Устройство для глубоководной добычи железомарганцевых конкреций
Использование: разработка месторождений на дне океана. Сущность изобретения: на плавсредстве подвешена система подъема с платформой на ее нижнем конце. Платформа связана с буксируемым добычным агрегатом. Добычной агрегат выполнен из выемочных модулей. Каждый выемочный модуль содержит рабочий орган с защитной решеткой. Рабочий орган соединен пульпопроводом с общим горизонтальным пульпопроводом. Платформа соединена с горизонтальным пульпопроводом с помощью гибкого пульпопровода и лебедок. Передние концы полозьев салазок выемочного модуля расположены над его пульпопроводом. Канаты лебедок соединены с горизонтальным пульпопроводом через закрепленные на нем блоки. На горизонтальном пульпопроводе установлены рули глубины. При прохождении выемочных модулей обеспечивается отслеживание рельефа дна. Для перемещения добычного агрегата над препятствием он поднимается лебедками. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области морского горного дела и может быть использовано при разработке месторождений залегающих на поверхности дна Мирового океана россыпных твердых полезных ископаемых, преимущественно железомарганцевых конкреций (ЖМК). Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет улучшения его проходимости. На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - отдельный выемочный модуль, общий вид; на фиг. 3 - рабочий орган, продольный разрез; на фиг. 4 - общий горизонтальный пульпопровод, снабженный рулями глубины, общий вид; на фиг. 5 - схема, иллюстрирующая работу устройства на различных по профилю участках дна. Устройство содержит плавсредство 1, подвешенную на нем систему подъема 2 и буксируемый добычной агрегат 3. Система подъема 2 может быть использована любого типа, основу которой составляет протяженная несущая конструкция, например трубный став при гидроподъеме или направляющая рама при механическом (ковшовом) транспортировании ЖМК на плавсредство 1. Устройство, изображенное на фиг. 1-4, иллюстрирует использование трубопроводного типа подъема. На свободном конце протяженной несущей конструкции (трубного става) системы подъема 2 установлена платформа 4 с управляемыми тяговыми лебедками 5, связанными канатами 6 с добычным агрегатом 3. На платформе 4 смонтирован бункер-питатель 7 для приема и дозированной подачи в систему подъема 2 поступающих от добычного агрегата 3 ЖМК. Бункер-питатель 7 связан с добычным агрегатом 3 гибким пульпопроводом 8, например, в виде армированного шлангокабеля. Пульпопровод 8 выполнен либо имеющим положительную плавучесть, либо снабжен поплавками 9. Кроме того, устройство содержит также системы электроснабжения, контроля и управления и другое оборудование, составные части которого расположены в основном на плавсредстве 1, буферной платформе 4 и добычном агрегате 3 (на чертежах не показаны). Добычной агрегат 3 выполнен в виде отдельных выемочных модулей 10, соединенных пульпопроводами 11 с общим горизонтальным пульпопроводом 12, расположенным перпендикулярно направлению буксирования и приподнятым над дном на высоту h, соответствующую высоте преодолеваемых препятствий на дне океана (фиг. 1 и 5). Регулировка подвески горизонтально пульпопровода 12 над дном по высоте препятствий обеспечивается с помощью канатов 6 и лебедок 5. Пульпопроводы 11 для предотвращения возникновения ударных нагрузок при взаимодействии их с выступающими препятствиями выполнены в виде трубопроводов без выступающих соединений, например фланцев. Каждый из пульпопроводов 11 соединен с общим горизонтальным пульпопроводом 12 и выемочным модулем 10 посредством соответствующих шарниров 13 и 14. Горизонтальный пульпопровод 12 выполнен в виде трубопровода 15, соединенного с помощью трубных соединений, например фланцев, из отдельных трубных секций, на котором частично смонтировано оборудование, обеспечивающее работу добычного агрегата 3. Трубопровод 15 вместе с присоединенным к нему в его средней части гибким пульпопроводом 8 и равномерно по всей его длине пульпопроводами 11 образует трубный коллектор, служащий для приема поступающих по пульпопроводам 11 от выемочных модулей 10 ЖМК и обеспечения последующей их транспортировки по гибкому пульпопроводу 8 в бункер-питатель 7. Для повышения жесткости пульпопровода 12, особенно при его большой длине (первые десятки метров), и придания ему обтекаемой формы трубопровод 15 со смонтированным на нем оборудованием (насосным, электрическим и др. ) установлен в несущей ферме 16, закрытой обтекателем 17. Пустоты внутри обтекателя 17 могут быть заполнены материалами и элементами положительной плавучести для снижения суммарного подводного веса металлоконструкций. Каждый пульпопровод 11 присоединен к трубопроводу 15 с помощью узла амортизационной подвески 18 для ослабления влияния динамических нагрузок на шарнир 13 при поворотах добычного агрегата 3 и прохождении выемочных модулей 10 через неровности дна и препятствия. Узел 18 содержит стержни 19, установленные в шаровых шарнирах, ползуны 20, шарнирно связанные со свободными концами стержней 19, раму 21 с перекладинами, на которые надеты ползуны 20 и с обеих сторон круглые пружины 22 растяжения-сжатия. Пружины 22 закреплены своими концами на торцах ползунов 20 и раме 21. Длина пульпопроводов 11 выбирается исходя из установленной высоты h подвески горизонтального пульпопровода 12 с лыжами 23 над дном и угла 
оптимального наклона (порядка 30о) пульпопровода 11 к горизонтальной поверхности. В процессе работы добычного агрегата 3 на неровных участках дна угол может изменяться в пределах 10-60о. Лыжи 23 служат для временной установки пульпопровода 12 на дно и последующего его отрыва, а также обеспечения в случае необходимости буксирования добычного агрегата 3 по ровному участку дна с небольшими препятствиями. Горизонтальная подвеска пульпопровода 12 над дном на канатах 6 может производиться непосредственным креплением их концов к трубопроводу 15 (или обтекателю 17, фиг. 4) или с помощью блоков 24, установленных симметрично на его концах. Подвеска на блоках 24 целесообразна при длине пульпопровода 12 несколько десятков метров, так как она в этом случае обеспечивает равенство усилий в канатах 6 при неравномерных воздействиях динамических нагрузок (рывков) на его концы, вызванных неодновременным и разным по эффективности взаимодействием с препятствиями боковых пульпопроводов 11 и модулей 10. При этом для сохранения маневренности добычного агрегата 3 каналы 6 пропускают также через управляемый зажимной узел, например клиновой, конструктивно совмещенный с блоком 24, для временной их фиксации относительно пульпопровода 12 (на чертежах не показан). Для улучшения взаимодействия канатов 6 с блоками 24 каждый из них установлен на конце поворотной в вертикальной плоскости стойки 25 с возможностью также его поворота относительно нее на оси, перпендикулярной оси блока 24. Выемочный модуль 10 представляет собой салазки 26, на которых установлен с возможностью ограниченного вертикального и горизонтального перемещения относительно них рабочий орган 27. На стойки 28 салазок 26 опирается в осевом шарике 14 пульпопровод 11. С его концом посредством шарового соединения 29 соединен через патрубок 30 рабочий орган 27. Рабочий орган 27 расположен между полозьями 21 салазок 26 с обеспечением в рабочем режиме устойчивого его контакта с грунтом. Это достигается установкой его на регулируемые по высоте передние и задние пары стоек 32. Стойки 32 снабжены проушинами треугольной формы, в которые свободно входят своими концами опорные стержни, скрепленные другими своими концами с корпусом рабочего органа 27. Благодаря такой подвеске рабочий орган 27 может ограниченно перемещаться между полозьями 31 в горизонтальной плоскости, а также приподниматься и поворачиваться в вертикальной плоскости с последовательной опорой на одну из пар стоек 32. В рабочем органе 27 может быть применена как гидравлическая, так и механическая (или комбинированная) выемка ЖМК, но с обязательной организацией последующей транспортировки ЖМК в виде пульпы. При этом взаимодействующие с грунтом части рабочего органа 27 должны быть надежно защищены от ударных нагрузок при временных его контактах со скальными выходами. Для этого один из наиболее распространенных вариантов рабочего органа, выполненный в виде симметричного коробчатого черпака с плоским поддоном, снабжен снизу набором выступающих за срез черпака и параллельных его продольной оси поставленных на ребро пластин в виде ножей 33, отдельные передние концы которых соединены дугообразными стеpжнями, образующими выпуклую защитную решетку 34, с патрубком 30. Для улучшения амортизационного эффекта при взаимодействии рабочего органа 27 с препятствиями защитная решетка 34 скошена к периферии, а набор связанных с ней ножей 33 соответственно этому образует в плане треугольник с вершиной на продольной оси рабочего органа 27. Решетка 34 конструктивно совмещает в себе функции защиты режущих кромок рабочего органа 27 от непосредственного взаимодействия со скальными выходами и попадания в него ЖМК с размерами больше допустимых. Поэтому ее ячейки выполнены меньшими максимально допустимых гранулометрических размеров ЖМК. Создание оптимальных условий для копирования микрорельефа поверхности дна и прохождения рабочего органа 27 через небольшие препятствия обеспечивается наличием в средней части патрубка 30 дополнительного шарового шарнира 35. При этом защитная решетка 34 соединена с ближайшей к рабочему органу 27 частью патрубка 30. При взаимодействии с крупными препятствиями функцию защиты рабочего органа 27 несут передние концы полозьев 31 салазок 26. Для этого они выполнены в виде сужающихся к пульпопроводу 11 и выступающих над ним дуг. Для ограничения углов поворота салазок 26 в шарнире 14 относительно пульпопровода 11 дуги полозьев 31 имеют в верхней и нижней частях перемычки, между которыми расположен пульпопровод 11. Для уменьшения ударных нагрузок при взаимодействии с крупногабаритными препятствиями, а также улучшения условий скольжения по ним под каждым пульпопроводом 12 установлен амортизатор 36 в виде выгнутой к низу плоской пружины. Ее верхний конец жестко закреплен в верхней части пульпопровода 12, а нижний расположен с возможностью скольжения в прорези бандажа 37, установленного за концами полозьев 31. Для улучшения условий буксирования добычного агрегата 3, включая более точное выдерживание высоты h подъема горизонтального пульпопровода 12 над дном, на каждом торце пульпопровода 12 подвешен на гибкой тяге ползун 38 в виде набора обтекаемых передних 39 и хвостовых 40 грузов. Длина начального участка гибкой тяги с набором передних грузов 39 соответствует максимальной высоте h, а полная ее длина больше длины наклонного пульпопровода 11. Вес передних грузов 39 в несколько раз (2-5) меньше хвостовых 40, которые выполнены с крестообразным поперечным профилем. Веса наборов грузов 39 и 40 подобраны таким образом, что обеспечивается равновесие пульпопровода 12 относительно его поперечной оси как по передним грузам 39, так и в совокупности с хвостовыми 40. Помимо названных функций ползуны 38, перераспределяя на себя сцепляющую нагрузку с поверхностью дна, позволяют снизить ее на выемочных модулях 10, сделать их функционирование более эффективным. Кроме того, они позволяют уменьшить амплитуду крутильных колебаний пульпопровода 12, особенно при его большой длине, которые могут возникнуть из-за неравномерности обтекателя, воздействий выемочных модулей 10 и других внешних факторов. При расчетных рабочих скоростях более 0,4 м/с буксирования добычного агрегата 3, а также большой длине пульпопровода 12 становится эффективным использование рулей глубины 41, которые в сочетании с управлением лебедками 5 позволяют сделать операции заглубления, подъема, наклона к горизонту пульпопровода 12 более динамичными, что улучшает маневренность и проходимость добычного агрегата 3. На фиг. 4 показан вариант конструктивного исполнения рулей глубины 41 на пульпопроводе 12 при смонтированном на нем промежуточном приемном бункере с шлангом выпуска на отработанную поверхность дна шламовых вод. Рули глубины 41 представляют собой протяженную по всей длине пульпопровода 12 (или состоящую, как показано на фиг. 4, из двух частей) несущую поверхность 42, установленную на стойках 43. Она снабжена приводами 44, например гидроцилиндрами, для ее поворота (изменения угла атаки набегающего потока) вокруг продольной оси 45, проходящей через втулки стоек 43. Вся внутренняя полость несущей поверхности 42, образованная каркасом 46, заполнена материалом положительной плавучести, например синтактиком. Для управления добычным агрегатом 3 на пульпопроводе 12 установлены гидролокаторы фронтального обзора 47 и через равные промежутки по всей его длине эхолоты 48, которые служат для контроля за высотой подъема пульпопровода 12 над дном с учетом его рельефа. Устройство работает следующим образом. На основании показаний высотомеров, например эхолотов 48, пульпопровод 12 устанавливается над дном на рабочей высоте h, обеспечивающей гарантированное преодоление добычным агрегатом 3 препятствий, оставшихся не выявленными при картировании дна. Плавсредство 1 начинает двигаться с заданной скоростью и в соответствии с выбранной траекторией движения добычного агрегата 3. При наборе им скорости происходит в соответствии с увеличивающимся гидравлическим сопротивлением набегающего потока воды дополнительный подъем пульпопровода 12 над дном, вызываемый также подъемом конца трубного става с платформой 4 из-за его искривления. При этом для устойчивого удержания пульпопровода 12 над дном в допустимом интервале высот задействуются для выбирания или стравливания канатов 6 лебедки 5, управление которыми осуществляется по программе, учитывающей вышеприведенные факторы, а также с учетом оперативных показаний гидролокаторов 47 и эхолотов 48. Управление положением пульпопровода 12 над дном может осуществляться также с помощью рулей глубины 41. При преодолении добычным агрегатом 1 крупногабаритного выступающего препятствия пружинный амортизатор 36 взаимодействует с его поверхностью. При этом пульпопровод 11 приподнимается, поворачиваясь в шарнире 13, салазки 26 поворачиваются в шарнире 14 и встречают препятствие под некоторым острым углом. Прохождение салазок 26 через препятствия может быть связано с дополнительным взаимодействием ножей 33 и защитной решетки 34 с выступами на его поверхности. При этом происходит поворот рабочего органа 27 в шарнирах 29 и 35 с последовательным опиранием на задние, и затем на передние стойки 32. Прохождение выемочных модулей 10 по склону - при спуске или подъеме - обеспечивается поворотом пульпопровода 11 в шарнирах 13 и 14, салазок 26 и рабочего органа 27 соответственно в шарнирах 14, 29 и 35. Таким образом осуществляется отслеживание рельефа дна по принципу работы механического копировального устройства. Оперативный переход с одного добычного участка дна на другой, разделенный скальными грядами, производится подъемом добычного агрегата 3 над грядой (фиг. 5) лебедками 5 и переносом его через нее плавсредством 1. (56) Патент США N 4232903, кл. E 02 F 3/92, 1983. Патент США N 4141159, кл. E 02 F 3/88, 1979.
Формула изобретения
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЛУБОКОВОДНОЙ ДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ, включающее подвешенную на плавсредстве систему подъема с платформой на ее нижнем конце, связанной с буксируемым добычным агрегатом, выполненным из выемочных модулей, каждый из которых содержит установленный на салазках рабочий орган с защитной решеткой, соединенный пульпопроводом с общим горизонтальным пульпопроводом, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет увеличения его проходимости, платформа соединена с горизонтальным пульпопроводом посредством гибкого пульпопровода и лебедок, установленных на платформе, канаты которых закреплены на горизонтальном пульпопроводе, при этом передние концы полозьев салазок каждого выемочного модуля расположены над пульпопроводом, а рабочий орган шарнирно соединен с выемочным модулем. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что канаты лебедок соединены с горизонтальным пульпопроводом посредством закрепленных на нем блоков. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый рабочий орган снабжен установленными снизу продольными ножами, передние концы которых соединены с защитной решеткой с образованием с ней общей поверхности. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что горизонтальный пульпопровод снабжен рулями глубины с положительной плавучестью. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пульпопровод каждого выемочного модуля снабжен установленным снизу плоским пружинным амортизатором.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
