Установка для добычи полезных ископаемых со дна акватории

 

Изобретение относится к горному делу, к подводным разработкам полезных ископаемых. Установка содержит тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, расположенную в барабане-рыхлителе, снабжена сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими с другого конца вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам, и цапфами. Ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора - на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах. Средний диаметр решетки лопастей на порядок превышает высоту их установки. Углы входа и выхода в статоре гидротурбины β_1c = 85-95° и α₁ = 75-80° соответственно, а в роторе - β_1p = 45-51° и β_2p = 25-32°. Количество ступеней гидротурбины n=30. Изобретение обеспечивает повышение КПД установки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горному делу, конкретно к технологии подводных разработок полезных ископаемых.

Известен турбобур, включающий в себя корпус, в котором на радиальных и осевых опорах установлен вал и на нем смонтирована турбина. Нижняя часть вала присоединяется к породоразрушающему инструменту. Верхняя часть корпуса турбобура соединяется с бурильной колонной (патент US 2908534).

Из-за того, что турбина развивает большую частоту вращения, породоразрушающий инструмент быстро выходит из строя, процесс бурения становится неэффективным.

Известен турбобур, включающий корпус, установленные в корпусе на радиальных и осевых опорах, связанных между собой посредством редуктора частоты вращения, и имеющие турбины верхний и нижний валы, причем нижний вал связан с породоразрушающим инструментом (долотом). Угол входа лопаток турбины, установленной на нижнем валу, находится в диапазоне 45-90^o.

Угол входа лопаток турбины, установленной на верхнем валу, больше угла входа лопаток турбины, установленной на нижнем валу, на величину более 40^o. Угол выхода лопаток турбины, установленной на нижнем валу, находится в диапазоне от 30 до 70^o (патент РФ 2052065, МКИ Е 21 В 4/02, БИ 1, 1996).

Недостатком известного изобретения является невозможность применять турбины турбобура для добычной машины при подводных разработках полезных ископаемых.

Известна установка с самоходной тележкой для сбора конкреций в условиях дна Мирового океана, содержащая тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, работающую на воде (патент РФ 2112139, МКИ Е 21 С 50/00, БИ 15, 1998) - прототип.

Недостатком известной установки является отсутствие оптимизирующих параметров прямоточной гидротурбины, выражающихся в низком КПД турбины.

Задачей изобретения является повышение КПД установки путем оптимизации параметров гидротурбины.

Задача решается тем, что установка для добычи полезных ископаемых со дна акватории, содержащая тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, расположенную в барабане-рыхлителе, дополнительно гидротурбина снабжена сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими с другого конца вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам, и цапфами, при этом ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора - на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах, причем средний диаметр решетки лопастей турбины на порядок превышает высоту их установки.

Углы входа и выхода в статоре гидротурбины β_1c=85-95^o и α₁=75-80^o соответственно, а в роторе - β_1p=45-51^o и β_2p=25-32^o. Количество ступеней гидротурбины n=30.

На фиг.1 представлен общий вид установки для добычи полезных ископаемых со дна акватории; на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 - схема решетки лопастей статора и ротора турбины.

Установка для добычи полезных ископаемых содержит тележку 1 (фиг.1) на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с корпусом 2, с резцами 3, всасывающее сопло 4, цапфы 5, рычаги 6, сидящие на полом валу 7 подшипники скольжения 8, статор 9, ротор 10, крышки 11 и 12, подводящий канал 13 и отводящий канал 14 с отверстиями, проходящими через крышки 11 и 12 и подшипники 8, лопасти статора 15 и ротора 16.

Установка работает следующим образом.

Поток морской воды с избыточным давлением поступает через канал 13 в крышке 11 из акватории (фиг.2), проходит через решетку лопастей статора 9 и ротора 10, установленного на подшипниках скольжения 8, вращает корпус 2 барабана-рыхлителя и передает усилие на закрепленные на нем резцы 3.

Резцы захватывают с поверхности дна конкреции вместе с илом и песком и проталкивают их к всасывающему соплу 4, закрепленному на тележке 1 на гусеничном ходу.

Барабан-рыхлитель 2 закреплен на рычагах 6 при помощи цапф 5.

В цапфе 5 задней крышки барабана имеется канал 14, через который поток воды выдавливается в акваторию.

Статорная решетка 9 закреплена на неподвижном полом валу 7.

За счет выбранных углов решеток лопастей 15 и 16 (см. фиг.3) параллелограммы скоростей потока обеспечивают вращение ротора 10 с частотой, не превышающей 100 об/мин. При числе ступеней, не превышающем 30, момент вращения ротора 10 достаточен для отделения полезного ископаемого от поверхности морского дна.

Углы входа и выхода в статоре 9 β_1c=85-95^o и α₁=75-80^o, а в роторе 10: β_1p= 45-51^o и β_2p=25-32^o обеспечивают заданные параметры механической характеристики гидротурбины при небольшом числе ступеней (n=30 шт) и высоком значении КПД турбины, большем, чем в турбобурах, и оптимальном для прототипа.

Формула изобретения

1. Установка для добычи полезных ископаемых со дна акватории, содержащая тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, расположенную в барабане-рыхлителе, отличающаяся тем, что гидротурбина снабжена сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими с другого конца вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам, и цапфами, при этом ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах, причем средний диаметр решетки лопастей турбины на порядок превышает высоту их установки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что углы входа и выхода в статоре гидротурбины β_1c = 85-95° и α₁ = 75-80°, соответственно, а в роторе - β_1p = 45-51° и β_2p = 25-32°.

3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что количество ступеней гидротурбины n=30.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3