КОМПЛЕКС ДЛЯ ГЛУБОКОВОДНОЙ ДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ Российский патент 2002 года по МПК E21C50/00 

Изобретение относится к техническим средствам освоения ресурсов Мирового океана и может быть эффективно использовано для добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК).

Известно техническое решение (патент Японии 56-41798, кл. Е 21 С 45/00, 1981), включающее погружной аппарат с исполнительным органом и шасси, соединенный трубопроводом с плавредством. Недостатком технического средства являются значительные капитальные и эксплуатационные затраты на выдачу ЖМК на поверхность при низкой маневренности погружного аппарата.

Известен комплекс для глубоководной добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с исполнительным органом, мельницами для измельчения железомарганцевых конкреций, выходы которых сообщены с полостью приемной камеры, которая соединена через трубопровод с плавсредством, движитель погружного аппарата (з. ФРГ 2950922, кл. Е 21 С 50/00, 1980).

Недостатком устройства являются значительные капитальные и эксплуатационные затраты на выдачу полезных компонентов на плавсредство, предполагающие наличие нескольких трубопроводов, а также ограниченная маневренность погружного аппарата.

Задачей изобретения является повышение эффективности добычи за счет снижения капитальных и эксплуатационных затрат на выдачу ЖМК, а также повышение маневренности аппарата.

Для решения поставленной задачи комплекс для глубоководной добычи железомарганцевых конкреций, комплекс для глубоководной добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с исполнительным органом, мельницами для измельчения железомарганцевых конкреций, выходы которых сообщены с полостью приемной камеры, которая соединена через трубопровод с плавсредством, движитель погружного аппарата, отличается тем, что исполнительный орган выполнен в виде жестко соединенного с основанием аппарата кольцевого цилиндра, во внутренней полости которого размещены трубчатый кожух, с установленной внутри него с зазором трубой эрлифта для подъема конкреций, и соосное с ней днище, установленное с возможностью перемещения последнего вдоль трубы эрлифта, причем днище выполнено в виде пластины с радиально расположенными гофрами треугольного поперечного сечения, имеющей в плане форму многогранника, при этом верхний конец трубы эрлифта для подъема конкреций связан с шаровыми мельницами посредством лотков с грохотами, подгрохотное пространство которых сообщается с зазором между поверхностью трубчатого кожуха и трубой эрлифта для подъема конкреций, причем этот зазор сообщается с пространством над верхней поверхностью днища, кроме того, система генерирования газообразного рабочего агента содержит изолированные друг от друга и гидравлически связанные через запорный элемент камеры для размещения реагентов, выполненные в корпусе погружного аппарата, одна из которых пневматически связана с ресивером, который через распределитель пневматически связан с приводами шаровых мельниц, диспергаторами эрлифта для подъема конкреций и главного эрлифта, балластной емкостью и газгольдером. Кроме того, нижняя торцевая поверхность кольцевого цилиндра снабжена ребордой треугольного поперечного сечения. Кроме того, движитель погружного аппарата выполнен в виде емкостей размещенных симметрично продольной оси погружного аппарата, гидравлически связанных с балластной емкостью и снабженных маршевыми насадками, расположенными симметрично продольной оси аппарата и, по меньшей мере одной, подруливающей насадкой, установленной асимметрично и снабженной управляемым запорным элементом. Кроме того, диспергатор главного эрлифта пневматически связан с полостью газгольдера, которая пневматически связана с отделителем рабочего агента эрлифта для подъема конкреций.

Сущность изобретения заключается в особом выполнении исполнительного органа в виде кольцевого цилиндра, жестко соединенного с основанием погружного аппарата. Кольцевой цилиндр, воспринимая вертикальную нагрузку от массы аппарата, внедряется в подстилающие породы и, тем самым, изолирует от акватории отрабатываемый участок, а также (вместе с признаком, задающим конструктивное выполнение подвижного днища) способствует извлечению из выемочной камеры ЖМК различной гидравлической крупности без потерь, поскольку позволяет создать необходимую скорость трогания ЖМК и поддерживать гидродинамические параметры постоянными, независимо от подвигания забоя выемки. Кроме того, конструкция подвижного днища позволяет разделить в пространстве илы, поступающие из подгрохотного пространства, и нетронутый материал, содержащий ЖМК. Кроме того, выполнение движителя погружного аппарата в виде асимметрично расположенных насадок обеспечивает ему поступательное перемещение и возможность изменения курса.

Проведенный заявителем поиск по источникам научно-технической и патентной литературы позволяет выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, следовательно, комплекс для глубоководной добычи железомарганцевых конкреций удовлетворяет критерию "новизна". Кроме того, заявленное решение соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. не известно из предшествующего уровня техники.

Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения способствует достижению технического результата, т.е. повышению маневренности аппарата и повышению эффективности добычи ЖМК.

На фиг. 1 показан общий вид погружного аппарата в плане, на фиг. 2 изображен вертикальный разрез аппарата, на фиг. 3 показано днище в плане, фиг. 4 иллюстрирует развертку днища, а на фиг. 5 изображено распределение рабочего агента по его потребителям.

Комплекс для глубоководной добычи ЖМК включает погружной аппарат 1 с исполнительным органом и движителем, соединенный с помощью трубопровода 2 с плавсредством (на чертежах не показано).

Исполнительный орган состоит из кольцевого цилиндра 3, нижняя торцевая часть которого снабжена ребордой 4 треугольного сечения. Кроме того, исполнительный орган включает трубу эрлифта 5 для подъема ЖМК 6, снабженную диспергатором 7, отделителем рабочего агента 8, выпускными окнами 9 и упорным кольцом 10. Нижняя торцевая часть трубы эрлифта 5 снабжена днищем 11, установленным с возможностью перемещения последнего вдоль трубы эрлифта 5, далее по тексту днище 11. Днище 11 стаканом 12 опирается на кольцо 10 с возможностью перемещения днища вдоль трубы эрлифта 5, который закреплен в корпусе аппарата неподвижно. Днище 11 выполнено в виде пластины с радиально расположенными гофрами 13 (треугольного поперечного сечения), имеющей в плане форму многогранника, вписанного в полость кольцевого цилиндра 3 и скрепленной со стаканом 12. Таким образом гофры образуют желоба 14, открытые сверху, и желоба 15, открытые снизу. Таким образом, параллельные грани 16 и 17 желобов 14 и 15 являются открытыми, а их физическими поверхностями в рабочем положении исполнительного органа служат - основание 18 погружного аппарата 1 и поверхность подстилающих пород 19 соответственно. Торцы желобов 15 и 14, обращенные к кольцевому цилиндру 3, выполнены также открытыми с образованием сегментных окон 20 для гидравлической связи.

Движитель погружного аппарата включает две емкости 21 и 22, установленные на внешней поверхности корпуса погружного аппарата 1 симметрично его продольной оси 23. Внутренние полости емкостей 21 и 22 через окна 24 и 25 гидравлически связаны с балластной емкостью 26. В корпусах емкостей 21 и 22 встроены, по меньшей мере, по одной маршевой насадке 27 и 28, расположенных в одной горизонтальной плоскости и на одинаковом удалении от продольной оси 23 погружного аппарата. Емкость 22 снабжена также, по меньше мере, одной подруливающей насадкой 29 для изменения курса погружного аппарата. Подруливающая насадка 29 установлена в одной плоскости с насадками 27 и 28 и асимметрична продольной оси 23. Кроме того, торцевой срез подруливающей насадки 29 снабжен управляемым запорным элементом 30.

Верхняя торцевая часть отделителя рабочего агента 8 через окно 31 сообщена с внутренней полостью газгольдера 32, которая, в свою очередь, посредством патрубка 33 сообщена с диспергатором 34, установленным на трубопроводе 2 и обеспечивающим его работу как главного эрлифта. Нижняя торцевая часть трубопровода 2 расположена в непосредственной близости от основания приемной камеры 35. Погружной аппарат 1 снабжен также шаровыми мельницами 36 и 37 с пневматическими приводами 38 и 39, которые установлены на перфорированной полке 40 приемной камеры 35. Загрузочные люки мельниц 36 и 37 соединены с транспортными наклонными лотками 41 и 42, которые через грохоты 43 сообщены с выпускными окнами 9 трубы эрлифта 5. В корпусе погружного аппарата размещены камеры 44 и 45 с компонентами рабочего агента. Например, в камере 44 помещают гранулированный гидрит лития, а камеру 45 заполняют водой. Камеры 44 и 45 соединены между собой трубопроводом с запорным элементом (на чертежах не показаны). Камера 44 имеет пневматическую связь с ресивером (не показан), который сообщен с распределителем рабочего агента 46, а через него пневматически связан с приводами 38 и 39' шаровых мельниц, диспергаторами 7 (эрлифта для подъема конкреций) и 34 (главного эрлифта), балластной емкостью 26 и газгольдером 32.

Погружной аппарат 1 имеет положительную плавучесть при вытеснении воды только из внутренней полости балластной емкости 26.

Комплекс для глубоководной добычи ЖМК работает следующим образом. На поверхности акватории камеры 44 и 45 заполняют компонентами рабочего агента. Затем через насадки 27 и 28 заполняют водой емкости 21 и 22 и через окна 24 и 25 балластную емкость 26, вытесняя при этом из их внутренних полостей рабочий агент через обратный клапан, установленный в верхней части балластной емкости 26. После этого погружной аппарат опускают на поверхность подстилающих пород 19. Кольцевой цилиндр 3 с ребордой 4, воспринимая вертикальную нагрузку от суммарной массы аппарата, внедряется в подстилающие породы 19, тем самым изолирует полость исполнительного органа от акватории. Из пульта управления плавсредством подают сигнал на открытие запорного элемента, установленного на трубопроводе, соединяющем камеры 44 и 45. Гранулированный гидрит лития вступает в химическую реакцию с водой, в результате чего выделяется водород, который является рабочим агентом. Рабочий агент поступает из камеры 44 в ресивер, из которого по трубопроводу - на распределитель рабочего агента 46. По команде с пульта открывается запорный элемент 47 с подачей рабочего агента на диспергатор 7 трубы эрлифта 5. ЖМК 6 вместе силами, к которым они приурочены, поступают во внутреннюю полость трубы и, отражаясь от элементов отделителя рабочего агента 8, попадают на грохот 43. Размер перфорационных отверстий грохота 43 рассчитан на задержание конкреций 6 и свободное проваливание илов. Илы, как подрешетный (подгрохотный) материал, поступают в зазор 48 (образованный внешней поверхностью трубы эрлифта 5 и внутренней поверхностью трубчатого кожуха, конструктивно выполненного как внутренняя стенка приемной камеры 35), а затем и на поверхность днища 11, где распределяются на определенное количество потоков, живое сечение которых ограничено поверхностью желобов 14 и основанием 18 погружного аппарата 1. Затем пульпа из желобов 14 через сегментные окна 20 поступает во внутренние полости желобов 15, ограниченные их поверхностью и поверхностью подстилающих пород 19. Известно, что эрлифт имеет ограниченную зону всасывания, которая равна 2-4 диаметрам его наконечника. Предложенное конструктивное выполнение днища позволяет создать необходимую скорость трогания ЖМК 6, находящихся вне зоны всасывания эрлифта 5, с дальнейшим увеличением ее до значения скорости надежного транспортирования за счет снижения живого сечения потоков по длине желобов 15 по мере приближения к зоне всасывания эрлифта. Кроме того, происходит абразивный износ подстилающих пород 19, представленных глинами, что в конечном итоге приводит к увеличению плотности пульпы, в которой гидравлическая крупность ЖМК уменьшается, при этом транспортирующая способность потоков, заключенных в желобах 15, увеличивается. Таким образом, сочетание положительных факторов, влияющих на увеличение транспортирующей способности потоков, с учетом изоляции исполнительного органа от акватории, позволяет поддерживать соотношение твердого к жидкому в постоянных пределах и даже увеличивать количество твердого в пульпе за счет абразивного износа подстилающих пород. Это способствуют извлечению ЖМК различной гидравлической крупности из выемочной камеры, ограниченной внутренней поверхностью кольцевого цилиндра 3, без потерь. Из трубы эрлифта 5 ЖМК по лоткам 41 и 42, установленным наклонно, транспортируется через загрузочные люки в мельницы 36 и 37, где происходит их измельчение. Для этого открывают запорные элементы 49 и 50 по команде с пульта, при этом рабочий агент поступает на пневмоприводы 38 и 39. Включение мельниц в работу может быть дискретным по мере их заполнения ЖМК. Измельченный материал 51 через перфорированные полки 40 поступает в приемную камеру 35 и складируется. Отработанный в трубе эрлифта 5 рабочий агент, пройдя элементы отделителя 8, через окно 31 поступает во внутреннюю полость газгольдера 32. Патрубок 33 снабжен запорным элементом 52, который по мере заполнения приемной камеры 35 измельченным материалом 51, по команде с пульта открывают, с подачей рабочего агента на диспергатор 34 трубопровода 2. При этом система, включающая трубопровод 2, диспергатор 34 в сочетании с рабочим агентом, работает в режиме эрлифтирования измельченного материала 51 на плавсредство. В случае, если рабочего агента, находящегося в газгольдере 32, недостаточно для выдачи материала 51, открывают запорный элемент 53 с последующей подачей рабочего агента на диспергатор 34. После полной отработки выемочной камеры запорные элементы 47, 49, 50 и 53 закрывают, открывая при этом запорный элемент 54. Рабочий агент из распределителя 46 поступает во внутреннюю полость балластной емкости 26 и вытесняет из нее воду через окна 24 и 25 в камеры 21 и 22, а затем через маршевые насадки 27 и 28 в акваторию. Погружному аппарату 1 придается положительная плавучесть, вследствие которой он отрывается от подстилающих пород 19 и зависает в непосредственной близости от поверхности. Для совершения поступательного движения аппарата на очередную заходку в балластную емкость нагнетают рабочий агент, который вытесняет воду из емкостей 21 и 22 через маршевые насадки 27 и 28. Маршевые насадки 27 и 28 формируют струи и за счет реактивных сил погружной аппарат перемещается. Затем емкости 21 и 22, а также балластную емкость 26 заполняют водой, вытесняя из последней рабочий агент через обратный клапан, и опускают на поверхность подстилающих пород с повторением описанных процессов по захвату, подъему и измельчению ЖМК с последующей выдачей измельченного материала по трубопроводу 2 на поверхность.

Если возникает необходимость в изменении курса погружного аппарата 1, то в момент его зависания над поверхностью подстилающих пород 19 по команде с пульта открывают управляемый запорный элемент 30 торцевого среза подруливающей насадки 29. За счет ее асимметричного расположения относительно продольной оси аппарата 23, а также реактивной силы, возникающей при истечении струи, аппарат поворачивают на требуемый угол в плане с одновременным приданием ему поступательного перемещения за счет реактивных сил струй, формируемых маршевыми насадками 27 и 28. Всплытие на поверхность аппарата производят путем вытеснения из балластной емкости 26 воды. На поверхности акватории осуществляют заправку камер 44 и 45 компонентами рабочего агента, после чего аппарат готов к очередному погружению.

Изобретение может быть использовано для добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК). Задача: повышение эффективности добычи за счет снижения капитальных и эксплуатационных затрат на выдачу ЖМК, а также повышение маневренности аппарата. Сущность: комплекс для глубоководной добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с исполнительным органом и движителем, соединенный с помощью трубопровода с плавсредством, отличается тем, что исполнительный орган выполнен в виде жестко соединенного с основанием аппарата, кольцевого цилиндра, во внутренней полости которого размещены трубчатый кожух с установленной внутри него с зазором трубой эрлифта для подъема конкреций, и соосное с ней днище, установленное с возможностью перемещения последнего вдоль трубы эрлифта, причем днище выполнено в виде пластины с радиально расположенными гофрами треугольного поперечного сечения, имеющей в плане форму многогранника, при этом верхний конец трубы эрлифта для подъема конкреций связан с шаровыми мельницами посредством лотков с грохотами, подгрохотное пространство которых сообщается с зазором между поверхностью трубчатого кожуха и трубой эрлифта для подъема конкреций, причем этот зазор сообщается с пространством над верхней поверхностью днища, кроме того, выходы мельниц сообщаются с полостью приемной камеры, которая посредством главного эрлифта соединена через трубопровод с плавсредством. Кроме того, нижняя торцевая поверхность кольцевого цилиндра снабжена ребордой треугольного поперечного сечения. Кроме того, движитель погружного аппарата выполнен в виде емкостей, размещенных симметрично продольной оси погружного аппарата, гидравлически связанных с балластной емкостью и снабженных маршевыми насадками, расположенными симметрично продольной оси аппарата и, по меньшей мере одной, подруливающей насадкой, установленной асимметрично и снабженной управляемым запорным элементом. Кроме того, система генерирования газообразного рабочего агента содержит изолированные друг от друга и гидравлически связанные через запорный элемент камеры для размещения реагентов, выполненные в корпусе погружного аппарата и пневматически связанные с ресивером, который через распределитель пневматически связан с приводами шаровых мельниц, диспергаторами эрлифта для подъема конкреций и главного эрлифта, балластной емкостью и газгольдером. Кроме того, диспергатор главного эрлифта пневматически связан с полостью газгольдера, которая пневматически связана с отделителем рабочего агента эрлифта для подъема конкреций. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комплекс для глубоководной добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с исполнительным органом, мельницами для измельчения железомарганцевых конкреций, выходы которых сообщены с полостью приемной камеры, которая соединена через трубопровод с плавсредством, движитель погружного аппарата, отличающийся тем, что исполнительный орган выполнен в виде жестко соединенного с основанием аппарата кольцевого цилиндра, во внутренней полости которого размещены трубчатый кожух с установленной внутри него с зазором трубой эрлифта для подъема конкреций, и соосное с ней днище, установленное с возможностью перемещения последнего вдоль трубы эрлифта, причем днище выполнено в виде пластины с радиально расположенными гофрами треугольного поперечного сечения, имеющей в плане форму многогранника, при этом верхний конец трубы эрлифта для подъема конкреций связан с шаровыми мельницами посредством лотков с грохотами, подгрохотное пространство которых сообщается с зазором между поверхностью трубчатого кожуха и трубой эрлифта для подъема конкреций, причем этот зазор сообщается с пространством над верхней поверхностью днища, кроме того, система генерирования газообразного рабочего агента содержит изолированные друг от друга и гидравлически связанные через запорный элемент камеры для размещения реагентов, выполненные в корпусе погружного аппарата, одна из которых пневматически связана с ресивером, который через распределитель пневматически связан с приводами шаровых мельниц, диспергаторами эрлифта для подъема конкреций и главного эрлифта, балластной емкостью и газгольдером. 2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что нижняя торцевая поверхность кольцевого цилиндра снабжена ребордой треугольного поперечного сечения. 3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что движитель погружного аппарата выполнен в виде емкостей, размещенных симметрично продольной оси погружного аппарата, гидравлически связанных с балластной емкостью и снабженных маршевыми насадками, расположенными симметрично продольной оси аппарата и, по меньшей мере одной, подруливающей насадкой, установленной асимметрично и снабженной управляемым запорным элементом. 4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что диспергатор главного эрлифта пневматически связан с полостью газгольдера, которая пневматически связана с отделителем рабочего агента эрлифта для подъема конкреций.