Устройство для добычи конкреций с морского дна Российский патент 2003 года по МПК E21C50/00 E02F3/88 

Изобретение относится к устройствам для добычи конкреций с морского дна и их транспортирования по напорному трубопроводу на базовое судно.

Известно устройство, которое может быть использовано в составе комплекса для добычи конкреций с морского дна, участок напорного трубопровода которого, примыкающий к пульпоподающему агрегату, снабжен приспособлением для сгущения и снижения обводненности транспортируемой пульпы, при этом приспособление выполнено в виде патрубка с щелевой перфорацией для обеспечения вывода из полости излишней воды, причем патрубок выполнен в виде усеченного конуса и имеет переменную площадь поперечного сечения с уменьшением этой площади в сторону от агрегата, который подает эту пульпу (а.с. СССР 70384, кл. Е 02 F 7/10, 1948 г.).

Однако недостатком устройства является невозможность задавать и прогнозировать степень обезвоживания пульпы.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна (прототип), включающее базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, при этом заборное приспособление имеет корпус в виде перфорированного патрубка, что обеспечивает транспортирование конкреций при частичном обесшламливании пульпы, причем размер отверстий перфорированной части патрубка принят меньше минимального размера добываемых конкреций (а.с. СССР 1761957, кл. Е 21 С 50/00, 1992 г.).

Недостатками известного устройства являются невозможность одновременного обезвоживания и обесшламливания пульпы перед ее транспортированием по напорному трубопроводу на базовое судно, а также невозможность обеспечения заданной степени обезвоживания пульпы.

Поставленные задачи решаются за счет того, что устройство для добычи конкреций с морского дна, включающее базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, перфорированный патрубок с размерами отверстий меньшими минимального размера добываемых конкреций, отличается тем, что перфорированный патрубок размещен на примыкающем к придонному агрегату участке напорного трубопровода и выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от придонного агрегата, а параметры перфорированного патрубка выбраны из соотношений:

где l - длина перфорированного патрубка;

V_S - объемная производительность по конкрециям, м/ч;

S, S₀ - заданная и начальная объемная концентрация гидросмеси;

a, d - шаг и диаметр отверстий перфорированного патрубка, м;

D₁, D₂ - диаметр напорного трубопровода до и после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси, м;

ξ - заданная степень сгущения гидросмеси;

μ - коэффициент сужения струи, выходящей через отверстие;

P_H - напор, создаваемый грунтовым насосом. Па;

γ₀ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - глубина водоема, м.

Перфорированная поверхность патрубка может быть сформирована криволинейной образующей выпуклого профиля.

Перфорированная поверхность патрубка может быть сформирована образующей вогнутого профиля.

Устройство для добычи конкреций с морского дна представлено на фиг.1 - вид сбоку, на фиг.2, 3, 4 - варианты выполнения перфорированного патрубка, на фиг.5 - конструкция перфорированного патрубка.

Устройство состоит (фиг.1) из передвижного придонного агрегата 1 с заборным приспособлением и силовой установкой (не показаны), базового судна 2 и напорного трубопровода 3. Примыкающий к передвижному агрегату 1 участок 4 напорного трубопровода 3 снабжен приспособлением для сгущения и обесшламливания пульпы, выполненным в виде перфорированного патрубка 5 с переменной площадью поперечного сечения по его длине и с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от передвижного агрегата 1. Патрубок 5 может быть выполнен в виде усеченного конуса 6, перфорированного отверстиями 7 (фиг.2). Поверхность патрубка 5 может быть сформирована криволинейной образующей выпуклого профиля 8 (фиг.3). Поверхность патрубка 5 может быть сформирована криволинейной образующей вогнутого профиля 9 (фиг.4). Патрубок 5 размещен вне зоны добычи конкреций и отделен от этой зоны участком 4 напорного трубопровода.

Длина патрубка 5 и суммарная площадь отверстий 7 определяются заданной степенью сгущения пульпы и ее обесшламливания. Профиль перфорированной поверхности патрубка 5 (6, 8 или 9) выбирается в зависимости от гидрогеологических условий залегания конкреций, их свойств, параметров гидротранспорта и других возможных факторов, влияющих на режим обезвоживания и обесшламливания пульпы.

Параметры перфорированного патрубка 5 выбираются из следующих соотношений:

где l - длина перфорированного патрубка;

V_S - объемная производительность по конкрециям, м/ч;

S, S₀ - заданная и начальная объемная концентрация гидросмеси;

a, d - шаг и диаметр отверстий перфорированного патрубка, м;

D₁, D₂ - диаметр напорного трубопровода до и после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси, м;

ξ - заданная степень сгущения гидросмеси;

μ - коэффициент сужения струи, выходящей через отверстие;

р_н - напор, создаваемый грунтовым насосом, Па;

γ₀ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - глубина водоема, м.

Устройство для добычи конкреций с морского дна действует следующим образом.

При передвижении агрегата 1 тем или иным способом в зоне добычи конкреций последние в виде сильно обводненной пульпы (при малой объемной концентрации S₀ конкреций), загрязненной придонными илистыми частицами, подаются с производительностью V₁ в примыкающий к передвижному агрегату 1 участок 4 (диаметром D₁) напорного трубопровода 3, а через него поступают в патрубок 5. При проходе через патрубок 5 из пульпы благодаря избыточному давлению в напорном трубопроводе 3 (диаметром D₂) по сравнению с давлением воды в придонной зоне (определяемом глубиной Н водоема) через отверстия 7 патрубка 5 выдавливается вода, насыщенная илистыми частицами с объемной производительностью V и скоростью с. Сгущенная пульпа с конкрециями, размер которых больше размера отверстий 7 в патрубке 5, поступает с производительностью V₂=V₁-V в напорный трубопровод 3 диаметром D₂, по которому транспортируется на базовое судно 2. За счет уменьшения площади поперечного сечения патрубка 5 по его длине l и наличия отверстий 7 на его поверхности скорость ν пульпы на участке 4 трубопровода с максимальным его диаметром D₁ и на следующем за патрубком 5 трубопроводе 3 уменьшенного диаметра D₂ остается приблизительно постоянной, соответствующей расчетному режиму гидротранспортирования данного вида конкреций.

Размещение патрубка вне зоны добычи конкреций 10 исключает повторное попадание выброшенной через перфорированную часть патрубка 5 илистой составляющей снова в заборное приспособление.

Техническое решение позволяет снизить энергоемкость транспортирования конкреций, уменьшить диаметр, металлоемкость и стоимость напорного трубопровода, улучшить экологическую обстановку в районе добычи конкреций, а также уменьшает установленную мощность силовой установки.

Изобретение относится к устройствам для добычи конкреций с морского дна и их транспортирования по напорному трубопроводу на базовое судно. Устройство включает базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, перфорированный патрубок с размерами отверстий меньшими минимального размера добываемых конкреций. Перфорированный патрубок размещен на примыкающем к придонному агрегату участке напорного трубопровода и выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от придонного агрегата. Длина перфорированного патрубка и диаметр напорного трубопровода после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси определяются из математических выражений. Изобретение позволяет снизить энергоемкость транспортирования конкреций, уменьшить диаметр, металлоемкость и стоимость напорного трубопровода, улучшить экологическую обстановку в районе добычи конкреций, а также уменьшает установленную мощность силовой установки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для добычи конкреций с морского дна, включающее базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, перфорированный патрубок с размерами отверстий, меньшими минимального размера добываемых конкреций, отличающееся тем, что перфорированный патрубок размещен на примыкающем к придонному агрегату участке напорного трубопровода и выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от придонного агрегата, а параметры перфорированного патрубка выбраны из соотношений

где l - длина перфорированного патрубка;

V_S - объемная производительность по конкрециям, м/ч;

S, S₀ - заданная и начальная объемная концентрация гидросмеси;

a, d - шаг и диаметр отверстий перфорированного патрубка, м;

D₁, D₂ - диаметр напорного трубопровода до и после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси, м;

ξ - заданная степень сгущения гидросмеси;

μ - коэффициент сужения струи, выходящей через отверстие;

P_H - напор, создаваемый грунтовым насосом, Па;

γ₀ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - глубина водоема, м.