УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВОДНОЙ РАЗРАБОТКИ Российский патент 2002 года по МПК E21C50/00 

Изобретение относится к техническим средствам освоения минерально-сырьевых ресурсов Мирового океана и может быть эффективно использовано для разработки кобальтовых корок.

Известно устройство для подводной разработки полезных ископаемых, включающее погружной аппарат с исполнительным органом и ходовой частью, который посредством трубопровода соединен с плавсредством (см. патент Японии 56-41798, кл. Е 21 С 45/00, 1981).

Недостатком технического решения являются значительные затраты на выемку, переработку и выдачу гидросмеси на поверхность при высоком уровне вреда, наносимого окружающей среде.

Известно также устройство для подводной разработки полезных ископаемых, включающее соединенные между собой трубопроводом, на нижней торцевой части которого установлен диспергатор, плавсредство и погружной аппарат с балластной емкостью, по меньшей мере, двумя манипуляторами и исполнительными органами (см. а.с. СССР 1809071, кл. Е 21 С 50/00, 1993).

К недостаткам устройства следует отнести значительные затраты на выполнение технологических процессов за счет использования большого количества трубопроводов для подачи рабочего агента и выдачи гидросмеси, а также наличие определенного ущерба, наносимого окружающей среде при промышленном использовании устройства. Кроме того невысока эффективность разработки кобальтовых корок и других минеральных ресурсов, представленных недискретными образованиями полезного ископаемого.

В основу изобретения поставлена задача обеспечения возможности разработки кобальтовых корок с повышенной эффективностью работ за счет снижения затрат на спуско-подъемные операции.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для подводной разработки полезных ископаемых, включающем соединенные между собой трубопроводом, на нижней торцевой части которого установлен диспергатор, плавсредство и погружной аппарат с балластной емкостью, по меньшей мере, двумя манипуляторами и исполнительными органами, погружной аппарат имеет приемную камеру и выполнен в виде двух изолированных друг от друга секций, причем каждая из секций состоит из двух камер, которые заполнены реагентами, при взаимодействии которых выделяется рабочий агент, например гранулированным литием и водой, при этом камеры в секции гидравлически связаны между собой через запорные элементы, снабженные приводами, причем привод первой секции электрически связан с датчиком положения уровня твердого в приемной камере, а второй - с пультом управления плавсредством, кроме того, камера с гранулированным литием первой секции пневматически сообщена с диспергатором, установленным на нижней торцевой части трубопровода, расположенным в приемной камере, а камера с гранулированным литием второй секции пневматически сообщена с балластной емкостью. Кроме того, погружной аппарат снабжен по меньшей мере двумя телескопическими манипуляторами, каждый из которых шарнирно скреплен с корпусом аппарата и корпусом исполнительного органа, выполненного в виде центробежного насоса, на рабочем колесе которого со стороны, обращенной наружу, жестко закреплены призмы из абразивного материала, крупность которого в каждой из призм различна, при этом рабочее колесо установлено с возможностью осевого перемещения вдоль вала, связанного с приводом, причем полость корпуса гидравлически соединена с полостью приемной камеры, которая через систему фильтров сообщена с акваторией.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
Признаки первого пункта формулы изобретения исключают влияние работы эрлифтной системы и добычных узлов устройства на работоспособность системы, обеспечивающей всплытие погружного аппарата, тем самым исключается необходимость контроля за расходом рабочего агента, для того, чтобы оставшееся количество рабочего агента обеспечивало эффективную продувку балластной емкости.

Признаки ". . .погружной аппарат снабжен, по меньшей мере, двумя телескопическими манипуляторами, каждый из которых шарнирно скреплен с корпусом аппарата и корпусом исполнительного органа", обеспечивают оптимальное прилегание исполнительного органа к обрабатываемой поверхности и возможность расширения площади выемочных работ, осуществляемых с места одной установки устройства без дополнительных его маневров.

Признаки "... (исполнительный орган) выполнен в виде центробежного насоса, на рабочем колесе которого, со стороны, обращенной наружу, жестко закреплены призмы из абразивного материала... при этом рабочее колесо установлено с возможностью осевого перемещения вдоль вала, связанного с приводом, причем полость корпуса гидравлически соединена с полостью приемной камеры" обеспечивают возможность совмещения в этом органе функций разрушения обрабатываемой поверхности и транспортирования отделенных от массива частиц материала до места их временного складирования.

Признаки "... крупность которого (абразива) в каждой из призм различна" обеспечивают возможность совмещения у породоразрушающего узла способности производительно разрушать материал (для чего желательно повышение крупности отделяемых частиц) и минимизацию размеров этих частиц, как это требуется по условию обеспечения их транспортирования.

Признаки, задающие сообщение полости приемной камеры с акваторией через систему фильтров, обеспечивают работоспособность эрлифта, передающего пульпу на базовое судно (обеспечивая подсос воды в камеру, когда объем материала, поступающего в камеру, меньше производительности эрлифта, и обеспечивает возможность транспортирования материала от исполнительного органа, обеспечивая сброс излишков воды из приемной камеры.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство в плане: на фиг. 2 показан разрез исполнительного органа; на фиг. 3 - разрез 1-1 на фиг. 2; фиг. 4 иллюстрирует поперечный разрез устройства.

Устройство включает погружной аппарат 1 с манипуляторами 2 и исполнительными органами 3, а также трубопровод 4, соединенный с плавсредством 5. Погружной аппарат 1 состоит из двух секций, включающих по две камеры, заполненные компонентами рабочего агента. Так, первая секция включает камеру 6 с гранулированным литием 7 и камеру 8 с водой 9, гидравлически соединенные между собой запорным элементом 10 с приводом, установленным в канале 11. Вторая секция включает камеру 12 с гранулированным литием 13 и камеру 14 с водой 15, гидравлически соединенные между собой запорным элементом 16 с приводом, установленным в канале 17. Привод запорного элемента 16 электрически связан с пультом управления плавсредством 5. Погружной аппарат 1 состоит также из приемной камеры 18, в верхнем основании которой установлен датчик 19 положения уровня твердых компонентов пульпы 20, который электрически связан с приводом запорного элемента 10. Камера 6 с гранулированным литием 7 пневматически сообщена через патрубок 21 с диспергатором 22, установленным на нижней торцевой части трубопровода 4, расположенной в приемной камере 18. Нижний торец трубопровода 4 расположен в непосредственной близости от основания приемной камеры 18, при этом внутренняя полость приемной камеры через систему фильтров 23 сообщена с акваторией 24. Камера 12 с гранулированным литием 13 через патрубок 25 с обратным клапаном 26 пневматически сообщена с балластной емкостью 27, в корпусе которой установлен клапан 28. Погружной аппарат 1 снабжен, по меньшей мере, двумя телескопическими манипуляторами 2, шарнирно 29 закрепленными в его корпусе. С целью увеличения производительности устройства количество манипуляторов в его составе увеличивают, располагая их симметрично относительно продольной оси агрегата 30 вдоль корпуса. Манипуляторы 2 с помощью шарниров 31 соединены с исполнительными органами 3. На манипуляторах 2 закреплены напорные рукава 32 с возможностью изменения длины при изменении длины телескопических элементов. Исполнительный орган 3 выполнен в виде породоразрушающего инструмента, состоящего из сегментных призм 33, 34, 35 и 36. Призмы выполнены из абразивного материала, причем крупность его в каждой из призм различна, уменьшаясь, например, в направлении от призмы 33 к призме 36. Вертикальный размер призм 33-36 должен превышать мощность кобальтовой корки 37. Призмы 33-36 жестко соединены между собой, а также с рабочим колесом 38 центробежного насоса, снабженного лопатками 39. Рабочее колесо 38 установлено на валу 40 квадратного сечения 41, снабженного стопорной гайкой 42 на конце. Колесо 38 установлено на валу свободно с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль его оси и вращательного движения при включенном приводе 43. Внутренняя полость 44 исполнительного органа 3 снабжена улиткой 45 с каналом 46, который соединен с внутренней полостью напорного рукава 32, которая, в свою очередь, соединена с каналом 47, имеющим выход в приемную камеру 18.

Устройство работает следующим образом.

На поверхности акватории 24 через клапан 28 балластную емкость 27 заполняют водой, тем самым сообщают погружному аппарату отрицательную плавучесть и опускают его на поверхность кобальтовой корки 37, при этом трубопровод 4 сматывают с барабана тяговой лебедки, установленной на плавсредстве. Нижние торцевые части 48 исполнительных органов, армированные резиной, плотно прилегают к поверхности корки 37 за счет шарнирных соединений 29 и 31, несмотря на ее сложный микрорельеф. Обратный клапан 26 препятствует гидравлической связи воды, находящейся в балластной емкости 27 с камерой 12. Затем включают приводы 43, передающие вращательные моменты через валы 40 породоразрушающим инструментам. Последние производят абразивное разрушение кобальтовой корки 37 до мелкодисперсных фракций, что достигается последовательной "работой" различной крупности абразивного материала, слагающего сегментные призмы 33-36. Породоразрушающий инструмент работает, опускаясь под собственной массой колеса 38 за забоем (поверхностью корки, подвергаемой разрушению). Твердые мелкодисперсные компоненты под действием центробежных сил, развиваемых лопатками 39, поступают в полость 44, ограниченную внутренней цилиндрической поверхностью корпуса исполнительного органа, а затем в улитку 45 и канал 46. Из канала 46 мелкодисперсные компоненты поступают в полость напорного рукава 32, из которого через канал 47 в полость приемной камеры 18, где происходит накопление твердого компонента 20 в виде пульпы. Пульпа, содержащая взвеси, поступает на систему фильтров 23, где осуществляется ее очистка от твердых компонентов с последующим сбросом чистой воды в акваторию 24. При полном заполнении приемной камеры 18 срабатывает датчик 19 положения уровня твердого 20, который посылает электрический сигнал дискретной продолжительности на привод запорного элемента 10 и открывает его. Вода 9 из камеры 8 поступает в камеру 6, где вступает в химическую реакцию с гидритом лития
LiM + Н₂О = LiOH + Н₂ (1)
Выделившийся водород через патрубок 21 поступает на диспергатор 22. После этого система, включающая трубопровод 4 и воду акватории 24, работает в режиме эрлифта с выдачей твердого 20 в трюм плавсредства 5. При понижении уровня твердого 20 в камере 18 датчики 19 отключается с посылкой электрического сигнала приводу запорного элемента 10 на его закрытие с последующим прекращением химической реакции (1). Во избежание неуправляемой химической реакции, вызванной поступлением воды из трубопровода 4 через диспергатор 22 и патрубок 21, диспергатор выполняют нормально закрытым в нерабочем режиме и с открытием отверстий при поступлении водорода при определенном давлении. Кроме того, патрубок 21 снабжают обратным клапаном 49, который препятствует поступлению воды из трубопровода 4 в камеру 6. После обработки заходок при первоначальном положении исполнительных органов манипуляторы поднимают, удлиняют и переставляют на очередные заходки 50. Процессы, связанные с разрушением корок и выдачей пульпы на поверхность, аналогичны описанным выше. Работа устройства продолжается в аналогичной последовательности при его перестановке на новое место, для чего с помощью тяговой лебедки, установленной на плавсредстве, приподнимают устройство над поверхностью корки и транспортируют совместно с ходом плавсредства. Работа устройства при отсутствии аварийных ситуаций может быть прекращена из-за полного использования гранулированного гидрита лития 7, находящегося в камере 6. После этого по электрическому сигналу с пульта управления плавсредства 5, подаваемому на привод запорного элемента 16, последний открывают, осуществляя тем самым гидравлическую связь через канал 17 воды 15, находящейся в камере 14 с гранулированным гидритом лития 13 в камере 12, вызывая химическую реакцию (1). Водород через патрубок 25 и обратный клапан 26 поступает в балластную емкость 27, вытесняя из нее через клапан 28 воду, сообщая тем самым аппарату 1 положительную плавучесть. На поверхности акватории производят разгрузку твердого из приемной камеры 18, а также заправку камер 6, 8, 12 и 14 компонентами рабочего агента. Затем повторяют процессы описанной технологической схемы.

Изобретение относится к горному делу и геологии и может быть использовано для разведки, пробной эксплуатации и разработки кобальтовых корок. Задача: обеспечение возможности разработки кобальтовых корок с повышенной эффективностью работ за счет снижения затрат на спускоподъемные операции. Сущность: устройство для подводной разработки, включающее соединенные между собой трубопроводом плавсредство и погружной аппарат с манипуляторами и исполнительными органами, отличается тем, что погружной аппарат выполнен в виде двух изолированных друг от друга секций, причем каждая из секций состоит из двух камер, которые заполнены реагентами, при взаимодействии которых выделяется рабочий агент, например гранулированным литием и водой, при этом камеры в секции гидравлически связаны между собой через запорные элементы, снабженные приводами, причем привод первой секции электрически связан с датчиком положения уровня твердого в приемной камере, а второй - с пультом управления плавсредством, кроме того, камера с гранулированным литием первой секции пневматически сообщена с диспергатором, установленным на нижней торцевой части трубопровода, расположенной в приемной камере, а камера с гранулированным литием второй секции пневматически сообщена с балластной емкостью. Кроме того, погружной аппарат снабжен по меньшей мере двумя телескопическими манипуляторами, каждый из которых шарнирно скреплен с корпусом аппарата и корпусом исполнительного органа, выполненного в виде центробежного насоса, на рабочем колесе которого со стороны, обращенной наружу, жестко закреплены призмы из абразивного материала, крупность которого в каждой из призм различна, при этом рабочее колесо установлено с возможностью осевого перемещения вдоль вала, связанного с приводом, причем полость корпуса гидравлически соединена с полостью приемной камеры, которая через систему фильтров сообщена с акваторией. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для подводной разработки полезных ископаемых, включающее соединенные между собой трубопроводом, на нижней торцевой части которого установлен диспергатор, плавсредство и погружной аппарат с балластной емкостью, по меньшей мере двумя манипуляторами и исполнительными органами, отличающееся тем, что погружной аппарат имеет приемную камеру и выполнен в виде двух изолированных друг от друга секций, причем каждая из секций состоит из двух камер, которые заполнены реагентами, например гранулированным литием и водой, при взаимодействии которых выделяется рабочий агент, при этом камеры в секции гидравлически связаны между собой через запорные элементы, снабженные приводами, причем привод запорного элемента первой секции электрически связан с датчиком положения уровня твердого в приемной камере, а привод запорного элемента второй секции - с пультом управления плавсредством, причем камера с гранулированным литием первой секции пневматически сообщена с расположенным в приемной камере диспергатором, а камера с гранулированным литием второй секции кинематически сообщена с балластной емкостью погружного аппарата, с корпусом которого и корпусом исполнительного органа шарнирно скреплен каждый из выполненных телескопическими манипуляторов, причем полость корпуса исполнительного органа гидравлически соединена с полостью приемной камеры, которая через систему фильтров сообщена с акваторией. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что исполнительный орган выполнен в виде центробежного насоса, на рабочем колесе которого со стороны, обращенной наружу, жестко закреплены призмы из абразивного материала, крупность которого в каждой из призм различна, при этом рабочее колесо установлено с возможностью осевого перемещения вдоль вала, связанного с приводом, причем полость корпуса гидравлически соединена с полостью приемной камеры, которая через систему фильтров сообщена с акваторией.