ПОДВОДНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2004 года по МПК B63G8/00 B63B35/44 

Изобретение относиться к плавучим средствам, в частности к обитаемым подводным объектам, приспособленным для добычи полезных ископаемых органического происхождения (углеводороды) на дне моря, в том числе под сплошным ледяным покровом.

Цель изобретения - повышение эффективности добычи при обеспечении экологической безопасности морского пространства и снижение затрат.

В настоящее время известны предложения, связанные с добычей полезных ископаемых органического происхождения в море под ледяным покровом [1].

Однако эти предложения связанны с сооружением стационарных устройств, элементы которых сложно доставлять, монтировать, а еще сложнее демонтировать. Кроме того, это связано с большой вероятностью загрязнения окружающей природной среды, поскольку транспортировку газа и нефти осуществляют по трубопроводу.

Известно предложение по установке труб в тоннелях, которые укладывают на дно моря с плавучих средств [2].

Но сооружение подобных тоннелей трудоемко и связанно с огромными затратами, а в условиях Севера ограничено из-за неблагоприятных погодно-климатических условий.

Известны подводные суда, используемые для ремонтных работ при разработке морских месторождений [1]. Однако эти суда являются вспомогательным средством при добыче ископаемых.

Известна теплица-опреснитель, позволяющая вырабатывать энергию и снабжать экипаж пресной водой и овощами [3]. Однако это устройство не приспособлено для функционирования под водой.

Предлагается подводный обитаемый аппарат, приспособленный для работы в условиях Арктики, способный, функционируя в автономном режиме, обеспечивать разведку месторождений, добычу и доставку органических ископаемых на перерабатывающие предприятия.

С учетом труднопредсказуемых погодно-климатических условий региона и удаленности от баз снабжения аппарат имеет замкнутый цикл функционирования, а его персонал полное возобновляемое самообеспечение энергией, кислородом, пресной водой, свежими овощами и морепродуктами.

Поскольку запасы, площади и начальный дебит скважин месторождений ископаемых (углеводородных), а также их вид и характеристики сложно прогнозировать, аппарат обеспечен несколькими взаимозаменяемыми средствами обеспечения энергией с возможностью поэтапного ее наращивания. Теплично-энергетические устройства дают начальный импульс, затем используется электроэнергия придонного ила [4] для включения буровых установок и, наконец, по мере поступления ископаемых подключают газогенераторы и двигатели внутреннего сгорания, причем все эти средства связаны с единым аккумулятором энергии.

Повышенные требования к экологической безопасности для окружающей среды обеспечиваются благодаря замене трубопроводов эластичными сетчатыми контейнерами, включающими полимерные емкости, заполняемые органическими ископаемыми, а также буровым шламом и другими технологическими отходами и водородом, что обеспечивает контейнерам при определенном соотношении указанных заполнителей нулевую плавучесть, а это позволяет транспортировать контейнеры под ледяным покровом.

Учитывая многофункциональность задач, в том числе разведку, оконтуривание месторождений, добычу, первичную переработку, заполнение ископаемых в полимерные емкости с их герметизацией, выстреливанием в сетчатые контейнеры и транспортировку контейнеров, аппарату приданы радиоуправляемые сателлиты - рейдеры, снабженные радиоакустическим и радиоэлектронным оборудованием, которые крепятся при перемещении аппарата к его колоннам и которые обеспечивают разведку месторождений и транспортировку контейнеров.

На фиг.1 представлен план подводного аппарата на уровне А - А на фиг.2; на фиг.2 - разрез подводного аппарата по Б - Б на фиг.1; на фиг.3 - разрез носовой части аппарата (фрагмент) по Б - Б на фиг.1; на фиг.4 - общий вид сетчатого контейнера: I - этап заполнения контейнера первой емкостью, II - этап полного заполнения контейнера; на фиг.5 - фрагмент кольцевой трубы с вегетационной трубой и выростной цепью (аксонометрия); на фиг.6 продольный разрез вегетационной трубы, вид сбоку (фрагмент); на фиг.7 - то же, вид сверху; на фиг.8 - схема связей между камерами выростной цепи; на фиг.9 - продольный разрез развертки выростной цепи по В - В на фиг.5; на фиг.10 - поперечные разрезы кольцевой трубы по Г-Г на фиг.9; на фиг.11 - то же, по Д - Д; на фиг.12 - то же, по Е - Е; на фиг.13 - то же, по Ж - Ж; на фиг.14 - то же, по З-З; на фиг.15 - то же, по И - И; на фиг.16 - то же, по К - К; на фиг.17 - поперечный разрез кольцевой трубы и камер с ЭГО на одной из орбит по Г - Г на фиг.9; на фиг.18 - то же, по Д - Д; на фиг.19 - то же, по Е - Е; на фиг.20 - то же, по Ж - Ж; на фиг.21 - то же, по З-З; на фиг.22 - то же, по И - И; на фиг.23 - то же, по К - К; на фиг.24 - автоматизированная система управления (схема).

На фиг.1-3 приведены план и разрезы подводного аппарата, где в основном корпусе 1 установлены теплично-энергетические устройства, каждое из которых включает лифтовую шахту 2 и соосную с ней платформу 3, установленную с возможностью поворота вокруг центральной вертикальной оси 4 с оборудованной на ней сферой 5, на поверхности которой спирально уложены кольцевые трубы 6 переменного сечения, внутри которых размещены вегетационные трубы 7 и выростные цепи 8 (фиг.5, 6 и 7). Внутри вегетационных труб 7 установлены конвейеры с растениями 9, уложенными в эластичные сетки 10 и установленными в держатели 11, объединенные телескопическими связями 12. Вегетационные трубы оборудованы осветительными приборами 13, пленками сбора конденсата питательного раствора 14, направляющими 15, по которым перемещаются конвейеры с растениями, и соплами подачи газовой смеси 16, благодаря залпам которых, наряду с залпами питательной аэрозоли, происходит перемещение конвейеров растений [5].

Выростные цепи 8 (фиг.8) - это объединенные между собой соединительными трубами 17 камеры низкого давления 18, камеры высокого давления 19 с размещенными в них морскими организмами 20, находящимися в соленой (морской) воде и обладающими свойствами при определенных условиях (изменение освещенности, давления, газового состава и температуры) отнимать соль из морской воды и, наоборот, отдавать соль при изменении указанных условий. Между камерами низкого 18 и высокого давления 19 установлены рекомпрессионные камеры 21, а также камеры регенерации питательного раствора 22 и камеры сбора рассола 23 [3]. Над сферой 5 оборудованы помещения высадки рассады, воспроизводства и запуска мальков 24, а под сферой помещения сбора урожая и вылова морепродуктов 25. Эти помещения имеют окна 26, через которые осуществляется связь с помещениями 24 и 25 и обратными трубами 27, по которым перемещаются конвейеры с порожними держателями растений 11.

Сфера 5 приводиться во вращательное движение конвейерами растений 9, которая в свою очередь вращает платформу 3, снабженную круговым ротором 28, с возможностью генерировать электроэнергию при помощи электрогенератора, связанного с механизмом вращения 31 через мультипликатор 32, и накапливать ее на аккумулятор 33.

В полости структурной оболочки кольцевых труб 8 размещены камеры 34 с электрогенерирующими организмами (ЭГО) 35, например электрическими скатами, сомами и угрями [6], при этом камеры с ЭГО выполнены с возможностью перемещаться и присасываться к камерам высокого давления 19, где ЭГО, используя свои электрогенерирующие особенности, способны нейтрализовать других представителей морской фауны и питаться отдельными, преимущественно ослабленными, особями, причем в результате электрического импульса ЭГО ток по проводнику, установленному в теле соединительных труб 17, попадает в камеру низкого давления 18, где в результате вспышки светильника 36, расположенного в камере 18, и резкого падения давления происходит опреснение воды, при этом избыточный ток аккумулируют и направляют на технологические нужды, в частности на освещение растений в вегетационной трубе 7 (фиг.8).

Морские организмы 20, попадая в камеру низкого давления 18, отнимают соль у морской воды и затем, минуя камеру регенерации питательного раствора 22, попадают в верхнюю рекомпрессионную камеру 21, причем часть обессоленной воды, попадая в камеру регенерации питательного раствора 22, обогащается дополнительными компонентами и освобождается от излишних компонентов, после чего питательный раствор попадает по растворопроводу 37 в находящуюся под ним вегетационную трубу 7 для питания растений. При этом дополнительные компоненты поступают с пресной водой в камеру 22 из помещения высадки рассады при помощи подвижных емкостей 38, а излишние компоненты смываются в камеру 23 по раствороводу 39. Затем морские организмы попадают в камеру высокого давления 19, где они отдают соль, после чего их сливают в камеру сбора рассола 23, откуда они попадают в нижележащую рекомпрессионную камеру 21. Из камеры сбора рассола 23 рассол откачивают в нижележащие подвижные емкости сбора рассола 38 для утилизации. Морские организмы из камеры 21 сливают в подвижные камеры 40, которые доставляют в помещение 24, где после сортировки, регенерации и обогащения организмы участвуют в новом цикле процесса.

С учетом вероятностного характера работы теплично-энергетического устройства и, в частности, возможности случаев неудачной охоты ЭГО ему предоставлена возможность повторения попыток и соответственно увеличения стоянок с присасыванием камеры с ЭГО к камерам высокого давления. Для этого количество витков орбиты перемещения камеры с ЭГО, на которой эти камеры могут менять скорость, больше количества витков выростной цепи в кольцевой трубе, а сами орбиты камер с ЭГО образуют спираль вокруг выростной цепи (фиг.5-23), что повышает надежность процесса опреснения. Нужно отметить, что сами выростные цепи 8 установлены спиралевидно относительно вегетационной трубы 7, что вызвано тем, что питательный раствор из камер 22 должен выливаться самотеком, для чего, чередуясь, камеры 22 выростной цепи 8 занимают вышестоящее положение относительно вегетационной трубы 7, расположенной в центре кольцевой трубы. Все подвижные камеры и емкости снабжены системой перемещения, герметичной фиксации и расфиксации.

Под основным корпусом 1 расположены колонны 41 и горизонтальные цилиндрические двигатели 42. Из колонн выдвигаются телескопические аутригеры 43, выполненные с возможностью вращения и врезаясь в придонный грунт, обеспечивают аппарату горизонтальное положение при неровном морском дне и заанкеривание. Вертикальные оси аутригеров соосны с осями 4 (фиг.2, 3).

Над основным корпусом размещен бытовой корпус 44 с комингс-площадкой.

В колоннах 41 расположены балластные цистерны 45 с водой, обеспечивающие погружение, а после подачи сжатого газа из газгольдера - подъем аппарата, при этом вода используется также для закачки в нагнетательные скважины 46.

В нижнем звене аутригеров размещают устьевое оборудование 47 скважин 46 [7]. В центре основного корпуса расположен механический отсек 48, а в носовом и кормовом отсеках посты 49 приема, анализа, сепарации, первоначальной переработки, заполнения сферических полимерных емкостей 50, их идентификации и герметизации, обеспеченных средствами выстреливания емкостей 50, заполненных содержимым, через контейнерные люки 51 при помощи пневмопушек 52 в выстрелянные до того сетчатые контейнеры 53 (фиг.4).

К колоннам 41 крепят радиоуправляемые рейдеры 54 при помощи электромагнитных фиксаторов 55 (фиг.3, 4), через которые происходит подпитка электроэнергией.

В бытовом корпусе 44 размещена АСУ 56, связанная со всеми блоками управления аппарата. В механическом отсеке 48 установлены газогенераторы 57 и двигатели внутреннего сгорания 58, связанные с электроаккумулятором 33, а также устройства 59, используемые для разделения воды на водород и кислород [8], а также газгольдеры 60. На фиг.1-3 показаны склады емкостей 50 и контейнеров 53, сетки которых компактно уложены в обоймы 61.

Аутригеры 43 снабжены графитовыми стержнями 62 для получения электрического тока из придонного ила [4] и люками 64 для забора морской воды и морских организмов.

АСУ (фиг.24) включает в себя вычислительное устройство 65, связанное с терминалом 66, оператором 67, и связанные с интерфейсом 68 соответствующие датчики 69 и приводы 70 блоков управления двигателями 42, аутригерами 43, цистернами 45, устройствами для деления воды 59, механизмами поворота сфер 31, рейдерами 54, устьевым оборудованием 46, постами контейнеризации 49 и аккумулятором 33.

Источники информации

1. RU 2014243 C1, 15.06.94.

2. RU 2114251 С1, 27.06.98.

3. RU 2185052 C2, 20.07.2002.

4. Головина Е. Торшер для водяного. "Московская правда" за 12.07.2002, с.8.

5. RU 2128905 C1, 20.04.99.

6. Жизнь животных. В 7-и т. /Гл. ред. В.Е. Соколов. Т.4 Рыбы/ Под ред. Т.С.Расса. 2-е изд. перераб. М.: Просвещение, 1983. с.51, 66.

7. RU 2017933 C1, 15.08.94.

8. RU 2085436 C1, 27.07.97.

Изобретение относится к плавучим средствам, в частности к обитаемым подводным объектам, приспособленным для добычи полезных ископаемых органического происхождения на дне моря, в том числе под сплошным ледяным покровом. Подводный аппарат выполнен в виде судна с малой площадью ватерлинии при всплытии и содержит основной корпус, включающий теплично-опреснительно-энергетические устройства, обеспечивающие выработку энергии для перемещения подводного аппарата, бытовых и технологических нужд, а также производство овощей и опресненной воды для персонала. Доставка органических ископаемых осуществляется при помощи сферических полимерных емкостей, заполняемых в сетчатые контейнеры, которые буксируют отделяемые от аппарата рейдеры, оборудованные радиолокационной аппаратурой для разведки месторождений и управляемые по радио. Используется энергия электрогенерирующих морских организмов, микроорганизмов придонного ила, а также добываемых органических ископаемых. Достигается повышение эффективности добычи при обеспечении экологической безопасности морского пространства и снижение затрат. 3 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Подводный аппарат, выполненный в виде судна с малой площадью ватерлинии при всплытии, включающий основной корпус, колонны и двигатели, отличающийся тем, что основной корпус включает в себя теплично-энергетические устройства, обеспечивающие выработку энергии для перемещения аппарата, бытовых и технологических нужд, а также производство овощей для персонала и опресненной воды, причем каждое такое устройство содержит лифтовую шахту, оборудованную круговым статором электрогенератора и механизмом ее вращения вокруг центральной вертикальной оси шахты, закрепленную на платформе сферу со спиралевидно уложенными на ее поверхности кольцевыми трубами, в которых установлены вегетационные трубы, в которых размещены конвейеры с растениями, приводящие своим перемещением в круговое движение вокруг лифтовой шахты указанную сферу и круговую платформу, причем вокруг вегетационных труб спиралевидно уложены выростные цепи, содержащие камеры высокого давления, камеры низкого давления, камеры регенерации питательного раствора, камеры сбора рассола и рекомпрессионные камеры, объединенные между собой соединительными трубами с размещенными в камерах морскими организмами, способными в определенных условиях, в частности, на свету и при низком давлении поглощать соль, а при высоком давлении и в темноте отдавать соль, причем в полости структурной оболочки кольцевых труб спиралевидно размещены подвижные камеры с электрогенерирующими организмами, выполненные с возможностью перемещаться и присасываться к камерам высокого давления, где электрогенерирующие организмы, нейтрализуя отдельных особей морской фауны и питаясь ими, выделяют электрический ток, импульс которого поступает в камеры низкого давления, где в результате вспышки светового прибора, расположенного в камере, и падения давления вода опресняется, при этом теплично-энергетическое устройство выполнено с возможностью аккумулирования избыточного тока, выделяемого электрогенерирующими организмами, и направления его на технические нужды, в частности, на освещение растений в вегетационных трубах, направления опресненной воды в устройство для разделения воды на кислород и водород, а также направления кислорода в бытовой отсек.2. Подводный аппарат по п.1, отличающийся тем, что колонны включают в себя балластные цистерны, обеспечивающие возможность погружения аппарата при заполнении их водой, а при подаче сжатого газа в них подъем аппарата, а также телескопические аутригеры, выполненные с возможностью погружения в природный грунт, обеспечивающие горизонтальное положение аппарата и его заанкерирование, при этом вертикальные оси аутригеров соосны с вертикальными осями колонн, лифтовых шахт и размещенных в нижней ступени аутригеров установок с устьевым буровым оборудованием, причем эти ступени снабжены люками для подачи забортной воды и доставки морских организмов, а также графитовыми стержнями, выполненными с возможностью извлекать электроэнергию из природного ила, используемую для запуска и работы устьевого бурового оборудования.3. Подводный аппарат по п.2, отличающийся тем, что он снабжен средствами предварительной переработки органических полезных ископаемых, складом порожних сферических полимерных емкостей и сетчатых контейнеров для сбора и транспортировки емкостей, оборудованием для заполнения этих емкостей органическими ископаемыми и технологическими отходами и их герметизации, а также пневмопушками, выполненными с возможностью выстреливания сетчатых контейнеров через контейнерные люки и заполнения контейнеров загерметизированными емкостями, при этом контейнеры изготовлены с возможностью отсоединения от люков после их стыковки с оголовниками рейдеров при помощи электромагнитных фиксаторов и последующей буксировки контейнеров к месту переработки ископаемых, причем рейдеры снабжены радиолокационной и радиоэлектронной аппаратурой и при перемещении подводного аппарата крепятся вертикально к колоннам при помощи электромагнитных фиксаторов.4. Подводный аппарат по п.3, отличающийся тем, что он оборудован автоматизированной системой управления, включающей оператор, вычислительное устройство, терминал и связанные с интерфейсом датчики и приводы блоков управления двигателей аппарата, аутригеров, цистерн с водой, устройства для деления воды на кислород и водород, поворотных механизмов теплично-энергетических устройств, рейдеров, аккумуляторов, буровых установок, систем герметизации емкостей и выстреливания сетчатых контейнеров.