4D6963726F736F667420576F7264202D20CBE5EAF6E8FF20313120CEE1EEF0F3E4EEE2E0EDE8E520E4EBFF20E3EBF3E1EEEAEEE2EEE4EDEEE920E4EEE1FBF7E820CFC82E646F6378

Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
1
Лекция № 10.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГЛУБОКОВОДНОЙ ДОБЫЧИ ПИ
В подводных месторождениях Мирового океанам на глубинах до 6 км
хранятся колоссальные запасы твердых ПИ. Особенностями условий работы
добычной техники для разработки таких месторождений являются агрессивная
морская среда, большие глубины и высокие давления в подводном забое,
удаленность от береговых баз и т.п. Промышленное освоение океанских
подводных месторождений – дело ближайшего будущего, и нынешние студенты
в своей профессиональной деятельности инженера-механика могут принять
участие в создании добычной техники для их освоения.
Цель настоящей лекции – дать основные сведения о полезных
ископаемых Мирового океана, о применяемом и проектируемом оборудовании
для их добычи.
В результате изучения материала этой лекции студенты должны
знать: основные полезные ископаемые Мирового океана, их условия
залегания, принципиальные схемы добычного оборудования для их добычи;
уметь: производить выбор добычного оборудования для подводной
добычи ТПМ Мирового океана.
Основные виды ПИ, добываемые в морских условиях
Пляжные россыпные ПИ
На берегу моря, да и любого крупного водоема, можно наблюдать работу
волн по сортировке и накоплению пляжевых песчано-галечных отложений. Росле
прибоя штормового моря на песке остается черный налет. Если рассмотреть этот
налет внимательно, то окажется, что в нем преобладают песчинки темной, часто
черной окраски — это магнетит или темные породообразующие минералы
изверженных пород. Когда таких песчинок много, то на пляже образуется слой
«черного песка». После шторма весь пляж на таких участках берега становится
черным, или малиново-красным, если в песке преобладает гранат, или чернозеленым, если много эпидота и минералов из группы амфиболов, пироксенов.
Наблюдательные люди давно обратили внимание на то, что по берегам
морей образуются скопления более или менее однородных песков, состоящих из
минералов более тяжелых, чем главный минерал песков — кварц. В 1976 году
можно было бы отметить вековой юбилей начала добычи гранатовых песков на
побережье земли Шлезвиг-Гольштейн в Германии. Гранат, обладающий
высокой твердостью, использовался при изготовлении брусков для заточки кос,
для чего гранатовый песок спекался с глиной.
Примерно в то же время начались разработки береговых россыпей золота в
Калифорнии и на Аляске. В начале 20 века «черные пески» стали
разрабатываться в Индии и Бразилии. Звучное и образное слово «россыпь» само
по себе дает представление об этом типе месторождений. Точное научное
определение понятия «россыпь» дал советский геолог Ю. А. Билибин.
«Россыпями называются рыхлые или сцементированные скопления обломочного
материала, содержащие в виде обломков же то или иное полезное ископаемое.
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
2
Последними в большинстве случаев бывают благородные металлы (золото,
платина), а также некоторые рудные минералы (оловянный камень, вольфрамит,
магнетит), соединения редких элементов (монацит) или драгоценные камни
(алмаз, рубин, сапфир)». Это исчерпывающее определение для всех типов
россыпных месторождений; но в береговой зоне морей вещественный состав
полезных компонентов россыпей несколько отличается от приведенных
примеров, хотя не исключено присутствие тех же минералов, что и в россыпях
речных долин.
Месторождения россыпей в прибрежной зоне (рис. 1) интересны и ценны
тем, что поставляют главным образом титан, цирконий и другие редкие
металлы и элементы — сырье для самых современных и перспективных отраслей
промышленности:
специальной
металлургии,
ядерной,
химической
промышленности, для точного приборостроения и т. д.
Особенно
следует
выделить россыпи золота,
олова и алмазов на дне
моря;
во-первых,
они
чрезвычайно ценны, вовторых, они очень редки, и,
в-третьих,
в
морских
отложениях
они,
как
правило, «пасынки». Дело в
том, что эти россыпи
Рисунок 1 - Рутил-ильменит-цирконсформировались
главным
альмандиновые пески
образом на суше — в речных
долинах сотни или десятки тысяч лет назад и лишь позднее, в силу разных
причин (тектонических, эпейрогенических, экстатических колебаний уровня
моря или всех вместе взятых) были затоплены и погребены под морскими
осадками.
В россыпях накапливаются минералы трех весовых групп:
сверхтяжелые (золото, платина с плотностью 18—22), весьма тяжелые
(оловянный камень — касситерит, вольфрамит, изредка свинцовый блеск,
киноварь и другие с плотностью 7—10) и просто тяжелые с плотностью 4—
6. Для сравнения, что плотность большинства породообразующих
минералов, из которых состоят горные породы, обычно 2,5—3.
В россыпях береговой зоны моря главенствуют минералы титана —
ильменит, рутил, реже — сфен, лейкоксен.
Непрозрачный черный или темно-серый ильменит (титанистый железняк)
содержит примерно в равных количествах окислы железа и титана и является
довольно распространенным акцессорном основных (габбро, диабазы) и
щелочных (сиениты) пород. Но особенно много ильменита бывает, в пегматитах
— жильных или неправильной формы телах, сопровождающих многие интрузии.
Особенно богаты разными минералами пегматиты щелочных пород, несущие
редкометальное и редкоземельное оруденение. Ильменит также содержится в
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
3
метаморфических породах, образовавшихся за счет основных и ультраосновных
изверженных пород.
Другой титановый минерал — рутил - представляет собой двуокись
титана и содержит 60% этого металла. Распространен он меньше, чем ильменит;
чаще всего он связан с кристаллическими сланцами и гнейсами, но встречается
также в пегматитах сиенитовых и гранитных интрузий, в кварцевых жилах. Этот
твердый, хотя и хрупкий минерал, отличается большой химической
устойчивостью и нередко выдерживает неоднократное переотложение из
россыпи в россыпь.
Еще большей устойчивостью и твердостью обладает циркон —
постоянный компонент береговых россыпей. Этот минерал является главным
носителем металла циркония (до 50% в форме двуокиси); в его состав всегда
входит гафний, часто также содержатся иттрий, тантал, ниобий, а также в
переменных количествах торий и уран.
Циркон содержится в магматических интрузивных породах: гранитах и
сиенитах, но главный его поставщик — пегматиты, связанные с этими
интрузиями.
Минерал монацит замечателен не только и не столько своей склонностью
к отшельничеству, сколько своим уникальным составом: более 50% его массы
приходится на долю редких земель — селена, лантана, иттрия, церия. Обычны
в нем и радиоактивные элементы — торий, уран. И состав, и содержание редких
компонентов уже говорят об экономической ценности этого минерала, а если
добавить, что он встречается очень редко и концентрируется только в россыпях,
преимущественно береговых, то становится понятной особая значимость этих
россыпей.
Гораздо менее ценным, но самым обычным членом тяжелой фракции
россыпей является гранат (вернее, гранаты, поскольку существует шесть их
минеральных видов, несколько различающихся по химическому составу, а
следовательно, по цвету и облику). Гранат — очень твердый и довольно
устойчивый минерал, образуется на контактах интрузий с карбонатноосадочными и метаморфическими породами. Очень характерны гранаты для
различных гнейсов, которым они иногда даже дают свое название (например,
гранат-биотитовые гнейсы), а также для других метаморфических пород.
Источник гранатов можно установить по составу преобладающей разности.
Шельфовые месторождения
Шельф — подводное продолжение континента, затопленное водой в
результате таяния ледников с последние 5—10 тысяч лет. Расчеты показывают,
что подъем уровня океана за счет воды, содержавшейся в ледниках, должен был
составить от 100 до 130 метров. На большей части шельфов мы видим резкий
перегиб дна, отмечающий внешнюю границу шельфа и начало континентального
склона как раз на глубине около 130 метров.
Поверхность шельфа, следовательно, должна хранить следы недавно
бывшей здесь суши в виде форм рельефа — речных долин, бывших
водоразделов, равнин и холмов; затем должны, хотя бы частично, сохраниться
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
4
характерные отложения прибрежной суши — речной и озерный аллювий,
торфяники, коры выветривания на водораздельных увалах и тому подобные
субаэральные, как их называют, образования.
а)
б)
Рисунок 3 – Кварцевые пески (а), гравий (б)
Среди полезных ископаемых, сохранившихся на шельфе от
континентального этапа, шире всего распространены залежи гравия,
галечников, песков (рис. 3). Песок и гравий хотя и дешевы, но добываются в
количествах, измеряемых сотнями миллионов кубометров. Подводная добыча их
имеет ряд преимуществ. На суше песчаные и гравийные карьеры уродуют
местность, выводят из сельскохозяйственного или другого пользования большие
площади земель, нарушают режим фунтовых вод. Подводные разработки
лишены этих недостатков, однако и здесь нужны осмотрительность и научный
подход к изъятию из моря накопившихся на дне отложений. Во всем мире
множатся примеры разрушения берегов после добычи песков в береговой зоне.
Кроме строительных, балластных материалов на шельфе под водой могут
оказаться и россыпи, сформировавшиеся в речных долинах еще до погружения
шельфа под уровень моря. Теоретически это могут быть любые россыпи, но
практически известны и усиленно разрабатываются россыпи оловянного камня
— касситерита на шельфах Индонезии, Малайзии, Таиланда, а в последние
годы — и Бирмы. Подводные россыпи были открыты недавно, после второй
мировой войны.
На шельфе некоторых тропических стран образуется минерал глауконит.
Он обычно формируется на глубине более 40 м, иногда встречается на глубинах в
сотни метров, где он, вероятно, переотложен. глауконит — это сложный по
составу водный алюмосиликат железа и магния, содержащий от 4 до 9% окиси
калия. Глауконит образуется на таких участках шельфа, где терригенное
осадконакопление замедленно или отсутствует. Глауконит образует зерна
песчаной размерности, заполняет раковинки фораминифер или другие пустоты в
органических остатках. Области практического применения глауконита
довольно разнообразны. Как калийсодержащий минерал, после обжига или
даже в сыром виде он применяется как калийное удобрение. Из него делают
зеленую краску, обладающую стойкостью по отношению к кислотам и щелочам,
не имеющую токсических свойств, а также относительно дешевую по сравнению
с другими зелеными красками. Глауконит под названием неопермутита
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
5
применяется для смягчения жесткой воды в сахарной, пивоваренной,
винокуренной, текстильной и других отраслях промышленности.
Глубоводные ПИ
Полиметаллические конкреции - картофелевидные рыхлые образования
с преобладанием в химическом составе железа и марганца, формирующиеся на
дне озёр, океанов. В состав конкреций входят Mn(22,3-23,5%), Fe(4,5-5,6%),
Co(0,19-0,22%), Ni(1,24-1,54%), Cu(1-1,17%), Zn(0,113-0,117%).
ПМК лежат прямо на
поверхности дна (рис. 4). Размеры
конкреций неодинаковы — от
совсем мелких, миллиметровых, до
сростков
в
первые
десятки
сантиметров в поперечнике, но
наиболее
обычны
конкреции,
имеющие в поперечнике от 2—3
Рисунок 4 – Полиметаллические конкреции до
5—6
сантиметров.
В
зависимости от того, насколько плотно покрывают конкреции поверхность дна и
насколько они велики, на одном квадратном метре донной поверхности может
залегать от нескольких граммов до 10—20 килограммов конкреций, редко
больше до 30—40 килограммов. Последняя цифра является пока рекордной.
Форма конкреций не всегда шаровидная. Она зависит от формы того ядра,
на котором начали наслаиваться железо-марганцевые окислы. А такими ядрами
могут быть разные предметы. Чаще всего это обломки базальтов, но нередко
ядрами служат и остатки животных — слуховые косточки китов, зубы акул и
другие. Иногда несколько конкреций, лежащих рядом, охватывает общая
оболочка и дальше такая конкреция растет, приобретая форму виноградной
грозди или почки. В некоторых областях океана конкреции приобретают
эллиптическую или более сложную форму; иногда погруженная в осадок нижняя
часть перестает расти, а выступающая поверх осадка продолжает нарастать,
образуя грибовидную «крышу». Если на дне выходят изверженные породы, не
покрытые осадками, то они нередко обрастают коркой железомарганцевых
окислов, толщина которой составляет обычно несколько сантиметров.
Форма и размеры конкреций разнообразны, но характерно, что в пределах
некоторых, обычно больших площадей дна (провинций) как форма, так и
размеры стяжений более или менее одинаковы. Это, по-видимому, указывает на
то, что условия образования конкреций в этих провинциях однородны на всей их
площади.
Общие сведения о глубоководной добычной технике
В зависимости от горно-геологических и гидрометеорологических условий,
глубины разработки и вида полезного ископаемого применяются различные
технические средства (рис. 5), а также способы добычи п.и. Разрабатываются
россыпи преимущественно многочерпаковыми, гидравлическими и грейферными
драгами. Для разработки железомарганцевых конкреций могут быть
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
6
использованы драги с гидравлическим подъёмом (эрлифт), ковшами,
закрепляемыми на бесконечном тросе, а также с помощью буксируемых по дну
или самоходных агрегатов сбора, соединяемых с базовым судном
трубопроводной системой подъема.
Рисунок 5 - Технические средства подводной добычи полезных ископаемых
Перспективы подводной добычи определяются её преимуществами по
сравнению с разработкой месторождений суши: строительство дражных и др.
технических судов на крупных судостроительных заводах исключает период
строительно-монтажных работ на месторождении; значительно уменьшаются
объёмы по вскрытию месторождений полезных ископаемых; исключается
строительство подъездных путей, линий электропередач и жилых посёлков, а
также отпадает необходимость отчуждения сельскохозяйственных земель и
последующей их рекультивации.
Подводные добычные работы, особенно в открытой морской
акватории, затрудняются наличием волнений на водной поверхности,
заносимостью выработок на дне моря, размывом отвалов, выемкой пород и их
сбросом в среду жизнедеятельности морской фауны и флоры, а также
необходимостью поддержания устойчивости береговых линий.
Наиболее общим и характерным признаком для выделения областей
по горнотехническим условиям разработки можно принять глубину моря.
На морском дне по условиям технических средств разработки выделяются три
уровня:
первый с глубиной воды не более 5—10 метров;
второй с глубиной до 100—200 метров;
третий до предельных глубин океана.
Разработка пляжевых прибрежных россыпей
Разработка пляжевых прибрежных россыпей, как правило, производится
средствами и методами, характерными для разработки континентальных
россыпных месторождений полезных ископаемых. Однако опыт эксплуатации
такого традиционного горнодобычного и транспортного оборудования, как
бульдозеры, скреперы, драглайны, экскаваторы, земснаряды и многочерпаковые
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
7
драги, выявил свою специфику. Она заключается в сложности прямого переноса
известных технических решений в новые условия работы в морской среде, более
неспокойной и агрессивной по сравнению с пресноводными водоемами.
Особенности гидрометеорологического режима, характерные для
прибрежной зоны, включающие сильные ветры и волнения, особенно в
штормовую погоду, изменчивый уровень воды, вызываемый чередованием
приливов и отливов, агрессивное воздействие брызг соленой воды на
металлические части механизмов вызвали необходимость разработки
специальных конструкций горнодобычной техники, выбора специальных
материалов и покрытий и применения новых приемов и способов ведения
добычных работ.
При разработке россыпей в подводной части пляжей наиболее
эффективны способы ведения работ с применением канатных скреперов в
специальном исполнении, а также земноводной техники — самоходных
установок и агрегатов для подводных строительных работ (амфибий).
Канатный скрепер
Канатно-скреперная установка (рис. 6) состоит из скрепера, головного
(одного или двух) и хвостового (одного или двух) тяговых канатов, скреперной
лебедки, отклоняющих блоков для направления канатов, разгрузочного полка для
перегрузки
а
2
транспортируемого груза
б
в бункер, люк, рудоспуск.
6
Тяговые
усилия
г
x
создаются
лебедкой
1
специальной
6
5
конструкции
–
4
5
скреперной
лебедкой.
в
Внедрение скрепера в
4
горную массу и его
2
2
заполнение
горной
массой происходит в
1
процессе
движения
скрепера. С помощью
3
этой же лебедки скрепер
возвращается в исходное
1
положение
для
Рисунок 6 - Схемы канатно-скреперных установок: а – двухканатной, б –
осуществления
трехканатной с одним головным и двумя хвостовыми канатами, в –
следующего
цикла
трехканатной с двумя
транспортирования.
головными и одним хвостовым канатами
1 – лебедка; 2 – отклоняющий блок; 3 – разгрузочный полок; 4, 6 –
головной и хвостовой тяговый канаты; 5 – скрепер
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
8
Несущим рабочим органом канатно-скреперной установки является
скрепер. По конструкции скреперы подразделяются на ящичные; гребковоящичные; гребковые и многогребковые (рис. 7).
a
l
3
Для
крупнокусковых
грузов
используют
гребковые скреперы, для мелкокусковых грузов –
2
h
1
ящичные скреперы, а для среднекусковых грузов
β
– многогребковые или гребково-ящичные.
3
Линейные размеры скрепера выбираются в
зависимости от принятой (заданной) вместимости
B
скрепера:
2
h = 0,853 V ; В = 1,73 V ;
1
б
l = 2,153 V ,
2
3
β
1
в
4
1
3
2
где h, l – высота и длина скрепера, м.
Вес
скрепера
при
выбранном
значении Р и определенном В
Gc = РВ.
Полученное значение Gc должно быть
проверено из условия выполнения неравенства:
Gc ≥ (0, 4 ÷ 0,6)G ,
где G – вес перемещаемой скрепером горной
массы, кН.
Ширина скрепера, используемого в
Рисунок 7. Конструкции скреперов ящичного
(а), многогребкового (б), гребкового (в) типов подземных условиях, проверяется по ширине
1 – скрепер; 2, 3 – головной и хвостовой
выработки, по которой будет осуществляться
канаты; 4 – соединительное звено
транспортирование горной массы:
B ≤ (0, 4 ÷ 0,5) Bвыр ,
где Ввыр – ширина выработки в свету, м.
β
Оборудование для разработки месторождений шельфа
Для подводной разработки различных видов осадков с включением глины
и валунов в зоне шельфа на глубинах до 50-60 м применяются морские
многочерпаковые и грейферные драги, самоотвозные землесосы.
При работе в открытом море передвижение и маневрирование драги по
забою осуществляется посредством канатно-якорного устройства, а наличие
значительного свободного пространства (поскольку поверхность россыпи
расположена ниже уровня воды) обеспечивает возможность самотечного
транспортирования «хвостов» по системе кормовых желобов и размещения
отвалов в выработанном пространстве. В море предельная глубина черпания
ограничена длиной черпаковой или погружной землесосной рамы.
Из практики работы многочерпаковых драг в условиях моря известно, что
они вынуждены прекращать работу при волнении 2—3 балла и при силе ветра
3— 4 балла. Уже при таком волнении жесткая черпаковая рама быстро выходит
из строя из-за ударов о дно.
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
9
Наиболее широко применяются морские многочерпаковые драги в горной
промышленности Индонезии.
Канатные методы разработки пригодны для работы практически на
любом (по глубине моря) участке шельфа с быстрыми морскими течениями,
с частыми штормами и большим волнением. Наиболее широко применяются
следующие типы грейферов. Для легких и средних грунтов — двухчелюстные
грейферы с острой режущей кромкой или с зубьями. Тяжелые грунты
разрабатываются многочелюстными грейферами с тремя, четырьмя и более
челюстями. Для валунистых и полускальных пород применяют решетчатые
грейферы. Для легких пород масса грейфера на один кубический метр его
объема 1,5—2,5 тонны, а для тяжелых — 4—5 тонн. Известны грейферные
снаряды с вылетом стрелы до 70 метров.
В Японии, в заливе Ариакэ, отличающемся сильными вдольбереговыми
течениями, с помощью грейферной драги разрабатывают титан-магнетитовые
пески. Грейферная драга с ковшом емкостью 8 кубических метров разрабатывала
пески мощностью 2,5 метра на глубине моря 25 метров на расстоянии до 1,6
километра от берега. Добываемые пески подавались в обезвоживающий бункер,
откуда с помощью ленточного конвейера транспортировались в самоходные
баржи.
Грейферная драга была применена при разработке оловоносных песков у
берегов Таиланда на участке с максимальной глубиной моря до 75 метров.
Грейферная драга оригинальной конструкции «Динозавр» используется в
Малайзии при подводной разработке россыпей олова. Ее грейфер благодаря
системе блоков, не прерывая движения, осуществляет черпание и разгрузку.
Специальные катки, движущиеся по кругу, позволяют оператору, не маневрируя
драгой, поворачивать грейферный кран и отрабатывать определенную площадь
подводного месторождения. За счет сокращения времени на маневры возрастает
время чистой работы драги. Рассчитанный на одновременную работу двух
грейферных кранов с емкостью ковшей по 4,5 кубических метра, «Динозавр»
обеспечивает производительность свыше 200 тысяч кубических метров в месяц.
В последние годы при добыче морских песков отдают предпочтение
сооружению крупных грейферных драг большой производительности, для
которых требуются ковши грузоподъемностью 20—30 тонн. Грейферы тяжелого
типа подвешивают на четырех тросах во избежание закручивания и снабжают
специальными компенсаторами и устройствами для удержания их в
вертикальном положении на грунте во время закрытия створок.
Для подводной разработки россыпных месторождений шельфа,
представленных относительно небольшим по мощности продуктивным
пластом, могут эффективно использоваться драглайновые драги,
действующие по принципу трала. Бесперебойная работа драглайновой драги во
многом зависит от надежности устройства, предупреждающего оператора о
моменте соприкосновения ковша с забоем и контролирующего процесс
заполнения ковша.
Оборудование для глубоководной добычи ПИ
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
10
Драги-волокуши
Представляют собой емкость из листового металла с одной отсутствующей
стенкой (или стальной каркас, обтянутый сеткой), оснащенный одной или
несколькими клиновидными режущими частями. Волокуша подвешивается с
помощью канатной упряжи на канате и спускается на нем с базового судна на
донную поверхность (рис. 8). При движении судна режущая часть волокуши
внедряется в донные отложения и производится заполнение ее объема ПИ.
1 − грунтозаборное устройство; 2 – гибкий тяговый орган; 3 – лебедка; 4 −
судно
Рисунок 8. Схема добычных работ с применение драги-волокуши
Для
разработки
глубоководных
месторождений
железомарганцевых
конкреций
наиболее перспективным признан
ковшово-канатный способ добычи и
гидравличский
(насосный
или
эрлифтный) способ подъема на
базовое судно.
Существует несколько проектов
эрлифтных установок (рис. 10). Один
Рисунок 9 – Морская добыча гравия из проектов был осуществлен в
модели в 1/5 величины для опытнодрагой-волокушей
промышленной добычи конкреций
американской компанией «Дипси Венчарс», занимающейся разведкой и
разработкой глубоководных месторождений полезных ископаемых. Установка
была смонтирована на переоборудованном судне-сухогрузе, получившем
символическое название «Дипси Майнер» — глубоководный горняк. Длина
судна немногим более 100 метров, а ширина 15 метров, водоизмещение 7,5 тысяч
тонн, то есть это крупное океанское судно. В центральной части корпуса был
прорезан колодец площадью более 50 квадратных метров для спуска и подъема
через него собирающего или, пользуясь языком горных инженеров,
драгирующего устройства, а также других коммуникаций. Основной
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
11
трубопровод эрлифта собирался из секций стальных труб длиной по 12 метров и
диаметром около 25 сантиметров.
Рисунок
10
–
Эрлифтный
подъемнник. 1 —
судно;
2
—
трубопровод; 3 —
форсунка эрлифте
для ввода сжатого
воздуха
4
—
ферма
компенсатор; 5 —
драгирующее уст
ройство;
6
—
двигатель; 7 —
тоннели
подруливающего
устройства
в
корпусе судна; 8
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
— подъемно
спусковое
устройство
12
-
Монтаж
подъемных
коммуникаций,
спуск
драгирующего устройства и другие подготовительные
операции осуществлялись с помощью специальных
грузотакелажных механизмов, основным из которых служил установленный над
колодцем деррик-кран высотой более 20 метров. Грузоподъемность механизмов
175 тонн.
Многочисленные исследования зарубежных и отечественных фирм
позволили выработать основополагающие требования к добычному комплексу
ПМК.
Проработки
и
исследования
НИПИокеанмаш
подтверждают
экономическую и техническую целесообразность использования для комплекса
промышленной добычи гидротранспортной системы подъема ПМК на
плавсредство. Для экономически рентабельной добычи в ценах на металлы
начала 21 века одним из важнейших требований к единичному комплексу
промышленной добычи ПМК: эксплуатационная производительность
комплекса должна быть 1-1,5 млн.т мокрых конкреций в год или больше.
Для обеспечения названной производительности, с учетом данных о
плотности залегания ПМК на дне океана, добычной комплекс должен
обеспечивать обработку площадей дна со скоростью 10-15 м/с. А это значит, что
при реально достижимых средних скоростях перемещения промышленного
донного оборудования около 0,5 м/с суммарная ширина органа сбора (или
органов сбора) должна быть не менее 20-30 м. Это требование ставит перед
создателями комплекса сложные технические задачи.
Следующим, не менее сложным для выполнения, является требование о
безаварийном перемещении и работе донного агрегата сбора ПМК при наличии
неопознанных (необнаруженных) препятствий на дне океана в полосе сбора.
Это требование является одним из важнейших по причине неизбежных
многократных столкновений агрегата сбора с неопознанными препятствиями на
дне океана в процессе сбора ПМК. Это обусловлено наличием препятствий на
дне даже в сравнительно "благополучных" зонах добычи, относительно низкой
(до 80-90%) вероятностью распознавания препятствий существующими
средствами, необходимостью обработки агрегатами сбора больших площадей
океанского дна при относительно высоких скоростях перемещения.
Не менее сложным в реализации является требование о высокой
надежности промышленного комплекса. Коэффициент готовности комплекса для
обеспечения названной эксплуатационной производительности должен быть не
ниже 0,7, что при сравнительно невысоких реально достижимых показателях
надежности сложного погружного оборудования фактически означает
обеспечение возможности относительно быстрого подъема погружного
оборудования на судно для его обслуживания или замены и относительно
быстрого монтажа-демонтажа оборудования на месте добычи.
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
13
Агрегат сбора ПМК, отвечающий
условиям промышленной добычи
Рабочий орган может быть ковшовоцепным с перемещением ковшей в
плоскости,
перпендикулярной
направлению движения агрегата, или в
плоскостях,
параллельных
движению
Рисунок 11 – Схемы ковшово- агрегата.
цепного агрегата сбора ПМК
При этом агрегат может набирать
как единое целое из нескольких (двух, трех или более) модулей, что позволяет
обеспечить необходимую ширину захвата (до 30 м), подвешивается на конце
транспортного трубопровода с возможностью регулирования его высоты над
дном в процессе работы. Подруливающие
устройства
обеспечивают
ему
автономное
перемещение (путем отклонения нижнего конца
транспортного трубопровода) по траектории в
некоторой полосе движения.
Корпус агрегата при сборе ПМК может
перемещаться над дном, например, на высоте
около 3 м, его цепи с ковшами движутся
относительно корпуса с помощью отдельного
регулируемого привода и, свисая, скользят по дну.
Ковши специальной конструкции (решетчатые, с
заданным заглублением в ил) зачерпывают ПМК
вместе со слоем ила, при этом ил протекает через
решетчатые стенки и дно, а конкреции
транспортируются в бункер.
Агрегат сбора такой конструкции может
преодолевать выступы высотой 1,5-2 м без
Рисунок 12 - Испытание прекращения режима сбора ПМК, при этом цепи с
макета
ковшово-цепного ковшами скользят по поверхности выступов.
органа сбора ПМК с Впадины и расщелины любых размеров не
продольным
движением являются препятствиями для такого агрегата. Для
ковшей: а) подбор ПМК освобождения ковшей от возможных зацепов на
ковшами; б) преодоление дне подвеска ковшей выполнена с возможностью
препятствий
их "кувыркания" при зацепе. В крайнем случае,
конструкцией предусматривается возможность срыва ковша с цепи, имея в виду,
что потеря даже нескольких ковшей в период между обслуживаниями агрегата не
влияет на его работу.
Компоновка агрегата из трех модулей может быть выполнена по схемам,
представленным на рис. 11. Компоновка по схеме, представленной на рис. 11, а,
обеспечивает больший коэффициент выемки ПМК из-за отсутствия просветов
между полосами выемки.
Лекции по "Основам конструирования машин для подводной добычи ПИ" для ГМ (28 лекционных часов).
14
На рис. 12 показаны подбор ПМК ковшами рабочего органа макета (а) и
преодоление препятствия (б).