Устройство для добычи конкреций

Изобретение относится к гидромеханизированным устройствам для добычи конкреций с морского дна. Технический результат - упрощение и удешевление конструкции устройства и обеспечение щадящего режима добычи конкреций. Устройство для добычи конкреций включает базовое судно, пульпонасос с всасывающим и выходным патрубками, напорный трубопровод, соединенный фланцами с выходным патрубком и напорным трубопроводом. При этом размеры отверстий перфорированного патрубка приняты равными минимальному размеру добываемых конкреций. Напорный трубопровод ориентирован вертикально. Надводная часть трубопровода с помощью обоймы шарнирно закреплена на конце подъемной стрелы поворотного крана, установленного на базовом судне, с возможностью подъема и опускания напорного трубопровода, а также его перемещения в горизонтальной плоскости. Верхняя часть трубопровода гибким шлангом соединена с приемным приспособлением для конкреций. На нижней части трубопровода с возможностью вращения относительно него в горизонтальной плоскости установлена консольная поворотная ферма. Ферма кинематически связана с приводом ее поворота. На нижних частях фермы, симметрично ориентированных относительно трубопровода, закреплены расположенные параллельно друг другу два желоба цилиндрической формы в поперечном сечении. На желобах в подшипниках установлены горизонтально ориентированные шнеки, снабженные приводами их вращения. Шнеки размещены с возможностью захвата ими конкреций со дна акватории и перемещения конкреций к всасывающему патрубку напорного трубопровода. Каждый желоб с зазором охватывает шнек сверху, с одной стороны на дуге 180 градусов, а с другой на 90 градусов. При этом большая дуга размещена со стороны, противоположной направлению вращения фермы. Продольные оси шнеков в плане размещены по обе стороны от оси трубопровода на одинаковом расстоянии от нее на противоположных относительно трубопровода частях фермы. Желоба шнеков соединены с всасывающим патрубком, который выполнен в виде расширяющегося вниз усеченного конуса. Каждый желоб со стороны, противоположной направлению вращения фермы, выполнен с расположенными друг за другом по длине желоба щелевыми вырезами с их подъемом с прогибом вверх в сторону всасывающего патрубка и перекрытием желоба по высоте, равной диаметру шнека. Ширина щелевых вырезов принята меньше минимального размера товарных зерен конкреций. Причем длина каждого щелевого выреза, измеренная по длине желоба, принята больше шага винтовой поверхности лопастей шнека. Приемное приспособление для конкреций выполнено в виде наклонной колосниковой решетки с возможностью перегрузки с нее обезвоженных конкреций в передвижные контейнеры. Под колосниковой решеткой размещен зумпф. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к гидромеханизированным устройствам для добычи конкреций с морского дна.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна (прототип), содержащее базовое судно, передвижной придонный агрегат, включающий пульпонасос с всасывающим и выходным патрубками, напорный трубопровод, перфорированный патрубок, соединенный фланцами с выходным патрубком и напорным трубопроводом, при этом размеры отверстий перфорированного патрубка приняты равными минимальному размеру добываемых конкреций (Пат. РФ №2219342, Кл. 7 Е21С 50/00, E02F 3/88, 2003).

Однако недостатком известного устройства является необходимость использования передвижного придонного агрегата, увеличенная длина напорного трубопровода, что усложняет и удорожает конструкцию устройства, а также нарушение продуктивного придонного слоя при перемещении по дну акватории тяжелого добычного агрегата, что увеличивает продолжительность восстановительного периода формирования новых конкреций.

Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление конструкции устройства и обеспечение щадящего режима добычи конкреций.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для добычи конкреций, содержащем базовое судно, пульпонасос с всасывающим и выходным патрубками, напорный трубопровод, соединенный фланцами с выходным патрубком и напорным трубопроводом, при этом размеры отверстий перфорированного патрубка приняты равными минимальному размеру добываемых конкреций, согласно изобретению напорный трубопровод ориентирован вертикально, а его надводная часть с помощью обоймы шарнирно закреплена на конце подъемной стрелы поворотного крана, установленного на базовом судне, с возможностью подъема и опускания напорного трубопровода, а также его перемещения в горизонтальной плоскости, верхняя часть трубопровода гибким шлангом соединена с приемным приспособлением для конкреций, на нижней части трубопровода с возможностью вращения относительно него в горизонтальной плоскости установлена поворотная ферма, кинематически связанная с приводом ее поворота, а на нижних частях фермы, симметрично ориентированных относительно трубопровода, закреплены расположенные параллельно друг другу два желоба цилиндрической формы в поперечном сечении, на которых в подшипниках установлены горизонтально ориентированные шнеки, снабженные приводами их вращения, с возможностью захвата шнеками конкреций со дна акватории и перемещения конкреций к всасывающему патрубку напорного трубопровода, каждый желоб с зазором охватывает шнек сверху, с одной стороны на дуге 180 градусов, а с другой на 90 градусов, при этом большая дуга размещена со стороны, противоположной направлению вращения фермы, при этом продольные оси шнеков в плане размещены по обе стороны от оси трубопровода на одинаковом расстоянии от нее на противоположных относительно трубопровода частях фермы, а желоба шнеков соединены с всасывающим патрубком, который выполнен в виде расширяющегося вниз усеченного конуса, при этом каждый желоб со стороны, противоположной направлению вращения фермы, выполнен с расположенными друг за другом по длине желоба щелевыми вырезами с их подъемом с прогибом вверх в сторону всасывающего патрубка и перекрытием желоба по высоте, равной диаметру шнека, при ширине щелевых вырезов меньше минимального размера товарных зерен конкреций, причем длина каждого щелевого выреза, измеренная по длине желоба, принята больше шага винтовой поверхности лопастей шнека, приемное приспособление для конкреций выполнено в виде наклонной колосниковой решетки с возможностью перегрузки с нее обезвоженных конкреций в передвижные контейнеры, а под колосниковой решеткой размещен зумпф. Зумпф может быть снабжен отводящим трубопроводом, ориентированным в сторону дна акватории, а отводящий трубопровод может быть выполнен в виде гибкого шланга. Желоба на участках размещения щелевых вырезов могут быть выполнены с вертикально ориентированными ребрами жесткости.

Устройство для добычи конкреции представлено на фиг. 1 - вид сбоку, на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1, на фиг. 3 - разрез Б-Б по фиг. 2, на фиг. 4 - разрез В-В по фиг. 2.

Устройство для добычи конкреций содержит базовое судно 1, вертикально ориентированный напорный трубопровод 2, надводная часть которого с помощью обоймы 3 шарнирно 4 закреплена на конце подъемной стрелы 5 поворотного крана 6, установленного на базовом судне 1. Стрела 5 размещена с возможностью подъема и опускания напорного трубопровода 2, а также его перемещения в горизонтальной плоскости. Верхняя часть трубопровода 2 гибким шлангом 7 соединена с приемным приспособлением для конкреций. На нижней части трубопровода 2 с возможностью вращения относительно него в горизонтальной плоскости установлена консольная поворотная ферма 8, кинематически связанная с приводом 9 ее поворота. Привод 9 установлен на кронштейне 10, закрепленном на напорном трубопроводе 2. На нижних частях фермы, симметрично ориентированных относительно трубопровода 2, закреплены расположенные параллельно друг другу два желоба 11 и 12 цилиндрической формы в поперечном сечении. На желобах 11 и 12 в подшипниках 13 и 14 установлены горизонтально ориентированные шнеки 15 и 16, снабженные приводами их вращения 17 и 18. Шнеки 15 и 16 на желобах 11 и 12 размещены с возможностью захвата шнеками конкреций 19 со дна 20 акватории 21 и перемещения конкреций 19 к всасывающему патрубку 22 пульпонасоса 23. Каждый желоб 11 и 12 с зазором охватывает шнеки 15 и 16 сверху, с одной стороны на дуге 180 градусов, а с другой на 90 градусов. При этом большая дуга размещена со стороны, противоположной направлению 24 вращения фермы 8. Продольные оси шнеков 15 и 16 в плане размещены по обе стороны от оси трубопровода на одинаковом расстоянии от нее на противоположных относительно трубопровода 2 частях фермы 8 относительно оси 25 трубопровода 2. Желоба 11 и 12 шнеков 15 и 16 соединены с всасывающим патрубком 22, который выполнен в виде расширяющегося вниз усеченного конуса. При этом каждый желоб 11 и 12 со стороны, противоположной направлению 24 вращения фермы 8, выполнен с расположенными друг за другом по длине желоба щелевыми вырезами 26 с их подъемом с прогибом вверх в сторону всасывающего патрубка 22 и перекрытием желоба 11, 12 по высоте, равной диаметру D шнека 15, 16. Причем длина λ каждого щелевого выреза 26, измеренная по длине желоба 11, 12, принята больше шага s винтовой поверхности лопастей шнека 15, 16. Ширина 5 щелевых вырезов 26 принята меньше минимального размера товарных зерен конкреций. Желоба 11 и 12 на участках размещения щелевых вырезов 26 могут быть выполнены с вертикально ориентированными ребрами жесткости 27. Приемное приспособление для конкреций 19 выполнено в виде наклонной колосниковой решетки 28 с возможностью перегрузки с нее обезвоженных конкреций 19 в передвижные контейнеры 29. Под колосниковой решеткой 27 размещен зумпф 30. Зумпф 30 может быть снабжен отводящим трубопроводом 31, ориентированным в сторону дна 20 акватории 21. Отводящий трубопровод 31 может быть выполнен в виде гибкого шланга. 32 - перфорированная вставка в напорный трубопровод 2. 33 - траектория движения наружных концов шнеков 15 и 16. 34 - направление вращения шнеков 15 и 16. 35, 36 - переходные участки желобов 11 и 12 в зонах их примыкания к всасывающему патрубку 22. a - вылет стрелы 5, l - удаление внешних кромок шнеков 15 и 16 от оси 25 напорного трубопровода 2. b - расстояние между осями шнеков 15 и 16.

Устройство действует следующим образом. После размещения базового судна 1 в зоне добычи конкреций 19 с помощью стрелы 5 поворотного крана 6 трубопровод 2 с закрепленным на нем оборудованием опускается в акваторию 21 до размещения шнеков 15 и 16 на ее дне 20. После этого включают пульпонасос 23 и приводы 17 и 18 шнеков 15 и 16 при направлении 34 вращения шнеков 15 и 16. Одновременно с включением приводов 17 и 18 шнеков 15 и 16 или периодически включают привод 9 вращения фермы 8 в направлении 24. Благодаря этому при вращении фермы 8 и вращении шнеков 15 и 16 в подшипниках 13 и 14 размещенные на дне 20 конкреции 19 за счет их взаимодействия как с лопастями шнеков 15, 16, так и с желобами 11, 12, которые выполняют функцию направляющих и сдвигающих конкреции 19 элементов, непрерывно смещаются к всасывающему патрубку 22 пульпонасоса 23, захватываются и транспортируются им вверх по напорному трубопроводу 2. При перемещении конкреций шнеками 15 и 16 захватываемый ими вместе с конкрециями 19 донный ил через щелевые вырезы 26 удаляется за пределы желобов 11 и 12, располагаясь на участках дна 20, освобожденного от конкреций. Эффективное выведение шламовой составляющей за пределы желобов 11 и 12 обеспечивается за счет выбора соответствующей формы и размеров щелевых отверстий 26. Процесс отделения донного ила от конкреций 19 и его выведения за пределы желобов 11 и 12 дополнительно интенсифицируется за счет динамического напора воды, возникающего при вращении фермы 8 с желобами 11 и 12. Благодаря этому к всасывающему патрубку 22 подаются уже в значительной степени обогащенные конкреции 19. Ребра жесткости 27 обеспечивают необходимую прочность желобов 11 и 12, ослабленных за счет наличия щелевых отверстий 26. При проходе гидросмеси через перфорированную вставку 32 излишки воды и часть оставшихся илистых включений удаляются из трубопровода 2. С напорного трубопровода 2 гидросмесь по гибкому шлангу 7 направляется на наклонную колосниковую решетку 28, на которой происходит обезвоживание и окончательное обесшламливание конкреций 19. С колосниковой решетки 28 конкреции 19 самотеком разгружаются в передвижные контейнеры 29.

При этом при одновременном повороте фермы 8 и вращении шнеков 15 и 16 реактивные крутящие моменты при работе приводов 9 и 17, 18 уравновешивают друг друга. Благодаря этому напорный трубопровод 2 практически не испытывает неуравновешенного крутящего момента в горизонтальной плоскости. Помимо этого наличие двух одновременно работающих шнеков 15 и 16, расположенных по обе стороны от напорного трубопровода 2, обеспечивают отработку залежи площадью πl² при повороте фермы 8 на 180 градусов, что позволяет увеличить производительность устройства или при прочих равных условиях уменьшить угловую скорость вращения фермы 8 и шнеков 15 и 16.

После полуоборота фермы 8 относительно напорного трубопровода 2 и выработки конкреций 19 с площади, ограниченной кругом радиуса l, трубопровод 2 с навесным оборудованием приподнимается над дном 20 с помощью подъемной стрелы 5 и перемещается поворотным краном 6 в горизонтальной плоскости на соседний участок и снова опускается на дно 20 для отработки этого участка залежи.

Подрешетный продукт колосниковой решетки 28 - вода с остатками илистых частиц - поступает в зумпф 30, откуда по гибкому шлангу 31 может сбрасываться в придонную зону. Контейнеры 29 по мере их заполнения конкрециями 19 перемещаются в зону их размещения на судне 1.

Процесс непрерывной отработки залежи конкреций 19 без передвижки базового судна 1 начинается с размещения напорного трубопровода 2 с помощью поворотного крана 6 у одного из бортов базового судна 1 и заканчивается при размещении напорного трубопровода 2 у другого борта базового судна 1. При этом при повороте стрелы 5 крана 6 и фермы 8 относительно оси трубопровода 2 на угол 180 градусов обеспечивается сбор конкреций 19 с площади, примерно равной π(α+l)².

После отработки данного участка с помощью крана 6 напорный трубопровод 2 приподнимается над дном 20, а базовое судно 1 перемещается на смежный участок, на котором цикл работ производится в описанном выше порядке. Периодически или после того, как все контейнеры 29 будут заполнены конкрециями 19, контейнеры с конкрециями с базового судна 1 перегружаются на транспортное судно, а на базовое судно подаются порожние контейнеры.

Отличительные признаки изобретения позволяют упростить и удешевить конструкцию устройства и обеспечивают щадящий режим добычи конкреций без значительного нарушения структуры придонного слоя.

1. Устройство для добычи конкреций, содержащее базовое судно, пульпонасос с всасывающим и выходным патрубками, напорный трубопровод, соединенный фланцем с выходным патрубком, при этом размеры отверстий перфорированного патрубка приняты равными минимальному размеру добываемых конкреций, отличающееся тем, что напорный трубопровод ориентирован вертикально, а его надводная часть с помощью обоймы шарнирно закреплена на конце подъемной стрелы поворотного крана, установленного на базовом судне, с возможностью подъема и опускания напорного трубопровода, а также его перемещения в горизонтальной плоскости, верхняя часть трубопровода гибким шлангом соединена с приемным приспособлением для конкреций, на нижней части трубопровода с возможностью вращения относительно него в горизонтальной плоскости установлена консольная поворотная ферма, кинематически связанная с приводом ее поворота, а на нижних частях фермы, симметрично ориентированных относительно трубопровода, закреплены расположенные параллельно друг другу два желоба цилиндрической формы в поперечном сечении, на которых в подшипниках установлены горизонтально ориентированные шнеки, снабженные приводами их вращения, с возможностью захвата шнеками конкреций со дна акватории и перемещения конкреций к всасывающему патрубку напорного трубопровода, каждый желоб с зазором охватывает шнек сверху, с одной стороны на дуге 180°, а с другой на 90°, при этом большая дуга размещена со стороны, противоположной направлению вращения фермы, при этом продольные оси шнеков в плане размещены по обе стороны от оси трубопровода на одинаковом расстоянии от нее на противоположных относительно трубопровода частях фермы, а желоба шнеков соединены с всасывающим патрубком, который выполнен в виде расширяющегося вниз усеченного конуса, при этом каждый желоб со стороны, противоположной направлению вращения фермы, выполнен с расположенными друг за другом по длине желоба щелевыми вырезами с их подъемом с прогибом вверх в сторону всасывающего патрубка и перекрытием желоба по высоте, равной диаметру шнека при ширине щелевых вырезов меньше минимального размера товарных зерен конкреций, причем длина каждого щелевого выреза, измеренная по длине желоба, принята больше шага винтовой поверхности лопастей шнека, приемное приспособление для конкреций выполнено в виде наклонной колосниковой решетки с возможностью перегрузки с нее обезвоженных конкреций в передвижные контейнеры, а под колосниковой решеткой размещен зумпф.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зумпф снабжен отводящим трубопроводом, ориентированным в сторону дна акватории.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отводящий трубопровод выполнен в виде гибкого шланга.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что желоба на участках размещения щелевых вырезов выполнены с вертикально ориентированными ребрами жесткости.