CN106121656A - 一种深海海底集矿装置及其集矿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种深海海底集矿装置及其集矿方法，该装置包括水力集矿系统、筛分系统和履带行进系统，所述水力集矿系统包括水力集矿头、转动螺旋板、水射流装置、电机、螺旋吸矿罩、从动轮、集矿头车体连接部件、所述筛分系统包括旋转筛筒、出矿口，所述履带行进系统包括履带装置。本发明提出的深海海底集矿装置及其集矿方法，能够提高集矿效率，高效节能，减少海底采矿过程中对海床表面生态环境的破坏。
Description
技术领域
本发明涉及一款基于龙卷风裹挟原理的海底浮式集矿装置，且特别涉及一种深海海底集矿装置及其集矿方法。
背景技术
随着世界工业和经济的高速发展，矿产资源消耗量急剧增加，陆地矿产资源在全球范围内日趋短缺甚至枯竭，人类将目光转向占地球表面积71％的海洋，海洋矿产资源开采是弥补陆地资源枯竭的有效方式。
海洋是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在资源基地。除海洋石油气资源和海滨矿砂外，海底目前已知有商业开采价值的还有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金、银金属等，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。2013年我国又正式获得一块太平洋富钴结壳矿区。显然，深海矿产资源的开发必须依赖深海采矿装置进行。2015年5月19日公布的《中国制造2025》为“制造强国”战略指明了方向，把“海洋工程装置及高科技船舶”归为重点突破的十大战略领域之一，着重进行先进海洋工程装置的研发和国有化。
现在国际普遍的采矿技术可分为两种。一是机械式开采。它利用长长的链斗或海底机器人把海底表面的矿石收集起来，然后运用传送带提上来。由于的深海地形，深海动力、深海通信等，该方式工作范围，工作效率受到严重的限制。二是浮式开采。它利用高速对射水流把海底矿石吹起，通过泵和管道以水力或气力方式将矿石从海底提升。该方式受深海环境影响较小，但耗能大，采集的矿石中泥浆多，对深海生态造成的影响较大。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明提出一种深海海底集矿装置及其集矿方法，能够提高集矿效率，高效节能，减少海底采矿过程中对海床表面生态环境的破坏。
为了达到上述目的，本发明提出一种深海海底集矿装置，包括水力集矿系统、筛分系统和履带行进系统，所述水力集矿系统包括水力集矿头、转动螺旋板、水射流装置、电机、螺旋吸矿罩、从动轮、集矿头车体连接部件、所述筛分系统包括旋转筛筒、出矿口，所述履带行进系统包括履带装置。
进一步的，所述水射流装置沿着水力集矿头进行矩形布置，水射流装置的喷头形成一定角度斜向下布置。
进一步的，所述水射流装置的喷头喷射出16Hz脉动压力的水射流。
进一步的，所述转动螺旋板，两侧反方向且错开一定角度布置，以特定速度转动，同时形成横向和纵向涡流。
进一步的，所述螺旋吸矿罩通过在其内部布置沿一定角度一定大小的螺旋导流板，实现诱导纵向涡流的作用。
进一步的，所述从动轮采用宽截面轮胎，防止承载时陷入海泥。
进一步的，所述集矿头车体连接部件内部设置有液压传动装置，根据海底地形，自适应调节水力集矿头的高度。
进一步的，所述筛分系统由若干个外径不同，筛孔大小不同的同心圆筒构成。
为了达到上述目的，本发明还提出一种深海海底集矿方法，包括下列步骤：
通过履带装置在深海海底行进，在分布有锰结核的海区通过水力集矿系统吸矿；
锰结核在水射流装置喷出的特定频率的低压大流量水射流作用下发生共振，从海泥中被冲刷到海床表面一定距离；
经一对电机的带动，在水力集矿头内转动螺旋板的转动下形成的横向、纵向涡流的流场下，锰结核受到向中心向上的力，进而向心旋升进入水力集矿头内；
通过管道系统传输，进入水力集矿头内部的锰结核经过旋转分筛筒的分筛，不同特征长度的锰结核被依次甩进不同的区域，分筛出来的锰结核经由出矿口输送到外部处理设备。
进一步的，在吸矿的过程中，从动轮起到保证水力集矿头与海泥的相对高度相对稳定的作用，集矿头车体连接部件保证水力集矿系统相对于车体具有一定的自由度，方便吸取不同高度的锰结核。
本发明提出的深海海底集矿装置及其集矿方法，将水力集矿头改造成矩形截面，增加了有效集矿宽度从而提高集矿效率。通过配置从动轮保证水力集矿头距离海床表面的高度在很小的范围内浮动，从而升高集矿效率。旋转螺旋板错开一定角度布置不仅能形成横向螺旋流，将两边的矿物向中间推送，其产生的竖轴旋涡能够有效降低集矿的临界速度，达到高效节能环保的目的。并且诱导形成的螺旋流有效防止集矿管路堵塞，一定程度上抑制海底灰尘扩散，减少海底采矿过程中对海床表面生态环境的破坏。
附图说明
图1所示为本发明较佳实施例的深海海底集矿装置结构示意图。
图2所示为本发明较佳实施例的深海海底集矿装置底面结构示意图。
图3所示为沿图2中A-A方向的剖面结构示意图。
图4所示为本发明较佳实施例的深海海底集矿方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图1～图3，图1所示为本发明较佳实施例的深海海底集矿装置结构示意图。图2所示为本发明较佳实施例的深海海底集矿装置底面结构示意图。图3所示为沿图2中A-A方向的剖面结构示意图。
本发明提出一种深海海底集矿装置，包括水力集矿系统、筛分系统和履带行进系统，所述水力集矿系统包括水力集矿头、转动螺旋板1、水射流装置2、电机3、螺旋吸矿罩4、从动轮5、集矿头车体连接部件6、所述筛分系统包括旋转筛筒8、出矿口9，所述履带行进系统包括履带装置7。
根据本发明较佳实施例，所述水射流装置2沿着水力集矿头进行矩形布置，水射流装置2的喷头形成一定角度斜向下布置。所述水射流装置2的喷头喷射出16Hz脉动压力的水射流，引起海床表面的锰结核颗粒物共振，可有效特高集矿效率，节能环保。
所述转动螺旋板1，两侧反方向且错开一定角度布置，以特定速度转动，同时形成横向和纵向涡流。横向涡流有利于将集矿头两边的锰结核矿物向中间汇聚，纵向涡流即竖轴旋涡，可降低锰结核在海床表面的临界启动速度，节能。
所述螺旋吸矿罩4通过在其内部布置沿一定角度一定大小的螺旋导流板，实现诱导纵向涡流的作用。
所述从动轮5采用宽截面轮胎，防止承载时陷入海泥。并且这组从动轮5可起到保证集矿头与海泥的相对高度相对稳定，从而达到高效吸泥的目的。
所述集矿头车体连接部件6内部设置有液压传动装置，根据海底地形，自适应调节水力集矿头的高度，在有深沟的位置，水力集矿头可在集矿头车体连接部件6内液压传动装置的驱动下被向上举起，跨过深沟。
所述筛分系统由若干个外径不同，筛孔大小不同的同心圆筒构成。旋转筛筒8以一定速度转动可有效分选出特征长度不同的锰结核，特征长度大的锰结核需要进行破碎处理。
请参考图4，图4所示为本发明较佳实施例的深海海底集矿方法流程图，本发明还提出一种深海海底集矿方法，包括下列步骤：
步骤S100：通过履带装置在深海海底行进，在分布有锰结核的海区通过水力集矿系统吸矿；
步骤S200：锰结核在水射流装置喷出的特定频率的低压大流量水射流作用下发生共振，从海泥中被冲刷到海床表面一定距离；
步骤S300：经一对电机的带动，在水力集矿头内转动螺旋板的转动下形成的横向、纵向涡流的流场下，锰结核受到向中心向上的力，进而向心旋升进入水力集矿头内；
步骤S400：通过管道系统传输，进入水力集矿头内部的锰结核经过旋转分筛筒的分筛，不同特征长度的锰结核被依次甩进不同的区域，分筛出来的锰结核经由出矿口输送到外部处理设备。
根据本发明较佳实施例，螺旋吸矿罩4采用独特的螺旋方式，能够产生更大的抽吸力，提高吸矿效率。在吸矿的过程中，从动轮起到保证水力集矿头与海泥的相对高度相对稳定的作用，集矿头车体连接部件保证水力集矿系统相对于车体具有一定的自由度，方便吸取不同高度的锰结核。
综上所述，本发明提出的深海海底集矿装置及其集矿方法，将水力集矿头改造成矩形截面，增加了有效集矿宽度从而提高集矿效率。通过配置从动轮保证水力集矿头距离海床表面的高度在很小的范围内浮动，从而升高集矿效率。旋转螺旋板错开一定角度布置不仅能形成横向螺旋流，将两边的矿物向中间推送，其产生的竖轴旋涡能够有效降低集矿的临界速度，达到高效节能环保的目的。并且诱导形成的螺旋流有效防止集矿管路堵塞，一定程度上抑制海底灰尘扩散，减少海底采矿过程中对海床表面生态环境的破坏。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种深海海底集矿装置，其特征在于，包括水力集矿系统、筛分系统和履带行进系统，所述水力集矿系统包括水力集矿头、转动螺旋板、水射流装置、电机、螺旋吸矿罩、从动轮、集矿头车体连接部件、所述筛分系统包括旋转筛筒、出矿口，所述履带行进系统包括履带装置。
2.根据权利要求1所述的深海海底集矿装置，其特征在于，所述水射流装置沿着水力集矿头进行矩形布置，水射流装置的喷头形成一定角度斜向下布置。
3.根据权利要求2所述的深海海底集矿装置，其特征在于，所述水射流装置的喷头喷射出16Hz脉动压力的水射流。
4.根据权利要求1所述的深海海底集矿装置，其特征在于，所述转动螺旋板，两侧反方向且错开一定角度布置，以特定速度转动，同时形成横向和纵向涡流。
5.根据权利要求1所述的深海海底集矿装置，其特征在于，所述螺旋吸矿罩通过在其内部布置沿一定角度一定大小的螺旋导流板，实现诱导纵向涡流的作用。
6.根据权利要求1所述的深海海底集矿装置，其特征在于，所述从动轮采用宽截面轮胎，防止承载时陷入海泥。
7.根据权利要求1所述的深海海底集矿装置，其特征在于，所述集矿头车体连接部件内部设置有液压传动装置，根据海底地形，自适应调节水力集矿头的高度。
8.根据权利要求1所述的深海海底集矿装置，其特征在于，所述筛分系统由若干个外径不同，筛孔大小不同的同心圆筒构成。
9.一种深海海底集矿方法，其特征在于，包括下列步骤：
通过履带装置在深海海底行进，在分布有锰结核的海区通过水力集矿系统吸矿；
锰结核在水射流装置喷出的特定频率的低压大流量水射流作用下发生共振，从海泥中被冲刷到海床表面一定距离；
经一对电机的带动，在水力集矿头内转动螺旋板的转动下形成的横向、纵向涡流的流场下，锰结核受到向中心向上的力，进而向心旋升进入水力集矿头内；
通过管道系统传输，进入水力集矿头内部的锰结核经过旋转分筛筒的分筛，不同特征长度的锰结核被依次甩进不同的区域，分筛出来的锰结核经由出矿口输送到外部处理设备。
10.根据权利要求9所述的深海海底集矿方法，其特征在于，在吸矿的过程中，从动轮起到保证水力集矿头与海泥的相对高度相对稳定的作用，集矿头车体连接部件保证水力集矿系统相对于车体具有一定的自由度，方便吸取不同高度的锰结核。
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