ПЛАВУЧИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПОДВОДНОГО ГРУНТА (ЕГО ВАРИАНТЫ)

К заявке №2004134785/03
Плавучий комплекс для переработки подводного грунта (его варианты).
Полезная модель относится к конструкции плавучего сортировочно-классификационного комплекса и может быть использовано при освоении и разработке подводных месторождений нерудных строительных материалов: песка, песчано-гравийной смеси, гравия, щебня.
Известен плавучий обогатительный комплекс, который установлен на опорной поверхности палубы судна и включает установку виброгрохота для разделения материалов по крупности частиц (см. реферат к заявке РФ № 93038624 на изобретение «Установка виброгрохота на морском судне», МПК 6 В 07 В1/10, опубл. 96.07.10. [1]). Недостатком комплекса являются ограниченные его возможности с точки зрения получения широкого спектра материалов из пульпы, используемых в строительстве, в частности, песка, соответствующего ГОСТу, необходимость сбрасывания в качестве отходов ценных строительных материалов, на подъем которых уже затрачены средства.
Известно комбинированное устройство - комплекс, установленный на барже для классификации и обогащения полезных ископаемых, добываемых на реках и водоемах (см. описание изобретения «Комбинированное устройство для классификации и обогащения полезных ископаемых» к патенту РФ № 2189862, МПК 7 В 03 В 5/00, опубл. 2002.09.27. [2]). Комплекс содержит землесос с патрубком для пульпы, классификатор в виде отстойно-обогатительных камер в трюме баржи. Режим классификации и обогащения начинается с момента подачи пульпы через приемный патрубок, заканчивается по мере заполнения отстойно-обогатительных камер ископаемыми материалами. Комплекс позволяет повысить степень промывки материалов, но баржа после заполнения камер отводится на разгрузку известными способами и дальнейшую переработку обогащенных фракций ископаемых материалов уже на берегу. Таким образом, плавучий комплекс не перерабатывает полностью поднятый со дна грунт до готовности его к использованию. Необходимо транспортировать обогащенную песчано-гравийную смесь к берегу на окончательную переработку. При добыче песчано-гравийной смеси и ее переработке проводят сортировку и классификацию материала на гравий крупной фракции, более мелкий чистый гравий, обогащенную песчано-гравийную смесь, обогащенный песок, соответствующий ГОСТ 8736-93 [3] для дальнейшего использования в строительстве, что описанный комплекс не позволяет сделать. Таким образом, грунт, поднятый со дна реки, водоема, в известном комплексе лишь обогащенный отстоем, классифицируемый всего на две фракции - 1) замутненную воду - слив и 2) все остальное, требует транспортировки к берегу для дальнейшей обработки. После окончательной переработки на берегу отдельные фракции строительного материала будут грузиться у берега на транспортные баржи и отправляться потребителю. Такой многоэтапный способ обработки пульпы с промежуточным транспортированием к берегу отстоявшейся фракции является крайне неэкономичным и непроизводительным. Отходы переработки пульпы остаются на берегу, заиливают и запесочивают берег, что является неэкологичным и требует дополнительных затрат на разработку отвалов. Описанный аналог является наиболее близким.
Задачей полезной модели является создание плавучего комплекса с возможностью полной переработки подводного грунта до получения готовых нерудных строительных материалов различных фракций непосредственно на плавательном средстве, с возможностью их погрузки непосредственно после переработки с плавучего комплекса сразу на транспортные баржи для доставки потребителю, с выгрузкой отходов переработки в акваторию добычи. Тем самым снизились бы расходы на ненужное транспортирование полуфабрикатов к берегу, были бы исключены затраты по очистке берега, резко снизилась себестоимость готовой продукции, расширился бы ассортимент готовой продукции плавучего комплекса, повысилась рентабельность производства нерудных строительных материалов.
Поставленная задача решается различными вариантами комплекса в зависимости от мощности используемого в нем землесоса, подобных ему устройств и конкретных видов необходимых строительных материалов.
3
Задача решается в варианте плавучего комплекса для переработки подводного грунта по добыче и классификации материалов, установленного на плавательном средстве, например, на барже, включающего землесос большой мощности, например, землесос мощностью 250 м/час по грунту и выше и соединенный с ним классификатор. Классификатор, в отличие от прототипа, выполнен в виде установленных на этом плавательном средстве последовательно соединенных гидроклассификатора, спирального классификатора, выход спирального классификатора с гостированным песком связан с погрузочно-разгрузочным механизмом плавательного средства для погрузки его на транспортную баржу, второй выход гидроклассификатора с обогащенной песчано-гравийной смесью (ОПГС) связан с погрузочно-разгрузочным механизмом плавательного средства для погрузки ОПГС на транспортную баржу. Дополнительно при большом напоре пульпы между гидроклассификатором и спиральным классификатором может быть включен гидроциклон для дополнительной классификации материалов пульпы и сброса отработанной пульпы, минуя спиральный классификатор, тем самым уменьшая нагрузку на него, а вход спирального классификатора дополнительно связан с выходом насоса для подачи на него воды.
3
Задача решается в другом варианте плавучего комплекса для переработки подводного грунта по добыче и классификации материалов, установленного на плавательном средстве, например, на барже, включающего землесос большой мощности, например, землесос мощностью 250 м/час по грунту и выше и соединенный с ним классификатор. Классификатор в отличие от прототипа выполнен в виде установленных на этом плавательном средстве последовательно соединенных гидроклассификатора, спирального классификатора, выход спирального классификатора с гостированным песком связан с погрузочно-разгрузочньм механизмом плавательного средства для погрузки его на транспортную баржу, второй выход гидроклассификатора с обогащенной песчано-гравийной смесью (ОПГС) связан с грохотом, гравийный выход которого связан с погрузочно-разгрузочным механизмом, другой выход грохота для пульпы с песком без гравия - со входом спирального классификатора. Дополнительно при большом напоре пульпы между гидроклассификатором и спиральным классификатором может быть включен гидроциклон для дополнительной классификации материалов пульпы и сброса отработанной пульпы, минуя спиральный классификатор, тем самым уменьшая нагрузку на него.
3
Задача решается также в третьем варианте плавучего комплекса для переработки подводного грунта по добыче и классификации материалов, установленного на плавательном средстве, например, на барже, включающего землесос большой мощности, например, землесос мощностью 250 м/час по грунту и выше и соединенный с ним классификатор. Классификатор в отличие от прототипа выполнен в виде установленных на этом плавательном средстве последовательно соединенных гидроклассификатора, спирального классификатора, выход спирального классификатора с гостированным песком связан с погрузочно-разгрузочным механизмом плавательного средства для погрузки гостированного песка на транспортную баржу, второй выход гидроклассификатора с обогащенной песчано-гравийной смесью (ОПГС) связан с грохотом, гравийный выход мелкой фракции которого связан с погрузочно-разгрузочным механизмом, другой выход грохота для пульпы с песком без гравия - со входом спирального классификатора, гравийный выход крупной фракции грохота связан с погрузочно-разгрузочным механизмом или со входом дробилки, выход со щебнем которой при этом связан с погрузочно-разгрузочным механизмом. Дополнительно при большом напоре пульпы между гидроклассификатором и спиральным классификатором может быть включен гидроциклон для дополнительной классификации материалов пульпы и сброса отработанной пульпы, минуя спиральный классификатор, тем самым уменьшая нагрузку на него.
3
При использовании землесоса меньшей мощности (менее 250 м/час по грунту), когда нет необходимости сбрасывать напор пульпы гидроклассификатором и гидроциклоном для ее дальнейшей переработки, задача решается в четвертом варианте плавучего комплекса для переработки подводного грунта по добыче и классификации материалов, установленного на плавательном средстве, например, на барже, включающего землесос и соединенный с ним классификатор. Классификатор в отличие от прототипа выполнен в виде установленных на этом плавательном средстве последовательно соединенных грохота и спирального классификатора, выход спирального классификатора с гостированным песком связан с погрузочно-разгрузочньм механизмом плавательного средства для погрузки гостированного песка на транспортную баржу, гравийный выход грохота связан с погрузочно-разгрузочным механизмом плавательного средства или гравийный выход мелкой фракции грохота связан с погрузочно-разгрузочным механизмом плавательного средства, а гравийный выход крупной фракции грохота связан с погрузочно-разгрузочным механизмом плавательного средства или со входом дробилки, выход которой со щебнем при этом связан с погрузочно-разгрузочным механизмом.
Известны гидроклассификаторы, обеспечивающие разделение материалов в водной среде на классы по крупности (см., например. Новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», Москва, 2000 год [4]; заявка № 97119902, МПК 6 В 03 В 5/02, «Гидроклассификатор», публ. 10.08.99. [5]; промышленно выпускаемый гидроклассификатор ГЦ КБ-3.
Известны гидроциклоны для разделения в водной среде (пульпе) частиц по крупности и их обезвоживанию (см., например. Новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», Москва, 2000 год [4]; патент РФ № 2173583 «Гидроциклон», МПК 7 В 04 С 5/085, В 03 В 5/32, публ. 20.09.2001. [6]).
Известны спиральные классификаторы, предназначенные для разделения материалов на классы по крупности, форме, плотности (см., например. Новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», Москва, 2000 год [4]), использующие в качестве механизма перемещения спираль. Эти классификаторы широко используются для обогащения песка, доводки его до фракций средней и крупной. Мелкий песок в строительстве не используется и с водой уходит в слив.
Однако неизвестно их использование в составе единого сортировочно-классификационного комплекса на плавучем средстве: судне, барже и др. Варианты предложенных конструкций комплекса позволяют полностью переработать поднятый со дна водоема, реки грунт, получив весь спектр строительных материалов: обогащенную песчано-гравийную смесь (ОПГС), гравий различных фракций, обогащенный песок, соответствующий строительным ГОСТам, щебень, доводя коэффициент полезного действия комплекса от 80% и выше. Дополнительный выигрыш кроме уже упомянутого эффекта заключается в исключении операций откачки воды для гравия, песка (одни сутки), которые необходимо было бы провести перед погрузкой на транспортную баржу и транспортированием полуфабриката для перевозки на берег для дальнейшей переработки на берегу. На барже производятся все возможные получаемые из добытого грунта строительные материалы, и в первую очередь кондиционный песок, готовые к использованию в строительстве, подлежащие лишь погрузке и отправке непосредственно потребителю.
На фиг. изображена блок-схема комплекса по полной переработке поднятого со дна водоема грунта, установленного на плавучем средстве. Пространственное положение элементов оборудования, барж показано условно.
Комплекс включает последовательно связанные и установленные на барже 1 землесос 2, гидроклассификатор 3, гидроциклон 4, спиральный классификатор 5, а также грохот 6, вход которого соединен с выходом гидроклассификатора 3 или с выходом землесоса для четвертого варианта комплекса, дробилку 7, вход которой связан с выходом грохота 6 или вообще отключен в зависимости от варианта исполнения комплекса. Гидроклассификатор3,. гидроциклон 4, спиральный классификатор 5, грохот 6, дробилка 7 связаны между собой и с транспортными баржами 8, и/или 9, и/или 10 лотками, лебедками (не показано). Выход грохота 6 для пульпы с песком без гравия связан со входом спирального классификатора 5 или не связан, когда грохот б не работает. Строчными буквами русского алфавита обозначены выходы элементов оборудования:
«а» - пульпа;
«б» - обогащенная песчано-гравийная смесь;
«в» - пульпа с песком без гравия после гидроклассификатора;
«г» - обезвоженный песок;
«д» - крупный гравий;
«е» - пульпа с песком без гравия после грохота;
«ж» - обогащенный песок средней и большой крупности, соответствующий ГОСТ;
«з» - чистый гравий;
«и» - щебень.
Для первого варианта исполнения при необходимости отгрузки обогащенной песчано-гравийной смеси и обогащенного песка грохот 6 и дробилка 7 не задействованы, а выход «б» с ОПГС гидроклассификатора 3 соединен непосредственно с погрузочно-разгрузочным механизмом (не показано). Связь гидроклассификатора 3 с погрузочно-разгрузочным механизмом показана пунктиром. При использовании гидроциклона 3 и не использовании грохота 6 с гидроциклона в спиральный классификатор 5 подается обезвоженный песок, поэтому для работы спирального классификатора в него должна быть подана вода, что и показано пунктиром. При небольшой мощности напора пульпы гидроциклон 4 также может быть отключен, а выход гидроклассификатора 3 будет соединен непосредственно со спиральным классификатором 5, как это показано пунктиром.
Для второго варианта исполнения при необходимости отгрузки обогащенного песка и чистого гравия не задействована дробилка 7, а выход «б» гидроклассификатора 3 соединен не с транспортной баржой, а с грохотом 6; при этом выход «з» грохота 6 с гравием соединен с погрузочно-разгрузочным механизмом (не показано). При небольшой мощности напора пульпы гидроциклон 4 также может быть отключен, а выход гидроклассификатора 3 будет соединен непосредственно со спиральным классификатором 5, как это показано пунктиром.
Для третьего варианта исполнения при необходимости отгрузки обогащенного песка, чистого гравия и крупного гравия или щебня из него выход «д» грохота с крупным гравием соединен либо с погрузочно-разгрузочньм механизмом (не показано), либо со входом дробилки 7. При небольшой мощности напора пульпы гидроциклон 4 также может быть отключен, а выход гидроклассификатора 3 будет соединен непосредственно со спиральным классификатором 5, как это показано пунктиром.
Для четвертого варианта исполнения при использовании маломощного землесоса не задействованы ни гидроклассификатор 3, ни гидроциклон 4, а землесос 2 подключен непосредственно к грохоту б.
В качестве плавательного средства может быть использована баржа пр. 81100 и других проектов; предпочтительным является вариант выбора судна в виде баржи - площадки от 500 тонн и выше в зависимости от мощности землесоса.
В качестве землесоса может быть использован широкий класс гравиедобывающих устройств: черпаковый земснаряд, грунтонасосная установка проекта Р109, типа «Прага» с односторонним всасыванием с напорными трубопроводами для перекачивания пульпы.
В качестве гидроклассификатора может быть использован гидроклассификатор ГЦ КБ-3.
В качестве гидроциклона может быть использован обогатитель песка центробежного типа, работа которого основана на воздействии центробежной силы на твердые частицы, находящиеся в пульпе во взвешенном состоянии.
В качестве спирального классификатора может быть использован односпиральный, двухспиральный классификатор, состоящий из наклонно установленного корыта с вращающейся в ней спиралью, погруженной в пульпу, снабженной приводом, для выдачи в слив частиц материала номинальной крупности 0,07-0,3 мм. (см., например, Классификаторы спиральные 01500 1КСН-15М. 1КСП-15М. Инструкция по эксплуатации М58-1ИЭ, изготовитель ИЗТМ [7]). Предпочтительно использование двух менее мощных спиральных классификаторов вместо одного мощного с точки зрения резервирования оборудования на случай поломки и ремонта.
В качестве грохота может быть использовано устройство для разделения материалов по крупности частиц (кусков) просеиванием через колосники, решетки, сита с калиброванными ячейками, например, грохот инерционный.
В качестве дробилки может быть использована дробилка щековая либо конусная с отдельным дезинтегратором с дроблением кусков твердых материалов до различных фракций.
Для соединения землесоса с другими компонентами оборудования сортировочно-обогатительного комплекса в кильватер используются натяжные приспособления и упоры на гидроклассификаторе/грохоте и землесосе.
Для подачи продукта фракции более 20 мм с грохота в дробилку и для погрузки его и щебня с дробилки в баржу могут быть использованы питатели с накопителями и линии ленточных конвейеров (на фиг. не показано).
Для сброса нетоварной фракции после гидроклассификатора, гидроциклона, спирального классификатора могут быть использованы вертикальные трубы, вваренные в корпус баржи (на фиг. не показано).
Для погрузки в баржу гравия менее 20 мм могут быть использованы двухзвенные подъемные лотки с лебедкой (на фиг. не показано).
Устройство работает следующим образом.
Включается землесос 2, и его насос (не показано) начинает подавать на вход комплекса - гидроклассификатор 3 пульпу «а», содержащую забортную воду, грунт из песка, камней, гравия, других твердых материалов, ила, глинистых частиц. Гидроклассификатор 3 в водной среде производит разделение частиц, содержащихся в пульпе, на классы по крупности, в результате чего на два его выхода поступают обогащенная песчано-гравийная смесь «б» и песок с пульпой без гравия «в». Одновременно за счет сброса отработанной пульпы за борт общая мощность напора пульпы после гидроклассификатора уменьшается. Песок с пульпой без гравия «в» представляет собой промежуточный продукт, который поступает на дальнейшую переработку в гидроциклон 4 или сразу в спиральный классификатор 5 при соизмеримости мощностей потока пульпы и спирального классификатора 5. Обогащенная песчано-гравийная смесь «б» является одновременно и конечным продуктом -строительным материалом, и может идти на дальнейшую переработку для отделения крупных твердых материалов - гравия - от остальной массы. Если необходима обогащенная песчано-гравийная смесь «б», она после гидроклассификатора 3 поступает для погрузки на транспортную баржу 9 через лоток (не показано), минуя грохот 6. Это возможно сделать, установив наклонный лоток на решетку отключенного грохота либо установив отдельный лоток, благодаря чему обогащенная песчано-гравийная смесь скатывается в транспортную баржу 9. Если необходим гравий, то обогащенная песчано-гравийная смесь «б» (ОПГС) с гидроклассификатора 3 поступает на грохот 6, куда поступает и вода с помощью насоса (не показано). На грохоте 6 с помощью колосников, решеток, сит или иных устройств в зависимости от конструкции грохота производится разделение ОПГС на крупный гравий «д» фракции свыше 20 мм, чистый гравий «з» фракции 5-20 мм и пульпу с песком без гравия «е». Чистый гравий «з» фракции 5-20 мм является конечным продуктом, используемым в строительстве, поэтому поступает для погрузки на баржу, например, 9. Крупный гравий «д» также является и конечным продуктом, и полуфабрикатом для дальнейшей его переработки. В одном случае он поступает непосредственно на транспортную кильватерную баржу (например, баржу 8), либо пройдя операцию дробления на дробилке 7 для получения щебня «и». Щебень «и» также после завершения дробления поступает на погрузку в кильватерную баржу 8. Со второго выхода грохота 3 пульпа с песком без гравия «е» поступает на дальнейшую переработку на спиральный классификатор 5. Тем временем с гидроклассификатора 3 песок с пульпой без гравия «в» поступает на гидроциклон 4, который обезвоживает песок, отправляя отходы в виде отработанной пульпы - воды с илистыми, глинистыми частицами, частицами песка нетоварной мелкой фракции на сброс в акваторию добычи через трубу, вваренную в корпус судна (не показано). Обезвоженный песок «г», не соответствующий ГОСТ 8736-93 [7], поступает на дальнейшую переработку в спиральный классификатор 5, куда может поступать и пульпа с песком без гравия «е» после грохочения ОПГС, если эта операция имела место в соответствии с наличием заказов на чистый гравий, крупный гравий и/или щебень. Эта пульпа с песком без гравия «е» является ценным промежуточным продуктом для дальнейшей переработки, поэтому экономически целесообразно переработать и ее, отделяя песок от пульпы и классифицируя песок по крупности. Это увеличивает коэффициент полезного действия комплекса и повышает процент выхода готовой продукции, увеличивая рентабельность производства комплекса. Дополнительно при подаче пульпы после грохота 6 на спиральный классификатор 5 на последний не надо подавать насосом воду для промывки песка и образования слива, так как необходимая вода есть в пульпе после грохота 6. Это дополнительно экономит электроэнергию комплекса. В случае необходимости погрузки ОПГС (выход «б» с гидроклассификатора 3) сразу на баржу 9 и подачи пульпы в спиральный классификатор 5 через гидроциклон 4 в спиральный классификатор 5 поступает технологическая вода с помощью отдельного насоса, что и показано пунктиром. В спиральном классификаторе 5 создается взвесь частиц классифицируемого материала в воде и происходит их разделение по крупности за счет осаждения частиц в зависимости от их размеров и плотности. В классификаторах с погруженной спиралью для выдачи в слив (отход) производится материал номинальной крупности от 0,07 до 0,3 мм. Остальные, более крупные частицы песка, соответствующие ГОСТу, поднимаются с помощью спирального шнека в верхнюю часть спирального классификатора 5. При этом спиральный шнек (не показано), медленно вращаясь, не производя сильного взмучивания пульпы, производит необходимое ее перемешивание. При подъеме крупного гостированного песка вверх происходит его частичное обезвоживание. В дальнейшем песок подают непосредственно на погрузку в транспортную баржу, например, 10. Таким образом, в зависимости от поступивших заказов комплекс выдает различные виды нерудных строительных материалов, а именно:
- обогащенная песчано-гравийная смесь «б» (с выхода гидроклассификатора),
- крупный гравий «д» фракции свыше 20 мм (с одного выхода грохота),
- чистый гравий «з» фракции 5-20 мм (со второго выхода грохота),
- щебень «и» (с выхода дробилки),
- обогащенный гостированный песок «ж» (с выхода спирального классификатора).
3
При использовании маломощного землесоса 2 мощностью менее 250 м/час по грунту нет необходимости строить схему комплекса с участием гидроклассификатора 3 и гидроциклона 4. Последние необходимы для сбрасывания мощности пульпы, подаваемой с мощного землесоса, и более тщательной сортировки, классификации компонентов пульпы. В этом случае можно работать по более простой схеме с грохотом б и спиральным классификатором 5. В этом случае пульпа с землесоса 2 подается непосредственно на грохот 6, гравийная фракция продуктов переработки которого подается на погрузку и/или на дробилку 7 и последующую погрузку, а песчаная фракция -на спиральный классификатор 5 для получения кондиционного строительного песка.
Таким образом, в результате размещения всего комплекса по переработке подводного грунта на судне были исключены затраты на транспортировку промежуточных продуктов для их дальнейшей переработки, на разработку отвалов отходов на берегу, на обезвоживание промежуточных продуктов для их транспортировки на берег для дальнейшей переработки, как это имеет место в прототипе, расширился ассортимент нерудных строительных материалов, производимых на плавучих обогатительных комплексах в результате добычи и полной переработки подводного грунта, увеличился процент выхода готовых строительных материалов, увеличился коэффициент полезного действия за счет уменьшения отходов. За счет уменьшения количества сбрасываемых в акваторию добычи отходов уменьшилась степень взмучивания воды. За счет сбрасывания отходов не на берегу, а в акваторию добычи верхний слой грунта с илистыми и глинистыми частицами, попадающий в пульпу и являющийся ценным кормом для рыбы, также возвращается на дно. С экологической точки зрения это очень большой плюс предлагаемого производства. За счет возможности переработки крупного гравия на судне он не сбрасывается в воду, что также с экологической точки зрения является большим достоинством переработки. За счет концентрации добывающих и перерабатывающих средств в районе разработки транспортные суда могут быть ориентированы только на доставку строительных материалов к местам их потребления.
Источники информации
1. Реферат к заявке РФ № 93038624 на изобретение «Установка виброгрохота на морском судне», МПК 6 В 07 В 1/10, опубл. 96.07.10.;
2. Описание изобретения «Комбинированное устройство для классификации и обогащения полезных ископаемых» к патенту РФ № 2189862, МПК 7 В 03 В 5/00, опубл. 2002.09.27. - прототип;
3. ГОСТ 8736-93 Песок для строительных работ. Технические условия;
4. Новый политехнический словарь, Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», Москва, 2000 год;
5. Заявка № 97119902 на изобретение «Гидроклассификатор», МПК 6 В 03 В 5/02, публ. 10.08.99.;
6. Патент РФ № 2173583 «Гидроциклон», МПК 7 В 04 С 5/085.В 03 В 5/32, публ. 20.09.2001.;
7. Классификаторы спиральные 01500 1 КСН-15 М. 1 КСП-15 М. Инструкция по эксплуатации М58-1 ИЭ, изготовитель ИЗТМ.