УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНКРЕЦИЙ
DEVICE FOR COLLECTION OF POLYMETALLIC NODULES

Изобретение относится к техническим средствам для освоения ресурсов мирового океана и предназначено для промышленной добычи полиметаллических конкреций, находящихся на поверхности морского дна в виде россыпей.
Известно устройство для добычи железомарганцевых конкреций со дна океана, включающее погружной аппарат с автономной системой энергоснабжения, который имеет балластную и накопительную камеры, а также две камеры, одна из которых заполнена водой, а вторая - реагентом для образования газа и исполнительные органы, (патент RU 2053366 С1 кл. Е21С 50/00 опубл. 27.01.1996 г.).
Недостатками данного технического решения являются:
- низкая эффективность добычи за счет значительных энергозатрат на спусковые операции,
- сложность работы устройства на большой глубине;
- частые перемещения всего устройства по морскому дну создают взвесь, мешающую дальнейшему сбору конкреций и наносящую вред экологии морского дна.
Известно также устройство для добычи конкреций с морского дна содержащее базовое судно с краном, на стреле которого, с возможностью подъема и опускания закреплен вертикальный напорный трубопровод. На нижней части напорного трубопровода установлена консольная ферма с узлами сбора конкреций, в виде желобов со шнеками, (патент RU 2353774 С1 кл. Е21С 50/00 опубл. 27.04.2009 г.).
Недостатками данного устройства являются
- необходимость постоянного присутствия надводного плавсредства непосредственно над местом работы устройства;
- низкая мобильность устройства, невозможность самостоятельного передвижения по морскому дну;
- небольшая глубина разработки, ограничивающаяся длиной напорного трубопровода;
- возможность использования устройства только на ровной поверхности морского дна;
- узлы сбора, выполненные в виде шнеков, воздействуя на морское дно создают взвесь, мешающую дальнейшему сбору конкреций и наносящую вред экологии морского дна.
Известно придонное добычное устройство для сбора конкреций, принятое в качестве прототипа, включающее приемный бункер, жестко связанный со стойкой, центральную цапфу с механизмом поворота, шарнирно-рычажные механизмы с гидроцилиндрами, вакуумные захваты, (патент RU №186415, Е21С 50/02, E02F 3/88, опубл. 21.01.2019)
Недостатками данного добычного устройства являются:
- значительные энергозатраты при спуске и подъеме устройства;
- ограничение площади сбора длиной шарнирно-рычажных механизмов;
- при перемещении устройства создается взвесь, мешающая дальнейшему сбору конкреций и наносящая вред экологии морского дна;
- необходимость постоянного присутствия надводного плавсредства непосредственно над местом работы устройства.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является создание конструкции, позволяющей осуществлять сбор полиметаллических конкреций в промышленном масштабе на больших глубинах при уменьшении энергетических затрат на погружение и подъем оборудования и соблюдения экологического равновесия и безопасности в местах производства работ.
Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в повышении производительности, сокращении энергозатрат на спускоподъемные операции, а также снижении негативного воздействия на окружающую среду
Технический результат достигается тем, что устройство для сбора полиметаллических конкреций содержит жестко закрепленные на центральной балке балластный блок, накопительный бункер, блок постоянной плавучести, механизмы перемещения и агрегаты сбора, при этом агрегаты сбора, выполнены как шарнирно соединенные с центральной балкой штанги с передвигающимися по ним устройствами сбора и оборудованные элементами постоянной плавучести, балластный блок разделен на радиальные сегменты, а блок постоянной плавучести и элементы постоянной плавучести выполнены в виде емкостей, заполненных синтактическим композитом.
Кроме того, соединение устройства с базовым судном может осуществляться по линиям связи посредством использования заглубленного буя.
Устройство для сбора полиметаллических конкреций поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана аксонометрическая проекция устройства, на фиг. 2 - вид сбоку.
Устройство для сбора полиметаллических конкреций содержит жестко закрепленные на центральной балке 1 балластный блок 2, выполненный разделенным на радиальные сегменты, накопительный бункер 3, блок постоянной плавучести 4 и механизмы перемещения 5. Механизмы перемещения 5 представляют собой установленные в вертикальной и горизонтальной плоскостях винтовые, крыльчатые, водометные или иные движители. Ниже блока постоянной плавучести 4 расположены агрегаты сбора. Агрегаты сбора состоят из шарнирно соединенных с центральной балкой 1 штанг 6 с передвигающимися по ним узлами сбора 7. Узлы сбора 7 представляет собой совокупность цилиндрического катка 8 и сборной емкости 9. Поверхность катка 8 содержит многочисленные гибкие резиновые стержни для удержания полиметаллических конкреций (на фиг. условно не показаны).
На конце каждой штанги 6 расположены элементы постоянной плавучести 10. Блок постоянной плавучести 4 и элементы постоянной плавучести 10 штанг 6, представляют собой емкости из алюминиевого сплава, заполненные синтактическим композитом, устойчивым к высокому давлению на больших глубинах (состав синтактического композита: полые стеклянные или керамические шарики, заключенные в эпоксидную смолу).
Процесс погружения и сбора конкреций контролируется и управляется оператором с базового судна посредством линий связи 11. Линии связи 11 представляют собой кабели с нейтральной плавучестью, которые обеспечивают силовое питание и управление устройством.
Вертикально над устройством ниже водной поверхности устанавливается заглубленный буй 12. Заглубленный буй 12 - это плавучесть, закрепленная на линии связи 11, он удерживает линию связи 11 в вертикальном натянутом положении. Глубина расположения заглубленного буя 12 под водной поверхностью диктуется соображениями безопасности, он не должен быть поврежден волнами или проходящими судами. Линии связи 11 от заглубленного буя 12 подключаются к базовому судну в горизонтальном направлении, таким образом, базовое судно может обслуживать несколько устройств для добычи полиметаллических конкреций. Заглубленный буй 12 служит для временного отключения устройств от базового судна во время неблагоприятных погодных условий. При этом базовое судно может покинуть район сбора, горизонтальные ветки линий связи 11 повисают на заглубленных буях 12 устройств, и при наступлении благоприятных погодных условий могут быть обнаружены и подключены заново.
Сбор полиметаллических конкреций с помощью устройства происходит следующим образом.
Устройство с заполненным балластным блоком 2 под действием совокупной отрицательной плавучести погружается на морское дно. При этом штанги 6 находятся в сложенном вертикальном положении.
В процессе погружения оператор с базового судна корректирует место посадки на морской грунт с помощью механизмов перемещения 5, передавая сигналы по линиям связи 11.
После посадки на морское дно штанги 6 разворачиваются в горизонтальное положение. Длина штанг 6 определяет площадь сбора конкреций. Штанги 6 под управлением оператора вращаются вокруг центральной балки 1 и могут менять угол в вертикальной плоскости, компенсируя неровности рельефа морского дна. Сбор конкреций осуществляется с помощью катка 8, перемещающегося по штангам 6 от центральной балки 1 до элементов постоянной плавучести 10 и обратно. При движении катка 8 по морскому дну конкреции застревают между гибкими резиновыми стержнями, а затем выщелкиваются в сборную емкость 9, которая потом опорожняется в накопительный бункер 3. Поддержание веса штанг 6 в воде осуществляется за счет элементов постоянной плавучести 10, при этом давление на грунт морского дна создается минимально необходимым для сбора конкреций и взмучивания водной поверхности не происходит.
После наполнения накопительного бункера 3, оператор осуществляет сброс балласта из балластного блока 2 и устройство с полным накопительным бункером 3, без балласта, имея положительную плавучесть, под контролем оператора с базового судна всплывает на поверхность.
В случае, если в районе сбора конкреций накопительный бункер 3 заполняется лишь частично, существует возможность перемещения устройства в другой район сбора. Для этого по команде оператора с базового судна происходит сброс балласта из нескольких диаметрально противоположных сегментов балластного блока 2, с целью максимально приблизить состояние устройства к нейтральной плавучести. После частичного сброса балласта включают вертикальные, а затем горизонтальные механизмы перемещения 5 и устройство перемещается на новую площадку сбора. Происходит дополнительный сбор полиметаллических конкреций до полного заполнения накопительного бункера 3. Затем балласт сбрасывается полностью и устройство всплывает.
После всплытия производится отсоединение кабелей линий связи 11, строповка и разгрузка устройства. Балластный блок 2 заполняется и устройство готово к повторному использованию.
В качестве балласта могут применяться отходы от переработки конкреций, сформированные в виде фракций, аналогичных изъятым конкрециям. Таким образом решается вопрос возвращения материала для восстановления придонной флоры и фауны.
Применение предлагаемого устройства для сбора полиметаллических конкреций позволяет:
- осуществить добычу полиметаллических конкреций в промышленных масштабах на больших глубинах с минимальными энергозатратами, за счет применения блока постоянной плавучести и элементов постоянной плавучести, выполненных в виде емкостей из алюминиевого сплава, заполненных синтактическим композитом,
- увеличить площадь сбора полиметаллических конкреций без перемещения устройства, за счет применения штанг, а также применяя на одном участке сбора одновременно несколько устройств сбора полиметаллических конкреций, управляемых с одного базового судна,
- повысить производительность и снизить энергозатраты за счет исключения многократных спускоподъемных операций, и возможности частичного сброса балласта и плавного перемещения устройства на другой участок сбора, подъем на поверхность осуществляется только с полным бункером;
- сократить время, необходимое для ввода устройства в эксплуатацию и снизить энергозатраты на погружение при возникновении неблагоприятных погодных условиях, за счет соединения устройства с базовым судном посредством заглубленного буя;
- снизить негативное воздействие на окружающую среду за счет минимального перемещения воды из глубинных слоев на поверхность морского дна, за счет минимального создания взвеси при работе, а также за счет возврата отработанного материала конкреций для возмещения природной среды обитания донной флоры и фауны.