Устройство для добычи конкреций с морского дна

 

Изобретение относится к устройствам для добычи конкреций с морского дна и их транспортирования по напорному трубопроводу на базовое судно. Устройство включает базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, перфорированный патрубок с размерами отверстий меньшими минимального размера добываемых конкреций. Перфорированный патрубок размещен на примыкающем к придонному агрегату участке напорного трубопровода и выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от придонного агрегата. Длина перфорированного патрубка и диаметр напорного трубопровода после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси определяются из математических выражений. Изобретение позволяет снизить энергоемкость транспортирования конкреций, уменьшить диаметр, металлоемкость и стоимость напорного трубопровода, улучшить экологическую обстановку в районе добычи конкреций, а также уменьшает установленную мощность силовой установки. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к устройствам для добычи конкреций с морского дна и их транспортирования по напорному трубопроводу на базовое судно.

Известно устройство, которое может быть использовано в составе комплекса для добычи конкреций с морского дна, участок напорного трубопровода которого, примыкающий к пульпоподающему агрегату, снабжен приспособлением для сгущения и снижения обводненности транспортируемой пульпы, при этом приспособление выполнено в виде патрубка с щелевой перфорацией для обеспечения вывода из полости излишней воды, причем патрубок выполнен в виде усеченного конуса и имеет переменную площадь поперечного сечения с уменьшением этой площади в сторону от агрегата, который подает эту пульпу (а.с. СССР 70384, кл. Е 02 F 7/10, 1948 г.).

Однако недостатком устройства является невозможность задавать и прогнозировать степень обезвоживания пульпы.

Известно устройство для добычи конкреций с морского дна (прототип), включающее базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, при этом заборное приспособление имеет корпус в виде перфорированного патрубка, что обеспечивает транспортирование конкреций при частичном обесшламливании пульпы, причем размер отверстий перфорированной части патрубка принят меньше минимального размера добываемых конкреций (а.с. СССР 1761957, кл. Е 21 С 50/00, 1992 г.).

Недостатками известного устройства являются невозможность одновременного обезвоживания и обесшламливания пульпы перед ее транспортированием по напорному трубопроводу на базовое судно, а также невозможность обеспечения заданной степени обезвоживания пульпы.

Поставленные задачи решаются за счет того, что устройство для добычи конкреций с морского дна, включающее базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, перфорированный патрубок с размерами отверстий меньшими минимального размера добываемых конкреций, отличается тем, что перфорированный патрубок размещен на примыкающем к придонному агрегату участке напорного трубопровода и выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от придонного агрегата, а параметры перфорированного патрубка выбраны из соотношений:

где l - длина перфорированного патрубка;

V_S - объемная производительность по конкрециям, м/ч;

S, S₀ - заданная и начальная объемная концентрация гидросмеси;

a, d - шаг и диаметр отверстий перфорированного патрубка, м;

D₁, D₂ - диаметр напорного трубопровода до и после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси, м;

- заданная степень сгущения гидросмеси;

- коэффициент сужения струи, выходящей через отверстие;

P_H - напор, создаваемый грунтовым насосом. Па;

₀ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - глубина водоема, м.

Перфорированная поверхность патрубка может быть сформирована криволинейной образующей выпуклого профиля.

Перфорированная поверхность патрубка может быть сформирована образующей вогнутого профиля.

Устройство для добычи конкреций с морского дна представлено на фиг.1 - вид сбоку, на фиг.2, 3, 4 - варианты выполнения перфорированного патрубка, на фиг.5 - конструкция перфорированного патрубка.

Устройство состоит (фиг.1) из передвижного придонного агрегата 1 с заборным приспособлением и силовой установкой (не показаны), базового судна 2 и напорного трубопровода 3. Примыкающий к передвижному агрегату 1 участок 4 напорного трубопровода 3 снабжен приспособлением для сгущения и обесшламливания пульпы, выполненным в виде перфорированного патрубка 5 с переменной площадью поперечного сечения по его длине и с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от передвижного агрегата 1. Патрубок 5 может быть выполнен в виде усеченного конуса 6, перфорированного отверстиями 7 (фиг.2). Поверхность патрубка 5 может быть сформирована криволинейной образующей выпуклого профиля 8 (фиг.3). Поверхность патрубка 5 может быть сформирована криволинейной образующей вогнутого профиля 9 (фиг.4). Патрубок 5 размещен вне зоны добычи конкреций и отделен от этой зоны участком 4 напорного трубопровода.

Длина патрубка 5 и суммарная площадь отверстий 7 определяются заданной степенью сгущения пульпы и ее обесшламливания. Профиль перфорированной поверхности патрубка 5 (6, 8 или 9) выбирается в зависимости от гидрогеологических условий залегания конкреций, их свойств, параметров гидротранспорта и других возможных факторов, влияющих на режим обезвоживания и обесшламливания пульпы.

Параметры перфорированного патрубка 5 выбираются из следующих соотношений:

где l - длина перфорированного патрубка;

V_S - объемная производительность по конкрециям, м/ч;

S, S₀ - заданная и начальная объемная концентрация гидросмеси;

a, d - шаг и диаметр отверстий перфорированного патрубка, м;

D₁, D₂ - диаметр напорного трубопровода до и после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси, м;

- заданная степень сгущения гидросмеси;

- коэффициент сужения струи, выходящей через отверстие;

р_н - напор, создаваемый грунтовым насосом, Па;

₀ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - глубина водоема, м.

Устройство для добычи конкреций с морского дна действует следующим образом.

При передвижении агрегата 1 тем или иным способом в зоне добычи конкреций последние в виде сильно обводненной пульпы (при малой объемной концентрации S₀ конкреций), загрязненной придонными илистыми частицами, подаются с производительностью V₁ в примыкающий к передвижному агрегату 1 участок 4 (диаметром D₁) напорного трубопровода 3, а через него поступают в патрубок 5. При проходе через патрубок 5 из пульпы благодаря избыточному давлению в напорном трубопроводе 3 (диаметром D₂) по сравнению с давлением воды в придонной зоне (определяемом глубиной Н водоема) через отверстия 7 патрубка 5 выдавливается вода, насыщенная илистыми частицами с объемной производительностью V и скоростью с. Сгущенная пульпа с конкрециями, размер которых больше размера отверстий 7 в патрубке 5, поступает с производительностью V₂=V₁-V в напорный трубопровод 3 диаметром D₂, по которому транспортируется на базовое судно 2. За счет уменьшения площади поперечного сечения патрубка 5 по его длине l и наличия отверстий 7 на его поверхности скорость пульпы на участке 4 трубопровода с максимальным его диаметром D₁ и на следующем за патрубком 5 трубопроводе 3 уменьшенного диаметра D₂ остается приблизительно постоянной, соответствующей расчетному режиму гидротранспортирования данного вида конкреций.

Размещение патрубка вне зоны добычи конкреций 10 исключает повторное попадание выброшенной через перфорированную часть патрубка 5 илистой составляющей снова в заборное приспособление.

Техническое решение позволяет снизить энергоемкость транспортирования конкреций, уменьшить диаметр, металлоемкость и стоимость напорного трубопровода, улучшить экологическую обстановку в районе добычи конкреций, а также уменьшает установленную мощность силовой установки.

Формула изобретения

1. Устройство для добычи конкреций с морского дна, включающее базовое судно, передвижной придонный агрегат с заборным приспособлением, напорный трубопровод, перфорированный патрубок с размерами отверстий, меньшими минимального размера добываемых конкреций, отличающееся тем, что перфорированный патрубок размещен на примыкающем к придонному агрегату участке напорного трубопровода и выполнен с уменьшением площади поперечного сечения в сторону от придонного агрегата, а параметры перфорированного патрубка выбраны из соотношений

где l - длина перфорированного патрубка;

V_S - объемная производительность по конкрециям, м/ч;

S, S₀ - заданная и начальная объемная концентрация гидросмеси;

a, d - шаг и диаметр отверстий перфорированного патрубка, м;

D₁, D₂ - диаметр напорного трубопровода до и после перфорированного патрубка в направлении движения гидросмеси, м;

- заданная степень сгущения гидросмеси;

- коэффициент сужения струи, выходящей через отверстие;

P_H - напор, создаваемый грунтовым насосом, Па;

₀ - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - глубина водоема, м.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорированная поверхность патрубка сформирована криволинейной образующей выпуклого профиля.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перфорированная поверхность патрубка сформирована образующей вогнутого профиля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5