СПОСОБ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ПОДВОДНОЙ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК E21C50/00 E21C45/00 F04F1/20 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых.

Известен способ управления работой эрлифта, который включает подачу в составе газовоздушной смеси получаемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта газа и атмосферного воздуха на сжатие в компрессор, задание условия отношения текущих температур атмосферного воздуха и получаемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта газа, поддержание минимального уровня величины отношения температуры поступающей в компрессор газовоздушной смеси к ее давлению путем регулирования величины расхода подачи атмосферного воздуха, который вводится в состав газовоздушной смеси, контролирование в процессе подъема пульпы выполнения заданного условия отношения текущих температур и обеспечение подачи только атмосферного воздуха на сжатие в компрессор при прекращении направленной на последующее сжатие в компрессоре подачи получаемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта газа в случае невыполнения заданного условия отношения текущих температур (патент Украины №30168, кл. F04F 1/00, F04F 1/20, 2002 г.).

Недостатками известного способа является низкий уровень использования ресурсов окружающей среды в технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых.

Известна эрлифтная установка, которая включает подводящую и подъемную трубы, компрессор с всасывающим и нагнетательным трубопроводами, установленный на подъемной трубе сепаратор - газоотделитель, сообщенный с нагнетательным трубопроводом компрессора смеситель подъемной трубы, сообщенный с газоотделителем и всасывающим трубопроводом компрессора газопровод, оборудованные соответствующими управляемыми задвижками и сообщенные с газопроводом и атмосферой выхлопной и всасываемый патрубки, сообщенный со всасывающим трубопроводом компрессора датчик определения давления - манометр, при этом газопровод содержит установленную между зонами его соединения с выхлопным и всасывающим патрубками управляемую задвижку, а датчики определения температуры газа - термометры установлены в газопроводе, всасывающем трубопроводе компрессора и всасывающем патрубке (патент Украины №30168, кл. F04F 1/00, F04F 1/20, 2002 г.).

Недостатками известной эрлифтной установки является низкий уровень использования ресурсов окружающей среды в технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, а также значительное сосредоточение сжатого воздуха в центре потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта при кольцевой структуре течения, в результате чего возникают значительные относительные скорости движения газообразного компонента многокомпонентной смеси в верхней части подъемной трубы морского эрлифта, что предопределяет низкую эффективность подъема гидросмеси, содержащей элементы разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых.

Наиболее близким технологическим решением является способ подъема пульпы, включающий подачу сжатого воздуха в смеситель по воздуховоду в составе водовоздушной смеси, регулирование величины давления в смесителе путем изменения соотношения расходов воды и воздуха, при этом предварительно задают необходимую величину давления воздуха в смесителе, а в процессе подъема пульпы поддерживают эту величину путем регулирования соотношения расходов воды и воздуха с последующим отводом воды в затрубное пространство в нижней части вертикального участка воздуховода (патент Украины №30137А, кл. Е21С 45/00, F04F 1/20, 2000 г.).

Недостатками наиболее близкого технологического решения является низкий уровень использования ресурсов окружающей среды в технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых.

Наиболее близким техническим решением является эрлифтная установка, реализующая способ подъема пульпы, содержащая подъемную трубу, камеру подпитки с патрубком, подводящую трубу, смеситель подъемной трубы, насос с нагнетательным трубопроводом, установленный на подъемной трубе воздухоотделитель, компрессор с соответствующим нагнетательным трубопроводом, установленный в промежуточном поперечном сечении нагнетательного трубопровода насоса водоотделитель, соединенный с водоотделителем и сообщенный с окружающей средой патрубок, датчики определения расходов жидкости и сжатого воздуха, при этом нагнетательный трубопровод насоса сообщен со смесителем подъемной трубы, а нагнетательный трубопровод компрессора сообщен через дополнительный смеситель с нагнетательным трубопроводом насоса (патент Украины №30137А, кл. Е21С 45/00, F04F 1/20, 2000 г.).

Недостатками наиболее близкого технического решения является низкий уровень использования ресурсов окружающей среды в технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, а также значительное сосредоточение сжатого воздуха в центре потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта при кольцевой структуре течения, в результате чего возникают значительные относительные скорости движения газообразного компонента многокомпонентной смеси в верхней части подъемной трубы морского эрлифта, что предопределяет низкую эффективность подъема гидросмеси, содержащей элементы разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, в котором путем контроля величины расхода гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, обеспечивается возможность повышения уровня использования ресурсов окружающей среды в технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых.

Поставленная задача решается таким образом, что известный способ электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, создание многокомпонентной смеси после поступления сжатого воздуха в поток гидросмеси, транспортирование потока многокомпонентной смеси в подъемной трубе морского эрлифта, подачу сжатого воздуха в отдельный поток воды с последующим транспортированием сжатого воздуха в составе водовоздушной смеси и подачу выведенного из состава потока водовоздушной смеси сжатого воздуха в подъемную трубу морского эрлифта, в соответствии с изобретением отличается тем, что предварительно задают величину расхода гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, преобразуют энергию океанического течения в электрическую энергию, которую потребляют приводные электродвигатели компрессора и насоса эрлифтного подъема, контролируют величину расхода гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины погружения в океан электростанции, которая преобразует энергию океанического течения в электрическую энергию.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы для электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, в которой путем введения дополнительных элементов в известную конструктивную схему обеспечивается возможность повышения уровня использования ресурсов окружающей среды в технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых и повышения эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в результате уменьшения скорости движения газообразного компонента многокомпонентной смеси в верхней части подъемной трубы морского эрлифта при кольцевой структуре течения, что достигается за счет перемешивания компонентов потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта.

Поставленная задача решается таким образом, что известная система для электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, содержащая подъемную трубу, камеру подпитки с патрубком, подводящую трубу, насос с нагнетательным трубопроводом, установленный на подъемной трубе воздухоотделитель, сообщенный с нагнетательным трубопроводом насоса смеситель подъемной трубы, компрессор с соответствующим нагнетательным трубопроводом, установленный в промежуточном поперечном сечении нагнетательного трубопровода насоса водоотделитель - отдельный аккумулятор, соединенный с отдельным аккумулятором и сообщенный с окружающей средой патрубок, соединенный с нагнетательным трубопроводом насоса и сообщенный с нагнетательным трубопроводом компрессора дополнительный смеситель, датчик определения расхода жидкости, в соответствии с изобретением отличается тем, что электростанция, которая преобразует энергию океанического течения в электрическую энергию, сообщена через линию электропередач и преобразователь электроэнергии с приводными электродвигателями компрессора и насоса, подъемная труба содержит ряд дополнительных аккумуляторов, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр и сообщен с воздухоотделителем, обтекатели установлены в соответствующих дополнительных аккумуляторах, отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости, нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками, электростанция расположена на погружной платформе, а нагнетательные трубопроводы компрессора и насоса содержат обратные клапаны.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5 и 6 изображена схема системы для реализации способа электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых.

Система для электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых содержит подъемную трубу 1, камеру подпитки 2 с патрубком 3, подводящую трубу 4, насос 5 с всасывающим 6 и нагнетательным 7 трубопроводами, установленный на подъемной трубе 1 воздухоотделитель 8, сообщенный с нагнетательным трубопроводом 7 смеситель 9 подъемной трубы 1, компрессор 10 с соответствующими всасывающим 11 и нагнетательным 12 трубопроводами, установленный в промежуточном поперечном сечении нагнетательного трубопровода 7 водоотделитель - отдельный аккумулятор 13, соединенный с отдельным аккумулятором 13 и сообщенный с окружающей средой патрубок 14, соединенный с нагнетательным трубопроводом 7 и сообщенный с нагнетательным трубопроводом 12 дополнительный смеситель 15, датчик определения расхода жидкости 16, при этом электростанция 17, преобразующая энергию океанического течения в электрическую энергию, сообщена через линию электропередач 18 и преобразователь электроэнергии 19 с соответствующими приводными электродвигателями 20 и 21 компрессора 10 и насоса 5, подъемная труба 1 содержит ряд дополнительных аккумуляторов 22, 23, всасывающий трубопровод 11 содержит фильтр 24 и сообщен с воздухоотделителем 8, обтекатели 25 и 26 установлены в соответствующих дополнительных аккумуляторах 22 и 23, сигнализаторы верхнего 27 и нижнего 28 уровней жидкости расположены в отдельном аккумуляторе 13, нагнетательный трубопровод 7 и соединенный с отдельным аккумулятором 13 патрубок 14 оборудованы соответствующими управляемыми задвижками 29 и 30, электростанция 17 расположена на погружной платформе 31, а нагнетательные трубопроводы 12 и 7 содержат обратные клапаны 32 и 33, соответственно. Система дополнительно содержит блок управления 34.

Способ с помощью системы для электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых реализуется следующим образом.

Предварительно задают величину расхода гидросмеси подводящей трубы 4 и погружают в океан расположенную на погружной платформе 31 электростанцию 17, которая начинает преобразовывать энергию океанического течения в электрическую энергию. Перед запуском системы для электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых управляемые задвижки 29 и 30 полностью закрыты.

Блок управления 34 запускает приводной электродвигатель 21 насоса 5 и открывает управляемую задвижку 30. По истечении определенного времени работы насоса 5, соответствующему выходу насоса 5 на его рабочие характеристики, блок управления 34 выполняет запуск приводного электродвигателя 20 компрессора 10. Сжатый компрессором 10 воздух поступает через оборудованный обратным клапаном 32 нагнетательный трубопровод 12 и дополнительный смеситель 15 в нагнетательный трубопровод 7. После поступления сжатого воздуха в поток жидкости нагнетательного трубопровода 7 в нем формируется поток водовоздушной смеси, который поступает в отдельный аккумулятор 13. В отдельном аккумуляторе 13 сжатый воздух локализируется в его верхней части, а вода по патрубку 14 через открытую управляемую задвижку 30 отводится в окружающую среду.

После снижения уровня воды в отдельном аккумуляторе 13 ниже сигнализатора верхнего уровня жидкости 27 блок управления 34 частично открывает управляемую задвижку 29. Уровень погружения отдельного аккумулятора 13 находится ниже, чем уровень погружения смесителя 9 подъемной трубы 1 (см. фиг.4), и после частичного открытия управляемой задвижки 29 аккумулируемый в отдельном аккумуляторе 13 сжатый воздух под действием силы Архимеда через нагнетательный трубопровод 7 и смеситель 9 поступает в поток гидросмеси подъемной трубы 1.

В процессе подъема многокомпонентной смеси в подъемной трубе 1 при кольцевой структуре течения сжатый воздух концентрируется в центре потока. Установленные в дополнительных аккумуляторах 22 и 23 соответствующие обтекатели 25 и 26 обеспечивают перемещение сжатого воздуха из центра потока многокомпонентной смеси на его периферию. Вследствие этого происходит уменьшение скорости проскальзывания газообразного компонента многокомпонентной смеси в верхней части подъемной трубы 1 за счет перемешивания компонентов потока многокомпонентной смеси подъемной трубы 1 и, следовательно, повышение эффективности транспортирования. Выводимый из состава многокомпонентной смеси в воздухоотделителе 8 воздух повторно поступает по всасывающему трубопроводу 11 через фильтр 24 в компрессор 10.

После распространения потока многокомпонентной смеси по всей длине подъемной трубы 1 блок управления 34 с помощью датчика определения расхода жидкости 16 осуществляет контроль величины расхода гидросмеси подводящей трубы 4, сравнивает контролируемую величину с заданной и достигает их соответствия путем регулирования величины погружения в океан расположенной на погружной платформе 31 электростанции 17, которая преобразует энергию океанического течения в электрическую энергию. После достижения заданной величины расхода потока гидросмеси в подводящей трубе 4 уровень погружения погружной платформы 31 стабилизируют. Работа агрегата сбора и подготовка частиц к транспортированию являются самостоятельными вопросами и в данной заявке не рассматриваются.

В процессе функционирования системы электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых при снижении уровня воды в отдельном аккумуляторе 13 ниже сигнализатора нижнего уровня жидкости 28 блок управления 34 увеличивает величину открытия управляемой задвижки 29 и уменьшает величину открытия управляемой задвижки 30. При достижении водой в отдельном аккумуляторе 13 сигнализатора верхнего уровня жидкости 27 блок управления 34 уменьшает величину открытия управляемой задвижки 29 и увеличивает величину открытия управляемой задвижки 30.

Непосредственно перед остановкой системы для электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых блок управления 34 выполняет остановку приводных электродвигателей 20 и 21 компрессора 10 и насоса 5 соответственно, с последующим полным закрытием управляемых задвижек 29 и 30. При этом обратный клапан 33 препятствует поступлению сжатого воздуха из нагнетательного трубопровода 7 в насос 5.

Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит повысить эффективность подъема, а также уровень экологичности технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых за счет использования дополнительных природных источников энергии.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых. Технический результат - повышение эффективности подъема, а также уровня экологичности технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых за счет использования дополнительных природных источников энергии. Способ электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых включает подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, создание многокомпонентной смеси после поступления сжатого воздуха в поток гидросмеси, транспортирование потока многокомпонентной смеси в подъемной трубе морского эрлифта, подачу сжатого воздуха в отдельный поток воды с последующим транспортированием сжатого воздуха в составе водовоздушной смеси и подачу выведенного из состава потока водовоздушной смеси сжатого воздуха в подъемную трубу морского эрлифта. Предварительно задают величину расхода гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, преобразуют энергию океанического течения в электрическую энергию, которую потребляют приводные электродвигатели компрессора и насоса эрлифтного подъема. Контролируют величину расхода гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта. Сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины погружения в океан электростанции, которая преобразует энергию океанического течения в электрическую энергию. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, создание многокомпонентной смеси после поступления сжатого воздуха в поток гидросмеси, транспортирование потока многокомпонентной смеси в подъемной трубе морского эрлифта, подачу сжатого воздуха в отдельный поток воды с последующим транспортированием сжатого воздуха в составе водовоздушной смеси и подачу выведенного из состава потока водовоздушной смеси сжатого воздуха в подъемную трубу морского эрлифта, отличающийся тем, что предварительно задают величину расхода гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, преобразуют энергию океанического течения в электрическую энергию, которую потребляют приводные электродвигатели компрессора и насоса эрлифтного подъема, контролируют величину расхода гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины погружения в океан электростанции, которая преобразует энергию океанического течения в электрическую энергию.2. Система для электрификации технологии подводной разработки месторождений полезных ископаемых, содержащая подъемную трубу, камеру подпитки с патрубком, подводящую трубу, насос с нагнетательным трубопроводом, установленный на подъемной трубе воздухоотделитель, сообщенный с нагнетательным трубопроводом насоса смеситель подъемной трубы, компрессор с соответствующим нагнетательным трубопроводом, установленный в промежуточном поперечном сечении нагнетательного трубопровода насоса водоотделитель - отдельный аккумулятор, соединенный с отдельным аккумулятором и сообщенный с окружающей средой патрубок, соединенный с нагнетательным трубопроводом насоса и сообщенный с нагнетательным трубопроводом компрессора дополнительный смеситель, датчик определения расхода жидкости, отличающаяся тем, что электростанция, которая преобразует энергию океанического течения в электрическую энергию, сообщена через линию электропередач и преобразователь электроэнергии с приводными электродвигателями компрессора и насоса, подъемная труба содержит ряд дополнительных аккумуляторов, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр и сообщен с воздухоотделителем, обтекатели установлены в соответствующих дополнительных аккумуляторах, отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости, нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками, электростанция расположена на погружной платформе, а нагнетательные трубопроводы компрессора и насоса содержат обратные клапаны.