Установка для добычи озерного ила

 

Использование: подводная разработка илистых грунтов, в частности добыча и расфасовка сапропеля. Цель изобретения - улучшение потребительских свойств добываемого сапропеля, создание экологически чистой технологии, снижение затрат, повышение надежности и расширение области применения установки. Установка содержит плавучее основание с гидрокомпрессором и гидроподъемное устройство. К нему тросом прикреплено перекачивающее устройство, выполненное в виде пневмонагнетателя, рабочая полость которого сообщена с полостями разрежения и избыточного давления гидрокомпрессора через распределительное устройство. Перекачивающее устройство оборудовано отводящим трубопроводом. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к подводной разработке илистых грунтов и может быть использовано для добычи и расфасовки сапропеля.

Известно устройство, содержащее плавучее основание, вертикальную трубу, прикрепленную к последнему с возможностью вертикального перемещения, нижний конец которой расположен под уровнем ила в водоеме, погружной насос, напорный трубопровод которого связан с потребителем ила, а также грузоподъемное устройство для вертикального перемещения трубы [1] К недостаткам этого устройства относится то, что при большой глубине разработки увеличивается длина вертикальной трубы, грузоподъемность плавучего основания и подъемного устройства, что приводит к повышению металлоемкости установки, а также ограничивает возможность ее перемещения по акватории в рабочем положении; заборная часть трубы расположена вертикально поверхности слоя ила, вследствие чего в полость трубы поступает вода при движении установки и происходит обводнение откачиваемого ила, что приводит к увеличению энергозатрат на перекачивание жидкости.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2] содержащее плавучее основание с прикрепленной к нему шахтой, имеющей возможность поворота относительно своей оси на 180^о. Нижний конец шахты оборудован илоприемником, состоящим из колена и конфузора, и расположен под уровнем ила в водоеме. Внутри шахты размещен откачивающий электронасос, всасывающая часть которого погружена под уровень ила в шахте на глубину, соответствующую потерям напора, величина которых меньше потерь напора от движения ила в шахте. Напорный трубопровод откачивающего насоса сообщен с потребителем ила (транспортным средством). Кроме этого установка оборудована устройством для перемещения по акватории и сигнализатором уровня ила в шахте.

По второму варианту установка снабжена откачивающим устройством в виде грейфера, а верхняя часть шахты выполнена в виде воронки.

Установка работает следующим образом.

При откачке электронасосом или грейфером жидкости из шахты уровень в ней понижается, вследствие чего возникает перепад давления, которого не хватает на преодоление потерь напора на трение в шахте. При движении установки в направлении, соответствующем направлению илозаборника, перед последним возникает подпор за счет вязкости ила. С учетом этого подпора перепад давления превышает вышеуказанные потери в шахте, вследствие чего ил поступает из залегающего слоя в шахту.

Преимущество прототипа перед аналогом заключается в том, что при внезапной остановке рабочего перемещения по акватории или снижении величины подпора на входе в илозаборник исключается возможность поступления воды в шахту.

К недостаткам прототипа можно отнести следующее.

В прототипе, когда откачивающее устройство выполнено в виде электронасоса, происходит перемешивание ила, вследствие чего разрушается его естественная структура, отжимается внутрипоровая жидкость, обогащенная органическими ингредиентами, которая при последующей сушке выбрасывается вместе с иловой водой. В результате ухудшаются потребительские свойства сапропеля.

При изменении глубины разработки появляется необходимость переналадки установки, которая заключается в изменении глубины погружения насоса под уровень ила в шахте. Эта необходимость вызвана изменением длины шахты и потерь в ней на трение, а следовательно, и располагаемого перепада давления, обеспечиваемого за счет понижения уровня в шахте насосом. При этом величина указанного перепада давления должна быть подобрана такой, чтобы расход ила, поступающего в илозаборник, был равен производительности насоса. В противном случае частота включения и отключения насоса может превышать допустимую величину. Вышеуказанные особенности работы установки приводят к усложнению ее эксплуатации.

В случае, когда откачивающее устройство выполнено в виде черпающего устройства, добываемый сапропель может транспортироваться к потребителю только при помощи дополнительных плавсредств (барж), из которых осуществляется дополнительная перекачка (перевалка), что приводит к увеличению эксплуатационных затрат.

При работе черпающего устройства, размещенного на плавучем основании (например, грейфера), возникает качка последнего вместе с заборной шахтой, вследствие чего появляется механическое воздействие на шахту, что может приводить к ее заклиниванию или разрушению ее целостности и в целом к снижению надежности установки. В случае размещения черпающего устройства на отдельном дополнительном плавучем основании увеличиваются капитальные затраты.

При запуске установки водо-иловая смесь откачивается в водоем, вследствие чего происходит его замутнение, а рассматриваемая технология лишается экологической чистоты.

Цель изобретения улучшение потребительских свойств добываемого сапропеля, обеспечение экологической чистоты технологии его добычи, а также снижение капитальных затрат на установку, повышение надежности ее работы и расширение области ее использования.

Цель достигается тем, что перекачивающее устройство выполнено в виде пневмонагнетателя, заборная часть которого оборудована решеткой и размещена ниже уровня ила в водоеме, а рабочая полость кинематически связана с распределительным устройством, обеспечивающим поочередное сообщение последней с областями разрежения и избыточного давления гидрокомпрессора, размещенного на плавучем основании.

Этот отличительный признак обеспечивает, во-первых, улучшение потребительских свойств добываемого сапропеля за счет того, что пневмонагнетатель является перекачивающим устройством объемного действия. В его рабочей полости ил движется в режиме вытеснения, вследствие чего отсутствует его интенсивное перемешивание и разрушение естественной структуры. Во-вторых, добыча ила может вестись с любой глубины без увеличения грузоподъемности плавучего основания и подъемных устройств, что приводит к снижению капитальных затрат на установку и расширяет область ее использования. В-третьих, обеспечивается возможность подачи сапропеля непосредственно потребителю, расположенному на берегу, под любым избыточным давлением, которое зависит только от рабочих характеристик гидрокомпрессорной установки, что приводит к упрощению эксплуатации всей технологии добычи. В-четвертых, насосный агрегат (циркуляционный насос гидрокомпрессора) работает на чистой воде, что повышает надежность установки. В-пятых, в установке отсутствуют какие-либо выбросы в окружающую среду. В-шестых, данный отличительный признак обеспечивает возможность дозирования (расфасовки) добываемого сапропеля непосредственно на месте его добычи. При этом объем дозы регулируется частотой переключения распределительного устройства и может изменятьcя от нуля до величины, равной объему рабочей полости перекачивающего устройства (пневмонагнетателя).

Всасывающий трубопровод циркуляционного насоса гидрокомпрессора частично погружен под уровень воды в водоеме, а всасывающий патрубок эжектора соединен с распределительным устройством через грязевик.

Этот отличительный признак обеспечивает снижение энергозатрат и повышение надежности гидрокомпрессора, а следовательно, всей установки в целом. Производительность гидрокомпрессора по сжатому воздуху (производительность эжектора), а также максимальная величина разрежения зависят от температуры рабочей (циркулирующей) жидкости, которая нагревается насосом. На участке всасывающего трубопровода, погруженного под уровень воды в водоеме, происходит теплоотдача и снижение температуры циркулирующей воды, что улучшает рабочие характеристики эжектора и приводит к снижению энергозатрат на перекачивание сапропеля. Наличие грязевика между всасывающим патрубком эжектора и распределительным устройством предотвращает возможность попадания ила в циркуляционный контур гидрокомпрессора, что повышает надежность его работы.

С целью дальнейшего совершенствования установки она оборудована дополнительными, аналогичными основным распределительным и перекачивающим устройствами, при этом отводящий трубопровод последнего соединен с аналогичным трубопроводом основного, а дополнительное распределительное устройство работает в противофазе основному.

Этот отличительный признак обеспечивает выравнивание расхода ила, движущегося по отводящему трубопроводу, и увеличивает производительность установки, так как цикл всасывания в основном пневмонагнетателе совпадает по времени с циклом выдавливания из дополнительного (по принципу работы многоцилиндрового двигателя).

С целью дальнейшего совершенствования установки она дополнительно оборудована жестким креплением (например, телескопическим) к плавучему основанию перекачивающих устройств с возможностью их вертикального перемещения, а их заборные части снабжены илозаборниками, загнутыми под девяносто градусов, входные отверстия которых развернуты в направлении движения установки.

Этот отличительный признак обеспечивает возможность добычи сапропеля с заданной глубины залегания относительно поверхности ила в водоеме, так как глубина погружения перекачивающих устройств может изменяться в процессе рабочего перемещения установки. При этом траектория перемещения перекачивающих устройств будет повторять рельеф поверхности илистых отложений.

На фиг.1-3 представлены схемы прелагаемого устройства.

Устройство содержит плавучее основание 1 (например, в виде понтона), размещенный на нем гидрокомпрессор 2. При этом всасывающий трубопровод циркуляционного насоса гидрокомпрессора частично погружен под уровень воды в водоеме, вследствие чего обеспечивается охлаждение циркулирующей рабочей воды. Грузоподъемное устройство 3 (например, тельфер), к которому посредством троса прикреплено перекачивающее устройство 4, выполненное в виде пневмонагнетателя, верхняя часть рабочей полости 5 которого сообщена с областями разрежения (всасывающим патрубком эжектора) и избыточного давления (верхней частью циркуляционного бака-ресивера) через воздушный шланг 6 и распределительное устройство 7 (например, четырехходовой пробковый кран). При этом последнее соединено с всасывающим патрубком эжектора через грязевик 8 и дополнительно оборудовано запорным устройством 9. Перекачивающее устройство снабжено отводящим трубопроводом 10 в виде гибкого шланга.

Устройство (фиг.2) дополнительно содержит перекачивающее 11 и распределительное 12 устройства. При этом отводящие трубопроводы основного перекачивающего устройства 4 и дополнительного устройства 11 объединены.

Устройство (фиг. 3) дополнительно содержит крепление 13 перекачивающих устройств к плавучему основанию с возможностью вертикального перемещения (крепление, например, может быть выполнено по принципу раздвижной пожарной лестницы). Перекачивающие устройства оборудованы илозаборниками 14.

Установка работает следующим образом.

При помощи грузоподъемного устройства 3 перекачивающее устройство 4 с воздушным шлангом 6 и отводящим трубопроводом 10 опускают на тросе под уровень ила в водоеме. Включают гидрокомпрессор 2 и сообщают всасывающий патрубок его эжектора через распределительное устройство и кран с атмосферой. При этом в циркуляционном баке-рессивере гидрокомпрессора создается избыточное давление сжатого эжектором воздуха. Затем закрывают кран, а всасывающий патрубок эжектора сообщают с рабочей полостью 5 перекачивающего устройства 4. Под действием перепада давления, равного сумме гидростатического давления в полости заборного устройства и разрежения, создаваемого эжектором, в рабочую полость 5 поступает ил из залегающего слоя. При этом нижний клапан пневмонагнетателя открывается, а верхний закрывается. В момент заполнения рабочей полости 5 илом ее сообщают с верхней частью циркуляционного бака-ресивера (с областью избыточного давления) и под действием избыточного давления ил выдавливается в отводящий трубопровод 10, по которому он поступает к потребителю. При этом нижний клапан пневмонагнетателя закрывается, а верхний открывается. Затем переключение распределительного устройства циклично повторяют. При этом к потребителю ил поступает порциями, объем которых равен объему рабочей полости 5. В этом случае поступающий ил можно сразу расфасовывать в тару (если не требуется его осушки) и транспортировать на далекое расстояние.

В период всасывания в эжектор поступает сжатый в полости 5 воздух (давление сжатия равно гидростатическому давлению), что снижает энергозатраты на обеспечение рабочего давления гидрокомпрес- сора, причем дополнительного потребления воздуха из атмосферы не требуется.

Данный способ разработки наиболее рационален, когда мощность пласта и влажность ила большие, а его добычу можно вести скважинным способом, который заключается в следующем. Перекачивающее устройство 4 заглубляется (за счет самовсасывания) до основания разрабатываемого слоя. При откачке ила вокруг него образуется выработка с откосами (воронка). При достижении величины откоса, соответствующей условиям текучести ила, он начинает двигаться к перекачивающему устройству (аналогично процессу водопонижения). Радиус влияния перекачивающего устройства зависит от влажности ила (его текучести) и от глубины разрабатываемого слоя. При этом можно вести разработку в течение длительного времени без перемещения установки по акватории водоема.

В течение времени выдавливания ила из основного пневмонагнетателя рабочая полость дополнительного устройства 11 сообщена с областью разрежения (идет процесс всасывания). Затем процессы всасывания и выдавливания меняются местами. При этом по отводящему трубопроводу 10 постоянно движется ил. Для обеспечения возможности дозирования каждый пневмонагнетатель может быть оборудован отдельным отводящим трубопроводом.

Установка движется по акватории водоема со скоростью, при которой выполняется условие V_устF Q_уст, где V_уст скорость движения установки; F площадь поперечного сечения входных отверстий илозаборников; Q_уст производительность установки. При этом траектория движения илозаборников может повторять профиль поверхности слоя ила. Для этого посредством грузоподъемного устройства 3 и крепления 13 изменяется глубина погружения перекачивающего устройства. Это обстоятельство обеспечивает возможность избирательной разработки илистых отложений.

П р и м е р. Работоспособность предлагаемого устройства проверена на лабораторном стенде при следующих конструктивных и технологических параметрах: высота рабочей полости пневмонагнетателя 500 мм; диаметр рабочей полости 65 мм; диаметр отводящего трубопровода 25 мм; клапанные устройства были выполнены с шаровыми клапанами из резинового и пластикового мячей, внутренняя полость которых была залита эпоксидной смолой; диаметр отверстия нижнего клапана 40 мм; диаметр отверстия верхнего клапана 25 мм; воздушный шланг с внутренним диаметром 6 мм.

В качестве гидрокомпрессора была использована лабораторная установка (фиг. 1) за исключением охлаждения циркулирующей воды. В качестве циркуляционного насоса был использован электробытовой насос "Поток", в качестве циркуляционного бака-ресивера емкость от огнетушителя (объемом 10 л). Эжектор был выполнен из оргстекла с плоской проточной частью.

Рабочее избыточное давление гидрокомпрессора составляло 0,1 0,15 МПа. В качестве перекачиваемой жидкости был использован сапропель озера Вишневское Выборгского района Ленинградской области. Влажность сапропеля составляла 85% Переключение распределительного устройства (четырехходового крана) осуществлялось вручную.

Экспериментальная проверка показала, что предлагаемое устройство работоспособно, просто и надежно в эксплуатации. При перекачке сапропеля не происходило какого-либо изменения его структуры (текучесть по сравнению с исходным состоянием практически не изменялась).

По сравнению с прототипом предложенное устройство обладает следующими преимуществами.

Технология добычи сапропеля (очистки водоема от илистых отложений) с экологической точки зрения абсолютно чиста.

Использование предлагаемого устройства позволяет улучшить потребительские свойства добываемого сапропеля.

Добыча может вестись с любой глубины без увеличения грузоподъемности плавучего основания и подъемных устройств.

На месте добычи сапропеля может сразу осуществляться его расфасовка в тару, так как устройство может обеспечивать его дозирование.

Упрощается эксплуатация и повышается надежность работы.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ ОЗЕРНОГО ИЛА, содержащая плавучее основание, приспособление для перемещения по водоему, грузоподъемное устройство и механически связанное с ним перекачивающее устройство, отводящий трубопровод которого связан с потребителем, отличающаяся тем, что перекачивающее устройство выполнено в виде пневмонагнетателя, заборная часть которого оборудована решеткой и размещена ниже уровня ила в водоеме, а рабочая полость пневматически связана с распределительным устройством, сообщенным с всасывающим и нагнетательным патрубками гидрокомпрессора, размещенного на плавучем основании, при этом циркуляционный трубопровод гидрокомпрессора частично погружен под уровень воды в водоеме, а его всасывающий патрубок соединен с распределительным устройством через грязевик.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит дополнительные распределительное и перекачивающее устройства, при этом отводящий трубопровод дополнительного перекачивающего устройства соединен с аналогичным трубопроводом основного, а дополнительное распределительное устройство включено параллельно основному.

3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что перекачивающие устройства связаны с плавучим основанием с возможностью вертикального перемещения, а их заборные части дополнительно оборудованы илозаборниками, загнутыми под 90^o, входные отверстия которых развернуты в направлении движения установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3