Установка для сбора ила и донных осадков в сильно заросших водоемах и шламов в промышленных шламонакопителях

Полезная модель относится к землесосным снарядам и насосной технике и может использоваться для сбора ила и донных осадков со дна естественных и искусственных водоемов, а также шлама в промышленных шламонакопителях.
Для поддержания естественных и искусственных водоемов в чистоте, а также для реактивации донной флоры и фауны необходимо откачивать покрывающие дно водоема загрязняющие вещества. Также необходимо удалять массы шламов и отходов, скапливающиеся в шламонакопителях и различных отстойниках.
Кроме необходимости поддержания экологической чистоты в водоемах и на территориях, где размещаются промышленные шламонакопители, следует отметить необходимость использовать собранные субстраты как сырье для сельского хозяйства и биотехнологической промышленности. Собранный ил, донные осадки и шламы должны быть переработаны и использованы как сельскохозяйственные удобрения или как субстраты для биотопливных элементов.
Известно устройство для очистки дна водоемов (патент на изобретение №DE3630032, Германия), включающее плавучее тело (плавучий корпус, выполненный, например, в виде плота), оснащенное рабочими рычагами и/или приводом (блоком питания) для приведения его в движение, рабочие рукава в форме трубок, одним концом связанные с плавучим телом, а на другом конце имеющие всасывающее устройство, а также отверстие, похожее на сопло, из которого под давлением поступает вода, разрыхляя донные отложения.
Известна установка для получения шлама из внутренних вод (патент на изобретение №DD201617, ГДР). Плавучий понтон связан с всасывающим устройством, оснащенным полозьями, которое с помощью канатов и лебедки с приводом буксируется по грунту водоема. Всасывающее устройство оснащено насосом. На всасывающей головке установлена решетка для предотвращения всасывания грубых составных частей.
Известно устройство для очистки морского и озерного дна, загрязненного перекачиваемым материалом (Патент на изобретение №DE3923113, Германия). Надводное транспортное средство связано с подводным аппаратом гибким шлангом и кабелями питания и управления. На борту надводного транспортного средства расположены тяговый трос и 3-4 лебедки (для спуска подводного аппарата, для кабелей питания/управления, для гибкого шланга). Подводный аппарат оснащен всасывающей воронкой, внутри которой расположен погружной насос. На корпусе погружного насоса закреплена система труб и форсунок, через которые подается под давлением закачиваемая окружающая вода, что создает завихрение илово-водной смеси и разрыхление всасываемого ила.
Известна озерная установка (патент РФ на изобретение №2123599), которая содержит илоприемник, рычаг, шарнирно соединенный с опускной сваей и с илоприемником, плавучее основание, гибкий трубопровод (шланг), насосный агрегат, механизмы рабочего перемещения, например привод, трубопровод для загрузки ила в баржу, электролебедку с канатами. Илоприемник выполнен в виде экранирующей платформы со сквозным всасывающим отверстием, выходящим на опорную поверхность платформы и связанным с насосным агрегатом посредством гибкого трубопровода. Платформа снабжена двумя поплавками. Поплавки выполнены в виде пустотелых емкостей с системой регулирования плавучести (может регулироваться впуском или отжатием воды из внутренней полости с применением сжатого воздуха). Поплавки могут использоваться для подъема платформы на поверхность водоема. Платформа может быть снабжена сорозащитной решеткой. Плавучее основание, перемещаясь по водоему, тянет платформу по слою ила с помощью канатов.
Все вышеописанные устройства-аналоги объединены общим недостатком: отсутствует самостоятельно передвигающийся по дну, дистанционно управляемый всасывающий модуль. Во всех вышеперечисленных устройствах всасывающие модули должны буксироваться землесосным снарядом или транспортным средством.
Известно устройство для подводных земляных работ как во внутренних водах, так и в прибрежном секторе (патент на изобретение №DE3129228, Германия), включающее плавучую платформу или судно, самодвижущееся подводное всасывающее устройство-скрепер, оснащенное гусеничным ходовым механизмом, ковшом, всасывающим насосом с электродвигателем, при этом насос на входе защищен решеткой для предотвращения повреждения насоса из-за чрезмерного количества всасываемого материала. Подводное всасывающее устройство-скрепер оснащено камерами плавучести в виде двух контейнеров, заполняемых сжатым воздухом, с помощью которых скрепер может всплывать на поверхность воды. Скрепер связан с плавучей платформой гибким шлангопроводом для подачи всасываемого грунта на поверхность, кабелями питания и дистанционного управления скрепером. Устройство также оснащено сонаром (гидролокатором).
Недостаток устройства заключается в том, что подводное всасывающее устройство не оснащено каким-либо приспособлением для бережного разрыхления плотных и вязких донных отложений (в тех случаях, когда забор субстрата с помощью ковша нежелателен во избежание повреждения рельефа дна). Также использование ковша нецелесообразно при сборе шламов в промышленных шламонакопителях, где отходы зачастую находятся в разводненном и плохо уплотненном состоянии. Кроме того, гусеничный ходовой механизм в значительной степени ограничивает возможность полноценной обработки дна водоема при сложном рельефе (наличие коряг, крупных камней, разного рода техногенных препятствий), при сильном зарастании дна водной растительностью, а также при жидком иле, разжиженном и плохо уплотненном шламе.
Известно устройство (патент РФ на изобретение №2672695) для забора и удаления отложившихся на дне водоема пластичных, илоподобных веществ, причем управляемое плавучее тело через шлангопроводы соединено с всасывающим модулем, при этом управляемое плавучее тело оснащено, по меньшей мере, одним насосом/компрессором и, по меньшей мере, одним гидравлическим агрегатом, а также, по меньшей мере, одним электрогенераторным агрегатом и через трубопроводы соединено с одной стороны с намывочной площадкой, или с отстойным бассейном, или с транспортируемым резервуаром на берегу, а с другой стороны - с всасывающим модулем, который самостоятельно продвигается по грунту водоема с помощью специального гусеничного ходового механизма, через кабель соединен с расположенным плавающим образом на поверхности водоема над всасывающим модулем датчиком эхолота и/или приемником системы GPS, между гусеничными лентами гусеничного ходового механизма, и/или перед ними, и/или позади них имеет самостоятельно подстраивающийся к дну водоема, свободно качающийся, одно-, или двух-, или многорычажный поворотный рычаг, а также имеет расположенные между поворотным(-и) рычагом(-ами) уплотнительную плиту и цилиндрическую щетку, причем цилиндрическая щетка направлена во всасывающем колоколе, в котором расположен режущий механизм, и всасывающий колокол имеет по меньшей мере один фланец/всасывающий патрубок по меньшей мере для одного всасывающего шланга. На всасывающем колоколе позиционирован привод режущего механизма, который находится во всасывающем колоколе и задачей которого является измельчение крупных составных частей. Всасывающий колокол оснащен ситом и/или решеткой для предотвращения всасывания очень крупных составных частей намываемого материала. На плавучем теле расположен резервуар для сбора грязной воды. Также на управляемом плавучем теле могут быть расположены эхолот, и/или система GPS, и/или система камер.
Недостатками данного устройства являются:
- соединение плавучего тела (а именно, резервуара для сбора грязной воды через сборный напорный шланг) с намывочной площадкой, или с отстойным бассейном, или с транспортируемым резервуаром на берегу, что ограничивает площадь проработки дна водоема и снижает возможность маневра по всей акватории;
- всасывающий модуль продвигается по грунту водоема с помощью специального гусеничного ходового механизма, что, в значительной степени ограничивает возможность полноценной обработки дна водоема при сложном рельефе (наличие коряг, крупных камней, разного рода техногенных препятствий), при сильном зарастании дна водной растительностью, а также при жидком иле, разжиженном и плохо уплотненном шламе;
- отсутствие видеокамер (на самом всасывающем модуле) не позволяет эффективно управлять перемещением всасывающего модуля.
Указанные недостатки устройства-прототипа ограничивают зону его применения небольшими естественными и искусственными водоемами и прибрежной частью более крупных озер и водохранилищ с однородным дном без существенных препятствий. Это сужает арсенал технических средств, которые могут быть использованы для сбора ила и донных осадков в сильно заросших водоемах и шламов в промышленных шламонакопителях.
Задача полезной модели состоит в разработке установки, устраняющей недостатки прототипа.
Технический результат - расширение арсенала технических средств, предназначенных для сбора ила и донных осадков в сильно заросших водоемах и шламов в промышленных шламонакопителях.
Полезная модель иллюстрируется следующими чертежами:
На фиг. 1 показан общий вид судна-катамарана во фронтальной проекции;
На фиг. 2 представлен вид судна-катамарана сверху, в том числе показано оборудование, расположенное внутри кормовой надстройки;
На фиг. 3 представлен разрез нижней части судна-катамарана, на котором показано гребное колесо с защитным кожухом (при взгляде во фронтальной проекции гребные колеса скрыты за металлическими полозьями и баллонами-гондолами);
На фиг. 4 показана фронтальная проекция платформы-катамарана в разрезе.
Перечень позиций на чертежах:
1 - судно-катамаран
2 - платформа-катамаран
3 - палуба судна-катамарана
4 - борта судна-катамарана
5 - аппарель
6 - металлические полозья судна-катамарана
7 - профиль перфорированный судна-катамарана
8 - баллоны-гондолы судна-катамарана
9 - сеть баллонов-гондол судна-катамарана
10 - кормовая надстройка
11 - рабочее отделение кормовой надстройки
12, 12.1 - гребные колеса судна-катамарана
13 - защитный кожух гребного колеса судна-катамарана
14, 14.1 - реверсивные электродвигатели гребных колес судна-катамарана
15 - дизельный электрогенератор
16 - электрокабель
17 - воздушный реверсивный электронасос судна-катамарана
18 - воздушный шланг судна-катамарана
18.1 - воздушный шланг платформы-катамарана
19 - иловый электронасос
20 - всасывающий шланг илового электронасоса
21 - подающий шланг илового электронасоса
22 - электролебедка
23 - страховочный трос платформы-катамарана
24 - опорная рама
25 - палубная рубка
26 - вертикальные стойки для крепления цистерны
27 - цистерна
28 - крышка люка цистерны
29 - входная труба цистерны
30 - вентиль входной трубы цистерны
31 - сливная труба цистерны
32 - вентиль сливной трубы цистерны
33 - палуба платформы-катамарана
34 - металлические полозья платформы-катамарана
35 - профиль перфорированный платформы-катамарана
36 - баллоны-гондолы платформы-катамарана
37 - сеть баллонов-гондол платформы-катамарана
38 - гребные колеса платформы-катамарана
39 - защитные кожухи гребных колес платформы-катамарана
40 - трубка подачи воздуха в баллоны-гондолы платформы-катамарана
41 - всасывающие колокола
42 - защитная решетка всасывающего колокола
43 - гребной винт с режущими кромками всасывающего колокола
44 - реверсивный электродвигатель гребного винта всасывающего колокола
45 - герметичный корпус илозаборника
46 - поперечная иловая труба
47 - всасывающие патрубки поперечной иловой трубы
48 - верхний патрубок поперечной иловой трубы
49 - фланец верхнего патрубка поперечной иловой трубы
50 - фланец всасывающего шланга
51 - жесткая цилиндрическая щетка
52 - подпалубная видеокамера
53 - подпалубный прожектор
54 - носовая видеокамера
55 - носовой прожектор
56 - продольная штанга
57 - сигнальный тросик
58 - штанговая видеокамера
Установка для сбора ила и донных осадков в сильно заросших водоемах и шламов в промышленных шламонакопителях включает судно-катамаран (1) и погружающуюся платформу-катамаран (2).
Судно-катамаран (фиг. 1) содержит палубу (3) с бортами (4) и аппарелью (5), палуба установлена на каркасе, представляющем из себя корытообразные металлические полозья (6), скрепленные с палубой вертикально установленным профилем перфорированным (7) посредством болтов с гайками; в полозьях закреплены надувные баллоны-гондолы (8), помещенные в закрепленную на полозьях прочную сеть (9); на палубе установлены, в линию от кормы, кормовые сооружения: кормовая надстройка (10) с рабочим отделением (11), предназначенная для размещения следующего оборудования и механизмов, обеспечивающих передвижение судна и откачивание ила, донных осадков и шлама (фиг. 2): разнесенные по ширине кормы два гребных колеса (12 и 12.1) с плицами и защитными кожухами (13) (при этом на фиг. 2 защитный кожух второго гребного колеса (12.1) не показан), два разнесенных реверсивных электродвигателя (14, 14.1) гребных колес судна-катамарана, обеспечивающих перемещение и разворот судна-катамарана вокруг своей оси, с редукторами, соединенными с гребным валом шарнирно-кулачковыми муфтами; дизельный электрогенератор (15) с электрокабелем (16), выходящем из закрепленной на указанном электрогенераторе раздаточной коробки, воздушный реверсивный электронасос (17) с воздушными шлангами: шлангом (18) судна-катамарана и шлангом (18.1) платформы-катамарана, оба шланга оборудованы вентилями, регулирующими подачу воздуха соответственно в баллоны-гондолы судна-катамарана и баллоны-гондолы платформы-катамарана, при этом воздушный шланг (18) выведен под палубу и подведен к баллонам-гондолам (8) судна-катамарана; иловый электронасос (19) с всасывающим (20) и подающим (21) шлангами, при этом подающий шланг (21) перед палубной рубкой (25) проведен под палубу, а после палубной рубки (25) вновь выведен на поверхность палубы и присоединен с помощью фланца к входной трубе (29) цистерны; также в рабочем отделении (11) расположена электролебедка (22) со страховочным тросом (23) платформы-катамарана, опорная рама (24) для поддерживания воздушного шланга (18.1) платформы-катамарана, всасывающего шланга (20), электрокабеля (16) и страховочного троса (23); далее после кормовой надстройки на палубе судна-катамарана расположена палубная рубка (25), предназначенная для экипажа и содержащая пульт управления электрооборудованием установки, к которому подведены выходные провода раздаточной коробки электрогенератора (15), далее эти провода возвращаются в указанную раздаточную коробку и конструктивно оформляются в виде выходящего из нее указанного выше электрокабеля (16), при этом электрокабель (16) содержит аварийные провода реверсивной работы электродвигателей платформы-катамарана (2); на палубе судна-катамарана установлены вертикальные стойки (26) для закрепления цистерны (27) для сбора ила, донных осадков и шлама, при этом цистерна оборудована люком с крышкой (28) и двумя установленными в противоположных концах цистерны трубами: входной трубой (29) с вентилем (30) для подачи ила, донных осадков и шлама иловым электронасосом (19) в цистерну и сливной трубой (31) с вентилем (32) для слива собранного субстрата.
Платформа-катамаран (2) (фиг. 4) имеет палубу (33), установленную на каркасе, представляющем из себя корытообразные металлические полозья (34), скрепленные с палубой вертикально установленным профилем перфорированным (35) посредством болтов с гайками; в полозьях закреплены надувные баллоны-гондолы (36), помещенные в закрепленную на полозьях прочную сеть (37); на палубе платформы-катамарана закреплена герметичная раздаточная коробка электрокабеля (16), из указанной раздаточной коробки выходят гидроизолированные провода, обеспечивающие электропитанием оборудование платформы-катамарана; платформа-катамаран имеет разнесенные по ширине носовой части два гребных колеса (38) с защитными кожухами (39), оба гребных колеса платформы-катамарана оборудованы реверсивными электродвигателями гребных колес, при этом указанные электродвигатели размещены в гидроизолированных корпусах и снабжены редукторами, соединенными с гребным валом шарнирно-кулачковыми муфтами; на палубе платформы-катамарана установлена трубка (40) подачи воздуха в баллоны-гондолы (36), несущая фланец, к указанной трубке присоединяется воздушный шланг (18.1) платформы-катамарана; под палубой размещен узел всасывания ила, включающий три всасывающих колокола (41), при этом, каждый всасывающий колокол оборудован защитной решеткой (42), внутренним прямым гребным винтом (43) с режущими кромками, создающим тягу, а также служащим для измельчения водных растений и крупных составных частей всасываемого субстрата, реверсивным электродвигателем (44) гребного винта всасывающего колокола, далее на палубе установлены в герметичном корпусе (45) илозаборника поперечная иловая труба (46) (на фиг. 4 показан ее поперечный разрез) с всасывающими патрубками (47), входящими во всасывающие колокола (41); указанная поперечная иловая труба несет верхний патрубок (48) с фланцем (49), к которому присоединяется всасывающий шланг (20) с помощью фланца (50); перед всасывающими колоколами размещена вращающаяся жесткая цилиндрическая щетка (51), приводимая во вращение герметично закрепленном на палубе платформы-катамарана реверсивным электродвигателем; под палубой платформы-катамарана установлены подпалубная видеокамера (52) и подпалубный прожектор (53); на носовой части палубы погружающейся платформы-катамарана также установлены носовая видеокамера (54) и носовой прожектор (55); к носовой части палубы прикреплены две разнесенные по ширине палубы параллельные продольные штанги (56) с закрепленным на их оконечностях поперечным сигнальным тросиком (57) (на фиг. 4 видно поперечное сечение сигнального тросика), при этом один из концов сигнального тросика несет узел, расположенный на определенном расстоянии после установленной на оконечности одной из продольных штанг прочной планке с отверстием для тросика, который далее герметично проходит сквозь резиновую свободно свисающую мембрану установленной вблизи оконечности указанной штанги герметичной коробочки и закрепляется на размещенном в ней пружинном контакте электропровода, выходящего из коробочки и присоединяющегося к радиомаяку, установленному в палубной рубке (25) судна-катамарана, и к размыкающему контакту электропроводов реверсивных электродвигателей гребных колес (38) платформы-катамарана, перед сигнальным тросиком на продольной штанге установлена штанговая видеокамера (58).
Установка для сбора ила и донных осадков в сильно заросших водоемах и шламов в промышленных шламонакопителях работает следующим образом. На судне-катамаране (1) оператор включает электродвигатели (14 и 14.1) гребных колес, и судно перемещается в район работ, буксируя платформу-катамаран (2) посредством страховочного троса (23), после прибытия на место работ оператор включает воздушный реверсивный электронасос (17), снижающий давление воздуха в баллонах-гондолах (36) платформы-катамарана (2) и она опускается на грунт, становясь на корытообразные металлические полозья (34), после чего оператор включает подпалубную (52), носовую (54) и штанговую (58) видеокамеры, при плохой видимости также включает подпалубный (53) и носовой (55) прожектора, затем включает иловый электронасос (19) судна-катамарана, после чего включает реверсивные электродвигатели (44) гребных винтов (43) всасывающих колоколов (41) и электродвигатель жесткой цилиндрической щетки (51), далее включает электродвигатели гребных колес (38) платформы-катамарана (2), и она начинает движение, скользя по дну на корытообразных металлических полозьях (34), при этом обороты ее гребных колес (38) регулируются расположенным в рубке (25) пультом управления, также с помощью гребных колес (38) с электродвигателями оператор может менять направление движения платформы-катамарана (2). Таким образом, корытообразные металлические полозья (34) и гребные колеса (38) с реверсивными электродвигателями данных колес конструктивно служат опорно-ходовым механизмом платформы-катамарана, также гребные колеса (38) с реверсивными электродвигателями данных колес одновременно служат поворотным механизмом платформы-катамарана. При изменении давления в баллонах-гондолах (36) реверсивным электронасосом (17) посредством воздушного шланга (18.1) платформы-катамарана она может всплывать над препятствиями и опускаться на донный грунт за ним, или совершать иные маневры, при этом оператор регулирует реверсивными электродвигателями гребных колес (38) скорость и изменяет направление движения. При этом сигнальный тросик (57) продольных штанг (56) при натяжении его препятствием выключает через пульт управления в рубке (25) электродвигатели гребных колес (38) платформы-катамарана, после чего, посредством пульта управления палубной рубки (25), оператор включает указанные электродвигатели на реверс и платформа-катамаран отходит от препятствия (коряга, массивный камень и т.п.). Когда натяжение сигнального тросика (57) ослабевает, штатное снабжение электротоком посредством электрокабеля (16) реверсивных электродвигателей гребных колес платформы-катамарана восстанавливается.
Поступающий посредством всасывающего шланга (20) илового электронасоса (19) субстрат проходит по подающему шлангу (21) илового электронасоса в цистерну (27) судна-катамарана, по входной трубе (29) с открытым вентилем (30) указанной цистерны, при этом крышка (28) люка цистерны должна быть предварительно разгерметизирована; после завершения работ по сбору ила, донных осадков или шламов вентиль (30) закрывается; после всплытия платформы-катамарана (2) судно-катамаран (1) направляется к пристани и швартуется носом, далее открывается аппарель (5), к сливной трубе (31) цистерны (27) присоединяется сторонний шланг, открывается вентиль (32) сливной трубы и осуществляется слив содержимого цистерны самотеком или с помощью стороннего насоса, при этом крышка (28) люка цистерны должна быть предварительно разгерметизирована; после слива содержимого цистерны вентиль (32) закрывается, а сторонний шланг отсоединяется от сливной трубы цистерны.
Можно отметить следующие преимущества установки:
не всегда возможно использовать плавучие средства с такими типами ходового механизма, как импеллеры и водометные движители, в сильно заросших водной растительностью водоемах, вследствие того, что стебли водных растений могут застревать в лопастях винта, приводя к нарушению его работы и даже к его остановке. В шламонакопителях, где находятся вязкие и плотные субстраты, водометные движители использовать не следует, так как это приведет к быстрому их засорению. В предлагаемой установке в качестве ходового механизма используются гребные колеса. Риск застревания и запутывания стеблей водных растений в плицах гребных колес очень низкий. Также благодаря использованию гребных колес установка может легко перемещаться и маневрировать в шламонакопителях с любым типом содержащихся в них отходов. Следовательно, предлагаемая установка может эффективно использоваться для сбора ила и донных осадков в сильно заросших водоемах и для сбора шламов в промышленных шламонакопителях;
-благодаря использованию баллонов-гондол установка может эффективно использоваться при сборе шламов в любых промышленных шламонакопителях и отстойниках. Шламы и отходы имеют в зависимости от своего состава различную плотность, причем даже в пределах одного шламонакопителя плотность субстрата неоднородна в различных слоях (осадки более плотные и вязкие у дна и становятся более разжиженными и разводненными по мере продвижения к поверхности). Регулируя подачу воздуха в баллоны-гондолы, можно точно контролировать степень плавучести как судна-катамарана, так и платформы-катамарана.