RU2203421C1

RU2203421C1 - Installation to raise mineral resources from floor of water area

Info

Publication number: RU2203421C1
Application number: RU2001127590/03A
Authority: RU
Inventors: Б.С. Маховиков; В.В. Шорников; А.Б. Незаметдинов; А.В. Шалыгин
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (Технический университет)
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-27

Abstract

FIELD: underwater development of mineral wealth. SUBSTANCE: installation has track-laying dolly, actuating unit in the form of drum-ripper with cutting tools, suction nozzle and drive that presents tubular multiple-runner hydraulic turbine located in drum-ripper. Installation is fitted with plain bearings put on ends of hollow shaft, bearings have through feeding conduits on one end and discharging conduits on the other end, cover with holes, coaxial feeding and discharging conduits and pivots. Stages of stator of hydraulic turbine are anchored on hollow shaft and stages of rotor are fixed on body of drum-ripper suspended from two levers. Average diameter of grate of blades is by order of magnitude greater than height of their installation. Angles of inlet and outlet in stator of hydraulic turbine are β_1s = 85^°-95^° and α₁ = 75^°-80^° correspondingly and in rotor β_1r = 45^°-51^° and β_2r = 25^°-32^° correspondingly. Number of turbine stages n=30. EFFECT: increased efficiency of installation. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, конкретно к технологии подводных разработок полезных ископаемых. The invention relates to mining, specifically to the technology of underwater mining of minerals.

Известен турбобур, включающий в себя корпус, в котором на радиальных и осевых опорах установлен вал и на нем смонтирована турбина. Нижняя часть вала присоединяется к породоразрушающему инструменту. Верхняя часть корпуса турбобура соединяется с бурильной колонной (патент US 2908534). A turbo-drill is known, which includes a housing in which a shaft is mounted on radial and axial bearings and a turbine is mounted on it. The lower part of the shaft is attached to the rock cutting tool. The upper part of the turbodrill housing is connected to the drill string (US Pat. No. 2,908,534).

Из-за того, что турбина развивает большую частоту вращения, породоразрушающий инструмент быстро выходит из строя, процесс бурения становится неэффективным. Due to the fact that the turbine develops a high speed, the rock cutting tool quickly fails, the drilling process becomes ineffective.

Известен турбобур, включающий корпус, установленные в корпусе на радиальных и осевых опорах, связанных между собой посредством редуктора частоты вращения, и имеющие турбины верхний и нижний валы, причем нижний вал связан с породоразрушающим инструментом (долотом). Угол входа лопаток турбины, установленной на нижнем валу, находится в диапазоне 45-90^o.Known turbodrill, comprising a housing mounted in a housing on radial and axial bearings, interconnected by a speed reducer, and having turbines upper and lower shafts, the lower shaft being connected to a rock cutting tool (chisel). The angle of entry of the turbine blades mounted on the lower shaft is in the range of 45-90 ^o .

Угол входа лопаток турбины, установленной на верхнем валу, больше угла входа лопаток турбины, установленной на нижнем валу, на величину более 40^o. Угол выхода лопаток турбины, установленной на нижнем валу, находится в диапазоне от 30 до 70^o (патент РФ 2052065, МКИ Е 21 В 4/02, БИ 1, 1996).The angle of entry of the turbine blades mounted on the upper shaft is greater than the angle of entry of the turbine blades mounted on the lower shaft by more than 40 ^o . The angle of exit of the turbine blades mounted on the lower shaft is in the range from 30 to 70 ^o (RF patent 2052065, MKI E 21 4/02, BI 1, 1996).

Недостатком известного изобретения является невозможность применять турбины турбобура для добычной машины при подводных разработках полезных ископаемых. A disadvantage of the known invention is the inability to use turbo-drill turbines for a mining machine in underwater mining.

Известна установка с самоходной тележкой для сбора конкреций в условиях дна Мирового океана, содержащая тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, работающую на воде (патент РФ 2112139, МКИ Е 21 С 50/00, БИ 15, 1998) - прототип. A known installation with a self-propelled trolley for collecting nodules in the conditions of the bottom of the oceans, containing a crawler-mounted trolley, an actuator in the form of a ripper drum with cutters, a suction nozzle and a drive representing a direct-flow multi-stage hydraulic turbine operating on water (RF patent 2112139, MKI E 21 C 50/00, BI 15, 1998) - prototype.

Недостатком известной установки является отсутствие оптимизирующих параметров прямоточной гидротурбины, выражающихся в низком КПД турбины. A disadvantage of the known installation is the lack of optimizing parameters of the direct-flow turbine, expressed in low efficiency of the turbine.

Задачей изобретения является повышение КПД установки путем оптимизации параметров гидротурбины. The objective of the invention is to increase the efficiency of the installation by optimizing the parameters of the turbine.

Задача решается тем, что установка для добычи полезных ископаемых со дна акватории, содержащая тележку на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с резцами, всасывающее сопло и привод, представляющий прямоточную многоступенчатую гидротурбину, расположенную в барабане-рыхлителе, дополнительно гидротурбина снабжена сидящими на концах полого вала подшипниками скольжения со сквозными подводящими каналами на одном конце и отводящими с другого конца вала, крышками с отверстиями, соосными подводящим и отводящим каналам, и цапфами, при этом ступени статора гидротурбины закреплены на полом валу, а ступени ротора - на корпусе барабана-рыхлителя, подвешенного на двух рычагах, причем средний диаметр решетки лопастей турбины на порядок превышает высоту их установки. The problem is solved in that the installation for mining from the bottom of the water area, containing a crawler-mounted trolley, an actuator in the form of a ripper drum with cutters, a suction nozzle and a drive representing a straight-through multi-stage hydraulic turbine located in the ripper drum, is additionally equipped with sitting turbine at the ends of the hollow shaft, plain bearings with through feed channels at one end and outlet from the other end of the shaft, covers with holes, coaxial inlet and outlet channel llamas and trunnions, while the stages of the stator of the hydraulic turbine are mounted on the hollow shaft, and the stages of the rotor on the casing of the drum-ripper, suspended on two levers, and the average diameter of the lattice of the turbine blades is an order of magnitude higher than the height of their installation.

Углы входа и выхода в статоре гидротурбины β_1c=85-95^o и α₁=75-80^o соответственно, а в роторе - β_1p=45-51^o и β_2p=25-32^o. Количество ступеней гидротурбины n=30.The angles of entry and exit in the stator of the turbine β _1c = 85-95 ^o and α ₁ = 75-80 ^o, respectively, and in the rotor - β _1p = 45-51 ^o and β _2p = 25-32 ^o . The number of stages of a turbine n = 30.

На фиг.1 представлен общий вид установки для добычи полезных ископаемых со дна акватории; на фиг.2 - разрез по А-А; на фиг.3 - схема решетки лопастей статора и ротора турбины. Figure 1 presents a General view of the installation for mining from the bottom of the water area; figure 2 is a section along aa; figure 3 is a diagram of the lattice of the stator blades and the turbine rotor.

Установка для добычи полезных ископаемых содержит тележку 1 (фиг.1) на гусеничном ходу, исполнительный орган в виде барабана-рыхлителя с корпусом 2, с резцами 3, всасывающее сопло 4, цапфы 5, рычаги 6, сидящие на полом валу 7 подшипники скольжения 8, статор 9, ротор 10, крышки 11 и 12, подводящий канал 13 и отводящий канал 14 с отверстиями, проходящими через крышки 11 и 12 и подшипники 8, лопасти статора 15 и ротора 16. Installation for mining contains a truck 1 (figure 1) on a caterpillar track, an actuator in the form of a ripper drum with a housing 2, with cutters 3, a suction nozzle 4, trunnions 5, levers 6, sliding bearings 8 sitting on the hollow shaft 7 , stator 9, rotor 10, covers 11 and 12, inlet channel 13 and outlet channel 14 with holes passing through covers 11 and 12 and bearings 8, stator vanes 15 and rotor 16.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Поток морской воды с избыточным давлением поступает через канал 13 в крышке 11 из акватории (фиг.2), проходит через решетку лопастей статора 9 и ротора 10, установленного на подшипниках скольжения 8, вращает корпус 2 барабана-рыхлителя и передает усилие на закрепленные на нем резцы 3. The flow of sea water with excess pressure enters through the channel 13 in the cover 11 from the water area (Fig. 2), passes through the grating of the blades of the stator 9 and the rotor 10 mounted on the sliding bearings 8, rotates the housing 2 of the drum-ripper and transfers the force to the mounted on it incisors 3.

Резцы захватывают с поверхности дна конкреции вместе с илом и песком и проталкивают их к всасывающему соплу 4, закрепленному на тележке 1 на гусеничном ходу. The cutters capture from the surface of the nodule bottom together with silt and sand and push them to the suction nozzle 4, mounted on the cart 1 on the caterpillar track.

Барабан-рыхлитель 2 закреплен на рычагах 6 при помощи цапф 5. The drum-ripper 2 is mounted on the levers 6 using the pins 5.

В цапфе 5 задней крышки барабана имеется канал 14, через который поток воды выдавливается в акваторию. In the axle 5 of the rear cover of the drum there is a channel 14 through which a stream of water is squeezed into the water area.

Статорная решетка 9 закреплена на неподвижном полом валу 7. The stator lattice 9 is mounted on a fixed hollow shaft 7.

За счет выбранных углов решеток лопастей 15 и 16 (см. фиг.3) параллелограммы скоростей потока обеспечивают вращение ротора 10 с частотой, не превышающей 100 об/мин. При числе ступеней, не превышающем 30, момент вращения ротора 10 достаточен для отделения полезного ископаемого от поверхности морского дна. Due to the selected angles of the gratings of the blades 15 and 16 (see figure 3), the parallelograms of the flow rates provide rotation of the rotor 10 with a frequency not exceeding 100 rpm. When the number of steps does not exceed 30, the rotational moment of the rotor 10 is sufficient to separate the mineral from the surface of the seabed.

Углы входа и выхода в статоре 9 β_1c=85-95^o и α₁=75-80^o, а в роторе 10: β_1p= 45-51^o и β_2p=25-32^o обеспечивают заданные параметры механической характеристики гидротурбины при небольшом числе ступеней (n=30 шт) и высоком значении КПД турбины, большем, чем в турбобурах, и оптимальном для прототипа.The entry and exit angles in the stator 9 β _1c = 85-95 ^o and α ₁ = 75-80 ^o , and in the rotor 10: β _1p = 45-51 ^o and β _2p = 25-32 ^o provide the specified parameters of the mechanical characteristics of the turbine at a small number of steps (n = 30 pcs) and a high value of turbine efficiency, greater than in turbodrills, and optimal for the prototype.

Claims

1. Installation for mining from the bottom of the water area, containing a crawler-mounted trolley, an actuator in the form of a ripper drum with cutters, a suction nozzle and a drive representing a multi-stage hydraulic turbine located in a ripper drum, characterized in that the turbine is equipped with sitting at the ends of the hollow shaft, plain bearings with through feed channels at one end and outlet from the other end of the shaft, covers with holes coaxial to the feed and outlet channels, and pins, p In this case, the stator stages of the hydraulic turbine are mounted on the hollow shaft, and the rotor stages on the body of the ripper drum, suspended on two levers, and the average diameter of the lattice of the turbine blades is an order of magnitude higher than the height of their installation.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the angles of entry and exit in the stator of the turbine β _1c = 85-95 ^° and α ₁ = 75-80 ^° , respectively, and in the rotor - β _1p = 45-51 ^° and β _2p = 25-32 ^° .

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the number of stages of the turbine n = 30.