автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование рациональных параметров системы с грунтозаборным устройством и гидродвигателем для добычи железомарганцевых конкреций

9 15-5/530

с*

На правах рукописи

СЕРЖАН Сергей Леонидович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ С ГРУНТОЗАБОРНЫМ УСТРОЙСТВОМ И ГИДРОДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ ДОБЫЧИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ

Специальность 05.05.06 - Горные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Александров Виктор Иванович

Официальные оппоненты:

Ялтанец Иван Михайлович - доктор технических наук, профессор, ФГАОУ «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», кафедра технологии, механизации и организации открытых горных работ, профессор

Похабов Владимир Иванович - доктор технических наук, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», кафедра инженерных систем зданий и сооружений, профессор

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева»

Защита состоится 07 октября 2015 г. в 12 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1171а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 31 июля 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ФОКИН

диссертационного совета Ууу^ Андрей Сергеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Существующие темпы развития промышленности влекут за собой увеличение потребления минерально-сырьевых ресурсов. В настоящее время остро возник вопрос об обеспечении российской металлургической промышленности марганцевым сырьем, поскольку, с одной стороны, основные источники марганцевой руды отошли к Украине, Грузии и Казахстану (значительная доля запасов окисленных марганцевых руд СССР) а с другой, - потребителями марганца являются все предприятия черной металлургии и машиностроения. Скорейшее освоение залежей железомарганцевых конкреций (ЖМК) морских и океанических месторождений позволит в значительной степени устранить импортную зависимость по марганцевому стратегическому сырью.

Для эффективной разработки морских месторождений ЖМК, особенно на больших глубинах, необходимы надежные средства механизации гидроподъема горной массы, обладающие достаточной производительностью. Известные в настоящее время устройства для добычи твердых полезных ископаемых из морских месторождений не достаточно эффективны и не отвечают современным требованиям по безопасности, производительности, энергоемкости и экологичности. Не достаточно изученными остаются вопросы о влиянии гидростатического давления, определяемого глубиной расположения капсулы, на эксплуатационные и энергетические характеристики добычного оборудования и зависимости производительности системы от вида грунтозаборного устройства и его параметров.

Проведение исследований по изучению закономерностей влияния гидростатического давления, определяемого глубиной погружения промежуточной капсулы, на энергоемкость процесса добычи, а так же разработка эффективного грунтозаборного устройства для обеспечения необходимой производительности подводного добычного комплекса являются актуальной задачей для горной отрасли и требуют дополнительных теоретических и экспериментальных работ.

Степень разработки

Большой вклад в изучение вопросов, связанных с подводной добычей твердых полезных ископаемых внесли отечественные ученые: Г.А. Нурок, И.М. Ялтанец, В.Б. Добрецов, И.П. Тимофеев, Б.С. Маховиков, А.П. Юфин, и др., в работах которых заложены основные принципы формирования теоретических основ проектирования и эксплуатации технических средств подъема горной массы с морского дна.

Цель работы - повышение производительности грунтозаборного устройства и снижение энергоемкости процесса добычи конкреций с морского дна за счёт использования в качестве источника энергии гидростатического давления, определяемого глубиной расположения промежуточной капсулы, и совершенствования конструкции грунтозаборного устройства с гидроприводом.

Идея работы - повышение производительности и снижение энергоемкости процесса добычи ЖМК подводным добычным комплексом осуществляется выбором и обоснованием параметров грунтозаборного устройства при отделении конкреций от дна и определением ординаты заглубления промежуточной капсулы, обеспечивающей устойчивый процесс гидроподъема горной массы.

Основные задачи исследования

1. Анализ существующих средств добычи твердых полезных ископаемых (конкреций) с морского дна.

2. Обоснование схемы подводного добычного комплекса, включающего насосное оборудование в полости промежуточной подводной капсулы с атмосферным давлением и объемный гидропривод исполнительных механизмов подводной горной машины.

3. Определение области эффективной работы добычного комплекса при изменении положения промежуточной капсулы и глубины разработки месторождения полезного ископаемого.

4. Разработка математической модели процесса гидроподъема и обоснование конструктивных параметров грунтозаборного устройства с гидроприводом исполнительного органа и станции рабочей жидкости в составе придонного оборудования.

5. Разработка методики расчёта высокомоментного объемного гидродвигателя для заданных условий гидроподъема ЖМК с морского дна.

Методы исследований включают теоретические и экспериментальные исследования на лабораторном стенде с обработкой результатов методами математической статистики и проверкой адекватности теоретических положений.

Научная новизна диссертационной работы заключается:

- в теоретическом обосновании влияния гидростатического давления, определяемого глубиной погружения капсулы с атмосферным давлением, на энергетическую эффективность системы гидроподъема при использовании в качестве исполнительного механизма грунтозаборного устройства с объемным гидроприводом;

- в экспериментальном определении потерь энергии при отводе рабочей жидкости из приводного двигателя в акваторию, влияющих на эффективную мощность силового оборудования системы добычи железомарганцевых конкреций;

- в разработке методики расчета объемных гидродвигателей исполнительного органа грунтозаборного устройства и насоса рабочей жидкости в условиях подводной добычи железомарганцевых конкреций.

Защищаемые положения

1. Энергоемкость процесса добычи железомарганцевых конкреций с шельфа системой с грунтозаборным устройством, имеющей режим эффективной работы, описывается параболической функцией относительной глубины погружения промежуточной капсулы и зависит от особенности вытеснения энергоносителя из приводного двигателя придонного оборудования, характеризуемого коэффициентом сброса, равным 1,06.

2. Рациональные параметры грунтозаборного устройства, характеризуемые производительностью системы по горной массе и мощностью, обеспечиваются вертикальной и концентричной установкой гидродвигателя исполнительного органа во всасывающем трубопроводе и ловителя, накрывающего зону добычи с образованием кольцевого канала, формирующего направленный

поток гидросмеси железомарганцевых конкреций заданной крупности.

Практическая значимость работы

- Разработана методика определения глубины погружения промежуточной капсулы с пульпоперекачным оборудованием, входящим в состав добычного комплекса.

- Рекомендована конструкция грунтозаборного устройства, позволяющего повысить производительность и снизить уровень загрязнения акватории.

- Разработана методика расчета гидродвигателя рабочего органа, учитывающая пропускную способность по твердому головного участка грунтозаборного устройства, и приводного гидродвигателя придонного оборудования в условиях подводной добычи.

- Разработана методика расчета мощности насосной установки, питающей придонное оборудование, учитывающая потери энергии при истечении рабочей жидкости в среду той же плотности.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, разработанных в диссертации, подтверждается использованием апробированных математических методов, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований на стенде с применением современных средств измерений и методов исследований.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы обсуждались на научных семинарах кафедры горных транспортных машин. Докладывались на Международных конференциях молодых ученых «Проблемы недропользования», Горный университет, 2012, 2013, 2014 гг.; на 10-ой межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», 2012 г.; на 53-й международной конференции молодых ученых, Краковская горно-металлургическая академия, 2012 г.; на 65-м Международном форуме горняков и металлургов, Фрайбергская горная академия, 2014 г.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ, из них 2 патента, 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 157 страницах, содержит 49 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 94 наименований и 2 приложения.

Личный вклад соискателя:

Проанализированы существующие средства добычи конкреций с морского дна. Сформулированы цель и задачи исследования. Проведены теоретические исследования процесса добычи конкреций, выведена математическая модель определения глубины погружения капсулы с насосным оборудованием. Выполнены экспериментальные исследования по истечению рабочей жидкости в жидкость той же плотности, выбрана конструкция грунтозаборного устройства. Сделаны выводы по результатам теоретических и экспериментальных исследований.

Основное содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, определена цель, идея, задачи, изложены защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе приведены общие положения о морских твердых полезных ископаемых и о железомарганцевых конкрециях. Проанализированы различные конструкции средств добычи, в том числе, с промежуточной капсулой. Рассмотрены различные конструкции ГЗУ, включая с горизонтальной осью вращения и приводом от гидротурбины.

Во второй главе представлена физическая модель комплекса, включающего промежуточную капсулу. Разработана математическая модель определения глубины погружения капсулы, позволяющая снизить энергоемкость процесса добычи конкреций. Представлена физическая модель ГЗУ и проведены теоретические исследования его основных параметров: мощности и производительности. Показана методика расчета гидродвигателя.

В третьей главе представлена схема энергообеспечения

придонного оборудования, включающего ГЗУ. Проведены экспериментальные исследования объемного гидродвигателя на истечения жидкого энергоносителя в среду той же плотности. Представлена методика расчета мощности насосного оборудования, питающего придонное оборудование.

В четвертой главе представлена модернизация конструкции объемного гидродвигателя, позволяющая повысить его КПД. Показаны результаты испытаний двигателя, и его механические характеристики. Показаны технико-экономические параметры системы с капсулой.

В заключении приведены общие выводы и рекомендации. ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Энергоемкость процесса добычи железомарганцевых конкреций с шельфа системой с грунтозаборным устройством, имеющей режим эффективной работы, описывается параболической функцией относительной глубины погружения промежуточной капсулы и зависит от особенности вытеснения энергоносителя из приводного двигателя придонного оборудования, характеризуемого коэффициентом сброса, равным 1,06.

Добычной комплекс (рисунок 1) включает придонное оборудование, в состав которого входит грунтозаборное устройство (ГЗУ) и тележка с приводным двигателем, промежуточную капсулу (ПК) с поддерживаемым атмосферным давлением, надводное плавсредство (рудосборник) и трубопроводы, состоящие из нижней секции длиной

Рисунок 1 - Принципиальная схема добычного комплекса

8

Процесс добычи ЖМК включает подготовку конкреций к транспортировке с помощью ГЗУ и двухступенчатый гидроподъем их до морской поверхности: 1 - от дна до капсулы на высоту Н2, осуществляемый за счет гидростатического давления Н, определяемого как разность НГН2 и называемого «естественная тяга»; 2 - из капсулы на рудосборник на высоту Н, производимый грунтовыми насосами.

При определении эффективного режима эксплуатации системы использовались следующие параметры: глубина акватории Н/\ радиус обработки поля Л; длина трубопровода и Ь2\ конструкция трубопровода, связанная с потерями энергии АИЬ, АИМ; плотность твердого и морской воды ртв и рн.\ плотность гидросмеси рсм\ удельный расход пористость конкреций т; объемная

концентрация скорость потока V»,; критическая скорость

гидросмеси укр. Важным условием при нахождении режима эффективной работы системы является производительность, принятая постоянной - С,п=сот1 и осуществляемая специальной конструкцией ГЗУ.

Для устойчивого процесса гидроподъема конкреций должно выполняться условие, реализуемое в математической модели, которое является необходимым и достаточным для функционирования системы транспортировки:

V,* 1.1 IV (!)

Скорость потока в нижней секции трубопровода определяется как функция относительной глубины погружения капсулы Н =Н / Я, с

учетом потерь напора на сопротивления в трубопроводе:

, ^ ^ <2>

где Х- коэффициент гидравлического сопротивления; £,ш -коэффициент местных сопротивлений шарового шарнира; О -внутренний диаметр трубопровода; I- длина звена составного трубопровода положительной плавучести;

= оН^

«и

, где коэффициент безопасности сг учитывает

5 .,=-

волновые колебания поверхности.

Критическая скорость потока определяется по формуле, учитывающей объёмную концентрацию:

V,=КЛ -5,0-36 > (3)

где С - коэффициент лобового сопротивления конкреций,

к =4,9^

размерный коэффициент. Объемная концентрация и

плотность гидросмеси определяются по формулам:

А„ ~ А, = К,К2у[Й -р„. + р„К3 (4)

А, К,К2-Ш + К, _ЧР„ + рЛ\-т) = К} (5)

Ч + {\-т) АГ, Кг уШ + К} При этом объемный расход по твердому есть функция производительности ГЗУ, а значит, и морского добычного

комплекса дп =9л.. к = I 2е

Рт ' \(Л/0 + 4ш//)-(тф+(к/Н1)2 К}=\-т - размерные (К! и К2) и безразмерный (К3) коэффициенты.

При подстановке коэффициентов К1...К4 в формулы (2-5) условие (1) при коэффициенте запаса а=1,1, а так же с учетом допущения о возможности замены степени в выражении (3) на «0,33», замене у[й = г, и группировке указанных констант в виде:

д _ . ь = примет следующий вид:

К^К2 К1К2

г4+аг'-ь = о (6)

Решением уравнения (6) будут четыре корня, однако решением поставленной задачи - определение глубины погружения капсулы будет один неотрицательный действительный корень, который

после обратной замены X1 = Н примет вид:

N + 9а -256 - + — -М ЪМ 16

16а2- —+ 128М

4а2 -——+ 32М

32Ь

ЪМ

Ж_(7)

2

32-Л/

где м =

(

а*Ь2 Ь5 а2/?

+--

--хО.ЛЗ 1—-

256 27 16

4 ЗА/

V

Физический смысл полученной модели заключается в определении относительного заглубления ПК по условию устойчивого гидроподъема твердых частиц ЖМК заданной крупности с морского дна. На рисунке 2 условие (1) выполняется в точке А, где пересекаются кривые скорости потока и критической скорости.

В расчетном режиме работы комплекса 77 = 77ч,, где капсула

располагается на глубине, рассчитанной по математической модели (7), происходит наиболее эффективный процесс гидроподъема частиц заданной крупности и необходимого уровня производительности, т.к. выполнено основное условие, на котором базируется эта модель.

Справа от расчетного режима н > Нкр (капсула располагается

ближе к дну), при увеличении Н=НГН2 (рисунок 1) происходит процесс разжижения гидросмеси, характеризуемый увеличением энергозатрат (рисунок 4). Слева от расчетного режима я <77

кр

(ближе к морской поверхности) при уменьшении Н—Н1-Н2, условие (1) не выполняется.

Общая энергоемкость процесса добычи ЖМК комплексом формируется из энергоемкости процесса гидроподъема ПИ из капсулы на рудосборник, осуществляемого грунтовым насосом, О N „

Згп =-, и энергоемкости процесса приготовления

ПнЧэС» конкреций:

и/н,

Рисунок 2 - Области эксплуатации добычного комплекса где Э =-5=5-.

м рЫХ

Лмн^тр1!дмтЛнрЧЭР ' т

Здесь: Nн - мощность насоса грунтового, ^ УУрп - суммарная

мощность двигателей вращения РО и подачи

_ ^ЭФ.ДМ\ NЭФ.НПД РО +

> '/«' Ч» П ин ' 71тр ' ПДМ2 > 7н/>> ^эя ■

V дм\ Лнпд

КПД, соответственно, грунтового насоса, электродвигателя, маслонасоса, трансмиссии, двигателя маслостанции (водяного объемного), питающего водяного насоса на рудосборнике, электродвигателя.

Полезная мощность грунтового насоса зависит от Н и определяется по уравнению:

ч2

=Рсм8нн\

С

р

утв)

къ + К{К24Н

0.022/?

К1К2УГН )

0,52

Рте

(9)

Мощность насоса на рудосборнике не зависти от Н, определяется по формуле:

Л'нр = Р^-^нр-ОНР

(10)

2нр- расход насоса; £>Р - диаметр рукава; £,Р- коэффициент местных сопротивлений по трассе рукава; р - коэффициент запаса, учитывающий волновые колебания моря; //дмг - сработанный в гидродвигателе напор на создание движущего момента и преодоление гидромеханических сопротивлений; К - коэффициент сброса, учитывающий влияние сопротивления принимающей среды той же плотности на величину напора, выталкивающего воду.

Численное значение К устанавливалось экспериментальным путем и определено как отношение коэффициентов расхода при истечении в атмосферу и в воду /лв :

гае (Тй-^)' 5 - площадь

'о Ч28

сечения бачка, из которого истекала жидкость, ^ - площадь сечения отверстия во вкладыше струеформирующего устройства (СФУ), Я и Н] - соответственно, начальный и конечный напор, ^ и -соответственно, время истечения воды в воду и в атмосферу. Результаты испытаний (рисунок 3) показали, что при истечении в воду имеют место дополнительные сопротивления. Влияя на мощность насоса, питающего придонное оборудование, К влияет на энергоемкость процесса приготовления конкреций и, следовательно, на общую энергоемкость процесса добычи. Величина коэффициента с учетом погрешностей и математической статистики по критерию Стьюдента - к = 1,06.

По формулам (9) и (10) определена суммарная мощность ^ N добычного комплекса и найдена ее зависимость от Я в относительных величинах, которая имеет параболический характер, причем ^ N растет с увеличением глубины погружения капсулы.

мв

(И)

Диаметр отверстия С ФУ 4 мм

Рисунок 3 - Результаты испытаний истечения воды в воду По формуле (8) определена энергоемкость процесса добычи и

найдена ее зависимость от Н (рисунок 4). Минимальная энергоемкость комплекса при заданной С,„ достигается в расчетном

режиме. Аппроксимируя зависимость Э от Н, получили линию тренда в виде ах2±Ьх±с = 0 с коэффициентом корреляции /?2=1, т.е. энергоемкость процесса добычи конкреций есть параболическая функция относительной глубины погружения

капсулы Н , зависящая также от коэффициента сброса К.

Рисунок 4 - Зависимость энергоемкости процесса добычи ЖМК и мощности оборудования комплекса от Н 14

Эффективный режим системы с грунтозаборным устройством определяется по математической модели с учетом комплекса варьируемых параметров.

2. Рациональные параметры грунтозаборного устройства, характеризуемые производительностью системы по горной массе и мощностью, обеспечиваются вертикальной и концентричной установкой гидродвигателя исполнительного органа во всасывающем трубопроводе и ловителя, накрывающего зону добычи с образованием кольцевого канала, формирующего направленный поток гидросмеси железомарганцевых конкреций заданной крупности.

Для обеспечения заданного уровня производительности комплекса применяется ГЗУ оригинальной конструкции (рисунок 5), особенностью которого является вертикальная ось вращения высокомоментного объемного гидродвигателя 2 исполнительного органа, а так же использование ловителя 1, накрывающего зону разрушения.

При приготовлении (рыхлении) конкреций к транспортировке на рудосборник с помощью известных ГЗУ реальная производительность комплекса снижена за счет непопадания части объема твердых фракций в трубопровод. Отношение объема приготовленных конкреций к тому объему, который оказался в трубопроводе, назван нами КПД грунтозаборного устройства.

ГЗУ (рисунок 5) имеет вертикальную ось вращения приводного двигателя, который концентрично установлен в защитный кожух 4, переходящий в ловитель, образуя кольцевой транспортирующий канал 5. Такое решение должно увеличивать названное КПД (вплоть до единицы). При этом разрыхленные конкреции должны в полном объеме попадать в кольцевой канал и далее транспортироваться за счет естественной тяги Н=НГН2 (рисунок 1), образованной гидростатическим давлением, обусловленным величиной погружения капсулы.

Из-за расширения ловителя скорость потока воды в зоне рыхления конкреций меньше, чем в кольцевом канале, поэтому для поднятия всех ЖМК со дна должно выполняться следующее условие (рис.5-6):

+ + (12) где: Рук - сила воздействия на отдельную конкрецию наклонной плоскости рыхлителя, Н, Р„к=0,58рТ\гк\ ук- скорость конкреции от воздействия на неё наклоненной под углом а к горизонту в противоход планшайбе плоскости рыхлителя, м/с;

подъёмная сила от восходящего потока воды Н, Р1,и, = 0,55ри)у2; скорость воды в зоне рыхления ЖМК, м/с; РА- Архимедова подъёмная сила, РА= ^ ^ ; С - сила тяжести конкреции условно

шарообразной формы; С — рТ%У\

Рисунок 5 - Грунтозаборное устройство для добычи конкреций (а) и схема взаимодействия режущей пластины с конкрецией (б) 1 - ловитель, 2 -двигатель рабочего органа, 3 - рабочий орган (планшайба), 4 - кожух, 5 - кольцевой канал, 6 - стрела, 7 - поворотный гидродвигатель (показан условно), 8 - тележка, 9 - режущие пластины.

Р-гр- сила вязкого трения, Ртр= 0,5С5ри (5и + )2

Разность суммы «подъёмных» сил и «сопротивляющихся» подъёму соответствует следующему уравнению:

АР = SpT

{coRcptga}

■ cspK

~vu+coRiptga

v

(13)

-v,.,.

V

-(Pr-Pjgv

+ spu

где: со - угловая скорость рабочего органа; /?ср- радиус планшайбы; vKK- скорость потока в кольцевом канале; Sim„ Skk -площадь входных сечений, соответственно, ловителя и кольцевого канала; V - объем конкреции. Управлять процессом подъёма конкреций со дна можно, в частности, изменением скорости вращения планшайбы со для достижения эффекта попадания конкреций в кольцевой канал и обеспечения КПД ГЗУ, стремящегося к единице.

Выполнение условия (12) имеет большое значение, т.к. предложенная конструкция ГЗУ (рисунок 5) гарантирует попадание конкреций в кольцевой канал, что повышает эффективность работы добывающего комплекса - повышает его производительность и снижает энергоемкость процесса добычи.

Геометрические размеры кольцевого канала (его внутренний и внешний диаметры) должны обеспечивать прохождение конкреций заданной максимальной крупности и удовлетворять условию устойчивого гидроподъема, т.е. скорость в кольцевом канале должна превышать критическую скорость, аналогично условию (1):

(14)

Dtp

4Щ0кп„

где V - скорость потока в нижнем трубопроводе, м/с, 5К -максимальная крупность конкреций, м, Отр - диаметр трубопровода, м, Окор - диаметр корпуса гидродвигателя, м, к -коэффициент стеснения канала крепежными ребрами.

Рыхление конкреций производится рабочим органом с объемным высокомоментным гидродвигателем (вращение), а подача (качание в горизонтальной плоскости) - неполноповоротным гидродвигателем. Учитывая специфику компоновки ГЗУ, гидродвигатель рабочего органа должен иметь минимально возможный диаметральный размер и при этом обеспечивать необходимую мощность, которая для аналогичного двигателя в условиях добычи угля при достижении заданной производительности б,,, является известной величиной. Полезная мощность находится по формуле:

МЭФ=М (0 = гР-ЬЗКс+2Кр со (15)

где М - момент рыхления на РО, определяется: м = Тр-^-, Р -

^ 2

сила воздействия рыхлителя, О - средний диаметр РО, Т -

количество рабочих камер в гидродвигателе, р - давление жидкости в рабочей камере, Ь - длина рабочей части ротора, д - радиальная высота рабочей камеры, 7?с - радиус статора, Яр - радиус ротора. Устойчивый процесс гидроподъема в кольцевом канале осуществляется при определенной площади его сечения 8№ , на величину которой влияет радиус статора, который должен определяться для выполнения условия (14) следующим образом:

л, =0,5 К„„-2Л) (16)

где Л - толщина стенки корпуса, определяемая из прочностных соображений. Для определения остальных параметров гидродвигателя разработана методика расчета, на основе которой дополнительно разработана программа Е^теС, позволяющая машинным способом рассчитать конструкцию двигателя при известных параметрах, влияющих на соблюдение условий (13) и (14): мощность (Л^), скорость вращения (со) и наружный диаметр корпуса {йкор).

Таким образом, выполнением условий (12), (14) и (15) обеспечивается заданная производительность грунтозаборного устройства С„, при эффективной мощности конкреции заданной

крупности поднимаются со дна и попадают в кольцевой канал, по которому транспортируются в виде гидросмеси в капсулу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты и выводы:

1. Установлено, что энергоемкость процесса добычи железомарганцевых конкреций с шельфа системой с грунтозаборным устройством, имеющей режим эффективной работы, зависит от относительной глубины погружения промежуточной капсулы.

2. Установлен эффективный режим работы двухступенчатого гидроподъема конкреций с шельфа, характеризуемый глубиной погружения промежуточной капсулы, определяемой математической моделью с учетом комплекса варьируемых параметров.

3. Установлено, что рациональные параметры грунтозаборного устройства, характеризуемые производительностью системы по горной массе и мощностью, обеспечиваются вертикальной и концентричной установкой гидродвигателя исполнительного органа во всасывающем трубопроводе и ловителя, накрывающего зону добычи с образованием кольцевого канала, формирующего направленный поток гидросмеси железомарганцевых конкреций заданной крупности.

4. Определены геометрические размеры проходных каналов грунтозаборного устройства в зависимости от максимальной крупности твердых частиц железомарганцевых конкреций.

5. Обоснованы механические характеристики гидродвигателя для привода грунтозаборного устройства и экспериментально установлено, что местные сопротивления на выходе из приводного двигателя при сливе рабочей жидкости в окружающую среду (морскую воду) зависят от коэффициента сброса (К), величина которого равна 1,06.

6. Разработана методика расчета гидродвигателей рабочего органа и привода маслостанции, учитывающая особенности работы комплекса в условиях подводной добычи.

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сержан С.Л. Оснащение грунтозаборного устройства рабочим органом с объемным гидродвигателем / Горное оборудование и электромеханика. - 2013. - №10. - С. 39-42.

2. Сержан С.Л. Рекомендации к расчету параметров приводного двигателя грунтозаборного устройства / С.Л. Сержан, В.И. Медведков // Горное оборудование и электромеханика. - 2014. -№9. - С. 34-39.

3. Сержан С.Л. Особенности энергообеспечения грунтозаборного устройства добычного комплекса для подводной добычи / С.Л. Сержан, В.И. Медведков // Горное оборудование и электромеханика. - 2014. - №10. - С. 23-29.

4. Пат. 2459083 Российская Федерация, МПК Е21С50/00. Грунтозаборное устройство / С.Л. Сержан, В.И. Медведков, А.Б. Незаметдинов, Д.Ю. Кондаков; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ) ». - №2010148363/03; заявл. 26.11.2010; Опубл. 20.08.2012, Бюл. №23. - 11с.

5. Пат. 2517288 Российская Федерация, МПК Е21С50/00. Грунтозаборное устройство / С.Л. Сержан, В.И. Медведков, В.И. Александров; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». -№2012150878/03; заявл. 27.11.2012; Опубл. 27.05.2014, Бюл. №15. -Юс.

РИЦ Горного университета. 30.06.2015. 3.617. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

2015674956