Спосіб забезпечення насосом робочих характеристик морського ерліфта та система для його реалізації

1. Спосіб забезпечення насосом робочих характеристик морського ерліфта, що включає підйом елементів підводних родовищ корисних копалин у складі гідросуміші, створення багатокомпонентної суміші після надходження стисненого повітря в потік гідросуміші, транспортування потоку багатокомпонентної суміші в підйомній трубі морського ерліфта, створення водоповітряної суміші шляхом безперервної подачі стисненого повітря в окремий потік води, подальше дотиснення стисненого повітря, яке входить у склад водоповітряної суміші, до тиску у змішувачі підйомної труби морського ерліфта внаслідок транспортування водоповітряної суміші та подачу безперервно вивідного зі складу потоку водоповітряної суміші дотисненого повітря в змішувач підйомної труби морського ерліфта, який відрізняється тим, що попередньо задають величину робочого тиску в змішувачі підйомної труби морського ерліфта, в басейні морської води океану зі складу потоку багатокомпонентної суміші підйомної труби морського ерліфта безперервно виводять стиснене повітря, яке надходить в окремий потік води, в процесах запуску та роботи морського ерліфта контролюють величину тиску в змішувачі підйомної труби, порівнюють контрольовану 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до машинобудування і може бути використаний безпосередньо при розробці підводних родовищ корисних копалин. Відомий спосіб регулювання подачі насосом рідини, що включає відкачку рідини у складі га30рідинної суміші шляхом подачі стисненого газу в насос, відділення газу від рідини до виходу його з нагнітального трубопроводу і подачу його знову на стиск у проміжний ступінь насоса, при цьому попередньо задають величину подачі насосом рідини, контролюють її під час роботи насоса, порівнюють ці величини та досягають їх відповідності шляхом регулювання величини витрати високонапірної газорідинної суміші, що впускається в проміжний ступінь насоса [патент України №64283А, кл. F04F1/10, 1/20, Ε21F17/00, Офіційний вісник. Промислова власність, 16 лютого 2004р.]. Недоліками відомого способу є транспортування елементів розроблю^сних підводних родовищ корисних копалин через всі ступені використовуючого насоса, а також складність технічного обслуговування заглибленого в басейн морської води океану насоса у випадку застосування цього способу для підйому елементів підводних родовищ корисних копалин. Відома система для регулювання подачі насосом рідини, яка містить багатоступінчастий насос зі всмоктувальним і нагнітальним трубопроводами, акумулятор, компресор, зливний трубопровід, зливний резервуар, сигналізатори рівня рідини, що розташовані в акумуляторі, датчики визначення тиску, витрати рідини та стисненого газу, при цьому акумулятор і нагнітальний трубопровід, в свою чергу, з'єднані відповідними трубопроводами з проміжним ступенем насоса [патент України №64283А, кл. F04F1/10, 1/20, Ε21F17/00, Офіційний вісник. Промислова власність, 16 лютого 2004р.]. Недоліками відомої системи є наявність потужного компресора, потрібного для забезпечення підтримки необхідної кількості стисненого газу в заглибленій в басейн морської води океану системі, транспортування елементів розроблюваних підводних родовищ корисних копалин через всі ступені використовуваного насоса, а також складність технічного обслуговування заглибленого в басейн морської води океану насоса у випадку застосування цієї системи для підйому елементів підводних родовищ корисних копалин. Найбільш близьким технологічним рішенням є спосіб підйому пульпи, який включає подачу стисненого повітря у змішувач підйомної труби по повітропроводу у складі водоповітряної суміші, регулювання величини тиску у змішувачі підйомної труби шляхом зміни співвідношення витрат води та повітря в потоці водоповітряної суміші, при цьому попередньо задають необхідну величину тиску повітря у змішувачі підйомної труби, а в процесі підйому пульпи підтримують цю величину шляхом регулювання співвідношення витрат води та повітря з наступним відведенням води в затрубний простір у нижній частині вертикальної ділянки повітропроводу [патент України №30137 А, кл. Ε21С45/00, F04F1/20, 2000p.]. 86440 4 Недоліками найбільш близького технологічного рішення є низька величина витрати потоку підвідної труби морського ерліфта, що зумовлює низьку ефективність безперервного підйому елементів розробляємих підводних родовищ корисних копалин та постійна робота компресора, яка забезпечує функціонування ерліфта на його робочих характеристиках. Найбільш близьким технічним рішенням є ерліфтна установка зі способу підйому пульпи, яка містить підйомну трубу, камеру підживлення з патрубком, підвідну трубу, змішувач підйомної труби, насос з нагнітальним трубопроводом, встановлений на підйомній трубі повітрявіддільник, компресор з відповідним нагнітальним трубопроводом, встановлений у проміжному поперечному перерізі нагнітального трубопроводу компресора водовіддільник, з'єднаний з водовіддільником патрубок, який сполучений з оточуючим його середовищем, датчики визначення витрат рідини та стисненого повітря, при цьому нагнітальний трубопровід компресора сполучений зі змішувачем підйомної труби, а нагнітальний трубопровід насоса сполучений через додатковий змішувач з нагнітальним трубопроводом компресора, [патент України №30137 А, кл. Ε21С45/00, F04F1/20, 2000p.]. Недоліками найбільш близького технічного рішення є низька величина витрати потоку підвідної труби морського ерліфта, що зумовлює низьку ефективність безперервного підйому елементів розроблюваних підводних родовищ корисних копалин та постійна робота компресора, яка забезпечує функціонування ерліфта на його робочих характеристиках. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу забезпечення насосом робочих характеристик морського ерліфта в якому, шляхом контролю величини тиску багатокомпонентної суміші у змішувачі підйомної труби під час запуску та роботи морського ерліфта, забезпечується можливість підвищення ефективності безперервного підйому елементів розроблюваних підводних родовищ корисних копалин внаслідок збільшення величин витрат потоку як у підвідній, так і в підйомній трубах морського ерліфта без постійної роботи компресора під час функціонування ерліфта на його робочих характеристиках. Поставлена задача розв'язується таким чином, що відомий спосіб забезпечення насосом робочих характеристик морського ерліфта, що включає підйом елементів підводних родовищ корисних копалин у складі гідросуміші, створення багатокомпонентної суміші після надходження стисненого повітря в потік гідросуміші, транспортування потоку багатокомпонентної суміші в підйомній трубі морського ерліфта, створення водоповітряної суміші шляхом безперервної подачі стисненого повітря в окремий потік води, подальше дотиснення стисненого повітря, яке входить у склад водоповітряної суміші, до тиску у змішувачі підйомної труби морського ерліфта внаслідок транспортування водоповітряної суміші та подачу безперервно вивідного зі складу потоку водоповітряної суміші дотисненого повітря в змішувач під 5 86440 6 йомної труби морського ерліфта, який відповідно підйомної труби, рівень заглиблення додаткового до винаходу відрізняється тим, що попередньо змішувача перевищує рівень заглиблення додатзадають величину робочого тиску в змішувачі підкового акумулятора, а рівень заглиблення змішуйомної труби морського ерліфта, в басейні морсьвача підйомної труби перевищує рівень заглибкої води океану зі складу потоку багатокомпонентлення акумулятора. ної суміші підйомної труби морського ерліфта На Фіг.1, 2, 3 та 4 зображена схема системи безперервно виводять стиснене повітря, яке наддля реалізації способу забезпечення насосом роходить в окремий потік води, в процесах запуску бочих характеристик морського ерліфта. та роботи морського ерліфта контролюють велиСистема для забезпечення насосом робочих чину тиску в змішувачі підйомної труби, порівнюхарактеристик морського ерліфта містить підйомну ють контрольовану величину з заданою та в разі 1 та підвідну 2 труби, насос 3 зі всмоктувальним 4 перевищення контрольованою величиною заданої, та нагнітальним 5 трубопроводами, встановлений виконують подачу стисненого нагнітачем повітря в на підйомній грубі 1 повітрявіддільник 6, нагнітач робочу ступінь насоса, який утворює окремий потік стисненого повітря 7 з нагнітальним трубопрововоди. дом 8, сполучений з нагнітальним трубопроводом В основу винаходу поставлена задача удоско5 змішувач 9 підйомної труби 1, встановлений в налення системи для забезпечення насосом робопоставі нагнітального трубопроводу 5 водовіддільчих характеристик морського ерліфта в якій, шляник - акумулятор 10, з'єднаний з акумулятором 10 хом введення додаткових елементів та інших патрубок 11, який сполучений з оточуючим його з'єднань в відому конструктивну схему, забезпечусередовищем, встановлений в поставі нагнітальється можливість підвищення ефективності безпеного трубопроводу 5 додатковий змішувач 12, при рервного підйому елементів розроблюваних підцьому додатковий акумулятор 13 сполучений чеводних родовищ корисних копалин внаслідок рез окремий трубопровід 14 з додатковим змішузбільшення величин витрат потоку як у підвідній, вачем 12, нагнітальний трубопровід 8 сполучений так і в підйомній трубах морського ерліфта без з робочою ступінню 15 насоса 3, акумулятор 10 постійної роботи компресора під час функціонумістить сигналізатори верхнього 16 та нижнього 17 вання ерліфта на його робочих характеристиках рівнів рідини, нагнітальний трубопровід 5 обладпри раціональній конфігурації технічних засобів. наний зворотними клапанами 18, 19 та керованою Поставлена задача розв'язується таким чизасувкою 20, додатковий акумулятор 13 містить ном, що відома система для забезпечення насосигналізатори верхнього 21 та нижнього 22 рівнів сом робочих характеристик морського ерліфта, рідини, нагнітальний трубопровід 8 обладнаний яка містить підйомну та підвідну труби, насос зі керованою засувкою 23 та зворотним клапаном 24, всмоктувальним та нагнітальним трубопроводами, додатковий акумулятор 13 окремо сполучений з встановлений на підйомній трубі повітрявіддільпідйомною трубою 1, датчик визначення величини ник, нагнітач стисненого повітря з нагнітальним тиску - манометр 25 сполучений зі змішувачем 9, трубопроводом, сполучений з нагнітальним трубоокремий трубопровід 14 обладнаний керованою проводом насоса змішувач підйомної труби, встазасувкою 26 та зворотним клапаном 27, постав новлений в поставі нагнітального трубопроводу підйомної труби 1 в зоні окремого сполучення з насоса водовіддільник - акумулятор, з'єднаний з додатковим акумулятором 13 має похилу ділянку акумулятором патрубок, який сполучений з АВ (див. Фіг.3), всмоктувальний трубопровід 4 та оточуючим його середовищем, встановлений в з'єднаний з акумулятором 10 патрубок 11 обладпоставі нагнітального трубопроводу насоса додатнані зворотним клапаном 28 та керованою засувковий змішувач, яка відповідно до винаходу відрізкою 29 відповідно, рівень заглиблення в басейн няється тим, що додатковий акумулятор сполучеморської води океану зони окремого сполучення ний через окремий трубопровід з додатковим додаткового акумулятора 13 з підйомною трубою 1 змішувачем, нагнітальний трубопровід нагнітача перевищує рівень заглиблення змішувача 9 підйостисненого повітря сполучений з робочою ступінмної труби 1, рівень заглиблення додаткового ню насоса, акумулятор та додатковий акумулятор змішувача 12 перевищує рівень заглиблення домістять відповідні сигналізатори рівня рідини, надаткового акумулятора 13, а рівень заглиблення гнітальний трубопровід насоса обладнаний зворозмішувача 9 підйомної труби 1 перевищує рівень тними клапанами та керованою засувкою, додатзаглиблення акумулятора 10. Система додатково ковий акумулятор окремо сполучений з підйомною містить блок керування 30. трубою, нагнітальний трубопровід нагнітача стисСпосіб за допомогою системи для забезпененого повітря та окремий трубопровід обладнані чення насосом робочих характеристик морського відповідними керованими засувками та зворотниерліфта реалізується наступним чином. ми клапанами, датчик визначення величини тиску Попередньо задають величину робочого тиску манометр сполучений зі змішувачем підйомної в змішувачі 9 підйомної труби 1 морського ерліфтруби, постав підйомної труби в зоні окремого та. Перед запуском системи для забезпечення сполучення з додатковим акумулятором має похинасосом робочих характеристик морського ерліфлу ділянку, всмоктувальний трубопровід насоса та та керовані засувки 20, 23, 26 та 29 повністю заз'єднаний з акумулятором патрубок обладнані криті. зворотним клапаном та керованою засувкою відБлок керування 30 виконує запуски насоса 3 повідно, рівень заглиблення в басейн морської та нагнітача стисненого повітря 7, а також відкриводи океану зони окремого сполучення додаткововає керовані засувки 23 та 29. Внаслідок цього го акумулятора з підйомною трубою морського нагнітач 7 здійснює подачу стисненого повітря по ерліфта перевищує рівень заглиблення змішувача нагнітальному трубопроводу 8 через відкриту ке 7 86440 8 ровану засувку 23 та зворотний клапан 24 в робовеличин витрат потоку як в підходящій 2, так і в чу ступінь 15 насоса 3, який, в свою чергу, забезпідйомній 1 трубах морського ерліфта. печує подачу стисненої водоповітряної суміші по При підвищенні рівня води в акумуляторі 10 нагнітальному трубопроводу 5 через зворотний вище сигналізатора верхнього рівня рідини 16 клапан 18 та додатковий змішувач 12 в акумуляблок керування 30 зменшує величину відкриття тор 10. Рівень розташування насоса 3 значно пекерованої засувки 20, а при зниженні рівня води в ревищує рівень розташування заглибленого в баакумуляторі 10 нижче сигналізатора нижнього рівсейн морської води океану акумулятора 10, ня рідини 17 блок керування 30 збільшує величину завдяки чому досягається дотиснення стисненого відкриття керованої засувки 20. повітря, яке входить у склад водоповітряної суміПри підвищенні рівня води в додатковому акуші, до тиску у змішувачі 9 підйомної труби 1 в промуляторі 13 вище сигналізатора верхнього рівня цесі її транспортування по нагнітальному труборідини 21 блок керування 30 зменшує величину проводу 5 від насоса 3 до акумулятора 10. В відкриття керованої засувки 26, а при зниженні акумуляторі 10 відбувається безперервне виверівня води в додатковому акумуляторі 13 нижче дення зі складу потоку водоповітряної суміші досигналізатора нижнього рівня рідини 22 блок керутисненого повітря, яке зосереджується у верхній вання 30 збільшує величину відкриття керованої частині цього акумулятора, а вода по патрубку 11 засувки 26. через відкриту керовану засувку 29 відводиться в В процесі функціонування системи для забезоточуюче середовище. При зниженні рівня води в печення насосом робочих характеристик морськоакумуляторі 10 нижче сигналізатора верхнього го ерліфта в реальних умовах мають місце неконрівня рідини 16 блок керування 30 частково відтрольовані витоки стисненого повітря з системи криває керовану засувку 20. Рівень заглиблення через ущільнення, що містять її відповідні структуакумулятора 10 знаходиться нижче, ніж рівень рні елементи, в оточуюче систему середовище. заглиблення змішувача 9 підйомної труби 1 (див. Внаслідок неконтрольованих витоків з системи Фіг.4) і після часткового відкриття керованої засувстисненого повітря, величина тиску в змішувачі 9 ки 20 акумульоване в акумуляторі 10 стиснене підйомної труби 1, яку продовжує контролювати повітря під дією сили Архімеда далі по нагнітальблок керування 30, поступово зростає. У разі пеному трубопроводу 5, через керовану засувку 20, ревищення контрольованою величиною заданої, зворотний клапан 19 та змішувач 9 надходить у блок керування 30 виконує запуск нагнітача стиспідйомну трубу 1. В підйомній трубі 1 стиснене неного повітря 7 та відкриває керовану засувку 23. повітря починає підійматися, утворюючи при цьоТаким чином відбувається поповнення обсягу стиму потік багатокомпонентної суміші. При прохосненого повітря в системі шляхом подачі стиснедженні потоком багатокомпонентної суміші похилої ного нагнітачем 7 повітря по нагнітальному трубоділянки АВ підйомної труби 1 стиснене повітря проводу 8 через відкриту керовану засувку 23 та безперервно виводиться зі складу багатокомпонезворотний клапан 24 в робочий ступінь 15 насоса нтної суміші та підіймається у верхню частину до3. В разі перевищення заданою величиною контдаткового акумулятора 13. Після зниження рівня рольованої, блок керування 30 виконує зупинку води в додатковому акумуляторі 13 нижче сигналінагнітача стисненого повітря 7 та закриває керозатора нижнього рівня рідини 22 блок керування вану засувку 23. При цьому всі ступіні насоса 3 30 частково відкриває керовану засувку 26 і накопочинають працювати тільки на морській воді окепичене у верхній частині додаткового акумулятора ану, а система для забезпечення насосом робочих 13 стиснене повітря по окремому трубопроводу 14 характеристик морського ерліфта знову виходить через керовану засувку 26, зворотний клапан 27 та на свої робочі характеристики. додатковий змішувач 12 починає надходити в потік Безпосередньо перед зупинкою системи для нагнітального трубопроводу 5. забезпечення насосом робочих характеристик Паралельно з частковим відкриттям керованої морського ерліфта блок керування 30 повністю засувки 26 блок керування 30 за допомогою манозакриває керовану засувку 26 з подальшою зупинметра 25 розпочинає здійснювати контроль великою насоса 3 та повним закриттям керованих зачини тиску в змішувачі 9 підйомної труби 1, порівсувок 20, 23 та 29. При цьому 30середжене у нює контрольовану величину з заданою та в разі складі багатокомпонентної суміші підйомної труби перевищення заданою величиною контрольованої, 1 та водоповітряної суміші нагнітального трубовиконує зупинку нагнітача стисненого повітря 7 та проводу 5 стиснене повітря локалізується в додатзакриває керовану засувку 23. Внаслідок цього всі ковому акумуляторі 13 та акумуляторі 10, відповіступені насоса 3 починають працювати тільки на дно. морській воді океану, а система для забезпечення Повторний запуск системи для забезпечення насосом робочих характеристик морського ерліфнасосом робочих характеристик морського ерліфта виходить на свої робочі характеристики. та виконується за наведеною вище технологією Застосування раціонального місця розташузапуску системи, виключаючи процес подачі стисвання сполучення підйомної труби 1 з додатковим неного нагнітачем 7 повітря по нагнітальному труакумулятором 13 дозволить знизити величину тисбопроводу 8 через керовану засувку 23 та зворотку у змішувачі 9 на 25% відносно величини тиску, ний клапан 24 в робочий ступінь 15 насоса 3. яка виникає в змішувачі 9 при транспортуванні Таким чином, застосування винаходу, що застисненого повітря у складі багатокомпонентної являється, дозволить отримати оперативну схему суміші по всій довжині підйомної труби 1 [1]. Знизабезпечення підтримки робочих характеристик ження тиску в змішувачі 9 забезпечить збільшення морського ерліфта, використовуючи при цьому нагнітач низької потужності та низьконапірний на 9 86440 10 сос, що, в свою чергу, сприятиме підвищенню 1. Кириченко Е.А., Евтеев В.В. Об одном альефективності безперервного підйому елементів тернативном способе организации водоотлива розроблюваних підводних родовищ корисних коглубоких шахт // Науковий вісник НГУ. - 2004. - №7. палин. - С.51-55. Література: Комп’ютерна верстка А. Рябко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601