Плавучее устройство для добычи донных отложений
Изобретение относится к судостроению, в частности к устройствам для добычи полезных ископаемых со дна океана. Плавучее устройство для добычи донных отложений выполнено в виде самоходного однокорпусного, предпочтительного двухкорпусного с единой палубой судна. На судне установлена вертикально в пространственном шарнире направляющая труба с силовым приводом ее наклона. Внутри направляющей трубы установлена с возможностью поступательного и вращательно движения подвижная труба с рабочей площадкой у верхнего торца и поплавком у нижнего торца. На рабочей площадке размещен приводной механизм цепного конвейера с тянущей и натяжной звездочками. При этом прямая и обратная ветви цепи и направляющие цепи пропущены внутри подвижной трубы. Пластины цепи выполнены в виде продолговатых катушек из высокопрочных нитей, намотанных на жестко соединенные втулки двух соседних шарниров цепи, размещенные вблизи концов валиков цепи, концы же валиков размещены в пазах направляющих. Изобретение обеспечивает возможность подъема на борт судна минеральных материалов с больших глубин и в условиях неспокойного океана. 5 з.п. ф-лы, 13 ил.
Суть изобретения
Изобретение относится к судостроению и касается строительства плавучих сооружений, в частности устройств для добычи полезных ископаемых со дна океана. Плавучее устройство для добычи донных отложений содержит самоходное одно- или двухкорпусное судно с единой палубой, на котором установлена направляющая труба, внутри которой помещена подвижная труба. Вертикальность направляющей трубы при крене и дифференте судна сохраняется. На верхнем конце подвижной трубы закреплена рабочая площадка с механизмом привода цепного конвейера, замкнутая цепь которого надета на звездочку привода, пропущена внутри подвижной трубы и простирается до дна водоема. На нижнем конце подвижной трубы закреплены поплавок и насосный агрегат, создающий поток воды вверх в герметичном объеме движения прямой ветви цепи. Технический результат реализации изобретения заключается в создании техники для подъема на борт судна полезных ископаемых с больших глубин океана.
Известны различные плавучие платформы с буровыми установками. Все они предназначены для добычи углеводородов и оснащены буровыми установками, а также средствами жизнеобеспечения.
Известна плавучая полупогружная морская платформа, принятая за прототип, с подводной частью, состоящей из двух подводных лодок, связанных между собой (патент РФ №2163874, кл. В63В 35/44, Е02В 17/00), с единой палубой, также предназначенная для буровых работ и соответствующим образом оснащенная, в том числе вертолетной площадкой.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками изобретения, являются наличие в плавучей части двух самоходных корпусов (подводных лодок), единой палубы, средств жизнеобеспечения.
Техническим результатом изобретения является подъем на борт судна минеральных материалов с больших глубин океана.
Причиной, препятствующей достижению технического результата в прототипе, является отсутствие средств, способных поднять минералы со дна моря.
В основу изобретения поставлена задача разработки устройств, способных поднять на борт судна донные отложения с больших глубин и в условиях неспокойного океана.
Для достижения казанного технического результата на палубе судна установлена вертикально наклоняемая при крене и дифференте судна направляющая труба, внутри которой размещена продольно-вращательно-поступательно-подвижная труба с рабочей площадкой вверху и поплавком внизу, а на рабочей площадке установлен привод цепного конвейера с тянущей и натяжной звездочками, прямая и обратная ветви цепи и направляющие цепи которого пропущены внутри подвижной трубы, на нижнем конце подвижной трубы закреплен насосный агрегат, создающий поток воды вверх в герметичном объеме движения прямой ветви цепи, на верхнем же торце направляющей трубы закреплен механизм вращения подвижной трубы; в носовой и кормовой частях судна выполнены поперечные каналы, в которых установлены водометные движители с реверсом тяги, пластины же цепи выполнены в виде продолговатых катушек с высокопрочными нитями, намотанными на жестко соединенные втулки двух соседних шарниров цепи, размещенных вблизи концов валиков цепи, концы же валиков размещены в пазах направляющих.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где: на фиг. 1 показан общий вид плавучего устройства; на фиг. 2 - разрез А-А (на фиг. 1) по корпусу подвода электроэнергии внутрь подвижной трубы; на фиг. 3 - разрез В-В (на фиг. 1) по механизму вращения подвижной трубы; на фиг. 4 - разрез С-С (на фиг. 1) по пространственному шарниру; на фиг. 5 - разрез D-D (на фиг. 1) по насосному агрегату; на фиг. 6 - вид сбоку на корпус судна; на фиг. 7 - разрез Е-Е (на фиг. 4) по цапфе и подшипнику скольжения пространственного шарнира; на фиг. 8 - разрез F-F (на фиг. 6) по поперечному каналу с водометным движителем; на фиг. 9 показан фрагмент прямой ветви цепи; на фиг. 10 - вид G (на фиг. 9); на фиг. 11 - разрез Н-Н (на фиг. 9) по цепному конвейеру; на фиг. 12 - разрез J-J (на фиг. 11) по стыку усиливающих элементов направляющих конвейера; на фиг. 13 - узел I (на фиг. 9) показан в разрезе пластины цепи.
Плавучая платформа выполнена в виде океанского судна однокорпусного, но предпочтительно двухкорпусного (катамарана), позволяющего уменьшить угол крена.
Катамаран (фиг. 1) содержит корпусы 1 и 2, соединенные единой палубой 3. На палубе 3 между корпусами 1 и 2 установлена вертикально направляющая труба 4, внутри которой расположена подвижная труба 5. На верхнем торце подвижной трубы 5 закреплена рабочая площадка 6, на которой размещен привод (на чертеже не показан) цепного конвейера, на выходной звездочке 7 которого надета цепь конвейера 8, проходящего внутри подвижной трубы 5 вглубь океана до загрузочного устройства 9 на дне океана.
У верхней кромки подвижной трубы 5 свободно посажен корпус 10 подвода электроэнергии внутрь трубы 5 для питания подводного агрегата. В корпусе 10 закреплена (фиг. 2) на изолирующей прокладке 11 кольцевая токоподводящая шина 12, по которой скользит контакт 13, закрепленный на трубе 5 через изолирующую прокладку 14. От вращения на трубе 5 корпус 10 удерживается двухзвенниками 15. Промежуточное кольцо 16 сидит на трубе 5 также свободно и служит для уменьшения длины звеньев 15.
Для предотвращения закручивания цепи 8 конвейера при незапланированных маневрах судна, например при шторме, на верхнем торце направляющей трубы 4 закреплен механизм 17 вращения подвижной трубы 5, связанный скользящей шпонкой 18 (фиг. 3), закрепленной на выходном звене (червячном колесе) 19 механизма 17, с продольным пазом трубы 5. Привод червячного колеса 19 производится от электродвигателя 20 через червяк 21. Червячное колесо 19 посажено на подвижную трубу 5 и связано с ней скользящей шпонкой 18, закрепленной в отверстии червячного колеса 19 и взаимодействующей со шпоночным пазом на подвижной трубе, выполненным на длине ее поступательного перемещения.
Направляющая труба 4 установлена на палубе 3 в пространственном шарнире с силовым приводом ее наклона, для чего на трубе 4 выполнены цапфы 22 (фиг. 4, 7), на которые надеты подшипники скольжения 23, закрепленные на промежуточном кольце 24, которое, в свою очередь, содержит цапфы 25, размещенные в отверстиях подшипников 26, закрепленных на палубе 3.
Силовыми элементами, обеспечивающими поддержание вертикальности оси направляющей трубы 4, служат, например, гидроцилиндры 27 и 28 (фиг. 1), управляемые распределителями (на чертеже не показаны) с пропорциональным электроуправлением по сигналам от датчиков (на чертеже не показаны) положения оси трубы 4.
На нижнем конце подвижной трубы 5 закреплен поплавок 29 (фиг. 1), который уравновешивает за счет выталкивающей силы воды вес подвижной трубы 5 вместе с соединенными с нею элементами конструкции (платформа 6, конвейер 8 с приводом конвейера, насосный агрегат 30).
У нижнего торца подвижной трубы 5 закреплен насосный агрегат 30 (фиг. 1), всасывающий канал которого соединен с герметичным объемом направляющих и к которому через отверстие 31 в трубе 5 проходит гибкий водовод (на чертеже не показан) от изолированного объема, в котором движется прямая ветвь конвейерной цепи. Насосный агрегат 30 создает в изолированном объеме поток воды вверх, в направлении движения ветви цепи, снижая сопротивление воды движению цепи.
На нижней кромке подвижной трубы 5 установлены упоры (на чертеже не показаны), не допускающие касания конвейером стенок трубы.
В носовой и кормовой подводной части корпусов 1 и 2 выполнены поперечные каналы 32 (фиг. 6, 8), в которых установлены с возможностью поворота на 180° относительно оси «О» для реверса тяги водометные движители 33. При направлении струй носового и кормового движителей в одну сторону возможно движение судна «бортом вперед», при их направлении в разные стороны возможен «разворот на месте». Это может потребоваться при шторме или цунами.
Известны тяговые пластинчатые цепи (ГОСТ588-81), содержащие два ряда наружных и внутренних пластин, соединенных втулками и валиками. Предлагаемая цепь также содержит (фиг. 9, 10, 11), наружные 34 и внутренние 35 пластины, размещенные на втулках 36 и соединенные валиками 37. Периодически к двум соседним валикам 37 присоединены грузовые ковши 38. Выступающие за пределы наружных пластин 34 концы валиков 37 размещены в пазах направляющих 39 и 40, стянутых стержнями 41, 42 и 43, установленными с шагом вдоль направляющих. Между направляющими 39 и 40 вплотную к стержням 42 и 43 установлены водонепроницаемые шторки 44 и 45. Шторки и направляющие 39 и 40 образуют замкнутый герметичный объем, в котором движется вверх прямая ветвь цепи 8. Вес направляющих 39 и 40 воспринимается силовыми элементами 46, например полосами из высокопрочных нитей. Направляющие 39 и 40, стержни 42 и шторка 44 соединены жестко и в поперечном сечении образуют некое подобие сечения двутавровой балки, направляющие 39 и 40 которой будут полками двутавра.
Направляющие 39 и 40 выполняются из отрезков - секций, соединенных между собой. При этом с целью увеличения продольной прочности направляющих их отдельные элементы усилены высокопрочными нитями, а с целью прочного соединения по длине секций направляющих усиливающие нити выполнены в виде прерывистого набора продолговатых катушек, намотанных на втулки, соединенные стержнем после стыковки секций. Силовые элементы 46 (фиг. 12) выполнены в виде полосок 47 и 48, расположенных с постоянным шагом, причем ширина полосок, намотанных на втулки 49, равна половине шага. Полоски связаны несиловыми поперечными связями. При стыковке секций втулки полосок 47 входят в промежутки между полосками 48 и в отверстия втулок 49 вставляется стержень 50.
Пластины 34 и 35 (фиг. 9, 13) цепи 8 (фиг. 1), в отличие от стандартной цепи, расположены плоскостями не перпендикулярно к осям валиков 37, а параллельно осям и представляют собой пластины (с гофрами жесткости), прикрепленные жестко к втулкам 51, 52 и 53. На наружной пластине 34 высокопрочные нити 54 и 55 катушек намотаны на втулки 51 и 52, а на внутренней пластине 35 нити 56 намотаны на втулки 53. В наружных пластинах 34 у концов выполнены вырезы для размещения пластин 35. Втулки 51, 52 и 53 надеты на втулки 36, поверхностями «К» контактирующие с зубьями звездочек цепного конвейера.
Насосный агрегат 30 (фиг. 5) содержит закрепленный на трубе 5 корпус 57, в котором выполнен канал для протока воды через отверстие в шторке 45 из объема, в котором движется прямая ветвь цепи 8. На корпусе 57 закреплен двигатель 58 с винтом 59.
При добыче донных отложений работает конвейер 8, в загрузочном устройстве 9 наполняются ковши конвейера, на рабочей площадке 6 ковши опорожняются в подставленную емкость. Загрузочное устройство 9 движется прямолинейно и выбирает слой донного грунта. Дойдя до конца разрабатываемого участка, загрузочное устройство меняет направление движения, судно движется следом за ним, сохраняя при этом неизменным свое положение и ориентировку относительно загрузочного устройства во избежание закрутки цепи конвейера.
При волнении моря судно совершает вертикальные колебания относительно дна моря, которые могут порвать конвейер. Обрыв предотвращается вертикальными перемещениями подвижной трубы 5. При крене и дифференте судна вертикальность направляющей трубы 4 поддерживается гидроцилиндрами 27 и 28, чем предотвращается излом конвейера на выходе из трубы 5.
При эксплуатации устройства желательна параллельность всех валиков 37 (фиг. 9) цепи конвейера 8 (фиг. 1) его положению на звездочке загрузочного устройства 9. Реально отклонения будут, цепь будет закручиваться. На большой длине цепи определенная закрутка допустима. Большая закрутка дает разрушение цепи. Поэтому неизменная ориентация рабочей площадки 6 с тянущей звездочкой 7 поддерживается по командам системы управления механизмом вращения 17 подвижной трубы 5.
Перемещение донных отложений на плавучее устройство позволит получить сырье для металлургической и других отраслей промышленности.
1. Плавучее устройство для добычи донных отложений, выполненное в виде самоходного однокорпусного, предпочтительного двухкорпусного с единой палубой судна, отличающееся тем, что на судне установлена вертикально в пространственном шарнире направляющая труба с силовым приводом ее наклона, внутри которой установлена с возможностью поступательного и вращательно движения подвижная труба с рабочей площадкой у верхнего торца и поплавком у нижнего торца, а на рабочей площадке размещен приводной механизм цепного конвейера с тянущей и натяжной звездочками, при этом прямая и обратная ветви цепи и направляющие цепи пропущены внутри подвижной трубы, пластины же цепи выполнены в виде продолговатых катушек из высокопрочных нитей, намотанных на жестко соединенные втулки двух соседних шарниров цепи, размещенные вблизи концов валиков цепи, концы же валиков размещены в пазах направляющих.
2. Плавучее устройство для добычи донных отложений по п. 1, отличающееся тем, что на верхнем конце направляющей трубы закреплен механизм вращения подвижной трубы, выполненный, например, в виде червячного привода, червячное колесо которого посажено на подвижную трубу свободно и связано с нею скользящей шпонкой, закрепленной в отверстии червячного колеса и взаимодействующей со шпоночным пазом на подвижной трубе, выполненным на длине ее поступательного перемещения.
3. Плавучее устройство для добычи донных отложений с подвижной трубой, цепным конвейером и направляющими по п. 1, отличающееся тем, что между элементами направляющих размещены водонепроницаемые шторки, образующие вместе с направляющими герметичный объем для движения прямой ветви цепи, а на нижнем конце подвижной трубы закреплен водяной насос, всасывающий канал которого соединен с герметичным объемом направляющих.
4. Плавучее устройство для добычи донных отложений, выполненное в виде самоходного судна, по п. 1, отличающееся тем, что в носовой и кормовой частях судна выполнены поперечные каналы с водометными движителями, установленными с возможностью поворота на 180° для изменения направления тяги.
5. Плавучее устройство по п. 1, отличающееся тем, что с целью увеличения продольной прочности направляющих отдельные элементы направляющих усилены высокопрочными нитями.
6. Плавучее устройство по пп. 1 и 5, отличающееся тем, что с целью прочного соединения по длине секций направляющих усиливающие нити выполнены в виде прерывистого набора продолговатых катушек, намотанных на втулки, соединенные стержнем после стыковки секций.
