устройство для добычи сапропеля естественной влажности

Формула изобретения

1. Устройство для добычи сапропеля естественной влажности, включающее размещенное в водоеме плавучее основание с размещенными на нем папильонажными и подъемными лебедками, погружным грунтовым насосом, силовой кабель электроснабжения, напорный трубопровод, соединяющий насос с размещенным на берегу водоема накопительным бункером, отличающееся тем, что напорный трубопровод выполнен из полиэтиленовых труб и имеет две соединенные между собой во фланцевом соединении части - береговую и расположенную в воде и соединен с грунтовым насосом в погружном узле, причем береговая часть напорного трубопровода расположена в грунте на глубине, превышающей глубину возможного промерзания берегового грунта, а погружная часть расположена в водоеме на глубине, превышающей глубину возможного промерзания воды, причем погружная часть трубопровода имеет закрепленные снаружи съемные грузовые хомуты для придания ей отрицательной плавучести, при этом погружной узел смонтирован на плавучем основании с возможностью вертикального и горизонтального перемещений и фиксации, причем плавучее основание смонтировано на понтоне или на двух соединенных между собой и расположенных параллельно понтонах, а боковые стенки понтона или понтонов выполнены под углом более 45° к вертикальной плоскости, вершина которого обращена к основанию, причем силовой кабель электроснабжения выполнен погружным, снабжен защитным кожухом и закреплен на погружной части трубопровода, при этом накопительный бункер имеет теплоизоляцию и систему обогрева или расположен в отапливаемом помещении.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный кожух выполнен в виде трубы из полиэтилена или металла, имеющей круглое или квадратное сечение с изогнутым участком.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что защитный кожух с размещенным в нем кабелем энергоснабжения соединен с погружной частью трубопровода грузовыми или крепежными хомутами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая папильонажная лебедка соединена с анкерными устройствами, смонтированными на берегу водоема.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к добывающей промышленности и может быть использовано для добычи сапропеля естественной влажности со дна водоема.

Известен способ получения сапропелевого удобрения, описанный в патенте на изобретение RU № 2336253, который осуществляют устройством, содержащим земснаряд, снабженный ковшом, или грейфером или пневматическим камерным насосом, посредством которого со дна озера осуществляют выемку сапропеля с естественной влажностью на берег по трубопроводу. Также устройство содержит накопительный бункер, в верхней части которого установлена сетка-фильтр, через которую пропускают сырой сапропель для очистки от посторонних включений, при этом бункер оснащен шнековым дозатором, осуществляющим подачу очищенного сапропеля с естественной влажностью в двухвальный смеситель непрерывного действия. Подача сапропеля в накопительный бункер исключает возможность попадания в него различных примесей, заносимых ветром, что имело место в прототипе, и предотвращает значительное окисление сапропеля за счет уменьшения его контактной поверхности с воздухом.

Данное устройство не позволяет вести добычу сапропеля в осенне-зимний период, что значительно снижает эффективность добычи, поскольку простой по причинам отрицательных температур и ледового покрытия составляет 5-6 месяцев в год, т.е. порядка 40-50%.

Задачей заявленного изобретения является создание устройства, обеспечивающего возможность обеспечивать добычу сапропеля в холодное время года, в осенне-зимний период.

Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения добычи сапропеля в любое время года, в частности при замерзании водоема.

Это достигается тем, что в устройстве для добычи сапропеля естественной влажности, включающем размещенное в водоеме плавучее основание с размещенными на нем папильонажными и подъемными лебедками, погружным грунтовым насосом, силовой кабель электроснабжения, напорный трубопровод, соединяющий насос с размещенным на берегу водоема накопительным бункером, согласно изобретению напорный трубопровод выполнен из полиэтиленовых труб и имеет две соединенные между собой во фланцевом соединении части - береговую и расположенную в воде, и соединен с грунтовым насосом в погружном узле, причем береговая часть напорного трубопровода расположена в грунте на глубине, превышающей глубину возможного промерзания берегового грунта, а погружная часть расположена в водоеме на глубине, превышающей глубину возможного промерзания воды, причем погружная часть трубопровода имеет закрепленные снаружи съемные грузовые хомуты для придания ей отрицательной плавучести, при этом погружной узел смонтирован на плавучем основании с возможностью вертикального перемещения и фиксации, причем плавучее основание смонтировано на понтоне или на двух соединенных между собой и расположенных параллельно понтонах, а боковые наружные стенки понтона или понтонов выполнены под углом более 45° к вертикальной плоскости, вершина которого обращена к основанию, причем силовой кабель электроснабжения выполнен погружным, снабжен защитным кожухом и закреплен на погружной части трубопровода, при этом накопительный бункер имеет теплоизоляцию и систему обогрева, расположен в отапливаемом помещении. Кроме того, защитный кожух выполнен в виде трубы из полиэтилена или металла, имеющей круглое или квадратное сечение и изогнутый участок. Защитный кожух с размещенным в нем кабелем энергоснабжения соединен с погружной частью трубопровода грузовыми или крепежными хомутами.

На фиг.1 показано устройство, вид сверху.

На фиг.2 - то же, вид сбоку.

На фиг.3 показан погружной узел 10 с расположенным защитным кожухом для кабеля сверху.

На фиг.4 - варианты выполнения крепежных хомутов с закрепленным на них сверху защитным кожухом для защиты кабеля.

На фиг.5 показан погружной узел 10 с расположенным защитным кожухом для кабеля сбоку.

На фиг.6 - вариант выполнения крепежных хомутов с закрепленным на них сбоку защитным кожухом для защиты кабеля.

Устройство включает размещенное в водоеме плавучее основание 1 с размещенными на нем папильонажными лебедками 2, погружной грунтовой насос 3, напорный трубопровод 4, соединяющий насос 3 с размещенным на берегу накопительным бункером 5, выполненным с теплоизоляцией и системой обогрева (на чертеже не показана) или размещенным в отапливаемом помещении 6. Напорный трубопровод выполнен из двух соединенных между собой во фланцевом соединении частей - береговой части 7 и части 8, расположенной в воде. Напорный трубопровод 4 выполнен из полиэтиленовых труб. Выполнение труб напорного трубопровода 4 из полиэтиленовых труб обеспечивает возможность точной регулировки плавучести части 8 трубопровода 4 с помощью грузовых хомутов 9, придавая ему необходимую плавучесть, облегченное перемещение под водой за счет легкости полиэтилена. Кроме того, полиэтилен обладает водоотталкивающим свойством, что способствует значительному снижению потерь напора в трубопроводе по сравнению со стальным, выдерживает низкие температуры до -40°C, большую гибкость, что позволяет вести их удобную эксплуатацию под водой при перемещениях устройства. Выбор марки полиэтилена (низкого, среднего или высокого давления - ПЭ, ПЭСД или ПЭСП и др.), диаметр труб и толщина стенки зависит от напряжения (давления), возникающего в трубопроводе при его эксплуатации, а также от вязкости сапропеля и длины трубопровода и общей высоты подъема. Поэтому при малой вязкости и небольших рабочих давлениях можно использовать ПЭ, а при больших - ПЭНД или ПЭВП.

Для придания части 8 трубопровода 4 отрицательной плавучести она снабжена закрепленными снаружи съемными грузовыми хомутами 9, размещенными равномерно по длине трубопровода с определенным шагом. Такое выполнение позволит разместить часть 8 напорного трубопровода под водой, а зимой - подо льдом, чтобы исключить его вмерзание в лед и возможное повреждение о кромку льда при перемещении. Поскольку без пригруза полиэтиленовый трубопровод обладает положительной плавучестью (т.е. полиэтиленовая труба плавает на поверхности воды в полупогруженном (пустой трубопровод) или в погруженном на 90% (заполненный сапропелем трубопровод) состоянии, вес грузовых хомутов рассчитывается таким образом, чтобы трубопровод при заполнении его сапропелем не плавал на поверхности, а слегка соприкасался со дном. При этом не следует перегружать трубопровод хомутами, т.к. при избыточном весе пригруза (хомутов) возникнет излишнее давление трубопровода на дно, увеличится сила трения трубопровода о грунт и его будет тяжело тащить земснаряду при передвижении.

Часть 8 трубопровода и погружной насос 3 соединены между собой в погружном узле 10, который крепится на понтоне 12 с помощью разъемно-фиксирующих зажимов (хомутов) 22, позволяющих регулировать глубину погружения погружного узла 10 в воду 17 за счет поднимания-опускания вертикальных участков трубопровода 23 и вертикальной направляющей 24 погружного узла 10 в зажимах 22. Это позволяет выбрать необходимую глубину погружения трубопровода 8 с учетом толщины льда, высоты донной растительности, глубины воды 17 в водоеме. Опускание-поднимание погружного узла 10 на нужную глубину осуществляется при ослабленных зажимах 22 с помощью двух переносных палубных домкратов (не показаны). Погружной узел 10, таким образом, включает в себя стальную трубу, имеющую вертикальный и горизонтальный участки, защитный кожух 16, гибкий участок трубопровода 11, переходной конус 25, вертикальную направляющую 24, крепления для фиксации узла 10 на понтоне 12. Части 7 и 8 трубопровода 4 соединяют между собой посредством фланцев (на чертеже не показаны). Погружной узел 10 имеет гибкий трубопровод 11 для соединения с грунтовым насосом 3. Береговая часть 7 напорного трубопровода 4 расположена в грунте на глубине, превышающей глубину возможного промерзания берегового грунта, а часть 8 расположена в водоеме на глубине, превышающей глубину возможного промерзания воды, что позволит исключить промерзание трубопровода и обеспечить бесперебойную подачу сапропеля в зимнее время года.

Плавучее основание 1 смонтировано на понтоне 12 или на двух соединенных между собой и расположенных параллельно понтонах 12. Боковые стенки понтона 12 или понтонов 12 выполнены под углом более 45° к вертикальной плоскости, вершина которого обращена к основанию 1.

Папильонажные лебедки 2 соединены с расположенными на берегу анкерными устройствами 13 в виде якорей посредством стальных тросов 14 папильонажных лебедок 2.

Для обеспечения энергоснабжения устройство имеет силовой кабель электроснабжения 15. Кабель 15 выполнен погружным, снабжен защитным кожухом 16, который закреплен на погружном узле 10 и погружном участке части 8 трубопровода 4 посредством крепежных хомутов 19. Бортовой конец кабеля 15 заводится в распределительный щит (на чертеже не показан) плавучего основания 1, а береговой конец кабеля 15 подключается к силовому распределительному щиту или подстанции (на чертеже не показаны). Защитный кожух 16 выполнен в виде трубы из полиэтилена или металла, имеющей круглое или квадратное сечение с изогнутым участком. Для погружения и подъема насоса 3 служат подъемные лебедки (на чертеже не показаны), смонтированные на плавучем основании 1.

Устройство работает следующим образом.

Плавучее основание 1 спускают на воду 17 после сборки на берегу 18 водоема, тросы 14 папильонажных лебедок 2 соединяют с береговыми анкерными устройствами 13 в виде якорей. На берегу 18 производят сварку полиэтиленовых труб в трубопровод 4, голову которого с помощью фланцев 20 стыкуют на берегу с погружным узлом 10, на котором жестко закреплен защитный кожух 16.

В защитный кожух 16 вставляют бортовой конец кабеля электроснабжения 15, и по мере сварки трубопровода 4 на берегу на него с расчетным шагом устанавливают грузовые хомуты 19, к которым крепят кабель электроснабжения 15.

По мере наращивания трубопровода 4 и крепления на нем кабеля 15 трубопровод 4 проталкивают с берега 18 на воду 17. При этом надводная часть погружного узла 10 в голове трубопровода 4 с бортовым концом кабеля 15 поддерживаются на плаву с помощью вспомогательных поплавков или вспомогательного плавсредства (не показаны). В результате этого в трубопровод 4 вода 17 не попадает и трубопровод 4 вместе с закрепленным на нем кабелем 15 имеют слабо положительную или нейтральную плавучесть и не тонут.

После того как трубопровод 4 полностью сварен на всю проектную длину, на берегу 18 вдоль трубопровода 4 от уреза воды 17 до бункера 5 роют траншею на глубину, превышающую глубину возможного промерзания грунта 21. После чего береговую часть 7 трубопровода 4 укладывают в вырытую траншею и делают обратную засыпку траншеи грунтом.

Погружной узел 10 с погружной (сейчас плавающей) частью 8 напорного трубопровода 4 подводят к плавающему основанию 1 таким образом, чтобы погружной узел 10 оказался заведенным под днище понтона 12 и оказался между понтонами внутри утепленной части плавучего основания 1. После чего погружной узел жестко крепится к корпусу понтона 12, а бортовой конец кабеля 15 заводится в распределительный щит плавающего средства, а береговой конец подключается к силовому распределительному щиту или подстанции.

После подключения на берегу кабеля 15 и подачи электропитания, с помощью папильонажных лебедок 2 натяжных тросов 14 и береговых анкеров 13 плавучее основание 1 может осуществлять перемещение по поверхности воды в пределах площади, ограниченной анкерами 13. За счет того что наружные стенки понтонов расположены под углом, а анкерные устройства 13 в виде якоря папильонажных лебедок 2 установлены жестко на берегу 18, плавучее основание 1 за счет усилия, создаваемого лебедками 2, подтягивается к якорям и может производить наезд сверху на кромку льда и обламывать его за счет веса плавучего основания. Конструкция плавучего основания 1 и тяговые усилия лебедок 2 рассчитаны таким образом, чтобы обламывание кромки льда и перемещение его по акватории было возможно при толщине льда до 20 см. При сильных морозах, когда толщина льда превысит расчетную, плавсредство будет вытолкнуто льдом на поверхность льда из-за имеющегося наклона всех боковых стенок понтонов 12 и не будет раздавлено льдом, как в случае, если бы стенки были вертикальными. При этом часть водного пространства, ограниченного между понтонами, расположенная под отапливаемым техническим помещением 26 плавучего основания 1, ограничивается поперечными гибкими стенками (не показаны), закрывающими это пространство между понтонами снаружи от промерзания. Таким образом, тепло отапливаемого технического помещения 26 плавающего основания 1 обеспечивает незамерзание участка акватории под этим помещением, тем самым создает возможность прохода под воду гибкого трубопровода, подъема-опускания грунтового насоса 3. Погружной насос 3 с помощью грузовой лебедки (не показана) погружается в толщу залежи сапропеля 27 и подает сапропель по гибкому участку 11 погружного узла 10, соединяющему насос 3 с частью 8 напорного трубопровода 4.

При подаче сапропеля в трубопровод 4 воздух из него вытесняется, трубопровод приобретает отрицательную плавучесть и погружается под воду.

Перемещение плавучего основания 1 по поверхности водоема 17 осуществляется за счет 4-х папильонажных лебедок 2, тросов 14 и береговых анкеров 13. Береговые анкерные устройства 13, тросы 14 и натяжение лебедок и вес плавучего основания 1 рассчитываются на такое усилие, которое необходимо для перемещения плавучего основания 1 между анкерными устройствами при покрытии акватории льдом определенной толщины. При использовании обычных якорей этого достичь сложно ввиду того, что сапропель находится в вязкотекучем состоянии и якоря при больших натяжных усилиях тросов могут перемещаться в толще сапропеля, при этом поднять их из толщи сапропеля с целью перестановки на новое место довольно проблематично без специального подъемного плавучего средства (завозни или плавкрана).

С целью снижения сопротивления при движении понтона 12 или соединенных между собой и расположенных параллельно понтонов 12 в зимнее время, когда поверхность водоема покрыта льдом, боковые стенки понтона или понтонов выполнены под углом более 45° к вертикальной плоскости, вершина которого обращена к основанию, что позволяет понтону или понтонам с наклонными стенками наезжать на кромку льда, обламывая его под собственным весом. При вертикальном расположении наружных боковых стенок понтона или понтонов такое перемещение осуществить невозможно, т.к. понтон будет упираться в торец льда и не сможет преодолеть его сопротивление в горизонтальной плоскости.

Защитный кожух 16 служит для исключения возможности повреждения кабеля 15 при работе в зимнее время, например, о кромку льда в месте его выхода из воды или, например, при перемещении устройства натяжным тросом папильонажной лебедки 2.

Выемка сапропеля 27 из подводной залежи и его подача в береговой накопительный бункер 5 осуществляется с помощью погружного грунтового насоса 3, который с помощью грузовой лебедки (не показана) опускается в толщу сапропеля 27, и за счет создаваемого в насосе разрежения с одной стороны производит всасывание сапропеля, находящегося в вязкотекучей консистенции, а затем за счет создаваемого давления с другой стороны подает его по напорному трубопроводу 4 в бункер 5. При этом при работе в мороз необходимо соблюдать требование: на всем протяжении своего пути от насоса 3 до бункера 5 участки трубопроводов 11, 8, 7 и погружной узел 10 не должны подвергаться воздействию мороза или должны находиться в зоне действия плюсовых температур. Температура сапропеля в залежи и зимой и летом составляет +4°C, температура воды подо льдом не опускается ниже +2÷3°C, температура в техническом отапливаемом помещении 26 составляет не ниже +5°C. Таким образом, и насос 3, и гибкий трубопровод 11, и погружной узел 10, и трубопровод 4 не имеют контакта с отрицательной температурой наружного воздуха, что обеспечивает бесперебойную работу плавающего средства 1 в осенне-зимний период.

Предложенное устройство позволит расширить функциональные возможности и обеспечит бесперебойную работу устройства по добыче сапропеля в любое время года, в том числе и зимой.