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

Изобретение относится к геологии и горному делу и может быть использовано для разведки, пробной эксплуатации и разработки залежей железомарганцевых конкреций.

Известен комплекс для добычи железомарганцевых конкреций, включающий плавсредство, рудосборщик с камерами для переработки руды (см. патент Японии 56-41798, кл. Е 21 С 45/00, 1981).

Недостатком изобретения является значительная затрата времени на спускоподъемные операции.

Известен также комплекс для добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с автономной системой энергоснабжения, который имеет балластную и накопительную камеры, а также две камеры, одна из которых заполнена водой, а вторая - реагентом для образования газа и исполнительные органы (см. пат. РФ 2053366, кл. Е 21 С 50/00, 1996).

Недостатком изобретения является низкая эффективность добычи за счет значительных затрат на спускоподъемные операции.

В основу изобретения поставлена задача создания комплекса для добычи железомарганцевых конкреций, расположенных на горизонтальных или наклонных поверхностях микрорельефа дна океана.

Поставленная задача решается тем, что комплекс для добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с автономной системой энергоснабжения, который имеет балластную и накопительную камеры, а также две камеры, одна из которых заполнена водой, а вторая - реагентом для образования газа, и исполнительные органы, отличается тем, что погружной аппарат снабжен телескопическими манипуляторами, установленными с возможностью поворота на 90^o в вертикальной плоскости, при этом на концах манипуляторов консольно установлены с возможностью вращения приводные реверсируемые валы, на которых размещены исполнительные органы, каждый из которых выполнен в виде приемной камеры, жестко соединенной с цилиндрической дробилкой и торообразной мельницей, гидравлически связанными между собой, причем цилиндрическая дробилка установлена на валу с возможностью свободного вращения, а торцевая консольная часть вала жестко соединена с лопастью, установленной с возможностью контактирования с приемным отверстием и качательного движения в свободном пространстве внутренней полости торообразной мельницы, связанной посредством окна с накопительной камерой, в верхнем основании которой расположен датчик положения уровня твердого, при этом в качестве реагента для образования газа во второй камере использован гранулированный гидрит лития, а упомянутые камеры с водой и гранулированным гидритом лития разделены между собой с возможностью их гидравлической связи через запорный элемент, электрически связанный с датчиком положения уровня твердого в накопительной камере, причем камера с гранулированным гидритом лития через запорный элемент пневматически связана с балластной емкостью.

Кроме того, корпус мельницы, контактирующий с поверхностью подстилающих пород, армирован резиной.

Преимуществом комплекса для добычи железомарганцевых конкреций является выполнение в нем погружного аппарата с накопительной камерой, установленной ниже торообразной мельницы, в которой расположен датчик положения уровня твердого, а также снабжение погружного аппарата двумя камерами с заполнением одной гранулированным гидритом лития, а другой - водой. Камеры связаны между собой гидравлически и через запорный элемент связаны пневматически с балластной емкостью. Это позволяет по сигналу датчика в накопительной камере открыть запорный элемент и вызвать химическую реакцию воды с гидритом лития с выделением водорода. Выделившийся водород через запорный элемент, поступающий в балластную емкость и вытесняющий из нее воду в акваторию, сообщает аппарату положительную плавучесть и позволяет всплыть аппарату для разгрузки накопительной камеры.

Кроме того:
- снабжение погружного аппарата манипуляторами с телескопическими плечами, на которых консольно установлены исполнительные органы, позволяет увеличить степень свободы движения захвата конкреций с возможностью расположения их на горизонтальных, наклонных или вертикальных поверхностях микрорельефа океана;
- выполнение исполнительного органа в виде приемной камеры с цилиндрической дробилкой и торообразной мельницей позволяет производить дробление конкреций с помощью шаров.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную с связь с достигаемым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков удалось создать агрегат с повышенной эффективностью работы в погружном состоянии за счет снижения затрат на спускоподъемные операции. Следовательно, изобретение имеет изобретательский уровень.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид комплекса, на фиг.2 и 3 изображен исполнительный орган в момент захвата конкреций и при их дроблении и измельчении соответственно, на фиг.4 показан разрез торообразной мельницы, на фиг.5 иллюстрируется вид А фиг.2, на фиг.6 изображен комплекс с разрезами его элементов.

Комплекс для добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК) содержит погружной аппарат 1, манипуляторы 2, исполнительные органы 3. Погружной аппарат 1 состоит из накопительной камеры 4 с приемными окнами 5 и датчиком положения уровня 6 твердых компонентов пульпы 7. Накопительная камера 4 конструктивно выполнена в корпусе погружного аппарата 1 из условия расположения ее внутренней полости ниже конструктивных элементов исполнительных органов 3 в момент дробления и измельчения ЖМК, датчик положения уровня 6 расположен в верхнем основании камеры 4. Кроме того, в корпусе погружного аппарата 1 расположены, по меньшей мере, две камеры 8 и 9. Камера 8 заполнена водой, а камера 9 - гранулированным гидритом лития 10. Камеры 8 и 9 разделены между собой запорным элементом 11, который установлен в канале 12. Привод запорного элемента 11 (на чертеже не показан) электрически связан с датчиком 6. Камера 9 через запорный элемент 13 пневматически связана с балластной емкостью 14, которая снабжена клапаном 15. Манипуляторы 2 установлены шарнирно 16 (изображены оси шарниров) в корпусе аппарата 1. Кроме того, манипуляторы 2 выполнены телескопическими с возможностью совершения радиальных возвратно-поступательных движений 17 относительно продольной оси 18 аппарата 1. Возвратно-поступательное движение 17 манипуляторов в совокупности с вращательным движением 19 их относительно шарниров 16 позволяет совершать плоскопараллельное движение исполнительных органов 3 в вертикальной плоскости. Количество манипуляторов 2, а следовательно, и исполнительных органов 3, придаваемых аппарату 1, зависит от целевого его назначения. Так, при разведке общее количество манипуляторов может составлять 2-3, а при добыче ЖМК типоразмер аппарата увеличивают, увеличивая при этом количество манипуляторов с исполнительными органами, располагая их симметрично продольной оси 18.

Каждый из исполнительных органов включает приемную камеру 20, выполненную в виде сегмента с перфорационными стенками 21 и входным окном 22, при этом окно 22 конструктивно выполнено с возможностью расположения его вертикальной стенки 23 на подстилающих породах 24 в момент захвата конкреций 25. Исполнительный орган включает также цилиндрическую дробилку 26, внутренняя полость которой снабжена шарами 27 и секторным затвором 28, шарнирно закрепленным 29 в корпусе дробилки для открытия и закрытия приемного окна 30. Исполнительный орган 3 снабжен торообразной мельницей 31, корпус которой, соприкасающийся с поверхностью подстилающих пород 24, армирован резиной 32. Во внутреннюю полость мельницы 31 помещены шары 33. Корпус мельницы 31 снабжен выпускным клапаном, состоящим из шарика 34 и пружины 35.

Приемная камера 20, цилиндрическая дробилка 26 и торообразная мельница 31 жестко соединены между собой, а корпус цилиндрической дробилки 26 свободно установлен на валу 36, приводимому во вращательное движение гидродвигателем 37. Кроме того, приемная камера 20 через окно 30 гидравлически связана с внутренней полостью цилиндрической дробилки 26, которая, в свою очередь, через окна 38 в грохоте 39 и патрубок 40 гидравлически сообщена с внутренней полостью торообразной мельницы 31.

Торцевая консольная часть вала 36 жестко соединена с лопастью 41 с возможностью реверсивного вращения в полости сектора сбора конкреций 42, образуемого внутренней поверхностью торообразной мельницы.

Комплекс работает следующим образом.

На поверхности океана через клапан 15 заполняют водой балластную емкость 14, после чего комплекс, имея отрицательную плавучесть, опускается на поверхность подстилающих пород 24, проходя при этом слой илов 43, к которому приурочены ЖМК 25. С помощью манипуляторов 2 на поверхность подстилающих пород 24 устанавливают исполнительные органы 3, при этом резиновый обод 32 вследствие упругих свойств повторяет микрорельеф поверхности, поверхность которого может быть горизонтальной или наклонной. После этого включают гидродвигатели 37, питаемые рабочим агентом от гидроаккумулятора (на чертежах не показан), которые приводят во вращение валы 36 и лопасти 41. Лопасть 41, совершая вращательное движение 44, захватывает ЖМК, находящиеся в секторе сбора 42, перемещает последние к входному окну 22 приемной камеры 20. В момент соприкосновения лопасти 41 с торцом входного окна 22 ЖМК транспортируются во внутреннюю полость камеры 20. Затем поднимают манипуляторы 2, не прекращая вращения лопасти 41. Лопасть 41, войдя в зацепление с приемной камерой 20, которая жестко соединена с цилиндрической дробилкой 26 и торообразной мельницей 31, приводит их во вращение вследствие свободной посадки дробилки 6 на валу 36. Исполнительные органы 3 выводят в вертикальное положение, исключая возможность совмещения шарика 34 клапана с приемным окном 5 накопительной камеры 4. При выводе в вертикальное положение исполнительных органов 3 илы, находящиеся в приемной камере 20, через перфорацию 21 истекают в акваторию. ЖМК 25 через приемные окна 30 при открытом секторном затворе 28 за счет собственной массы в верхнем положении приемной камеры поступают во внутреннюю полость цилиндрической дробилки 26, где происходит их дробление с помощью шаров 27. Секторный затвор 28, находясь в нижнем положении, за счет шарнирного соединения 29 с корпусом дробилки закрывает окно 30, препятствуя тем самым поступлению конкреций и дробленого материала в приемную камеру 20, а затем и в акваторию. Дробленый материал через окна 38 грохота 39 и патрубок 40 поступает во внутреннюю полость торообразной мельницы 31, в которой шарами 33 измельчается до требуемой крупности. После этого с помощью манипулятора совмещают шарик 34 клапана с приемным окном 5 и выпускают пульпу в накопительную камеру 4. Затем вращением 45, направленным в противоположную сторону движению 44 лопасти 41 при захвате конкреций, возвращают последнюю в исходное положение, оставив при этом входное окно 22 приемной камеры 20 открытым. Затем удлиняют манипуляторы 2 за счет возвратно-поступательного движения 17, опускают исполнительные органы на подстилающие породы 24, производят захват ЖМК с очередных заходок 46 с повторением циклов дробления, измельчения и выпуска пульпы в накопительную камеру 4.

После полного заполнения накопительной камеры 4 твердым компонентом пульпы 7 срабатывает датчик положения уровня 6, который передает сигнал на привод запорного элемента 11. Запорный элемент 11 открывается. Вода из камеры 8 через канал 12 поступает в камеру 10 и вступает в реакцию с гидритом лития.

Выделившийся водород через запорный элемент 13 поступает в балластную емкость 14, из которой через клапан 15 вытесняет воду в акваторию, сообщая при этом положительную плавучесть аппарату 1. После всплытия аппарата производят разгрузку накопительной камеры 4. Затем заполняют балластную емкость 14 и камеру 8 водой, а камеру 9 - гранулированным гидритом лития и опускают комплекс на поверхность подстилающих пород 24 в заданную точку.

Изобретение может быть использовано для разведки, пробной эксплуатации разработки залежей железомарганцевых конкреций (ЖМК). Задача: создание комплекса для добычи железомарганцевых конкреций, расположенных на горизонтальных или наклонных поверхностях микрорельефа дна океана. Сущность: комплекс для добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с автономной системой энергоснабжения, а также манипуляторы с исполнительными органами, отличается тем, что погружной аппарат снабжен накопительной камерой, в верхнем основании которой расположен датчик положения уровня твердого, а также двумя камерами, одна из которых заполнена водой, а вторая - гранулированным гидритом лития, разделенными между собой запорным элементом с возможностью гидравлической связи между камерами через запорный элемент, электрически связанный с датчиком положения уровня твердого в накопительной камере, причем камера с гранулированным гидритом лития через запорный элемент пневматически связана с балластной емкостью. Кроме того, погружной аппарат снабжен телескопическими манипуляторами, установленными с возможностью поворота на 90^o в вертикальной плоскости, при этом на концах манипуляторов консольно установлены с возможностью вращения приводные реверсируемые валы, на которых размещены исполнительные органы, каждый из которых выполнен в виде приемной камеры, жестко соединенной с цилиндрической дробилкой и торообразной мельницей, гидравлически связанными между собой, причем цилиндрическая дробилка установлена на валу с возможностью свободного вращения, причем торцевая консольная часть вала жестко соединена с лопастью, установленной с возможностью контактирования с приемным отверстием и качательного движения в свободном пространстве внутренней полости торообразной мельницы. Корпус мельницы, контактирующий с поверхностью подстилающих пород, армирован резиной. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Комплекс для добычи железомарганцевых конкреций, включающий погружной аппарат с автономной системой энергоснабжения, который имеет балластную и накопительную камеры, а также две камеры, одна из которых заполнена водой, а вторая - реагентом для образования газа, и исполнительные органы, отличающийся тем, что погружной аппарат снабжен телескопическими манипуляторами, установленными с возможностью поворота на 90^o в вертикальной плоскости, при этом на концах манипуляторов консольно установлены с возможностью вращения приводные реверсируемые валы, на которых размещены исполнительные органы, каждый из которых выполнен в виде приемной камеры, жестко соединенной с цилиндрической дробилкой и торообразной мельницей, гидравлически связанными между собой, причем цилиндрическая дробилка установлена на валу с возможностью свободного вращения, а торцевая консольная часть вала жестко соединена с лопастью, установленной с возможностью контактирования с приемным отверстием и качательного движения в свободном пространстве внутренней полости торообразной мельницы, связанной посредством приемного окна с накопительной камерой, в верхнем основании которой расположен датчик положения уровня твердого, при этом в качестве реагента для образования газа во второй камере использован гранулированный гидрит лития, а упомянутые камеры с водой и гранулированным гидритом лития разделены между собой с возможностью их гидравлической связи через запорный элемент, электрически связанный с датчиком положения уровня твердого в накопительной камере, причем камера с гранулированным гидритом лития через запорный элемент пневматически связана с балластной емкостью. 2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что корпус мельницы, контактирующий с поверхностью подстилающих пород, армирован резиной.