RU2046955C1 - Apparatus to extract natural minerals from sea bottom - Google Patents
Apparatus to extract natural minerals from sea bottom Download PDFInfo
- Publication number
- RU2046955C1 RU2046955C1 SU4945016A RU2046955C1 RU 2046955 C1 RU2046955 C1 RU 2046955C1 SU 4945016 A SU4945016 A SU 4945016A RU 2046955 C1 RU2046955 C1 RU 2046955C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- couplings
- slings
- base
- flexible
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laying Of Electric Cables Or Lines Outside (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам для подводной добычи полезных ископаемых, конкретно к устройствам, использующим для доставки полезных ископаемых со дна морей на водную поверхность эрлифтный или гидравлический способы подъема. The invention relates to systems for underwater mining, particularly to devices using airlift or hydraulic lifting methods for delivering minerals from the bottom of the seas to the water surface.
Подводная добыча полезных ископаемых эрлифтным или гидравлическим способом, особенно глубоководная, сложный процесс, который реализуется с помощью добычного комплекса, включающего судно (надводное или подводное), донную добывающую головку, которые соединены между собой трубопроводом. Underwater mining with an air-lift or hydraulic method, especially a deep-water, complex process, which is carried out using a mining complex, including a vessel (surface or underwater), a bottom mining head, which are interconnected by a pipeline.
Известен добывающий комплекс на базе судна "Гломар Эксплорер" компании "Омко", США (Аварийно-спасательные и судоподъемные средства. Л. Судостроение, 1979), которое оснащено трубопроводом, состоящим из цепочки трубных секций, длиной 30 футов (9,14 м), с наружным диаметром 15 дюймов (381 мм) и внутренним, равным 6 дюймам (152 мм), Между собой трубы сочленены резьбовыми муфтами, выдерживающими нагрузку в 20 млн. фунтов (7460 тс). Известный трубопровод предназначен для работы на глубинах от 14000 до 18000 футов (4200-5500 м). Из приведенных выше данных вытекает, что масса одного километра трубопровода составляет 745 т. A well-known mining complex on the basis of the Glomar Explorer vessel of Omko company, USA (Rescue and ship-raising facilities. L. Sudostroenie, 1979), which is equipped with a pipeline consisting of a chain of pipe sections 30 feet long (9.14 m) , with an outer diameter of 15 inches (381 mm) and an inner diameter of 6 inches (152 mm), the pipes are joined by threaded couplings that can withstand a load of 20 million pounds (7460 tf). The well-known pipeline is designed to operate at depths from 14,000 to 18,000 feet (4200-5500 m). From the above data it follows that the mass of one kilometer of the pipeline is 745 tons.
Существенным недостатком известного трубопровода является его низкая надежность из-за большой массы, которая обусловлена следующими причинами: стенки всех трубных секций по длине трубопровода имеют одинаковую толщину, которая определяется исходя из максимальных напряжений, возникающих в материале трубных секций, которые располагаются у водной поверхности; параметры винтовых поверхностей для всех элементов трубопровода, т.е. трубных секций и муфт, исходя из обеспечения взаимозаменяемости выполнены с одинаковыми параметрами и исходя из напряжений, которые имеют место в винтовых соединениях, расположенных у поверхности моря. A significant disadvantage of the known pipeline is its low reliability due to the large mass, which is due to the following reasons: the walls of all pipe sections along the length of the pipeline have the same thickness, which is determined based on the maximum stresses arising in the material of the pipe sections that are located near the water surface; parameters of screw surfaces for all pipeline elements, i.e. pipe sections and couplings, based on the provision of interchangeability, are made with the same parameters and based on the stresses that occur in screw joints located at the sea surface.
Другим существенным недостатком является необходимость наличия в обслуживающем палубном комплексе (на судне) мощного затягивающего устройства, так как при сборке трубопровода для надежной передачи нагрузок от одной трубной секции к другой, а также для обеспечения герметичности внутренней плоскости трубопровода от внешней среды, при затяжке винтовых соединений необходимо прикладывать к трубным секциям большой, но стабилизированный по величине крутящий момент. Another significant drawback is the need for a powerful tightening device in the servicing deck complex (on board the ship), since when assembling the pipeline to reliably transfer loads from one pipe section to another, as well as to ensure tightness of the internal plane of the pipeline from the external environment, when tightening the screw connections it is necessary to apply a large, but stabilized in magnitude, torque to the pipe sections.
Ряд указанных недостатков за счет отказа от соединения трубных секций между собой винтовыми поверхностями и частичной разгрузки их материала от растягивающих напряжений, возникающих под действием собственной массы трубопровода, устранен в добычном комплексе. Известное устройство включает судно и донную головку, которые соединены между собой трубопроводом, выполненным в виде трубных секций, взаимосостыкованных посредством шарнирных муфт, и гибкого элемента (троса), расположенного снаружи трубопровода и жестко закрепленного на судне, донной головке и шарнирных муфтах. A number of these disadvantages due to the refusal to connect the pipe sections to each other with screw surfaces and partial unloading of their material from tensile stresses arising under the influence of the own mass of the pipeline, was eliminated in the mining complex. The known device includes a vessel and a bottom head, which are interconnected by a pipe made in the form of pipe sections interconnected by articulated couplings, and a flexible element (cable) located outside the pipeline and rigidly mounted on the vessel, bottom head and swivel couplings.
Основным существенным недостатком известного устройства (прототипа) является его низкая надежность из-за сложнонапряженного состояния, возникающего в стенках трубных секций и в гибком элементе, и как следствие этого, необходимость повышения массы всего трубопровода для увеличения его надежности. Указанное обусловлено следующими причинами. The main significant disadvantage of the known device (prototype) is its low reliability due to the difficult state arising in the walls of the pipe sections and in the flexible element, and as a result of this, the need to increase the mass of the entire pipeline to increase its reliability. This is due to the following reasons.
В известном трубопроводе невозможно полностью разгрузить материал стенок трубных секций от растягивающих напряжений, возникающих под действием собственной массы трубопровода, так как в процессе сборки трубопровода и тем более при его эксплуатации происходит постоянная вытяжка троса между узлами жесткого крепления шарнирных муфт к тросу, при этом абсолютная величина вытяжки будет возрастать от участка к участку и наибольшего значения достигает на участках, расположенных ближе к судну. Таким образом, в результате вытяжки троса будут возрастать нагрузки на шарнирные муфты и трубные секции, причем в большей степени на те, которые расположены ближе к судну. При достижении определенной величины произойдет либо раскрытие стенки трубной секции, и, как следствие этого, нарушение герметичности внутренней полости трубопровода, т. е. выход его из строя. Для повышения надежности трубопровода необходимо увеличивать толщину стенок трубных секций и прочность шарнирных муфт за счет увеличения массы всего трубопровода. In the known pipeline it is impossible to completely unload the material of the walls of the pipe sections from tensile stresses arising under the influence of the own mass of the pipeline, since during the assembly of the pipeline and even more so during its operation, the cable is constantly drawn between the nodes of the rigid fastening of the articulated couplings to the cable, while the absolute value hoods will increase from site to site and reaches its greatest value in areas closer to the ship. Thus, as a result of the drawing of the cable, the loads on the articulated couplings and pipe sections will increase, moreover on those located closer to the vessel. When a certain value is reached, either the wall of the pipe section opens, and, as a result of this, a violation of the tightness of the internal cavity of the pipeline, i.e., its failure. To increase the reliability of the pipeline, it is necessary to increase the wall thickness of the pipe sections and the strength of the articulated couplings by increasing the mass of the entire pipeline.
Одностороннее расположение с наружной стороны трубопровода гибкого элемента (троса), который жестко закреплен на судне, шарнирных муфтах и донной головке, приводит под воздействием массы трубопровода к возникновению изгибающего момента, лежащего в плоскости, проходящей через оси трубопровода и троса. A one-sided arrangement on the outside of the pipeline of a flexible element (cable), which is rigidly fixed to the vessel, articulated couplings and the bottom head, leads to the appearance of a bending moment lying in the plane passing through the axis of the pipeline and the cable under the influence of the mass of the pipeline.
Наличие изгибающего момента, с одной стороны, приводит в местах крепления шарнирных муфт к тросу к возникновению перерезывающих напряжений, что при наличии растягивающих напряжений приводит к сложнонапряженному состоянию материала прядей троса, и, как следствие, для повышения несущей способности троса требуется увеличение площади его поперечного сечения и, соответственно, массы. С другой стороны, наличие изгибающего момента и шарнирных муфт обусловливает искривление оси трубопровода, при этом участки троса между местами крепления шарнирных муфт к тросу будут представлять хорды. Поэтому чем большую по величине нагрузку от массы трубопровода будет воспринимать односторонне расположенный трос, тем больше будет искривлена ось трубопровода. Прямолинейную ось трубопровода возможно обеспечить только при отсутствии изгибающего момента, т.е. тогда, когда всю нагрузку от массы трубопровода будут воспринимать трубные секции посредством шарнирных муфт. Для обеспечения прямолинейности оси трубопровода необходимо, чтобы большую часть растягивающих нагрузок, возникающих под действием массы трубопровода, воспринимали стенки трубных секций и шарнирные муфты, что приводит к необходимости увеличения массы всего трубопровода. The presence of a bending moment, on the one hand, leads to the occurrence of shear stresses at the points of attachment of the articulated couplings to the cable, which, in the presence of tensile stresses, leads to a complex stress state of the material of the cable strands, and as a result, to increase the load-bearing capacity of the cable, an increase in its cross-sectional area and, accordingly, mass. On the other hand, the presence of bending moment and articulated couplings causes a curvature of the axis of the pipeline, while the sections of the cable between the points of attachment of the articulated couplings to the cable will be chords. Therefore, the larger the load from the mass of the pipeline will be perceived by a one-sided cable, the more the axis of the pipeline will be curved. The rectilinear axis of the pipeline can be provided only in the absence of bending moment, i.e. then, when all the load from the mass of the pipeline will be perceived by the pipe sections by means of articulated couplings. To ensure the straightness of the axis of the pipeline, it is necessary that most of the tensile loads arising under the influence of the mass of the pipeline are perceived by the walls of the pipe sections and articulated couplings, which leads to the need to increase the mass of the entire pipeline.
Наличие шарнирных муфт резко снижает надежность трубопровода, так как по его внутреннему каналу транспортируется пульпа, содержащая высокоабразивные частицы, которые из-за постоянного колебания трубопровода будут интенсивно изнашивать шарнирное соединение. Такое изнашивание приводит к нарушению герметичности внутренней полости трубопровода, т.е. к выходу его из строя. Для предотвращения этого необходим ряд мер, которые приводят к увеличению массы всего трубопровода. The presence of articulated couplings sharply reduces the reliability of the pipeline, since a pulp containing highly abrasive particles is transported through its internal channel, which, due to the constant oscillation of the pipeline, will intensively wear the articulated joint. Such wear leads to a violation of the tightness of the internal cavity of the pipeline, i.e. to the failure of it. To prevent this, a number of measures are necessary that lead to an increase in the mass of the entire pipeline.
Наличие узлов для жесткого крепления шарнирных муфт к тросу приводит к значительному увеличению массы шарнирных муфт, так как для жесткого крепления их к тросу необходимо обеспечить большое по величине силовое замыкание, но при низком значении удельного давления для предотвращения передавливания прядей троса. Это возможно обеспечить только за счет увеличения площади контакта между узлом крепления и тросом. The presence of nodes for the rigid attachment of the articulated couplings to the cable leads to a significant increase in the mass of the articulated couplings, since for their rigid attachment to the cable it is necessary to provide a large value of power circuit, but at a low specific pressure to prevent crushing of the cable strands. This can only be achieved by increasing the contact area between the mount and the cable.
Площадь поперечного сечения троса по длине всего трубопровода постоянна. The cross-sectional area of the cable along the entire pipeline is constant.
Кроме того существенным недостатком известного устройства является необходимость в обслуживающем палубном комплексе мощной лебедки с барабаном, на который укладывают трос диаметром 130-150 мм и длиной 6000 м. Трос такого диаметра является специальным, так как ГОСТ 3081-69 предусматривает выпуск тросов диаметром до 45,5 мм и только по специальному заказу. В обслуживающем палубном комплексе необходимо также мощное затягивающее устройство со стабилизированным крутящим моментом для силового крепления шарнирных муфт на трос. In addition, a significant drawback of the known device is the need for a maintenance deck complex of a powerful winch with a drum on which a cable with a diameter of 130-150 mm and a length of 6000 m is laid. A cable of this diameter is special, since GOST 3081-69 provides for the production of cables with a diameter of up to 45, 5 mm and only by special order. In the servicing deck complex, you also need a powerful tightening device with stabilized torque for power fastening of articulated couplings to the cable.
Целью изобретения является повышение надежности устройства для подъема полезных ископаемых с морского дна за счет снижения массы трубопровода путем перераспределения нагрузок, возникающих от массы трубопровода, только на гибкий элемент. The aim of the invention is to increase the reliability of a device for lifting minerals from the seabed by reducing the weight of the pipeline by redistributing the loads arising from the mass of the pipeline, only on the flexible element.
Цель достигается тем, что у устройства для подъема полезных ископаемых с морского дна, включающего основание, установленное на судне, и добывающую донную головку, которые соединены между собой трубопроводом, выполненным в виде трубных секций, взаимосостыкованных посредством муфт, и гибкого элемента, расположенного снаружи трубопровода и жестко закрепленного на основании, установленном на судне, и добывающей донной головке, а также связанного с муфтами, устройство снабжено не менее чем двумя гибкими элементами, расположенными равномерно вокруг трубопровода, каждый из гибких элементов выполнен в виде отдельных канатных стропов, соединенных между собой серьгами, каждая из серег имеет продольный паз, посредством которого она подвижно связана с муфтой, соединяющей две смежные трубные секции, при этом суммарная площадь поперечных сечений канатных стропов по длине трубопровода убывает от основания, установленного на судне, к добывающей донной головке. The goal is achieved by the fact that the device for lifting minerals from the seabed, including the base mounted on the vessel and the mining bottom head, which are interconnected by a pipe made in the form of pipe sections interconnected by means of couplings, and a flexible element located outside the pipeline and rigidly fixed on the base installed on the vessel and the producing bottom head, as well as associated with the couplings, the device is equipped with at least two flexible elements that are located uniformly around the pipeline, each of the flexible elements is made in the form of separate rope slings, interconnected by earrings, each of the earrings has a longitudinal groove, by means of which it is movably connected with a sleeve connecting two adjacent pipe sections, while the total cross-sectional area of the rope slings along the length the pipeline decreases from the base installed on the vessel to the mining bottom head.
Канатные стропы выполнены из высокопрочных синтетических волокон, предварительно пропитанных полимерным связующим. Rope slings are made of high-strength synthetic fibers, previously impregnated with a polymer binder.
Количество гибких элементов, расположенных равномерно вокруг трубопровода, равно нечетному числу. The number of flexible elements evenly spaced around the pipeline is an odd number.
Количество гибких элементов по длине трубопровода переменно и уменьшается от основания, установленного на судне, к добывающей донной головке при постоянстве площади поперечного сечения всех строп. The number of flexible elements along the length of the pipeline is variable and decreases from the base installed on the vessel to the producing bottom head with a constant cross-sectional area of all slings.
На концах канатных стропов закреплены крюки, оснащенные защелками, а на концах серег выполнены отверстия, в которые заведены крюки двух смежных стропов, образующих единый гибкий элемент. Hooks equipped with latches are fixed at the ends of the rope slings, and holes are made at the ends of the earrings, into which the hooks of two adjacent slings are formed, forming a single flexible element.
В продольный паз каждой серьги заведен элемент, на одном конце которого выполнена винтовая поверхность, а на противоположном головка, при этом винтовой поверхностью элемент ввинчен в тело муфты. An element is inserted into the longitudinal groove of each earring, on one end of which a helical surface is made, and on the opposite head, the element is screwed into the coupling body with a helical surface.
Физическая сущность заявляемого изобретения заключается в том, что нагрузки, воздействующие на трубопровод при эксплуатации, воспринимаются его элементами раздельно, а именно тросовой системой воспринимаются растягивающие нагрузки, возникающие под действием массы трубопровода, в то время как трубные секции и соединяющие их муфты воспринимают нагрузки, обусловленные разницей давлений морской воды и среды, транспортируемой по внутреннему каналу трубопровода, кроме того конструкция тросовой системы оптимизирована в соответствии с полем воспринимаемых нагрузок и применения в качестве материала тросов полимерных волокнистых композитов. The physical essence of the claimed invention lies in the fact that the loads acting on the pipeline during operation are perceived separately by its elements, namely, the tensile loads arising under the influence of the mass of the pipeline are perceived by the cable system, while the pipe sections and couplings connecting them take up the loads due to the difference in pressure of sea water and the medium transported through the internal channel of the pipeline, in addition, the design of the cable system is optimized in accordance with the floor We accept perceived loads and use polymer fiber composites as cables.
На фиг.1 показана трубная секция с муфтами и тросовой системой, продольный разрез; на фиг.2 вид А на фиг.1. Figure 1 shows a pipe section with couplings and a cable system, a longitudinal section; figure 2, view A in figure 1.
Трубопровод состоит из цепочки трубных секций 1, которые состыкованы между собой с помощью муфт 2. Внутренняя поверхность муфт 2 оснащена ограничителем В, а на наружной выполнены глухие радиальные резьбовые отверстия, в которые ввернуты болты 3, удерживающие серьги 4, имеющие продольный паз и отверстия на концах. В отверстия серег 4 заведены крюки 5, которые жестко закреплены на концах канатных стропов 6, при этом крюки 5 оснащены защелками 7. The pipeline consists of a chain of pipe sections 1, which are joined together by means of couplings 2. The inner surface of the couplings 2 is equipped with a stopper B, and the outer one has blind radial threaded holes into which the
В исходном состоянии на борту судна размещают отдельно трубные секции 1, муфты 2, на которых с помощью болтов 3 закреплены серьги 4, и канатные стропы 6, оснащенные крюками 5. In the initial state, pipe sections 1, couplings 2, on which
При достижении судном места добычи полезных ископаемых с помощью корабельной спуско-подъемной системы производят сборку, опускание, а также подъем и разборку трубопровода. В начале процесса сборки трубопровода на кабеле-тросе опускают донную добывающую головку (на глубину около 60 м). Затем на основание спуско-подъемной системы судна устанавливают муфту 2 с болтами 3 и серьгами 4, далее заводят один из концов трубной секции 1 во внутреннюю расточку муфты 2. Под действием собственной массы трубная секция 1 входит во внутреннюю расточку муфты 2 до тех пор, пока ее торец не дойдет до ограничителя В. После этого на верхний конец трубной секции 1 устанавливают следующую муфту 2 и в отверстия серег 4 нижней и верхней муфт заводят крюки 5 канатных стропов 6. Фиксацию крюков в отверстиях серег 4 осуществляют с помощью защелок 7. When the vessel reaches the place of extraction of minerals using the ship's launching and lifting system, assembly, lowering, as well as raising and dismantling of the pipeline are carried out. At the beginning of the pipeline assembly process, the bottom production head is lowered onto a cable cable (to a depth of about 60 m). Then, on the base of the ship’s launching and lifting system, a sleeve 2 with
Для опускания смонтированного участка трубопровода пальцы спуско-подъемного устройства заводят в пазы серег 4 верхней муфты 2 и осуществляют само опускание. При достижении длины смонтированного участка трубопровода в 60 м к нему подсоединяют добывающую донную головку и продолжают наращивать трубопровод до тех пор, пока головка не достигнет морского дна. To lower the mounted portion of the pipeline, the fingers of the release device are inserted into the grooves of the
В процессе монтажа трубопровода растягивающие нагрузки на его тросовую систему возрастают, так как нагрузка от массы каждой трубной секции 1 через ограничитель В муфты 2 передается на саму муфту 2, а далее совместная нагрузка от массы трубной секции 1 и муфты 2 посредством болтов 3 передается на серьги 4 (когда цилиндрическая часть болтов 3 входит в контакт с дном серег 4) и, соответственно, на тросовую систему. During the installation of the pipeline, tensile loads on its cable system increase, since the mass load of each pipe section 1 through the limiter B of the coupling 2 is transferred to the coupling 2 itself, and then the combined load from the mass of the pipe section 1 and the coupling 2 is transferred to the earrings via
По мере наращивания трубопровода растягивающие нагрузки на тросовую систему возрастают из-за увеличения массы трубопровода, в связи с этим производят или увеличение числа канатных стропов 6 (соответственно, и серег 4), или площади поперечного сечения канатных стропов 6. Преимуществом первого способа является взаимозаменяемость канатных стропов 6 по длине всего трубопровода. As the pipeline builds up, tensile loads on the cable system increase due to the increase in the mass of the pipeline, in connection with this either an increase in the number of rope slings 6 (respectively, and earrings 4), or the cross-sectional area of the
После достижения добывающей головкой морского дна она осуществляет сбор, сепарацию и подачу полезных ископаемых к трубопроводу для подъема их на поверхность эрлифтным или гидравлическим способом. After the mining head reaches the seabed, it collects, separates and feeds minerals to the pipeline to raise them to the surface by airlift or hydraulic method.
Демонтаж трубопровода осуществляют в обратной последовательности. The dismantling of the pipeline is carried out in the reverse order.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4945016 RU2046955C1 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Apparatus to extract natural minerals from sea bottom |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4945016 RU2046955C1 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Apparatus to extract natural minerals from sea bottom |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2046955C1 true RU2046955C1 (en) | 1995-10-27 |
Family
ID=21579043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4945016 RU2046955C1 (en) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | Apparatus to extract natural minerals from sea bottom |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2046955C1 (en) |
-
1991
- 1991-06-03 RU SU4945016 patent/RU2046955C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Статья Giannoti Y.R. Vadus Y.R. Ocean thermal energy conversion: Ocean engineering technology development - Ocean's 81, Conf. Rec. 1981, р.870-878. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4462717A (en) | Riser for great water depths | |
US4226555A (en) | Mooring system for tension leg platform | |
US6612370B1 (en) | Composite hybrid riser | |
US5441008A (en) | Submerged swivelling mooring line fairlead device for use on a structure at sea | |
EP0701651B1 (en) | Multiple-seal underwater pipe-riser connector | |
US4176722A (en) | Marine riser system with dual purpose lift and heave compensator mechanism | |
US6401811B1 (en) | Tool tie-down | |
US4735167A (en) | Offshore mooring/loading system | |
AU2011204506B2 (en) | Improvements relating to abandonment and recovery of pipelines | |
US4363566A (en) | Flow line bundle and method of towing same | |
OA11772A (en) | Dual buoy single point mooring and fluid transfer system. | |
EP1467944B2 (en) | Floating lifting device | |
US20100329792A1 (en) | Controlled bending of pipeline by external force | |
US4377354A (en) | Flow line bundle and method of towing same | |
US5192166A (en) | Method of controlled bending of a pipeline during laying thereof in the sea | |
RU2046955C1 (en) | Apparatus to extract natural minerals from sea bottom | |
US4471709A (en) | Pretensioned catenary free deep sea mooring system | |
EP0558741B1 (en) | Device associated with flexible riser | |
US4474507A (en) | Flow line bundle and method of towing same | |
US6312193B1 (en) | Coupling system for subsea pipelines and method for establishing such system | |
US20050002733A1 (en) | Tension member termination | |
EP0079846A1 (en) | Segmented elevator link | |
CN113212656A (en) | Pipe cable lifting method for single-point cabin | |
US3546889A (en) | Construction of multiple pipe risers to offshore platforms | |
EP0520198A1 (en) | Round threadform for marine riser top joint |