КОМПЛЕКС ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ДОННОГО ГРУНТА Российский патент 1996 года по МПК E21C50/00 E02D29/63 

Предложение относится к устройствам для разработки донного грунта как с его поверхности, так и при углублении в него.

Известно устройство аналогичного назначения, которое содержит стояк с уплотнением по нижним бортам его, причем уплотнение выполнено в виде внедряемого в поверхность зуба, при этом на поверхности водной среды размещена приемная платформа, которая выполнена в виде плавающего средства катамарана (см. а.с. N 1776313. кл. Е 21 С 50/00 1990г).

Недостатками описанного устройства следует считать:
разработка ведется в площади стояка что ограничивает объем добычи,
уплотнение в виде зуба не позволяет герметизировать внутреннюю полость стояка если имеются на донном грунте твердые образования, например рудное тело,
выполнение приемной платформы в виде плавучего объекта делает невозможным эксплуатацию устройства при возникновении волнения на на поверхности водной среды, т. к. теряется устойчивая и жесткая связь между платформой и стояком и, более того, произойдет силовое воздействие на стояк с возможной разгерметизацией сочетания зуб-грунт.

Известен комплекс для разработки донного грунта, который содержит чашеобразную камеру, полый стояк, установленный на обращенной вверх днище камеры, причем стояк сообщает внутреннюю полость камеры с атмосферой, уплотнение, установленное по бортам камеры для герметизации ее внутренней полости на донном грунте, насос для откачки воды из полости камеры, приемную платформу и магистрали энерго и жизнеобеспечения в полости камеры на донном грунте (заявка РСТ N 92/13142кл. Е О2 D 29/06, 1992г).

Недостатками описанного устройства следует считать:
приемная платформа находится на плаву, что не позволяет ее использовать при волнении водной среды, например в шторм,
сам стояк не закреплен на грунте что делает его положение неустойчивым при возникновении боковой нагрузки, которая может привести к нарушению герметичности уплотнений на нижней стороне камеры, нагрузка на днище чаши камеры меняется в зависимости от транспортируемого груза в стояке, что приведет как к усталостному разрушению камеры, так и от перегрузки при возникновении локальных нагрузок,
уплотнение не позволяет получить надежную герметизацию внутренней полости камеры при возникновении боковых нагрузок от перемещения значительных масс водной среды во время шторма или ветра с сопутствующим ему потоком водной среды.

Целью предложения является устранение указанных недостатков, а именно:
разгрузка комплекса от волнения водной среды при сохранении работоспособности во время шторма,
повышение надежности уплотнения внутренней полости камеры при автоматической регулировке сцепления поверхности грунта с уплотняющим элементом,
разгрузка днища камеры при изменении характера и величины внешних сил.

Поставленная цель достигается тем, что уплотнение камеры выполнено в виде полого эластичного тора, приемная платформа установлена над поверхностью водной среды в рабочем положении комплекса, при этом комплекс снабжен насосом для подачи жидкости в полость уплотнения и аппаратурой, регулирующей давление в полости уплотнения, и упорами, установленными в рабочем положении комплекса между донным грунтом и днищем камеры, причем упоры выполнены в виде гидроцилиндров, поршневая полость которых сообщена с насосом для подачи рабочей жидкости магистралью, имеющей регулирующую давление аппаратуру, а сам комплекс снабжен гибкими звеньями, закрепленными одними концами на приемной платформе, а другими на днище камеры.

На чертеже упрощено представлен разрез вертикальной плоскостью комплекс. Комплекс содержит приемную платформу 1, которая размещена в рабочем положении над поверхность водной среды на высоте, которая соответствует возможной высоте волн в данном районе. Платформа сверху закрыта крышкой 2, а на платформе 1 размещены силовые механизмы: подъемно-спусковое устройство 3, насосы 4, перегрузочным на внешний транспорт устройством (условно не показан), электростанцией, жилыми помещениями которые обеспечивают жизнедеятельность комплекса. Названные элементы присутствуют на всех вышеописанных комплексах и не являются предметом технического решения. На донном грунте 5 расположена камера 6 в виде перевернутой чаши с уплотнением 7, которое выполнено в виде тора из гибкой оболочки 8. Уплотнение размещено в выеме 9 боковых стенок камеры 6. Днище камеры 6 имеет упоры 10, которые выполнены в виде гидроцилиндров, поршневая полость которых соединена (с насосом) гибкой магистралью 11 с насосом 4 через управляемый клапан 12. Внутренняя полость уплотнения 7 также соединена магистралью 13 через управляемый клапан 14 с насосом 15. Внутри камеры 6 расположены механизмы 16 для разработки донного грунта 5, которые получают энергоснабжение от электростанции на приемной платформе 1. Стояк 17 может быть не один и он выполняется составным с уплотнениями между стыками. Платформа 1 соединена гибкими звеньями 18 с днищем камеры 6.

Условно не показана регулирующая аппаратура для поддержания давления в уплотнении 7 и упорах 10. Эти схемы широко известны и содержат датчик давления, который через блок управления включает или клапаны 12,14 с насосами 4,15, или соединяет силовую часть магистралей 11,13 с балластной емкостью для стравливания давления.

Действует комплекс следующим образом:
Для монтажа комплекса с универсальных плавающих средств за гибкие эвенья 18 опускается на донный грунт камера 6. Секции стояка 17 наращивают по мере спуска на дно до образования расстояния между нижней поверхностью приемной платформы 1 и водной средой расстояния, которая обеспечивает отсутствие касания волн приемной платформы 1, которая закрепляется на стояке 17. Далее устанавливают все силовые механизмы на приемной платформе 1, подают давление от насосов 4,15 в уплотнение 7 и стояки 10, начинают откачивать воду из внутренней полости стояка 17 и камеры 6, постепенно повышая давление в полости уплотнения 7 и в стояках 17 для выравнивания нагрузки по показаниям датчиков на поверхностях стояка 17 и камеры 6. Это могут быть тензометрические датчики. Уплотнение 7 прилегает своей поверхностью к поверхности грунта 5, повторяя его форму и обеспечивая герметизацию внутренней полости камеры 6. Механизмы 16 опускаются после полной откачки воды и выдержки для контроля герметичности уплотнения.

Можно сделать следующие замечания:
1. Устойчивость комплекса обеспечивается сравнительно большой площадью камеры 6 и малым сечением стояка 17, а также их связью гибкими звеньями 18.

2. При воздействии внешней нагрузки которая регистрируется датчиками, в автоматическом режиме меняется давление в стояках 10 и в уплотнениях 7.

3. Откачку воды из внутренней полости можно производить классическим методом путем установки насоса напорного на донном грунте 5. Однако, возможно удаление воды путем герметизации стояка сверху и подачи сжатого воздуха во внутреннюю полость стояка 17: будет повышаться давление и вода будет вытесняться через дополнительную магистраль, конец которой размещают внизу на грунте 5, а второй конец выводят в атмосферу или в водную среду, но тогда должен быть обратный клапан с направлением выхода воды наружу
4. Стояк 17 будет создавать дополнительную подъемную силу, что позволит снизить давление в уплотнении 7. Сама конструкция уплотнения соответствует уплотнению пары поршень- цилиндр для высоких давлений, поэтому следует ожидать надежность и долговечность сопряжения
5. Питание механизмов электроэнергией позволит создать комфортные условия при разработке грунта, однако вентиляция приточно-отточная должна быть предусмотрена.

Таким образом, достигаются все поставленные цели, что позволит в недалеком будущем, когда ресурсы земли на ее поверхности будут исчерпаны, перейти к промышленной добычи ископаемых на донном грунте, причем с использованием стандартных механизмов добычи.

Использование: в горной промышленности, в частности в устройствах для подводной добычи полезных ископаемых. Сущность изобретения: комплекс включает чашеобразную камеру, полый стояк, установленный на днище камеры с возможностью сообщения в рабочем положении ее полости с атмосферой, уплотнение, установленное по бортам камеры для герметизации ее полости на донном грунте, насос для откачки воды из полости камеры, приемную платформу и магистрали энерго- и жизнеобеспечения в полости камеры на донном грунте. Уплотнение камеры выполнено в виде полого эластичного тора, приемная платформа установлена над поверхностью водной среды в рабочем положении комплекса. Комплекс снабжен насосом для подачи жидкости в полость уплотнения и аппаратурой, регулирующей давление в полости уплотнения, а также упорами, установленными в рабочем положении комплекса между донным грунтом и днищем камеры. Упоры могут быть выполнены в виде гидроцилиндров, поршневая полость которых сообщена с насосом для подачи рабочей жидкости магистралью, имеющей регулирующее давление аппаратуру. Кроме того, комплекс может быть снабжен гибкими звеньями, закрепленными одними концами на приемной платформе, а другими - на днище камеры. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комплекс для разработки донного грунта, включающий чашеобразную камеру, полый стояк, установленный на днище камеры с возможностью сообщения в рабочем положений ее полости с атмосферой, уплотнение, установленное по бортам камеры для герметизации ее полости на донном грунте, насос для откачки воды из полости камеры, приемную платформу и магистрали энерго- и жизнеобеспечения в полости камеры на донном грунте, отличающийся тем, что уплотнение камеры выполнено в виде полого эластичного тора, приемная платформа установлена над поверхностью водной среды в рабочем положении комплекса, при этом комплекс снабжен насосом для подачи жидкости в полость уплотнения и аппаратурой, регулирующей давление в полости уплотнения, и упорами, установленными в рабочем положении комплекса между донным грунтом и днищем камеры. 2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что упоры выполнены в виде гидроцилиндров, поршневая полость которых сообщена с насосом для подачи рабочей жидкости магистралью, имеющей регулирующую давление аппаратуру. 3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен гибкими звеньями, закрепленными одними концами на приемной платформе, а другими на днище камеры.