CN104487634B - 一种自清洁收集装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于收集海底材料的自清洁收集装置及方法。所述在海底操作的收集装置在吸浆管道的前方具有多个旋转盘，清除部件定位在相邻盘之间。在收集期间所述一个或多个清除部件逐出卡在盘中的任何过大材料并防止进入吸浆管道，从而防止由过大材料充塞吸浆管道而引起的堵塞。

Description

一种自清洁收集装置及方法

技术领域

本发明整体涉及海底采矿和收集操作。更具体地，本发明涉及但不限于海底收集装置。

背景技术

通常通过挖泥执行海床挖掘，例如以获取有价值的冲积砂矿或保持航道通航。吸泥包括将管道或管子的收集端定位在待挖掘海床材料的附近，和使用地面泵以产生负压差来将水和附近的海底沉积物吸入并上升到管道中。绞吸式挖泥还在吸入口处或附近提供刀头来释放压实的土壤、砾石甚至硬岩石以被吸入管道中。

现有技术挖泥设备的问题是吸入口或管道会被大块的“过大”材料堵塞。防止过大材料堵塞管道的一种方法是在管道的入口端上放置筛。然而，这通常只是将问题转移到筛，并且过大材料可以在筛上聚集在入口处引起堵塞。

任何这种堵塞都是非常不希望的，因为他们降低了操作的效率。在显著的水深处，例如超过1000米，他们会变得尤其棘手，因为不可能容易地实施维护或将设备取回地面上。

对本发明说明书中所包括的文献、行为、材料、设备、物品等的任何论述仅是为了提供本发明的背景。任何或所有这些内容不应被看作形成本发明相关领域的现有技术基础的一部分或者是公知技术常识，如存在于本申请的各个权利要求的优先权日之前。

发明目的

本发明的目的是克服或至少缓解一个或多个上述问题并且/或者向消费者提供有用的或者商业的选择。

本发明的其他优选目的将通过以下描述变得显而易见。

发明内容

在一种形式中，尽管不需要是唯一的或实际上最宽泛的形式，本发明属于在海底上操作的一种收集装置，所述装置包括设置在吸浆管道前方的多个盘和一个或多个清除部件，各个所述一个或多个清除部件至少部分地定位在所述多个盘的相邻盘之间。

所述多个盘优选附接至轴。轴通常操作地连接到至少一个马达。所述多个盘优选沿轴的至少部分均匀地隔开。所述多个盘的相邻盘优选以对应于被吸入吸浆管道中的材料的预先确定的最大尺寸的预先确定距离彼此隔开。所述多个盘优选邻近同样限制吸入吸浆管道的粒度的后壳板定位。

至少一个螺旋输送器优选邻近所述多个盘设置。更加优选地，至少一个螺旋输送器附接至轴。螺旋输送器优选布置成促使材料处于平行于轴的轴线的方向。平行于轴的轴线的方向优选朝向所述多个盘。在一种优选形式中，两个螺旋输送器附接至轴，在所述多个盘的每侧上各有一个。所述两个螺旋输送器优选布置成相对配置使得它们都沿轴的轴线朝着它们之间的多个盘吸引材料。

浆入口优选是吸入口。收集装置通常包括流体地连接至浆入口的泵。浆入口可具有限制吸进浆入口的超过预先确定大小的材料的筛。然而在一种优选形式中，浆入口不具有筛并且被布置使得所述多个盘和所述一个或多个清除部件限制吸进浆入口的超过预先确定尺寸的材料。优选地，所述一个或多个清除部件被布置使得超过预先确定大小的材料越过清除部件和多个盘的顶部，优选落在收集装置的后方使得过大材料不会耽搁海底收集活动的进程。

所述一个或多个清除部件优选是多个清除部件。更加优选地，清除部件的数量对应于所述多个盘之间间隔的数量，各对相邻盘之间设置一个清除部件。各个所述一个或多个清除部件通常附接至支撑部件。

各个所述一个或多个清除部件优选是指状物的形式。所述一个或多个清除部件优选与支撑部件一体地形成具有多个指状物的清除梳。清除梳优选邻近所述多个盘安装，使得指状物定位在各对相邻盘之间。清除梳优选相对于向前的行进方向安装在浆入口的前方。

在一种替代形式中，所述一个或多个清除部件可适应旋转，优选绕公共轴。各个所述一个或多个清除部件可具有多个指部件，优选绕轴的轴线径向地设置。

优选地，收集装置还包括刀头。刀头通常是滚筒剪切机头(drum shearer head)。刀头优选相对于向前的行进方向布置在所述多个盘的前方。

优选地，收集装置是移动的。收集装置优选在海底上驱动。收集装置更优选是履带安装的。

在另一种形式中，本发明属于防止碎片堵塞浆入口的方法，所述方法包括以下步骤，相对于一个或多个清除部件旋转多个盘使得卡在各相邻盘之间的碎片被所述一个或多个清除部件逐出。

碎片优选是超过预先确定大小的或过大的海底材料。小于预先确定大小的海底材料优选不受所述一个或多个清除部件的阻碍穿过所述多个盘到浆入口。

在一种形式中，所述方法还包括旋转至少一个清除部件的步骤。所述清除部件优选以与所述多个盘相同的方向旋转。

进一步地，本发明提供适于在一些实施例中部署在显著水深处的收集装置。例如一些实施例可以是在大于约400米、更优选大于100米并且更优选大于1500米深度处可操作的。然而应该意识到本发明的一些实施例还可展示一种用在如100米的浅水中或其他相对浅的水下应用中的有用的海底采矿选择。因此应当认识到，对海底或海床的引用不意味着排除在不论咸水、微咸水或淡水的湖底、河口底、峡湾底、海峡底、海湾底、港口底等采矿或挖掘的本发明的应用，并且这些应用都包括在本说明书的范围内。

本发明的进一步的特征将通过以下详细描述变得显而易见。

附图说明

为帮助理解本发明，并且使本领域技术人员能够将本发明付诸于实际应用中，本发明的优选实施例将参照附图仅以示例方式描述，其中：

图1示出本发明的实施例的收集部分的立体图；

图2示出图1中所示的本发明的实施例的收集部分的前视图；

图3示出本发明的实施例的示意性侧视图；

图4示出处于不同位置的图3中所示的本发明的实施例的示意性侧视图；

图5示出本发明的实施例的收集部分的示意性剖视图；以及

图6示出本发明的替代实施例的收集部分的示意性剖视图。

具体实施方式

参照附图的图1、2、3和4示出了收集装置的收集部分20。收集部分20包括设置在吸浆管道21(图1和图2未示出，见图5和图6)前方的多个盘22，所述吸浆管道21放置成从所述多个盘22接收海底材料。指状物形式的清除部件24设置在盘22之间，单个清除部件24布置在各对相邻盘22之间。

盘22附接至中心轴23(图2中可最清楚地看到)。中心轴23连接至马达36，马达36附接至框架30。螺旋输送器28在盘22的两侧附接至中心轴36。布置螺旋输送器28使得在使用中当中心轴23旋转时，附近的材料被螺旋输送器28向内驱使朝向所述多个盘24和吸浆管道21。

清除部件24附接至支撑部件26，所述支撑部件26固定至框架30。清除部件24和支撑部件26一起形成清除梳。在一种实施例中清除部件24是与支撑部件16一体的指状物。

框架30包括导向器32。滑橇24附接至框架30和导向器32。

框架30可枢转地附接至支撑臂38。缸40附接在支撑臂38与框架30之间。连接缸40使得它们可被用来调整框架30相对于支撑臂38的角度。

图3和图4示出具有邻近海底70的收集部分20的收集装置10。收集装置10还包括刀头50。图3示出处于上方位置的刀头50，而图4示出处于下方位置的刀头50。收集装置10还包括履带60使得收集装置10可在海底70来回运动。

图5图解说明了示出附接至中心轴23的单个盘22的收集部分20的截面视图。清除部件24被配置使得它定位在后壳板和吸浆管道21前方的相邻盘22之间。清除部件24和盘22相对于吸浆管道21的定位限制可进入吸浆管道21的任何颗粒的大小。

参考图1至图5在使用中，收集装置10定位在海底70上。收集装置10通常是远程操作的，例如从水面船舶或平台(未示出)。应该认识到收集装置10可自主地操作。

收集装置10在海底70来回运动，同时刀头50沿海底70运动将海底70的部分加工成如浆体的适合运输的切屑(未示出)。如图3和图4中所示，刀头50可以被操控，例如向上和向下，以一次加工海底70的较大部分。加工过的切屑向下掉落并降落在收集部分20前方的海底70上。

随着收集装置10通过履带60向前运动，收集部分20从海底70收集切屑。随着收集装置10向前运动，收集部分20在滑橇34上“骑”在海底70上。框架30相对于支撑臂38的角度可通过伸长或缩回缸40进行调整以适应海底70的改变。

收集部分20的导向器32适合于使切屑向内偏转朝向螺旋输送器28和盘22。螺旋输送器28和盘22通过马达36旋转。螺旋输送器28的旋转促使螺旋输送器28周围的切屑向内朝向盘22。

吸浆管道21吸引包括切屑的，与海水一起形成浆体的松散海底材料，所述浆体经由浆体转移管道(未示出)被从收集装置10转移至另外的位置，例如上升管或储存场地。

松散海底材料通过盘22之间的空间被吸入吸浆管道21。刀头50通常布置成产生预先确定大小的切屑，或者至少不大于预定大小的切屑。然而，可能来自海底或切屑的过大材料(超过预先确定大小的碎片)可卡在相邻盘22之间。随着盘22旋转，过大材料随盘22提升至清除部件24，并且清除部件24将过大材料从盘22逐出。被逐出的过大材料越过清除部件24和支撑部件26的顶部，允许收集设备继续收集，虽有过大材料的存在但是在收集设备的前方不会有过大材料的聚集。过大材料可在进一步通过收集装置10时被加工。

参考图6，根据本发明的替代实施例，图中示出了横截面示意图，其示出了盘22和清除部件24。清除部件24具有绕轴27径向地延伸的三个指部件25。应该意识到通常有多个清除部件24附接至轴27，并且各个清除部件24至少部分地定位在相邻的一对盘22之间。

参考图6，在使用中浆体通过盘22之间的空间被吸入吸浆管道21。盘22和清除部件24(图6中只示出了一个)都以顺时针方向旋转。卡在相邻盘22之间的任何过大材料会随盘22旋转。一旦过大材料(未示出)随盘22旋转至清除部件24，清除部件24的指部件25随指部件25旋转将过大材料从盘22逐出并提升出去。

本发明有利地提供过滤过大材料(即，超过预先确定大小的碎片)防止进入吸浆管道的用于收集海底材料的装置及方法。另外，盘22通过它们与清除部件24的关系是自清洁的，显著降低了堵塞发生的可能性和/或由于过大材料而对维护的需要。本发明改善了收集机器的效率并且增加了收集机器的可靠性，使海底采矿操作得到改善。

整个说明书的目的在于描述本发明而不将本发明局限于任何一种实施例或特定的特征集合。相关领域技术人员可以实现特定实施例的变化但仍然属于本发明的范围。例如，来自一种实施例的单个特征可与另一实施例结合。

应认识到，可对所描述的实施例做出各种其他的改变和修改而不脱离本发明的精神和范围。

在整个说明书中，词语“包括(comprise)”或其变化形式如“包括(comprises)”或者“包括(comprising)”应被理解为意指包括所阐明的要素(element)、整体(integer)或步骤(step)，或者要素、整体或步骤的组，但不排除任何其他要素、整体或步骤，或者要素、整体或步骤的组。

Claims (14)

1.一种在海底操作的收集装置，所述装置包括：

多个盘，其设置在吸浆管道的入口的前方；以及

一个或多个清除部件，所述一个或多个清除部件中的每个至少部分地定位在所述多个盘的相邻盘之间；

其中，所述一个或多个清除部件被布置使得超过预先确定大小的材料越过清除部件和多个盘的顶部，使得所述超过预先确定大小的材料掉落在收集装置的后方。

2.根据权利要求1所述的收集装置，其中，所述多个盘附接至轴，所述轴操作地连接到至少一个马达。

3.根据权利要求2所述的收集装置，其中，所述多个盘沿轴的至少部分均匀地隔开，并且其中，所述多个盘的相邻盘以对应于被吸入吸浆管道中的材料的预先确定的最大尺寸的预先确定距离彼此隔开。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的收集装置，还包括附接至轴且与所述多个盘相邻的至少一个螺旋输送器，其中，螺旋输送器布置成促使材料平行于轴的轴线朝向所述多个盘。

5.根据权利要求4所述的收集装置，其中，两个螺旋输送器以相对的配置附接至轴，所述多个盘的每侧各有一个螺旋输送器。

6.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的收集装置，其中，所述多个盘邻近限制吸入吸浆管道的颗粒大小的后壳板定位。

7.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的收集装置，其中，各个清除部件是指状物的形式。

8.根据权利要求7所述的收集装置，其中，指状物与支撑部件一体地形成清除梳，其中，清除梳相对于向前的行进方向安装在吸浆管道的入口的前方。

9.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的收集装置，其中，所述一个或多个清除部件能够绕公共轴旋转。

10.根据权利要求9所述的收集装置，其中，所述一个或多个清除部件具有绕公共轴的轴线径向地设置的多个指部件。

11.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的收集装置，还包括相对于向前的行进方向布置在所述多个盘的前方的刀头。

12.一种防止碎片堵塞吸浆管道的入口的方法，所述方法包括相对于一个或多个清除部件旋转设置在吸浆管道的入口的前方的多个盘，使得卡在各相邻盘之间的碎片被所述一个或多个清除部件逐出并越过清除部件和多个盘的顶部掉落在收集装置的后方，其中逐出卡在各相邻盘之间的碎片包括逐出超过预先确定大小的海底材料。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括以与所述多个盘相同的方向旋转所述一个或多个清除部件的步骤。

14.一种收集海底材料的方法，所述方法包括操作根据权利要求1至11中任意一项权利要求所述的收集装置，和从收集装置的吸浆管道收集海底材料。