комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны мирового океана

Формула изобретения

Комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана, состоящий из надводного плавсредства, транспортирующего бесконечного тягово-несущего органа с ковшами, придонной добычной установки, отличающийся тем, что его тягово-несущий орган выполнен в виде конвейерной ленты, а ковши выполнены в виде ковшей-поплавков, расположенных с заданным интервалом и выполненных с двумя полостями, одна из которых заполнена несжимаемым веществом с плотностью мене 1 т/м³, и снабжен размещенными на ставе между ветвями конвейерной ленты гидростатическими промежуточными приводами, каждый из которых содержит электродвигатель, ведущую шестерню, ведомый барабан и дополнительную конвейерную ленту с отверстиями и штырями, расположенными по всей длине, натяжной механизм, насос и опору с отверстиями, при этом системой патрубков, закрепленных на опоре, насос связан с замкнутыми объемами, образуемыми в результате прижатия отверстий в опоре и отверстий в дополнительной конвейерной ленте, установленной с возможностью взаимодействия ее штырей с ведущей шестерней и выполненной с возможностью фрикционного контакта с конвейерной лентой и скольжения относительно опоры.

Описание изобретения к патенту

Комплекс предназначен для сбора и выдачи на поверхность полезных ископаемых, в частности железомарганцевых конкреций, может использоваться в горнодобывающей промышленности.

Известно устройство драга [Лобанов В.А. Справочник по технике освоения шельфа / Л.: Судостроение, 1983. 288 стр.], включающее судно обеспечения, бесконечно замкнутую цепь с ковшами и цепной привод. Оно способно вести разработку придонных полезных ископаемых на глубине до 4000 метров. Недостатками данного устройства являются низкая производительность из-за недостаточной наполняемости ковшей и как следствие низкое качество отработки донных участков месторождений, запутывание ветвей цепи.

Известно устройство подводного гидравлического добычного комплекса [Патент № 2203421 РФ. Установка для добычи полезных ископаемых со дна акватории // Изобретения. 2003. № 12], включающее надводное плавсредство с необходимыми устройствами для поддержания жизнеобеспечения и работы обслуживающего персонала и средства энергоснабжения и управления комплексом, гидроподъемный трубопровод, придонную машину на гусеничном ходу с барабанным исполнительным органом. Устройство работает следующим образом: барабанный исполнительный орган осуществляет процесс отделения конкреций от донной поверхности и отбрасывает их на вход овального сопла для смешивания с водой и подачи в виде пульпы в гибкий гидроподъемный трубопровод с последующей разгрузкой в танки плавсредства. Однако такое устройство имеет недостатки: требование повышенных мощностей для гусеничного привода из-за низкого КПД, затрудненное управление придонным механизмом, связанное с повышенным замутнением окружающей среды во время работы гусеничной цепи, ограниченная производительность системы из-за необходимости уменьшения диаметра трубопроводов при работе на больших глубинах, возможность заштыбовки трубопровода, общая сложность гидравлического добычного устройства в целом.

Известно также устройство [Устройство для добычи конкреций с морского шельфа. Заявка № 95112283], наиболее близкое к заявленному объекту и которое принято за прототип. Устройство состоит из надводного плавсредства с установленным на нем оборудованием для обеспечения работы устройства, транспортирующего контура с ковшами, буксировочного каната, придонного добычного устройства в виде полутора, закрепленного на салазках. Устройство работает следующим образом: посредством буксировочного каната надводное плавсредство передает поступательное движение придонному добычному агрегату, транспортирующий контур с ковшами проходит в полости полутора, где происходит зачерпывание добытого полезного ископаемого с последующей его разгрузкой на плавсредстве. Данное устройство имеет недостатки: малая глубина разработки, потери полезного ископаемого при транспортировке из-за свободного свисания ветвей транспортирующего контура, низкое тяговое усилие транспортирующего контура.

Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно: повышение глубины разработки, уменьшение потери полезного ископаемого при транспортировке, повышение тягового усилия транспортирующего контура (конвейерной ленты с ковшами).

Технический результат достигается тем что, комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана, состоящий из надводного плавсредства, транспортирующего бесконечного тягово-несущего органа с ковшами, придонной добычной установки, согласно изобретению его тягово-несущий орган выполнен в виде конвейерной ленты, а ковши выполнены в виде ковшей-поплавков, расположенных с заданным интервалом и выполненных с двумя полостями, одна из которых заполнена несжимаемым веществом с плотностью менее 1 т/м ³, и снабжен размещенными на ставе между ветвями конвейерной ленты гидростатическими промежуточными приводами, каждый из которых содержит электродвигатель, ведущую шестерню, ведомый барабан и дополнительную конвейерную ленту с отверстиями и штырями, расположенными по всей длине, натяжной механизм, насос и опору с отверстиями, при этом системой патрубков, закрепленных на опоре, насос связан с замкнутыми объемами, образуемыми в результате прижатия отверстий в опоре и отверстий в дополнительной конвейерной ленте, установленной с возможностью взаимодействия ее штырей с ведущей шестерней и выполненной с возможностью фрикционного контакта с конвейерной лентой и скольжения относительно опоры.

Комплекс показан на чертежах, где на фиг.1 представлена общая схема комплекса; на фиг.2 - представлен гидростатический промежуточный привод (узел I на фиг.1);, на фиг.3 - представлено сечение А-А на фиг.2.

Представленный комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана состоит из судна обеспечения 1, транспортирующего тягово-несущего органа, который содержит конвейерную ленту 2, к которой с интервалом, заданным производительностью установки, прикреплены ковши-поплавки 3. Они состоят из собственно ковшей, имеющих усиленную со стороны взаимодействия ковша с грунтом режущую кромку с резцом. Одна грузовая 4 полость ковша предназначена для непосредственного забора полезного ископаемого, а другая полость 5 заполнена несжимаемым веществом с плотностью менее 1 т/м³, например пенополистерол с плотностью 15 кг/м³. При этом достигается нулевая плавучесть конвейерной ленты с ковшами. Ковши-поплавки 3 расположены на ленте с интервалом, определяемым заданной производительностью.

Комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Ого океана содержит гидростатические промежуточные приводы 6 в транспортирующем бесконечным тягово-несущим органе комплекса. Гидростатические промежуточные привода размещены между ветвями конвейерной ленты 2 и крепятся на ставе 7, выполненном в виде колонны труб. Количество промежуточных приводов зависит от глубины разработки. С увеличением глубины, увеличивается и количество промежуточных приводов. Каждый из них содержит электродвигатель 8, редуктор 9, насос 10, систему патрубков 11, присоединенных к опоре 12 с отверстиями для создания разрежения в системе, натяжной механизм 13. Натяжной механизм с помощью пружины перемещает ведомый барабан 14 и тем самым создает натяжение дополнительной 15 конвейерной ленты промежуточного привода, необходимое для его нормальной работы. При этом плоскости контакта опоры 12 и дополнительной 15 конвейерной ленты выполнены с высокой чистотой, что уменьшает трение при их контакте и позволяет скользить дополнительной 15 ленте вдоль опоры 12. Дополнительная 15 конвейерная лента промежуточного привода выполнена со штырями 16 и сквозными отверстиями 17. Благодаря ведущей шестерни 18 и штырям 16 происходит перемещение дополнительной 15 конвейерной ленты.

В качестве придонной добычной установки используется шагающая машина. Конструкция шагающей машины с движущейся рабочей головкой 19 состоит из сварной фермы 20 с прикрепленным к ней монорельсом, концы фермы вместе с монорельсом изогнуты вверх. Монорельс используется в качестве тягового и опорного узла для ходовой тележки. К ней с помощью упругих элементов подвешен грунтовый насос. Благодаря достаточному весу он выполняет помимо добычной функции функцию противовеса для обеспечения движения всего подводного механизма. Рыхлитель 21 выполнен в виде плоской спирали. Во время работы он вращается вокруг вертикальной оси, что повышает рыхление разрабатываемого грунта и увеличивает всасывающую способность грунтового насоса. При помощи изгибающегося пульпопровода 22 и конического сгустителя 23 насос связан с бункером 24, из которого происходит черпание обогащенных конкреций. Конический сгуститель 23 выполняет роль первичного обогатителя добытых конкреций, кроме того, он повышает производительность элеватора, т.к. в этом случае ковши зачерпывают более сгущенную массу. Бункер 24 выполнен в виде металлического короба. В центре бункера расположен концевой барабан. Оси барабана подпружинены, это связано с волнениями на море и благодаря сжатию пружин не происходит отрыв придонного агрегата от дна во время неблагоприятных условий. Ферма 20 подвешена к двум опорным столам 25 так, что концы ее с изогнутыми участками образуют консоли постоянной длины.

Предлагаемый комплекс для разработки полезных ископаемых шельфовой зоны Мирового Океана работает следующим образом. Рабочая головка 19 движется по консольному участку шагающий машины и внедряется в грунт. Грунт с добываемым полезным ископаемым (например, железо марганцевые конкреции) разрыхляется спиральным рыхлителем 21 и всасывается грунтовым насосом, после чего по пульпопроводу 22, через конический сгуститель обогащенная смесь поступает в бункер 24. Из бункера при помощи транспортирующего бесконечного тягово-несущего органа с ковшами происходит черпание и дальнейшее передвижение к судну обогащенной смеси.

Тягово-несущий орган приводится в движение гидростатическими промежуточными приводами 6. Гидростатический промежуточный привод работает следующим образом: от электродвигателя 8 питается насос 10, который посредством системы патрубков 11 откачивает воду из замкнутых объемов, образуемых в результате прижатия отверстий в опоре 12 гидростатического промежуточного привода и отверстий 17, расположенных в рабочей обкладке дополнительной 15 конвейерной ленты промежуточного привода к обратной стороне рабочей ветви конвейерной ленты 2 устройства. Благодаря наличию этих полостей происходит прижатие рабочей ветви конвейерной ленты 2 бесконечного тягово-несущего органа с ковшами к дополнительной конвейерной ленте 15 промежуточного привода 6. Ведущая шестерня 18 входит в зацепление со штырями 16 дополнительной 15 конвейерной ленты и благодаря высокому фрикционному контакту между дополнительной лентой промежуточного привода и рабочей ветви конвейерной ленты 2 транспортирующего тягово-несущего органа происходит перемещение конвейерной ленты 2 с ковшами 3.

Поднятая на судно 1 при помощи транспортирующего тягово-несущего органа обогащенная смесь сначала складируется в трюмах, а далее при помощи барж переправляется на берег для дальнейшей переработки.

Таким образом, с предложенным комплексом возможна разработка полезных ископаемых на больших глубинах, уменьшение потери полезного ископаемого при транспортировке, повышение тягового усилия транспортирующего контура.