СПОСОБ ЗАПУСКА И ОСТАНОВКИ 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 является низкая эффективность запуска эрлифта 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, что не позволяет достичь значительного погружения смесителя подъемной трубы морского эрлифта при ведении разработки подводных месторождений полезных ископаемых на значительных океанских глубинах.

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 низкая эффективность запуска эрлифта вследствие стремительного заполнения морской водой океана подъемной трубы при открывании установленного на ней шибера, что повлечет быстрый рост давления в смесителе, который может привести к прекращению поступления в него сжатого воздуха от компрессора, что не позволяет достичь значительного погружения смесителя подъемной трубы морского эрлифта при ведении разработки подводных месторождений полезных ископаемых на значительных океанских глубинах.

Наиболее близким технологическим решением является способ остановки и запуска эрлифта, в котором процесс запуска эрлифта включает прекращение сообщения подъемной трубы с атмосферой, подачу сжатого воздуха по воздухопроводу от компрессора к смесителю и возобновление сообщения подъемной трубы с атмосферой, а процесс остановки эрлифта включает предварительное задание величины скорости многокомпонентной смеси в верхней части подъемной трубы морского эрлифта, прекращение подачи сжатого воздуха по воздухопроводу от компрессора к смесителю, контроль величины скорости многокомпонентной смеси в верхней части подъемной трубы морского эрлифта, сравнение контролируемой величины с заданной и достижение их соответствия путем подачи сжатого воздуха от компрессора к верхней части подъемной трубы морского эрлифта, прекращение подачи многокомпонентной смеси к этой части подъемной трубы с одновременным сообщением ее с атмосферой и последующей остановкой компрессора (патент Украины №30188А, кл. F04F 1/00, 2000 г.).

Недостатками наиболее близкого технологического решения является 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, что не позволяет достичь значительного погружения смесителя подъемной трубы морского эрлифта при ведении разработки подводных месторождений полезных ископаемых на значительных океанских глубинах.

Наиболее близким техническим решением является эрлифтная установка для остановки и запуска эрлифта, которая содержит подъемную и подводящую трубы, компрессор, смеситель, воздухоотделитель, основной и оборудованный управляемой задвижкой дополнительный воздухопроводы, при этом верхняя часть подъемной трубы оборудована шибером и предохранительным клапаном, который установлен непосредственно перед местом соединения с дополнительным воздухопроводом, а установленный над шибером и сообщенный с атмосферой всасывающий патрубок оборудован расположенной в его нижней части управляемой задвижкой (патент Украины №30188 А, кл. F04F 1/00, 2000 г.).

Недостатками наиболее близкого технического решения является низкая эффективность запуска эрлифта 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, что не позволяет достичь значительного погружения смесителя подъемной трубы морского эрлифта при ведении разработки подводных месторождений полезных ископаемых на значительных океанских глубинах.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа запуска и остановки морского эрлифта, в котором путем контроля величины подачи морской воды океана в подъемную трубу морского эрлифта в процессе его запуска и величины давления в верхней части подъемной трубы в процессе остановки морского эрлифта обеспечивается возможность снижения уровня расположения смесителя подъемной трубы, в который происходит подача сжатого компрессором воздуха во время функционирования эрлифта на его рабочих характеристиках за счет гарантированного поступления сжатого воздуха в смеситель подъемной трубы вследствие постепенного ее заполнения морской водой океана в процессе запуска эрлифта и существенное снижение уровня морской воды в подъемной трубе морского эрлифта перед его запуском в результате аккумулирования выделенного из рассредоточенной по всей длине подъемной трубы морского эрлифта водовоздушной смеси сжатого воздуха при подаче сжатого компрессором воздуха в верхнюю часть подъемной трубы морского эрлифта в процессе его остановки.

Поставленная задача решается таким образом, что известный способ запуска и остановки морского эрлифта, в котором процесс запуска морского эрлифта включает подачу сжатого воздуха по нагнетательному трубопроводу от компрессора к смесителю подъемной трубы, а процесс остановки морского эрлифта включает прекращение подачи сжатого воздуха по нагнетательному трубопроводу от компрессора к смесителю подъемной трубы, подачу сжатого воздуха от компрессора к верхней части подъемной трубы морского эрлифта и сообщение ее с атмосферой, а также остановку компрессора, который согласно изобретению отличается тем, что в процессе запуска морского эрлифта предварительно задают величину подачи морской воды океана в подъемную трубу морского эрлифта, прекращают сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой, подают сжатый компрессором воздух в верхнюю часть подъемной трубы морского эрлифта, вытесняют сосредоточенную в подъемной трубе морскую воду в океан через подводящую трубу, прекращают подачу сжатого компрессором воздуха в верхнюю часть подъемной трубы после достижения в сосредоточенном в ней сжатом воздухе давления, которое соответствует разнице величин давления в бассейне морской воды океана на уровне погружения смесителя подъемной трубы и рабочего давления компрессора, прекращают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном, возобновляют сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой и одновременно подают сжатый компрессором воздух в смеситель подъемной трубы, после чего обеспечивают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном, контролируют величину подачи морской воды в подъемную трубу морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода морской воды океана в подводящей трубе, а после распространения водовоздушной смеси по всей длине подъемной трубы возобновляют беспрепятственное поступление морской воды океана через подводящую в подъемную трубу, а в процессе остановки морского эрлифта предварительно задают величину давления в верхней части подъемной трубы, контролируют эту величину во время подачи сжатого воздуха от компрессора к верхней части подъемной трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной, а при достижении их соответствия выполняют остановку компрессора, после чего прекращают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном и возобновляют сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования системы для запуска и остановки морского эрлифта, в которой путем введения дополнительных элементов в известную конструктивную схему обеспечивается возможность снижения уровня расположения смесителя подъемной трубы, в который происходит подача сжатого компрессором воздуха во время функционирования эрлифта на его рабочих характеристиках за счет гарантированного поступления сжатого воздуха в смеситель подъемной трубы вследствие постепенного ее заполнения морской водой океана в процессе запуска эрлифта и существенное снижение уровня морской воды в подъемной трубе морского эрлифта перед его запуском в результате аккумулирования выделенного из рассредоточенной по всей длине подъемной трубы морского эрлифта водовоздушной смеси сжатого воздуха при подаче сжатого компрессором воздуха в верхнюю часть подъемной трубы морского эрлифта в процессе его остановки, а также рациональной конфигурации технических средств.

Поставленная задача решается таким образом, что известная система для запуска и остановки морского эрлифта, которая содержит подъемную и подводящую трубы, компрессор с нагнетательным трубопроводом, смеситель подъемной трубы, воздухоотделитель, сообщенный с верхней частью подъемной трубы и нагнетательным трубопроводом дополнительный трубопровод с управляемой задвижкой и сообщенный с воздухоотделителем всасывающий трубопровод, а верхняя часть подъемной трубы морского эрлифта оборудована шибером и предохранительным клапаном, которая согласно изобретению отличается тем, что подводящая труба морского эрлифта содержит поворотный кран, всасывающий трубопровод содержит фильтр и сообщен с заборной системой компрессора, нагнетательный трубопровод компрессора и дополнительный трубопровод оборудованы соответствующими обратными клапанами и управляемыми задвижками, шибер через шарнир и шток соединен с механическим приводом, на верхней части подъемной трубы расположено уплотнение, а датчики определения величин расхода жидкости и давления соединены с подводящей трубой морского эрлифта и верхней частью подъемной трубы соответственно.

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

Система для запуска и остановки морского эрлифта содержит подъемную 1 и подводящую 2 трубы, компрессор 3 с нагнетательным трубопроводом 4, смеситель 5 подъемной трубы 1, воздухоотделитель 6, сообщенный с верхней частью подъемной трубы 1 и нагнетательным трубопроводом 4 дополнительный трубопровод 7, сообщенный с воздухоотделителем 6 всасывающий трубопровод 8, при этом верхняя часть подъемной трубы 1 оборудована шибером 9 и предохранительным клапаном 10, подводящая труба 2 содержит поворотный кран 11, шибер 9 через шарнир 12, шток 13 и муфту 14 соединен с механическим приводом 15, всасывающий трубопровод 8 содержит фильтр 16 и сообщен с заборной системой компрессора 3, нагнетательный трубопровод 4 и дополнительный трубопровод 7 оборудованы соответствующими обратными клапанами 17, 18 и управляемыми задвижками 19, 20, механический привод 15 содержит редуктор 21 и источник механической энергии 22, на верхней части подъемной трубы 1 расположено уплотнение 23, а датчики определения величин расхода жидкости 24 и давления 25 соединены с подводящей трубой 2 и верхней частью подъемной трубы 1 соответственно. Система дополнительно содержит блок управления 26.

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

В процессе запуска морского эрлифта предварительно задают величину подачи морской воды океана в подъемную трубу 1 как основной технологический параметр. Перед запуском системы для запуска и остановки морского эрлифта управляемые задвижки 19 и 20 полностью закрыты, подъемная труба 1 через подводящую трубу 2 и полностью открытый поворотный кран 11 (см. фиг.3) сообщена с бассейном морской воды океана, расположенный между компрессором 3 и управляемой задвижкой 19 участок нагнетательного трубопровода 4 и расположенный между зоной соединения с нагнетательным трубопроводом 4 и управляемой задвижкой 20 участок дополнительного трубопровода 7 заполнены сжатым компрессором 3 воздухом, а верхняя часть подъемной трубы 1 через открытый шибер 9 (см. фиг.2) и воздухоотделитель 6 сообщена с атмосферой.

Блок управления 26 открывает управляемую задвижку 20, с помощью механического привода 15 полностью закрывает шибер 9, а также выполняет запуск компрессора 3. Сжатый компрессором 3 воздух поступает по нагнетательному 4 и дополнительному 7 трубопроводам через открытую управляемую задвижку 20 и обратный клапан 18 в верхнюю часть подъемной трубы 1, а сосредоточенная в ней морская вода вытесняется через смеситель 5, подводящую трубу 2 и полностью открытый поворотный кран 11 в бассейн океана. При этом уплотнение 23 и шарнир 12 обеспечивают высокую эффективность закрытия подъемной трубы 1 шибером 9. После достижения в верхней части подъемной трубы 1 давления, которое соответствует разнице величин давления в бассейне морской воды океана на уровне погружения смесителя 5 подъемной трубы 1 и рабочего давления компрессора 3, определяемого манометром 25, блок управления 26 полностью закрывает поворотный кран 11 и управляемую задвижку 20 и открывает с помощью механического привода 15 шибер 9 и управляемую задвижку 19. Вследствие этого сжатый компрессором 3 воздух по нагнетательному трубопроводу 4 через открытую управляемую задвижку 19 и обратный клапан 17 поступает в смеситель 5 подъемной трубы 1. Пониженный уровень столба морской воды океана в подъемной трубе 1 обеспечивает гарантированную подачу сжатого компрессором 3 воздуха в смеситель 5. Благодаря силе Архимеда, которая действует на сжатый воздух в смесителе 5, он начинает подниматься в сосредоточенной в подъемной трубе 1 морской воде океана. После прохождения определенного времени с момента подачи сжатого компрессором 3 воздуха в смеситель 5, которое соответствует распространению сжатого воздуха по всей заполненной морской водой океана части подъемной трубы 1, блок управления 26 частично открывает поворотный кран 11 и морская вода океана по подводящей трубе 2 через смеситель 5 начинает поступать в подъемную трубу 1. Параллельно с этим блок управления 26 с помощью датчика определения величины расхода жидкости 24 начинает контролировать величину расхода морской воды океана из подводящей трубы 2 в подъемную трубу 1, сравнивает контролируемую величину с заданной и достигает их соответствия путем регулирования величины открытия поворотного крана 11 и соответственно величины расхода морской воды океана в подводящей трубе 2. Постепенное заполнение подъемной трубы 1 морской водой океана обеспечит гарантированное поступление сжатого воздуха в смеситель 5 благодаря постепенному росту давления в нем во время запуска эрлифта. После распространения водовоздушной смеси по всей длине подъемной трубы 1 блок управления 26 полностью открывает поворотный кран 11 и эрлифтная система выходит на свои рабочие характеристики. При работе морского эрлифта обратные клапаны 17 и 18 предотвращают образование в вертикальном участке нагнетательного трубопровода 4 столба морской воды океана.

В процессе остановки морского эрлифта предварительно задают величину давления в верхней части подъемной трубы 1 как основной технологический параметр.

Блок управления 26 открывает управляемую задвижку 20 с одновременным закрытием с помощью механического привода 15 шибера 9, а также управляемой задвижки 19, вследствие чего сжатый компрессором 3 воздух по нагнетательному 4 и дополнительному 7 трубопроводам через открытую управляемую задвижку 20 и обратный клапан 18 поступает в верхнюю часть подъемной трубы 1. Параллельно с этим блок управления 26 с помощью датчика определения величины давления - манометра 25 начинает контролировать величину давления в верхней части подъемной трубы 1, сравнивает контролируемую величину с заданной, а при достижении их соответствия выполняет остановку компрессора 3, после чего полностью закрывает поворотный кран 11 и управляемую задвижку 20 с последующим открытием с помощью механического привода 15 шибера 9. Предохранительный клапан 10 предотвращает возникновение опасных высоких динамических колебаний давления в дополнительном 7 и нагнетательном 4 трубопроводах в процессе остановки морского эрлифта.

Повторный запуск системы для запуска и остановки морского эрлифта происходит по приведенной выше технологии за исключением технологической операции снижения уровня морской воды океана в подъемной трубе 1 путем подачи сжатого компрессором 3 воздуха по нагнетательному 4 и дополнительному 7 трубопроводам через открытую управляемую задвижку 20 и обратный клапан 18 в верхнюю часть подъемной трубы 1.

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 смесителя подъемной трубы и повышения 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 остановки морского эрлифта. Способ запуска и остановки морского эрлифта, в котором процесс запуска включает подачу сжатого воздуха по нагнетательному трубопроводу от компрессора к смесителю подъемной трубы, а процесс остановки включает прекращение подачи сжатого воздуха по нагнетательному трубопроводу от компрессора к смесителю подъемной трубы, подачу сжатого воздуха от компрессора к верхней части подъемной трубы морского эрлифта и сообщение ее с атмосферой, а также остановку компрессора. В процессе запуска морского эрлифта предварительно задают величину подачи морской воды океана в подъемную трубу морского эрлифта, прекращают сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой, подают сжатый компрессором воздух в верхнюю часть подъемной трубы морского эрлифта, вытесняют сосредоточенную в подъемной трубе морскую воду в океан через подводящую трубу, прекращают подачу сжатого компрессором воздуха в верхнюю часть подъемной трубы после достижения в сосредоточенном в ней сжатом воздухе давления, прекращают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном, возобновляют сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой и одновременно подают сжатый компрессором воздух в смеситель подъемной трубы. После чего обеспечивают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном, контролируют величину подачи морской воды в подъемную трубу морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода морской воды океана в подводящей трубе. А после распространения водовоздушной смеси по всей длине подъемной трубы возобновляют беспрепятственное поступление морской воды океана через подводящую в подъемную трубу. А в процессе остановки морского эрлифта предварительно задают величину давления в верхней части подъемной трубы, контролируют эту величину во время подачи сжатого воздуха от компрессора к верхней части подъемной трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной, а при достижении их соответствия выполняют остановку компрессора. После чего прекращают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном и возобновляют сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ запуска и остановки морского эрлифта, в котором процесс запуска морского эрлифта включает подачу сжатого воздуха по нагнетательному трубопроводу от компрессора к смесителю подъемной трубы, а процесс остановки морского эрлифта включает прекращение подачи сжатого воздуха по нагнетательному трубопроводу от компрессора к смесителю подъемной трубы, подачу сжатого воздуха от компрессора к верхней части подъемной трубы морского эрлифта и сообщение ее с атмосферой, а также остановку компрессора, отличающийся тем, что в процессе запуска морского эрлифта предварительно задают величину подачи морской воды океана в подъемную трубу морского эрлифта, прекращают сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой, подают сжатый компрессором воздух в верхнюю часть подъемной трубы морского эрлифта, вытесняют сосредоточенную в подъемной трубе морскую воду в океан через подводящую трубу, прекращают подачу сжатого компрессором воздуха в верхнюю часть подъемной трубы после достижения в сосредоточенном в ней сжатом воздухе давления, которое соответствует разнице величин давления в бассейне морской воды океана на уровне погружения смесителя подъемной трубы и рабочего давления компрессора, прекращают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном, возобновляют сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой и одновременно подают сжатый компрессором воздух в смеситель подъемной трубы, после чего обеспечивают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном, контролируют величину подачи морской воды в подъемную трубу морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода морской воды океана в подводящей трубе, а после распространения водовоздушной смеси по всей длине подъемной трубы возобновляют беспрепятственное поступление морской воды океана через подводящую в подъемную трубу, а в процессе остановки морского эрлифта предварительно задают величину давления в верхней части подъемной трубы, контролируют эту величину во время подачи сжатого воздуха от компрессора к верхней части подъемной трубы морского эрлифта, сравнивают контролируемую величину с заданной, а при достижении их соответствия выполняют остановку компрессора, после чего прекращают сообщение подъемной трубы через подводящую трубу с океаном и возобновляют сообщение верхней части подъемной трубы с атмосферой.2. Система для запуска и остановки морского эрлифта, которая содержит подъемную и подводящую трубы, компрессор с нагнетательным трубопроводом, смеситель подъемной трубы, воздухоотделитель, сообщенный с верхней частью подъемной трубы и нагнетательным трубопроводом дополнительный трубопровод с управляемой задвижкой и сообщенный с воздухоотделителем всасывающий трубопровод, а верхняя часть подъемной трубы морского эрлифта оборудована шибером и предохранительным клапаном, отличающаяся тем, что подводящая труба морского эрлифта содержит поворотный кран, всасывающий трубопровод содержит фильтр и сообщен с заборной системой компрессора, нагнетательный трубопровод компрессора и дополнительный трубопровод оборудованы соответствующими обратными клапанами и управляемыми задвижками, шибер через шарнир и шток соединен с механическим приводом, на верхней части подъемной трубы расположено уплотнение, а датчики определения величин расхода жидкости и давления соединены с подводящей трубой морского эрлифта и верхней частью подъемной трубы соответственно.