МОРСКОЙ ДОБЫЧНОЙ КОМПЛЕКС 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).

Известен морской добычной комплекс, включающий подводный аппарат с исполнительным органом, который через систему труб соединен с плавсредством (см. патент Японии 56-41798, кл. Е 21 С 45/00, 1981 г.).

Недостатком агрегата являются значительные затраты на подъем полезного ископаемого и низкая маневренность в работе.

Известен также морской добычной комплекс, включающий связанные между собой трубопроводом плавсредство и погружной аппарат, снабженный ходовой частью и исполнительным органом (см. а.с. СССР 1613545, кл. Е 02 F 3/88, 1990).

Недостатком известного технического решения является ограниченная маневренность при сборе конкреций, кроме того, оно характеризуется повышенной материалоемкостью и пропускным сечением трубопровода для выдачи добытого материала. Последнее также способствует повышенному расходу рабочего агента.

Задачей изобретения является повышение эффективности добычи за счет снижения затрат на подъем полезных компонентов, а также расширение маневренности погружного аппарата.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в том, что обеспечивается возможность использования добычного трубопровода с минимально возможным поперечным сечением, кроме того, обеспечивается возможность маневрирования погружного аппарата по заданной траектории.

Для решения поставленной задачи морской добычной комплекс, включающий связанные между собой трубопроводом плавсредство и погружной аппарат, снабженный ходовой частью и исполнительным органом, отличается тем, что последний выполнен в виде стаканообразного корпуса с полыми стенками и днищем, при этом на внутренней стенке корпуса тангенциально размещены струеформирующие насадки, гидравлически связанные с внутренней полостью стаканообразного корпуса, которая пневматически связана с генератором рабочего агента, кроме того, исполнительный орган установлен днищем вверх с возможностью возвратно-поступательного перемещения по нижней части трубы эрлифта для подъема конкреций, выступающей из корпуса погружного аппарата, кроме того, днище снабжено сквозными каналами, изолированными от полости днища, а также радиальными желобами, выполненными на верхней поверхности днища. Кроме того, в полости погружного аппарата размещены балластная емкость, генератор рабочего агента и шаровые мельницы, вход которых сообщен с эрлифтом для подъема конкреций, а выход - с приемной камерой, сообщающейся с приемным отверстием эрлифта для выдачи измельченного материала, при этом отделитель рабочего агента эрлифта для подъема конкреций связан с возможностью пневматической связи через газгольдер с диспергатором эрлифта для подъема измельченного материала. Кроме того, поверхность корпуса погружного аппарата, обращенная к исполнительному органу, снабжена постоянными магнитами. Кроме того, балластная емкость аппарата снабжена маршевыми насадками.

Сущность изобретения заключается в особом конструктивном исполнении погружного аппарата, посредством которого осуществляют сбор и дезинтеграцию ЖМК и передачу измельченного материала в виде пульпы на поверхность. Конструктивное исполнение исполнительного органа (выполнение полым, снабжение тангенциально размещенными струеформирующими насадками и илотводящими сквозными каналами), а также установка с возможностью перемещения вдоль трубы эрлифта для сбора ЖМК позволяет за счет реактивных сил струй перемещаться аппарату на последующую стоянку, изолировать рабочий забой для формирования в нем вихревых потоков, способствующих повышению эффективности забора конкреций эрлифтом, кроме того уменьшается разубоживание материала конкреций илами. Кроме того, снабжение погружного аппарата эрлифтом для подъема конкреций и другим эрлифтом для выдачи измельченного материала позволяют повысить эффективность добычи за счет того, что используют добычной трубопровод с минимально возможным поперечным сечением, кроме того, тем самым обеспечивается унификация рабочего агента, используемого для привода механизмов устройства. Наличие магнитов, закрепленных на основании погружного аппарата, противодействует силам инерции при его повороте.

Проведенный заявителем поиск по научно-техническим и патентным источникам позволяет выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, следовательно, заявляемый морской добычной комплекс удовлетворяет критерию изобретения "Новизне".

Отличительные от прототипа существенные признаки удовлетворяют требованиям изобретательского уровня, а их совокупность указывает на причинно-следственную связь с достижением технического результата.

На фиг.1 показан общий вид комплекса в разрезе; на фиг.2 изображен исполнительный орган в разрезе; фиг.3 и 4 иллюстрируют разрезы I-I, II-II соответственно; на фиг.5 показан вид комплекса в плане и на фиг.6 изображена блок-схема распределения рабочего агента.

Морской добычной комплекс включает плавсредство (не показано) и погружной аппарат 1, соединенные между собой трубопроводом 2. Погружной аппарат 1 снабжен ходовой частью, выполненной из колесных пар 3 с осями 4, а также исполнительным органом 5. Кроме того, погружной аппарат 1 включает балластную емкость 6, внутренняя полость которой сообщена с маршевыми насадками 7, установленными ниже или, по меньшей мере, в ее основании, при этом продольные оси 8 каналов насадок 7 в плане расположены под прямым углом к осям 4 ходовой части. Погружной аппарат 1 снабжен также эрлифтом 9 для подачи ЖМК, состоящим из упорного кольца 10, диспергатора 11, отделителя рабочего агента 12, окна 13, лотков 14. Отделитель рабочего агента 12 через канал 15 связан с внутренней полостью газгольдера 16, которая пневматически посредством патрубка 17 с запорным элементом 18 сообщена с диспергатором 19, установленным на трубопроводе 2, являющимся эрлифтом для выдачи измельченного материала. Во внутренней полости погружного аппарата 1 размещены приемная камера 21 с твердым полезным компонентом рабочего агента (например, гранулированным гидритом лития) и камера 22 с водой. Камеры 21 и 22 сообщены между собой посредством трубопровода 23 с запорным элементом 24. Упомянутые элементы 21, 22, 23 и 24 вместе образуют генератор рабочего агента - водорода. Во внутренней полости аппарата 1 установлены также шаровые мельницы 25 с пневмоприводами 26. Камера 21 через патрубок 27 сообщена с полостью рессивера 28. На наружной поверхности основания погружного аппарата 1, обращенной к исполнительному органу 5, жестко закреплены секторообразные постоянные магниты 29. Исполнительный орган 5 выполнен в виде стаканообразного корпуса с полыми стенками 30 и днищем, при этом на внутренней стенке корпуса тангенциально размещены струеформирующие насадки 33 (с односторонней ориентацией их торцевых срезов), гидравлически связанные с внутренней полостью стаканообразного корпуса 5. При этом высота стенок 30 должна быть не меньше мощности илов 31, содержащих ЖМК 32. Исполнительный орган снабжен рядами радиально расположенных сквозных каналов 34, которые изолированы от внутренней полости конструкции, а также радиальными желобами 35, выполненными на верхней поверхности днища исполнительного органа 5, конструктивно выполненными между рядами каналов 34. Исполнительный орган 5 установлен на внешней поверхности трубы эрлифта 9 с возможностью его перемещения вдоль продольной оси трубы от упорного кольца 10 к постоянным магнитам 29 и обратно.

Погружной аппарат 1 снабжен распределителем рабочего агента 36, который через коллектор 37 сообщен с потребителями 5, 11, 26, 6 и 19.

Морской добычной комплекс работает следующим образом. На поверхности акватории производят заправку камеры 21 гранулированным гидритом лития, а камеры 22 водой. Затем заполняют внутреннюю полость балластной емкости 6 водой и производят погружение аппарата 1 с установкой колесных пар 3 на поверхность подстилающих пород 38, при этом внутренние полости газгольдера 16, приемной камеры 20, исполнительного органа 5, а также трубы эрлифтов 2 и 9 заполнены водой, причем реборда 30 исполнительного органа 5 ложится на поверхность подстилающих пород 38. С пульта управления плавсредством дают команду на открытие запорного элемента 24. Вода из камеры 22 поступает через трубопровод 23 в камеру 21 и вступает в реакцию с гранулированным гидритом лития с выделением водорода. Водород по патрубку 27 поступает в рессивер 28. По команде с плавсредства открывается запорный элемент 39, через который водород поступает во внутреннюю полость исполнительного органа 5. Одновременно открывается запорный элемент 40, что позволяет подать водород на диспергатор 11 эрлифта 9. Заполняя внутреннюю полость исполнительного органа 5, водород вытесняет из нее воду, которая насадками 33 формируется в струи, причем односторонняя ориентация торцевых срезов насадок позволяет создать закрученный поток илов 31 и ЖМК 32 в пространстве, ограниченном внутренней боковой поверхностью стенок 30, нижним основанием металлической конструкции и подстилающими породами 38. Илы 31 через каналы 34 выносятся в акваторию и частично осаждаются на поверхности верхнего основания металлической конструкции и в ее желобах 35. ЖМК 32 перемещается закрученным потоком в зону всасывания эрлифта 9 и по внутренней полости трубы через окно 13 поступает на лотки 14, по которым транспортируется в шаровые мельницы 25. Водород, пройдя через элементы отделителя рабочего агента 12, поступает во внутреннюю полость газгольдера 16, вытесняя при этом из него воду при закрытом запорном элементе 18. Шаровые мельницы 25 работают циклично по мере их заполнения ЖМК. Приведение в работу приводов 26 мельниц 25 производится по команде с пульта управления посредством подачи рабочего агента из коллектора 37 через открытый запорный элемент 41. После завершения цикла сбора и подъема конкреций эрлифтом 9 открывают запорный элемент 42 и подают рабочий агент во внутреннюю полость балластной емкости 6, который через насадки 7 вытесняет из нее воду, формируемую насадками в струи. При частичном вытеснении воды из балластной емкости 6, а также за счет положительной плавучести исполнительного органа 5 при полном заполнении внутренней полости металлической конструкции рабочим агентом, погружному аппарату в целом придают нулевую или кратковременную положительную плавучесть. За счет реактивных сил, создаваемых струями, формируемыми насадками 7, а также расположения их осей 8 в плане под прямым углом к осям 4 ходовой части, аппарат перемещается на последующую стоянку. После чего при закрытых запорных элементах 39 и 42 внутренние полости балластной емкости 6 и исполнительного органа 5 заполняют водой, выпуская при этом рабочий агент через обратные клапаны (не показаны) в акваторию. Колесные пары 3 и исполнительный орган 5 ложатся на подстилающие породы 38, при этом исполнительный орган под собственной массой и массой воды, находящийся во внутренней полости, отрывается от секций постоянного магнита 29 и опускается на рабочую поверхность. Затем циклы по сбору и подъему ЖМК повторяют.

Возвращаясь к изложенному, следует отметить, что в момент придания исполнительному органу 5 положительной плавучести за счет истечения воды из насадок 33, металлическая конструкция совершает поворот на некоторый угол в горизонтальной плоскости. За счет центробежных сил илы, осевшие на поверхности верхнего основания металлической конструкции, перемещаются в желоба 35, по которым стекают в акваторию. Тем самым достигается плотное прижатие конструкции к постоянным магнитам 29, что противодействует силам инерции, приложенным к исполнительному органу при его повороте. После полного заполнения приемной камеры 20 измельченным материалом 43 открывают запорный элемент 18 и подают рабочий агент по патрубку 17 на диспергатор 19 эрлифта 2, с помощью которого выдают измельченный материал в виде пульпы на поверхность. В случае недостаточного расхода рабочего агента, находящегося в газгольдере 16, на диспергатор 19 при открытом запорном элементе 44 подают дополнительный расход рабочего агента из рессивера 28.

После полного использования компонентов рабочего агента, находящегося в камерах 21 и 22, аппарату сообщают положительную плавучесть описанными приемами. На поверхности акватории производят заправку камер 21 и 22 и аппарат опускают для сбора, измельчения и выдачи материала на плавсредство.

Использование изобретения позволит производить добычу ЖМК с высокой эффективностью за счет использования выдачного трубопровода с минимально возможным поперечным сечением.

Изобретение может быть использовано для добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК). Задача: повышение эффективности добычи за счет снижения затрат на подъем полезных компонентов, а также расширение маневренности погружного аппарата. Морской добычной комплекс, включающий связанные между собой трубопроводом плавсредство и погружной аппарат, снабженный ходовой частью и исполнительным органом, отличается тем, что последний выполнен в виде стаканообразного корпуса с полыми стенками и днищем, при этом на внутренней стенке корпуса тангенциально размещены струеформирующие насадки, гидравлически связанные с внутренней полостью стаканообразного корпуса, которая пневматически связана с генератором рабочего агента, кроме того, исполнительный орган установлен днищем вверх с возможностью возвратно-поступательного перемещения по нижней части трубы эрлифта для подъема конкреций, выступающей из корпуса погружного аппарата, днище снабжено сквозными каналами, изолированными от полости днища, а также радиальными желобами, выполненными на верхней поверхности днища. В полости погружного аппарата размещены балластная емкость, генератор рабочего агента и шаровые мельницы, вход которых сообщен с эрлифтом для подъема конкреций, а выход - с приемной камерой, сообщающейся с приемным отверстием эрлифта для выдачи измельченного материала, при этом отделитель рабочего агента эрлифта для подъема конкреций связан с возможностью пневматической связи через газгольдер с диспергатором эрлифта для подъема измельченного материала. Кроме того, поверхность корпуса погружного аппарата, обращенная к исполнительному органу, снабжена постоянными магнитами, а балластная емкость аппарата снабжена маршевыми насадками. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Морской добычной комплекс, включающий связанные между собой трубопроводом плавсредство и погружной аппарат, снабженный ходовой частью и исполнительным органом, отличающийся тем, что последний выполнен в виде стаканообразного корпуса с полыми стенками и днищем, при этом на внутренней стенке корпуса тангенциально размещены струеформирующие насадки, гидравлически связанные с внутренней полостью стаканообразного корпуса, которая пневматически связана с генератором рабочего агента, кроме того, исполнительный орган установлен днищем вверх с возможностью возвратно-поступательного перемещения по нижней части трубы эрлифта для подъема конкреций, выступающей из корпуса погружного аппарата, кроме того, днище снабжено сквозными каналами, изолированными от полости днища, а также радиальными желобами, выполненными на верхней поверхности днища. 2. Морской добычной комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в полости погружного аппарата размещены балластная емкость, генератор рабочего агента и шаровые мельницы, вход которых сообщен с эрлифтом для подъема конкреций, а выход - с приемной камерой, сообщающейся с приемным отверстием эрлифта для выдачи измельченного материала, при этом отделитель рабочего агента эрлифта для подъема конкреций связан с возможностью пневматической связи через газгольдер с диспергатором эрлифта для подъема измельченного материала. 3. Морской добычной комплекс по п. 1, отличающийся тем, что поверхность корпуса погружного аппарата, обращенная к исполнительному органу, снабжена постоянными магнитами. 4. Морской добычной комплекс по п. 1, отличающийся тем, что балластная емкость аппарата снабжена маршевыми насадками.