СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СЕПАРАЦИИ В ЭРЛИФТНОМ ПОДЪЕМЕ ПОДВОДНЫХ 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 подъем в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта элементов, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, но естественно входят в состав разрабатываемого слоя дна океана, что предопределяет значительное ухудшение экосистемы океана и 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.).

Недостатками известной эрлифтной установки является подъем в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта элементов, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, но естественно входят в состав разрабатываемого слоя дна океана, что предопределяет значительное ухудшение экосистемы океана и низкую эффективность подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых.

Наиболее близким технологическим решением является способ подъема пульпы, включающий подачу сжатого воздуха в смеситель по воздухопроводу 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 воздухопровода (патент Украины №30137 А, кл. Е21С 45/00, F04F 1/20, 2000 г.).

Недостатками наиболее близкого технологического решения является подъем в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта элементов, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, но естественно входят в состав разрабатываемого слоя дна океана, что предопределяет значительное ухудшение экосистемы океана и низкую эффективность подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых.

Наиболее близким техническим решением является эрлифтная установка из способа 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 соединен со смесителем подъемной трубы, а нагнетательный трубопровод компрессора сообщен через дополнительный смеситель с нагнетательным трубопроводом насоса (патент Украины №30137 А, кл. Е21С 45/00, F04F 1/20, 2000 г.).

Недостатками наиболее близкого технического решения является подъем в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта элементов, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, но естественно входят в состав разрабатываемого слоя дна океана, что предопределяет значительное ухудшение экосистемы океана и низкую эффективность подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых, в котором путем контроля параметров состава компонента, транспортируемого вместе с водовоздушной смесью в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта, обеспечивается возможность улучшения экосистемы океана при повышении эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в результате минимизации в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта элементов, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, но естественно входят в состав разрабатываемого слоя дна океана.

Поставленная задача решается таким образом, что известный способ экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных 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 параметры состава компонента, который транспортируется вместе с водовоздушной смесью в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, классифицируют элементы, входящие в состав компонента, который транспортируется вместе с водой в потоке гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, контролируют параметры состава компонента, который транспортируется вместе с водовоздушной смесью в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода отдельного потока гидросмеси, в составе которого выводят элементы, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, из потока гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта в окружающую среду при направлении отработки разрабатываемого слоя дна океана против подводного океанического течения.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых, в которой путем введения дополнительных элементов в известную конструктивную схему обеспечивается возможность улучшения экосистемы океана при повышении эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в результате минимизации в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта элементов, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, но естественно входят в состав разрабатываемого слоя дна океана, при рациональной конфигурации технических средств.

Поставленная задача решается таким образом, что известная система для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных 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 в промежуточном поперечном сечении подводящей трубы установлен дополнительный аккумулятор, всасывающий и нагнетательный трубопроводы дополнительного насоса соединены с дополнительным аккумулятором, отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости, всасывающий трубопровод дополнительного насоса оборудован расположенным в дополнительном аккумуляторе наконечником, нагнетательный трубопровод дополнительного насоса содержит поворотный позиционный распределительный кран, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в дополнительном аккумуляторе, при этом нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр и соединен с воздухоотделителем, а датчик определения скорости вращения - тахометр сообщен с оборудованным лопастями рабочим колесом.

На фигурах 1, 2, 3, 4 и 5 изображена схема системы для реализации способа экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых.

Система для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных 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, установленный в промежуточном поперечном сечении подводящей трубы 4 дополнительный аккумулятор 16, дополнительный насос 17 с соответствующими всасывающим 18 и нагнетательным 19 трубопроводами, расположенные в отдельном аккумуляторе 13 сигнализаторы верхнего 20 и нижнего 21 уровней жидкости, датчик определения расхода жидкости 22, при этом всасывающий 18 и нагнетательный 19 трубопроводы дополнительного насоса 17 соединены с дополнительным аккумулятором 16, всасывающий трубопровод 18 оборудован расположенным в дополнительном аккумуляторе 16 наконечником 23, нагнетательный трубопровод 19 содержит поворотный позиционный распределительный кран 24, оборудованное лопастями 25 рабочее колесо 26 установлено в дополнительном аккумуляторе 16, нагнетательный трубопровод 7 и соединенный с отдельным аккумулятором 13 патрубок 14 оборудованы соответствующими управляемыми задвижками 27 и 28, всасывающий трубопровод 11 содержит фильтр 29, нагнетательный трубопровод 12 снабжен обратным клапаном 30, а датчик определения скорости вращения - тахометр 31 сообщен с оборудованным лопастями 25 рабочим колесом 26. Система дополнительно содержит блок управления 32.

Способ с помощью системы для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых реализуется следующим образом.

Предварительно задают параметры состава компонента, который транспортируется вместе с водовоздушной смесью в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы 1. Перед запуском системы для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых управляемые задвижки 27 и 28 полностью закрыты, а нагнетательный трубопровод 19 через поворотный позиционный распределительный кран 24 сообщен с окружающей его средой (см. фиг.4).

Блок управления 32 открывает управляемую задвижку 28, а также запускает заполненные жидкостью насос 5 и дополнительный насос 17. По истечении определенного времени работы насоса 5, соответствующего выходу насоса 5 на его рабочие характеристики, блок управления 32 выполняет запуск компрессора 10. Сжатый компрессором 10 воздух поступает через оборудованный обратным клапаном 30 нагнетательный трубопровод 12 и дополнительный смеситель 15 в нагнетательный трубопровод 7. После поступления сжатого воздуха в поток жидкости нагнетательного трубопровода 7 в нем возникает 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 28 отводится в окружающую среду.

После снижения уровня воды в отдельном аккумуляторе 13 ниже сигнализатора верхнего уровня жидкости 20 блок управления 32 частично открывает управляемую задвижку 27. Уровень погружения отдельного аккумулятора 13 находится ниже, чем уровень погружения смесителя 9 подъемной трубы 1 (см. фиг.3), и после частичного открытия управляемой задвижки 27 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.

Параллельно с этим дополнительный насос 17 откачивает воду, находящуюся в верхней части дополнительного аккумулятора 16. При откачивании воды из погруженного в океан дополнительного аккумулятора 16 в него начинает поступать через участок подводящей трубы 4, который расположен ниже дополнительного аккумулятора 16, 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. В процессе прохождения потоком гидросмеси зоны вращения оборудованного лопастями 25 рабочего колеса 26 под действием центробежной силы происходит классификация по массе элементов, входящих в состав компонента, который транспортируется вместе с водой в потоке гидросмеси. Элементы, которые содержат компоненты полезных ископаемых, имеют большую массу и соответственно перемещаются на большее расстояние от оси вращения оборудованного лопастями 25 рабочего колеса 26, чем элементы, которые не содержат компонентов полезных ископаемых. При последующем движении потока гидросмеси через объем дополнительного аккумулятора 16 в зону всасывания всасывающего трубопровода 18 дополнительного насоса 17 поступает гидросмесь, в составе которой преобладают элементы, которые не содержат компонентов полезных ископаемых. Поток гидросмеси нагнетательного трубопровода 19 дополнительного насоса 17 через поворотный позиционный распределительный кран 24 отводится в окружающую среду, где элементы, которые входят в его состав, под действием сил гравитации и при направлении отработки разрабатываемого слоя дна океана против подводного океанического течения поступают на поверхность дна океана, с которой изъят соответствующий слой. Кинематика потока многокомпонентной смеси подъемной трубы 1 обеспечивает последующий подъем элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых на участке подводящей трубы 4, который расположен выше дополнительного аккумулятора 16. Таким образом, обеспечивается возможность улучшения экосистемы океана при повышении эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в результате минимизации в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы 1 элементов, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, но естественно входят в состав разрабатываемого слоя дна океана. Выводимый из состава многокомпонентной смеси в воздухоотделителе 8 воздух повторно поступает по всасывающему трубопроводу 11 через фильтр 29 в компрессор 10.

После распространения потока многокомпонентной смеси по всей длине подъемной трубы 1 на выходе из воздухоотделителя 8 контролируют параметры состава компонента, который транспортируется вместе с водовоздушной смесью в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы 1, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода отдельного потока гидросмеси всасывающего трубопровода 18, в составе которого выводят элементы, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, из потока гидросмеси подводящей трубы 4 в окружающую среду за счет управления величиной подачи дополнительного насоса 17. Величину подачи дополнительного насоса 17 определяет датчик определения расхода жидкости 22.

После запуска дополнительного насоса 17 блок управления 32 с помощью тахометра 31 осуществляет контроль скорости вращения оборудованного лопастями 25 рабочего колеса 26.

В случае остановки оборудованного лопастями 25 рабочего колеса 26 при прохождении потока подводящей трубы 4 через дополнительный аккумулятор 16 контролируемая величина скорости вращения рабочего колеса 26 равняется нулю. При этом блок управления 32 осуществляет изменение положения поворотного позиционного распределительного крана 24. Вследствие этого дополнительный насос 17 через нагнетательный трубопровод 19 и поворотный позиционный распределительный кран 24 сообщен с дополнительным аккумулятором 16. Высоконапорный поток из нагнетательного трубопровода 19 направляется на лопасти 25 рабочего колеса 26, что, в свою очередь, обеспечивает его вращение. Сразу после стабилизации величины скорости вращения рабочего колеса 26 блок управления 32 осуществляет изменение положения поворотного позиционного распределительного крана 24. Вследствие этого нагнетательный трубопровод 19 через поворотный позиционный распределительный кран 24 сообщен с окружающей средой (см. фиг.4).

В процессе функционирования системы для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых при снижении уровня воды в отдельном аккумуляторе 13 ниже сигнализатора нижнего уровня жидкости 21 блок управления 32 увеличивает величину открытия управляемой задвижки 27 и уменьшает величину открытия управляемой задвижки 28. При достижении водой в отдельном аккумуляторе 13 сигнализатора верхнего уровня жидкости 20 блок управления 32 уменьшает величину открытия управляемой задвижки 27 и увеличивает величину открытия управляемой задвижки 28.

Непосредственно перед остановкой системы для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых блок управления 32 выполняет остановки компрессора 10, насоса 5, дополнительного насоса 17, полностью закрывает управляемые задвижки 27, 28 и устанавливает поворотный позиционный распределительный кран 24 в положение, отображенное на фигуре 4.

Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит улучшить экосистему океана при одновременном повышении эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых за счет интеграции процесса обогащения подводных месторождений полезных ископаемых в процесс их непрерывного подъема.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых. Технический результат - усовершенствование способа экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых, улучшение экосистемы океана. Способ экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных месторождений полезных ископаемых и система для его реализации, которая 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 поперченном 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 промежуточном поперечном сечении подводящей трубы установлен дополнительный аккумулятор, всасывающий и нагнетательный трубопроводы дополнительного насоса соединены с дополнительным аккумулятором. Отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости, всасывающий трубопровод дополнительного насоса оборудован расположенным в дополнительном аккумуляторе наконечником. Нагнетательный трубопровод дополнительного насоса содержит поворотный позиционный распределительный кран, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в дополнительном аккумуляторе. При этом нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками. Всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр и соединен с воздухоотделителем, а датчик определения скорости вращения - тахометр сообщен с оборудованным лопастями рабочим колесом. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных 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 параметры состава компонента, который транспортируется вместе с водовоздушной смесью в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, классифицируют элементы, входящие в состав компонента, который транспортируется вместе с водой в потоке гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта, контролируют параметры состава компонента, который транспортируется вместе с водовоздушной смесью в потоке многокомпонентной смеси подъемной трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода отдельного потока гидросмеси, в составе которого выводят элементы, которые не содержат компонентов полезных ископаемых, из потока гидросмеси подводящей трубы морского эрлифта в окружающую среду при направлении отработки разрабатываемого слоя дна океана против подводного океанического течения.2. Система для экологической сепарации в эрлифтном подъеме подводных 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 в промежуточном поперечном сечении подводящей трубы установлен дополнительный аккумулятор, всасывающий и нагнетательный трубопроводы дополнительного насоса соединены с дополнительным аккумулятором, отдельный аккумулятор содержит сигнализаторы уровня жидкости, всасывающий трубопровод дополнительного насоса оборудован расположенным в дополнительном аккумуляторе наконечником, нагнетательный трубопровод дополнительного насоса содержит поворотный позиционный распределительный кран, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в дополнительном аккумуляторе, при этом нагнетательный трубопровод насоса и соединенный с отдельным аккумулятором патрубок оборудованы соответствующими управляемыми задвижками, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр и соединен с воздухоотделителем, а датчик определения скорости вращения - тахометр сообщен с оборудованным лопастями рабочим колесом.