Способ работы гидротранспортной установки и устройство для его реализации
Изобретения относятся к машиностроению и могут быть использованы при разработке подводных месторождений полезных ископаемых. Способ работы гидротранспортной установки включает транспортирование твердых частиц в составе гидросмеси (ГС) и подачу ГС во всасывающий трубопровод насоса. Предварительно задают скорость вращения рабочего колеса (РК), через лопасти которого проходит поток ГС всасывающего трубопровода насоса, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу ГС. Непрерывно выводят твердые частицы из состава ГС, поступающей в насос. Во время поступления в поток нагнетательного трубопровода (НТ) насоса твердых частиц контролируют скорость вращения РК. Контролируемую величину скорости сравнивают с заданной и достигают их соответствия путем регулирования подачи части напорного потока из НТ на лопасти РК. Устройство для работы гидротранспортной установки содержит насос и установленный в ставе его НТ аккумулятор, погруженные в океан. РК установлено в аккумуляторе, а НТ дополнительно соединен с аккумулятором патрубком, содержащим управляемую задвижку. Изобретения направлены на обеспечение непрерывного подъема полезных ископаемых, избегая создания условий их агломерации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых.
Известен способ подъема многокомпонентной смеси с больших глубин насосной установкой, включающий запуск установки, откачку воды в составе водовоздушной смеси путем подачи сжатого воздуха в промежуточную ступень насоса, отделения воздуха от смеси в промежуточном сечении нагнетательного трубопровода, повторной подачи его на сжатие в насос установки, при этом предварительно задают скорость транспортирования твердой составляющей пульповоздушной смеси, а затем в стационарном режиме работы установки на водовоздушной смеси с заданной скоростью подают твердую составляющую пульпы в нагнетательный трубопровод и транспортируют многокомпонентную смесь при поддержании заданной величины скорости (патент Украины №61294А, кл. F04F 1/00, F04F 1/20, Е21F 17/00, 2003 г.).
Недостатками известного способа являются возможность вступления в процесс агломерации твердых частиц до их введения в нагнетательный трубопровод, ухудшение напорно-расходных характеристик насоса в результате подачи сжатого воздуха непосредственно в насос, сложность технологического процесса, а также наличие сжатого воздуха в составе транспортируемого потока многокомпонентной смеси, что предопределяет снижение эффективности подъема элементов подводных месторождений полезных ископаемых.
Известно устройство для транспортирования гидросмеси, содержащее центробежный насос, сообщенный всасывающим трубопроводом с приемным резервуаром, нагнетательный трубопровод, содержащий управляемую задвижку, при этом всасывающий трубопровод дополнительно содержит подпитывающие патрубки, оборудованные управляемыми задвижками, входные сечения которых расположены на разных уровнях приемного резервуара, а всасывающий трубопровод имеет наконечник, содержащий ряд всасывающих патрубков (патент Украины №67246А, кл. F04D 29/70, F04D 13/00, 2004 г.).
Недостатком известного устройства является транспортирование элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси через насос, что предопределяет существенное измельчение твердых частиц, вследствие чего ухудшается процесс их последующей переработки.
Наиболее близким технологическим решением является способ транспортирования гидросмеси, включающий подачу гидросмеси во всасывающий трубопровод гидротранспортной установки, при этом предварительно задают концентрацию гидросмеси, контролируют величину концентрации транспортируемой гидросмеси, сравнивают контролируемую величину с заданной и обеспечивают их соответствие путем дополнительной подачи гидросмеси необходимой концентрации в транспортируемый поток (патент Украины №67246А, кл. F04D 29/70, F04D 13/00, 2004 г.).
Недостатками наиболее близкого технологического решения является транспортирование элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси через насос, что предопределяет существенное измельчение твердых частиц, вследствие чего ухудшается процесс их последующей переработки.
Наиболее близким технологическим решением является насосная установка для перекачивания пульпы, содержащая две рабочие камеры, нижние части которых соединены между собой, а с центробежным насосом - системой трубопроводов, подводные и нагнетательные трубопроводы, соединяющие соответственно источник перекачиваемой смеси и потребитель с рабочими камерами, при этом насосная установка дополнительно содержит питатель, аккумулятор пневматической энергии, многосекционный центробежный насос для создания водовоздушной смеси, выполняющей роль рабочего агента, соединенный с нагнетательным трубопроводом через загрузочные камеры односекционный центробежный насос, соединенный со шнековым питателем с помощью сети трубопроводов, содержащих управляемые задвижки (патент Украины №61294А, кл. F04F 1/00, F04F 1/20, Е21F 17/00, 2003 г.).
Недостатками наиболее близкого технологического решения являются цикличность процессов загрузки-разгрузки загрузочных камер пульпой, имеющей высокую концентрацию твердых частиц, что создает условия вступления в процесс агломерации твердой составляющей пульпы и заштыбовки соответствующих элементов насосной установки во время ее функционирования, ухудшение напорно-расходных характеристик насоса в результате подачи сжатого воздуха непосредственно в насос, наличие сжатого воздуха в составе транспортируемого потока многокомпонентной смеси, что предопределяет снижение эффективности подъема элементов подводных месторождений полезных ископаемых, а также значительная металлоемкость насосной установки.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа работы гидротранспортной установки, в котором путем контроля скорости вращения оборудованного лопастями рабочего колеса во время поступления в поток нагнетательного трубопровода насоса твердых частиц обеспечивается возможность непрерывного подъема в составе гидросмеси элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых, избегая создания условий их вступления в процессы агломерации, исключая процессы введения сжатого воздуха в состав гидросмеси и транспортирование твердых частиц через насос.
Поставленная задача решается таким образом, что способ работы гидротранспортной установки, включающий транспортирование твердых частиц в составе гидросмеси и подачу гидросмеси во всасывающий трубопровод насоса, который в соответствии с изобретением отличается тем, что предварительно задают скорость вращения рабочего колеса, через лопасти которого проходит поток гидросмеси всасывающего трубопровода насоса, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, непрерывно выводят твердые частицы из состава гидросмеси, поступающей в насос, контролируют скорость вращения оборудованного лопастями рабочего колеса во время поступления в поток нагнетательного трубопровода насоса твердых частиц, сравнивают контролируемую величину скорости с заданной и достигают их соответствия путем регулирования направленной подачи части высоконапорного потока нагнетательного трубопровода насоса на лопасти рабочего колеса.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для работы гидротранспортной установки, в котором путем дополнительных соединений элементов известной конструктивной схемы обеспечивается возможность непрерывного подъема в составе гидросмеси элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых, избегая создания условий их вступления в процессы агломерации, исключая процессы введения сжатого воздуха в состав гидросмеси и транспортирование твердых частиц через насос.
Поставленная задача решается таким образом, что устройство для работы гидротранспортной установки, содержащее насос с всасывающим и нагнетательным трубопроводами и аккумулятор, установленный в ставе нагнетательного трубопровода насоса, которое в соответствии с изобретением отличается тем, что насос и установленный в ставе его нагнетательного трубопровода аккумулятор погружены в океан, аккумулятор, содержащийся в ставе нагнетательного трубопровода насоса, установлен в промежуточном поперечном сечении всасывающего трубопровода насоса, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в аккумуляторе, нагнетательный трубопровод насоса дополнительно соединен с аккумулятором патрубком, содержащим управляемую задвижку, при этом нагнетательный трубопровод насоса имеет специальный наконечник, расположенный в аккумуляторе. Кроме того, оборудованное лопастями рабочее колесо имеет дополнительные лопасти.
На фигурах 1 и 2 изображена схема устройства для реализации способа работы гидротранспортной установки.
Устройство для работы гидротранспортной установки содержит погруженный в океан насос 1 с всасывающим 2 и нагнетательным 3 трубопроводами, содержащийся в ставе нагнетательного трубопровода 3 и погруженный в океан на глубину, отвечающую параметрам подъема и составу гидросмеси, аккумулятор 4 установлен в промежуточном поперечном сечении всасывающего трубопровода 2, оборудованное лопастями 5 рабочее колесо 6 установлено в аккумуляторе 4, нагнетательный трубопровод 3 дополнительно соединен с аккумулятором 4 патрубком 7, содержащим управляемую задвижку 8, оборудованное лопастями 5 рабочее колесо 6 имеет дополнительные лопасти 9, при этом нагнетательный трубопровод 3 имеет расположенный в аккумуляторе 4 специальный наконечник 10, а датчик определения скорости вращения - тахометр 11 соединен с рабочим колесом 6. Устройство дополнительно содержит блок управления 12.
Способ с помощью устройства для работы гидротранспортной установки реализуется следующим образом.
Предварительно задают скорость вращения рабочего колеса 6, через лопасти 5 которого проходит поток гидросмеси всасывающего трубопровода 2. Перед запуском устройства для работы гидротранспортной установки управляемая задвижка 8 полностью закрыта.
Блок управления 12 запускает заполненный жидкостью насос 1, который начинает откачивать жидкость, находящуюся в верхней части аккумулятора 4. При откачивании жидкости из погруженного в океан аккумулятора 4 в него начинает поступать по всасывающему трубопроводу 2 поток гидросмеси, содержащий элементы разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых. Процесс формирования гидросмеси в нижних сечениях всасывающего трубопровода 2 относится непосредственно к функциям агрегата сбора и в данной заявке не рассматривается.
В аккумуляторе 4 скорость движения гидросмеси значительно ниже, чем во всасывающем трубопроводе 2. Таким образом, в аккумуляторе 4 под действием сил гравитации происходит процесс непрерывного осаждения элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых из состава проходящего через него потока всасывающего трубопровода 2. В процессе осаждения элементы разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых поступают в нижнюю часть аккумулятора 4, где они попадают в поток нагнетательного трубопровода 3 и транспортируются дальше в его составе. Это обеспечивает возможность непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, исключая транспортирование твердых частиц через используемый насос 1. Специальный наконечник 10 помогает эффективно формировать поток нагнетательного трубопровода 3 после поступления в него твердых частиц разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых. При этом внутренний диаметр специального наконечника 10 изменяется по его длине.
Транспортирование потока всасывающего трубопровода 2 через объем аккумулятора 4 приводит к принудительному вращению оборудованного лопастями 5 рабочего колеса 6, что, в свою очередь, способствует процессу равномерного осаждения элементов полезных ископаемых, а также препятствует возникновению процессов агломерации в аккумуляторе 4 и его заштыбовке. Дополнительные лопасти 9 способствуют поступлению твердых частиц в поток нагнетательного трубопровода 3.
После запуска насоса 1 блок управления 12 с помощью тахометра 11 контролирует скорость вращения оборудованного лопастями 5 рабочего колеса 6, сравнивает контролируемую величину с заданной и достигает их соответствия путем регулирования направленной подачи части высоконапорного потока нагнетательного трубопровода 3 на лопасти 5 рабочего колеса 6.
Регулированием величины открывания управляемой задвижки 8 блок управления 12 управляет величиной направленной подачи части потока нагнетательного трубопровода 3 на лопасти 5 рабочего колеса 6.
При необходимости увеличения скорости вращения оборудованного лопастями 5 рабочего колеса 6 блок управления 12 увеличивает величину открывания управляемой задвижки 8 и часть потока нагнетательного трубопровода 3 направляется по патрубку 7 на лопасти 5 рабочего колеса 6, вследствие чего его обороты увеличиваются.
Непосредственно перед остановкой устройства для работы гидротранспортной установки блок управления 12 выполняет остановку насоса 1 с последующим полным закрытием управляемой задвижки 8.
Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит осуществлять подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых, исключая создание условий вступления в процесс агломерации твердых частиц и заштыбовку соответствующих элементов гидротранспортной установки во время ее функционирования без существенного измельчения твердых частиц, ухудшающего процесс их последующей переработки, что, в свою очередь, обеспечит улучшение условий эксплуатации насоса, а также повысит эффективность разработки подводных месторождений полезных ископаемых.
1. Способ работы гидротранспортной установки, включающий транспортирование твердых частиц в составе гидросмеси и подачу гидросмеси во всасывающий трубопровод насоса, отличающийся тем, что предварительно задают скорость вращения рабочего колеса, через лопасти которого проходит поток гидросмеси всасывающего трубопровода насоса, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, непрерывно выводят твердые частицы из состава гидросмеси, поступающей в насос, контролируют скорость вращения оборудованного лопастями рабочего колеса во время поступления в поток нагнетательного трубопровода насоса твердых частиц, сравнивают контролируемую величину скорости с заданной и достигают их соответствия путем регулирования направленной подачи части высоконапорного потока нагнетательного трубопровода насоса на лопасти рабочего колеса.
2. Устройство для работы гидротранспортной установки, содержащее насос с всасывающим и нагнетательным трубопроводами и аккумулятор, установленный в ставе нагнетательного трубопровода насоса, отличающееся тем, что насос и установленный в ставе его нагнетательного трубопровода аккумулятор погружены в океан, аккумулятор, содержащийся в ставе нагнетательного трубопровода насоса, установлен в промежуточном поперечном сечении всасывающего трубопровода насоса, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в аккумуляторе, нагнетательный трубопровод насоса дополнительно соединен с аккумулятором патрубком, содержащим управляемую задвижку, при этом нагнетательный трубопровод насоса имеет наконечник, расположенный в аккумуляторе.
3. Устройство для работы гидротранспортной установки по п.2, отличающееся тем, что оборудованное лопастями рабочее колесо имеет дополнительные лопасти.
