NO852903L - Utstyr til utvinning av malm fra havbunn. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse befatter seg generelt med utstyr til tilgodegjørelse og utvinning av store mengder av malmer, f.eks. flermetalliske noduler som finnes på havbunnen.

Det er kjent at der finnes enorme mengder av malmer på bunnen av hav og at der særlig finnes mineralrike noduler mange steder i verden. Disse inneholder vesentlig mangan og også andre metaller som jern, nikkel, molybden, kobolt og kobber og utgjør derfor en sterkt ettersøkt uuttømmelig kilde for malmer. Men nodulene forekommer mest på store dyp, f.eks. 5.500 m under havflaten, noe som innebærer ytterst vanskelige teknologiske problemer når det gjelder å tilgodegjøre seg dem.

Således er arbeidet med å sanke nodulene på bunnen av

dype hav og så bringe dem opp i slik høyde til overflaten ytterst vanskelig å utføre på effektiv måte, siden trykket i slik dybde er høyt og der ennvidere må tas hensyn til vind og sjøgang ved overflaten såvel som dyphavsstrømmer.

For utvinningen av slike noduler finnes der apparatur eller metoder som i kombinasjon med et skip eller en plattform ved overflaten gjør bruk av sugesystemer, muddergrabber eller lignende midler, men disse forskjellige innretninger har ikke vært helt tilfredsstillende, dels på grunn av vanskeligheter når det gjelder nøyaktig styring eller føring av apparatene på disse dybder; og dels på grunn av den effekt som må anvendes for å løfte nodulene fra bunnen og opp til havoverflaten.

Der er også kjent forsøk hvor man gjør bruk av innretninger som kan kjøre over havbunnen og er utstyrt med anordninger til sanking og lagring av noduler. Disse innretninger kan trekkes med en kabel fra overflaten eller være selvdrevet og forhåndsprogrammert for å arbeide på havbunnen. Noen av dem har sin egen energikilde og kan ennvidere konstrueres slik at de bevirker ikke bare opptak av nodulene, men også transport av dem opp til overflaten.

Imidlertid har disse forskjellige utrustninger spesielt ulempen av ikke å gjøre det mulig å få et tilstrekkelig utbytte av sankingen av malmen innen et gitt tidsrom og for et gitt oversveiper areal.

Den foreliggende oppfinnelse befatter seg spesielt med utstyr til å utvinne"malm fra havbunnen på stor dybde med påtagelig optimert utbytte av tilgodegjørelsen av en forekomst og gir en mulighet for nødvendig smidighet av utnyttelsen, avhengig av utvinningsforholdene.

Med sikte på dette omfatter utstyret:

et overflatefartøy som leverer den energi som behøves

for driften av undervannsdelen, og sørger for lagring av malmen,

en reléenhet som er tilkoblet skipet ved en malmstigeledning og innbefatter midler til lagring, sortering og mellomvask og til hevning av malmen,

en undervanns-mellomstasjon som er innskutt mellom over-flatefartøyet og reléenheten og er tilkoblet reléenheten ved en malmstigeledning og forbundet med fartøyet ved en laste-ledning,

samt kjøretøyer som trafikkerer havbunnen og hvert omfatter et fremdriftssystem og et system til sanking, vask og behandling av malm.

Ifølge oppfinnelsen omfatter den undersjøiske mellomstasjon som er neddykket til en viss dybde under havflaten slik at den alltid er upåvirket av overflatebevegelser, uavhengige organer til å holde reléenheten og sankekjøretøyene i drift og til å sikre hevning og lagring av malmen i tilfellet av avbrudd i forbindelsen med overflatefartøyet.

De forskjellige trekk vil fremgå mer detaljert av den følgende beskrivelse av et ikke-begrensende utførelseseksempel, hvor der henvises til tegningen. Fig. 1 viser skjematisk hele malmutvinningsutstyret ifølge en utførelsesform for oppfinnelsen. Fig. 2 og 3 viser utstyrets undersjøiske mellomstasjon skjematisk i to projeksjoner. Fig. 4 og 5 viser utstyrets undersjøiske reléenhet skjematisk, likeledes i to projeksjoner, og

fig. 6, 7 og 8 viser malmsankekjøretøyet i hver sin pro-jeksjon .

Det utstyr til tilgodegjørelse og oppsamling av malm

fra havbunnen på store dyp som er vist på fig. 1, omfatter

et skip 1 som flyter på vannoverflaten, og en flerhet av malm-sankekjøretøyer 50 som trafikkerer havbunnen 2, f.eks. 5.500 m under havflaten. Forbindelsen mellom skipet 1 og kjøretøyene 50 for levering<J>av energi og for hevning av malmen er realisert som følger: For det første er skipet 1 ved en fleksibel ledning 3 forbundet med en undervannsstasjon 20, som er neddykket til en dybde av størrelsesorden 300-350 m, og som selv ved hjelp av en stiv ledning 4 bærer en reléenhet 30 som er neddykket til en dybde av ca. 4.500-5.000 m. Hvert kjøretøy 50

er forbundet med reléenheten 30 ved et system av kabler og rør 5 som besørger overføring av energien og styringen av drivorganene samt løftning av malmen opp til reléenheten 30. Disse kabler og rør 5 holdes oppe av flottører 6 på en slik måte at overføring av parasittiske krefter til kjøretøyene 50 blir unngått.

Skipet 1, som utgjør den bemannede basis, leverer energien til de forskjellige motorer og pumper som behøves til drift av hele utstyret, og lagrer den malm som oppsamles mellom to besøk av malmtransportskipene.

Undervanns-mellomstasjonen 20, som er vist mer detaljert på fig. 2 og 3, befinner seg omtrent 300-350 m under havnivået, slik at den ikke blir påvirket av overflatebevegelser. Den omfatter vesentlig et dekk 21, en koblingsboks 22 for forbindelsen mellom den fleksible ledning 3 og den stive ledning 4 samt en flerhet av primærpumper 23 som kan pumpe blandingen av malmer og sjøvann fra reléenheten 30 gjennom ledningen 4 og avgi denne blanding opp til overflateskipet 1 gjennom ledningen 3. På hver side av dekket 21 sitter en langsgående flottør 24 til å holde stasjonen i ønsket høyde. Disse flottører kan hvis det ønskes, også tjene som bufferlagre for malmen en driftstid av ca. 10 timer eller deromkring med et volum av f.eks. 3.000 m 3pr. flottør, særlig i tilfellet av avbrudd i forbindelsen med skipet, som det vil forstås fra det følgende. Til formålet er hver flottør forbundet med koblingsboksen

22 ved et rør 25.

Denne undervannsstasjon 20 omfatter også et system av horisontalt- og vertikaltvirkende fremdri ftsorganer 26 til å vedlikeholde retning og høydestilling av stasjonen, samt et styresystem 27 som mottar instrukser fra skipet og styrer pumpene 23 og fremdriftsorganene 26. Den elektriske energi som behøves for driften av stasjonen, leveres av skipet 1,

men i tilfellet av et avbrudd i forbindelsen med skipet blir den nødvendige elektrisitet levert av en eller flere elektriske reservegeneratorenheter 28 montert på dekket 21.

Reléenheten 30 på 4.500-5.000 m under havflaten er tilkoblet undervannsstasjonen 20 ved stigeledningen 4 samt kabler (ikke vist). Den inneholder stort sett alt som ikke er uunn-værlig på kjøretøyene 50, for å begrense den energi som må leveres til disse til det absolutt nødvendige minimum.

Denne reléenhet (fig. 4 og 5) omfatter en plattform 31 som bærer en silo 32 til foruten andre formål å skaffe et bufferlager på omtrent 500 tonn malm mellom kjøretøyene 50

og stasjonen 20. På denne plattform er der likeledes montert hydrauliske sjøvannsenheter 33 og et styre- og drivsystem 34. Den hydrauliske enhet 33, som leverer vann under trykk til å drive de hydrauliske motorer på kjøretøyene 50, drives av elektromotorer 35 som får kraft fra skipet via undervanns-stas jonen 60. Styresystemet 34 er i stand til å sikre et visst antall forhåndsprogrammerte funksjoner og utføre de instruk-sjoner som gis fra skipet i samsvar med data overført til dette.

Siloen 32 har oventil en rekke tangentiale innløp 36

som danner en hvirvel. Hvert av disse innløp kommuniserer via en pumpe 37 med et rør 5 til å løfte opp malmen til siloen fra et kjøretøy 50. Hvert innløp 36 er derfor tilkoblet et kjøretøy for å tillate malmen å heves fra flere kjøretøyer samtidig. Under innløpene 36 sitter innenfor siloen 32 et nedad avsmalnende konisk gitter 38 til under tyngdekraftens virkning å besørge utsortering og sluttvask av malmen. Den øvre ledning 4 til å bringe malmen opp til skipet via stasjonen 20 strekker seg inn i siloen 32 og ender over gitteret 38.

For å holde kursen av reléenheten 30 i forhold til stasjonen

20 kan denne reléenhet være forsynt med fremdriftsorganer

39 og vertikale stabiliseringsorganer 40 plassert på hver side av siloen 32.

Den undersjøiske malm, f.eks. flermetallnoduler, samles opp av kjøretøyene 50 (fig. 6, 7 og 8) som hovedsakelig omfatter et bærende chassis, et fremdriftssystem, et malmplukkesystem og et system til vask og behandling av malm.

Chassiset 51, som dannes av metalldragere 52 med innvendig skum, bærer kjøretøyets forskjellige elementer og spesielt fremdriftssystemet 53. Dette fremdriftssystem 53 dannes f.eks. av et par leddbelter 54 og 55 på hver side av chassiset 51. Hvert belte 54, 55 drives ved hjelp av hjul 56 som i sin tur drives av hydrauliske motorer 57 plassert i hjulfelgen. Vann under trykk til de hydrauliske motorer 57 leveres av de hydrauliske enheter 33 hos reléenheten 30. Hvert hjul 56 drives av en hydraulisk motor 57 på en slik måte at kjøretøyet får stor bevegelighet. Beltene 54, 55, som har blandet metall-

og komposittstruktur, er forsynt med innvendige spor til forbindelse med hjulene 56 og utvendige spor til å sikre passende grep på bunnen.

Foran kjøretøyet er der på chassiset 51 montert et malmopp-takssystem som omfatter to begerverk 58 innbyrdes avrettet for å dekke en tilstrekkelig bredde.

Nedtrengning i grunnen lettes av tenner i graveskovlene,

og disse er forsynt med åpninger for ikke unødig å løfte vann og suspendert mudder. Hvert begerverk 58 er selvstendig og kan svinge om en aksel oventil. Denne svingebevegelse styres med en jekk 60 og setter hvert begerverk i stand til å tilpasses grunnens form. Videre bærer den endeløse kjede 61 graveskovlene og strekker seg rundt hjul 62 opplagret på armer 63, 64 som er fjærende forbundet seg imellom f.eks. ved fjærer 65, slik at den nedre arm 64 når en skovl støter mot et hinder (stor sten eller fjell), stiger opp, og skovlen passerer over det istedenfor å kile seg fast mot det. Beskyttelse av skovlene sikres også med støtfangere 66.

Graveskovlene tømmer sitt innhold ut i et behandlings-

og vaskesystem som omfatter to over hinannen plasserte transportbånd 67, 68 som danner en gitteranordning med kalibrerte gap eller masker for utvalg av nodulene. Overstore noduler tillike med sedimentene blir avgitt til en trakt 69. En første vask blir utført ved hjelp av fordelere 70 som sitter over transportbåndet 67. De således utvalgte noduler blir så ført

til en tank 71 med en skrue 72 hvor eventuell gangart blir fjernet fra nodulene, og hvor de kan undergå en annen vaske-operasjon. Tanken 71 er forbundet med røret 5 til å heve nodulene til reléenheten 30.

Hvert kjøretøy 50 er selvsagt utstyrt med en undervanns-observasjonsinnretning, en deteksjonsinnretning eller et akus-tisk visende system for å sørge for pålitelige og lettvinte driftsforhold, særlig i tilfellet av at vannet er grumset eller sikten dårlig.

Malmsankeutstyret arbeider som følger:

Kombinasjonen av undervannsstasjonen 20 og reléenheten

30 tilkoblet denne ved ledningen 4 blir ved hjelp av fremdriftsorganene 26 og eventuelt ballast holdt i en slik stilling at stasjonen 20 befinner seg omtrent 300-350 m under havflaten. Denne kombinasjon kan også vandre rundt i samsvar med instruk-sjoner gitt fra skipet 1. Videre styrer mannskapet på skipet utstyrets arbeide og kan gripe inn på ethvert tidspunkt. Videre blir den effekt som behøves til drift av utstyret og spesielt de forskjellige elementer av kjøretøyene 50, levert av skipet 1, og det vann under trykk som behøves til frem-driften av kjøretøyene, levert av de hydrauliske enheter 33 hos reléenheten 30. Kjøretøyene 50 kjører derfor langs bunnen 2 og tar opp malmen. I hvert kjøretøy tømmer de to begerverk 58 sine innhold ut på øvre transportbånd 67, hvor den første vask blir utført med fordelerne 70. Dette bånd 67 slipper noduler under en gitt maksimal størrelse tillike med sedimentene igjennom og holder tilbake overstore noduler, som avgis via trakten 69. Det annet transportbånd 68, som sitter under det første, mottar de aksepterte noduler og slipper sedimentene igjennom, så også disse blir sendt ut til avgangstrakten 69. Nodulene blir så transportert videre av skruen 72, og gangart blir fjernet fra dem og nodulene underkastet en annen vask før de faller ned i tanken 71.

Blandingen av malmer og sjøvann som oppsamles i tanken

på hvert kjøretøy, blir under virkning av pumpene 37 transportert opp til reléet 30. Anordningen av de tangentiale innløp 36 i siloen 32 er slik at nodulene under hvirvelvirkningen blir underkastet en ytterligere naturlig rensning uten noe særskilt

effekttilskudd. De undergår også en ytterligere sortering ved hjelp av gitteret 38 og blir forbigående lagret i siloen 32.

Primærpumpen 23 på stasjonen 20 suger gjennom stigeledningen 4 blandingen av malmer og sjøvann opp fra reléenheten 30 og avgir den gjennom ladeledningen 33 til skipet ved overflaten .

Bruken av en undervanns-mellomstasjon 20 mellom reléenheten 30 og skipet 1 har mange fordeler. Denne stasjon holdes på en dybde av omtrent 300-350 m under vannflaten, så den aldri blir påvirket av overflatebevegelser. I tilfellet av storm eller sterk sjøgang er det tilstrekkelig å koble skipet 1 fra ladeledningen 3, noe som er antydet i vannoverflaten ved en bøye 10 (fig. 1). Hele det undersjøiske utstyr kan forbli på plass og holdes i stilling av de forskjellige fremdriftsorganer som forsynes av de elektriske generatorenheter 28 på stasjonen 20. Stillingen av denne anordning blir til stadighet styrt av styre- og drivsystemet 27 som også sitter å stasjonen 20.

Ennvidere leverer de elektriske generatorenheter 28 mens undervannsutstyret er frakoblet skipet, effekt til primær-pumpene 23 til å heve blandingen av malm som befinner seg i ledningen 4 og siloen 32 hos reléenheten 30, og til reléenhetens pumper 37 samt sankekjøretøyene slik at oppsamlingen av malm kan fortsette. I dette tilfelle blir den hevede blanding via koblingsboksen 22 og rørene 25 dirigert til flottørene 24 på stasjonen 20 (fig. 2) for å lagres i dem, slik at utstyret kan arbeide noen få timer etter å være frakoblet skipet. Så snart flottørene 24 er fylt, utkobler styresystemet 27 for-syningen av pumpene og sankekjøretøyene inntil der igjen kan fås forbindelse til skipet.

Ved denne anordning blir således avmontering av den under-sjøiske utrustning i tilfellet av dårlig vær unngått og et tilstrekkelig utbytte av malmoppsamlingen vedlikeholdt.

Det vil forstås at den foregående beskrivelse bare er anført som et ikke-begrensende eksempel, og at der kan tenkes adskillige modifikasjoner og varianter innen rammen for oppfinnelsen, slik den er angitt i kravene.

Claims (11)

1. Utstyr til utvinning av malm fra havbunnen på store dyp,karakterisert vedat det omfatter: et overflatefartøy som leverer den energi som behøves for driften av undervannsdelen, og sørger for lagring av malmen, en reléenhet som er tilkoblet skipet ved en malmstigeledning og innbefatter midler til lagring, sortering og mellomvask og til hevning av malmen, en undervanns-mellomstasjon som er innskutt mellom over-flatefartøyet og reléenheten og er tilkoblet reléenheten ved en malmstigeledning og forbundet med fartøyet ved en laste-ledning, samt kjøretøyer som trafikkerer havbunnen og hvert omfatter et fremdriftssystem og et system til sanking, vask og behandling av malm, idet den undersjøiske mellomstasjon, som er neddykket til en viss dybde under havflaten slik at den alltid er upåvirket av overflatebevegelser, omfatter uavhengige organer til å holde reléenheten og sankekjøretøyene i drift og til å sikre hevning og lagring av malmen i tilfellet av avbrudd i forbindelsen med overflatefartøyet.

2. Utstyr som angitt i krav 1,karakterisertved at de uavhengige organer i den undersjøiske stasjon omfatter: primærpumper som er i stand til å pumpe malmen fra reléenheten , langsgående flottører som også virker som bufferlagrings-beholdere for malmen, en eller flere elektriske generatorenheter som leverer den effekt som behøves for drift av den undersjøiske stasjon, reléenheten og sankekjøretøyene, et system av horisontalt- og vertikaltvirkende fremdriftsorganer til å vedlikeholde stasjonens kurs og høydestilling, og et system til å styre og drive pumpene og fremdriftsorganene.

3. Utstyr som angitt i krav 2,karakterisertved at de langsgående flottører ved hjelp av rør er forbundet med en koblingsboks til å forbinde malmhevnings- og laste-ledningene.

4. Utstyr som angitt i krav 1,karakterisertved at reléenheten ytterligere omfatter: en styre- og drivinnretning som er i stand til å utøve et antall forhåndsprogrammerte funksjoner og utføre instruk-sjoner gitt fra skipet eller den undersjøiske stasjon via styresystemet, et system av fremdriftsorganer og vertikalstabilisatorer til å holde en kurs i forhold til den undersjøiske stasjon, og elektriske motorer til å drive hydrauliske enheter som leverer vann under trykk som behøves for driften av kjøre-tøyenes hydrauliske motorer.

5. Utstyr som angitt i krav 4,karakterisertved at reléenhetens malmlagrings-, sorterings- og vaske-organer omfatter en silo montert på en plattform.

6. Utstyr som angitt i krav 5,karakterisertved at siloen ved sin øvre del har flere tangentialt plasserte innløp som gir en naturlig hvirvlingseffekt i siloen, og som hvert ved en pumpe er forbundet med et rør til å heve malmen fra et sankekjøretøy.

7. Utstyr som angitt i krav 6,karakterisertved at et gitter i form av en nedad avsmalnende konus er plassert innenfor siloen og under innløpene for å sortere ut malmen ved tyngdekraftvirkning.

8. Utstyr som angitt i krav 5, 6 eller 7,karakterisert vedat ledningen til å heve malmen til skipet gjennom den undersjøiske stasjon strekker seg inn i siloen og ender ovenfor gitteret.

9. Utstyr som angitt i krav 1,karakterisertved at det for hvert kjøretøy anordnede system til å behandle den ved hjelp av i og for seg kjente begerverk opp-samlede malm, omfatter: et system av over hinannen anbragte transportbånd som bevirker utsortering av malmen ved å avvise ikke-utvalgt malm samt sedimenter gjennom en trakt, en skrue som er anordnet under transportbåndet og fjerner gangart fra malmen samt tømmer den ut i en tank, og vaskefordelere anordnet ovenfor transportbåndene.

10. Utstyr som angitt i krav 9,karakterisertved at transportbåndene dannes av en gitteranordning med kalibrerte gap eller masker.

11. Utstyr som angitt i krav 9,karakterisertved at tanken er forbundet med røret til å heve malmen opp til reléenhetens silo.