PL237989B1 - Sposób transportu i autonomiczne urządzenie do transportu ładunku w wodzie, zwłaszcza z głębin - Google Patents

Abstract

Sposób transportu ładunku w wodzie polega na zmianie średniej gęstości urządzenia transportującego, w stosunku do gęstości otaczającej wody i charakteryzuje się tym, że źródłem energii rozprężania jest reakcja chemiczna substratu B z wodą, w obecności substratu A regulującego szybkość zachodzenia reakcji. W komorze reakcji (4) modułu nośnego (1) umieszcza się substraty, a podnoszący się poziom wody dostającej się przez otwory w dnie komory roboczej (3) doprowadza do wykraplania wody do komory reakcji (4) i do reakcji wywołującej wydzielanie gazów. Narasta ciśnienie wewnątrz modułu nośnego (1) i urządzenie transportujące wynurzania się. Autonomiczne urządzenie do transportu ładunku w wodzie ma moduł nośny (1) oraz elementy mocujące ładunek. Podstawowym elementem modułu nośnego (1) jest komora robocza (3) o największej pojemności i mającą w dnie otwory (5). Ściśle połączona z nią jest komora reakcji (4), w której umieszczane są substraty (13) reakcji chemicznych, a w pokrywie komory reakcji (4) zamontowana jest kapilara lub pęk kapilar (6) łączących przestrzeń komory roboczej (3) z przestrzenią komory reakcji (4). Powyżej komory roboczej (3) usytuowana jest komora sterująca (7) zawierająca wewnątrz pływak (10) z trzpieniem i tworząca zawór sterujący (11). Poprzez górną ścianę komory roboczej (3), a dolną ścianę komory sterującej (7) przechodzi rura sterująca (9). Moduł nośny (1) ma zamontowane pionowo w komorze roboczej rury stabilizacyjne (12).

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie transportujące ładunek w wodzie, zwłaszcza z dużych głębokości. Wynalazek znajdzie między innymi zastosowanie w górnictwie morskim do transportu ładunku z dużych głębokości, przykładowo z głębokości większych niż 200 m.

Znane są rozwiązania, których zasada działania oparta jest o zmianę średniej gęstości transportowanego obiektu, w stosunku do gęstości otaczającej go cieczy. W przypadku kiedy średnia gęstość modułu jest większa niż otaczającego go medium następuje opadanie, natomiast w przeciwnym przypadku wynurzanie. Sposób ten, używany w łodziach podwodnych, oparty jest na zastosowaniu zbiorników balastowych, które w zależności od potrzeby są napełniane lub opróżniane. Metoda ta jest wykorzystywana w przypadku kiedy głębokość zanurzenia nie jest duża i nie przekracza kilkuset metrów. Poniżej tej głębokości z przyczyn technicznych, używa się metody polegającej na zanurzaniu z balastem, a wynurzaniu po zrzuceniu balastu. Balast jest bezpowrotnie tracony osiadając na dnie eksploatowanego zbiornika wodnego.

Znane jest również rozwiązanie przedstawione w opisie EP0188924. Jest to sposób podnoszenia surowców podwodnych, wydobytych na dużych głębokościach, polegający na zastosowaniu zestawu złożonego z elastycznego balonu zbiornika połączonego z wydobywanym ciężarem za pomocą długiej liny. Balon napełniony powietrzem w środowisku o ciśnieniu atmosferycznym ma znaczną objętość, natomiast zanurzony w warunkach dużego ciśnienia hydrostatycznego panującego na głębokości, ulega znacznemu skurczeniu pozostając w głębinie Dzięki wyposażeniu balonu w dodatkowe urządzenie, które jest w stanie zwiększyć ciśnienie w balonie, a więc jego objętość startową, możliwa jest zmiana stanu równowagi tak by zestaw wraz z połączonym liną ciężarem zaczął przemieszczać się w górę ku mniejszym głębokościom. Przy malejącym ciśnieniu wzrasta objętość balonu i tym samym wzrasta jego siła nośna. Pozwala to na podnoszenie ciężkich ładunków jak na przykład metalicznych kęsów rud.

Znane są rozwiązania patentowe PAT 228529. Sposób transportu i urządzenie transportujące ładunek w wodzie, zwłaszcza z dużych głębokości i PAT 228530. Sposób transportu i urządzenie transportujące ładunek w środowisku płynnym, zwłaszcza z dużych głębokości opisujące zastosowanie nowej metody polegającej na wykorzystaniu materiałów pirotechnicznych jako źródła energii w transporcie z dna morskiego z dużych głębokości. Istotą tych urządzeń, jest to że element nośny składa się z zamkniętego zbiornika oraz z reaktora zawierającego materiał pirotechniczny, połączonych szczelnie rurą. Obudowa reaktora, rura łącząca tę obudowę ze zbiornikiem oraz część zbiornika stanowią przestrzeń gazową, a pozostała część zbiornika tworzy przestrzeń wodną. Co najmniej jeden zawór wodny połączony jest z przestrzenią wodną. Proces pirotechniczny wywołujący przejście fazowe z ciała stałego lub cieczy w gaz wywołuje wzrost objętości przestrzeni gazowej a zmniejszenie objętości przestrzeni wodnej zamkniętego zbiornika tego urządzenia, a zatem zmianę gęstości urządzenia względem ośrodka płynnego.

Sposób transportu, według wynalazku, polega na zmianie średniej gęstości urządzenia transportującego, bez ładunku lub z ładunkiem, w stosunku do gęstości otaczającej wody. Źródło energii rozprężania ulokowane jest wewnątrz modułu nośnego urządzenia transportującego. Istotą rozwiązania jest to, że tym źródłem jest reakcja chemiczna substratu B z wodą, w obecności substratu A regulującego szybkość zachodzenia reakcji. Substraty umieszcza się w komorze reakcji modułu nośnego. Skład substratów oraz ich proporcje uzależnione są od głębokości z jakiej zamierzamy transportować ładunek. Podczas opadania urządzenia transportującego, gdy woda poprzez otwory w dnie dostaje się do komory roboczej modułu nośnego i wykrapla za pomocą kapilar do substratów w komorze reakcji doprowadzając do reakcji, pomiędzy substratami. Wywołuje to wydzielanie gazów oraz narastanie ciśnienia wewnątrz modułu nośnego i wypieranie wody z jego wnętrza aż do osiągnięcia średniej gęstości urządzenia transportującego, bez ładunku lub z ładunkiem, mniejszej od gęstości otaczającej wody. Urządzenie transportujące wynurza się i za pomocą zmian ustawienia zaworu sterującego, wynikających ze zmiany ciśnienia hydrostatycznego, doprowadza się do stanu wyjściowego. Substraty A i B reakcji chemicznych dobiera się takie, które nie reagują ze sobą tylko z wodą, a skład ich oraz proporcje dobiera się zależnie od przewidywanej głębokości transportowania.

Korzystne jest gdy w substracie A, rozpuszcza się woda, zwłaszcza morska.

Korzystne jest gdy ze substratem B, woda, zwłaszcza morska reaguje intensywnie dając gazowe produkty reakcji.

Korzystne jest gdy substrat B ma silniejsze właściwości higroskopijne od substratu A.

PL 237 989 B1

Istotą urządzenia transportującego mającego moduł nośny oraz elementy mocujące ładunek jest to, że podstawowym elementem modułu nośnego jest komora robocza o największej pojemności i mającą w dnie otwory. Ściśle połączona z nią jest komora reakcji, w której umieszczane są substraty reakcji chemicznych a kapilara lub pęk kapilar, zamontowany w pokrywie komory reakcji, łączy przestrzeń komory roboczej z przestrzenią komory reakcji. Powyżej komory roboczej usytuowana jest komora sterująca, nakryta od góry kielichem. Komora sterująca zawiera wewnątrz pływak wyposażony w trzpień, który wraz z otworem w pokrywie komory sterującej tworzy zawór sterujący. Poprzez górną ścianę komory roboczej, a dolną ścianę komory sterującej, przechodzi rura sterująca wchodząca luźno do wnętrza pływaka, umożliwiając przepływ wody i gazu pomiędzy komorą sterującą a pływakiem. Ponadto moduł nośny ma zamontowane pionowo rury stabilizacyjne przechodzące przez górną ścianę, sięgające w głąb komory roboczej i otwarte na przestrzeń zewnętrzną. Zarówno otwory w dnie komory roboczej, jak i rury stabilizacyjne są rozmieszczone równomiernie względem osi komory roboczej. Oprócz pływaka, wykonującego ruch podnoszenia i opadania, wszystkie elementy modułu nośnego są sztywno połączone.

Korzystne jest umieszczenie komory reakcji wewnątrz komory roboczej.

Inną korzyść daje umieszczenie komory reakcji na zewnątrz, poniżej komory roboczej. W tym przypadku kapilara lub pęk kapilar wychodzący od góry komory reakcji przechodzi przez dno komory roboczej.

Korzystne jest montowanie części urządzenia rozłącznie. Umożliwia to ich rozłączenie wyczyszczenie i ewentualne napełnienie a następnie złożenie w całość.

Szczegółowo sposób transportowania za pomocą autonomicznego urządzenia do transportu w wodzie przedstawiono poniżej.

W pierwszej fazie transportu autonomiczne urządzenie jest bez ładunku, komora reakcyjna wypełniona jest substratami A i B. Następnie urządzenie zanurza się, woda do komory roboczej dostaje się przez otwory w dnie i ten etap trwa aż zwierciadło wody osiągnie dolną krawędź rur stabilizacyjnych. Poziom wody w komorze roboczej jest stały na wysokości dolnej krawędzi rury sterującej. Urządzenie zanurza się w miarę zalewania komory sterującej, aż osiągnie punkt krytyczny i zacznie opadać na dno. Punkt krytyczny musi być zsynchronizowany z zamknięciem się zaworu sterującego. Zawór sterujący jest zamknięty, poziom wody w komorze roboczej, na skutek kompresji powietrza ponad zwierciadłem swobodnym cieczy, może przekroczyć poziom dolnej krawędzi rury sterującej. W komorze reakcji panuje nadciśnienie wynikające ze zjawiska pochłaniania pary wodnej/gazu przez substraty i rozpoczęcie reakcji substratu B z wodą pochłoniętą z pary wodnej. Proces jest bardzo powolny jednak na tyle intensywny, aby wygenerować nadciśnienie w komorze reakcyjnej uniemożliwiające dostanie się wody do komory reakcji. Urządzenie osiąga głębokość docelową, rozpoczyna się wykraplanie wody do komory reakcji. Zostaje dołączony ładunek. Proces wynurzania się autonomicznego urządzenia transportowego musi się rozpocząć gdy poziom zwierciadła swobodnego wody w komorze roboczej będzie powyżej dolnej krawędzi rur stabilizacyjnych. W trakcie rozprężania się gazu w komorze roboczej jego nadmiar ulatnia się do środowiska zewnętrznego za pomocą rur stabilizacyjnych. Po wynurzeniu się kielicha ponad wodę i otwarciu zaworu sterującego może nastąpić rozładunek.

Konstrukcja elementu mocującego ładunek zależna jest od wielkości i przeznaczenia autonomicznego urządzenia, między innymi od wielkości ładunku, i nie ma wpływu na opisaną budowę moduł nośny.

Wynalazek charakteryzuje się prostotą konstrukcji, części są tylko mechaniczne bez elektronicznych, oraz wykorzystaniem zjawisk fizycznych towarzyszących procesom zanurzania i wynurzania oraz zachodzącym reakcjom chemicznym. Odpowiednie dobranie parametrów umożliwia autonomiczną pracę modułu transportowego, a mianowicie samodzielne zanurzenie się na wymaganą głębokość oraz po jej osiągnięciu na automatyczne rozpoczęcie procesu wynurzania bez ingerencji z zewnątrz. Jako źródło energii można zastosować różne reakcje chemiczne w tym również reakcje pirotechniczne. Tak przyjęta koncepcja powinna w zasadniczy sposób obniżyć koszty budowy i eksploatacji modułu transportującego duże ładunki z głębin morskich.

Przedmiot wynalazku został objaśniony na przykładach rozwiązania, pokazanych schematycznie na rysunku. W przytoczonych przykładach, na fig. 1 pokazano urządzenia z komorą reakcji wewnątrz komory roboczej, a na fig. 2 urządzenie z komorą reakcji na zewnątrz komory roboczej.

P r z y k ł a d 1

Urządzenia transportujące składa się z modułu nośnego 1 oraz elementu mocującego ładunek 2, którym jest hak. W module nośnym 1 podstawowym elementem jest komora robocza 3 o największej

PL 237 989 Β1 pojemności. Przykładowa komora robocza 3 ma w dnie cztery otwory 5 rozmieszczone równomiernie względem jej osi. Wewnątrz komory roboczej 3, przylegająca do jej dna, ale nie przesłaniająca otworów 5 utytułowana jest komora reakcji 4. W pokrywie komory reakcji 4 zamontowany jest pęk kapilar 6 łączących przestrzeń komory roboczej 3 z przestrzenią komory reakcji 4. W komorze reakcji 4, przed rozpoczęciem eksploatacji umieszcza się substraty 13 reakcji chemicznych. W przykładzie zastosowano jako substrat A alkohol etylowy, a jako substrat B węglik wapnia. Powyżej komory roboczej 3 usytuowana jest komora sterująca 7, o ścianach w kształcie walca, nakryta od góry kielichem 8. Komora sterująca 7 zawiera wewnątrz pływak 10 wyposażony w trzpień, który wraz z otworem w pokrywie komory sterującej 7 tworzy zawór sterujący 11. Poprzez górną ścianę komory roboczej 3 i dolną ścianę komory sterującej 7 przechodzi rura sterująca 9 wchodząca luźno do wnętrza pływaka, umożliwiając przepływ wody pomiędzy komorą sterującą 7 a pływakiem. Ponadto moduł nośny 1 ma zamontowane pionowo rury stabilizacyjne 12 przechodzące przez pokrywę, sięgające w głąb komory roboczej 3 i otwarte na przestrzeń zewnętrzną. Rury stabilizacyjne 12 są rozmieszczone równomiernie względem osi komory roboczej 3. Części urządzenia są rozłączne, a po zmontowaniu w całość są sztywno połączone, za wyjątkiem pływaka 10 poruszającego się pionowo wewnątrz komory sterującej 7.

Przykład 2

W tym przykładowym rozwiązaniu komora reakcji 4 umieszczona jest na zewnątrz, poniżej komory roboczej 3, a pęk kapilar 6 wychodzący od góry komory reakcji 4 przechodzi przez dno komory roboczej 3.

Wykaz oznaczeń

1	moduł nośny
2	element mocujący ładunek
3	komora robocza
4	komora reakcji
5	otwory w komorze roboczej
6	kapilara lub pęk kapilar
7	komora sterująca
8	kielich
9	rura sterująca
10	pływak
11	zawór sterujący
12	rura stabilizacyjna
13	substraty reakcji chemicznych

PL 237 989 B1

Claims (8)

1. Sposób transportu ładunku w wodzie, zwłaszcza z dużych głębokości, polegający na zmianie średniej gęstości urządzenia transportującego, bez ładunku lub z ładunkiem, w stosunku do gęstości otaczającej wody, a wykorzystujący źródło energii rozprężania ulokowane wewnątrz modułu nośnego urządzenia transportującego, znamienny tym, że źródłem energii rozprężania jest reakcja chemiczna substratu B z wodą, w obecności substratu A regulującego szybkość zachodzenia reakcji, przy czym substraty (13) umieszcza się w komorze reakcji (4) modułu nośnego (1), po czym podczas opadania urządzenia transportującego, gdy woda poprzez otwory (5) w dnie do komory roboczej (3) modułu nośnego (1) dostaje się do tej komory i doprowadza się do wykraplania wody do substratów (13) w komorze reakcji (4), połączonej jedynie przez kapilary (6) z komorą roboczą (3) i wówczas doprowadza się do reakcji wywołującej wydzielanie gazów oraz narastanie ciśnienia wewnątrz modułu nośnego (1) i wypieranie wody z jego wnętrza aż do osiągnięcia średniej gęstości urządzenia transportującego, mniejszej od gęstości otaczającej wody i wynurzania się urządzenia transportującego a za pomocą zmian ustawienia zaworu sterującego, wynikających ze zmiany ciśnienia hydrostatycznego, doprowadza się urządzenie transportujące do stanu wyjściowego, a skład oraz proporcje substratów (13) dobiera się zależnie od przewidywanej głębokości transportowania.

2. Sposób transportu, według zastrz. 1, znamienny tym, że w substracie A, rozpuszcza się woda, zwłaszcza morska.

3. Sposób transportu ładunku, według zastrz. 1, znamienny tym, że ze substratem B, woda, zwłaszcza morska, reaguje intensywnie dając gazowe produkty reakcji.

4. Sposób transportu ładunku, według zastrz. 1, znamienny tym, że substrat B ma silniejsze właściwości higroskopijne od substratu A.

5. Autonomiczne urządzenie do transportu ładunku w wodzie, zwłaszcza z głębin wód, mające moduł nośny (1) oraz mające elementy mocujące ładunek, znamienne tym, że podstawowym elementem modułu nośnego (1) jest komora robocza (3) o największej pojemności i mającą w dnie otwory (5), ściśle połączona z nią jest komora reakcji (4), w której umieszczane są substraty (13) reakcji chemicznych, a w pokrywie komory reakcji (4) zamontowana jest kapilara lub pęk kapilar (6) łączących przestrzeń komory roboczej (3) z przestrzenią komory reakcji (4), ponadto powyżej komory roboczej (3) usytuowana jest komora sterująca (7), nakryta od góry kielichem (8) i zawierająca wewnątrz pływak (10) wyposażony w trzpień, który wraz z otworem w pokrywie komory sterującej (7) tworzy zawór sterujący (11), natomiast poprzez górną ścianę komory roboczej (3), a dolną ścianę komory sterującej, (7) przechodzi rura sterująca (9) wchodząca luźno do wnętrza pływaka (10), umożliwiając przepływ wody pomiędzy komorą sterującą (7) a pływakiem (10), ponadto moduł nośny (1) ma zamontowane pionowo rury stabilizacyjne (12) przechodzące przez górną ścianę i sięgające w głąb komory roboczej (3), otwarte na przestrzeń zewnętrzną, przy czym zarówno otwory (5) w dnie komory roboczej (3), jak i rury stabilizacyjne (12) są rozmieszczone równomiernie względem osi komory roboczej (3).

6. Autonomiczne urządzenie do transportu, według zastrz. 5, znamienne tym, że komora reakcji (4) jest umieszczona wewnątrz komory roboczej (3).

7. Autonomiczne urządzenie do transportu, według zastrz. 5, znamienne tym, że komora reakcji (4), umieszczona jest na zewnątrz, poniżej komory roboczej (3), a kapilara lub pęk kapilar (6) wychodzące od góry komory reakcji (4) przechodzi przez dno komory roboczej (3).

8. Autonomiczne urządzenie do transportu, według zastrz. 5, znamienne tym, że części urządzenia są rozłączalne.