DE2555490A1

DE2555490A1 - Vorrichtung zum sammeln und foerdern von meeresmineralien

Info

Publication number: DE2555490A1
Application number: DE19752555490
Authority: DE
Inventors: Iii Frank Howard Brockett
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1975-12-10
Publication date: 1976-06-16
Also published as: NO754012L; US3988843A; NO143174B; JPS5168402A; GB1534520A; JPS5750240B2; DE2555490C2; DK559775A; NO143174C; FR2294280B1; SE7513918L; FR2294280A1; SE403391B; CA1017759A; IT1065304B; USB531753I5

Description

Dipl.-ing. H. Sauenland · Dr.- Ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4ooo Düsseldorf so · Cecilienallee 7B · Telefon 43 27 3S

8.Dezember 1975 30 434 K

International Nickel Limited, Thames House Millbank

London S.W.1/ Großbritannien

"Vorrichtung zum Sammeln und Fördern von Meeresmineralien"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sammeln und Fördern von Meeresmineralien.

Wenngleich es bekannt ist, Meeresmineralien, beispielsweise Manganknollen, durch Ansaugen mit Hilfe von Rohren vom Meeresboden zutage zu fördern, so hat es sich dabei doch als schwierig erwiesen, ein Verstopfen oder Überladen der Rohre durch Schlamm oder auch die Mineralien selbst zu verhindern. Dies zu vermeiden ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe.

Es wurde nun festgestellt, daß sich die Gefahr eines Verstopfens oder Überladens der Saugrohre durch Einspeisen der Mineralien in einen Flüssigkeitsstrom vermindern läßt.

Erfindungsgemäß geschieht dies mittels einer unter Wasser verfahrbaren Vorrichtung zum Sammeln und Fördern von Meeresmineralien; diese Vorrichtung besitzt eine mit einer Saugpumpe verbundene Förderleitung sowie eine mit der Förderleitung verbundene Kammer zur Aufnahme der vom Meeresboden aufgenommenen Mineralien.

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Die Kammer "besitzt einen - in Bewegungsrichtung der Vorrichtung gesehen - vornliegenden Mineralieneinlass zur Aufnahme der auf dem Meeresboden liegenden Mineralien, und einen - in Bewegungsrichtung der Vorrichtung gesehen - hinten liegenden Wassereinlass. Die Unterkante der Einlassöffnung befindet sich bei Betrieb der Vorrichtung auf oder über dem Meeresboden. Außerdem besitzt die Kammer einen mit der Förderleitung in Verbindung stehenden Auslass für den Förderstrom sowie einen Halsteil zwischen dem Wassereinlass und dem Mineralieneinlass sowie zwischen dem Kammerauslass und dem Wassereinlass. Dabei ist der Querschnitt der Förderleitung größer als der Querschnitt des Mineralieneinlasses während der Querschnitt des Wassereinlasses größer, der Querschnitt des Kammerauslasses nicht kleiner und der Querschnitt des Halsteils ebenso groß ist.

Damit die Mineralien besser aufgenommen werden können, ist die Verbindung zwischen dem Kammerauslass und der Förderleitung vorzugsweise so ausgebildet, daß der Förderstrom beim Verlassen der Kammer - in Bewegungsrichtung der Vorrichtung gesehen - vorwärts und süiwärts fließt,

Der Kammerauslass befindet sich vorzugsweise zwischen dem Mineralieneinlass und dem Halsteil, da auf diese Weise im allgemeinen eine bessere Aufnahme der Mineralien gewährleistet ist.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Erfindung nachfolgend des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig, 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, von der ein Teil weggeschnitten ist, in einer Draufsicht,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig.1,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt nach der Linie HI-III der Fig. 1,

Fig. 4 in vergrößertem Maßstab eine perspektivische Darstellung, gesehen in Richtung des Pfeiles V 4 der Fig. 1 und

Fig. 5 die Vorrichtung im Einsatz beim Unterwasserabbau mit Hilfe eines Überwasserschiffes in perspektivischer Darstellung.

Eine erfindungsgemäße, auf dem Meeresboden entlang zu bewegende Vorrichtung zum Fördern von Meeresmineralien besitzt eine Kammer zum Einspeisen der Mineralien in einen Wasserstrom sowie eine Förderleitung für den Transport der .Erze aus der Kammer. Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Einsatz in verschiedenen Flüssigkeiten geeignet ist, dient sie doch in erster Linie für den Einsatz beim Fördern von Meeresmineralien.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel geht von einer Kammer 20 eine Förderleitung 18 ab. Die Fördervorrichtung 10 wird bei Betrieb in der in Fig. durch den mit DFM gekennzeichneten Pfeil angegebenen Richtung von einem Überwasserschiff auf dem Meeresboden entlang geschleppt, beispielsweise mittels eines in Fig.5 dargestellten Steigrohres 19, das durch ein Rohrendstück

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mit einer Förderleitung 18 verbunden ist. Während des Betriebs lassen sich die Meeresmineralien mittels eines Wasserstroms, der unter dem Einfluß einer am Ende der Steigleitung, auf einem Schiff, oder auf einer schwimmenden Plattform befindlichen Saugquelle steht, aus der Kammer 20 durch das Steigrohr 19 nach oben befördern.

Die vom Meeresboden aufgenommenen Mineralien gelangen durch einen Einlass 24 in die Kammer 20 in einen durch eine Eintrittsöffnung 23 (Fig.2) in die Kammer eintretenden Wasserstrom. Um die Mineralien durch die Eintrittsöffnung 24 in die Kammer 20 zu bringen, wird die Vorrichtung so über den Meeresboden geschleppt, daß sich die unteren Kanten der beiden Öffnungen 23 und 24 auf oder über dem Meeresboden befinden, auch wenn auf dem Meeresboden eine weiche und fluide Selementschicht liegt. Wegen des Verlaufs der Unterkanten der Öffnungen 23 und 24 auf oder über dem Meeresboden kann die Vorrichtung auf dem Meeresboden liegende Mineralien aufnehmen, ohne den Meeresboden unnötig aufzuwühlen. Die Kammer 20 befindet sich in einem auf Kufen 12 ruhenden Rahmen. Die Kufen 12 sinken in weiches Material auf dem Meeresboden ein und gleiten auf darunter befindlichen festeren Untagrund. Die Gleitfähigkeit der Kufen 12 hängt zumindest· teilweise vom Gewicht der Vorrichtung sowie von der Größe ihrer Auflagefläche ab. Der Rahmen 11 ist mit einem Stoßdämpfer 14 sowie einer Auflaufkufe 13 ausgerüstet, mit deren Hilfe die Vorrichtung feste Hindernisse überwindet. Wenn die Vorrichtung über den Meeresboden 15 mit einer darüberliegenden Schlammschicht 15a bewegt wird, dient ein Ausschnitt 16 im Stoßdämpfer 14 als Einlass für die Mineralien. Der Ausschnitt 16 sollte mindestens so groß sein, daß er den Durchtritt von Mineralien bis

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zu einer gegebenen Maximalgröße in Abhängigkeit vom Querschnitt des Mineralieneinlasses 24, der Förderleitung 18 und des Steigrohrs 19, de nachdem, welches dieser Teile den kleinsten Querschnitt besitzt.

Der Rahmen 11 trägt die Kammer 20, die im wesentlichen aus einem Rohrstück besteht, am Ende der Förderleitung 18 sitzt, und zwar in einer Höhe, bei der sich eine Bodenplatte 21 der Kammer 20 auf gleicher Höhe mit den Unterseiten 22 der Kufen befindet, um ein unnötiges Aufwühlen des Bodens durch die Kammer 20 zu vermeiden. Der Wassereinlass 23 der Kammer 20 ist - in Bewegungsrichtung der Vorrichtung gesehen - nach hinten offen, wohingegen der Mineralieneinlass 24 der Kammer 20 - in Bewegungsrichtung der Vorrichtung gesehen - nach vorn offen ist. Darüber hinaus besitzt die Kammer 20 einen Hälsteil 25 und einen Auslass 26, durch die das Förderwasser und die Mineralien aus der Kammer 20 inöie Förderleitung 18 gelangen. Die Kammer 20 besteht aus Blech oder Kunststoff. Die senkrecht zur Bewegungsrichtung DFM der Vorrichtung verlaufenden Querschnitte der Kammer sind im allgemeinen rechteckig und können verstärkte Kanten besitzten. Die Bodenplatte 21 geht vorzugsweise ganz von dem Mineralieneinlass 24 über das Halsteil zum Einlass 23. Die Vorderkante der Bodenplatte 21 bildet die Unterkante des rechteckigen Mineralieneinlasses 24, Die Bodenplatte 21 ist vorzugsweise eben, so daß die Kammer 20 innen wie außen einen ebenen Boden besitzt, der sich kontinuierlich vom Einlass 24 bis zum Wassereinlass 23 erstreckt, parallel zu den Unterseiten 22 der Kufen 12 und somit auch parallel zum Meeresboden_o

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Der Mineralieneinlass 24 ist so ausgebildet, daß das Eindringen von unerwünscht großen Mineralien nicht möglich ist. Am Einlass 24 sind daher Sperrzähne 27 angeordnet, die sich bis zur Bodenplatte 21 erstrecken und sowohl übergroßen Mineralien den Eintritt verwehren als auch diese unter den Einlass 24 zwingen. Darüber hinaus können die Sperrzähne 27 das Überfahren großer Bodenhindernisse erleichtern.

Im Vergleich zum Querschnitt der Förderleitung 18 ist der Querschnitt des Wassereinlasses 23 größer, die Querschnittsfläche des Mineralieneinlasses 24 kleiner, der Querschnitt des K_ammerauslasses 26 nicht kleiner und der Querschnitt des Halsteils 25 ungefähr ebenso groß. Der Querschnitt des Wassereinlasses 23 ist vorzugsweise mindestens doppelt, beispielsweise dreimal so groß wie der Querschnitt der Förderleitung 18; der Querschnitt des Mineralieneinlasses ist vorzugsweise halb- bis dreiviertel so groß wie der Quaschnitt der Förderleitung 18. Das Verbindungsstück zwischen dem Auslass 26 und der Förderleitung 18 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß der Förderstrom beim Verlassen der Kammer 20 - in Bewegungsrichtung der Vorrichtung gesehen vorwärts und abwärts fließt. Daher verläuft die Förderleitung 18 vom Auslass 26 weg schräg nach oben in einem Winkel von 5 bis 60°, beispielsweise 5 bis 45° oder 15 bis 30° in bezug auf den Meeresboden. Die Kammer 20 ist so angeordnet, daß in bezug auf die Bewegungsrichtung der Vorrichtung der Halsteil 25 und der Wassereinlass hinter dem Mineralieneinlass 24 liegen und miteinander fluchten, wie dies aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist.

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Die Förderleitung 18 ist ausreichend fest mit der Vorrichtung verbunden, so daß die Vorrichtung mittels der Förderleitung 18, und des Steigrohrs 19 geschleppt werden kann, dessen Ende mit dem einen Ende der Förderleitung 18 beweglich verbunden ist, während das andere Ende der Förderleitung 18 mit der Kammer 20 verbunden ist.

Die Förderleitung 18 besitzt an ihrem mit dem Steigrohr

19 verbundenen Ende einen kreisförmigen Querschnitt und geht über ein Zwischenstück 18a in einen rechteckigen Querschnitt über, der sich bis zum Anschluß an die Kammer

20 allmählich erweitert. Vorzugsweise besitzt die Förderleitung 18 über, ihre ganze Länge einschließlich des sich erweiternden Teils einen konstanten Querschnitt.

Zwischen der Kammer 20 und dem der Kammer abgewandten Ende der Förderleitung 18 ist diese aufwärts und über ein hochliegendes Kniestück 30 abwärts geführt} sie ist vorzugsweise mit einem hochliegenden Wassereinlass 31 mit ferngesteuertem Antrieb 32 ausgestattet, um das Einströmen freien Wassers in das Steigrohr 19 und die Förderleitung 18 zu ermöglichen. Der Wassereinlass 31 wird geöffnet, zum Beispiel bei Inbetriebnahme der Saugpumpen oder beim Spülen der Förderleitung 18 oder dann, wenn die Vorrichtung 10 durch ungewöhnlich schlammiges Wasser gezogen wird. Die Fernsteuerung kann auf elektrischem oder akustischem Wege von' einem Überwasserschiff aus erfolgen.

Obwohl man die Meeresmineralien von sich aus in den Mineralieneinlass 24 gelangen lassen kann, werden sie vorzugsweise nach unten in den Einlass 24 gedrückt, insbesondere dann, wenn die Vorrichtung weichen Untergrund passiert, weil die Kufen 12 dann in den weichen Untergrund

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einsinken und. sich auf dem darunterliegenden festeren Material abstützen, so daß dann Erze auf oder nahe der Oberfläche der weichen Schicht liegenbleiben» Das Einbringen der Mineralien geschieht mittels einer Platte 28, die in bezug auf die Bewegungsrichtung der "Vorrichtung nach unten und hinten zum Mineralieneinlass 24 hin geneigt ist. Die Platte 28 ist an ihrem oberen Ende mit der Förderleitung 18 verbunden und trägt Seitengitter 29 sowie die Sperrzähne 27.

Beim Betrieb der Vorrichtung bewegt sich die Kammer 20 über den festen Meeresboden 15, und die Vorderkante des Mineralieneinlasses 24 nimmt Erze auf, die sich auf dem Meeresboden befinden; währenddessen wird ein durch die Förderleitung 18 angesaugter Wasserstrom in den Wassereinlass 23, durch den Halsteil 25 nach oben in den Auslass 26 und von dort in die Förderleitung 18 gesaugt. Dabei überströmt der Wasserstrom in der Kammer 20 die Mineralien und schwemmt sie durch den Kammerauslass 26 und in die Förderleitung 18. Von der Förderleitung 18 gellangen die Erze in das Steigrohr 19.

Da der Wassereinlass 23 zur Kammer 20 einen größeren Querschnitt besitzt als die Förderleitung 18, ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers im Einlass 23 geringer als in der Förderleitung 18. Im Halsteil 25 zwischen dem Wassereinlass 23 und dem Mineralieneinlass besitzt der Querschnitt der Kammer 20 eine Größe, die im wesentlichen gleich dem Querschnitt der Förderleitung 18 ist. Zwischen dem Halsteil 25 und dem Mineralieneinlass 24 befindet sich der Kammerauslass 26, der nach oben in die Förderleitung 18 führt. Demzufolge fließt

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das Wasser vom Wassereinlass 23 durch den Halsteil 25 zur Förderleitung 18, während die Mineralien und etwas Wasser in den Mineralieneinlass 24 eindringen und durch den Förderwasserstrom in die Förderleitung 18 geleitet werden. Die einströmende Wassermenge hängt von der Saugkraft des mit der Förderleitung verbundenen Steigrohrs 19 ab; sie wird durch Regulieren der Pumpenleistung verändert. Die Fördermenge der Mineralien hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der sich die Kammer 20 vorwärts bewegt, und läßt sich somit durch Verändern der Vortriebsgeschwindigkeit einstellen. Vorzugsweise fördert der die Kammer durchfließende Wasserstrom die Mineralien in die Förderleitung 18, bevor sie den Halsteil 25 erreichen können. Wenn sich jedoch Mineralien im Halsteil 25 zu sammeln beginnen, erhöht sich dort die Wassergeschwindigkeit infolge der Querschnittsverminderung im Haarteil. Das dann mit erhöhter Geschwindigkeit strömende Wasser reinigt den Halsteil 25 durch Wegspülen der Mineralien. Wegen dieser selbstreinigenden Wirkung ist eine Änderung der Pump- oder Schleppgeschwindigkeit nicht erforderlich.

Da Manganknollen eine bestimmt e Mindestgröße besitzen und da die Förderleitung 18 sowie das Steigrohr 19a nur Mineralien einer bestimmten Maximalgröße aufnehmen können, sind die Querschnitte dieser Vorrichtungsteile auf die Knollengröße abgestellt. Dies läßt sich durch eine den Eintritt unerwünscht großer Mineralien verhindernde Bemessung des Mineralieneinlasses 24 und/oder die Verwendung eines Abweisens erreichen, der unerwünscht kleine Mineralien abführt, bevor diese in den Einlass gelangen. So werden übergroße Mineralien durch die Sperrzähne 27 ferngehalten

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und feinteilige Mineralien aufgrund des durch die Platte 28 bewirkten, nach unten gerichteten Druckes durch das Seitengitter 29 nach außen gedrückt.Dies ist besonders vorteilhaft bei Meeresböden mit verhältnismäßig großem Anteil an Weichmaterial auf einem festen Untergrund. Die Platte 28 sollte jedoch so eingestellt sein, daß beim Betrieb ein festes Zusammendrücken vermieden wird, da ein übermäßiges Zusammendrücken den guten Durchfluß der Mineralien durch die Kammer 20, die Förderleitung 18 und das Steigrohr 19 stören würde.

Falls die Kammer 20 vorwärts bewegt wird, ohne daß durch den Halsteil 25 Wasser nach vorne strömt, d.h. ohne daß von der Förderleitung 18 eine Saugwirkung ausgeht, zum Beispiel wenn die Kammer 20 bei geöffnetem Wassereinlass 31 bewegt wird, oder wenn die Saugpumpen ausgeschaltet sind, können Mineralien von vorne durch den Halsteil 25 hindurchiieten und durch den Wassereinlass 23 wieder austreten. Demzufolge führt ein solches Vorwärtsbewegen nicht zu einem Verstopfen der Kammer 20. Dabei trägt die in der Kammer 20 befindliche ebene Bodenplatte 21 dazu bei, daß die Mineralien die Kammer 20 auf geradem Wege passieren.

Die Kammer 20 kann sowohl Mineralien aus deren natürlicher Lage am Meeresboden aufnehmen als auch solche, die durch einen vor der Kammer 20 angeordneten Sammler oder auf andere Weise gesammelt worden sind. Der Kammer 20 kann zum Beispiel ein Rechen zum Zusammenharken von Mineralien vorgeschaltet werden.

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Es können auch zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen so übereinander angeordnet sein, daß die Auslaßöffnungen der "beiden Kammern entweder an eine gemeinsame Förderleitung oder an getrennte Förderleitungen angeschlossen sind, um dann in ein gemeinsames Steigrohr überzugehen. Auf diese Weise wird die Förderung sichergestellt, unabhängig davon, welche Kammer den Meeresboden erreicht.

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Claims

-12- 2555A90 International Nickel Limited, Thames House Millbank London S.W.1/Großbritannien Patentansprüche;

1. Vorrichtung zum Sammeln und Fördern von Meeresmineralien, gekennzeichnet durch eine mit einer Saugpumpe verbundene Förderleitung (18) und eine mit der Förderleitung verbundene Kammer (20) mit einem nach vorne gerichteten Mineralieneinlass (24), einem nach hinten gerichteten Wassereinlass (23)» deren Unterkanten am Meeresboden anliegen sowie durch einen mit der Förderleitung (18) verbundenen Kammerauslass (26), einen Halsteil (25) zwischen dem Wassereinlass (23) und dem Mineralieneinlass (24) sowie zwischen dem Kammerauslass (26) und dem Mineralieneinlass (23), wobei der QuerT schnitt der Förderleitung (18) größer als der Querschnitt des Mineralieneinlasses (24) der Querschnitt des Wassereinlasses (23) größer, der Querschnitt des Kammerauslasses (26) nicht kleiner und der Querschnitt des H_alsteils (25) ebenso groß ist wie der Querschnitt der Förderleitung (18).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e -

k en η ζ e i c h η et, daß der Kammerauslass (26) mit einer aufsteigenden Förderleitung (18) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (18) mit der Bewegungsrichtung einen Winkel von 5 bis 60° einschließt.

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4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerauslaß (26) zwischen dem Mineralieneinlass (24) und dem Halsteil (25) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halsteil (25) und der Wassereinlass (23) mit dem Mineralieneinlaß (24) fluchten und in bezug auf die Bewegungsrichtung hinter dem Mineralieneinlass (24) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20) eine ebene, sich kontinuierlich vom Mineralieneinlaß (24) bis zum Wassereinlaß (23) erstreckende und parallel zum Meeresboden verlaufei de Bodenplatte (21) besitzt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

6, da durch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Wassereinlasses (23) mindestens doppelt so groß ist wie der Querschnitt der Förderleitung (18).

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Mineralieneinlasses (24) einhalb bis dreiviertelmal so groß ist wie der Querschnitt der Förderleitung (18).

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9. Vorrichtlang nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Mineralieneinlasses (24) kleiner ist als die grobe Kornfraktion.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein am Mineralieneinlass (24) angeordnetes Gitter (29).

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

10, gekennzeichnet durch einen Unterkanabweiser.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

11, gekennzeichnet . durch Leitelemente (28) am Mineralieneinlass (24).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine nach unten und hinten zum Mineralieneinlass (24) hin geneigte Platte (28).

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleitung (18) einen ferngesteuerten Wassereinlass (31) besitzt.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (20) in einem Rahmen (11) mit Kufen (12) angeordnet ist.

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