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

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

Известно устройство для добычи железомарганцевых конкреций, 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 капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с созданием и эксплуатацией подъемного трубопровода.

Известно также устройство для добычи железомарганцевых конкреций, включающее связанный с плавсредством посредством трубопровода погружной аппарат, выполненный в виде установленного на ходовой паре корпуса и размещенного в этом корпусе захватно-дробящего механизма, связанного с осью ходовой пары (см. патент США 3697134, кл. Е 02 F 7/00, 1972).

Недостатками известного решения являются конструктивная сложность устройства и значительные капитальные и эксплуатационные затраты на изготовление и поддержание в рабочем состоянии подъемных трубопроводов многоцелевого назначения.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, выражается в упрощении конструкции устройства.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, заключается в снижении капитальных и эксплуатационных затрат на поддержание в рабочем состоянии подъемного трубопровода и упрощении решения проблем энергообеспеченности механизмов устройства.

Сущность решения поставленной задачи, согласно изобретению, заключается в особом выполнении исполнительного органа погружного аппарата, при этом устройство для добычи железомарганцевых конкреций, включающее связанный с плавсредством посредством трубопровода погружной аппарат, выполненный в виде установленного на ходовой паре корпуса и размещенного в корпусе захватно-дробящего механизма, связанного с осью ходовой пары, отличается тем, что захватно-дробящий механизм выполнен в виде цилиндрического кожуха с окном на боковой поверхности и установлен с возможностью вращения вокруг неподвижной оси ведомой колесной пары и кинематически связан с пневмоприводом реверсивного вращения, при этом дробящий узел захватно-дробящего механизма выполнен в виде спиральной пружины, жестко соединенной одним концом с осью ходовой пары, а вторым - с кромкой окна цилиндрического кожуха, причем ось ведомой колесной пары выполнена полой, снабжена отверстием, связывающим полость оси и полость цилиндрического кожуха, и посредством эрлифта, жестко скрепленного с ведомой осью, гидравлически связана с накопительным бункером, размещенным в корпусе устройства и гидравлически связанным с приемным отверстием трубопровода, кроме того, устройство снабжено стопорным механизмом, например, выполненным в виде подпружиненной защелки установленной на корпусе устройства с возможностью взаимодействия с пазом, выполненным на внешней поверхности кожуха.

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 "...захватно-дробящий механизм выполнен в виде цилиндрического кожуха с окном на боковой поверхности и установлен с возможностью вращения вокруг неподвижной оси ведомой колесной пары и кинематически связан с пневмоприводом реверсивного вращения" обеспечивают возможность "работы" дробящего узла - обеспечивает возможность передачи пружине скручивающего-раскручивающего усилия, при взаимодействии с ней.

Признаки "...дробящий узел захватно-дробящего механизма выполнен в виде спиральной пружины, жестко соединенной одним концом с осью ходовой пары, а вторым - с кромкой окна цилиндрического кожуха", обеспечивают скручивание-раскручивание пружины при вращении кожуха и, тем самым, формирование сжимающих нагрузок на ЖМК.

Признаки "...причем ось ведомой колесной пары выполнена полой, снабжена отверстием, связывающим полость оси и полость цилиндрического кожуха, и посредством эрлифта, жестко скрепленного с ведомой осью, гидравлически связана с накопительным бункером, размещенным в корпусе устройства и гидравлически связанным с приемным отверстием трубопровода", обеспечивают передачу раздробленного материала ЖМК в приемный бункер устройства и далее на базовое судно, при этом то, что используется ведомая колесная пара, позволяет использовать неподвижную ось и постоянное в пространстве положение приемного отверстия промежуточного эрлифта, обеспечивающего передачу раздробленных ЖМК в накопительный бункер.

Признаки "...устройство снабжено стопорным механизмом, например, выполненным в виде поворотного кулачка установленного на корпусе устройства с возможностью взаимодействия с пазом, выполненным на внешней поверхности кожуха", обеспечивают возможность фиксации кожуха в неподвижном состоянии, что необходимо для осуществления одной из стадий дробления ЖМК.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства в разрезе, на фиг. 2 - вид устройства в плане, на фиг. 3 и 4 изображен захватно-дробящий механизм в момент захвата и дробления ЖМК соответственно, на фиг. 5 представлен продольный разрез исполнительного органа, а на фиг. 6 показана схема распределения рабочего агента.

Устройство для добычи железомарганцевых конкреций включает погружной аппарат 1, трубопровод 2 и плавсредство (на чертежах не показано). Погружной аппарат 1 снабжен исполнительным органом, состоящим из захватно-дробящего механизма (ЗДМ) 3 и эрлифта 4, а также ведущей ходовой парой 5 с пневмоприводами 6 и ведомой ходовой парой 7, расположенной на оси 8 с пневмоприводом 9 реверсивного вращения. ЗДМ включает дробящий узел, выполненный в виде спиральной пружины 10 (жестко соединенной одним концом с осью 8 ходовой пары 7, а вторым - с цилиндрическим кожухом 11), и кожух 11, снабженный входным окном 12, расположенным на его боковой поверхности. Кроме того, кожух 11 своими торцевыми стенками 13 установлен на оси 8 ходовой пары 7 с возможностью вращения при захвате ЖМК 14 и неподвижной фиксации с помощью защелки 15 с пружиной 16, входящей в зацепление со стенками паза 17. Паз 17 выполнен на наружной поверхности кожуха 11, а защелка 15 с пружиной 16 размещены в корпусе погружного аппарата. ЗДМ гидравлически связан с эрлифтом 4 с помощью канала 18 с приемным 19 и выпускными окнами 20. Эрлифт 4 установлен на оси 8 без возможности свободного вращения и снабжен диспергатором 21, отделителем рабочего агента 22, патрубком 23, который через окно 24 соединен с приемной камерой 25 измельченного материала. Погружной аппарат 1 снабжен также балластной емкостью 26 с обратным клапаном 27, а также камерой 28 для твердого компонента рабочего агента и камерой 29 для жидкого компонента. В качестве твердого полезного компонента может быть использован гранулированный гидрит лития, а жидкого - вода. Нижняя торцевая часть трубопровода 2 в непосредственной близости от погружного аппарата 11 снабжена диспергатором 30, а сам торец выведен в приемную камеру 25 и расположен в ее основании. Трубопровод 2, в совокупности с рабочим агентом и диспергатором 30 для ввода его во внутреннюю полость трубопровода, является эрлифтной системой. Погружной аппарат 1 снабжен также распределителем рабочего агента 31 и сообщен с рессивером (на чертежах не показан) и потребителями: пневмоприводами 6 и 9, диспергаторами эрлифтов 21 и 30, а также балластной емкостью 26.

Устройство для добычи железомарганцевых конкреций работает следующим образом.

На поверхности акватории производят заправку камеры 28 гранулированным гидритом лития, а камеры 29 водой. Затем заполняют балластную емкость 26 водой, сообщая при этом погружному аппарату отрицательную плавучесть, и опускают на дно океана. Ходовые пары 5 и 7 располагают на поверхности подстилающих пород 32, причем кожух 11 заглубляют в илы 33 с оставлением минимального зазора между его наружной цилиндрической поверхностью и подстилающими породами во избежание заклинивания ЗДМ. Затем по команде с пульта управления плавсредством посылают сигнал на открытие запорного элемента, находящегося в канале, соединяющем камеры 28 и 29. Гранулированный гидрит лития, вступая в реакцию с водой, выделяет водород, который поступает в рессивер. Рессивер пневматически соединен с распределителем рабочего агента 31. По очередной команде с пульта открывается запорный элемент 34, после чего рабочий агент поступает в пневмопривод с сообщением ЭДМ вращения 35 по часовой стрелке. Такое направление вращения 35 соответствует направлению движения 36 погружного аппарата при сборе ЖМК 14 в пределах отрабатываемой выемочной камеры 37, имеющей форму полосы с контурами 38. При вращении ЗДМ по направлению 35 ЖМК через входное окно 12 поступают на внутреннюю поверхность спиральной пружины 10 и, находясь на ней, совершают колебательные движения за счет сил трения в зоне устойчивого равновесия, одновременно перемещаются по вертикали в направлении оси 8. Затем вращение по направлению 35 прекращают, сообщая при этом ЗДМ вращение, направленное против часовой стрелки 39. Паз 17 кожуха 11 входит в зацепление с подпружиненной 16 защелкой 15 и корпус кожуха фиксируется неподвижно. Спиральная пружина 10 за счет жесткого закрепления ее концов на оси 8 и на кожухе 11 сжимается, осуществляя при этом дробление ЖМК. Для измельчения ЖМК вращение 39 прекращают, спиральная пружина 10 за счет упругих свойств разжимается, при этом происходит перераспределение кускового дробленого материала на ее поверхности. Затем производят повторное сжатие пружины 10. Количество циклов по сжатию и расжатию пружины устанавливают в зависимости от требуемой степени измельчения материала. Измельченный материал первоначально поступает в окно 19, из которого перемещается в канал 18. Одновременно с дроблением и измельчением ЖМК при открытом запорном элементе 40 на диспергатор 21 подают рабочий агент, который эрлифтирует измельченный материал из канала 18 через выпускные окна 20 с подъемом его по трубе эрлифта 4. В отделителе рабочего агента 22 измельченный материал поступает в патрубок 23, из которого через окно 24 складируется в приемной камере 25. Рабочий агент с отделителя 22 поступает в акваторию. Продолжительность цикла эрлифтирования соответствует продолжительности циклов дробления и измельчения ЖМК. Считая отрабатываемую полосу выемочной камерой 37, ее границы в пространстве следует определять как контуры заходки. Длина заходки равна ширине выемочной камеры 37, ограниченной контурами 38, размер которой регламентируется продольным размером ЗДМ, а ее ширина - мощностью илов 33 и размером входного окна 12 по образующей кожуха 11.

Затем при закрытом запорном элементе 41 подают рабочий агент на приводы 6 ведущей ходовой пары 5 и перемещают погружной аппарат 1 на очередную заходку, устанавливая при этом ЗДМ на линии соприкосновения смежных заходок. Циклы по захвату, дроблению, измельчению, эрлифтированию и складированию измельченного материала повторяют аналогично описанным. При заполнении приемной камеры 25 открывают запорный элемент 42 и подают рабочий агент на диспергатор 30. Измельченный материал 43 из приемной камеры 25 в виде пульпы эрлифтируется на плавсредство. Продолжительность работы погружного аппарата до очередного подъема на поверхность акватории регламентируется количеством компонентов рабочего агента, находящихся в камерах 28 и 29, и интенсивностью его расхода. Для подъема аппарата рабочим агентом при открытом запорном элементе 44 через обратный клапан 27 вытесняют воду из балластной емкости 26, сообщая при этом аппарату положительную плавучесть. На поверхности акватории производят заправку камер 28 и 29 компонентами рабочего агента, после чего аппарат пригоден для дальнейшего использования. Далее все повторяется.

Изобретение может быть использовано для добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК). Задача: упрощение конструкции устройства. Сущность: устройство для добычи железомарганцевых конкреций, включающее связанный с плавсредством посредством трубопровода погружной аппарат, выполненный в виде установленного на ходовой паре корпуса и размещенного в корпусе захватно-дробящего механизма, связанного с осью ходовой пары, отличается тем, что захватно-дробящий механизм выполнен в виде цилиндрического кожуха с окном на боковой поверхности и установлен с возможностью вращения вокруг неподвижной оси ведомой колесной пары и кинематически связан с пневмоприводом реверсивного вращения, при этом дробящий узел захватно-дробящего механизма выполнен в виде спиральной пружины, жестко соединенной одним концом с осью ходовой пары, а вторым - с кромкой окна цилиндрического кожуха, причем ось ведомой колесной пары выполнена полой, снабжена отверстием, связывающим полость оси и полость цилиндрического кожуха, и посредством эрлифта, жестко скрепленного с ведомой осью, гидравлически связана с накопительным бункером, размещенным в корпусе устройства и гидравлически связанным с приемным отверстием трубопровода, кроме того, устройство снабжено стопорным механизмом, например, выполненным в виде подпружиненной защелки, установленной на корпусе устройства с возможностью взаимодействия с пазом, выполненным на внешней поверхности кожуха. 6 ил.

Устройство для добычи железомарганцевых конкреций, включающее связанный с плавсредством посредством трубопровода погружной аппарат, выполненный в виде установленного на ходовой паре корпуса и размещенного в корпусе захватно-дробящего механизма, связанного с осью ходовой пары, отличающееся тем, что захватно-дробящий механизм выполнен в виде цилиндрического кожуха с окном на боковой поверхности и установлен с возможностью вращения вокруг неподвижной оси ведомой колесной пары и кинематически связан с пневмоприводом реверсивного вращения, при этом дробящий узел захватно-дробящего механизма выполнен в виде спиральной пружины, жестко соединенной одним концом с осью ходовой пары, а вторым - с кромкой окна цилиндрического кожуха, причем ось ведомой колесной пары выполнена полой, снабжена отверстием, связывающим полость оси и полость цилиндрического кожуха, и посредством эрлифта, жестко скрепленного с ведомой осью, гидравлически связана с накопительным бункером, размещенным в корпусе устройства и гидравлически связанным с приемным отверстием трубопровода, кроме того, устройство снабжено стопорным механизмом, например, выполненным в виде подпружиненной защелки, установленной на корпусе устройства с возможностью взаимодействия с пазом, выполненным на внешней поверхности кожуха.