УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ДОБЫЧИ И СПОСОБ ДОБЫЧИ МАТЕРИАЛА-ОСНОВЫ
DEVICE FOR UNDERWATER MINING AND METHOD FOR MINING BASE MATERIAL

Область техники
Изобретение относится к устройству для подводной добычи, содержащему погружаемую рабочую платформу, выполненную с возможностью установки на дно водоема, режущее средство для выемки материала-основы со дна водоема, регулирующее средство для регулирования и введения режущего средства в дно водоема и транспортер для транспортировки вынутого материала-основы от режущего средства, в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения.
Кроме того, изобретение относится к способу добычи материала-основы на дне водоема устройством для подводной добычи, согласно которому устройство для подводной добычи опускают на дно водоема, режущее средство врезают в дно водоема с помощью регулировочного средства, вынимают материал-основу, и вынутый материал-основу отводят с помощью транспортера, в соответствии с преамбулой пункта 14 формулы.
Уровень техники
Патентный документ ЕР 2562346 А1 раскрывает подводную буровую установку с опускаемой рабочей платформой. На рабочей платформе установлен буровой инструмент, выполненный с возможностью приведения в движение с помощью привода буровой установки с целью бурения скважины в дне водоема. Буровая установка служит для сооружения элементов фундамента под водой. Буровой шлам, образующийся при проходке скважины, выводят вверх и отводят через выпускное отверстие в окружающие воды, где они отводятся и рассеиваются течениями в толще воды.
Патентные документы WO 2015/178854 А1 и WO 2015/178853 А1 раскрывают подводные добывающие системы. В этой системе используют несколько мобильных добывающих модулей, вынутый которыми материал направляют в плавучие контейнеры, расположенные под водой между добывающими модулями и грузовым судном.
Раскрытие сущности изобретения
Задачей изобретения является разработка устройства для подводной добычи и способа добычи материала-основы на дне водоема, которые позволят добывать материал-основу под водой, в частности, эффективным способом.
Согласно изобретению, задача решена устройством для подводной добычи с признаками, раскрытыми в пункте 1 формулы изобретения, и способом добычи материала-основы на дне водоема с признаками, раскрытыми в пункте 14 формулы. Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в соответствующих зависимых пунктах формулы.
Устройство для подводной добычи, описываемое настоящим изобретением, отличается тем, что на рабочей платформе выполнена приемная часть транспортера, при этом транспортировочный контейнер установлен и зафиксирован на приемной части с возможностью отсоединения, и транспортер выходит в транспортировочный контейнер, причем вынутый материал-основу можно подавать в транспортировочный контейнер.
Основная идея изобретения заключается в том, что вынутый материал-основу принимают и временно хранят непосредственно на рабочей платформе. Таким образом, вынутый материал-основу не транспортируют в окружающую среду или приемный контейнер, расположенный на удалении от рабочей платформы. Это позволяет упростить транспортировку вынутого материала-основы при его получении и хранении.
Другой аспект настоящего изобретения заключается в том, что вынутый материал-основу принимают в транспортировочный контейнер, установленный на рабочую платформу устройства для подводной добычи с возможностью отсоединения. По достижении предварительно заданного уровня заполнения транспортировочный контейнер можно отсоединить от рабочей платформы и переместить в удаленное положение или место выгрузки. После этого пустой транспортировочный контейнер можно установить обратно на рабочую платформу. Таким образом, вынутый материал-основу можно принимать и, предпочтительно, транспортировать к поверхности воды надежным образом, не создавая значительной нагрузки на окружающую среду.
По существу, под режущим средством может пониматься буровая установка или любые иные подходящие режущие приспособления. В предпочтительном варианте осуществления изобретения режущее средство представляет собой врубовую машину, содержащую по меньшей мере один режущий круг, приводимый во вращение вокруг приблизительно горизонтальной оси вращения. Предпочтительно, врубовая машина может содержать две пары режущих кругов, приводимых во вращение. Предпочтительно, пары режущих кругов приводят в движение таким образом, чтобы они транспортировали вынутый материал-основу к центру, откуда (из образовавшейся траншеи) материал извлекают всасывающим насосом. По существу, конструкция врубовой машины может быть подобна известной машине для выполнения стены в грунте.
Следующий вариант осуществления изобретения предполагает, что регулировочное средство содержит направляющую для вертикального перемещения режущего средства. В частности, регулировочное устройство может представлять собой мачту с одной или несколькими направляющими. Предпочтительно, направляющая может также представлять собой каркас или трубчатую конструкцию, направляющую режущее средство по вертикали.
Врезание врубовой машины может происходить, по существу, под действием силы тяжести. Предпочтительный вариант осуществления устройства для подводной добычи предполагает, что регулировочное средство оснащено выдвижным средством для подъема и/или опускания режущего устройства. Это позволяет прилагать силы выдвижения или возврата.
В особенно предпочтительном варианте выдвижное средство содержит по меньшей мере один позиционирующий цилиндр или лебедку. Предпочтительно, позиционирующий цилиндр представляет собой гидравлический цилиндр для выполнения подъема и/или опускания. Аналогичным образом, выдвижение или подъем можно также осуществлять с помощью лебедки, содержащей один или несколько тросов с соответствующими поворотными механизмами.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения направляющая выполнена в виде направляющего каркаса, на верхнем конце которого предусмотрена приемная часть для транспортировочного контейнера. Направляющий каркас может иметь трубчатую конструкцию с внутренним свободным пространством, в котором вертикально перемещается режущее устройство. На верхней стороне направляющего каркаса может быть установлен и размещен транспортировочный контейнер.
В связи с этим особое преимущество заключается в том, что приемная часть имеет центрирующую секцию в форме воронки, при этом на нижней стороне транспортировочного контейнера предусмотрена коническая вставка, предназначенная для введения транспортировочного контейнера в центрирующую секцию приемной части. Приемная часть имеет форму воронки, что позволяет легко принимать и центрировать соответствующую коническую вставку на нижней стороне транспортировочного контейнера путем опускания. При присоединении транспортировочного контейнера можно одновременно установить соединение с транспортером для подачи вынутого материала-основы.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения на приемной части транспортировочного контейнера предусмотрен первый соединительный элемент транспортера, а на нижней стороне транспортировочного контейнера предусмотрен второй соединительный элемент, который может быть соединен с первым соединительным элементом для установления соединения. Кроме того, два соединительных элемента могут быть выполнены в виде совместимых друг с другом воронки и конуса в целях облегчения соединения. Таким образом, вынутый материал-основу можно подавать транспортером снизу в транспортировочный контейнер.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения внутри транспортировочного контейнера установлена вертикальная труба, которая проходит от второго соединительного элемента через транспортер вверх к выпуску, через который вынутый материал-основу подают сверху в транспортировочный контейнер. Таким образом, вертикальная труба в транспортировочном контейнере позволяет направлять вынутый материал-основу сначала через указанный контейнер, и лишь потом распределять его на верхней стороне транспортировочного контейнера. Такая подача вынутого материала-основы, обычно смешанного с окружающей водой, позволяет процессу оседания протекать внутри транспортировочного контейнера. Твердый материал-основа может оседать в нижнюю часть транспортировочного контейнера, в то время как отделенная вода может, соответственно, оставаться в верхней части транспортировочного контейнера. В результате улучшается заполнение транспортировочного контейнера вынутым материалом-основой как фактической полезной нагрузкой.
В следующем варианте осуществления изобретения предусмотрено экологически чистое отделение транспортировочного контейнера от рабочей платформы, причем на первом соединительном элементе и/или втором соединительном элементе установлен запорный клапан, причем при заполнении транспортировочного контейнера запорный клапан открыт, а при отделении транспортировочного контейнера от приемной части запорный клапан закрыт. Запорный клапан или клапаны можно приводить в действие с помощью подходящего блока управления. Кроме того, клапан может быть выполнен в виде автоматического клапана с механическими элементами, автоматически открывающегося при установке транспортировочного контейнера и автоматически закрывающегося при снятии транспортировочного контейнера.
В следующем предпочтительном варианте осуществления на приемной части установлено фиксирующее средство, блокирующее и фиксирующее транспортировочный контейнер в установочном положении. Это гарантирует устойчивое положение транспортировочного контейнера даже в случае сильных течений. Кроме того, в таком случае транспортировочный контейнер можно также использовать для транспортировки устройства для подводной добычи. Для этого транспортировочный контейнер, предпочтительно, соединяют с подъемным средством, в частности, подъемным тросом. С помощью подъемного троса транспортировочный контейнер можно перемещать в положение опорожнения, в частности водное транспортное средство, в частности судно. Если транспортировочный контейнер надежно закреплен на рабочей платформе, устройство для подводной добычи можно транспортировать вместе с транспортировочным контейнером при помощи подъемного устройства.
Предпочтительно, предусмотрено насосное средство для транспортировки вынутого материала-основы от режущего средства к транспортировочному контейнеру. Насосное средство может быть встроено в режущее средство или установлено на рабочую платформу в виде отдельного компонента.
Для точной посадки устройства для подводной добычи на дно водоема целесообразно предусмотреть на рабочей платформе регулируемые опоры, предназначенные для выравнивания рабочей платформы на дне водоема. Опоры могут быть оснащены позиционирующими цилиндрами или другими устройствами позиционирования, позволяющими компенсировать разность высот. Таким образом, рабочую платформу можно выровнять по горизонтали на неровной поверхности. Предпочтительно, предусмотрено в общей сложности три опоры, распределенные по окружности рабочей платформы.
Способ согласно настоящему изобретению отличается тем, что вынутый материал-основу транспортируют к транспортировочному контейнеру, установленному на приемную часть устройства для подводной добычи с возможностью снятия, а также тем, что при достижении уровня заполнения заполненный транспортировочный контейнер отсоединяют от приемной части и перемещают в место назначения.
Способ, описываемый настоящим изобретением, предпочтительно, может быть осуществлен с помощью вышеописанного устройства для подводной добычи. Это позволяет получить вышеописанные преимущества.
В предпочтительном варианте способа согласно изобретению транспортировочный контейнер закрепляют на верхней стороне устройства для подводной добычи с возможностью снятия, подъемное средство входит в зацепление с верхней стороной транспортировочного контейнера, и для транспортировки устройства для подводной добычи транспортировочный контейнер фиксируют на приемной части. Таким образом, подъемное устройство может служить для раздельной транспортировки материала-основы с транспортировочным контейнером, если данный транспортировочный контейнер разблокирован и отсоединен от устройства для подводной добычи. Если транспортировочный контейнер зафиксирован на приемной части рабочей платформы, устройство для подводной добычи можно транспортировать и перемещать с помощью подъемного средства в совокупности.
Краткое описание чертежей
Изобретение описывается ниже на основании предпочтительных вариантов осуществления, схематично показанных на прилагаемых фигурах, на которых изображено:
фигура 1: вид сбоку устройства для подводной добычи согласно изобретению;
фигура 2: увеличенный вид сбоку транспортировочного контейнера для устройства для подводной добычи;
фигура 3: увеличенный детализированный вид приемной части транспортировочного контейнера на устройстве для подводной добычи.
Осуществление изобретения
Устройство 10 для подводной добычи, описываемое изобретением и показанное на фигуре 1, содержит рабочую платформу 12, выполненную из балок наподобие каркаса с возможностью установки на дно водоема при помощи трех регулируемых по вертикали опор 28 с водного транспортного средства, в частности судна, с помощью подъемного устройства. Рабочую платформу 12 можно выровнять по горизонтали с помощью опор 28.
На рабочей платформе 12 установлен направляющий каркас 14 в форме мачты, образующий регулировочное средство 13. Внутри направляющего каркаса 14 установлено режущее средство 30 с возможностью вертикального перемещения вдоль вертикальной направляющей 16. Режущее средство 30 выполнено в виде врубовой машины, в частности машины для выполнения стены в грунте, содержащей две нижние пары режущих кругов 32. Режущие круги 32 приводятся во вращение вокруг горизонтальных осей вращения, причем режущие круги 32 вращаются таким образом, чтобы они вырубали материал-основу и транспортировали его в центральную область между двумя парами режущих кругов 32.
Для регулировки режущего средства 30 по вертикали предусмотрено выдвижное средство 20 с боковыми позиционирующими цилиндрами 22. С помощью позиционирующих цилиндров 22 режущее средство 30 можно поднимать или опускать поэтапно. При этом режущее средство 30 направляют с помощью удлиненной направляющей рамы вдоль вертикальной направляющей 16 в направляющем каркасе 14. Длину регулировки режущего средства 30 можно ограничить высотой направляющего каркаса 14, вследствие чего режущее средство 30 будет всегда направляться по направляющему каркасу 14. В альтернативном варианте режущее средство 30 можно полностью вывести из направляющего каркаса 14; в этом случае дальнейшее направление будет осуществляться удлиненной направляющей рамой режущего средства 30.
Материал-основу, добытый режущими кругами 32, транспортируют с помощью центрального транспортера 18 при помощи насосного средства 24 вверх к транспортировочному контейнеру 50, установленному на приемную часть 40 на верхней стороне направляющего каркаса 14.
Приемная часть 40 имеет центрирующую секцию 42 в форме воронки, предназначенную для установки нижнего конца транспортера 50 с центрированием. Кроме того, на рабочей платформе 12 предусмотрен модуль 26 привода с различными узлами и органами управления, установленный с возможностью отсоединения. Модуль 26 привода подключен посредством питающей линии, не показанной в деталях, к грузовому судну на поверхности воды. Питающая линия позволяет в том числе соответствующим образом управлять устройством 10 для подводной добычи.
Транспортировочный контейнер 50 для устройства 10 для подводной добычи, описываемый изобретением, показан в деталях на фигуре 2. Транспортировочный контейнер 50 содержит, по существу, цилиндрический основной корпус 52, на нижнем конце которого предусмотрена коническая вставка 54, за которой следует стопорный выступ 55. Внутри полого транспортировочного контейнера 50 находится вертикальная труба 58, проходящая от нижней стороны 53 до верхнего конца цилиндрического основного корпуса 52 и за него. С транспортера 18 устройства 10 для подводной добычи вынутый материал-основу передают на нижней стороне 53 в вертикальную трубу 58 в транспортировочном контейнере 50, причем в верхней части вертикальную трубу 58 перенаправляют при помощи дугообразных изгибов к внутренней части транспортировочного контейнера 50. Изгибы ведут в верхнюю область цилиндрического основного корпуса 52, в результате чего вынутый материал-основа поступает вместе с всосанной водой сверху в транспортировочный контейнер 50. Таким образом, твердые составляющие вынутого материала-основы могут оседать в нижнюю области транспортировочного контейнера 50, в то время как жидкость может всплывать в верхней области транспортировочного контейнера 50.
Кроме того, на верхней стороне транспортировочного контейнера дополнительно установлены крепежные элементы 57, на которых закреплено не показанное на фигуре подъемное средство, в частности крюки кранового троса.
При помощи фиксирующего средства 70 транспортер 50 закреплен на приемной части 40 направляющего каркаса 14 с возможностью снятия, как показано в деталях на фигуре 3. На фигуре 3 видно, что коническая вставка 54 транспортировочного контейнера 50 предназначена для установки центрирующей секции 42 в форме воронки приемной части 40. В установленном положении клиновидный фиксирующий элемент 72 можно перемещать с помощью исполнительного механизма 74, приводимого в действие с помощью не показанного на фигуре позиционирующего цилиндра, из положения разблокировки в положение блокировки, показанное на фигуре 3. В положении блокировки смещенный радиально вовнутрь стопорный элемент 72 заходит за стопорный выступ 55 большего диаметра на цилиндрической концевой секции транспортировочного контейнера 50. В положении блокировки транспортировочный контейнер 50 прочно соединен с направляющим каркасом 14 и, следовательно, с рабочей платформой 12, благодаря чему устройство 10 для подводной добычи впоследствии можно вытягивать вверх вместе с транспортировочным контейнером 50.
На фигуре 3 в общих чертах показано соединение между транспортером 18 и транспортировочным контейнером 50. На верхнем конце транспортера 18 находится первый соединительный элемент 46, входящий в зацепление со вторым соединительным элементом 56 в форме воронки на транспортировочном контейнере 50. В положении соединения первого соединительного элемента 46 и второго соединительного элемента 56 устанавливается соединение между транспортером 18 и вертикальной трубой 58 внутри транспортировочного контейнера 50. Схематично показанный запорный клапан 60 позволяет закрывать отверстия первого соединительного элемента 46 и второго соединительного элемента 56, когда транспортировочный контейнер 50 отделен от приемной части 40. Предпочтительно, запорный клапан 60 приводят в действие механически во время установки или отсоединения транспортировочного контейнера 50.
Устройство 10 для подводной добычи, описываемое изобретением, предназначено для выемки материала-основы на дне водоема, в частности, для взятия проб или добычи полезных ископаемых, залегающих близко к поверхности.