RU2310098C2

RU2310098C2 - Method of and device for lifting hydraulic mixture from deep depths

Info

Publication number: RU2310098C2
Application number: RU2005124582/06A
Authority: RU
Inventors: к Геннадий Григорьевич Пивн (UA); Геннадий Григорьевич Пивняк; Всеволод Петрович Франчук (UA); Всеволод Петрович Франчук; Евгений Алексеевич Кириченко (UA); Евгений Алексеевич Кириченко; Виталий Григорьевич Шворак (UA); Виталий Григорьевич Шворак
Original assignee: Национальный горный университет
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-11-10
Also published as: RU2005124582A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in development of underwater mineral deposits. Proposed method comes to transportation of solid particles in hydraulic mixture and delivery of hydraulic mixture into suction pipeline of pump value of concentration of hydraulic mixture flow in suction pipeline is set preliminarily before brining solid particles out of hydraulic mixture flow in ocean at depth corresponding to parameters of lifting and composition of hydraulic mixture is set preliminarily. Solid particles are continuously let out from hydraulic mixture flow getting into pump, and value of concentration of hydraulic mixture formed by flow of delivery pipeline with solid particles getting into flow is checked. Value under checking is compared with preset value and they are brought into agreement regulating delivery of pump. Device for lifting hydraulic mixture contains pump and accumulator installed in column of pump delivery pipeline. Pump and accumulator are submerged in ocean. Accumulator is installed in intermediate cross section of suction pipeline. Working wheel is installed in accumulator being provided with blades, and delivery pipeline has end piece arranged in accumulator.

EFFECT: improved lifting of hydraulic mixtures form depth owing to control of value of concentration of hydraulic mixture and provision of continuous lifting of materials without grinding of their solid particles.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано непосредственно при разработке подводных месторождений полезных ископаемых.The invention relates to mechanical engineering and can be used directly in the development of underwater mineral deposits.

Известен способ подъема многокомпонентной смеси с больших глубин насосной установкой, включающий запуск установки, откачку воды в составе водовоздушной смеси путем подачи сжатого воздуха в промежуточную ступень насоса, отделения воздуха от смеси в промежуточном сечении нагнетательного трубопровода, повторной подачи его на сжатие в насос установки, при этом предварительно задают скорость транспортирования твердой составляющей пульповоздушной смеси, а затем в стационарном режиме работы установки на водовоздушной смеси с заданной скоростью подают твердую составляющую пульпы в нагнетательный трубопровод и транспортируют многокомпонентную смесь при поддержании заданной величины скорости (патент Украины № 61294А, кл. F04F 1/00, F04F 1/20, E21F 17/00, 2003 г.).A known method of lifting a multicomponent mixture from large depths of a pump installation, including starting the installation, pumping water as part of the air-water mixture by supplying compressed air to the intermediate stage of the pump, separating air from the mixture in the intermediate section of the discharge pipe, re-supplying it to the installation pump for compression, this pre-set the speed of transportation of the solid component of the pulp-air mixture, and then in the stationary mode of operation of the installation on the water-air mixture with a given speed the solid component of the pulp is fed into the discharge pipe and the multicomponent mixture is transported while maintaining a given speed (Ukrainian Patent No. 61294A, class F04F 1/00, F04F 1/20, E21F 17/00, 2003).

Недостатками известного способа являются ухудшение напорно-расходных характеристик насоса в результате подачи сжатого воздуха непосредственно в насос, сложность технологического процесса, а также наличие сжатого воздуха в составе транспортируемого потока многокомпонентной смеси, что предопределяет снижение эффективности подъема элементов подводных месторождений полезных ископаемых.The disadvantages of this method are the deterioration of the pressure and flow characteristics of the pump as a result of the supply of compressed air directly to the pump, the complexity of the process, as well as the presence of compressed air in the transported stream of the multicomponent mixture, which determines the decrease in the efficiency of lifting elements of underwater mineral deposits.

Известно устройство для транспортирования гидросмеси, содержащее центробежный насос, соединенный всасывающим трубопроводом с приемным резервуаром, нагнетательный трубопровод, содержащий управляемую задвижку, при этом всасывающий трубопровод дополнительно содержит подпитывающие патрубки с управляемыми задвижками, входные сечения которых расположены на разных уровнях приемного резервуара, а всасывающий трубопровод имеет наконечник, содержащий ряд всасывающих патрубков (патент Украины № 67246А, кл. F04D 29/70, F04D 13/00, 2004 г.).A device for conveying hydraulic mixtures containing a centrifugal pump connected by a suction pipe to a receiving tank, a discharge pipe containing a controlled valve, while the suction pipe further comprises feed pipes with controlled valves, the inlet sections of which are located at different levels of the receiving tank, and the suction pipe has a tip containing a number of suction nozzles (Ukrainian patent No. 67246A, CL F04D 29/70, F04D 13/00, 2004).

Недостатками известного устройства является транспортирование элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси через насос, что предопределяет существенное измельчение твердых частиц, вследствие чего ухудшается процесс их последующей переработки.The disadvantages of the known device is the transportation of elements of the developed underwater mineral deposits in the hydraulic mixture through a pump, which determines the significant grinding of solid particles, as a result of which their subsequent processing is worsened.

Наиболее близким технологическим решением является способ транспортирования гидросмеси, включающий подачу гидросмеси во всасывающий трубопровод гидротранспортной установки, при этом предварительно задают концентрацию гидросмеси, контролируют величину концентрации транспортируемой гидросмеси, сравнивают контролируемую величину с заданной и обеспечивают их соответствие путем дополнительной подачи гидросмеси необходимой концентрации в транспортируемый поток (патент Украины № 67246А, кл. F04D 29/70, F04D 13/00, 2004 г.).The closest technological solution is the method of transporting the slurry, including supplying the slurry to the suction pipe of the hydrotransport installation, at that the concentration of the slurry is preliminarily set, the concentration of the slurry being transported is controlled, the controlled quantity is compared with the set one and their correspondence is ensured by additionally supplying the slurry of the necessary concentration to the conveyed stream ( Ukrainian patent No. 67246A, CL F04D 29/70, F04D 13/00, 2004).

Недостатками наиболее близкого технологического решения является транспортирование элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси через насос, что предопределяет существенное измельчение твердых частиц, вследствие чего ухудшается процесс их последующей переработки.The disadvantages of the closest technological solution is the transportation of elements of the developed underwater mineral deposits in the hydraulic mixture through a pump, which determines the significant grinding of solid particles, as a result of which their subsequent processing is worsened.

Наиболее близким технологическим решением является насосная установка для перекачивания пульпы, содержащая две рабочие камеры, нижние части которых соединены между собой, а с центробежным насосом - системой трубопроводов, подводящие и нагнетательные трубопроводы, соединяющие соответственно источник перекачиваемой смеси и потребитель с рабочими камерами, при этом насосная установка дополнительно содержит питатель, аккумулятор пневматической энергии, многосекционный центробежный насос для создания водовоздушной смеси, выполняющей роль рабочего агента, соединенный с нагнетательным трубопроводом через загрузочные камеры односекционный центробежный насос, соединенный со шнековым питателем с помощью сети трубопроводов, содержащих управляемые задвижки (патент Украины № 61294А, кл. F04F 1/00, F04F 1/20, Е21F 17/00, 2003 г.).The closest technological solution is a pumping unit for pumping pulp, containing two working chambers, the lower parts of which are interconnected, and with a centrifugal pump - a piping system, supply and discharge pipelines, respectively connecting the source of the pumped mixture and the consumer with working chambers, while the pump the installation additionally contains a feeder, a pneumatic energy accumulator, a multi-section centrifugal pump to create a water-air mixture, performing the role of the working agent connected to the discharge pipe through the loading chambers is a single-section centrifugal pump connected to the screw feeder using a network of pipelines containing controlled valves (Ukrainian patent No. 61294A, class F04F 1/00, F04F 1/20, E21F 17/00, 2003).

Недостатками наиболее близкого технологического решения являются ухудшение напорно-расходных характеристик насоса в результате подачи сжатого воздуха непосредственно в насос, наличие сжатого воздуха в составе транспортируемого потока многокомпонентной смеси, что предопределяет снижение эффективности подъема элементов подводных месторождений полезных ископаемых, а также значительная металлоемкость насосной установки.The disadvantages of the closest technological solution are the deterioration of the pressure head flow characteristics of the pump as a result of the supply of compressed air directly to the pump, the presence of compressed air in the transported stream of the multicomponent mixture, which determines the decrease in the lifting efficiency of elements of underwater mineral deposits, as well as the significant metal consumption of the pump unit.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа подъема гидросмеси с больших глубин, в котором, путем контроля величины концентрации гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода насоса с поступающими в него твердыми частицами, обеспечивается возможность непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, исключая процессы введения сжатого воздуха в состав гидросмеси и транспортирования твердых частиц через насос.The basis of the invention is the task of improving the method of lifting the slurry from great depths, in which, by controlling the concentration of the slurry formed by the flow of the pump discharge pipe with solid particles entering it, it is possible to continuously lift elements of the developed underwater mineral deposits in the slurry, excluding processes introducing compressed air into the hydraulic mixture and transporting solid particles through the pump.

Поставленная задача решается таким образом, что способ подъема гидросмеси с больших глубин, включающий транспортирование твердых частиц в составе гидросмеси и подачу гидросмеси во всасывающий трубопровод насоса, который, в соответствии с изобретением, отличается тем, что предварительно задают величину концентрации потока гидросмеси всасывающего трубопровода насоса до выведения из его состава твердых частиц, в океане на глубине, отвечающей параметрам подъема и составу гидросмеси, непрерывно выводят твердые частицы из состава гидросмеси, поступающей в насос, контролируют величину концентрации гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода насоса с поступающими в него твердыми частицами, сравнивают контролируемую величину с заданной и достигают их соответствия путем регулирования величины подачи используемого насоса.The problem is solved in such a way that the method of lifting the slurry from great depths, including transporting solid particles in the slurry composition and supplying the slurry to the pump suction pipe, which, in accordance with the invention, is characterized in that the concentration of the slurry flow of the pump suction pipe is pre-set to removing solid particles from its composition, in the ocean at a depth corresponding to the parameters of the rise and the composition of the hydraulic mixture, solid particles are continuously removed from the hydraulic composition si entering the pump, control the value of the slurry concentration, the flow formed by a pressure pump to the pipeline coming into it the solid particles, is compared with a predetermined value controlled and reach their conformity by adjusting the supply amount of the pump used.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для подъема гидросмеси с больших глубин, в котором, путем дополнительных соединений элементов известной конструктивной схемы, обеспечивается возможность непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, исключая процессы введения сжатого воздуха в состав гидросмеси и транспортирования твердых частиц через насос, при минимальной конфигурации технических средств.The basis of the invention is the task of improving the device for lifting the slurry from great depths, in which, by additional connections of the elements of the known structural scheme, it is possible to continuously lift the elements of the underwater mineral deposits being developed as part of the slurry, excluding the processes of introducing compressed air into the slurry and transporting solid particles through the pump, with a minimal configuration of hardware.

Поставленная задача решается таким образом, что устройство для подъема гидросмеси с больших глубин, содержащее насос с всасывающим и нагнетательным трубопроводами и аккумулятор, установленный в ставе нагнетательного трубопровода насоса, которое, в соответствии с изобретением, отличается тем, что насос и установленный в ставе его нагнетательного трубопровода аккумулятор погружены в океан, аккумулятор, содержащийся в ставе нагнетательного трубопровода насоса, установлен в промежуточном поперечном сечении всасывающего трубопровода насоса, оборудованное лопастями рабочее колесо установлено в аккумуляторе, а нагнетательный трубопровод насоса имеет специальный наконечник, расположенный в аккумуляторе. Кроме того, внутренний диаметр специального наконечника изменяется по его длине.The problem is solved in such a way that the device for lifting the hydraulic mixture from great depths, containing a pump with suction and discharge pipelines and a battery installed in the discharge pipe of the pump, which, in accordance with the invention, differs in that the pump and installed in the discharge of its discharge the accumulator pipeline is immersed in the ocean, the accumulator contained in the pump discharge pipe is installed in an intermediate cross section of the suction pipe to a suction impeller equipped with blades is installed in the battery, and the pump discharge pipe has a special tip located in the battery. In addition, the inner diameter of the special tip varies along its length.

На фиг.1 и 2 изображена схема устройства для реализации способа подъема гидросмеси с больших глубин.Figure 1 and 2 shows a diagram of a device for implementing the method of lifting the hydraulic mixture from great depths.

Устройство для подъема гидросмеси с больших глубин содержит погруженный в океан насос 1 с всасывающим 2 и нагнетательным 3 трубопроводами, содержащийся в ставе нагнетательного трубопровода 3 и погруженный в океан на глубину, отвечающую параметрам подъема и составу гидросмеси, аккумулятор 4 установлен в промежуточном поперечном сечении всасывающего трубопровода 2, оборудованное лопастями 5 рабочее колесо 6 установлено в аккумуляторе 4, нагнетательный трубопровод 3 имеет специальный наконечник 7, расположенный в аккумуляторе 4, а консистометры 8 и 9 соединены с всасывающим 2 и нагнетательным 3 трубопроводами соответственно. Устройство дополнительно содержит блок управления 10.A device for lifting a slurry from great depths contains a pump 1 immersed in the ocean with a suction 2 and discharge 3 pipelines, contained in the discharge pipe 3 and immersed in the ocean to a depth corresponding to the parameters of the rise and composition of the slurry, the accumulator 4 is installed in an intermediate cross section of the suction pipe 2, the impeller 6 equipped with blades 5 is installed in the battery 4, the discharge pipe 3 has a special tip 7 located in the battery 4, and the consist ry 8 and 9 are connected to two suction and discharge pipes 3 respectively. The device further comprises a control unit 10.

Способ с помощью устройства для подъема гидросмеси с больших глубин реализуется следующим образом.The method using the device for lifting the slurry from great depths is implemented as follows.

Предварительно задают величину концентрации потока гидросмеси всасывающего трубопровода 2 до выведения из его состава твердых частиц. Заданную величину концентрации определяет консистометр 8.Pre-set the value of the concentration of the flow of the slurry of the suction pipe 2 to the removal of its composition of solid particles. The set concentration value is determined by the consistometer 8.

Блок управления 10 запускает заполненный жидкостью насос 1, который начинает откачивать жидкость, находящуюся в верхней части аккумулятора 4. При откачивании жидкости из погруженного в океан аккумулятора 4 в него начинает поступать по всасывающему трубопроводу 2 поток гидросмеси, содержащий элементы разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых. Процесс формирования гидросмеси в нижних сечениях всасывающего трубопровода 2 относится непосредственно к функциям агрегата сбора и в данной заявке не рассматривается. Величина концентрации потока гидросмеси, поступающего в аккумулятор 4, является предварительно заданной величиной, которую определяет консистометр 8.The control unit 10 starts a fluid-filled pump 1, which starts pumping out the liquid located in the upper part of the battery 4. When pumping the liquid out of the battery 4 immersed in the ocean, a slurry stream containing elements of the developed underwater mineral deposits begins to flow into it through the suction pipe 2. The process of forming a hydraulic mixture in the lower sections of the suction pipe 2 relates directly to the functions of the collection unit and is not considered in this application. The value of the concentration of the flow of the slurry entering the accumulator 4 is a predetermined value, which determines the consistometer 8.

В аккумуляторе 4 скорость движения гидросмеси значительно ниже, чем во всасывающем трубопроводе 2. Таким образом, в аккумуляторе 4 под действием сил гравитации происходит процесс непрерывного осаждения элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых из состава проходящего через него потока всасывающего трубопровода 2. В процессе осаждения элементы разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых поступают в нижнюю часть аккумулятора 4, где они попадают в поток нагнетательного трубопровода 3 и транспортируются дальше в его составе. Это обеспечивает возможность непрерывного подъема элементов разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых в составе гидросмеси, исключая транспортирование твердых частиц через используемый насос 1. Специальный наконечник 7 помогает эффективно формировать поток нагнетательного трубопровода 3 после поступления в него твердых частиц разрабатываемых подводных месторождений полезных ископаемых. При этом внутренний диаметр специального наконечника 7 изменяется по его длине.In the accumulator 4, the speed of the slurry is much lower than in the suction pipe 2. Thus, in the battery 4 under the influence of gravity there is a process of continuous deposition of elements of the developed underwater mineral deposits from the composition of the flow of the suction pipe passing through it 2. In the deposition process, elements of the developed submarine mineral deposits enter the lower part of the accumulator 4, where they fall into the flow of the discharge pipe 3 and trans They are farther in its composition. This makes it possible to continuously lift elements of the developed subsea mineral deposits as a part of the hydraulic mixture, excluding the transport of solid particles through the pump 1. A special tip 7 helps to efficiently form the flow of the discharge pipe 3 after the solid particles of the developed subsea mineral deposits enter it. In this case, the inner diameter of the special tip 7 varies along its length.

Транспортирование потока всасывающего трубопровода 2 через объем аккумулятора 4 приводит к принудительному вращению оборудованного лопастями 5 рабочего колеса 6, что, в свою очередь, способствует процессу равномерного осаждения элементов полезных ископаемых, а также препятствует возникновению процессов агломерации в аккумуляторе 4 и его заштыбовке.Transporting the flow of the suction pipe 2 through the volume of the battery 4 leads to the forced rotation of the impeller 6 equipped with the blades 5, which, in turn, contributes to the process of uniform deposition of mineral elements, and also prevents the occurrence of agglomeration processes in the battery 4 and its filling.

После запуска насоса 1 блок управления 10 с помощью консистометра 9 контролирует величину концентрации гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода 3 с поступающими в него твердыми частицами, сравнивает контролируемую величину с заданной и достигает их соответствия путем регулирования величины подачи используемого насоса.After starting the pump 1, the control unit 10, using the consistometer 9, controls the concentration of the slurry formed by the flow of the discharge pipe 3 with the solid particles entering it, compares the controlled value with the given one and reaches their correspondence by adjusting the flow rate of the pump used.

При необходимости изменения величины концентрации гидросмеси, образуемой потоком нагнетательного трубопровода 3 с поступающими в него твердыми частицами, блок управления 10 изменяет обороты вала насоса 1, вследствие чего изменяется его подача.If necessary, change the concentration of the slurry formed by the flow of the discharge pipe 3 with the solid particles entering it, the control unit 10 changes the speed of the shaft of the pump 1, as a result of which its flow changes.

Непосредственно перед остановкой устройства для подъема гидросмеси с больших глубин блок управления 10 выполняет остановку насоса 1.Immediately before stopping the device for lifting the hydraulic mixture from great depths, the control unit 10 stops the pump 1.

Таким образом, применение заявляемого изобретения позволит осуществлять подъем элементов подводных месторождений полезных ископаемых без существенного измельчения твердых частиц, ухудшающего процесс их последующей переработки, что, в свою очередь, обеспечит улучшение условий эксплуатации насоса, а также повысит эффективность разработки подводных месторождений полезных ископаемых.Thus, the application of the claimed invention will allow the lifting of elements of underwater mineral deposits without significant grinding of solid particles, worsening the process of their subsequent processing, which, in turn, will improve the operating conditions of the pump, as well as increase the efficiency of the development of underwater mineral deposits.

Claims

1. The method of lifting the slurry from great depths, including transporting solid particles in the slurry composition and feeding the slurry to the pump suction pipe, characterized in that the concentration of the slurry flow of the pump suction pipe before removing solid particles from the composition in the ocean at a depth of corresponding to the parameters of the lift and the composition of the slurry, solid particles are continuously removed from the composition of the slurry entering the pump, and control the concentration of slurry formed the flow of the pump discharge pipe with the solid particles entering it, the controlled value is compared with the set one and their correspondence is achieved by adjusting the flow rate of the pump used.

2. A device for lifting the hydraulic mixture from great depths, containing a pump with suction and discharge pipelines and a battery installed in the discharge pipe of the pump, characterized in that the pump and the battery installed in the discharge pipe of the pump are immersed in the ocean, the battery contained in the discharge pipe the pump pipeline is installed in an intermediate cross section of the suction pipe of the pump, the impeller equipped with the blades is installed in the battery, and the pump The integral pump line has a tip located in the battery.

3. A device for lifting the slurry from great depths according to claim 2, characterized in that the inner diameter of the tip varies along its length.