установка для транспортировки со дна водоема пульпы

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ СО ДНА ВОДОЕМА ПУЛЬПЫ, включающая нагнетательный и приемный трубопроводы и рабочую камеру, отличающаяся тем, что она снабжена приемной емкостью, разделенной фильтрующими элементами по меньшей мере на два отсека, в одном из которых размещен вход системы откачки очищенной в фильтрующих элементах воды, а в другом выход приемного трубопровода, а рабочая камера размещена выше уровня воды в водоеме и сообщена с входом приемного трубопровода, выходом нагнетательного трубопровода и входом системы для отсоса парогазовой смеси, причем установка снабжена задвижкой на размещенном у дна водоема входе нагнетательного трубопровода и задвижкой на выходе приемного трубопровода.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена связанными между собой трубопроводами теплообменниками, один из которых размещен внутри нагнетательного трубопровода, а другой установлен над поверхностью воды в водоеме.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к добыче со дна водоемов пульпы и может быть использовано при добыче ила со дна водоема, при добыче разрыхленных газгидратных осадков, при добыче конкреций, при добыче грунта.

Известны установки для подъема на поверхность водоема с его дна пульпы, состоящей из различных компонентов.

Известен, например, шахтный многоступенчатый эрлифтный гидроподъем [1] Известен также способ подъема морской воды, содержащей сероводород, и устройство для его осуществления, при реализации которого также использовано принцип газлифта. Общим недостатком этих, а также всех других способов и устройств, в которых реализован газлифтный принцип подъема воды и пульпы, является значительная затрата энергии на осуществление способов. Другим общим для всех способов и устройств недостатком является загрязнение атмосферы выделяющимися при подъеме на поверхность растворения в воде и пульпе газами, например сероводородом, растворенным в водах Черного моря.

Известны также установки, при работе которых пульпы со дна водоема отсасывается с помощью различных побудительных устройств. Например, известно эжекторное грунтозаборное устройство, включающее в себя нагнетательный и приемный трубопроводы, рабочую камеру. Это устройство выбрано в качестве прототипа. Недостатками данного устройства является значительная затрата энергии на перемещение пульпы из-за невысокого КПД эжектора, а также загрязнение окружающей среды выделяющимися при подъеме на поверхность растворенными в воде или пульпе газами [2]

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков.

Достигается это тем, что в установке для транспортировки со дна водоемов пульпы, включающей в себя нагнетательный и приемный трубопроводы, рабочую камеру, согласно изобретению установка снабжена приемной емкостью, разделенной фильтрующими элементами, по крайней мере, на два отсека, в одном из которых размещен вход системы откачки очищенной в фильтрующих элементах воды, а во втором выход приемного трубопровода, рабочая камера размещена выше уровня воды в водоеме и сообщена с входом приемного трубопровода, выходом нагнетательного трубопровода и со входом системы для отсоса парогазовой смеси, причем установка снабжена задвижкой на размещенном у дна водоема входе нагнетательного трубопровода и задвижкой на выходе приемного трубопровода.

Достигается это также тем, что внутри нагнетательного трубопровода размещен теплообменник, связанный трубопроводами с установленным над поверхностью воды вторым теплообменников.

На чертеже дана принципиальная схема установки

На этой схеме к рабочей камере 1 подсоединены нагнетательный 2 и приемный 3 трубопроводы. Вход нагнетательного трубопровода 2 размещен у дна водоема 4. Выход приемного трубопровода 3 размещен в приемной емкости 5, борта которой установлены выше уровня воды в водоеме 6. Приемная емкость 5 разделена фильтрующим элементом 7 на отсеки, в одном из которых размещен выход приемного трубопровода 3, а в другом вход системы 8 для откачки очищенной воды. В рабочей камере 1 показана граница раздела жидкой и парогазовой фаз 9. В верхней части камеры 1 размещен вход системы 10 для откачки парогазовой смеси. Внутри нагнетательного трубопровода 2 размещен теплообменник 11, связанный трубопроводами с вторым теплообменником 12, который может быть размещен или над поверхностью воды в водоеме 6, или под поверхностью. Рабочее тело перекачивается из теплообменника 11 в теплообменник 12 с помощью насоса 13. В верхней части рабочей камеры 1 размещена полость 14. Установка снабжена задвижками 15 и 16, размещенными на входе трубопровода 2 и на выходе трубопровода 3.

Установка работает следующим образом. Вначале система, состоящая из рабочей камеры 1, нагнетательного 2 и приемного 3 трубопроводов, полностью заполняется водой. Для этого, например, вход трубопровода 2 и выход трубопровода 3 могут быть перекрыты задвижками 15 и 16, а в камеру 1 может подаваться вода из водоема с помощью вспомогательного насоса (на схеме не показан). При этом высота установки камеры 1 над поверхностью водоема выбрана так, что при выпуске воды из камеры 2 при открытии задвижек 15 и 16 на входе трубопровода 2 и выходе трубопровода 3 уровень 9 между паром и жидкостью в рабочей камере 1 устанавливается выше входа 2 в камеру и выше выхода трубопровода 3 из камеры. Высота уровня жидкости 9 в камере 1 в этом случае соответствует барометрическому давлению, выраженному в метрах водяного столба. В полости камеры 1, заполненной паром и расположенной над уровнем жидкости 9, устанавливается давление пара, соответствующее температуре жидкости в камере 1. Например, при температуре воды порядка 29^оС установится давление пара порядка 0,004 МПа.

Затем включается система 8 для откачки воды из приемной емкости 5. Например, вода из отсека 5 откачивается центробежным насосом и подается либо опять в водоем, либо потребителю очищенной воды. При откачке воды из приемной емкости 5 уровень воды в ней понижается и поэтому начинает работать сифон, образованный трубопроводами 2, 3 и камерой 1. При работе сифона в жидкость из водоема поступает во входное отверстие нагнетательного трубопровода 2, поднимается вверх и поступает в рабочую камеру 1, а затем по трубопроводу 3 вода опускается и поступает в отсек приемной емкости 5.

Поток воды, поступающей во входное отверстие трубопровода 2, захватывает и пульпу (или разрыхленные частицы грунта на дне, или разрыхленные газгидратные соединения на морском дне). Вода вместе с твердыми частицами (пульпа) поступает, пройдя последовательно по трубопроводу 2, в рабочую камеру 1. Т. к. в рабочей камере давление значительно меньше давления окружающей среды (атмосферы), то значительно уменьшается растворимость газов в воде. Большая часть растворенных газов выделяется и при движении пульпы вверх по трубопроводу 2 и при движении пульпы в рабочей камере 1. Растворенные в воде газы выделяются в верхнюю часть рабочей камеры 1 и отсасываются из полости 14 камеры с помощью системы для откачки парогазовой смеси 10. Такие системы известны (например, эжекционная система) и в материалах заявки не описываются.

После удаления из воды растворенных газов очищенный от газов поток поступает из рабочей камеры 1 в приемный трубопровод 3 и направляет в приемную емкость 5, перегороженную фильтрующим элементом 7. Твердая фаза оседает в отсеке приемной емкости 5, а отфильтрованная вода из другого отсека приемной емкости 5 отсасывается с помощью системы для откачки воды 8.

Возможен также вариант работы установки, заключающийся в том, что в нагнетательном трубопроводе 2 внутри устанавливается теплообменник 11, связанный трубопроводами со вторым теплообменником 12, установленным например, над поверхностью водоема 6. Теплоноситель (например, вода) циркулирует между теплообменниками 11 и 12 с помощью насоса 13. Этот вариант работы установки возможен в том случае, когда температура воздуха над поверхностью воды в водоеме больше, чем температура воды в водоеме. Теплоноситель подогревается в теплообменнике 12, перекачивается насосом 13 в теплообменник 11 и за счет этого подогревается смесь воды и пульпы в трубопроводе 2. При подогреве смеси уменьшается растворимость газов, т.е. выделение газов из воды в рабочей камере 1 происходит интенсивнее.

Положительный эффект от работы установки заключается в том что уменьшается загрязнение окружающего установку воздуха газами, которые растворены в воде водоема, например, сероводородом, растворенным в воде Черного моря на глубинах, превышающих 100 м. Удаленные из воды газы могут быть полезно использованы.

Положительный эффект связан также с тем обстоятельством, что поток воды вместе с пульпой побуждается насосом, который перекачивает уже очищенную воду, а также с тем обстоятельством, что затрата мощности на привод насоса меньше, чем в том случае когда насос непосредственно откачивает воду с конкретной глубины.