ВСАСЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА Российский патент 2001 года по МПК E02F3/92 

Изобретение относится к области гидромеханизации и может быть использовано при разработке россыпных месторождений полезных ископаемых большой плотности в подводных забоях.

Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее всасывающий наконечник, на котором шарнирно укреплен кольцевой экран [1].

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, возможность его зависания на некоторой высоте вследствие перекосов и заклинивания опор, а также значительная энергоемкость технологического процесса из-за несовершенства гидравлических условий всасывания.

Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее всасывающий наконечник, коллектор гидрорыхлителя с насадкой и экран, отражающий зону всасывания [2].

Недостатком указанного устройства является ограниченность зоны размыва россыпи.

Известно грунтовсасывающее устройство земснаряда, в котором экран расположен внутри наконечника и имеет форму колокола, способного перемещаться вертикально, регулируя тем самым зону размыва и всасывания [3].

Недостаток этой конструкции состоит в образовании под экраном зоны низкого разряжения и, как следствие, в невозможности взвешивания твердых частиц, особенно большой плотности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является всасывающее устройство земснаряда, включающее всасывающий наконечник с гибким кольцевым экраном, расположенным на уровне устья [4].

Недостатком такого устройства является неоднородность проработки рабочей зоны забоя и в связи с этим возможные потери ценных компонентов россыпи.

Общий недостаток всех приведенных устройств состоит в том, что при их использовании в технологический процесс из окружающего полупространства, расположенного выше входного сечения, вовлекается чистая вода, не участвующая в процессе размыва и транспортирования твердого материала, а также остается ограниченной и труднопрогнозируемой зона размыва и взвешивания частиц с наперед заданными физико-механическими характеристиками.

Целью изобретения является расширение площади отработки забоя с одной позиции земснаряда, повышение эффективности всасывания тяжелых фракций россыпи, достижение однородности про работки рабочей зоны забоя и снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что во всасывающем устройстве земснаряда, включающем всасывающий наконечник с кольцевым экраном, кольцевой экран выполнен плоским и жестким с участком стабилизации, располагается перпендикулярно оси всасывающего наконечника, снабжен закругляющим элементом, установленным со стороны внешней кромки кольцевого экрана, а участок стабилизации и вертикальная часть экрана сопрягаются криволинейной поверхностью.

Радиус участка стабилизации кольцевого экрана должен составлять три - пять радиусов всасывающего наконечника. В этом случае в подэкранном пространстве формируется стабилизированный поток, способный более эффективно взвешивать частицы тяжелых компонентов на большой площади.

Выполнение экрана плоским и жестким с участком стабилизации, с закругляющим элементом на внешней кромке и наличие криволинейного сопряжения с центральной частью позволяют повысить эффективность всасывания тяжелых фракций россыпи, достичь однородности проработки рабочей зоны забоя и снизить энергозатраты.

Предлагаемое устройство земснаряда с экраном изображено на чертежах.

На фиг. 1 - вид всасывающего устройства земснаряда; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.

Всасывающее устройство земснаряда содержит всасывающий наконечник 1, кольцевой экран 2. Кольцевой экран 2 выполнен плоским и жестким с участком стабилизации 3 и располагается перпендикулярно оси 4 всасывающего наконечника 1. Ось 4 должна совпадать с осью 5 всасывающей трубы 6. Кольцевой экран 2 снабжен закругляющим элементом 7, установленным со стороны внешней кромки 8 кольцевого экрана 2. Участок стабилизации 3 и вертикальная часть 9 кольцевого экрана 2 сопрягаются криволинейной поверхностью 10.

Кольцевой экран 2 крепится к всасывающему наконечнику 1 с помощью болтового соединения 11, выполненного в кольцевых приливах 12 и 13.

Устройство работает следующим образом.

Вначале после расчета радиуса кольцевого экрана 2, приемлемого для обеспечения подъема и транспортирования частиц ценного компонента с заданными физико-механическими характеристиками, подобранный кольцевой экран 2 с помощью болтового соединения 11, выполненного в кольцевых приливах 12 и 13, крепится к всасывающему наконечнику 1.

При опущенном в воду всасывающем наконечнике 1 включают землесос (на чертеже не показан). За счет возникающего вакуума во всасывающей трубе 6 и всасывающем наконечнике 1 вода из окружающего пространства, ограниченного снизу поверхностью забоя, а сверху - кольцевым экраном 2, поступает во всасывающий наконечник 1 и далее во всасывающую трубу 6.

Устройство подводится к поверхности забоя на определенную высоту t так, чтобы в пространстве между поверхностью забоя и кольцевым экраном 2 скорость движения воды V_r превышала размывающую скорость для извлекаемого ценного компонента V_р. Кольцевой экран 2 всасывающего наконечника 1 ограничивает подсос воды из окружающего пространства и позволяет развить в пространстве под кольцевым экраном 2 достаточно большие скорости потока, обеспечивающие взвешивания тяжелых частиц полезного компонента с большой плотностью. Вода, войдя в пространство между кольцевым экраном 2 и поверхностью забоя, размывает россыпь и взвешивает ценный компонент, попадающий дальше во всасывающий наконечник 1. При этом скорости потока в пространстве под кольцевым экраном 2 на участке стабилизации 3 закономерно увеличиваются от периферии, внешней кромки 8 к центру (оси 4, 5), чем обеспечивается однородность проработки рабочей зоны забоя, находящейся под кольцевым экраном 2. Поток гидросмеси последовательно проходит через закругляющий элемент 7, уменьшающий гидравлическое сопротивление на входе под кольцевой экран 2, участок стабилизации 3, криволинейную поверхность 10 и через вертикальную часть 9 кольцевого экрана 2 поступает во всасывающий наконечник 1.

Размывающая скорость V_р связана со скоростью витания частицы V_в, которая может быть рассчитана в зависимости от плотности, размеров и формы частицы, а скорость движения воды под экраном V_r увеличивается от периферии кольцевого экрана 2 (внешней кромки 8) к оси 4 всасывающего наконечника 1 по закону
V_r = Q/(2 V_r= Q/(2πrt),
где Q - расход гидросмеси;
r - радиус сечения;
t - высота между поверхностью забоя и кольцевым экраном 2.

Расход гидросмеси Q определяется по формуле

где A - числовой коэффициент, зависящий от коэффициента гидравлического трения, коэффициентов местных сопротивлений, а также от радиусов экрана и всасывающего патрубка;
Δ p_о - общие потери давления, выражающиеся через вакуум, развиваемый земснарядом;
ρ - плотность гидросмеси.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить эффективность всасывания тяжелых фракций россыпи, достичь однородности проработки рабочей зоны забоя и снизить энергозатраты.

Источники информации
1. А.с. СССР N 227196, МПК E 02 F 3/92, "Грунтозаборное устройство земснаряда", опубл. 28.01.69.

2. А. с. СССР N 1273455, МПК E 02 F 3/92, "Грунтозаборное устройство землесосного снаряда", опубл. 30.11.86, Бюл. N 44.

3. А. с. СССР N 968212, МПК E 02 F 3/88, "Грунтовсасывающее устройство земснаряда", опубл. 23.10.82, Бюл. N 39.

4. А. с. СССР N 985203, МПК E 02 F 3/92, "Всасывающее устройство землесосного снаряда", опубл. 30.12.82, Бюл. N 48 - прототип.

Изобретение относится к области гидромеханизации и может быть использовано для разработки россыпных месторождений полезных ископаемых большой плотности в подводных забоях. Задачей изобретения является расширение площади отработки забоя с одной позиции земснаряда, повышение эффективности всасывания тяжелых фракций россыпи, достижение однородности проработки рабочей зоны забоя и снижение энергозатрат. Всасывающее устройство земснаряда включает всасывающий наконечник с кольцевым экраном. Последний выполнен плоским и жестким с участком стабилизации, расположен перпендикулярно оси всасывающего наконечника, снабжен закругляющим элементом, установленным со стороны внешней кромки кольцевого экрана, а участок стабилизации и вертикальная часть кольцевого экрана сопрягаются криволинейной поверхностью. 2 ил.

Всасывающее устройство земснаряда, включающее всасывающий наконечник с кольцевым экраном, отличающееся тем, что кольцевой экран выполнен плоским и жестким с участком стабилизации, располагается перпендикулярно оси всасывающего наконечника, снабжен закругляющим элементом, установленным со стороны внешней кромки кольцевого экрана, а участок стабилизации и вертикальная часть кольцевого экрана сопрягаются криволинейной поверхностью.