohne einen beträchtlichen nachteiligen Verschleiß der Düse 402 erzielt werden.
Es ist auch aus 9 ersichtlich, dass das Auslassrohr aus einem Zielrohr (in 9 mit 406 bezeichnet) besteht, das einen ersten Innendurchmesser Q bildet, wobei das Auslassrohr auch einen zweiten Innendurchmesser R bildet, der kleiner als der Innendurchmesser Q ist. Die Auslassrohre dieser Erfindung können auch ohne Zielrohr, jedoch mit einer nichtgleichmäßigen Innenfläche hergestellt werden, um einen sich verengenden Durchlass zu bilden, um eine venturiartige Wirkung auf das Material auszuüben, das die Saugkammer verlässt.

Um die vorliegende Erfindung weiter zu veranschaulichen, wurde eine Pumpe mit den Merkmalen derjenigen, die in 9 bis 11 gezeigt ist und die folgenden Abmessungen aufweist, zum Pumpen von Kies, Schmutz und Wasser aus einer Kiesgrube verwendet, und Proben wurden genommen, um den Prozentsatz der Feststoffe zu messen, die bei verschiedenen Druckeinstellungen gepumpt wurden.

Strahldüse:	Innendurchmesser ("ID") – 6,35 cm (2,5 Zoll), Außendurchmesser("OD") – etwa 14,92 cm (5 7/8 Zoll), Länge ("L") – etwa 17,94 cm (7 1/16 Zoll).
Luftdüse:	ID – etwa 6,99 cm (2 3/4 Zoll), OD – 10,16 cm (4 Zoll), L – 43,18 cm (17 Zoll)
Luftmusterring:	3,81 cm (1,5 Zoll) breit, ID – 10,16 cm (4 Zoll), OD – etwa 14,92 cm (5 7/8 Zoll), mit acht Öffnungen mit einem Durchmesser von 1,27 cm (0,5 Zoll), die ringförmig um den Umfang herum angeordnet sind.

Auslassrohrsegment:

ID – 1,78 cm (7 Zoll), L – 90,17 cm (35,5 Zoll) und Saugeinlass-ID – 30,48 cm (12 Zoll)

Die Einstellung während der Probennahme und die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Es wird angenommen, dass bis jetzt die Herstellung von 18 bis 20 Gew.-% Feststoffen das Beste war, das von herkömmlichen, an Deck angebrachten Ausbaggerpumpen erwartet werden konnte. Wie jedoch aus den in Tabelle 2 angegebenen Daten ersichtlich ist, werden routinemäßig Prozentsätze von mehr als 40 Gew.-% Feststoffen und stärker bevorzugt 50 Gew.-% Festoffen oder mehr in dem gepumpten Material erzielt. Solche Ergebnisse werden am leichtesten bei besonders bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung erzielt, indem die Gasströmung so gesteuert wird, dass das Gas, das in die Düsenanordnung unter einem Vakuum im Bereich von 61,0 kPa [45,72 cm (18 Zoll) Hg] eintritt, auf 88,1 kPa [66,04 cm (26 Zoll) Hg] gehalten wird, und die Ausbaggerpumpe mit einem Einlassdruck/-Vakuum im Bereich von 16,9 kPa [12,7 cm (5 Zoll) Hg] bis 34,47 kPa (5 psia) betrieben wird. Die Pumpsysteme dieser Erfindung, die unter diesen Bedingungen betrieben werden, ermöglichen besonders drastische und überraschende Verbesserungen des Pumpwirkungsgrads.
Es ist zwar ersichtlich, dass mindestens eine hier beschriebene, bevorzugte Strahlpumpe durch den Eintritt von Atmosphärenluft und einem abnehmbaren Auslassrohrsegment gekennzeichnet ist, das eine Verschleißplatte bildet, doch die vorstehende Beschreibung spezifischer Ausführungsformen kann selbstverständlich leicht an verschiedene Anwendungen angepasst werden kann, ohne das allgemeine Konzept oder den Geist dieser Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise die Innenfläche des Auslassrohrs (das für das Venturiwirkungsmerkmal des Auslassrohrs sorgt) alternativ durch das Rohr selbst statt einer abnehmbaren Verschleißplatte gebildet sein und/oder das Gas, das in die Düsenanordnung eintritt, kann ein inertes Gas, z.B. Stickstoff, sein. Des weiteren werden ein effizientes Mischsystem und ein effizientes Mischverfahren von dieser Erfindung zur Verfügung gestellt, bei dem die hier beschriebene Strahlpumpe verwendet wird, um eine Flüssigkeit mit einem Feststoff- oder Aufschlämmungsmaterial zur Bildung einer Mischung zu mischen, wobei der Gewichtsprozentsatz der Feststoffe in der Mischung durch Steuern des Lufteinlassvakuums und des Einlassdrucks/-vakuums der Ausbaggerpumpe, wie vorstehend beschrieben, gesteuert wird. Solche Mischsysteme erleichtern das Mischen von flüchtigen Materialien durch die einfache Verwendung eines inertes Gases für den Gaseinlass an der Düsenanordnung. Mischungen, die in Übereinstimmung mit diesem System durchgeführt werden, sind besonders gleichförmig und können wahrscheinlich aufgrund der Kräfte, die auf das flüssige und Feststoffmaterial in beispielsweise der Saugkammer der Strahlpumpen dieser Erfindung zur Einwirkung gebracht werden, im Wesentlichen homogen sein.
Diese und andere Anpassungen und Modifikationen sind als unter den Bereich der Äquivalente der gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen fallend zu erachten. Die hier verwendete Terminologie dient der Beschreibung und nicht der Einschränkung.
Die vorliegende Erfindung kann bei jeder Anwendung verwendet werden, die eine beträchtliche Saugwirkung von Feststoffmaterial in einer flüssigen oder gasförmigen Umgebung erfordert. Fachleute wissen, dass diese Erfindung auch zum Saugen in gasförmigen oder flüssigen Umgebungen ohne vorhandene Feststoffe verwendet werden kann und eine beträchtliche Saugwirkung aufrechterhalten kann. So kann, wie vorstehend festgestellt, die Erfindung auch in mechanischen Entwässerungsanwendungen mit geschlossenem Kreislauf verwendet werden, um überschüssiges Wasser oder Feuchtigkeit aus Material zu entfernen.
Die Abmessungen der verschiedenen Komponententeile dieser Erfindung können in Abhängigkeit von den Umständen variieren, in denen die Vorrichtung verwendet wird, solange die Abmessungen gestatten, dass die Komponenten, wie hier beschrieben, funktionieren. Außer in Fällen, in denen es hier spezifisch angegeben ist, können die Komponententeile aus einer großen Vielfalt von Materialien hergestellt werden, deren Auswahl wiederum von den Umständen abhängt, unter denen die Vorrichtung verwendet wird. Vorzugsweise werden beispielsweise Metalle, Metalllegierungen oder nachgiebiger Kunststoff verwendet, um sicherzustellen, dass Punkte des mechanischen Kontakts oder Abriebsverschleißes in den Systemen und Pumpen nachgiebig genug sind, um den Kräften zu widerstehen, die während Pumpvorgängen auf sie zur Einwirkung gebracht werden.
Diese Erfindung kann bei ihrer Durchführung geeignet erheblich abgewandelt werden. Deshalb soll die vorstehende Beschreibung die Erfindung nicht auf bestimmte beispielhafte Ausführungen, die vorstehend angegeben sind, beschränken oder so ausgelegt werden, dass sie diese beschränkt. Eher sollte das, was in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben ist, und die Äquivalente davon abgedeckt werden. Wie bei dieser Beschreibung verwendet, sollen Sätze mit der Angabe von Mitteln und Funktionen die hier beschriebenen Strukturen als die angegebene Funktion durchführend und nicht nur strukturelle Äquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen abdecken.

Claims

Vorrichtung, umfassend (a) eine Düsenanordnung (307), die so bemessen und gestaltet ist, dass sie (i) eine unter Druck gesetzte Flüssigkeit und ein Gas aufnimmt und (ii) die unter Druck gesetzte Flüssigkeit als Flüssigkeitsstrom ausstößt, während das Gas der Nähe der Peripherie des Flüssigkeitsstroms zugeführt wird; (b) ein Gehäuse (200), das eine Saugkammer (205) begrenzt, in die die Düsenanordnung (307) den Flüssigkeitsstrom ausstoßen kann, wobei das Gehäuse (200) des Weiteren einen Saugeinlass und einen Saugauslass begrenzt; (c) ein Auslassrohr (207), das sich von dem Saugauslass von der Saugkammer weg erstreckt, wobei das Auslassrohr (207) für eine Fluidverbindung mit der Saugkammer (205) gestaltet ist und zur Aufnahme des Flüssigkeitsstroms angeordnet ist, wobei das Auslassrohr (207) mindestens einen ersten Innendurchmesser entlang eines Teils seiner Länge und einen zweiten Innendurchmesser entlang eines weiteren Teils seiner Länge bildet, wobei der zweite Innendurchmesser kleiner als der erste Innendurchmesser ist; und (d) ein Saugrohr (102), wobei das erste Ende des Saugrohrs (102) in die Saugkammer (205) an dem Saugeinlass mündet und das zweite Ende des Saugrohrs (102) in die benachbarte Umgebung mündet; wobei sich die Düsenanordnung in die Saugkammer (205) in Richtung auf den Saugauslass und zu einer imaginären Strömungslinie des Saugrohrs (102) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung (307) einen eingeschnürten Hals, einen ringförmigen Spalt, der den eingeschnürten Hals umgibt, mindestens eine Öffnung in Fluidverbindung mit dem Spalt und eine Düsenöffnung umfasst, wobei der eingeschnürte Hals an der Düsenöffnung endet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gas Luft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gas ein inertes Gas ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich während der Benutzung der Vorrichtung der Flüssigkeitsstrom mit Material aus der benachbarten Umgebung mischt, um eine Mischung zu bilden, die einen Prozentsatz von Feststoffen, gemessen am Auslassrohr (207), von mindestens 40 Gew.-% aufweisen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Prozentsatz an Feststoffen mindestens 50 Gew.-% beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Düsenanordnung Gas aus einer Gasleitung aufnimmt und wobei die Gasströmungsrate durch die Gasleitung gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei sich während der Benutzung der Vorrichtung der Flüssigkeitsstrom mit Material aus der benachbarten Umgebung zur Bildung einer Mischung mischt, die einen Prozentsatz an Feststoffen, gemessen am Auslassrohr (207), von mindestens 40 Gew.-% aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Prozentsatz an Feststoffen mindestens 50 Gew.-% beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Gasströmungsrate durch ein Ventil gesteuert wird, um dadurch den Gewichtsprozentsatz der Feststoffe zu steuern, der durch das Auslassrohr (207) strömt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Auslassrohr (207) aus einem Auslassrohrsegment besteht, wobei mindestens ein Teil des Auslassrohrsegments eine Innenfläche bildet, wobei mindestens ein Teil der Innenfläche seinerseits den zweiten Innendurchmesser des Auslassrohrs (207) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Auslassrohrsegment von der Vorrichtung abnehmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Auslassrohrsegment aus einem abnehmbaren, konzentrischen Verschleißsegment, das die Innenfläche bildet, und aus einem verschleißfesten Material gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Saugauslass einen Durchmesser in einem Verhältnis von 4 : 1 zu demjenigen der Öffnung der Düsenanordnung, einen Durchmesser in einem Verhältnis von 2 : 1 zu demjenigen der Saugkammer, einen Durchmesser in einem Verhältnis von 0,5 : 1 zu demjenigen des Saugeinlasses und einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem ersten Innendurchmesser des Auslassrohrs ist, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren umfasst ein Einlassrohr zum Liefern der unter Druck gesetzten Flüssigkeit zu der Düsenanordnung und eine ergänzende Strahldüsenanordnung in Fluidverbindung mit dem Einlassrohr, wobei die ergänzende Strahldüsenanordnung derart bemessen und gestaltet ist, dass sie einen sekundären Flüssigkeitsstrom in die benachbarte Umgebung ausstößt.
Pumpsystem, umfassend (a) eine Vorrichtung nach Anspruch 1; (b) ein Einlassrohr zum Zuführen von unter Druck gesetzter Flüssigkeit zu der Düsenanordnung; und (c) eine Gasleitung zum Zuführen des Gases zur Düsenanordnung.
System nach Anspruch 16, des Weiteren umfassend eine Pumpe, die durch das Auslassrohr versorgt wird und sich stromabwärts desselben befindet.
System nach Anspruch 17, wobei die Pumpe eine Zentrifugalpumpe ist, die bei einem Ansaugdruck im Bereich von 16,9 kPA (12,7 cm (5 Zoll) Hg) bis 34,47 kPA (5 psia) arbeitet und im Wesentlichen kavitationsfrei ist.
System für das Herausbaggern von Materie von dem Boden einer Wasserfläche, wobei das System umfasst a. ein Pumpsystem nach Anspruch 16, b. eine schwimmende Plattform, die dazu ausgerüstet ist, mindestens einen Teil des Pumpsystems mit Bezug auf den Boden der Wasserfläche anzuheben und abzusenken, und c. eine erste Pumpe, um der Düsenanordnung unter Druck gesetzte Flüssigkeit zuzuführen.
System nach Anspruch 19, des Weiteren umfassend eine zweite Pumpe, die durch das Auslassrohr versorgt wird und sich stromabwärts desselben befindet ist.
System nach Anspruch 20, wobei die zweite Pumpe eine Zentrifugalpumpe ist, die bei einem Ansaugdruck im Bereich von 16,9 kPA (12,7 cm (5 Zoll) Hg) bis 34,37 kPA (5 psia) arbeitet und im Wesentlichen kavitationsfrei ist.
System nach Anspruch 21, wobei die Düsenanordnung Gas von einer Gasleitung aufnimmt und wobei die Gasströmungsrate durch die Gasleitung gesteuert wird.
System nach Anspruch 19, wobei die Gasströmungsrate durch die Gasleitung gesteuert wird.
Verfahren zum Bewegen einer Aufschlämmung, die eine Mischung umfasst, die aus einem Feststoff und einer Flüssigkeit besteht, von einer Stelle zu einer anderen, wobei das Verfahren umfasst a. Einspritzen einer unter Druck gesetzten Flüssigkeit in eine Düsenanordnung (307) zur Erzeugung eines Stroms von unter Druck gesetzter Flüssigkeit, b. Zuführen eines Gases zu der Düsenanordnung (307), um den Strom von unter Druck gesetzter Flüssigkeit mit Gas zu umgeben; c. Lenken des Stroms von durch das Gas umgebener, unter Druck gesetzter Flüssigkeit in eine Saugkammer (205) in Fluidverbindung mit einem Saugrohr (102) und einem Auslassrohr, wobei das Auslassrohr eine venturiartige Innenfläche bildet, und Lenken des Stroms der durch das Gas umgebenen, unter Druck gesetzten Flüssigkeit in Richtung auf das Auslassrohr, um am freien Ende des Saugrohrs (102) ein Vakuum zu erzeugen, und d. Steuern der Strömungsrate des Gases in die Düsenanordnung (307), um dadurch das Gewichtsverhältnis von Feststoff zu Flüssigkeit in der so bewegten Aufschlämmung zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 24, des Weiteren umfassend das Pumpen der Aufschlämmung in den Auslassrohr von der Saugkammer weg, wobei das Pumpen bei einem Ansaugdruck im Bereich von 16,9 kPA (12,7 cm (5 Zoll) Hg) bis 34,37 kPA (5 psia) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Pumpen unter Verwendung einer Zentrifugalpumpe durchgeführt wird, die im Wesentlichen kavitationsfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Ansaugdruck im wesentlichen Null ist und die Strömungsrate des Gases derart gesteuert wird, dass das Gas, das in die Düsenanordnung eintritt, unter einem Vakuum im Bereich von 61,0 kPa (45,72 cm (18 Zoll) Hg) bis 88,0 kPa (66,04 cm (26 Zoll) Hg) steht.
Mischsystem zum Kombinieren von mindestens einer Flüssigkeit mit mindestens einem Feststoff zur Bildung einer Mischung, wobei das System umfasst (a) das Pumpsystem gemäß Anspruch 16; und (b) ein Ventil zum Steuern des Gasstroms durch die Leitung, um dadurch den Gewichtsprozentsatz des Feststoffs in der Mischung zu steuern.