CN103587956B - 深海采矿环形管道分段提升输送装置 - Google Patents

Abstract

一种深海采矿环形管道分段提升输送装置，总支撑管由一段以上支撑管经法兰固定成，其内安装电动液压泵站、浮力空气舱，接力泵、料斗，支撑管外电缆槽内安装电力、控制电缆，总支撑管上、下端与采矿船起重装置及牵引钢丝连接；输送管为环形管道，由前、后断开的前、后输送管环绕在支撑管上，最上、下一段支撑管上的后、前输送管与矿砂输出泵、软性输送管连接，支撑管依次连接的后输送管上端与前段前输送管上端连接，下端与料斗配合，接力泵进、出口与料斗、后输送管连接。分段提升输送不会发生矿物质自由落体重力效应，提升距离更远，液压泵站减少装置在水下重量为接力泵、全方向螺旋桨提供动力，防止支撑管扭曲变形，若发生堵塞，接力泵反转疏通，适宜大颗粒状矿物质输送。

Description

深海采矿环形管道分段提升输送装置

技术领域

本发明涉及一种深海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上用的深海采矿环形管道分段提升输送装置，可广泛用于深水锰结核、泥矿及多金属矿的开采输送领域。

背景技术

目前已知的采用管道输送的方式，是将深水集矿装置采集到的矿物质通过其输送泵、输送软管、矿仓、刚性扬矿管，将其输送到水面的采矿船，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，水下各物质比重也各异，矿物质在管道水力垂直向上输送时，比重较重的水下物质会因自由落体的效应，达到一定高度后其比重较重的物质将无法向上输送，造成矿物质在刚性扬矿管内沉底现象，从而堵塞输送管道，因此其输送效率低、实用性差，目前深海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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种深海采矿环形管道分段提升输送装置，达到将深海矿物质输送到水面采矿船的目的，其装置安装使用方便，有效解决了深海采矿的技术瓶颈，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：深海采矿环形管道分段提升输送装置，包括采矿船、总支撑管、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第一浮力空气舱，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接力泵和料斗，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；所述输送管为环形管道由前、后输送管构成，所述的前、后输送管均为前、后断开的，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，最上一段支撑管上的前输送管上端与采矿船上矿砂输出泵连接，最下一段支撑管上的前输送管的下端与集矿装置上的软性输送管连接，依次连接的各段支撑管上的后输送管的上端与前一段支撑管上的前输送管的下端连接，前输送管的上端与各段支撑管上的料斗配合，所述接力泵上的接力泵进口与料斗配合，接力泵出口与后输送管下端连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：因采用的输送管为环形管道，并呈螺旋形向上提升输送结构，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，在每段支撑管内都安装有带电动液压泵站的浮力空气舱和不带电动液压泵站的浮力空气舱，不仅减少整个装置的重量，同时电动液压泵站为接力泵及全方向螺旋桨提供动力，水下电动机在干燥的环境下运转，使用更安全可靠。

在各段支撑管上的输送管都断开分成前后两段，若那段支撑管外侧的输送管内发生堵塞现象，只要将那段内的接力泵反转，使堵塞物向下从接力泵的进口处喷出，并分别从溢流孔、排渣孔排出，能迅速排除输送管内的堵塞故障，大大提高输送效率。

集矿装置上的空气密封舱内安装的电动液压泵站，不仅减少装置的重量，也为集矿装置上的吸矿泵及八爪驱动轮作动力用。

为防止复杂的海底洋流、气流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内螺旋桨，在超深情况下，内螺旋桨可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，不仅设计合理又使集矿装置高效工作。

组成总支撑管的各段支撑管法兰处的输送管间的连接，均采用柔性管接头进行连接，能补偿伸缩，连接牢靠，使用更安全、可靠。此装置特别适宜输送大颗粒状的矿物质。

附图说明

图1、本发明的结构示意图。

图2、每段支撑管、输送管外形结构示意图。

图3、每段支撑管、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，现场施工情况需要，相距100～1000米长为一段支撑管，总支撑管由两段以上的多段支撑管21，经连接件支撑管法兰22固定连接成的整体，如图1、图2所示。

浮力空气舱20、第一浮力空气舱20′由上、下均为半圆形的盖板31，挡板32及部分支撑管21的内壁构成，仅长度不一样，第一浮力空气舱20′长度大于浮力空气舱20，可减少整个装置的重量，增加浮力，如图3所示。

在构成总支撑管的每段支撑管21内，安装有两个以上的第一浮力空气舱20′，及安装有第一电动液压泵28的浮力空气舱20，第一电动液压泵为接力泵24和全方向内螺旋桨33提供动力。

在浮力空气舱20的上方或下方的支撑管21内，安装全方向内螺旋桨33和接力泵24，与全方向内螺旋桨33相对应的支撑管21周边壁上开有导流孔34，全方向内螺旋桨33在支撑管内能360度旋转，便于深水的进、出不受海底洋流涌动，彻底避免了外力对支撑管的扭曲变形。

料斗40为上下相通的开口圆锥体，焊接或用紧固件固定在支撑管21的内壁上。

输送管为环形管道，在每段支撑管上的料斗和接力泵24处，输送管断开成相贯通的两部分，断开成形状、大小相同的前、后两段，即前、后输送管23、23′间隔、平行固定在各段支撑管21上。

前输送管23的上端伸入料斗40上进口内，料斗40上边缘处的支撑管管壁上有溢流孔38、下边缘处的支撑管管壁上有排渣孔36，料斗40下出口伸入接力泵进口29内，接力泵进口29与料半配合，依次连接的各段支撑管上的后输送管23′的上端与前段支撑管上的前输送管23的下端连接，前输送管的上端与各段支撑管上的料斗40进行配合，经接力泵出口30与后输送管23′的下端连接，若是最上一段支撑管内的后输送管23′则其的上端与采矿船11上的砂矿输出泵12连接，如图1所示。

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前、后输送管23、23′间的连接，或前、后输送管各自的连接，均采用柔性管接头25进行连接，能补偿伸缩连接方便，使用更安全、可靠，如图2所示。

滑撬板49上安装的集矿装置41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，其上的空气密封舱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进行精确定位移动，并根据海洋风流、洋流等因素进行实地调整。总支撑管上端固定在采矿船的起重装置15上、下端与集矿装置上的牵扯引钢丝绳45相连，由钢丝绳13、滑轮14构成起重装置15。

开始工作时，从下向上先启动吸矿泵47、接力泵24、矿砂输出泵12等各泵，从而将海底面上的矿物质51从吸矿管48经吸矿泵47、软性输送管46、前、后输送管23、23′、柔性管接头25、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，提高输送效率。

若那段支撑管21外侧的输送管内在输送过程中发生沉淀堵塞时，这时将那段支撑管内的接力泵24反转，使输送管内的堵塞物向下从接力泵的进口处喷出，并从上、下端处的溢流孔38、排渣孔36往支撑管21外排出深海，能迅速排除输送管内的堵塞故障，然后节节向上正常输送出去，最后与采矿船11上的矿砂输出泵12连接，完成提升输送任务，使用方便快捷。

Claims (9)

1.一种深海采矿环形管道分段提升输送装置，包括采矿船（11）、总支撑管（2）、输送管、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（21）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第一浮力空气舱（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）内还安装有接力泵（24）和料斗（40），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；所述输送管为环形管道由前、后输送管（23、23′）构成，所述的前、后输送管均为前、后断开的，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，最上一段支撑管上的前输送管（23）上端与采矿船上矿砂输出泵（12）连接，最下一段支撑管上的前输送管（23）的下端与集矿装置（41）上的软性输送管（46）连接，依次连接的各段支撑管（21）上的后输送管（23′）的上端与前一段支撑管（21）上的前输送管（23）的下端连接，前输送管的上端与各段支撑管上的料斗（40）配合，所述接力泵（24）上的接力泵进口（29）与料斗（40）配合，接力泵出口（30）与后输送管（23′）下端连接。

2.根据权利要求1所述的深海采矿环形管道分段提升输送装置，其特征在于所述浮力空气舱（20）和第一浮力空气舱（20′）由上、下端均为半圆形的盖板（31），挡板（32）及部分支撑管（21）的内壁构成，仅长度不一样，在相距100～1000米的每段支撑管（21）内腔中安装两个以上的第一浮力空气舱（20′），及安装有第一电动液压泵站（28）的浮力空气舱（20）。

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

4.根据权利要求1所述的深海采矿环形管道分段提升输送装置，其特征在于所述输送管为各支撑管上由形状、大小相同，断开的前、后输送管（23、23′）构成，各段输送管其间经过支撑管法兰（22）处，用柔性管接头（25）连接。

5.根据权利要求1所述的深海采矿环形管道分段提升输送装置，其特征在于所述支撑管内腔浮力空气舱（20）的上或下方安装有全方向内螺旋桨（33）和接力泵（24），与全方向内螺旋桨（33）相对应的支撑管（21）周边壁上还开有导流孔（34）。

6.根据权利要求1所述的深海采矿环形管道分段提升输送装置，其特征在于所述采矿船（11）的前、后处安装有全方向螺旋桨（16）。

7.根据权利要求1所述的深海采矿环形管道分段提升输送装置，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。

8.根据权利要求1所述的深海采矿环形管道分段提升输送装置，其特征在于所述料斗（40）为上、下相通开口的圆锥体，焊接或用紧固件固定在支撑管（21）的内壁上。

9.根据权利要求4所述的深海采矿环形管道分段提升输送装置，其特征在于所述输送管为环形管道，前、后输送管（23、23′）间隔、平行环绕敷设并固定在各段支撑管（21）上，在每段支撑管上的料斗（40）和接力泵（24）处，输送管断开成相贯通的两部分，前输送管（23）的上端伸入料斗（40）上进口内，料斗（40）上边缘处的支撑管管壁上有溢流孔（38）、下边缘处的支撑管管壁上有排渣孔（36），料斗（40）下出口伸入接力泵进口（29）内，经接力泵出口（30）与后输送管（23′）的下端连接。