СПОСОБ ГЛУБИННОГО ПРОМОРАЖИВАНИЯ ДОННОГО ГРУНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК G01N1/04 

Изобретение относится к промораживанию и отбору проб донных осадков при поисково-разведочных работах на твердые полезные ископаемые в океане на глубинах до 6000 м и более, и подъему значительных масс как донного грунта, так и металлов, например затонувших судов.

Известен глубоководный пробоотборник «Спрут-1» - патент РФ N2047120, включающий коробчатую раму с продольными щеками и крышками, установленными с возможностью перекрытия внутренних поверхностей челюстных захватов при погружении ковша в раскрытом положении, систему блоков с замыкающими тросами, спусковую скобу-сбрасыватель, при этом он снабжен балластными грузами, закрепленными на продольных щетках и крышках рамы и расположенных по всему пространству между ними и внутренними поверхностями челюстных захватов в раскрытом положении ковша, снабженного установленной по его центру выше полости ковша перегородкой. Недостатком пробоотборника является то, что отбор пробы производится механическим способом, а потому имеет низкую надежность и производительность, и, как следствиеЮ, высокую себестоимость единицы массы поднятого грунта.

Целью изобретения является снижение себестоимости единицы массы поднимаемого груза.

Указанная цель достигается тем, что донный грунт в месте его отбора накрывается теплоизоляционной гибкой оболочкой, имеющей форму, например усеченного конуса, который по нижнему основанию поджимается к грунту равномерно распределенной нагрузкой. После этого происходит образование градиента температур между окружающей средой и внутренним объемом накрытой на грунт гибкой теплоизоляционной оболочкой. При этом включается периферийный испаритель, который за счет замораживания нижнего основания оболочки образует между оболочкой и грунтом охлаждаемый объем. После образования охлаждаемого объема он уменьшается в объеме за счет удаления из него воды в воздушную емкость путем открытия клапана. Гибкая оболочка через центральный испаритель внешним давлением прижимается к донному грунту, сокращая охлаждаемый объем. При включении центрального испарителя замораживание продолжается по всей поверхности оболочки. После достижения заданного значения промерзания грунта производится его подъем на корабль без выключения испарителей.

На фиг. 1, 2, 3 показано устройство, реализующее предложенный способ. Оно содержит гибкую оболочку 2, содержащую теплоизоляционный слой 10, расположенную на донном грунте 1. С внутренней стороны к оболочке закреплены гибкий периферийный испаритель 6 и гибкий центральный испаритель 7, которые могут иметь, например, сильфонную форму. С наружной стороны оболочки по центру расположен герметичный контейнер 3, внутри которого находятся холодильная установка (условно не показана), агрегаты которой посредством энергетических связей 8 связаны с периферийным, центральным испарителями, и газовый или вакуумный баллон 9, объем которого посредством клапана 12 и отверстия 11 связан с охлаждаемым объемом, расположенным между гибкой оболочкой 2 и донным грунтом 1. Балластные грузы 4, например, шаровидной формы имеют некоторую степень свободы по наружной поверхности гибкой оболочки и расположены по ее периферии. Опускание и подъем устройства осуществляется с помощью троса 13 и строп 5, причем одна из строп с целью облегченного отрыва промерзшего грунта имеет по отношению к другим меньшую длину.

Работа устройства заключается в том, что при опускании на донный грунт устройства оно за счет балластных грузов контактирует с донным грунтом, повторяя его рельеф. При включении периферийного испарителя происходит образование охлаждаемого объема за счет промерзания и герметизации гибкой оболочки по кривой ее непосредственного контактирования с донным грунтом. Ввиду того, что объем оболочки через клапан связан с баллоном, содержащим воздух низкого давления, то при открытии клапана 12 происходит уменьшение охлаждаемого объема. И при включении центрального испарителя происходит смерзание гибкой оболочки, испарителей, и промерзание донного грунта на глубину в зависимости от времени нахождения устройства на грунте. При достижении заданного промерзания грунта производят его подъем при работающих испарителях.

Для поднятия со дна стальных предметов вместо балластных грузов на гибкой оболочке крепятся грузоподъемные электромагниты, например согласно патентов РФ N2309887, 2243142.

Для опускания устройства в заданную точку донного грунта используются видеокамеры.

Группа изобретений относится к промораживанию и отбору проб донных осадков при поисково-разведочных работах на твердые полезные ископаемые в океане на глубинах до 6000 м и более, и подъема значительных масс как донного грунта, так и металлов, например затонувших судов. Промораживание донного грунта производят с образованием градиента температур между окружающей средой и внутренним объемом накрытой на грунт гибкой теплоизоляционной оболочкой. Замораживание объема оболочки и грунта под действием отрицательных температур производят сначала по периметру оболочки путем включения периферийного испарителя. Затем сокращают охлаждаемый объем при открытии клапана на газовом баллоне. Продолжают замораживание по всей поверхности оболочки путем включения центрального испарителя до момента смерзания оболочки и грунта при достижении заданной глубины промерзания. Устройство содержит гибкую теплоизоляционную оболочку, которая имеет форму усеченного конуса. С внутренней стороны к оболочке закреплены периферийный и центральный испарители, имеющие сильфонную форму. С наружной стороны оболочки, по ее периферии, расположены балластные грузы. По центру оболочки расположен герметичный контейнер с холодильной установкой и газовым баллоном. При этом баллон через клапан связан с объемом, образованным между оболочкой и грунтом. Обеспечивается повышение производительности и надежности работы устройства. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ глубинного промораживания донного грунта, включающий образование градиента температур между окружающей средой и внутренним объемом накрытой на грунт гибкой теплоизоляционной оболочкой, поджимаемой по периметру к грунту равномерно распределенной нагрузкой в виде балластных грузов, при этом замораживание объема оболочки и грунта под действием отрицательных температур производят сначала по периметру оболочки путем включения периферийного испарителя, закрепленного с внутренней стороны оболочки, затем сокращают охлаждаемый объем при открытии клапана на газовом баллоне и продолжают замораживание по всей поверхности оболочки путем включения центрального испарителя, закрепленного с внутренней стороны оболочки, до момента смерзания оболочки и грунта при достижении заданной глубины промерзания.

2. Устройство глубинного промораживания донного грунта за счет возникновения градиента температур между окружающей средой и внутренним объемом гибкой теплоизоляционной оболочкой, имеющей форму усеченного конуса и расположенной на донном грунте, при этом с внутренней стороны к оболочке закреплены периферийный и центральный испарители, имеющие сильфонную форму, с наружной стороны оболочки, по ее периферии, расположены балластные грузы, а по центру оболочки расположен герметичный контейнер с холодильной установкой и газовым баллоном, который через клапан связан с объемом, образованным между оболочкой и грунтом.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве балластных грузов на гибкой оболочке используют грузоподъемные электромагниты.