DEP0000936MA - Verfahren und Gerät zur Erzeugung von Luftschaum für die Bindung von Gesteinsstaub o. dgl. - Google Patents

Description

Vorstehende Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Luftschaum durch mechanisches Mischen von Wasser, Luft und einem Zusatzmittel, das im Folgenden als schaumbildende Flüssigkeit angesprochen wird, obgleich dessen Funktionswirkung eigentlich mehr darin besteht, als Stabilisator bei der Einleitung der Schaumerzeugung durch Mischen von Luft und Wasser zu wirken. Entsprechend dem Erfindungsgedanken wird bei der Schaumerzeugung ein labyrinthartig angeordneter Mischer verwendet, durch den die Schaumbildungskomponenten unter Druck hindurch getrieben werden, wie dies erstmals in der Britischen Patentschrift No. 297 782 beschrieben wurde. In der Praxis werden Wasser und schaumbildende Flüssigkeit dem Mischer zuweilen getrennt zugeführt, zuweilen gelangen jedoch diese Bestandteile auch bereits als Gemisch oder Lösung in den letzteren.

Mit Mischern ausgestattete Geräte sind bislang für die Erzeugung von Schaum zum Binden oder Niederschlagen von Gesteinsstaub, wie er beim Gesteinsbohren auftritt, verwendet worden. Dabei wurde die Druckluft dazu benützt, die Flüssigkeit in den Mischer zu treiben; da jedoch der Luftdruck dabei ziemlich hoch sein musste, während die jeweils erforderliche Schaummenge gering war, wurden sehr kleine Mündungsöffnungen vorgesehen, um die in den Mischer eintretenden Anteile Flüssigkeit und Luft zu beschränken. In der Praxis sind diese Mündungsöffnungen schwach gedrosselt. Darüber hinaus ist es bei dieser Gerätausbildung schwierig, wenn nicht überhaupt unmöglich, den Expansionsgrad der Schaumbildung, d.h. das Verhältnis zwischen dem Schaumvolumen und dem Volumen der zugeführten Bestandteile zu verändern; das Ausmass der Schaumerzeugung kann dabei nur durch Änderung des Luftdruckes beeinflusst werden.

Gemäss Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, dass das Wasser entweder für sich allein oder mit der schaumbildenden Flüssigkeit gemischt unter einer konstant bleibenden Gefällhöhe, d.h. also unabhängig von dem Druck der Luft oder eines sonstigen Gases zugeführt wird. Um dies zu erreichen, wird das Wasser oberhalb des Mischers mit einer freien Spiegelfläche auf konstanter Höhe gehalten, während andererseits diese Wasserspiegelfläche unter Druckluft gesetzt werden kann, welch letztere dem Mischer direkt zugeführt wird. Die zugeführte Luft kann dabei ihrerseits als Kraftquelle benützt werden, um das Wasser in der Weise zuzuführen, dass dabei eine konstante Gefällhöhe aufrechterhalten wird. Da die Gefällhöhe, unter der das Wasser zugeführt wird, von der Druckhöhe der Luftzuführung unabhängig ist, kann dieselbe klein gehalten werden, beispielsweise in der Grössenordnung von 40 cm Wassersäule; infolgedessen kann jeweils eine genaue Regulierung der relativen Anteile Wasser und Luft erreicht werden, ohne dass dabei übermäßig kleine Mündungsöffnungen benützt werden müssen. Um den Expansionsgrad der Schaumbildung zu verändern, braucht dann lediglich ein Absperrventil reguliert zu werden, das in der Leitungsverbindung zwischen der die konstante Gefällhöhe aufweisenden Flüssigkeitssäule und dem Mischer eingesetzt ist.

In der Praxis wird die Luft oder das sonstwie verwendete Gas gewöhnlich unter konstantem Druck zugeführt, d.h. von einer entsprechenden Rohrleitung aus; da andererseits dabei das Wasser gleichfalls unter einer konstanten Gefällhöhe zugeführt wird, ist es nicht möglich, die Gesamt-Schaumerzeugung durch Regelung des Druckes, unter dem die schaumbildenden Bestandteile durch den Mischer hindurch getrieben werden, zu steuern. Darüber hinaus ist es unerwünscht, die Regulierung mittels eines Absperrventils zu bewirken, das in dem schaumabgebenden Strahlrohr eingesetzt ist, da dann die Gefahr besteht, dass die Schaumbildung an dem Absperrventil zerfällt oder in sich zusammenbricht. Gemäss Erfindung wird daher die Regulierung des Ausmasses der Schaumbildung oder Schaumabgabe dadurch bewirkt, dass der durch den Mischer dargestellte Strömungswiderstand verändert wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Mischer in zwei oder mehrere Durchgangskörper unterteilt wird, die unter Miteinbau von Absperrventilen in Serien- oder Parallelschaltung angeordnet werden, sodass der erforderliche Strömungswiderstand dann jeweils gewählt werden kann.

Um die Erfindung noch klarer verständlich zu machen und auch deren leichte praktische Verwirklichung aufzuzeigen, werden unter Bezugnahme auf die beigegebenen schematischen Darstellungen einige Geräte als Ausführungsbeispiele beschrieben, wie sie entsprechend dem Erfindungsgedanken entwickelt worden sind.

Das in Fig. 1 gezeigte Gerät umfasst einen als Wasserreservoir dienenden Flüssigkeitsbehälter 1, einen zweiten Behälter 2, der als Sammelbecken für die schaumbildende Flüssigkeit vorgesehen ist, sowie einen in Labyrinthanordnung ausgebildeten Mischkörper oder Mischer 3; der Mischer ist dabei mit Bleischrotkugeln gefüllt und ausserdem mit einem schaumabgebenden Strahlrohr 17 verbunden, das durch ein Absperrventil 18 reguliert wird. Der Behälter 2 liegt oberhalb des Mischers 3 und ist im Verhältnis zu seiner Höhe flach ausgebildet, sodass das Druckgefälle der darin enthaltenen schaumbildenden Flüssigkeit beim Verbrauch derselben nicht nennenswert absinkt. Der Behälter 1 ist geschlossen, wobei in demselben ein offenes Gefäss 5 mit untergebracht ist. In dem Gefäss 5 wird eine Wassersäule von gleichbleibender Gefällhöhe unterhalten, während andererseits von dem Boden des Gefäßes 5 ein mit einem Absperrventil 7 versehenes Leitungsrohr 6 nach dem Mischer 3 hin verläuft.

An der Unterseite des Behälters 1 ist ein geschlossenes zylindrisches, die Luftzufuhr vermittelndes Gefäss 8 befestigt, das durch eine Einlassöffnung 9 an eine Druckluftleitung oder irgendeine andere, unter Druck stehende Luftzufuhrquelle angeschlossen ist. Von dem Boden des Behälters 1 verläuft ein Leitungsrohr 10 nach abwärts bis zu dem Boden des Luftzufuhrgefäßes 8, sodass das Wasser von dem Behälter 1 nach unten in das Luftzufuhrgefäss abfliessen kann. Von einer Stelle, die dicht bei der unteren Mündungsöffnung des Leitungsrohres 10 liegt, verläuft ein weiteres Rohr 11 nach oben, das sowohl durch den Boden des Behälters 1, als auch durch den Boden des Gefäßes 5 hindurch geht, wobei sich dasselbe bis über den freien Wasserspiegel in dem Gefäss 5 erstreckt. Die vorbeschriebenen Anordnungsteile bilden eine auf Luftdruckwirkung beruhende Hebervorrichtung, die dazu dient, Wasser von dem Behälter 1 in das Gefäss 5 abzugeben. Anfangs ist der Behälter 1 gut über die Hälfte mit Wasser gefüllt. Wenn Druckluft in das Luftzufuhrgefäss 8 gegeben wird, dann drückt dieselbe zunächst Wasser in dem Rohr 11 nach aufwärts, worauf ausserdem auch Luftblasen in das Rohr 11 mit eindringen, sodass das spezifische Gewicht des Rohrinhalts herabgesetzt wird und das in dem Rohr enthaltene Gemisch von Wasser und Luft nach aufwärts steigt. Auf diese Weise wird das Wasser in dem Gefäss 5 auf einer konstanten Gefällhöhe gehalten, und zwar derjenigen der oberen Randkante dieses Gefäßes, während ausserdem dabei Luft unter Druck in den Behälter 1 mit eingeführt wird. Von dem mit Luft gefüllten Raum des Behälters 1 verläuft ein Leitungsrohr 12 nach abwärts, das über ein Abzweigrohr 14 mit dem Mischer 3 in Verbindung steht. Wenn sich das Gerät im Betriebszustand befindet, ist sonach der Luftdruck an der freien Wasseroberfläche in dem Gefäss5=, an der Oberfläche der schaumbildenden Flüssigkeit in dem Behälter 2 und am Ende der Einlassöffnung des Mischers 3 im wesentlichen der gleiche. Die Anteile Wasser und schaumbildende Flüssigkeit, die nach dem Mischer abfliessen, sind daher von dem Luftdruck unabhängig; da andererseits aber die Luft unter konstantem Druck zugeführt wird, bleiben auch die Anteile, in denen die schaumbildenden Komponenten in den Mischer eintreten, konstant. Falls diese Anteile zwecks Variierung des Expansionsgrades der Schaumbildung verändert werden sollen, kann einerseits eine Regulierung an einem Absperrventil 7 verstellt werden, während ausserdem auch eine Regulierung an einem Absperrventil 15 möglich ist, das in dem Leitungsrohr 16 eingebaut ist, welch letzteres von dem Behälter 2 nach dem Mischer 3 hinführt.

Sobald der Wasserspiegel in dem Behälter 1 fällt, nimmt die Höhe, um die das Wasser gehoben werden muss, damit es in das Gefäß 5 überlaufen kann, zu. Wenn der Anhub des Wassers gering ist, dann genügt im allgemeinen die für die Schaumerzeugung erforderliche Druckluftmenge, um das Wasser mit hochzuheben; sobald jedoch der Behälter 1 leer wird, kann für das Anheben des Wassers mehr Luft erforderlich werden, als für die eigentliche Schaumbildung beansprucht wird. Der Behälter 1 ist daher an seiner oberen Abdeckung mit einem Luftauslass 19 versehen, der durch ein Absperrventil 20 reguliert wird; das Absperrventil 20 kann dabei etwa offen gelassen werden, um die für das Anheben des Wassers benützte, für die Schaumbildung jedoch nicht erforderliche Luft in's Freie abziehen zu lassen.

Bei dem abgeänderten Gerät, wie es in Figur 2 gezeigt ist, wird für das Wasser und die schaumbildende Flüssigkeit nur ein einziger Behälter 21 vorgesehen, wobei zwecks Aufrechterhaltung der konstanten Gefällhöhe verschiedene Mittel zur Anwendung kommen. In diesem Falle wird unterhalb des Behälters 21 ein Schwimmerkasten 22 vorgesehen, der einen Schwimmer 23 mit einem auf demselben aufsitzenden Nadelventil 24 enthält; der Schwimmerkasten 22 ist dabei mit dem Behälter 21 durch ein Leitungsrohr 25 verbunden, während der Zufluss durch dieses Leitungsrohr mittels des Nadelventils 24 reguliert wird. Im übrigen ist die Anordnung im wesentlichen die gleiche, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, d.h. von einem Leitungsrohr 45 wird Luft über ein Abzweigrohr 26 in den Oberteil des Behälters 1 zugeführt, während durch ein weiteres Abzweigrohr 27 die Luft nach dem Schwimmerkasten 22 strömen kann und ein drittes Abzweigrohr 28 die Luft nach dem Mischer 3 hinführt. Auf diese Weise ist wiederum der Luftdruck an allen kritischen Stellen der gleiche, sodass die Flüssigkeit unter konstantem Gefälle und unabhängig von dem herrschenden Luftdruck an den Mischer 3 abgegeben wird. In einem Leitungsrohr 30, das von dem Boden des Schwimmerkastens nach dem Mischer 3 hin verläuft, ist ein Absperrventil 29 eingebaut, das die gleiche Funktion erfüllt, wie das Absperrventil 7 des in Fig. 1 gezeigten Gerätes.

Für die Bindung von Staub oder Gesteinsstaub kann eine Schaumexpansion in der Grössenordnung von 8 bis 20 bei einem Schaumvolumen von 2,25 bis 4.5 Liter pro Minute erforderlich werden. Dies bedeutet eine Abgabe von nicht mehr als einem halben Liter Wasser pro Minute an den Mischer, woraus leicht der bedeutende Vorteil zu ersehen ist, der darin liegt, dass es nunmehr möglich gemacht ist, das Wasser unter einem so kleinen Gefälle, wie etwa von 30 bis 46 cm Wassersäule, zuzuführen; bei dieser Gefällhöhe kann nämlich bereits ein Wasserrohr mit einem Durchmesser von beispielsweise 6 bis 6.5 mm verwendet werden.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform des unter Fig. 1 beschriebenen Gerätes dargestellt, wobei der Mischer in drei Durchgangsabschnitte oder Durchgangskörper 4a, 4b, 4c unterteilt ist, die hintereinander geschaltet sind und bei denen ausserdem zwei kurzschliessende Leitungsrohre 31 und 32 mit Regulierventilen 33 und 34 mit vorgesehen sind. Wie aus der Zeichnung zu entnehmen, sind bei Verschluss beider Ventile 33 und 34 sämtliche drei Abschnitte des Mischers in Betrieb und der Strömungswiderstand erreicht dabei sein Maximum. Wenn das Regulierventil 33 geöffnet ist, sind die Abschnitte 4b und 4c abgeschaltet und nur der Abschnitt 4a steht dann in Benüt- zung. Wenn dagegen das Regulierventil 33 geschlossen= und das Ventil 34 geöffnet ist, bleibt lediglich der Abschnitt 43c des Mischers abgeschaltet.

Obgleich die Erfindung speziell für die Schaumerzeugung zum Binden oder Niederschlagen von Staub bezw. Gesteinsstaub zweckdienlich ist, ist dieselbe keineswegs auf diese Anwendungsmöglichkeit allein beschränkt, sondern kann vielmehr in gleicher Weise auch zur Schaumbildung für irgendwelche anderen Zwecke benützt werden. Die am meisten gebräuchliche Anwendungsform der Schaumbildung ist wohl diejenige für Feuerlöschzwecke, wobei naturgemäss weit grössere Schaummengen erforderlich sind, als für das Niederschlagen von Steinstaub. Zur Erzeugung von Schaum für Feuerlöschzwecke können auch Grossgeräte, die nach vorstehendem Erfindungsprinzip arbeiten, verwendet werden; in einem derartigen Falle kann es dann zweckmässig sein, wenn für die Zubringung des Wassers in die für die Konstanthaltung der Gefällhöhe vorgesehene Vorrichtung andere Mittel bereitgestellt werden. Hierfür kann z.B. eine durch Druckluft angetriebene Turbine verwendet werden, bei der die Luft nach erfolgter Antriebsleistung entweichen kann. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt, worin die mit den Bezugsziffern von Fig. 1 bezeichneten Teile auch die gleichen Funktionen wie diejenigen in Fig. 1 erfüllen. Dagegen wird in Fig. 4 das Wasser durch eine von der Turbine 36 angetriebene Pumpe 35 über das Leitungsrohr 11 in das Gefäß 5 gefördert, wobei die Druckluft für den Turbinenantrieb über ein Abzweigrohr 37 von der Haupt-Zuführungsleitung 9 her entnommen wird, welch letztere im vorstehenden Falle mit dem oberen Teil des Behälters 1 in direkter Verbindung steht. Das Abzugsrohr für die aus der Turbine entweichende Luft ist unter 38 angedeutet.

Claims (10)

1.) Verfahren zur Erzeugung von Luftschaum, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser, eine schaumbildende Flüssigkeit und Luft durch einen labyrinthartig ausgebildeten Mischer getrieben werden, wobei das Wasser, das entweder mit der schaumbildenden Flüssigkeit gemischt oder von derselben getrennt sein kann, unter konstant bleibender Gefällhöhe, d.h. unabhängig von dem Druck der Luft oder des sonstwie verwendeten Gases zugeführt wird;

2.) Verfahren zur Erzeugung von Luftschaum, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der schaumbildenden Flüssigkeit gemischte oder von derselben getrennte Wasser mit einem frei spielenden Wasserspiegel auf einer konstanten Höhe über dem Mischer gehalten wird, wobei dieser frei spielende Wasserspiegel unter die Druckwirkung von Luft oder einem sonstigen Gas gesetzt wird, die oder das dem Mischer direkt zugeleitet wird, wodurch die Gefällhöhe, unter der das Wasser dem Mischer zugeführt wird, von dem Druck der Luft oder des Gases unabhängig bleibt;

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft oder das sonstwie verwendete Gas als Kraftquelle für die Zubringung des Wassers benützt wird, um dadurch die konstante Gefällhöhe aufrechtzuerhalten;

4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionsgrad der Schaumbildung durch ein Absperrventil reguliert wird, das in der Verbindungsleitung von der die konstante Gefällhöhe aufweisenden Flüssigkeitssäule nach dem Mischer hin eingebaut ist;

5.) Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausmass der Schaumabgabe durch Veränderung des seitens des Mischers dargebotenen Strömungswiderstandes reguliert wird;

6.) Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche, zum mechanischen Mischen von Wasser, Luft und einer schaumbildenden Flüssigkeit zwecks Erzeugung von Luftschaum, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe einen labyrinthartig ausgebildeten Mischer enthält und einen Flüssigkeitsbehälter nebst einer Leitungsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und dem Mischer, ferner eine Anordnung zur Aufrechterhaltung einer konstanten

Gefällhöhe für die Flüssigkeit bei Vorhandensein eines freien Flüssigkeitsspiegels in der vorerwähnten Leitungsverbindung, sowie eine Vorrichtung für den Zutritt von Luft oder eines sonstigen Gases sowohl zu dem Mischer, als zu dem freien Flüssigkeitsspiegel in der vorerwähnten Leitungsverbindung, wobei der von der zugeführten Luft oder dem zugeführten Gas ausgeübte Druck an dem Mischer und an dem freien Flüssigkeitsspiegel im wesentlichen der gleiche ist.

7.) Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Flüssigkeits-Gefällhöhe aus einem offenen, in dem Flüssigkeitsbehälter eingesetzten Gefäss beseht sowie aus einer auf Luftdruckwirkung beruhenden Hebervorrichtung, durch die jeweils Wasser von dem Flüssigkeitsbehälter in das Gefäss überführt wird, wobei gleichzeitig die Luft oder das sonstwie verwendete Gas Zutritt zu dem Raum erhält, der sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem offenen Gefäss befindet.

8.) Gerät nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter nur für die Zuführung des Wassers in den Mischer verwendet wird, wobei für die schaumbildende Flüssigkeit ein besonderer Behälter mit angeordnet wird, während ausserdem Mittel mit vorgesehen sind, um diesen letzteren Behälter gleichfalls unter den Druck der zugeführten Luft oder des sonstwie verwendeten Gases zu setzen;

9.) Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Luftraum in dem das Wasser enthaltenden Behälter eine Leitungsverbindung nach dem die schaumbildende Flüssigkeit enthaltenden Behälter verläuft;

10.) Gerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer aus zwei oder mehreren, in Serie oder parallel geschalteten Teilen oder Abschnitten besteht, wobei mit Absperrventilen versehene Leitungsverbindungen mit eingebaut sind, durch die die Anzahl der jeweils in Betrieb befindlichen Mischer-Teile oder Mischer-Abschnitte geändert werden kann.