DE2109287A1 - Vorrichtung zum Austragen pulveri sierten Materials aus einem Behalter - Google Patents

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8MQNCHENs,

Gase T046-09 Pr/Pe

Mitsui Shipbuilding and Engineering Co., Ltd., Tokyo (Japan)

Vorrichtung zum Austragen pulverisierten Materials aus einem

Behälter»

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Austragen pulverisierten Materials durch Schlämmen.

Im allgemeinen wird pulverisiertes Material, wie z. B. Erze
in schlammförmigem Zustand in den Behälter eines Tankschiffes gefördert, und das Material bleibt in' einem entwässerten Zustand, wenn es im Behälter gelagert wird. Wenn das Material jedoch zum Entladen des Schiffes ausgetragen werden soll, wird es im allgemeinen wieder in den schlammförmigen Zustand versetzt. Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung
vor, die kontinuierlich in gleichmäßigem Zustand Material
ausladen kann.

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Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig, 1 ist eine Schnittdarstellung einer "bisher bekannten Austragevorrichtung für pulverisiertes Material.

Pig. 2 ist eine Schnittdarstellung der Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Ausschnitte/Vergrößerung im Sumpfbereich von Fig. 2.

Fig. 4- ist eine Ausschnittsvergrößerung des Wasserstrahlbereichs .

Fig. 5 ist eine Ausschnittsvergrößerung entlang der Linie A-A von Fig. 4.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Verlauf des Austragevorganges entsprechend der vorliegenden Erfindung wiedergibt.

bekannten

In derVAustragevorrichtung von Fig. 1 ist ein Sumpf 2 zentrisch an dem trichterförmigen Grund des Behälters 1 angeordnet und ein Zylinder 3 erstreckt sich drehbar durch.den Sumpf. Am oberen Ende des Zylinders 3 ist eine Düse 4- vorgesehen, aus der Wasser unter hohem Druck gegen die Masse des pulverisierten Materials 5 gestrahlt wird, wobei der Zylinder 3 gedreht wird. Durch den Wasseraufprall wird die Masse des pulverisierten Materials in schlammförmigen Zustand versetzt und fließt hinunter in den Sumpf 2, aus dem der Schlamm durch ein Bohr 7 niit Hilfe von Wasser mit niedrigem Druck, das aus einem Einlaß 6 strömt, entfernt, und schließlich

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Iicli durch die Kraft einer Schlammpumpe 8 ausgeladen wird. In dieser Torrichtung ist:

1. Der Winkel θ zwischen der Ausstrahlrichtung der Düse 4 und der Horizontalebene konstant;

2. Die Umdrehungszahl α) des senkrechten Zylinders 3 ist konstant oder ungesteuert;

3. Die Menge des von den Düsen ausgestrahlten unter hohem Druck stehenden Wassers und die Menge des unter niedrigem Druck stehenden Wassers nicht gesteuert;

4·. Keine Kontrolleinrichtung für die Höhe der Sumpfoberfläche in dem Sumpf vorgesehen.

Andererseits ändern sich die Bedingungen des pulverisierten Materials im Behälter "beträchtlich, wenn der AustrageVorgang fortschreitet, dadurch werden der Winkel θ £ zwischen der Richtung des unter hohem Druck stehenden Wassers und der Abbruchoberfläche der pulverisierten Materialmassen, die Geschwindigkeit U mit der das eingestrahlte Wasser die Abbruchoberfläche der Materialmassen überstreicht-und der Abstand zwischen der Düse und der Abbruchoberfläche stark verändert, was große Veränderungen in der Schlammkonzentration zur Folge hat· Derartige Schlammkonzentrationsänderungen sind besonders groß, wenn £ und TJ unzweckmäßig ausfallen. Die besonders erhöhte Konzentration kann eine Blockierung oder Verstopfung des Sumpfes 2 oder des Rohrs 7 zwischen dem Sumpf und der Schlammpumpe 8 mit pulverisiertem Material hervorrufen, was eine Verminderung des eingestrahlten Wassers in den Behälter und Leerlaufumdrehungen der Schlammpumpe zur Folge hat. Um derartige

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Schwierigkeiten zu vermeiden, kann das Verfahren lediglich fortgesetzt werden, indem man die mittlere Konzentration des Schlamms herabsetzt. Dies erfordert jedoch eine große Menge Wasser und einen großen Leistungsbedarf sowie einen Behälter mit großem Aufnahmevermögen, um den Schlamm aufzunehmen.

Die vorliegende Erfindung sieht eine neue Vorrichtung vor, die diese Probleme löst und mit der es möglich ist, die mittlere Konzentration zu verbessern, indem man die Schlammkonzentration gleichmäßig und einheitlich hält, und die außerdem automatisch betätigt werden kann.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben. In Pig. 4 ist dargestellt, wie sich die Hülse 11 durch den Boden des Sumpfes 2 erstreckt und wie in diese Hülse drehbar ein Drehzylinder 12, der durch Dichtringe 15 wasserdicht ist, angeordnet ist. Das untere Ende dieses Drehzylinders 12 ist mit einer drehbaren Welle 15, die durch Axiallager'gehalten wird, verbunden. Am oberen Teil dieses Drehzylinders ist drehbar eine zylindrische Welle 16 der Düse 4 angeordnet. Ein Antriebsritzel 17* das mit der zylindrischen Welle verbunden ist, greift in eine Zahnstange 18, die senkrecht gleitend innerhalb des Drehzylinders 12 angeordnet ist. Ebenfalls am oberen Ende des Drehzylinders 12 ist eine Kappe 20 befestigt, um die Düse 4 zu schützen. Die Düse 4 ragt aus einem Schlitz 21 der Kappe so heraus, daß sie schwenken kann.

Eine Stange 22, die mit der Zahnstange 18 verbinden ist, erstreckt sich gleitend und drehend durch die drehbare Welle und ist mit einem Kolben 25 in einem hydraulischen Zylinder 24 über eine Druckkupplung 23 verbunden. Sie ruft eine senkrechte Bewegung des Kolbens 25 eine korrespondierende Bewegung der Stange 22 und der Zahnstange 18 hervor, die die Düse

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zwingt, durch den Winkelbereich Θ in den Grenzen + 90° um die zylindrische Welle 16 zu schwenken. Außerdem ist die Riemenscheibe 26 mit der drehbaren Welle 15 fest verbunden und mit der Kiemenscheibe 29 eines Motors 28 über einen Riemen 27 so verbunden, daß eine von dem Motor 28 erzeugte bewegende Kraft über die drehbare Welle 15, den Drehzylinder 12 auf die Düse 4 übertragen wird, um sie in der horizontalen Ebene zu drehen. '

In Fig. 2 wird Wasser unter hohem Druck aus dem Behalte* 31 durch die Pumpe 30 abgepumpt und, wie in Fig. 4 dargestellt, über Ventile 32 und 33 durch den Einlaß 34- in die ringförmige Kammer 35 der Hülse 11 geleitet, aus der das Wasser in den Drehzylinder 12 durch öffnungen 36 strömt, die in dem Drehzylinder angebracht sind, und von dort aus wird das Wasser aus der Düse 4 ausgestrahlt. Andererseits wird Wasser mit niedrigem Druck durch die Pumpe 37 abgepumpt, wovon ein Teil durch die Leitung 40 und den Einlaß 6 in den Sumpf 2 strömt, während der andere Teil des Wassers mit niedrigem Druck durch ein Ventil 38 und eine Leitung 41 strömt und durch schmale öffnungen 42, die entlang des gesamten oberen | Umfangs des Sumpfes 2 angebracht sind, um das Festsetzen des pulverisierten Materials an der Sumpfwandoberflächer zu verhindern, in den Sumpf 2 fließt. Zusätzlich wird Wasser mit niedrigem Druck durch die Düse 43 gegen die Austragleitung 7, die im Sumpf angebracht ist, gestrahlt, um das Austragen den Schlammes im Sumpf in Richtung der Austrageleitung zu beschleunigen.

des

Im Oberfeeü/Behälter 1 ist eine erste Fühlstange 45 befestigt, um die Menge des pulverisierten Materials 5 im Behälter anzuzeigen. Die Fühlstange ist bei 46 drehbar gelagert und ihr Mittel-

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teil ist verbunden mit einer senkrecht beweglichen Stange 47» wobei die senkrechte lage der Stange 47 von einem Potentiometer 48 festgestellt wird. Außerdem ist eine zweite Fühlstange 5 senkrecht verschiebbar angebracht, deren senkrechte Lage durch ein Potentiometer 51 angezeigt wird. Die "beiden Potentiometer 48 und 51 übermitteln Signale auf einen Geschwindigkeitsüberwacher 52 des Motors 28 und auf ein Hilfsventil des hydraulischen Zylinders 24. Bei Erhalt des Signals steuert der Geschwindigkeitsüberwacher 52 den Motor 28 bis zu einer gewünschten Umdrehungszahl. Das Hilfsventil 53 dagegen steuert den Öldruck für den Zylinder 24 entsprechend dem erhaltenen Signal, um den Kolben 25 und die Stange 22 in der gewünschten Lage zu halten oder um sie über einen bestimmten Bereich um diese feste Lage hin- und herzubewegen, um die Düse 4 zu schwenken.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Austragevorganges beschrieben. Bei Beginn des Austragevorganges wird zuerst das Ventil 54 geöffnet und die Pumpe 37 für das Wasser mit niedrigem Druck und die Schlammpumpe 8 werden betätigt. Dann wird das Hilfsventil 53 von Hand betätigt, um den Kolben 25 in seine höchstmögliche Stellung zu bringen, so daß der Winkel der Düse 4 bei -90° (im vierten Quadranten) steht, und dann wird die Pumpe 30 für das Wasser mit hohem Druck betätigt. Beide, das Wasser mit hohem Druck und das Wasser mit niedrigem Druck werden bis zur vollen Leistung versorgt, indem man den Düsenwinkel Θ von -90° bis 0° variiert, wodurch das pulverisierte Material im Sumpf 2 vollständig ausgetragen wird.

Dann wird der Düsenwinkel Θ auf +90° vergrößert, wobei die Düse direkt aufwärts zeigt, und Wasser mit hohem Druck aus ihr ausgestrahlt wird, wodurch eine enge konische öffnung oder

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ein hohler Abschnitt über der Düse gebildet wird, der sich bis zur Oberfläche der pulverisierten Materialmassen ausdehnt. Die Lage der Massen in dieser Stufe ist durch strichpunktierte Linien in Fig, 2 gezeigt. Das freie Ende der Fühlstange 4-5 ist in Kontakt mit dem Mittelteil der Oberfläche 5a der pulverisierten Materialmassen, und wenn sich die öffnung an diesem Teil bildet, wird die Fühlstange hochgerissen, um^; eine Änderung des Signals herbeizuführen. Entsprechend der Änderung g des Signals werden der Geschwindigkeitsüberwacher 52 und das Hilfsventil 53 betätigt, um die Düsenbewegung zu steuern. Selbstverständlich bröckeln die pulverisierten Materialmassen allmählich herunter oder werden ausgekratzt, während sie durch die Wucht des Wassers unter hohem Druck im wesentlichen eine konische Abbruchfläche formen. Es ist darauf zu achten, daß die Düse derart gesteuert wird, daß sie einen Winkel bildet, der 5 "bis 20° kleiner ist als der Abbruchwinkel <f der Massen, d. h. einen Winkelwert von φ-( 5 his 20°). Wenn sich die Oberfläche der pulverisierten Materialmassen unter ein gewisses Niveau abgesenkt hat, ist es nicht langer möglich, die Oberfläche mit der Fühlstange 45 zu kontrollieren. So wird danach die Fühlstange 50 in Verbindung mit dem Potentio- % meter 51 für den gleichen Zweck, der Gewährleistung einer entsprechenden Steuerung, benutzt. In dieser Art und Weise wird der Winkel φ der Abbruchoberfläche sich allmählich verringern und am Schluß den Winkel (fts ies Behälterbodens erreichen. Die Menge an unter hohem Druck stehendem Wasser Wh wird durch ein Einstellventil 32 entsprechend der Schlammkonzentration, die durch ein Schlammdensitometer 55 überwacht wird, eingestellt, wobei das Schlammdensitometer 55 auf der Austrageseite der Leitung der Schlammpumpe 8 angeordnet ist. Im einzelnen wird die Wassermenge vermindert, wenn die nachgewiesene Konzentration höher als ein bestimmter Wert ist und sie wird erhöht, wenn die Konzentration niedriger als ein bestimm-

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ter Wert ist.

Die Durchflußmengen des unter hohem Druck stehenden Wassers und des mit niedrigem Druck versehenen Wassers werden durch einen Hochdruckwasserzähler 56 und einen Wasserzähler 57 für niedrigen Wasserdruck nachgewiesen und die Durchflußmenge des Wassers mit niedrigem Druck wird durch ein Durchflußsteuerventil 33 derart gesteuert, daß die Summe W von Wh und V/l im wesentlichen konstant gehalten wird. Wenn die Schlammkonzentration im Sumpf 2 oder in der Leitung zwischen dem Sumpf und der Schlammpumpe 8 sich außergewöhnlich erhöht, so daß sich der Strömungswiderstand des Schlammes vergrößert, wird die Schlammoberfläche im Sumpf angehoben und wenn sie ein gewisses, vorherbestimmtes Niveau überschreitet, wird es durch einen Niveaufühler 58 angezeigt. Entsprechend der Anzeige wird der Zufluß von Wasser unter hohem Druck kurzzeitig durch Schließen des Ventils 33 unterbrochen. Dadurch erreicht das Wasser mit niedrigem Druck seine maximale Durchflußmenge und läßt das blockierende Material abfließen, und wenn das Oberflächenniveau im Sumpf danach absinkt, wird das unter hohem Druck stehende Wassersystem wieder normal betätigt·

Die Umdrehungszahl cjo des senkrechten Drehzylinders wird durch einen Geschwindigkeitsüberwacher 52 entsprechend dem Abbruchflächenwinkel φ , der durch die Fühlstange 45 oder 50 nachgewiesen wird, derart kontrolliert, daß die Waschgeschwindigkeit U des Hochdruckstrahls auf der Abbruchoberfläche im wesentlichen konstant gehalten wird.

In der letzten Stufe des Austrageverfahrens nähert sich der Oberflächenabbruchwinkel φ der pulverisierten Materialmassen dem Winkel (pf der Behälterbodenoberfläche und der Strom des hergestellten Schlammes hinunter in den Sumpf stagniert mehr

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und mehr. Daher ist es nötig, Konstruktionsvorkehrungen zu treffen, derart, daß der Winkel ^:^vder Behälterbodenoberflache gegenüber der horizontalen Ebene größer gehalten wird als der Winkel, der durch die kritische Abrutschkraft entsprechend der Art des pulverisierten Materials (im Falle von Eisen, Sand oder pulverisierten Eisenerzen beträgt der Winkel ungefähr 17°) bestimmt ist.

Im folgenden wird die Kontrolle jedes Parameters mit Bezug auf Fig. 6 näher erläutert, wo die Tendenzen der Änderung der verschiedensten Parameterarten während des Austragevorganges gezeigt sind.

Das Verfahren, um das pulverisierte Material im Behälter in den schlammförmigen Zustand zu versetzen und es aus dem Behälter auszutragen, kann in die folgenden drei Schritte aufgeteilt werden:

A. Die Schritte, um die Massen des pulverisierten Materials herunterzubrechen.

B. Die Schritte, um das heruntergebrochene Material zum Sumpf zu befördern.

Diese Schritte können durch die Kombination der folgenden Vorgänge durchgeführt werden:

(a) Fallenlassen des Materials in den Sumpf durch die Schwerkraft;

(b) Befördern des Materials in dem Strom des Strahlwassers, das zum Sumpf zurückkehrt.

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C. Die Schritte,, -um das Material aus dem Sumpf zur Saugpumpe zu transportieren, indem man die Konzentration mit Wasser von niedrigem Druck einstellt.

Unter Berücksichtigung der wie oben angegeben unterteilten Yerfahrensschritte wurde herausgefunden, daß die folgenden Bedingungen eingehalten werden müssen, um eine gleichförmige und einheitliche Konzentration zu erzielen:

(1) .Das . Schlämmverfahreii verläuft in den oben genannten drei Schritten A, B und C, die es in einer gut ausgeglichenen Art und Weise durchgeführt werden.

Der Wert von φ variiert von 90 "bis φ-j- . Im frühen Stadium, wo der Wert von φ groß ist, sind die Vorgänge von A und B stark und daher hinkt der Vorgang von Schritt C hinterher, was eine Zunahme der Schlammkonzentration und ein Blockieren oder Verstopfen des Sumpfes und/oder anderer Rohrleitungen verursacht. In diesem Stadium wird deshalb WIi niedriggehalten, während Wl, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, verstärkt wird, damit ein gutes Gleichgewicht zwischen den Vorgängen von A und C erzielt wird. Andererseits werden im Endstadium, wo φ-0-f

ist, die Vorgänge von A und B vermindert,um eine Erniedrigung der Konzentration zu erreichen, so daß beim Schritt G die Wassermenge unter hohem Druck Wh gesteigert wird, während die Wassermenge des unter niedrigem Druck stehenden Wassers begrenzt ist und keine Steuerung der Konzentration durchgeführt wird. Eine Zunahme von Wh wird jedoch nicht von einer ebensolchen Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit selbst gefolgt, die von der Abbruchkraft abhängt, so daß es nötig ist, den Winkel φψ an der Bodenoberf äche größer als den Winkel der der kritischen Abrutschkraft entspricht, zu halten.

(2) Die momentanen Veränderungen der hinteruntergefallenen

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oder abgekratzten Mengen sollen während des Vorganges des Herunterbrechens der pulverisierten Materialmassen oder des Kratzens auf kleine Mengen begrenzt werden. Wenn die abgekratzte Menge in weiten Bereichen von Moment zu Moment schwankt, besteht die Gefahr einer Blockierung, besonders wenn die Mengen das Maximum erreichen. Um die Schwankungen zu begrenzen, muß der Wert von φ - Q im Bereich von ungefähr 5 bis 20° gehalten werden. Venn der Wert φ-Q zu groß ist, kann der Winkel der Kratzoberfläche kurzzeitig negativ werden, was . eher eine Wiederholung des Zusammensinkens als des Abkratzens verursacht, wobei große Veränderungen in der Menge des heruntergefallenen pulverisierten Materials folgen. Außerdem ist es notwendig, die Waschgeschwindigkeit U des unter hohem T*ruck stehenden Wassers im wesentlichen konstant zu halten, wenn sie beim Austragevorgang ·. auf die Abbruchoberfläche der pulverisierten Materialmassen gestrahlt wird. Wenn die Geschwindigkeit U zu langsam ist, entsteht auf der Abbruchoberfläche durch das ausströmende Wasser eine Perforation, die eine außergewöhnliche Vergrößerung des gerade vorhandenen Wertes von φ-0 hervorruft, um ein Abbröckeln oder ein Zusammenfallphänomen vorzubereiten, was wiederum große Ver- f änderung der Schlammkonzentration hervorruft.

Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Vorteile:

(1) Es besteht keine Gefahr einer Blockierung oder Verstopfung durch Schlamm oder pulverisiertes Material.

(2) Die Veränderungen der Konzentration und der Durchflußmengen sind auf einen kleinen Bereich begrenzt, so daß die Belastungsveränderungen klein sind, was eine Minimierung der Ausmaße der verwendeten Instrumente und Bohrdurchmesser erlaubt.

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(3) Die mittlere Konzentration kann erhöht werden, wodurch eine Verminderung der "benötigten Wassermenge für das Schlämmen und die Aufnahmavolumina der Ausrüstungen, die den Schlamm aufnehmen, erzielt wird.

(4) Das Schlammverfahren ist vereinfacht und auch das Austrageverfahren ist automatisiert, was eine große Arbeit skraftersparnis ermöglicht.

(5) Die benötigte Zeit für das Austrageverfahren ist verkürzt·

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Austragen pulverisierten Materials aus einem Behälter, indem das Material in einen schlammförmigen Zustand versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein umlaufender Drehkörper drehbar am Boden des Behälters durch einen Sumpf erstreckt, daß eine Düse in der Vertikalehene am oheren Ende des zylindrischen Drehkörpers drehbar vorgesehen ist, daß Einrichtungen zum Drehen des zylindrischen Drehkörpers vorgesehen sind, daß Einrichtungen zum Übertragen der Drehbewegung auf die Düse vorgesehen sind sowie Pump- und Rohrleitungssysteme, um Wasser unter hohem Druck in den zylindrischen Drehkörper zu leiten, wobei das Wasser unter hohem Druck durch den zylindrischen Drehkörper geleitet wird und aus--der Düse ausgestrahlt wird. '

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen"zum Einstellen des Düsenwinkels entsprechend dem Winkel der Abbruchoberfläche des pulverisierten Materials im Behälter vorgesehen sind, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Rotationsgeschwindigkeit des zylindrischen Drehkörpers zu steuern und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Menge des unter hohem Druck stehenden Wassers entsprechend der Schlammkonzentration steuern.

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