Агрегат для очистки водоёмов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды

Изобретение предназначено для использования при очистке водоемов от донных отложений (ила) и при добыче полезных ископаемых из-под воды (сапропель), а также при подводной добыче сыпучих материалов (песок, гравий, рассыпное золото). Агрегат содержит закрепленное на плавсредстве через механизм настройки глубины врезания в грунт устройство для транспортирования донных отложений; привод устройства, обеспечивающий вращательное движение колонны штанг и шнека, нож V-образной формы и трубопровод для подачи забираемой среды на берег или баржу. Устройство для транспортирования донных отложений состоит из связанного с колонной труб цилиндра, установленного в цилиндре и связанного с колонной штанг шнека и решетки, исключающей попадание крупных камней в шнек.

Известен способ подводной добычи полезных ископаемых с помощью дражных земснарядов, где применяется устройство транспортирования в виде черпаковой цепи (см. Б.М. Шкундин. Машины для гидромеханизации земляных работ / Под ред. Епифанова С.П. – М.: Стройиздат, 1982 г., с. 133-140). Способ малоэффективен при добыче полезных ископаемых небольшой плотности (ила) и имеет ограниченную глубину разработки, а агрегат для добычи массивен, сложен и дорог.

Известен также способ транспортирования породы с помощью гидротранспортного трубопровода, при котором мелкие частицы породы, образующие водяные взвеси, переносятся на требуемое расстояние. Отделение частиц от воды происходит в отстойниках, расположенных на плавсредстве или суше. Способ широко применяется в землесосных снарядах (см. Б.М. Шкундин. Машины для гидромеханизации земляных работ / Под ред. Епифанова С.П. – М.: Стройиздат, 1982 г., с. 78-133). Недостатками данного способа являются: ограниченность функциональных возможностей (в основном способ применяется при добыче песка и сапропеля); большая энергоемкость, связанная с тем, что 99% энергии расходуется на транспортирование воды; большие площади, занимаемые отстойниками, и длительность процесса разделения воды и взвеси, а следовательно, большие эксплуатационные расходы.

Известно также устройство очистки водоемов от илистых отложений и добычи сапропеля, описанное в патенте RU 2348762 С1, включающее землесосный снаряд, снабженный погруженным грунтовым насосом, имеющим всасывающий патрубок, соединенный с задней стенкой грунтозаборного устройства, выполненного в виде скреперного ковша и установленного с возможностью горизонтального перемещения, в котором ковш снабжен входной сеткой-ножом, а внутри ковша, в зоне всасывания перед всасывающим патрубком, размещен по меньшей мере один вибратор. Забор грунта производится посредством пневматического насоса, что снижает производительность, и увеличиваются энергозатраты.

В устройствах очистки водоемов от отложений, где рабочий заборный орган выполнен в виде шнека либо погруженного грунтового насоса, перемещение пульпы происходит за счет всасывания.

По другому принципу работает агрегат для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды (патент России №2367746), позволяющий забирать не пульпу, а мокрый осадок, который продавливается на всем протяжении пути следования. Агрегат содержит закрепленное на плавсредстве устройство для транспортирования донных отложений, состоящее из связанного с колонной труб цилиндра, установленного в цилиндре и связанного с колонной штанг полого поршня, имеющего канал с участком воронкообразной формы, расширяющимся в сторону заборного конца, перекрываемый запорным клапаном. На плавсредстве установлен привод устройства для транспортирования, обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение колонны штанг. Агрегат снабжен ножом, имеющим V-образную форму, закрепленным на агрегате со стороны, противоположной его перемещению, и служащим для срезания слоя грунта и концентрации его в месте забора. При этом к цилиндру крепится фильтр со щетками и тягами, исключающий попадание крупных частей под клапан. Недостатком данного агрегата является низкая производительность и ограниченная функциональная возможность, а поэтому агрегат мало пригоден для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды. Низкая производительность связана с малыми скоростями и возвратно-поступательным движением рабочего органа.

Цель изобретения - увеличение производительности и расширение функциональных возможностей за счет того, что в устройстве для транспортирования меняется рабочий орган: вместо полого поршня с проходным отверстием используется шнек, соответственно, изменилось и рабочее движение: вместо возвратно-поступательного стало вращательное с частотой, при которой шнек забирает мокрый осадок без воды, при этом грунт движется за счет продавливания на всем протяжении пути следования. Проходное отверстие малого диаметра в полом поршне и клапан также снижали производительность и ограничивали функциональные возможности, особенно если в грунте были даже небольшие камни, с чем шнек легко справляется.

Указанная цель достигается тем, что агрегат для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды содержит закрепленное на плавсредстве через механизм настройки глубины врезания в грунт, выполненный в виде пары винт-гайка, устройство для транспортирования донных отложений, состоящее из связанного с колонной труб цилиндра, к которому крепится решетка, исключающая попадание крупных камней в шнек, и нож V-образной формы, закрепленный на цилиндре со стороны, противоположной направлению его перемещения, служащий для срезания грунта и концентрации его в месте забора; шнека, установленного в цилиндре и связанного с колонной штанг, которому придается вращательное движение от привода со скоростью, при которой идет продавливание грунта на всем протяжении пути следования.

На фиг. 1 схематически представлено устройство для очистки водоемов, а на фиг. 2 - разрез по А-А.

Агрегат содержит закрепленное на плавсредстве через механизм настройки глубины врезания, выполненный в виде пары винт-гайка, устройство для транспортирования донных отложений; привод устройства, обеспечивающий вращательное движение колонны штанг, нож V-образной формы и трубопровод для подачи забираемой среды на берег или баржу.

Устройство для транспортирования донных отложений содержит связанный с колонной труб 1 цилиндр 2, к которому крепится решетка 3 и нож V-образной формы 4, связанный с колонной приводных штанг 5 и приводом 6 шнек 7. Устройство для транспортирования связывает с плавсредством пара винт-гайка 8.

Агрегат для очистки водоемов от донных отложений и добычи полезных ископаемых из-под воды работает следующим образом.

При большой текучести (либо сыпучести) отложений и значительной толщине пласта устройство для транспортирования осадка устанавливают как можно глубже под уровень отложений, а плавсредство периодически перемещают на новое место, когда забор отложений значительно уменьшится. В случае, когда толщина пласта полезных ископаемых мала и они имеют большую плотность (слежалость), нож V-образной формы 4 заглубляют в пласт на некоторую величину посредством подбора длин штанг 5 и труб 1, а тонкая настройка глубины осуществляется посредством пары винт-гайка 8 при непрерывном перемещении плавсредства. Срезанный слой, имеющий меньшую плотность, концентрируется в центре ножа V-образной формы 4, где располагается заборная часть транспортного устройства.

Увеличение толщины слоя забираемой среды и повышение ее сыпучести положительно сказывается на производительности агрегата и расширении его функциональных возможностей. При добыче ряда полезных ископаемых, обладающих малой сыпучестью (сапропель), на нижней косынке V-образного ножа 4, перед заборной частью, могут устанавливаться вибраторы, повышающие сыпучесть полезного ископаемого. При наличии в транспортируемом грунте камней и других включений, которые не могут пройти через шнек 7 и выходной патрубок, решетка, исключающая попадание крупных камней в шнек, может быть выполнена не цилиндрической формы, как на фиг. 1, а прикреплена на переднем краю нижней косынки V-образного ножа 4 таким образом, чтобы отвести камни за пределы V-образного ножа.

Транспортное устройство работает следующим образом: при вращении приводных штанг 5, осуществляемом за счет привода 6, установленного на транспортном устройстве, шнек 7 начинает также вращаться, забирая грунт. При большой текучести отложений в значительной толщине пласта грунт, проходя через решетку 3, захватывается нижней частью шнека 7 и начинает продвигаться вверх, а освободившееся место сразу же заполняется грунтом. Таким образом, происходит непрерывное удаление отложений.

Если происходит добыча отложений малой текучести, то здесь, прежде всего, опытным путем определяется глубина срезаемого слоя, а затем производится настройка заглубления нижней косынки ножа V-образной формы. Настройка производится в два этапа: грубая - с помощью набора колонн труб 1 и приводных штанг 5, и тонкая - с помощью пары винт-гайка 8. При большой плотности осадка косынка не может внедриться в пласт, тогда тонкая настройка производится во время движения плавсредства. Срезанный грунт, благодаря крыльям V-образного ножа и движению агрегата, концентрируется в месте забора. Для того чтобы процесс продавливания происходил на всем протяжении пути следования грунта, необходима определенная скорость перемещения, при которой происходит транспортирование мокрого осадка без воды. Эта скорость зависит от плотности срезаемого грунта, частоты вращения, габаритов шнека и определяется опытным путем.

Грунт, забираемый шнеком 7, продвигается в верхнюю часть цилиндра 2, и добываемая среда через патрубок продавливается в трубопровод и дальше на берег или баржу. Решетку 3 приходится периодически чистить вручную от камней, палок и прочего мусора.