РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ |
(19) | RU | (11) | 2182229 | (13) | C2 | ||
| (51) МПК 7
E21C50/00 | ||||||||
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
| ||||||||
|
(21), (22) Заявка: 2000112687/03, 22.05.2000 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: (46) Опубликовано: 10.05.2002 (56) Список документов, цитированных в отчете о Адрес для переписки: |
(71) Заявитель(и): (72) Автор(ы): (73) Патентообладатель(и): |
(54) ГЛУБОКОВОДНЫЙ ДОБЫЧНОЙ КОМПЛЕКС
(57) Реферат:
Изобретение относится к техническим средствам освоения месторождений твердых полезных ископаемых Мирового океана и может быть использовано для добычи железомарганцевых конкреций. Глубоководный добычной комплекс включает погружной аппарат, снабженный исполнительными органами, включающими системы захвата, измельчения добываемого материала и его подачи, соединенный трубопроводами с плавсредством, погружной аппарат снабжен камерой выщелачивания полезных компонентов и, как минимум, двумя телескопическими манипуляторами, при этом на концах консолей манипуляторов размещены исполнительные органы, гидравлически связанные с камерой выщелачивания, включающие систему подачи материала в камеру выщелачивания, а также систему генерирования газообразного рабочего агента, при этом манипуляторы шарнирно связаны с вращателем, размещенным на корпусе погружного аппарата, с возможностью совершения поворотных движений в горизонтальной плоскости на 180o относительно вертикальной оси погружного аппарата. Комплекс позволяет снизить затраты на захват и переработку железомарганцевых конкреций и предотвратить вредное воздействие технологических процессов на окружающую среду. 4 з.п. ф-лы, 6 ил. Изобретение относится к техническим средствам освоения месторождений твердых полезных ископаемых Мирового океана и может быть эффективно использовано для добычи железомарганцевых конкреций (ЖМК). Известен глубоководный добычной комплекс (патент Японии 56-41798, кл. Е 21 С 45/00, 1981), включающий погружной аппарат, соединенный трубопроводом с плавсредством. Недостатком известного технического решения являются значительные затраты на сбор и переработку ЖМК при исключительно высоком отрицательном влиянии технологии на окружающую среду. Известен также глубоководный добычной комплекс, включающий погружной аппарат для выщелачивания полезных компонентов, соединенный трубопроводами с плавсредством и снабженный исполнительными органами, гидравлически связанными с погружным аппаратом (А.С. 1602307, кл. Е 21 С 50/00, 02.08.1985). К недостаткам устройства следует отнести значительные затраты на захват и переработку ЖМК, а также высокий уровень ущерба, наносимый окружающей среде при его эксплуатации. Задачей изобретения является снижение затрат на захват и переработку ЖМК, а также предотвращение вредного воздействие технологических процессов на окружающую среду. Поставленная задача решается тем, что глубоководный добычной комплекс, включающий погружной аппарат для выщелачивания полезных компонентов, соединенный трубопроводами с плавсредством и снабженный исполнительными органами, гидравлически связанными с погружным аппаратом, отличается тем, что погружной аппарат снабжен, как минимум, двумя телескопическими манипуляторами, при этом на концах консолей манипуляторов размещены исполнительные органы, включающие системы захвата, измельчения добываемого материала и его подачи в аппарат для выщелачивания, а также системы генерирования газообразного рабочего агента, при этом манипуляторы шарнирно связаны с вращателем, размещенным на корпусе погружного аппарата для выщелачивания, с возможностью совершения поворотных движений в горизонтальной плоскости на 180o относительно вертикальной оси погружного аппарата. Кроме того, система генерирования газообразного рабочего агента содержит изолированные друг от друга и гидравлически связанные через запорный элемент камеры для размещения реагентов, выполненные в напорных камерах исполнительного органа. Кроме того, система захвата добываемого материала выполнена в виде полусферических напорных камер, изолированных друг от друга и выполненных по периметру исполнительного органа, причем полости напорных камер гидравлически сообщены с транспортными гидромониторными насадками, встроенными в реборду лепесткообразного выступа основания исполнительного органа, при этом полость исполнительного органа разделена на отсеки пластинчатыми разделителями потоков пульпы, выполненными в виде радиальных вертикальных пластин. Кроме того, система измельчения и подачи измельченного материала в аппарат для выщелачивания снабжена шаровой мельницей, связанной с первым эрлифтом через патрубок, снабженный грохотом, подгрохотное пространство которого сообщается с полостью напорной камеры, при этом выход мельницы сообщается с полостью приемной камеры, которая посредством второго эрлифта гидравлически связана с аппаратом для выщелачивания полезных компонентов. Кроме того, диспергатор второго эрлифта пневматически связан с полостью газгольдера, которая пневматически связана с отделителем рабочего агента первого эрлифта. Выполнение погружного аппарата с двумя телескопическими манипуляторами, плечи которых шарнирно соединены с вращателем, позволяет перемещать закрепленные на плечах манипуляторов исполнительные органы относительно вертикальной оси погружного аппарата и горизонтальной плоскости. Это перемещение позволяет осуществлять процессы выемки ЖМК из напорных камер. Преимуществом комплекса является также и особое выполнение исполнительных органов, которые содержат систему захвата и генератор газообразного рабочего агента в виде камер для реагентов, имеющих гидравлическую связь через запорный элемент. Кроме того, система захвата, выполненная в виде полусферических напорных камер с пластинчатыми разделителями и с гидромониторными насадками, способствует достижению технического результата, т.е. позволяет осуществить захват ЖМК первым эрлифтом и устойчивое их транспортирование до мельницы. Система измельчения и выщелачивания обеспечивает циркуляцию химических реагентов в замкнутом пространстве, что способствует предотвращению вредного воздействия технологических процессов на окружающую среду. Проведенный поиск по научно-техническим и патентным источникам и сопоставительный анализ с прототипом показал, что указанные отличительные признаки в заявляемом техническом решении обладают "новизной" и соответствуют критерию "изобретательский уровень", т. к. не известны из предшествующего уровня техники. На фиг. 1 показан общий вид комплекса, на фиг.2 изображен комплекс в плане, на фиг.3 показан вертикальный разрез исполнительного органа, на фиг.4 - разрез I-I, фиг. 5 иллюстрирует вид на исполнительный орган со стороны подстилающих пород и на фиг.6 показана схема распределения рабочего агента по потребителям. Глубоководный добычной комплекс включает погружной аппарат 1 для выщелачивания полезных компонентов, соединенный трубопроводами 2 с плавсредством (на чертежах не показано). Аппарат 1 снабжен колесными парами 3 с пневмодвигателями 4. Аппарат 1 снабжен также манипуляторами, состоящими из телескопических плеч 5 и 6, консольные части которых соединены с тягами 7 и 8. Плечи 5 и 6 посредством шарниров 9 и 10 соединены с вращателем 11. На нижних торцевых частях тяг 7 и 8 закреплены исполнительные органы 12 и 13. Каждый из исполнительных органов 12 и 13 снабжен системой захвата ЖМК 14, состоящей из полусферических напорных камер 15, установленных по периметру исполнительного органа. Внутренние полости камер 15 через кольцевые щели 16 сообщены с транспортными гидромониторными насадками 17, встроенными в реборду основания лепесткообразного выступа 18. Реборда выступа 18 скошена под острым углом, обеспечивающим ее заглубление в подстилающие породы 19. На нижней наружной поверхности основания исполнительного органа жестко закреплены радиальные пластинчатые разделители 20 потоков пульпы. Система захвата снабжена первым эрлифтом 21 с диспергатором 22, отделителем рабочего агента 23 и окном 24. Система измельчения ЖМК и подачи измельченного материала в аппарате 1 снабжена шаровой мельницей 25, загрузочный люк которой соединен наклонным лотком 26 (выполненным в виде патрубка) с окном 24, причем поверхность транспортирования лотка 26 выполнена в виде грохота 27 (перфорирована), который сообщен с каналом 28 для сброса илов. Исполнительный орган снабжен также приемной камерой 29 для накопления измельченного материала 30. Во внутренней полости приемной камеры 29 размещен приемный патрубок второго эрлифта 31 с диспергатором 32, отделителем рабочего агента 33, связанный с гибким рукавом 34. Диспергатор 32 пневматически через патрубок 35 сообщен с внутренней полостью газгольдера 36, которая, в свою очередь, посредством окна 37 сообщена с отделителем рабочего агента 23. Генератор рабочего агента состоит из камеры 38, в которую помещен гранулированный гидрит лития, и камеры 39, заполненной водой. Камеры 38 и 39 имеют гидравлическую связь через запорный элемент (на чертежах не показан). Каждый из исполнительных органов 12 и 13 снабжен распределителями 40 и 41 рабочего агента. Глубоководный добычной комплекс работает следующим образом. На поверхности акватории балластную емкость аппарата 1 и напорные камеры 15 исполнительных органов 12 и 13 заполняют водой, тем самым придают комплексу отрицательную плавучесть и опускают на поверхность подстилающих пород 19, при этом реборды лепесткообразных выступов 18 за счет массы исполнительных органов заглубляются в породы 19. По команде из пульта управления плавсредством открывают запорные элементы, разделяющие камеры 38 и 39 исполнительных органов 12 и 13. Гранулированный гидрит лития, вступая в химическую реакцию с водой, выделяет кислород, являющийся рабочим агентом, который поступает на распределители 40 и 41. При открытых запорных элементах 42 и 43 рабочий агент поступает соответственно во внутренние полости напорных камер 15 исполнительных органов 12 и 13, вытесняя при этом из них воду. Вода через кольцевые щели 16 поступает в каналы транспортных насадок 17 и формируется в кумулятивно направленные струи, ориентированные на продольную ось 44 первого эрлифта 21. Одновременно открывают запорные элементы 45 и 46 с подачей рабочего агента на диспергаторы 22 первого эрлифта 21. ЖМК 14 вместе с илами поступают в трубу этого эрлифта и через окно 24 в лоток 26 и далее - в мельницу 25. Вследствие ограниченной зоны всасывания, которая ограничена 2-3 диаметрами трубы эрлифта 21, возникает необходимость в принудительной доставке ЖМК в зону всасывания. Для этого кумулятивно ориентированные струи, формируемые насадками 17, создают направленные потоки пульпы в зону всасывания эрлифта, ограниченные пластинчатыми разделителями 20, основаниями исполнительных органов 12 и 13, а также поверхностью подстилающих пород 19. Радиально установленные разделители 20 по мере приближения потока к зоне всасывания эрлифта уменьшают живое сечение, тем самым увеличивают его транспортирующую способность за счет повышения скорости, оказывая при этом положительное влияние на доставку ЖМК различной гидравлической крупности. На грохоте 27 илы, забираемые вместе с ЖМК, проваливаются через его перфорацию и по каналу 28 сбрасываются во внутреннюю полость захватной системы, ограниченную от акватории ребордами лепесткообразных выступов 18, непрерывно циркулируя в системе до полного извлечения ЖМК. Циркуляция илов в замкнутом пространстве предохраняет акваторию от загрязнения, с одной стороны, и повышает параметры гидротранспорта и гидроподъема ЖМК за счет непрерывного увеличения плотности пульпы при абразивном износе подстилающих пород 19. По мере заполнения шаровых мельниц 25 открывают запорные элементы 47 и 48 с подачей рабочего агента на пневматические приводы мельниц. При заполнении приемной камеры 29 измельченным материалом 30 открывают запорный элемент 49 и рабочий агент из газгольдера 36 через патрубок 35 подают на диспергатор 32 второго эрлифта 31. Измельченный материал 30 в виде пульпы эрлифтируется по трубе с отделением газообразного рабочего агента в отделителе 33 с дальнейшей подачей его по гибкому рукаву 34 в погружной аппарат 1 для выщелачивания. Если требуемого расхода рабочего агента, находящегося в газгольдере 36 после его отделения на отделителе 23 первого эрлифта 21, окажется недостаточно для эрлифтирования измельченного материала 30, открывают запорные элементы 50 и 51 с последующей подачей рабочего агента с распределителей 40 и 41 на диспергаторы 32. После извлечения ЖМК из заходки, ограниченной периметром лепесткообразного выступа 18 и вытеснения из напорных камер 15 воды, исполнительные органы 12 и 13 приобретают положительную плавучесть, отрываются от подстилающих пород и поднимают при этом плечи 5 и 6 манипулятора вверх за счет шарнирных соединений 9 и 10. Одновременно вращателем 11 перемещают исполнительные органы 12 и 13 по направлениям 52 и 53 на величину размера очередных заходок 54 и 55. Затем при закрытых запорных элементах 42 и 43 через обратные клапаны (на чертежах не показаны) из напорных камер 15 вытесняют рабочий агент и сообщают исполнительным органам отрицательную плавучесть с последующим заглублением реборд выступов 18 в подстилающие породы 19. Далее все повторяют. После отработки выемочной камеры 56, имеющей форму кольца, формируемой исполнительными органами 12 и 13 (при повороте их вместе с плечами 5 и 6 манипуляторов на 180o в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси 57 погружного аппарата 1), длину плеч 5 и 6 сокращают на величину размера заходок 54 и 55 с последующей отработкой смежной выемочной камеры 58 по направлениям 59 и 60 перемещения исполнительных органов. Процессы выемки ЖМК с одной стоянки комплекса прекращают после полной отработки блока, включающего выемочные камеры 56, 58 и 61. Измельченный материал по гибким рукавам 34 поступает в накопительную камеру погружного аппарата 1, который снабжен камерой выщелачивания полезных компонентов химическим реагентом, камерой отделения шлама и узлом нейтрализации химического реагента в шламе. Накопительная камера соединена трубопроводом для приема химического реагента с плавсредством, трубами - с камерой выщелачивания и камерой отделения шлама, а камера отделения шлама соединена с плавсредством посредством трубопровода для подачи металлоносного раствора. Узел нейтрализации химического реагента в шламе соединен с плавсредством трубопроводом для приема реагента-нейтрализатора. Таким образом, глубоководный добычной комплекс позволяет осуществить технологическую схему захвата, измельчения, выщелачивания и выдачу металлоносного раствора на плавсредство с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами при допустимом уровне загрязнения акватории. Кроме того, продолжительность нахождения комплекса на поверхности дна океана может быть значительной и регламентируется, главным образом, запасом компонентов рабочего агента. Подъем комплекса на поверхность акватории осуществляют приданием ему положительной плавучести. Заявляемое изобретение позволит вовлечь в эксплуатацию залежи ЖМК с высокой эффективностью при допустимом уровне загрязнения окружающей среды.
Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A - Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 22.05.2002
Номер и год публикации бюллетеня: 32-2003
Извещение опубликовано: 20.11.2003