ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к средствам глубоководной подводной транспортировки при добыче полезных ископаемых и может быть использовано для размещения геологоразведочного и добычного оборудования.

Основными требованиями, предъявляемые к технологиям для добычи полезных ископаемых, являются надежность и снижение экологического ущерба, обусловленного перемещением придонных минерализованных вод с илом на поверхность вместе с полезными ископаемыми и сбросом отходов добычи в поверхностные слои океана.

Промышленные аппараты для сбора железомарганцевых конкреций должны обеспечивать следующие требования:

- обработка площадей дна со скоростью 10...15 м /с;

- безаварийное перемещение и работа при наличии в месте сбора необнаруженных препятствий.

Для обеспечения эффективного сбора железомарганцевых конкреций в автоматизированном режиме средняя скорость аппарата сбора должна быть не более 0,5 м/с, а корпус аппарата должен перемещаться над дном на высоте около 5 м.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известны средства для размещения геологоразведочного и добычного оборудования, к которым относятся:

«FREE-FALL BOTTOM SAMPLER)) US3572129 (A) (BEAR CREEK MINING CO) 23.03.1971;

((APPARATUS AND PROCESS FOR UNDERSEA MINING OF MINERAL BEARING SAND AND GRAVEL » US3731975 (A) (QVA CORP, US) 08.07.1973[6].

Известные средства имеют большую массу и недостаточную прочность, что ограничивает их применение для работы на больших глубинах до 6000 м. Из уровня техники известен наиболее близкий по назначению подводный транспортный модуль, содержащий корпус, балластные емкости с регулируемой плавучестью и систему закачивания и выкачивания рабочей среды, в качестве которой используется забортная вода [«Подводная платформа» RU2182212 (С2) (10.05.2002] .

Рама модуля выполнена из элементов арочной конструкции в форме усеченной трехгранной пирамиды, а опоры выполнены V-образной формы и жестко закреплены на раме, при этом в верхней части рамы для обеспечения плавучести закреплены блоки пенополиуретана.

Балластные емкости модуля выполнены в виде понтона в форме тора и отрезков труб.

Недостатком известного модуля является его невысокие прочность, плавучесть и маневренность, что не позволяет использовать его на больших глубинах до 6000 м.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания такого подводного транспортного модуля, конструкция которого обеспечивала бы возможность надежного и экологически безопасного использования на больших глубинах за счет повышения прочности, плавучести и маневренности.

Поставленная техническая задача решается тем, что в подводном транспортном модуле, содержащем корпус, балластные емкости с регулируемой плавучестью и систему закачивания и выкачивания рабочей среды, в качестве которой используется забортная вода, согласно изобретению, корпус выполнен обтекаемой формы и изготовлен из синтактика (композита на основе полых стеклянных микросфер, плотность которого меньше плотности воды), балластные емкости выполнены в виде многоярусной балластной системы из множества сферических резервуаров, каждый из которых состоит из двух, скрепленных между собой полусфер, полости сферических резервуаров сообщены между собой и с системой закачивания и выкачивания рабочей среды, при этом подводный транспортный модуль дополнительно содержит маршево-маневровые водометные движители, связанные с системой закачивания и выкачивания рабочей среды.

Изготовление корпуса из синтактика, выполнение балластных емкостей в виде многоярусной балластной системы из множества сферических резервуаров, каждый из которых состоит из двух скрепленных между собой полусфер, а так же сообщение полостей сферических резервуаров между собой и с системой закачивания и выкачивания рабочей среды, обеспечивает оптимальное соотношения массы, прочности, плавучести и маневренности модуля.

Наличие маршево-маневровых водометных движителей, связанных с системой закачивания и выкачивания рабочей среды, обеспечивает перемещение и маневрирование подводного транспортного модуля при выполнении различных технологических операций на заданной глубине при нулевой плавучести, например, на высоте около 5 м, что снижает вредное воздействие технологических процессов на окружающую среду.

Таким образом, заявляемая конструкция подводного транспортного модуля обеспечивает оптимальное соотношение массы, прочности, плавучести и маневренности, при которых возможно экологически безопасное выполнение различных технологических процессов на больших глубинах до 6000 м.

Подводный транспортный модуль имеет дополнительные отличия, которые повышают или создают дополнительный технический результат.

Выполнение корпуса в виде монолита или сборных отдельных блоков из синтактика, плотность которого не более р = 700 кг/м , прочность на сжатие не менее σ = 90 МПа в виде композита на основе связующего - полиэфирных смол с наполнителем в виде полых стеклянных микросфер размером 0,01-10,0 мкм, а так же изготовление полусфер из стали с пределом текучести не менее 1200 МПа обеспечивает подводному транспортному модулю высокую прочность и плавучесть.

Выполнение полусфер сферических резервуаров с фланцами и отверстиями в стенках, оси которых расположены под углом а = 90° друг к другу и в которых закреплены резьбовые втулки, при этом полусферы между собой сопряжены фланцами и соединены болтовыми соединениями, обеспечивает возможность быстрого монтажа всего комплекса в процессе изготовления.

В подводном транспортном модуле смежные сферические резервуары соединены между собой с помощью полых резьбовых стяжек.

Такое выполнение обеспечивает формирование сотовой конструкции многоярусной балластной системы из сферических резервуаров, что сокращает трудоемкость их монтажа и демонтажа и повышает ремонтопригодность.

В подводном транспортном модуле многоярусная балластная система залита синтактиком и вместе с корпусом представляет собой монолитный блок.

Такая компоновка обеспечивает удобство монтажа балластной системы внутри корпуса.

ЗАМЕНЯЮ ИЙ ЛИСТ ПРАВИЛО 26 Подводный транспортный модуль дополнительно может содержать сменный навесной рабочий орган с приводом, приемный и накопительный бункеры, связанные между собой шнековым транспортером и механизм выгрузки.

Система закачивания и выкачивания рабочей среды дополнительно содержит насос высокого давления с приводом, а привод сменного рабочего органа выполнен в виде гидротурбины, гидравлически связанной с системой закачивания и выкачивания рабочей среды из многоярусной сотовой системы, систему автономных передвижных блоков энергообеспечения и систему независимого экстренного всплытия, что повышает надежность и позволяет за короткое время проводить замену энергоблоков и техническое обслуживание оборудования.

Такое усовершенствование обеспечивает формирование на борту подводного транспортного модуля эффективного добычного агрегата для сбора полезных ископаемых, с передвижными системами энергообеспечения и безопасного экстренного всплытия при возникновении нештатной ситуации.

В дальнейшем изобретение поясняется подробным описанием его осуществления со ссылками на чертежи.

ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 изображен подводный транспортный модуль (общий вид).

На фиг.2 изображен подводный транспортный модуль с обитаемым подводным аппаратом.

На фиг.З изображен продольный разрез подводного транспортного модуля.

На фиг. 4 изображен сферический резервуар многоярусной балластной системы.

На фиг. 5 изображена многоярусная балластная система.

На фиг. 6 изображен подводный транспортный модуль в транспортном положении. ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Подводный транспортный модуль (фиг.1) содержит корпус 1, балластные емкости 2 (фиг.2) в виде многоярусной балластной системы и систему 3 (фиг.З) закачивания и выкачивания рабочей среды, в качестве которой используется забортная вода.

Многоярусная балластная система состоит из множества сферических резервуаров 4 (фиг.4), каждый из которых состоит из двух, скрепленных между собой, полусфер 5 (фиг.5), при этом полости 6 сферических резервуаров 4 многоярусной балластной

ЗАМЕНЯЮ ИЙ ЛИСТ ПРАВИЛО 26 системы сообщены между собой и с системой 3 закачивания и выкачивания рабочей среды, для придания модулю отрицательной плавучести при погружении, или положительной плавучести при всплытии, или нулевой плавучести при погружении на заданную рабочую глубину или стабилизации глубины погружения при изменении массы модуля.

Корпус 1 выполнен обтекаемой формы в виде монолита или сборных отдельных блоков и изготовлен из синтактика, а полусферы 5 сферических резервуаров 4 многоярусной балластной системы изготовлены из стали с пределом текучести не менее 1200 МПа.

Полусферы 5 сферических резервуаров 4 многоярусной балластной системы выполнены с фланцами 8 (фиг.4) и с отверстиями 9 в стенках, оси которых расположены под углом а = 90° друг к другу, в которых закреплены резьбовые втулки 10, при этом полусферы 5 между собой сопряжены фланцами 8, соединены болтовыми соединениями 11 и в сборе образуют сферические резервуары 4 многоярусной балластной системы.

Смежные сферические резервуары 4 многоярусной балластной системы соединены между собой с помощью полых резьбовых стяжек 12 (фиг.5), посредством которых они соединены с резьбовыми втулками 10 полусфер 5.

Многоярусная балластная система залита композиционным синтактиком и вместе с корпусом 1 представляет собой монолитный блок 13 (фиг.З).

Модуль дополнительно содержит маршево-маневровые водометные движители 7 (фиг.1), связанные с системой 3 закачивания и выкачивания рабочей среды для маневрирования и перемещения модуля.

В такой комплектации (модификация 1) подводный транспортный модуль может выполнять транспортные и подъемный операции на глубине до 6000 м.

Для добычи и транспортировки полезных ископаемых (модификация 2) подводный транспортный модуль может дополнительно содержать один из сменных навесных рабочих органов 14 (фиг.1) с приводом 15 (фиг.6), приемный бункер 16 (фиг.З) и накопительный бункер 17, связанные между собой шнековым транспортером 18, а также механизм выгрузки 19.

Это обеспечивает эффективный сбор полезных ископаемых, таких как железомарганцевые конкреции.

Система 3 закачивания и выкачивания рабочей среды дополнительно содержит насос 20 высокого давления с приводом 21 (фиг.З).

Привод 15 сменного рабочего органа 14 выполнен в виде гидротурбины, гидравлически связанной с системой 3.

ЗАМЕНЯЮ ИЙ ЛИСТ ПРАВИЛО 26 Подводный транспортный модуль может быть оснащен системой 22 автономного энергообеспечения и системой 23 экстренного всплытия (фиг.1).

Навесной рабочий орган 14 может быть выполнен в виде цепного конвейера с ковшами 24 и цепями 25 (фиг.З).

Ковши 24 шарнирно закреплены на цепи 25 с возможностью упругого поворота при контакте с препятствием во время перемещения модуля и с возможностью возврата их в исходное положение.

Ковши 24 могут быть выполнены из множества связанных между собой цепей.

Подводный транспортный модуль в такой комплектации (модификация 2) при разработке полезных ископаемых и при наличии сменного навесного рабочего органа 14 находится в состоянии нулевой плавучести на расстоянии примерно 5 м от дна и может работать на глубине до 6000 м.

По мере загрузки накопительного бункера 17 и увеличения массы модуля система 3 закачивания и выкачивания рабочей среды реагирует на эти изменения, выкачивает воду и постоянно поддерживает рабочую высоту на уровне 5 м над океаническим дном.

На дне корпуса 1 расположены водометные форсунки 26 (фиг.З).

Подводный транспортный модуль может быть оснащен обитаемым подводным аппаратом 27 (фиг.2).

В бункере хранения конкреций выполнены отверстия 28 (фиг.З)

Устройство работает следующим образом.

Исходное положение модуля - на поверхности акватории возле базового судна.

Во время разгрузки после предыдущего рабочего цикла происходит включение насоса 20 системы 3 закачивания рабочей среды в многоярусную балластную систему.

После разгрузки и при достижении заданной отрицательной плавучести происходит управляемое погружение модуля на дно акватории.

Подводный транспортный модуль в модификации 1 работает как транспортировщик грузов или подводных объектов.

Подводный транспортный модуль в модификации 2 работает как автономный добычной аппарат.

При достижении заданной глубины погружения (высота 5 м над дном) обеспечивается рабочее перемещение и маневрирование модуля при выполнении различных технологических операций на заданной глубине при нулевой плавучести.

Маршево-маневровые водометные движители 7 обеспечивают ему автономное перемещение по траектории в полосе движения.

ЗАМЕНЯЮ ИЙ ЛИСТ ПРАВИЛО 26 Включается привод 15 рабочего органа 14 и происходит сбор железомарганцевых конкреций в приемный бункер 16 и перемещение в накопительный бункер 17.

Цепи 25 рабочего органа 14 с ковшами 24 движутся относительно корпуса 1 с помощью регулируемого привода 15 и, свисая, скользят по дну.

Ковши 24 зачерпывают железомарганцевые конкреции вместе со слоем ила, при этом ил протекает через решетчатые стенки и дно ковшей 24, а железомарганцевые конкреции транспортируются в накопительный бункер 17.

Модуль такой конструкции может преодолевать выступы высотой до 1,5...2 м, не прекращая сбора железомарганцевых конкреций, при этом цепи 25 с ковшами 24 скользят по поверхности выступов.

Впадины и расщелины любых размеров не являются препятствиями для передвижения модуля даже при сложном рельефе дна, так как ковши 24 шарнирно закреплены на цепи 25, что обеспечивают возможность их упругого поворота при контакте с препятствием и возврата в исходное положение.

Оперативное управление скоростью цепи 25 и высотой модуля над грунтом обеспечивает возможность оперативного управления скоростью передвижения подводного передвижного модуля.

При выполнении работ подводного транспортного модуля навесной рабочий орган 14 находится в рабочем положении (фиг.1), а при погружении и подъеме подводного транспортного модуля навесной рабочий орган 14 находится в транспортном положении (фиг.6).

Водометные форсунки 26 расположенные на дне корпуса 1 обеспечивают возможность перемещения биомассы и бентосных организмов, которые могут находиться на поверхности железомарганцевых конкреций, из зоны технологических работ в стороны от прохождения цепных ковшей, что позволяет снизить вредное воздействие на окружающую среду при выполнении работ.

Управление работой подводного транспортного модуля может осуществляться из двух передвижных пунктов управления.

В первом пункте управления устанавливают оборудование для управления подводным транспортным модулем: гидролокатор с боковым обзором интерферометрического типа, фронтальный эхолот, гидролокатор с круговым обзором и гидролокатор с многолучевым, профилограф. Эти системы позволяют получать характеристики дна для управления движением.

Система навигации может быть оборудована бортовой спутниковой и гидроакустической системами. Компенсированная доплер-инерциальная бортсистема

ЗАМЕНЯЮ ИЙ ЛИСТ ПРАВИЛО 26 позволяет проводить корректировку с помощью данных доплеровского лага, где относительно грунта и воды изменяется скорость модуля. Эти данные позволяют поддерживать глубину, необходимую для выполнения добычных работ. Для передвижения модуля в надводном положении используется система DPRS. Система гидроакустической навигации позволяет определить местоположение модуля относительно донных маяков.

Второй пункт управления может быть расположен на подводном транспортном модуле для выполнения задач с использованием видеоизображения с видеокамер модуля .

На верхней части подводного транспортного модуля может быть установлена площадка, на которой могут располагаться разные типы обитаемых подводных аппаратов 27 с рабочей глубиной погружения до 6000 метров. Площадка может быть оборудована системой передачи данных на подводный обитаемый аппарат 27, на котором происходит управление модулем в ручном режиме с помощью видеоизображения. Обитаемый подводный аппарат 27 может всплывать вместе с подводным транспортным модулем, или по программе экстренного всплытия в автономном режиме.

Заявляемый подводный транспортный модуль препятствует перемещению ила и донной воды на поверхность, так как в накопительном бункере 17 имеются отверстия 28, через которые при всплытии транспортного модуля происходит прохождение забортной воды, что создает постоянный обмен и вытеснение водных слоев при всплытии.

Работа ведется непосредственно с железомарганцевыми конкрециями на расстоянии 3...5 метров до дна, в зависимости от наклона дна, специальными цепными ковшами 24, которые собирают только железомарганцевые конкреции и складируют их в приемный бункер 16, не разрушая их.

После сбора заданного количества железомарганцевых конкреций происходит всплытие модуля с последующей разгрузкой на базовом судне.

Система 22 автономного энергообеспечения модуля может состоять из трех независимых передвижных блоков, в каждом блоке располагается двигатель, топливные баки, генератор, насосная система высокого давления, система управления, навигационное оборудование.

Все элементы системы энергообеспечения находятся в специальной емкости и залиты композиционным синтактиком и представляют собой монолитный блок с люками для обслуживания.

В случае выхода из строя одного энергоблока, два оставшиеся могут работать на экстренное всплытие подводного транспортного модуля, в случае выхода из строя двух энергоблоков, оставшийся энергоблок обеспечит экстренное всплытие подводного транспортного модуля. В случае выхода из строя всех энергоблоков, в модуле предусмотрена система 23 автономного всплытия, которая имеет систему аккумуляторов и может произвести откачку воды из балластной системы для обеспечения транспортному модулю положительной плавучести.

Техническое обслуживание энергоблоков можно производить путем замены и ремонта блоков на судне.

Проектная грузоподъёмность подводного транспортного модуля составляет 300 тонн.

Из подводных транспортных модулей (модификация 2) может быть сформирован добычный комплекс.

В состав добычного комплекса может входить два судна - рудовоза и два подводных транспортных модуля (модификация 2) - автономных добычных аппарата.

Использование заявляемого изобретения возможно при строительстве подводных транспортных модулей грузоподъёмностью до 1 ООО тонн.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенные сведения подтверждают возможность промышленного использования подводного транспортного модуля, который в модификации 1 может быть использован для подводной транспортировки и размещения геологоразведочного и добычного оборудования в качестве подъемника, а в модификации 2 может быть использован для добычи полезных ископаемых со дна океана.

Перечень обозначений

1) корпус

2) емкости балластные

3) система закачивания и выкачивания рабочей среды

4) резервуары сферические

5) полусферы

6) полости сферических резервуаров

7) движители маршево-маневровые водометные

8) фланцы полусфер сферических резервуаров

9) отверстия в стенках полусфер

10) втулки резьбовые

И) соединения болтовые ) стяжки полые резьбовые

) блок монолитный

) орган навесной сменный рабочий

) привод навесного сменного рабочего органа

) бункер приемный

) бункер накопительный

) транспортер шнековый

) механизм выгрузки

) насос высокого давления

) привод насоса высокого давления

) система автономного энергообеспечения

) система экстренного всплытия

) ковш

) цепь

) форсунка водометная

) аппарат обитаемый подводный

) отверстия в накопительном бункере

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)