СПОСОБ ЗАПУСКА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОРСКОГО ЭРЛИФТА И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК E21C50/00 E21C45/00 F04F1/20 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых, подъем элементов которых происходит с помощью эрлифта.

Известен способ запуска эрлифта, который включает подачу сжатого воздуха высокого давления в оборудованную шибером верхнюю часть подъемной трубы, вытеснение из нее воды через приемное устройство с последующей подачей сжатого воздуха рабочего давления в смеситель, при этом вытеснение воды выполняют до достижения в подъемной трубе рабочего давления, после чего открывают шибер и одновременно начинают подачу сжатого воздуха рабочего давления в смеситель, (авт. св. СССР №1629625 А1, кл. F04F 1/18, 1991 г.).

Недостатками известного способа являются: недостаточное для запуска снижение давления в смесителе подъемной трубы морского эрлифта при значительных глубинах расположения смесителя, что соответствует большим глубинам разработки подводных месторождений полезных ископаемых, и низкая эффективность запуска эрлифта известным способом, вследствие стремительного заполнения морской водой океана подъемной трубы при открывании установленного на ней шибера, что повлечет быстрый рост давления в смесителе, которое может привести к прекращению поступления в него сжатого воздуха от компрессора.

Известна эрлифтная установка со способа запуска эрлифта, которая содержит источник сжатого воздуха, подъемную трубу с шибером, приемное устройство, смеситель, а также оборудованный управляемой задвижкой и манометром став трубопровода, которым источник сжатого воздуха сообщен с верхней частью подъемной трубы, (авт. св. СССР №1629625 А1, кл. F04F 1/18, 1991 г.).

Недостатками известной эрлифтной установки является недостаточное для запуска снижение давления в смесителе подъемной трубы морского эрлифта при значительных глубинах расположения смесителя, что соответствует большим глубинам разработки подводных месторождений полезных ископаемых, и низкая эффективность запуска установки, вследствие стремительного заполнения морской водой океана подъемной трубы при открывании установленного на ней шибера, что повлечет быстрый рост давления в смесителе, которое может привести к прекращению поступления в него сжатого воздуха от компрессора.

Наиболее близким технологическим решением является способ подъема пульпы, который включает 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 отведением воды в затрубное пространство в нижней части вертикального участка воздухопровода, (патент Украины №30137А. кл. Е21С 45/00, F04F 1/20, 2000 г.).

Недостатком наиболее близкого технологического решения является использование высокопроизводительного насоса для дожатия до давления в смесителе подъемной трубы предварительно сжатого компрессором воздуха, что обеспечивает запуск эрлифта.

Наиболее близким техническим решением является эрлифтная установка для подъема пульпы, которая содержит 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, сообщенный с окружающей средой и водоотделителем патрубок, датчики определения расходов жидкости и сжатого газа, при этом нагнетательный трубопровод насоса сообщен 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.).

Недостатком наиболее близкого технического решения является использование высокопроизводительного насоса для дожатия до давления в смесителе подъемной трубы предварительно сжатого компрессором воздуха, что обеспечивает запуск эрлифтной установки.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа запуска и функционирования морского эрлифта, в котором, путем контроля в процессе запуска эрлифта величины давления водовоздушной смеси в рабочем смесителе подъемной трубы, в который происходит подача сжатого компрессором воздуха во время функционирования эрлифта на его рабочих характеристиках, обеспечивается возможность снижения уровня расположения рабочего смесителя подъемной трубы, что необходимо при значительных глубинах разработки подводных месторождений полезных ископаемых и для гарантированного поступления сжатого воздуха во все смесители подъемной трубы при запуске эрлифта, используя ресурс статического давления морской воды океана для дожатия сжатого компрессором воздуха до давления в рабочем смесителе, исключая использование в технологических процессах насосов и энергоемких мощных компрессоров.

Поставленная задача решается таким образом, что известный способ запуска и функционирования морского эрлифта, включающий подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, подачу сжатого воздуха в смеситель подъемной трубы, создание многокомпонентной смеси после поступления сжатого воздуха в поток гидросмеси и транспортировку потока многокомпонентной смеси в подъемной трубе морского эрлифта, который в соответствии с изобретением отличается тем, что предварительно задают величину давления водовоздушной смеси в рабочем смесителе подъемной трубы, в который происходит подача сжатого компрессором воздуха во время функционирования эрлифта на его рабочих характеристиках, подают сжатый компрессором воздух в смеситель подъемной трубы, который расположен выше рабочего смесителя, дожимают локализованный в аккумуляторе сжатый воздух до давления в рабочем смесителе путем подачи в аккумулятор морской воды океана под ее статическим давлением, подают дожатый воздух в рабочий смеситель, контролируют величину давления морской воды океана в рабочем смесителе во время подачи в него дожатого воздуха, сравнивают контролируемую величину с заданной и при достижении их соответствия прекращают подачи сжатого компрессором воздуха в смеситель и морской воды океана в аккумулятор при одновременной подаче сжатого компрессором воздуха через аккумулятор в рабочий смеситель, после чего в процессе работы морского эрлифта заряжают аккумулятор сжатым компрессором воздухом путем параллельной подачи сосредоточенной в аккумуляторе морской воды океана в рабочий смеситель при установлении разницы между подачей сжатого компрессором воздуха в аккумулятор и подачей сжатого воздуха из аккумулятора в рабочий смеситель.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы для запуска и функционирования морского эрлифта, в которой, путем введения дополнительных элементов и соединений в известную конструктивную схему, обеспечивается возможность снижения уровня расположения рабочего смесителя подъемной трубы, в который происходит подача сжатого компрессором воздуха во время функционирования эрлифта на его рабочих характеристиках, что необходимо при значительных глубинах разработки подводных месторождений полезных ископаемых, и гарантированного поступления сжатого воздуха во все смесители подъемной трубы при запуске эрлифта, используя ресурс статического давления морской воды океана для дожатия сжатого компрессором воздуха до давления в рабочем смесителе, исключая использование в технологических процессах насосов и энергоемких мощных компрессоров при рациональной конфигурации технических средств.

Поставленная задача решается таким образом, что известная система для запуска и функционирования морского эрлифта, содержащая подъемную и подводящую трубы, компрессор с нагнетательным трубопроводом, установленный на подъемной трубе воздухоотделитель, соединенный с нагнетательным трубопроводом компрессора аккумулятор, сообщенный с окружающей средой и аккумулятором отдельный патрубок и сообщенный с нагнетательным трубопроводом компрессора смеситель подъемной трубы, которая в соответствии с изобретением отличается тем, что подъемная труба содержит рабочий смеситель, отдельный патрубок оборудован управляемой задвижкой, верхняя и донная части аккумулятора соединены через оборудованные соответствующими управляемыми задвижками патрубки с рабочим смесителем, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр и сообщен с воздухоотделителем, аккумулятор содержит сигнализатор уровня жидкости, нагнетательный трубопровод оборудован управляемыми задвижками и обратными клапанами, через которые компрессор сообщен со смесителями подъемной трубы, датчик определения давления - манометр сообщен с рабочим смесителем, а уровень погружения в бассейн морской воды океана смесителя превышает уровень погружения рабочего смесителя, который, в свою очередь, превышает уровень погружения аккумулятора. Кроме того, аккумулятор системы расположен на ставе подводящей трубы морского эрлифта.

На фигурах 1, 2, 3 и 4 изображена схема системы для реализации способа запуска и функционирования морского эрлифта.

Система для запуска и функционирования морского эрлифта содержит подъемную 1 и подводящую 2 трубы, компрессор 3 с нагнетательным трубопроводом 4, установленный на подъемной трубе 1 воздухоотделитель 5, сообщенный с нагнетательным трубопроводом 4 и расположенный на ставе подводящей трубы 2 (см. фиг.3, 4) аккумулятор 6, сообщенный с окружающей средой и аккумулятором 6 отдельный патрубок 7, сообщенный с нагнетательным трубопроводом 4 смеситель 8 подъемной трубы 1, при этом подъемная труба 1 содержит рабочий смеситель 9, отдельный патрубок 7 оборудован управляемой задвижкой 10, верхняя и донная части аккумулятора 6 сообщены через оборудованные соответствующими управляемыми задвижками 11, 12 патрубки 13, 14 с рабочим смесителем 9, всасывающий трубопровод 15 компрессора 3 содержит фильтр 16 и сообщен с воздухоотделителем 5, аккумулятор 6 содержит сигнализатор уровня жидкости 17, нагнетательный трубопровод 4 оборудован управляемыми задвижками 18, 19 и обратными клапанами 20, 21, через которые компрессор 3 сообщен со смесителями 8, 9 подъемной трубы 1 соответственно, датчик определения давления - манометр 22 сообщен с рабочим смесителем 9, а уровень погружения в бассейн морской воды океана смесителя 8 превышает уровень погружения рабочего смесителя 9, который, в свою очередь, превышает уровень погружения аккумулятора 6. Система дополнительно содержит блок управления 23.

Способ с помощью системы для запуска и функционирования морского эрлифта реализуется следующим образом.

Предварительно задают величину давления водовоздушной смеси в рабочем смесителе 9 подъемной трубы 1, как основной технологический параметр. Перед запуском системы для запуска и функционирования морского эрлифта все управляемые задвижки 10, 11, 12, 18 и 19 полностью закрыты, а аккумулятор 6 заполнен воздухом.

Блок управления 23 открывает управляемые задвижки 18 и 19, а также выполняет запуск компрессора 3. Сжатый компрессором 3 воздух поступает по нагнетательному трубопроводу 4 через управляемую задвижку 18, обратный клапан 20 в смеситель 8 и через управляемую задвижку 19, обратный клапан 21 в аккумулятор 6. Вследствие этого происходит поступление сжатого компрессором 3 воздуха в подъемную трубу 1 через смеситель 8, что обеспечивает частичное снижение давления в рабочем смесителе 9, и зарядка сжатым компрессором 3 воздуха аккумулятора 6.

После распространения водовоздушной смеси в подъемной трубе 1 от смесителя 8 до воздухоотделителя 5 блок управления 23 открывает управляемые задвижки 10 и 11, и поток морской воды океана под статическим давлением поступает в аккумулятор 6, где он дожимает сжатый компрессором 3 воздух до давления в рабочем смесителе 9. При этом обратные клапаны 20 и 21 предотвращают образование столба морской воды океана в вертикальном участке нагнетательного трубопровода 4. Частичное снижение в рабочем смесителе 9 давления, достигаемое благодаря впуску сжатого компрессором 3 воздуха через смеситель 8 в подъемную трубу 1, и действующая на сосредоточенный в аккумуляторе 6 сжатый воздух сила Архимеда обеспечивает гарантированное поступление сжатого воздуха в глубоко расположенный при значительных глубинах разработки подводных месторождений полезных ископаемых рабочий смеситель 9 подъемной трубы 1 при запуске эрлифта, используя ресурс статического давления морской воды океана для дожатия сжатого компрессором 3 воздуха до давления в рабочем смесителе 9, исключая использование в технологических процессах насосов и энергоемких мощных компрессоров.

Одновременно с открытием управляемых задвижек 10 и 11 блок управления 23 с помощью манометра 22 начинает выполнять контроль величины давления в рабочем смесителе 9 и сравнивать контролируемую величину с заданной. С увеличением объема поступления из аккумулятора 6 через рабочий смеситель 9 в подъемную трубу 1 сжатого воздуха, давление в рабочем смесителе 9 уменьшается. При достижении давления водовоздушной смеси в рабочем смесителе 9 заданной величины блок управления 23 прекращает подачи сжатого компрессором 3 воздуха в смеситель 8 и морской воды океана в аккумулятор 6, поступающей из окружающей среды, путем закрытия управляемых задвижек 18 и 10 соответственно. Вследствие этого весь объем сжатого компрессором 3 воздуха, проходя по нагнетательному трубопроводу 4, через рабочий объем аккумулятора 6 и сообщенный с верхней его частью патрубок 13 поступает в рабочий смеситель 9 подъемной трубы 1.

В процессе работы системы для запуска и функционирования морского эрлифта на ее рабочих характеристиках выполняют зарядку аккумулятора 6 сжатым компрессором 3 воздухом следующим образом.

При поступлении сжатого компрессором 3 воздуха через нагнетательный трубопровод 4, рабочий объем аккумулятора 6 и сообщенный с его верхней частью патрубок 13 в рабочий смеситель 9, блок управления 23 увеличивает сопротивление прохождению сжатого воздуха через патрубок 13 путем уменьшения величины открытия управляемой задвижки 11 и частично открывает управляемую задвижку 12, которой оборудован патрубок 14, через который донная часть аккумулятора 6 сообщена с рабочим смесителем 9. Вследствие этого сосредоточенная в аккумуляторе 6 морская вода океана начинает поступать в рабочий смеситель 9, а величина подачи сжатого компрессором 3 воздуха в аккумулятор 6 превышает величину подачи сжатого воздуха из аккумулятора 6 в рабочий смеситель 9, что обеспечивает зарядку аккумулятора 6 сжатым компрессором 3 воздухом. Подача сжатого воздуха из аккумулятора 6 в рабочий смеситель 9 в процессе зарядки аккумулятора 6 сжатым компрессором 3 воздухом обеспечивает пониженное давление в рабочем смесителе 9, что поддерживает эрлифтный эффект в подъемной трубе 1. После снижения уровня морской воды океана в аккумуляторе 6 ниже установленного в нем сигнализатора уровня жидкости 17 блок управления 23 прекращает зарядку аккумулятора 6 сжатым компрессором 3 воздухом путем полного закрытия управляемой задвижки 12 и полного открытия управляемой задвижки 11 со следующим функционированием системы на ее рабочих характеристиках.

Сосредоточение в соединенном со ставом подводящей трубы 2 аккумуляторе 6 сжатого воздуха позволяет частично компенсировать массы подъемной 1 и подводящей 2 труб системы.

Непосредственно перед остановкой системы для запуска и функционирования морского эрлифта блок управления 23 полностью закрывает все управляемые задвижки 10, 11, 12, 18 и 19 с последующей остановкой компрессора 3.

Повторный запуск системы для запуска и функционирования морского эрлифта не отличается от приведенной выше технологии запуска системы.

Таким образом, применение заявляемого изобретения обеспечит повышение эффективности ведения разработки подводных месторождений полезных ископаемых на больших океанских глубинах за счет увеличения величины погружения в бассейн морской воды океана рабочего смесителя 9 подъемной трубы 1 и повышение производительности эрлифтного подъема.

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых, подъем элементов которых происходит с помощью эрлифта. Технический результат - усовершенствования способа запуска и функционирования морского эрлифта, а также системы для его реализации. Способ запуска и функционирования морского эрлифта включает подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, подачу сжатого воздуха в смеситель подъемной трубы, создание многокомпонентной смеси после поступления сжатого воздуха в поток гидросмеси и транспортировку потока многокомпонентной смеси в подъемной трубе морского эрлифта. При этом предварительно задают величину давления водовоздушной смеси в рабочем смесителе подъемной трубы, в который происходит подача сжатого компрессором воздуха во время функционирования эрлифта на его рабочих характеристиках. Далее подают сжатый компрессором воздух в смеситель подъемной трубы, который расположен выше рабочего смесителя, дожимают локализованный в аккумуляторе сжатый воздух до давления в рабочем смесителе путем подачи в аккумулятор морской воды океана под ее статическим давлением. Далее подают дожатый воздух в рабочий смеситель, контролируют величину давления морской воды океана в рабочем смесителе во время подачи в него дожатого воздуха, сравнивают контролируемую величину с заданной и при достижении их соответствия прекращают подачи сжатого компрессором воздуха в смеситель и морской воды океана в аккумулятор при одновременной подаче сжатого компрессором воздуха через аккумулятор в рабочий смеситель. После чего в процессе работы морского эрлифта заряжают аккумулятор сжатым компрессором воздухом путем параллельной подачи сосредоточенной в аккумуляторе морской воды океана в рабочий смеситель при установлении разницы между подачей сжатого компрессором воздуха в аккумулятор и подачей сжатого воздуха из аккумулятора в рабочий смеситель. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ запуска и функционирования морского эрлифта, включающий подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, подачу сжатого воздуха в смеситель подъемной трубы, создание многокомпонентной смеси после поступления сжатого воздуха в поток гидросмеси и транспортировку потока многокомпонентной смеси в подъемной трубе морского эрлифта, отличающийся тем, что предварительно задают величину давления водовоздушной смеси в рабочем смесителе подъемной трубы, в который происходит подача сжатого компрессором воздуха во время функционирования эрлифта на его рабочих характеристиках, подают сжатый компрессором воздух в смеситель подъемной трубы, который расположен выше рабочего смесителя, дожимают локализованный в аккумуляторе сжатый воздух до давления в рабочем смесителе путем подачи в аккумулятор морской воды океана под ее статическим давлением, подают дожатый воздух в рабочий смеситель, контролируют величину давления морской воды океана в рабочем смесителе во время подачи в него дожатого воздуха, сравнивают контролируемую величину с заданной и при достижении их соответствия прекращают подачи сжатого компрессором воздуха в смеситель и морской воды океана в аккумулятор при одновременной подаче сжатого компрессором воздуха через аккумулятор в рабочий смеситель, после чего в процессе работы морского эрлифта заряжают аккумулятор сжатым компрессором воздухом путем параллельной подачи сосредоточенной в аккумуляторе морской воды океана в рабочий смеситель при установлении разницы между подачей сжатого компрессором воздуха в аккумулятор и подачей сжатого воздуха из аккумулятора в рабочий смеситель.2. Система для запуска и функционирования морского эрлифта, содержащая подъемную и подводящую трубы, компрессор с нагнетательным трубопроводом, установленный на подъемной трубе воздухоотделитель, соединенный с нагнетательным трубопроводом компрессора аккумулятор, сообщенный с окружающей средой и аккумулятором отдельный патрубок и сообщенный с нагнетательным трубопроводом компрессора смеситель подъемной трубы, отличающаяся тем, что подъемная труба содержит рабочий смеситель, отдельный патрубок оборудован управляемой задвижкой, верхняя и донная части аккумулятора соединены через оборудованные соответствующими управляемыми задвижками патрубки с рабочим смесителем, всасывающий трубопровод компрессора содержит фильтр и сообщен с воздухоотделителем, аккумулятор содержит сигнализатор уровня жидкости, нагнетательный трубопровод оборудован управляемыми задвижками и обратными клапанами, через которые компрессор сообщен со смесителями подъемной трубы, датчик определения давления - манометр сообщен с рабочим смесителем, а уровень погружения в бассейн морской воды океана смесителя превышает уровень погружения рабочего смесителя, который, в свою очередь, превышает уровень погружения аккумулятора.3. Система по п.2, отличающаяся тем, что аккумулятор расположен на ставе подводящей трубы морского эрлифта.