КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОБЫЧИ КОНКРЕЦИЙ
COMPLEX FOR EXTRACTION OF CONCRETIONS

Изобретение относится к гидромеханизированным комплексам для добычи конкреций с морского дна.
Известен комплекс для добычи конкреций с морского дна (прототип), содержащий базовое судно, передвижной придонный агрегат, включающий пульпонасос с всасывающим и выходным патрубками, напорный трубопровод, перфорированный патрубок, соединенный фланцами с выходным патрубком и напорным трубопроводом, при этом размеры отверстий перфорированного патрубка приняты равными минимальному размеру добываемых конкреций (Пат. РФ №2219342, кл. 7 Е21С 50/00, E02F 3/88; 2003).
Однако недостатком известного комплекса является необходимость использования передвижного придонного агрегата, увеличенная длина напорного трубопровода, что усложняет и удорожает конструкцию комплекса, а также нарушение продуктивного придонного слоя при перемещении по дну акватории тяжелого добычного агрегата, что увеличивает продолжительность восстановительного периода формирования новых конкреций.
Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление конструкции комплекса и обеспечение щадящего режима добычи конкреций.
Технический результат достигается тем, что в комплексе для добычи конкреций, содержащем базовое судно, пульпонасос с всасывающим и выходным патрубками, напорный трубопровод, соединенный фланцами с выходным патрубком и напорным трубопроводом, перфорированный патрубок с размерами отверстий, равными минимальному размеру добываемых конкреций, согласно изобретению напорный трубопровод ориентирован вертикально, а его надводная часть с помощью обоймы шарнирно закреплена на конце подъемной стрелы поворотного крана, установленного на базовом судне, с возможностью подъема и опускания напорного трубопровода, а также его перемещения в горизонтальной плоскости, верхняя часть трубопровода гибким шлангом соединена с приемным приспособлением для конкреций, на нижней части трубопровода с возможностью вращения относительно него в горизонтальной плоскости установлена поворотная ферма, кинематически связанная с приводом ее поворота, а снизу к ферме прикреплены симметрично расположенные относительно всасывающего патрубка две вертикально ориентированные в поперечном сечении лопасти с возможностью их опирания на дно акватории, захвата ими конкреций и их перемещения к всасывающему патрубку, каждая из лопастей в плане спрофилирована по логарифмической спирали с полюсом, совпадающим с осью всасывающего патрубка, причем внешняя относительно всасывающего патрубка кромка лопасти и ее нижняя кромка отогнуты в сторону вращения фермы, а к всасывающему патрубку лопасть примыкает с минимальным кольцевым зазором в плане, при этом параметры логарифмической спирали, определяющей профиль каждой лопасти, выбраны исходя из соотношения
-1
-1
φln(ρa)<f,
где φ - мгновенная угловая координата, рад, ρ - мгновенный радиус, м, a - масштабный коэффициент, равный отношению линейной и угловой скоростей при построении профиля логарифмической спирали, м, f - коэффициент трения скольжения конкреций с вмещающей породой по внутренней поверхности лопасти, при этом всасывающий патрубок выполнен в виде расширяющегося вниз усеченного конуса, приемное приспособление для конкреций выполнено в виде наклонной колосниковой решетки с возможностью перегрузки с нее обезвоженных конкреций в передвижные контейнеры, а под колосниковой решеткой размещен зумпф. Лопасти могут быть выполнены со щелевыми отверстиями, а их внутренние поверхности покрыты слоем из гидрофобного материала. Зумпф может быть снабжен отводящим трубопроводом, ориентированным в сторону дна акватории, а отводящий трубопровод может быть выполнен в виде гибкого шланга.
Комплекс для добычи конкреции представлен на фиг.1 - вид сбоку, на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б по фиг.2, на фиг.4 - расчетная схема к определению параметров логарифмической спирали, формирующей профиль лопастей.
Комплекс для добычи конкреций содержит базовое судно 1, вертикально ориентированный напорный трубопровод 2, надводная часть которого с помощью обоймы 3 шарнирно 4 закреплена на конце подъемной стрелы 5 поворотного крана 6, установленного на базовом судне 1. Стрела 5 размещена с возможностью подъема и опускания напорного трубопровода 2, а также его перемещения в горизонтальной плоскости. Верхняя часть трубопровода 2 гибким шлангом 7 соединена с приемным приспособлением для конкреций. На нижней части трубопровода 2 с возможностью вращения относительно него в горизонтальной плоскости установлена поворотная ферма 8, кинематически связанная с приводом 9 ее поворота. Привод 9 установлен на кронштейне 10, закрепленном на напорном трубопроводе 2. Снизу к ферме 8 прикреплены симметрично расположенные относительно всасывающего патрубка 11 две вертикально ориентированные в поперечном сечении лопасти 12 и 13 с возможностью их опирания на дно 14 акватории 15, захвата ими конкреций 16 и их перемещения к всасывающему патрубку 11. Каждая из лопастей 12 и 13 в плане спрофилирована по логарифмической спирали с полюсом 17, совпадающим с осью 18 всасывающего патрубка 11. Причем внешние относительно всасывающего патрубка 11 кромки 19 и 20 лопастей 12 и 13 и их нижние кромки 21 отогнуты в сторону 22 вращения фермы 8, а к всасывающему патрубку 11 лопасти 12 и 13 примыкают с минимальным кольцевым зазором 23 в плане. При этом параметры логарифмической спирали, определяющей профиль каждой лопасти 12 и 13, выбраны исходя из соотношения
-1
-1
φln(ρa)<f,
где φ - мгновенная угловая координата, рад, ρ - мгновенный радиус, м, a - масштабный коэффициент, равный отношению линейной и угловой скоростей при построении профиля логарифмической спирали, м, f - коэффициент трения скольжения конкреций с вмещающей породой по внутренней поверхности лопасти.
kφ
Приведенное выше соотношение, позволяющее выбирать параметры логарифмической спирали с обеспечением смещения добываемой массы вдоль лопастей при их вращении, выведено следующим образом. В уравнении логарифмической спирали в полярных координатах (см., например, Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М., 1957, с.111-112, рис.60) ρ=a е, где е - основание натуральных логарифмов, k=ctg α, α - острый угол между мгновенным радиусом ρ и логарифмической кривой, для обеспечения скольжения добываемой массы по внутренней поверхности лопастей 14 и 15 угол встречи β между лопастью добываемой массой должен отвечать неравенству β=arc tg f<π/2 - α. Тогда ctg α=ctg (π/2-β)=tg β.
-1
-1
После логарифмирования исходного уравнения и его решения относительно параметра β, с учетом отмеченного, получим β=arc tg[φln(ρa)]<arc tg f, что и соответствует приведенному выше соотношению.
Всасывающий патрубок 11 пульпонасоса 24 выполнен в виде расширяющегося вниз усеченного конуса. Приемное приспособление для конкреций 16 выполнено в виде наклонной колосниковой решетки 25 с возможностью перегрузки с нее обезвоженных конкреций 16 в передвижные контейнеры 26. Под колосниковой решеткой 25 размещен зумпф 27. Зумпф 27 может быть снабжен отводящим трубопроводом 28, ориентированным в сторону дна 14 акватории 15. Лопасти 12 и 13 могут быть выполнены со щелевыми отверстиями 29, а их внутренние поверхности покрыты слоем 30 из гидрофобного материала. Отводящий трубопровод 28 может быть выполнен в виде гибкого шланга. 31 - перфорированный патрубок, b - вылет стрелы 5, l - удаление внешних кромок 19 и 20 лопастей 12 и 13 от оси 18 напорного трубопровода 2.
Комплекс действует следующим образом. После размещения базового судна 1 в зоне добычи конкреций 16 с помощью стрелы 5 поворотного крана 6 трубопровод 2 с закрепленным на нем оборудованием опускается в акваторию 15 до размещения лопастей 12 и 13 на ее дне 14. После этого включают пульпонасос 24 и привод 9 вращения фермы 8 в направлении 22. Благодаря этому при вращении фермы 8 размещенные на дне 14 конкреции 16 за счет их взаимодействия с лопастями 12 и 13 сдвигаются ими в сторону всасывающего патрубка 11, захватываются пульпонасосом 24 и транспортируются им вверх по напорному трубопроводу 2. При этом за счет соответствующего выбора параметров профиля лопастей 12 и 13, определяемых приведенным выше соотношением, угол β встречи конкреций 16 с вмещающими их породами с внутренней поверхностью лопастей 12 и 13 в любой точке по длине каждой лопасти 12, 13 всегда одинаков и всегда меньше угла трения. Поэтому добываемая масса при ее взаимодействии с внутренними поверхностями лопастей 12 и 13 смещается ими в сторону всасывающего патрубка 11 и надежно захватывается пульпонасосом 24. При этом при смещении этой массы вдоль лопастей 12 и 13 происходит первичное обогащение конкреций 16 за счет сброса части илистых включений через щелевые отверстия 29 лопастей 12 и 13. Далее, при проходе гидросмеси через перфорированный патрубок 31 излишки воды и часть оставшихся илистых включений удаляются из трубопровода 2. С напорного трубопровода 2 гидросмесь по гибкому шлангу 7 направляется на наклонную колосниковую решетку 25, на которой происходит обезвоживание и обесшламливание конкреций 16. С колосниковой решетки 25 в значительной мере очищенные конкреции 16 (после их трехкратного предварительного обогащения) самотеком разгружаются в передвижные контейнеры 26.
2
При наличии двух одновременно работающих лопастей 12 и 13, расположенных по обе стороны от напорного трубопровода 2, обеспечивается отработка залежи площадью πl при повороте фермы 8 на 180 градусов, что позволяет увеличить производительность устройства или, при прочих равных условиях, уменьшить угловую скорость вращения фермы 8.
После полуоборота фермы 8 относительно напорного трубопровода 2 и выработки конкреций 16 с площади, ограниченной кругом радиуса l, трубопровод 2 с навесным оборудованием приподнимается над дном 14 с помощью подъемной стрелы 5 и перемещается поворотным краном 6 в горизонтальной плоскости на соседний участок и снова опускается на дно 14 для отработки этого участка залежи.
Подрешетный продукт колосниковой решетки 25 - вода с возможными остатками илистых частиц - поступает в зумпф 27, откуда по гибкому шлангу 28 может сбрасываться в придонную зону. Контейнеры 26 по мере их заполнения конкрециями 16 перемещаются в зону их размещения на судне 1.
2
Процесс непрерывной отработки залежи конкреций 16 без передвижки базового судна 1 начинается с размещения напорного трубопровода 2 с помощью поворотного крана 6 у одного из бортов базового судна 1 и заканчивается при размещении напорного трубопровода 2 у другого борта базового судна 1. При этом при повороте стрелы 5 крана 6 и фермы 8 относительно оси 18 трубопровода 2 на угол 180 градусов обеспечивается сбор конкреций 16 с площади, примерно равной π(b+l).
После отработки данного участка с помощью крана 6 напорный трубопровод 2 приподнимается над дном 14, а базовое судно 1 перемещается на смежный участок, на котором цикл работ производится в описанном выше порядке. Периодически или после того, как все контейнеры 26 будут заполнены конкрециями 16, контейнеры с конкрециями с базового судна 1 перегружаются на транспортное судно, а на базовое судно подаются порожние контейнеры.
Отличительные признаки изобретения позволяют упростить и удешевить конструкцию комплекса и обеспечивают щадящий режим добычи конкреций без значительного нарушения структуры придонного слоя.