УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДЪЕМА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ СО ДНА ОКЕАНА Советский патент 1994 года по МПК E21C50/00 

Изобретение относится к техническим средствам трубопроводного транспортирования добываемых на дне океана полезных ископаемых на плавсредство.

Известны трубопроводные системы подъема полезных ископаемых со дна океана, основным общим признаком которых является подвешенный на плавсредство трубный став, связанный своим нижним свободным концом с добычным оборудованием, например агрегатов сбора железомарганцевых конкреций.

Общим недостатком этих систем является возможность потери трубного става из-за его обрыва вместе с присоединенным к нему добычным оборудованием. Этот недостаток связан с тем, что трубный став представляет собой очень напряженную конструкцию, которая подвергается кроме значительных статических нагрузок от собственного веса еще и динамическим, в том числе колебательным нагрузкам, вызываемым движением и качкой плавсредства, воздействием течений и добычного донного оборудования и другими факторами. Трубный став со свободным концом всегда неустойчивый - нижний конец его совершает автоколебания, что значительно ухудшает прочностные свойства трубного става. Кроме того, этот недостаток усугубляется тем, что все негативные факторы силового и других (коррозия, усталостность, эрозия и т. п. ) воздействий на трубный став невозможно спрогнозировать и выявить с достаточной степенью полноты и достоверности для всех реальных условий эксплуатации, включая штормовые условия. Известные мероприятия по предотвращению обрыва и потери трубного става: утолщение стенок, применение высококачественных легированных сталей, а также титана, разгрузка поплавками, применение на плавсредстве компенсаторов качки и другие до конца задачу не решают, так как не компенсируют напряжения, вызываемые изгибом трубного става, постоянно изменяющего свою конфигурацию в пространстве при движении в толще воды, а также низко- и высокочастотными колебаниями и другими постоянными случайными факторами.

Известно также устройство для добычи твердых полезных ископаемых со дна водоема, содержащее подвешенный на плавсредстве трубный став, нижний конец которого соединен гибким трубопроводом с агрегатом сбора конкреций и посредством гибкой тяги (каната), параллельной оси трубопровода, с лебедкой, установленной на плавсредстве.

Недостаток этого устройства заключается в том, что при обрыве трубного става его канатная связь с плавсредством не предотвращает падение на дно и практически не позволяет осуществить последующий подъем на плавсредство оторвавшейся части при ее значительных весогабаритных характеристиках, например при длине оторвавшейся части несколько километров.

Цель изобретения - повышение надежности устройства за счет предотвращения потери трубного става при его обрыве.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (пунктиром показан вариант исполнения перемычки для четырех гибких тяг); на фиг. 3 - место 1 на фиг. 1; на фиг. 4 - общий вид нижней части устройства в другом варианте исполнения; на фиг. 5 - то же, вид сбоку;
Устройство содержит трубный став 1, состоящий из трубных секций 2 и установленного на нем технологического, например эрлифтного, оборудования. Нижний конец трубного става 1 связан, например, через бункер-питатель 3, гибкий трубопровод 4 и страховочный канат 5 с добычным оборудованием (не показано), например агрегатом сбора конкреций. Трубный став 1 подвешен на плавсредстве 6 в подвышечном пространстве спуско-подъемного устройства (СПУ) 7 на монтажном столе 8 с помощью, например, спайдер-элеватора 9. Монтажный стол 8 может быть установлен на компенсаторе 10 качки плавсредства 6.

Трубный став снабжен страховочным приспособлением 11, содержащим гибкие тяги 12. Наиболее целесообразно количество тяг от 2 (фиг. 1) до 4 (фиг. 4 и 5). Гибкие тяги 12 закреплены на плавсредстве 6 на монтажном столе 8 с помощью палубных узлов крепления, например кнехтов, либо, как показано на фиг. 1, судовых лебедок 13. Нижние концы гибких тяг 12 либо закреплены на конце трубного става 1 (фиг. 1), либо соединены и присоединены к нему посредством блока или блоков 14 (фиг. 4 и 5). Блоки (блок) 14 установлены под концом трубного става 1 по его оси и жестко крепятся к нему посредством стоек 15 и 16. Для обеспечения установки блоков 14 под концом трубного става 1 по его оси последняя трубная секция выполнена в виде колена 17, к которому присоединен шланг 18, связанный с бункером-питателем 3.

Гибкие тяги 12 находятся в натянутом состоянии. Это обеспечивается либо непосредственно штатными лебедками 13, либо при закреплении концов гибких тяг 12 на кнехтах с помощью вспомогательной лебедки. На трубном ставе 1 через интервалы установлены перемычки 19, соединяющие его с гибкими тягами 12, которые пропущены через отверстия 20 в симметричных радиальных лучах 21. Для упрощения монтажно-демонтажных операций перемычки 19 выполнены в виде разъемных колец 22 с возможностью их установки на трубном ставе 1 с зазором. Зазор позволяет перемычкам 19 свободно поворачиваться относительно трубных секций 2 и устанавливаться таким образом, что все соответствующие отверстия 20 становятся соосными, что предотвращает излом гибких тяг 12. Для упрощения установки гибких тяг 12 в отверстия 20, последние образованы разъемами 23. При использовании трубных секций 2 с соединениями, образующими утолщения, например фланцами, перемычки 19 устанавливают с опорой на них. При использовании гладких трубных секций 2 в местах установки перемычек 19 закрепляются упоры, например бандажи.

Интервалы между перемычками 19 выбираются, исходя из обеспечения возможности попадания верхнего обломанного конца оторвавшейся части трубного става 1 (с учетом его максимально возможной амплитуды раскачивания) внутрь шахты 24 плавсредства 6 без применения вспомогательных водолазных работ. Для эффективной работы приспособления 11 гибкие тяги 12 изготовлены из материалов, по прочности на разрыв превышающих материалы трубных секций 2. В качестве гибких тяг 12, например, может быть использован канат, армированный волокнами типа кевлара и имеющий прочность на разрыв 2760 МПа и плотность 1,44-10³ кг/м³, достаточно близкую к плотности морской воды.

Устройство работает следующим образом.

Натяжением гибких тяг 12 можно разгрузить трубный став 1 от статических нагрузок на 30-50% в зависимости от его параметров и условий эксплуатации. Таким образом, одновременно работают на преодоление растягивающих нагрузок непосредственно трубный став 1 и гибкие тяги 12, что повышает надежность устройства как механической системы в целом. При обрыве трубного става 1 вся нагрузка от отделившейся части переносится полностью на гибкие тяги 12. Производится с помощью СПУ 7 аварийный подъем сохранившегося в подвешенном состоянии на плавсредстве 6 участка трубного става 1 с одновременным (или последующим) подъемом отделившейся части с использованием гибких тяг 12 и штатных судовых лебедок 13. После заведения оборванного конца трубной секции 2 в шахту 24 и далее в центральное отверстие в монтажном столе 8 последующая трубная секция 2 захватывается спайдер-элеватором 9 и закрепляется на столе 8. Производится замена дефектной трубной секции 2 на новую и последующий повторный монтаж устройства.

Использование предлагаемого устройства позволит практически исключить ситуации потери подводного оборудования, снизить массу трубного става и соответственно мощность спуско-подъемных средств за счет уменьшения толщин стенок трубных секций вследствие перераспределения части растягивающих нагрузок на гибкие тяги, повысить эффективность добычи полезных ископаемых за счет уменьшения времени на непредвиденные простои плавсредства. (56) Патент США N 4232903, кл. E 02 F 3/92, опублик. 1980.

Использование: добыча полезных ископаемых со дна океана. Сущность изобретения: установка содержит трубный став и основную и дополнительную гибкие тяги. На секциях трубного става закреплены перемычки с отверстиями. Через отверстия пропущены гибкие тяги. Нижние концы гибких тяг соединены через блок с нижней секцией трубного става. При обрыве трубного става секции повисают на гибких тягах. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДЪЕМА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ СО ДНА ОКЕАНА, включающая подвешенный на плавсредстве трубный став, нижняя секция которого связана гибкой тягой с лебедкой, установленной на плавсредстве, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности установки за счет предотвращения потери трубного става при его обрыве, она снабжена дополнительной гибкой тягой, расположенной симметрично основной гибкой тяге относительно оси трубного става, при этом гибкие тяги соединены с секциями трубного става посредством закрепленных снаружи секций перемычек с отверстиями, через которые пропущены гибкие тяги. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что нижняя секция трубного става снабжена блоком, а нижние концы основной и дополнительной гибких тяг соединены между собой с охватом блока.