СИРОТЫ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ И ДОБЫЧИ ГРУНТА СО ДНА ВОДОЁМА ГРЕЙФЕРОМ Российский патент 2016 года по МПК B66C3/16 

Изобретение относится к технологии разработки и добычи грунтов со дна водоемов.

Известны способы разработки и добычи грунтов со дна водоемов с помощью земснарядов - см., напр., интернет ПРИНЦИП РАБОТЫ ЗЕМСНАРЯДА.

Недостатком традиционных земснарядов является ограничение глубины их функционирования, не превышает 50 метров. Вместе с тем достаточно распространенными являются ситуации, когда разработку грунта требуется осуществлять в водоемах глубиной, значительно большей - до 100 метров и даже более.

Распространенными для таких условий являются грейферные технологии (см., напр., интернет Компания Гидрострой Работы и услуги, или Катамаранные грейферные земснаряды Rohr Bagger GmbH).

Однако грейферные технологии имеют недостаток, заключающийся в том, что объем энергии, требуемой для ее осуществления значительно возрастает в силу не только количественного фактора расхода этой энергии, но и ее существенных потерь при разрыве равномерности технологического процесса. Т.е., когда грейфер опускается на дно водоема под действием собственного веса, продолжение подачи электрической энергии на электрооборудование добычного комплекса (даже при снижении этой подачи на время опускания грейфера) сопряжено с потерями этой электроэнергии в процессе всех процедур регулирования этой переменной во времени подачи. Не говоря о технологическом усложнении всего электроснабжения этого комплекса. Но данный существенный негатив остается и даже возрастает, если добычной комплекс имеет вместо электроснабжения иное автономное энергоснабжение, например при обеспечении его дизельным оборудованием. Ибо неравномерность выработки энергии, требуемой для работы добычного комплекса, невозможна без увеличения энергозатрат, вызываемых неравномерностью использования вырабатываемой энергии.

Техническим результатом изобретения является устранение указанного недостатка прототипа либо, как минимум, существенное его уменьшение.

Технический результат достигается тем, что в способе разработки и добычи грунта со дна водоема грейфером, включающем опускание грейфера тросом на дно водоема, загрузку грейфера грунтом в процессе сближения его челюстей вследствие вертикального усилия вверх троса/тросов или работы соответствующих механизмов внутри грейфера/на грейфере, подъем грейфера выше уровня воды и разгрузку поднятого им грунта в транспортное средство/разгрузочную площадку, согласно изобретению цикл работы грейфера начинается с установки и прикрепления на его челюсти с их внешней стороны минимум одного сосуда со сжатым воздухом на каждую челюсть/на челюсти, при этом воздух из сосуда/сосудов через соответствующий канал/каналы может проходить в герметичные карманы, прикрепленные к внешней поверхности челюстей, а герметичные карманы надувают воздухом в конце процесса загрузки/сразу после загрузки грейфера грунтом, причем после выхода грейфера из воды воздух из карманов выпускают, а после разгрузки грунта из грейфера сосуды снимают с его челюстей, заменяя их новыми сосудами с закачанным в них воздухом.

Сущность решения поясняется чертежами фиг. 1-13, где представлена последовательность осуществления предлагаемого способа в пределах работы его в одном цикле, который в дальнейшем повторяется требуемое количество раз. На фигуре 1 показано положение грейфера в предцикловом состоянии. Начало цикла представлено на фигуре 2, а его финал - на фигуре 12, определяющего возвращение в предцикловое состояние - аналогичное ситуации, представленной на фигуре 1. Для должного понимания дальнейшего объяснения сути решения соответствующими позициями на чертеже обозначены конструктивные элементы, участвующие в обеспечении предлагаемого способа добычи грунта со дна водоема. Это обозначение выполнено на фигуре 1 в упрощенном виде, необходимом и достаточном для указанного понимания. На остальных фигурах такое обозначение пропущено без повторения позиций деталей, суть которых понятна и без этих позиций. Схема всего конструктивного устройства представлена в простейшем изложении, естественно предполагающем наличие целого ряда других элементов и деталей, которые могут быть либо отсутствовать, или же представляться в иных вариациях своего осуществления. Кое-что на этот счет будет далее сказано при изложении работы предлагаемого способа.

Возвращаясь к вышеупомянутым конструктивным элементам, необходимо отметить следующие из них - челюсти 1 грейфера, трос 2, герметичные карманы 3, устроенные на внешней поверхности челюстей 1, патрубок/штуцер 4, встроенный в карман 3, сосуды 5 (фиг. 2) со сжатым воздухом внутри них. К сказанному следует добавить, что ни один из указанных конструктивных элементов не является чем-то дефицитным или же трудноосуществимым, потому что все названное является массово применяемым во множестве технологических процессов разных производств. В этом смысле обращаем особое внимание на устройство герметичного кармана 3, требующего гибкий воздухонепроницаемый материал, о чем еще скажем несколько подробнее ниже. Относительно сосудов 5 также будет дано пояснение с учетом общего изложения предлагаемой технологии. Что касается грейфера в целом, (для простоты изложения сути предлагаемого решения) его механизацию условно не показываем, утверждая, что она (механизация) может осуществляться различными известными конструктивно-технологическими приемами. Эти же соображения относятся к самому грейферу в целом, устройство которого не исключает варианты, где количество челюстей может быть более двух, показанных на представленном чертеже. Многотросовым может быть и такелаж грейфера. Относительно всего остального технологического комплекса, обеспечивающего работу грейфера, необходимо отметить, что условное отсутствие этого оборудования на чертеже также вызвано упрощением изложения предлагаемого способа. Т.е., для максимальной ясности сути этого решения, полагая, что указанный комплекс может быть выполнен разным образом - электрическим, дизельным, плавучим с разгрузкой добываемого грунта на плавсредство самого же добычного комплекса, с разгрузкой на специальные транспортные средства, либо на разгрузочную площадку, размещенную на берегу. Этот перечень технологических вариаций можно продолжить в разных сочетаниях факторов и обстоятельств, наиболее целесообразных в конкретных условиях. Но во всех случаях предлагаемый способ разработки и добычи грунта со дна водоема грейфером сохраняется в предлагаемом формулировании его особенностей.

Осуществляется предлагаемый способ следующим образом.

На фигуре 1 показано (как выше отмечено) предцикловое положение грейфера, где он пребывает в раскрытом состоянии, т.е., челюсти 1 максимально разведены, но для опускания грейфер еще не готов, ибо на нем отсутствуют сосуды 5 со сжатым воздухом. Поэтому именно установка сосудов 5 на челюсти 1 (показано на фигуре 2) обозначает и определяет начало цикла работы при осуществлении предлагаемого способа разработки и добычи грунта со дна водоема грейфером. После установки сосудов 5 грейфер опускают (фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5) на дно водоема. Следующая процедура - наполнение грейфера грунтом, для чего его челюсти 1 получают горизонтальное усилие (фиг. 6). Завершается этот процесс полным закрытием грейфера (фиг. 7). После чего (или же начиная уже с завершения загрузки грейфера) сжатый воздух из сосудов 5 выпускается в герметичные карманы 3, которые надуваются, придавая грейферу согласно закону Архимеда соответствующую подъемную силу (фиг.8). Что естественным образом создает чрезвычайно важный позитив, проявляющийся в уменьшении нагрузки подъема грейфера со дна водоема, увеличивая при этом скорость его подъема. Этот же позитив в еще большем смысле проявляется в том, что весь добычной комплекс не теряет свой мощностный параметр, потеря которого в прототипе доходит до 50% и даже более. Об этом еще скажем несколько подробнее. А пока продолжим рассмотрение дальнейшего осуществления рассматриваемого цикла, при выходе грейфера за пределы водного массива (фиг. 9, фиг. 10). Понятно, что в этом случае подъемная сила надутых карманов прекращается, поэтому нет надобности сохранять это состояние карманов, и воздух из них выпускается, в результате чего они возвращаются в исходное (сдутое) состояние. Грейфер поднимается до требуемого уровня. Имеется в виду уровень, на котором производится его разгрузка (фиг. 11). После чего приводят его в предцикловое состояние, удалив с него сосуды 5 (фиг. 12), т.е., получаем положение, идентичное тому, что показано на фиг. 1. В итоге рассмотренный технологический цикл предлагаемого способа разработки и добычи грунта со дна водоема грейфером завершен, и мы получили исходное положение для начала следующего цикла, который начинается с установки на челюсти грейфера сосудов 5 со сжатым воздухом. Т.е., получаем ситуацию, представленную на фигуре 13, идентичную положению на фигуре 2, с продолжением всех вышеизложенных процедур.

Мы изложили главные особенности предлагаемого способа. Для более полной необходимости и достаточности освещения этого решения добавим пояснения его позитивов, которые естественным образом уже заложены в сущности вышепредставленных соображений, но требуют некоторой детализации.

Ибо, когда мы говорим, естественным образом уже заложены в сущности вышепредставленных соображений, эта естественность выражена в эффективности обеспечения возможности ускорения подъема груженного грунтом грейфера. Т.е., максимальной возможности использования в требуемых пределах подъемной силы закона Архимеда. Но одной констатации этого позитивного обстоятельства недостаточно для доказательства достижения поставленной цели данного изобретения. Так как указанный позитив не самоцель, а средство обеспечения максимального снижения энергопотребления для осуществления грейферного способа разработки и добычи грунта со дна водоема. Имеется в виду следующее.

Добычной комплекс, энергопотребляющая часть которого на нашем чертеже условно не показана, при использовании нашего способа функционирования требует создания соответствующего компрессора, сжимающего воздух, и ресивера/ресиверов, в которые сжатый воздух будет поступать. Не исключено, что такой компрессорно-ресиверный агрегат на существующих добычных комплексах уже может присутствовать, в этом случае он будет использован для потребностей нашей технологии. Если же такового не будет, либо он будет недостаточен по мощности, мы его создадим, либо соответственно увеличим существующую компрессорно-ресиверную мощность.

Ради чего это все делается?

Для превращения компрессорно-ресиверный агрегата в аккумулятор энергии и мощности, которые в традиционных способах грейферной технологии являются бросовыми. Прежде всего имеется в виду теряемая мощность добычного комплекса во время опускания грейфера под собственным весом на дно водоема. Т.е., практически 50% времени рабочего технологического процесса энергетическое оборудование традиционного грейферного добычного комплекса работает вхолостую, теряя не только половину своего мощностного ресурса, но и теряя абсолютно бесполезно значительную часть энергоносителей в общем объеме энергоресурса, требуемого для его функционирования.

Чего добиваемся мы, осуществляя предлагаемый способ разработки и добычи грунта на дне водоемов с использованием указанного компрессорно-ресиверного агрегата?

Не повторяя вышеизложенного объяснения сущности предлагаемого способа, утверждаем, что большую часть указанных потерь прототипа мы устраняем. Говоря большую часть, ориентировочно оцениваем ее порядка 80÷90% вышеуказанных потерь, ибо 20÷10% уйдет на работу самого компрессорно-ресиверного агрегата. Имеется в виду ликвидация потери ресурса мощности во время опускания грейфера на дно водоема, в течение которого энергоагрегаты добычного комплекса работают вхолостую. Естественно, наше предварительное суждение на этот счет требует соответствующей конструкторско-технологической проработки и экспериментальной проверки, которые дадут более обоснованные показатели. Но даже если наши предположения будут уточнены с двойным их понижением, оставшиеся 40÷45% уменьшения указанных потерь это чрезвычайно высокий показатель, к которому не может приблизиться ни один из известных способов грейферных технологий.

Представленные соображения естественным образом предполагают, частично об этом сказано, что ни один из требуемых для данной технологии фактор приобретения или изготовления требуемых деталей, конструкций, агрегатов и целых комплексов этих требующихся изделий не вызывают и не создают нерешаемых или труднорешаемых ситуаций или проблем. Более того, доступная возможность осуществления нашего решения существенно упрощает и традиционные добычные грейферные комплексы, упрощая и уменьшая затраты на процедуры, связанные с использованием энергоносителей, требующихся для работы добычного комплекса. Например, если этот комплекс оборудован дизельным энергоагрегатом, нет надобности доказывать уникальную позитивность того, что на одной и той же заправке дизтопливом, в сравнении с традиционным подходом, этот комплекс обеспечит добычу грунта на 20÷22% больше. Причем с увеличением глубины водоема этот показатель будет возрастать, ибо увеличивается время холостой работы добычного комплекса, которое мы используем для полезной аккумуляции энергоресурса, бесполезно теряемого и выбрасываемого нынешними грейферными технологиями.

Необходимо дать дополнительные соображения относительно устройства на внешней боковой поверхности челюстей 1 грейфера герметичных карманов 3. Нет надобности доказывать, что обеспечение этого существенного признака может осуществляться множеством механико-конструктивных приемов, базирующихся на общем для них всех свойстве - менять геометрию кармана требуемым образом в требуемых пределах, обеспечивая надежное пребывание в требуемом объеме воздуха, нагнетаемого в этот объем компрессором. 20-й и уже 21-й век свидетельствуют о достижениях и надежности этого специфичного вида технологии, которая не только массово распространена на земле, под землей, на воде, под водой, но уже осваивается в космических аппаратах, причем не ограничивая себя геометрическими параметрами, значительно превосходящими земные надувные устройства. Все это к тому чтобы, утверждая неограниченные вариации относительно устройства герметических карманов в нашем способе разработки и добычи грунтов на дне водоемов, была понятна уникальность нашего конкретного технологического приема, который единственный присущ заявляемому способу - во всем многообразии и множестве надувных технологий. И эта уникальность усугубляется не только самим герметичным карманом, но и рядом дополнительных технологичных приемов, обеспечивающих требуемую работу кармана для достижения поставленной цели изобретения. Причем уникальным фактором нашего решения в грейферной технологии разработки и добычи грунтов на дне водоема является сама цель данного изобретения, усиливающая и обосновывающая уникальность и новизну данного изобретения. Т.е., взаимообразно, именно пользование герметичными надувными карманами в сочетании с остальными существенными заявленными признаками обеспечивают достижение этой цели. Повторяем и подчеркиваем, именно в грейферной технологии, остающейся до сих пор в недостижимости поставленной нами цели данного изобретения, и принципиально пребывающей на неизменном уровне, начиная с самого начала появления этой технологии. Первые соображения об устройстве грейфера относится к началу 16-го века, идею устройства которого предложил Леонардо да Винчи (см. Интернет Грейферный ковш.). Что касается непосредственно вариантов устройства нашего герметичного кармана, повторяем в очередной раз - вариации здесь не ограничены, при неукоснительном сохранении технологического принципа, выше изложенного. Естественно это не исключает и не ограничивает возможность дальнейшего развития и совершенствования этого принципа, но пока заявленный нами способ остается единственным - до тех пор, пока не будет доказано обратного. Так что любой вариант герметичного кармана годится для нашего способа. И проблема лишь в том, чтобы из множества возможных вариантов выявить наиболее эффективный и целесообразный, во всех смыслах этих понятий. Т.е., необходимы поисково-экспериментальные проработки и исследования, которые позволят выбрать оптимальное решение. Например, не исключено, что герметичный карман будет создаваться в виде отдельного надувного резинового либо пластмассового изделия, которое будет простейшими и надежнейшими способами прикрепляться к челюстям грейфера.

Кроме технологии с герметичными надувными карманами, необходимо особо отметить работу с сосудами 5, являющимися технологическими элементами продолжения использования аккумуляции энергии, осуществляемой на вышеупомянутом компрессорно-реверсивном оборудовании рассматриваемого нами добычного грейферного комплекса. Т.е., осуществляя начальную централизованную аккумуляцию энергии через сжатие воздуха, в дальнейшей технологической цепочке распределяем использование этой аккумулированной энергии с помощью сосудов 5, в которые нагнетаем требуемое количество воздуха с требуемым уровнем давления. Из чего следует, что давление воздуха в сосудах 5 определяется глубиной дна водоема, с которого производятся подъем загруженного грунтом грейфера. Т.е., если, например, эта глубина 100 метров, давление воздуха в сосуде 5 должно быть таковым, чтобы обеспечить требуемый объем надувания герметичного кармана, для чего потребуется давление внутри него не менее 10 атмосфер. При этом после надувания кармана 3 внутри самого сосуда 5 остаточное давление должно быть также не менее 10 атмосфер. Представленный краткий численный анализ свидетельствует, что для современного компрессорно-рессиверного оборудования эти параметры давления не представляют ни сложностей для его обеспечения, ни каких-либо иных затруднений использования этого оборудования.

Сказанное в равной степени относится и к технологии использования сосудов 5, имея в виду не только все процедуры их заполнения сжатым воздухом, но и способы их установки на челюсти 1 грейфера, а также их смену и замену при каждом завершении цикла предлагаемой технологии. В качестве иллюстрации, в упрощенном виде, мы показали вариант, где сосуд 5 присоединяется к челюсти 1 грейфера и к закрепленному на ней герметичному карману 3 через штуцер 4. При этом имеется в виду, что все технологические процедуры этого процесса осуществляются соответствующими приспособлениями, работающими в режиме автоматов, не требующих непосредственного ручного труда. На современном научно-техническом уровне решение этой задачи является вполне реальным делом, не содержащим в себе ни одной не только неразрешимой, но даже и трудноразрешимой проблемы. Хотя, безусловно, требуемый комплекс конструкторско-технологического обеспечения немыслим без высокой квалификации, как при изготовлении этого комплекса, так и в процессе его эксплуатации. Но это уже культура и уровень цивилизованности производства, без которого в 21-м веке ничего путного не сделаешь. Наше же решение нацелено на беспрецедентный результат в грейферной глубоководной технологии разработки и добычи грунта со дна водоемов. Поэтому указанные требования технологической культуры и цивилизованности к осуществителям нашего способа должны быть соответствующими.

В развитие сказанного и в порядке заключения всего описания предлагаемого решения необходимо отметить следующее.

Работа карманов 3 сопряжена с изменением давления на них массива воды. На самом дне это давление максимальное, а затем по мере подъема грейфера оно буде уменьшаться, становясь нулевым при выходе из воды. Из этого следует, что внутреннее давление воздуха в карманах 3, по мере уменьшения внешнего давления воды на них, будет увеличивать растягивающие усилия, в том числе и иные усилия в иных вариантах конструктивного решения этих карманов, например могут возникать изгибные усилия при определенных решениях карманов, когда кроме гибких элементов в них будут присутствовать жесткие вставки. Ясно также, что указанное увеличение усилий в конструктивных элементах карманов 3 крайне нежелательно, не говоря уже о том, что при больших глубинах водоемов воспринимать эти усилия вообще практически будет невозможно. Либо же вся затея уменьшения энергии для подъема грейфера со дна водоема перечеркивается неприемлемым утяжелением конструкции карманов 3. Следовательно, чтобы избежать указанного негатива, необходимо регулировать давление воздуха внутри карманов 3. Т.е., давление воздуха внутри карманов 3 должно уменьшаться по мере подъема грейфера синхронно уменьшению внешнего давления воды на эти карманы. Понятно, этот процесс должен быть автоматизирован, что для современного научно-инженерного уровня не является нерешаемой задачей. Все сказанное относится и ко всем процедурам заполнения карманов 3 воздухом, поступающим из сосудов 5. В том смысле, прежде всего, что при современных информационных технологиях задачи данного типа решаются массово с обеспечением высокой производительности и высокой надежности. Так что работа добычного грейферного комплекса по нашей технологии, которая постоянно связана с изменением глубины, на которую опускается грейфер, не вызывает никаких осложнений либо затруднений, связанных с изменением давления воды на карманы 3. Однако повторимся и подчеркиваем особо, что предлагаемая технология требует соответствующей квалификации персонал, который будет обслуживать эту технологию и будет на ней работать.

И самое последнее.

Особо подчеркиваем и повторяем, что вариации использования известных конструктивных и технологических приемов, при конкретном осуществлении предлагаемого изобретения, неограниченны. Но суть нашего решения при этом остается неизменной, что зафиксировано в описании и в формуле изобретения. Неизменным остается и принцип использования в предлагаемом способе закона Архимеда, известного человечеству более 22-х столетий. Однако этот известнейший закон мы облекли в новую, не известную технологическую последовательность. Поэтому никакие иные решения, также работающие с использованием закона Архимеда, не могут быть противопоставлены нашему изобретению. В качестве примера таковой неправомерности можно привести изобретение РФ патент РФ 2426883, который не только не содержит заявляемых нами существенных отличий, но и в силу объективных, специфичных именно для этого патента, причин не может приниматься даже в качестве прототипа нашего изобретения. Аналогичные примеры можно продолжить, внедряясь в соответствующий поиск, но это (пока лишь предположение, ибо не исключено, что нам не все известно) не может поколебать новизну и эффективность нашего изобретения.

Изобретение относится к технологии разработки и добычи грунтов со дна водоемов. Для разработки и добычи грунта со дна водоема грейфером опускают грейфер тросом на дно водоема, загружают грейфер грунтом в процессе сближения его челюстей вследствие вертикального усилия вверх троса/тросов или работы соответствующих механизмов внутри грейфера/на грейфере, подъем грейфера выше уровня воды и разгрузку поднятого им грунта в транспортное средство или разгрузочную площадку. Цикл работы грейфера начинают с установки и прикрепления на его челюсти с их внешней стороны минимум одного сосуда со сжатым воздухом на каждую челюсть/на челюсти. Воздух из сосуда/сосудов через соответствующий канал/каналы может проходить в герметичные карманы, прикрепленные к внешней поверхности челюстей, а герметичные карманы надувают воздухом в конце процесса загрузки или сразу после загрузки грейфера грунтом. После выхода грейфера из воды воздух из карманов выпускают, а после разгрузки грунта из грейфера сосуды снимают с его челюстей, заменяя их новыми сосудами с закачанным в них воздухом. Достигается уменьшение энергозатрат. 13 ил.

Способ разработки и добычи грунта со дна водоема грейфером, включающий опускание грейфера тросом на дно водоема, загрузку грейфера грунтом в процессе сближения его челюстей вследствие вертикального усилия вверх троса/тросов или работы соответствующих механизмов внутри грейфера/на грейфере, подъем грейфера выше уровня воды и разгрузку поднятого им грунта в транспортное средство/разгрузочную площадку, отличающийся тем, что цикл работы грейфера начинается с установки и прикрепления на его челюсти с их внешней стороны минимум одного сосуда со сжатым воздухом на каждую челюсть/на челюсти, при этом воздух из сосуда/сосудов через соответствующий канал/каналы может проходить в герметичные карманы, прикрепленные к внешней поверхности челюстей, а герметичные карманы надувают воздухом в конце процесса загрузки/сразу после загрузки грейфера грунтом, причем после выхода грейфера из воды воздух из карманов выпускают, а после разгрузки грунта из грейфера сосуды снимают с его челюстей, заменяя их новыми сосудами с закачанным в них воздухом.