DE2746746A1

DE2746746A1 - Versorgungseinrichtung fuer taucher

Info

Publication number: DE2746746A1
Application number: DE19772746746
Authority: DE
Inventors: John R Colston
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1976-10-19
Filing date: 1977-10-18
Publication date: 1978-04-20
Also published as: CA1070213A; IT1091936B; JPS5353897A; GB1592865A; FR2368404A1

Description

Versorgungseinrichtung für Taucher

Die Erfindung betrifft eine Versorgungseinrichtung für Taucher mit einer Flüssigkeitspumpe in einem Versorgungsschiff auf der Wasseroberfläche und einer zur Tauchposition führenden flexiblen Versorgungsleitung.

Derzeit bekannte Versorgungseinrichtungen für Taucher dienen einerseits der ausreichenden Zuführung eines Atmungsgases sowie von Wärme, wobei erwärmtes Wasser durch Zirkulationsleitungen im Taucheranzug gepumpt werden kann. Diese Versorgung erfolgt zusätzlich zu der Übertragung von Leistungsenergie, mit der die Werkzeuge angetrieben werden. Bei dieser Versorgung des Tauchers wird über die Versorgungsleitung heißes Wasser zugeführt, was jedoch aufgrund der die Versorgungsleitung umgebenden Wassermassen mit tieferer Temperatur stark abgekühlt wird, so daß erhebliche Verluste entstehen. Das Isolieren der Versorgungsleitung kann wohl die thermischen Verluste verringern, jedoch wird die Versorgungsleitung dadurch sehr dick und ist schwer zu handhaben.

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Es ist bereits bekannt (US-PS 3 815 573), einen druckgasbetriebenen, auf einem Turbulenzrohr aufgebauten Wärmegenerator für das Erwärmen des Taucheranzuges vorzusehen, indem eine warme Flüssigkeit durch einen Gas-Flüssigkeitswärmeaustauscher zirkuliert wird. Das hierbei benutzte Gas ist das in Speicherflaschen gespeicherte Atmungsgas, was von dem Taucher auf dem Rücken mitgetragen wird. Dieses Gas kann auch über Versorgungsschläuche von der Oberfläche aus zugeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Versorgungseinrichtungen zu schaffen, mit denen der Taucher auf der Tauchposition mit extern zugeführter Energie versorgt wird, wobei diese Energie sowohl zur Steuerung des zugeführten Atmungsgases als auch zum Erwärmen des Taucheranzuges bzw. einerTaucherkabine Verwendung findet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vom Versorgungsschiff aufgenommenes und unter Druck gesetztes Seewasser über die als Druckwasserleitung ausgebildete Versorgungsleitung in der Tauchposition zum Antrieb einer Seewasserturbine zur Verfügung steht, und daß in der Tauchposition ein wärmeerzeugender Wandler vorgesehen ist, der die in dem über die Druckwasserleitung zugeführten Seewasser enthaltene Druckenergie in Wärmeenergie umwandelt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Maßnahmen der Erfindung ermöglichen, daß die Energie über auf verhältnismäßig niederer Temperatur befindliches Seewasser zur Tauchposition übertragen werden kann und sich dort ohne Schwierigkeiten in Wärme umsetzen läßt. Dadurch läßt sich der Gesamtenergieverlust im System erheblich verringern. Die Verwendung von Seewasser oder der Flüssigkeit, in der sich der Taucher bewegt, ist besonders günstig für die Übertragung in die Tauchposition und kann auch ohne Verschmutzung

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der Flüssigkeit, in der sich der Taucher befindet, wieder zurückgeführt werden.

Die Verwendung von Seewasser ist besonders praktisch, verglichen mit der Verwendung von unter Druck befindlichem Gas, da die Seewassersäule in der nach unten verlaufenden Versorgungsleitung denselben hydrostatischen Auftrieb wie die Versorgungsleitung umgebende Wassermasse hat. Damit braucht die an der Oberfläche im Versorgungsschiff befindliche Pumpe lediglich diejenige Arbeit aufzubringen, die für die Überwindung der Reibung in der Versorgungsleitung und zum Aufbau der Druckenergie erforderlich ist, aus der in der Tauchposition die Wärmeenergie entnommen werden soll. Bei der Verwendung von unter Druck stehendem Gas muß das Gas so stark komprimiert werden, daß es den hydrostatischen Druck der Wassersäule überwindet, welche sich ohne Gegendruck in der Versorgungsleitung aufbauen würde. Bei größeren Tauchtiefen, z.B. über 100 m, ergeben sich bereits beträchtliche Gasdrücke. Andererseits ist mit der Expansion des Gases, um Wärme zu erzeugen, gleichzeitig eine Abkühlung des Gases auf verhältnismäßig niedere Temperaturen am auslaufseitigen Ende des wärmeerzeugenden Wandlers verbunden. Diese Temperaturerniedrigung in Verbindung mit der verhältnismäßig niederen Wassertemperatur kann dazu führen, daß Schwierigkeiten im Wandler auftreten, insbesondere wenn die Gefahr des Entstehens von Gefriertemperaturen vorhanden ist.

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht einer Taucheinrichtung gemäß der Erfindung, welche zwei in unterschiedlichen Tauchpositionen befindlichen Tauchern zugeordnet ist und von einem Versorgungsschiff aus mit unter Druck stehendem Seewasser versorgt wird;

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Fig. 2a bis 2d verschiedene Hydraulikschaltungen, wie sie bei der Einrichtung gemäß der Erfindung Verwendung finden können, um Wärme in den verschiedenen Tauchpositionen zu erzeugen, indem unter Druck stehendes Seewasser vom Versorgungsschiff der Tauchposition zugeführt wird;

Fig. 3 eine Motor-Pumpenanordnung, wie sie für die Hydraulikschaltungen gemäß 2a bis 2d Verwendung finden kann;

Fig. 4 eine weitere Motor-Pumpenanordnung mit einem rotierenden Läufer im Gegensatz zu einer hin- und hergehenden Kolbenanordnung gemäß Fig. 3.

Wie aus Fig. 1 entnommen werden kann, sind Taucheinrichtungen einem Versorgungsschiff 1 auf der Wasseroberfläche 2 zugeordnet, die von zwei Tauchern 3 und 4 an unterschiedlichen Tauchpositionen benutzt werden. Der eine Taucher 3 befindet sich im Innern einer Tauchkammer 5, wogegen der andere Taucher außerhalb dieser Tauchkammer mit einem Tauchanzug versehen ist und von der Tauchkammer 5 aus über Vor- und Rückleitungen 6 bzw. 7 mit dem Atmungsgas versorgt wird.

Gemäß der Erfindung wird vom Versorgungsschiff 1 aus Wasser aus der Umgebung 8 der Tauchkammer und der Taucher mit Hilfe einer Saug- und Vorladepumpe 9 über ein Ansaugfilter 10 angesaugt und dieses wasser über ein weiteres Filter 12 einer Versorgungspumpe 11 zugeführt, welche einen Druck aufbaut und die Versorgung zu der Taucherkammer 5 bzw. einem Taucher 4 durch eine Druckwasserleitung 14 sicherstellt.

Das über die Druckwasserleitung 14 der Taucherkammer zugeführte unter Druck stehende Seewasser wird über Wandlereinrichtungen geleitet,

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die eine Seewasserturbine oder andere hydraulische Motoreinrichtungen umfassen, um damit einen elektrischen Generator 16 zur Stromerzeugung für eine Beleuchtung 117, einen Gaskompressor 17 zum Antreiben der pneumatischen Einrichtungen und eine Hydraulikpumpe 18 zu betreiben. Ferner werden von der Seewasserturbine 15 aus ein Gasumwälzer 19 für die Umwälzung des Atmungsgases innerhalb der Druckkammer 5 und eine Pumpe 20 angetrieben, welche eine Flüssigkeit über Drosseleinrichtungen 21 zirkuliert, um innerhalb der Flüssigkeit Wärme zu erzeugen, die dann über einen Wärmeaustauscher 22 zum Heizen der Tauchkammer 5 Verwendung findet. An diesen Wärmekreislauf ist ferner ein Flüssigkeitsspeicher 23 angeschlossen, über welchen die erwärmte Flüssigkeit zirkuliert und in welchem ein Flüssigkeitsvorrat gehalten wird.

Im Innern der Tauchkammer 5 wird als Atmungsgas ein Gemisch aus Helium und Sauerstoff vorgesehen, das von Speicherflaschen 25, welche an der Außenseite der Tauchkammer montiert sind, zugeführt wird. Das gewünschte Sauerstoffniveau wird mit Hilfe von Steuereinrichtungen 26 automatisch eingestellt, welche einen Naßreiniger umfassen, um Kohlendioxid aus dem Atmungsgas zu entfernen. In der Taucherkammer kann sich ein Taucher 3 aufhalten und ohne Taucherhelm frei bewegen, ohne daß seine Atmung behindert ist. Ferner steht ihm aufgrund der Maßnahmen gemäß der Erfindung eine Heizung in der Taucherkammer zur Verfügung, mit der die Atmosphäre innerhalb der Taucherkammer auf einem Wärmeniveau gehalten werden kann, das zum Aufwärmen dient und einen erholsamen Aufenthalt in der Taucherkammer gewährleistet. Ferner wird mit den Einrichtungen gemäß der Erfindung die für die Beleuchtung erforderliche elektrische Energie sowie die für die pneumatischen und hydraulischen Einrichtungen erforderliche pneumatische und hydraulische Energie erzeugt, indem von dem Versorgungsschiff 1

aus die

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aus die Seewasserturbine 15 mit unterDruck stehendem Seewasser versorgt wird, welches nach der Entspannung in der Seewasserturbine über eine Auslaßleitung 27 abgegeben wird.

Der Taucher 4 in der außerhalb der Tauchkammer befindlichen Tauchposition wird mit dem Atmungsgas vom Innern der Tauchkammer 5 aus über eine Vor- und Rückleitung 6 bzw. 7 versorgt, welche an den Taucherhelm 30 über nicht dargestellte Ventile angeschlossen sind. Entsprechend den Merkmalen der vorliegenden Erfindung sind Versorgungspumpen 31 und 32 in die Vor- und Rückleitungen 6 bzw. 7 eingeschaltet, welche von einem Hydraulikmotor 33 angetrieben werden, der seinerseits zum Antrieb über die Druckwasserleitung 14 mit unter Druck stehendem Seewasser versorgt wird. Die Druckwasserleitung 14 ist ferner zu dem sich außerhalb der Taucherkammer 5 befindlichen Taucher 4 weitergeführt und an eine Wandlereinheit 35 angeschlossen, die als verhältnismäßig kleines kompaktes Gerät vom Taucher mitgetragen wird und Einrichtungen enthält, mit derenHilfe aus dem über die Druckleitung 14 zugeführten und unter Druck stehenden Seewasser Wärme erzeugt wird, die mit Hilfe eines flüssigen Mediums über am Taucheranzug 37 vorgesehene Zirkulationsleitungen 36 zum Aufwärmen und Warmhalten des Tauchers Verwendung findet. Das erwärmte Medium, das durch die Zirkulationsleitungen 36 geleitet wird, kann ebenfalls Seewasser sein, jedoch ist auch die Verwendung einer anderen geeigneten Flüssigkeit vorgesehen.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung sind verschiedene Hydraulikkreise und Pumpeinrichtungen vorgesehen, die anhand der Fig. 2, 3 und näher erläutert werden. Diese Einrichtungen sind sowohl für die innerhalb als auch außerhalb der Taucherkammer vorgesehenen Tauchpositionen verwendbar, obwohl für die eine oder andere Position eine Präferenz

bestehen

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bestehen kann.

Die Hydraulikschaltung gemäß Fig. 2a umfaßt einen Hydraulikmotor 40, der an die Druckwasserleitung 14 angeschlossen ist und eine Pumpe

41 antreibt, mit deren Hilfe das unter Druck stehende Seewasser über die Drosseleinrichtung 42 und einen Wärmeaustauscher 43 geleitet wird. Das entspannte Seewasser wird über Auslaßleitungen zurück in die See abgegeben.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2b wird der an die Druckwasserleitung 14 angeschlossene Hydraulikmotor 40 von dem unter Druck stehenden Seewasser angetrieben, das nach der Entspannung zurück in die See abgeleitet wird. Der Hydraulikmotor 40 treibt eine Pumpe 41 an, die ein flüssiges Medium in einer geschlossenen Schleife über die Drosseleinrichtung 42 und den Wärmeaustauscher 43 zirkuliert.

Bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 2c wird ein Teil des vom Hydraulikmotor 40 in die See über eine Auslaßleitung abgegebenen Seewassers abgezweigt und der Pumpe 41 zugeführt, welche das Seewasser durch die Drosseleinrichtungen 42 und den Wärmeaustauscher 43 drückt. Es ist ferner vorgesehen, daß ein Teil des von der Drosseleinrichtung

42 zum Wärmeaustauscher 43 fließenden Seewassers wieder über die Pumpe 41 mit Hilfe einer Überbrückungsleitung 44 rezirkuliert wird.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2d entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gemäß Fig. 2c, jedoch ist eine weitere Rezirkulationsleitung 45 vorgesehen, die sowohl die Pumpe 41 als auch die Drosseleinrichtung 42 und den Wärmeaustauscher 43 überbrückt.

Aus der vorstehenden Erläuterung kann man entnehmen, daß es verschiedene Möglichkeiten gibt, um das gewünschte Ziel zu erreichen, womit die durch den Druckaufbau in dem über die Druckwasserleitung

geführten

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Seewasser gespeicherte Energie zur Wärmeerzeugung wiedergewonnen werden kann. Es ist offensichtlich, daß auch weitere Variationen der vorausstehend beschriebenen Schaltungen möglich sind.

Für die beschriebenen Hydraulikschaltungen können unterschiedliche Motor-Pumpenanordnungen verwendet werden. In Fig. 3 ist eine solche Motor-Pumpenanordnung dargestellt, bei der der Kolben 47 des Motors wechselweise von dem unter Druck stehenden Seewasser beaufschlagt wird, das von der Druckwasserleitung 14 über ein Vier-Wegeventil 48 zugeführt wird. Mit dem Kolben des Motors ist ein Pumpenkolben 50 verbunden, der eine dem Kolben 47 entsprechende Bewegung ausführt. Mit Hilfe des Pumpenkolbens 50 wird ein flüssiges Medium über die Drosseleinrichtung 42 und den Wärmeaustauscher 43 gepumpt, wobei jeder Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 5) ein Pumphub zugeordnet ist. Um eine möglichst gleichbleibende Strömung zu erhalten, ist in den Kreislauf eine Brückenschaltung aus vier Rückschlagventilen 52 geschaltet, mit denen eine gleichbleibende Strömungsrichtung über die Drosseleinrichtung und den Wärmeaustauscher aufrechtzuerhalten ist.

Es können selbstverständlich auch Dreifach- und Vierfachanordnungen vorgesehen werden, um einen homogeneren Strömungsverlauf zu erhalten, wobei eine entsprechend größere Anzahl von Motor-Pumpenanordnungen zusammengeschaltet werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die einzelnen Pumpenkolben mit verschiedener Phasenzuordnung zueinander arbeiten, um Druckstöße in der Strömung so weit wie möglich zu verringern.

In Fig. 4 ist eine weitere Motor-Pumpenanordnung dargestellt, die vorzugsweise in der Wandlereinheit 35 Verwendung finden kann. Bei dieser Anordnung ist ein Rotor vorgesehen, der auf der einenSeite eine Turbine und auf der anderen Seite eine Pumpe trägt. Von der Druckwasserleitung 14 aus wird dem Turbinenrad 521 das unter Druck stehende Seewasser

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zugeleitet, welches den Rotor in Drehung versetzt. Auf der anderen Seite des Rotors ist eine Rotorpumpe 53 vorgesehen, die mit hohen Verlusten arbeitet und dadurch das über den Einlauf 54 zugeführte flüssige Medium aufheizt, welches durch die Auslaufleitüng 55 im erwärmten Zustand abgegeben wird. Die Rotorpumpe und die Turbine sind auf einer gemeinsamen Welle 56 angeordnet, die innerhalb des Gehäuses mit Hilfe von Lagern 57 gelagert ist. Man hat festgestellt, daß mit einem Rotor durchmesser von etwa 2,5 cm gearbeitet werden kann, um 5 kW hydraulischer Energie in Wärmeenergie umzuwandeln, welche für einen arbeitenden Taucher zur Wärmeversorgung ausreicht. Damit ist es möglich, die Elemente in der Wandlereinheit 35 klein genug zu halten, um einen praktischen Einsatz zu ermöglichen. Bei der Ermittlung der erforderlichen hydraulischen Energie wurde von einer Versorgungsleitung mit einem halben Zoll Durchmesser ausgegangen, wobei das unter

2 Druck stehende Seewasser mit einem Druck von etwa 175 kg pro cm zugeführt wurde. Die Motor-Pumpenanordnung kann auch in einem von der Darstellung abweichenden System aufgebaut sein wie z. B. in Form einer positiven Verdrängungsanordnung oder einer Membran-Motor Pumpenanordnung.

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Claims

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Patentansprüche

Versorgungseinrichtung für Taucher mit einer Flüssigkeitspumpe in einem Versorgungsschiff auf der Wasseroberfläche und einer zur Tauchposition führenden flexiblen Versorgungsleitung, dadurch gekennzeichnet, daß vom Versorgungsschiff (1) aufgenommenes und unter Druck gesetztes Seewasser (8) über die als Druckwasserleitung (14) ausgebildete Versorgungsleitung in der Tauchposition zum Antrieb einer Seewasserturbine (15) zur Verfügung steht, und daß in der Tauchposition ein wärmeerzeugender Wandler (20, 21, 22; 35) vorgesehen ist, der die in dem über die Druckwasserleitung (14) zugeführten Seewasser enthaltene Druckenergie in Wärmeenergie umwandelt.
2. Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Tauchposition eine Taucherkammer (5) mit einem Atmungsgasvorrat (25) vorgesehen ist, daß das Atmungsgas über eine Vor- und Rückleitung mit einer von der Seewasserturbine (15) angetriebenen Pumpe (33) über den Taucheranzug eines außerhalb der Taucherkammer befindlichen Tauchers austauschbar ist, und daß am Taucheranzug der wärmeerzeugende Wandler (35) vorgesehen ist, der über eine Abzweigung der Druckwasserleitung (14) angeschlossen ist.

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3. Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Seewasserturbine (15) ein elektrischer Generator (16) verbunden ist.
4. Versorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, cadurch gekennzeichnet, daß der wärmeerzeugende Wandler eine stark verlustbehaftete hydraulische Einrichtung umfaßt, der ein Wärmetauscher zugeordnet ist.
5. Versorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verlustbehaftete hydraulische Einrichtung eine stark verlustbehaftete Hydraulikpumpe ist.
6. Versorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stark verlustbehaftete hydraulische Einrichtung einen Hydraulikmotor enthält, der von dem unter Druck stehenden Seewasser über die Druckwasserleitung (14) angetrieben wird, daß ferner eine Drosseleinrichtung (42) vorhanden ist, der ein Wärmeaustauscher (43) nachgeschaltet ist, und daß eine Motor-Pumpenanordnung in den Kreislauf mit eingeschaltet ist, welche das von der Druckwasserleitung abgegriffene Seewasser über die Drosseleinrichtung und den Wärmeaustauscher zirkuliert.
7. Versorgungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kreislauf im wärmeerzeugenden Wandler anstelle von Seewasser ein Gas oder ein anderes flüssiges Medium Verwendung findet.

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