CN103587955A - 深水采矿环形管道提升输送装置 - Google Patents

Abstract

一种深水采矿环形管道提升输送装置，总支撑管由一段以上支撑管经连接件固定成整体，支撑管内有带电动液压泵站的浮力空气舱和浮力空气舱、中间接力泵，支撑管外侧电缆槽内安装电力、控制电缆，总支撑管上下端分别与采矿船起重装置及牵引钢丝绳连接；提升输送管为环形螺旋管道，螺旋形环绕固定在支撑管上，其上下端分别与矿砂输出泵、软性输送管连接。提升输送管螺旋形提升输送，不会发生矿物质在管道内因自由落体重力效应，使提升输送距离达到更远，支撑管内浮力空气舱内安装的电动液压泵站，不仅减少整个装置的水下重量，还给中间接力泵和全方向螺旋桨提供工作动力，使用更安全、可靠，全方向螺旋桨、导流孔引进深水产生反作用力防止支撑管发生扭曲变形。

Description

深水采矿环形管道提升输送装置

技术领域

本发明涉及一种深水采矿用的提升输送装置，特别是一种将深水矿物质输送到水面采矿船用的深水采矿环形管道提升输送装置，可广泛用于深水锰结核、泥矿、多金属矿及水下可燃冰的开采输送领域。

背景技术

目前深水采矿提升输送技术仍是国际技术难题，成为深水采矿的技术瓶颈。

专利号01136098.4“水力提升海底矿物方法及装置”虽提供了一种管道输送方法，将深水集矿装置采集到的矿物质通过输送泵、软管、间矿仓、刚性扬矿管将其输送到水面采矿船，刚性扬矿管是垂直向上输送的，因此无法向上长距离垂直输送，而且矿物质比重比水大，矿物质在管道中垂直向上输送时因自由落体的作用，在达到一定高度后其矿物质无法再向上输送，造成矿物质在刚性扬矿管内沉底的现象，因此其输送效率极低，实用性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种深水采矿环形管道提升输送装置，达到将深水矿物质输送到水面采矿船的目的，其装置简单、安装、使用、方便，有效解决了深水采矿的技术瓶颈，并提升输送效率高、实用性强。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：深水采矿环形管道提升输送装置，包括采矿船、总支撑管、提升输送管、集矿装置，所述总支撑管由一段以上的支撑管经连接件固定成的整体，所述支撑管内安装有两个以上的浮力空气舱，和安装有第一电动液压泵站的浮力空气舱，所述支撑管内还安装有中间接力泵，所述支撑管外侧与电缆槽连接成整体，电缆槽内安装有电力、控制电缆，所述总支撑管上端固定在采矿船的起重装置上，下端与集矿装置上的牵引钢丝绳相连；所述提升输送管为环形管道，沿支撑管外侧按螺旋形环绕固定在支撑管上并敷设到设计高度，上端与采矿船上矿砂输出泵连接，下端与集矿装置上的软性输送管连接，所述中间接力泵的接力泵进、出口两端与提升输送管连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：因采用环形螺旋管道向上提升输送的方案，大大提高了输送效率，有效解决目前国际技术难题，其安装简单、使用、方便，因提升输送管沿支撑管外侧由下向上作螺旋形提升输送，不会发生矿物质在管道内因自由落体的重力效应，使矿物质提升输送距离达到更远并可行，在每段支撑管内设置有浮力空气舱，舱内还安装有电动液压泵站，不仅能减少整个系统的水下重量，还给中间接力泵和全方向螺旋桨工作提供动力，水下电动机在干燥的环境下运转，使用更安全、可靠，在集矿装置上也设置有空气密封舱，同样可减少此装置在水下的重量，密封舱内安装的第二电动液压泵站为集矿装置上的吸矿泵，八爪驱动轮作动力用。

为防止复杂的海底洋流、气候对支撑管造成的外载伤害，使支撑管发生扭曲变形的情况，在支撑管内还设置了全方向螺旋桨，在超深情况下，螺旋桨可360度全回转，通过导流孔引进深水，形成与海底洋流相反的作用力来抵消外力，彻底避免了支撑管的扭曲变形，使支撑管能时刻处于正常的作业状态。

集矿装置上安装有四轮八爪驱动轮，根据需要可驱动集矿装置向不同方向行走，设计合理又使集矿装置高效工作。

在各段支撑管法兰处提升输送管间的连接，采用柔性管接头进行连接，能补偿伸缩使连接牢靠，使用更安全可靠。此装置为全封闭输送，特别适宜流体状矿物质及水下可燃冰的输送。

附图说明

图1、本发明的结构示意图。

图2、每段支撑管、提升输送管外形结构示意图。

图3、每段支撑管、提升输送管内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

总支撑管2长度根据设计要求，由一段以上的支撑管21经连接件支撑管法兰22固定成的整体，如图1所示。

在每段支撑管21的内腔中有由上、下半圆形的盖板31和挡板32及部分支撑管21的内壁构成的浮力空气舱20、20′，仅长度不一样，浮力空气舱20′长度大于浮力空气舱20，可减少整个装置的重量，如图3所示。

根据现场情况的需要，在每隔100～1000米构成的一段支撑管内安装有两个以上的浮力空气舱20′，在每段支撑管21的浮力空气舱20内，安装有第一电动液压泵站28，为中间接力泵24和全方向螺旋桨33提供动力，浮力空气舱20的上或下方的支撑管21内安装全方向螺旋桨33，与全方向螺旋桨33相对应的支撑管21周边壁上开有导流孔34，便于深水的进出,使全主向螺旋桨产生推力，彻底避免了外力对支撑管的扭曲变形。

全方向螺旋桨33的下方处的支撑管内腔中，还安装有中间接力泵24，中间接力泵进、出口29、30分别与提升输送管23连接，串接在提升输送管23中。

电缆槽26通过横向的电缆支架27固定在各段支撑管21上，电缆槽一侧开口，电力、控制电缆线35依次嵌入电缆槽内，并按设计要求接上接线柱并捆扎固定好，不会从电缆槽中脱出。

各段支撑管上缠绕的提升输送管23在经过支撑管法兰22连接处时，提升输送管23间采用柔性管接头25进行连接，能补偿伸缩连接方便牢靠、使用更安全，如图2所示。

滑撬板49上安装的集矿装置为滑撬式自行集矿装置，集矿装置41上安装有软性输送管46、吸矿泵47、吸矿管48，在集矿装置41上的空气密封舱43内安装有第二电动液压泵站44。

使用时，采矿船11到达预定设计位置后，利用GPS通过前、后全方向螺旋桨16使采矿船能360度旋转，对采矿船11进行精确定位和移位，并根据海洋风流、洋流等因素进行实地调整。

采矿船11上安装连接有滑轮14、钢丝绳13的起重装置15，将连接有集矿装置41的支撑管21，提升输送管23放入深水中，依序连接支撑管21并下降到预定设计矿区海底面51位置，停止后扣住，同时使集矿装置上的牵引钢丝绳45保持一定的松度。

开始工作时从下向上先启动吸矿泵47、中间接力泵24、矿砂输出泵12，从而将海底面51上的矿物质从吸矿管48经吸矿泵47、软性输送管46、提升输送管23、柔性管接头25、中间接力泵24及矿砂输出泵12，将矿物质输送到采矿船11上，达到深水采矿的目的。

根据需要集矿装置41上装有八爪驱动轮42可驱动，使其向不同方向行进，按要求路线行进采集矿物质。

Claims (7)

1.一种深水采矿环形管道提升输送装置，包括采矿船（11）、总支撑管（2）、提升输送管（23）、集矿装置（41），其特征在于所述总支撑管（2）由一段以上的支撑管经连接件固定成的整体，所述支撑管（21）内安装有两个以上的浮力空气舱（20′），和安装有第一电动液压泵站（28）的浮力空气舱（20），所述支撑管（21）内还安装有中间接力泵（24），所述支撑管外侧与电缆槽（26）连接成整体，电缆槽（26）内安装有电力、控制电缆（35），所述总支撑管（2）上端固定在采矿船（11）的起重装置（15）上，下端与集矿装置（41）上的牵引钢丝绳（45）相连；所述提升输送管（23）为环形螺旋管道，沿支撑管外侧按螺旋形环绕固定在支撑管（21）上并敷设到设计高度，上端与采矿船上矿砂输出泵（12）连接，下端与集矿装置上的软性输送管（46）连接，所述中间接力泵（24）的接力泵进、出口（29、30）两端与提升输送管（23）连接。

2.根据权利要求1所述的深水采矿环形管道提升输送装置，其特征在于所述浮力空气舱（20）、（20′）由上、下端半圆形的盖板（31）和挡板（32）及部分支撑管（21）的内壁构成，在间隔100～1000米的每段支撑管（21）内腔中安装两个以上的浮力空气舱（20′），和安装第一电动液压泵站（28）的浮力空气舱（20），浮力空气舱（20′）长度大于浮力空气舱（20）。

3.根据权利要求1所述的深水采矿环形管道提升输送装置，其特征在于所述电缆槽（26）通过横向的电缆支架（27）固定在各种支撑管（21）上。

4.根据权利要求1所述的深水采矿环形管道提升输送装置，其特征在于所述总支撑管（2）由各段支撑管（21）经连接件支撑管法兰（22）固定成的整体。

5.根据权利要求1或4所述的深水采矿环形管道提升输送装置，其特征在于所述提升输送管（23）在经过支撑管法兰（22）处，提升输送管（23）间采用柔性管接头（25）连接。

6.根据权利要求1所述的深水采矿环形管道提升输送装置，其特征在于所述支撑管内腔浮力空气舱（20）的上方或下方安装有全方向螺旋桨（33）和中间接力泵（24），与全方向螺旋桨（33）相对应的支撑管（21）周边壁上还开有导流孔（34）。

7.根据权利要求1所述的深水采矿环形管道提升输送装置，其特征在于所述采矿船（11）安装有前、后全方向螺旋桨（16）。

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