СПОСОБ РАБОТЫ МОРСКОГО ЭРЛИФТА 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.)

Недостатком известного способа является низкая производительность морского эрлифта, что предопределяет низкую эффективность подъема элементов разрабатываемых подводных 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.)

Недостатком известной эрлифтной установки является низкая производительность морского эрлифта, что предопределяет низкую эффективность подъема элементов 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.)

Недостатком наиболее близкого технологического решения является низкая производительность морского эрлифта, что предопределяет низкую эффективность подъема элементов разрабатываемых подводных 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.)

Недостатком наиболее близкого технического решения является низкая производительность морского эрлифта, что предопределяет низкую эффективность подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа работы морского эрлифта, в котором путем контроля величины массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта обеспечивается возможность повышения эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в результате увеличения расхода полезного ископаемого в подъемной трубе морского эрлифта.

Поставленная задача решается таким образом, что известный способ работы морского эрлифта, 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, который в соответствии с изобретением отличается тем, что предварительно задают величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, из потока поднимающейся многокомпонентной смеси формируют отдельный поток воды, в который происходит подача после сжатия воздуха, поступающего из подъемной трубы морского эрлифта, контролируют величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода отдельного потока воды, формируемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы для работы морского эрлифта, в которой путем введения дополнительных элементов в известную конструктивную схему обеспечивается возможность повышения эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в результате увеличения расхода полезного ископаемого в подъемной трубе морского эрлифта при рациональной конфигурации технических средств.

Поставленная задача решается таким образом, что известная система для работы морского эрлифта, 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, датчики определения расхода жидкости, которая в соответствии с изобретением отличается тем, что в промежуточном поперечном сечении подъемной трубы установлен дополнительный аккумулятор, всасывающий трубопровод насоса и всасывающий трубопровод компрессора соединены соответственно с дополнительным аккумулятором и воздухоотделителем, отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости, нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками, всасывающий трубопровод насоса соединен с оборудованным управляемой задвижкой дополнительным патрубком, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр, а консистометр соединен с подводящей трубой.

На фиг.1-5 изображена схема системы для реализации способа работы морского эрлифта.

Система для работы морского эрлифта 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, установленный в промежуточном поперечном сечении подъемной трубы 1 дополнительный аккумулятор 16, расположенные в отдельном аккумуляторе 13 сигнализаторы верхнего 17 и нижнего 18 уровней жидкости, датчики определения расхода жидкости 19 и 20, при этом всасывающий трубопровод 6 и всасывающий трубопровод 11 соединены соответственно с дополнительным аккумулятором 16 и воздухоотделителем 8, нагнетательный трубопровод 12 имеет обратный клапан 21, нагнетательный трубопровод 7 и соединенный с отдельным аккумулятором 13 патрубок 14 оборудованы управляемыми задвижками 22 и 23, соответственно, всасывающий трубопровод 6 соединен с оборудованным управляемой задвижкой 24 дополнительным патрубком 25, всасывающий трубопровод 11 содержит фильтр 26, а консистометр 27 соединен с подводящей трубой 4. Система дополнительно содержит блок управления 28.

Способ с помощью системы для работы морского эрлифта реализуется следующим образом.

Предварительно задают величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы 4. Величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы 4 определяют с помощью датчика определения расхода жидкости 19 и консистометра 27. Перед запуском системы для работы морского эрлифта управляемые задвижки 22, 23 и 24 полностью закрыты.

Блок управления 28 запускает заполненный жидкостью насос 5 и открывает управляемую задвижку 23, в результате чего насос 5 откачивает воду, находящуюся в дополнительном аккумуляторе 16. При откачивании воды из погруженного в океан на глубину, отвечающую параметрам подъема и составу гидросмеси, дополнительного аккумулятора 16 в него начинает поступать через подводящую 4 и подъемную 1 трубы поток гидросмеси, содержащий элементы разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых. Работа агрегата сбора и подготовка частиц к транспортированию являются самостоятельными вопросами и в данной заявке не рассматриваются.

По истечении определенного времени работы насоса 5, соответствующему выходу насоса 5 на его рабочие характеристики, блок управления 28 выполняет запуск компрессора 10. Сжатый компрессором 10 воздух поступает через оборудованный обратным клапаном 21 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 локализуется в его верхней части, а вода по патрубку 14 через открытую управляемую задвижку 23 отводится в окружающую среду.

После снижения уровня воды в отдельном аккумуляторе 13 ниже сигнализатора верхнего уровня жидкости 17 блок управления 28 частично открывает управляемую задвижку 22. Уровень погружения отдельного аккумулятора 13 находится ниже, чем уровень погружения смесителя 9 подъемной трубы 1 (см. фиг.4), и после частичного открытия управляемой задвижки 22 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.

При подъеме многокомпонентной смеси в подъемной трубе 1 насос 5 продолжает откачивать воду из дополнительного аккумулятора 16, что, в свою очередь, стимулирует повышение величины расхода транспортируемой смеси. Аккумулятор 16 имеет специальную конструкцию, обеспечивающую эффективное отделение отдельного потока воды из состава многокомпонентной смеси подъемной трубы 1. Кинематика потока многокомпонентной смеси подъемной трубы 1 обеспечивает последующий подъем элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых на участке подъемной трубы 1, расположенном выше дополнительного аккумулятора 16. Выводимый из состава многокомпонентной смеси в воздухоотделителе 8 воздух повторно поступает по всасывающему трубопроводу 11 через фильтр 26 в компрессор 10.

После распространения потока многокомпонентной смеси по всей длине подъемной трубы 1 блок управления 28 частично открывает управляемую задвижку 24 и с помощью датчиков определения расхода жидкости 19 и консистометра 27 осуществляет контроль величины массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы 4, сравнивает контролируемую величину с заданной и достигает их соответствия путем регулирования величины расхода отдельного потока воды всасывающего трубопровода 6, формируемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы 1. Величину расхода отдельного потока воды всасывающего трубопровода 6, формируемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы 1, определяет датчик определения расхода жидкости 20.

При необходимости увеличения величины расхода отдельного потока воды всасывающего трубопровода 6, формируемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы 1, блок управления 28 уменьшает величину открытия управляемой задвижки 24, в результате чего уменьшается величина расхода потока, поступающего в поток всасывающего трубопровода 6 из океана через патрубок 25.

При необходимости уменьшения величины расхода отдельного потока воды всасывающего трубопровода 6, формируемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы 1, блок управления 28 увеличивает величину открытия управляемой задвижки 24, в результате чего увеличивается величина расхода потока, поступающего в поток всасывающего трубопровода 6 из океана через патрубок 25.

В процессе функционирования системы для работы морского эрлифта при снижении уровня воды в отдельном аккумуляторе 13 ниже сигнализатора нижнего уровня жидкости 18 блок управления 28 увеличивает величину открытия управляемой задвижки 22 и уменьшает величину открытия управляемой задвижки 23. При достижении водой в отдельном аккумуляторе 13 сигнализатора верхнего уровня жидкости 17 блок управления 28 уменьшает величину открытия управляемой задвижки 22 и увеличивает величину открытия управляемой задвижки 23.

Непосредственно перед остановкой системы для работы морского эрлифта блок управления 28 выполняет остановку компрессора 10 с последующей остановкой насоса 5 и полным закрытием управляемых задвижек 22, 23 и 24.

Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит повысить эффективность непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых путем увеличения производительности морских гидроподъемов.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых. Технический результат - повышение эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых путем увеличения производительности морских гидроподъемов. Способ работы морского эрлифта и система для его реализации содержит 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, датчики определения расхода жидкости. В промежуточном поперечном сечении подъемной трубы установлен дополнительный аккумулятор. Всасывающий трубопровод насоса и всасывающий трубопровод компрессора соединены соответственно с дополнительным аккумулятором и воздухоотделителем. Отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости. Нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками. Всасывающий трубопровод насоса соединен с оборудованным управляемой задвижкой дополнительным патрубком, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр, а консистометр соединен с подводящей трубой. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ работы морского эрлифта, 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 массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, из потока поднимающейся многокомпонентной смеси формируют отдельный поток воды, в который происходит подача после сжатия воздуха, поступающего из подъемной трубы морского эрлифта, контролируют величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода отдельного потока воды, формируемого из потока многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта.2. Система для работы морского эрлифта, 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, датчики определения расхода жидкости, отличающаяся тем, что в промежуточном поперечном сечении подъемной трубы установлен дополнительный аккумулятор, всасывающий трубопровод насоса и всасывающий трубопровод компрессора соединены соответственно с дополнительным аккумулятором и воздухоотделителем, отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости, нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками, всасывающий трубопровод насоса соединен с оборудованным управляемой задвижкой дополнительным патрубком, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр, а консистометр соединен с подводящей трубой.