Способ транспортирования гидросмеси с больших глубин и устройство для его реализации
Изобретения относятся к машиностроению и могут быть использованы при разработке подводных месторождений полезных ископаемых. Способ заключается в транспортировании твердых частиц (ТЧ) в составе гидросмеси (ГС) и подачу ГС во всасывающий трубопровод (Т) насоса. Предварительно задают величину массового расхода ТЧ в потоке ГС всасывающего Т до выведения из него ТЧ в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу ГС. Непрерывно выводят ТЧ из состава ГС, поступающей в насос. Контролируют величину массового расхода ТЧ в ГС в нагнетательном Т. Сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода потока нагнетательного Т, в который поступают ТЧ. Устройство для транспортирования гидросмеси содержит насос и аккумулятор, установленный в ставе нагнетательного Т. Насос и аккумулятор погружены в океан. Аккумулятор установлен в промежуточном поперечном сечении всасывающего Т насоса. Участок нагнетательного Т между насосом и аккумулятором сообщен с окружающей средой патрубком с управляемой задвижкой. В аккумуляторе установлено рабочее колесо с лопастями и наконечник нагнетательного Т. Изобретения направлены на повышение эффективности непрерывного подъема полезных ископаемых, исключая транспортирование ТЧ через насос и измельчение ТЧ. 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 является 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, соединенный всасывающим трубопроводом с приемным резервуаром, нагнетательный трубопровод, содержащий управляемую задвижку, при этом всасывающий трубопровод дополнительно содержит подпитывающие патрубки с управляемыми задвижками, входные сечения которых расположены на разных уровнях приемного резервуара, а всасывающий трубопровод имеет наконечник, содержащий ряд всасывающих патрубков (патент Украины №67246 А, кл. F04D 29/70, F04D 13/00, 2004 г.).
Недостатками 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 №67246 А, 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, подводящие 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 №61294 А, кл. F04F 1/00, F04F 1/20, Е21F 17/00, 2003 г.).
Недостатками наиболее близкого технологического решения являются 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 транспортирования гидросмеси с больших глубин, в котором путем контроля величины массового расхода твердых частиц в гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода насоса с поступающими в него твердыми частицами, обеспечивается возможность повышения эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, исключая процессы введения сжатого воздуха в состав гидросмеси и транспортирования твердых частиц через насос.
Поставленная задача решается таким образом, что способ транспортирования гидросмеси с больших глубин, включающий транспортирование твердых частиц в составе гидросмеси и подачу гидросмеси во всасывающий трубопровод насоса, который, в соответствии с изобретением, отличается тем, что предварительно задают величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси всасывающего трубопровода насоса до выведения из его состава твердых частиц в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, непрерывно выводят твердые частицы из состава гидросмеси, поступающей в насос, контролируют величину массового расхода твердых частиц в гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода насоса с поступающими в него твердыми частицами, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода потока нагнетательного трубопровода, в который непосредственно происходит поступление твердых частиц.
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для транспортирования гидросмеси с больших глубин, в котором путем дополнительных соединений элементов известной конструктивной схемы обеспечивается возможность повышения эффективности непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, исключая процессы введения сжатого воздуха в состав гидросмеси и транспортирования твердых частиц через насос.
Поставленная задача решается таким образом, что устройство для транспортирования гидросмеси с больших глубин, 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, участок нагнетательного трубопровода насоса, расположенный между используемым насосом и аккумулятором, сообщен с окружающей его средой патрубком, содержащим управляемую задвижку, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в аккумуляторе, а нагнетательный трубопровод насоса имеет специальный наконечник, расположенный в аккумуляторе. Кроме того, устройство содержит погруженный в океан дополнительный насос с всасывающим и нагнетательным патрубками, при этом всасывающий патрубок дополнительного насоса соединен с аккумулятором.
На фигурах 1 и 2 изображена схема устройства для реализации способа транспортирования гидросмеси с больших глубин.
Устройство для транспортирования гидросмеси с больших глубин 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, погруженный в океан дополнительный насос 5 с всасывающим 6 и нагнетательным 7 патрубками, участок нагнетательного трубопровода 3, расположенный между насосом 1 и аккумулятором 4, сообщен с окружающей его средой патрубком 8, содержащим управляемую задвижку 9, оборудованное лопастями 10 рабочее колесо 11 установлено в аккумуляторе 4, нагнетательный трубопровод 3 имеет расположенный в аккумуляторе 4 специальный наконечник 12, всасывающий патрубок 6 дополнительного насоса 5 соединен с аккумулятором 4, при этом всасывающий трубопровод 2 оборудован датчиком определения расхода жидкости 13 и консистометром 14, а нагнетательный трубопровод 3 оборудован датчиком определения расхода жидкости 15 и консистометром 16. Устройство дополнительно содержит блок управления 17.
Способ с помощью устройства для транспортирования гидросмеси с больших глубин реализуется следующим образом.
Предварительно задают величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси всасывающего трубопровода 2 до выведения из его состава твердых частиц. Заданную величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси всасывающего трубопровода 2 определяют с помощью датчика определения расхода жидкости 13 и консистометра 14. Перед запуском устройства для транспортирования гидросмеси с больших глубин управляемая задвижка 9 полностью закрыта.
Блок управления 17 запускает заполненные жидкостью насос 1 и дополнительный насос 5, которые начинают 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. Величина массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси, поступающей в аккумулятор 4, является предварительно заданной величиной, которую определяют с помощью датчика определения расхода жидкости 13 и консистометра 14.
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 12 помогает эффективно формировать поток нагнетательного трубопровода 3 после поступления в него твердых частиц разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых. При этом внутренний диаметр специального наконечника 12 изменяется по его длине.
Транспортирование потока всасывающего трубопровода 2 через объем аккумулятора 4 приводит к принудительному вращению оборудованного лопастями 10 рабочего колеса 11, что, в свою очередь, способствует процессу равномерного осаждения элементов полезных ископаемых, а также препятствует осуществлению процессов агломерации в аккумуляторе 4 и его заштыбовке.
После запуска насосов 1 и 5 блок управления 17 частично открывает управляемую задвижку 9 и с помощью датчика определения расхода жидкости 15 и консистометра 16 контролирует величину массового расхода твердых частиц в гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода 3 с поступающими в него твердыми частицами, сравнивает контролируемую величину с заданной и достигает их соответствия путем регулирования величины расхода потока нагнетательного трубопровода 3, в который непосредственно происходит поступление твердых частиц. Величину расхода потока нагнетательного трубопровода 3 определяет датчик определения расхода жидкости 15.
При необходимости увеличения величины массового расхода твердых частиц в гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода 3 с поступающими в него твердыми частицами, блок управления 17 уменьшает величину открывания управляемой задвижки 9, вследствие чего увеличивается величина расхода потока нагнетательного трубопровода 3.
При необходимости уменьшения величины массового расхода твердых частиц в гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода 3 с поступающими в него твердыми частицами, блок управления 17 увеличивает величину открывания управляемой задвижки 9, вследствие чего уменьшается величина расхода потока нагнетательного трубопровода 3.
Непосредственно перед остановкой устройства для транспортирования гидросмеси с больших глубин блок управления 17 выполняет остановку насосов 1 и 5 с последующим полным закрытием управляемой задвижки 9.
Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит увеличить объемы добычи элементов подводных месторождений полезных ископаемых 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 транспортирования гидросмеси с больших глубин, включающий транспортирование твердых частиц в составе гидросмеси и подачу гидросмеси во всасывающий трубопровод насоса, отличающийся тем, что предварительно задают величину массового расхода твердых частиц в потоке гидросмеси всасывающего трубопровода насоса до выведения из его состава твердых частиц, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, непрерывно выводят твердые частицы из состава гидросмеси, поступающей в насос, контролируют величину массового расхода твердых частиц в гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода насоса с поступающими в него твердыми частицами, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины расхода потока нагнетательного трубопровода, в который непосредственно происходит поступление твердых частиц.
2. Устройство для транспортирования гидросмеси с больших глубин, 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, участок нагнетательного трубопровода насоса, расположенный между используемым насосом и аккумулятором, сообщен с окружающей его средой патрубком, содержащим управляемую задвижку, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в аккумуляторе, а нагнетательный трубопровод насоса имеет наконечник, расположенный в аккумуляторе.
3. Устройство для транспортирования гидросмеси с больших глубин по п.2, отличающееся тем, что устройство содержит погруженный в океан дополнительный насос с всасывающим и нагнетательным патрубками, при этом всасывающий патрубок дополнительного насоса соединен с аккумулятором.
