CN108150174B - 水下开采装置以及用于开采的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水下开采装置以及一种用于开采地面材料的方法，所述水下开采装置包括：能够在水下使用的工作平台，能够在水下使用的工作平台能够被放置到水体的底面上；切割机构，切割机构用于从水体的底面切割地面材料；调节机构，调节机构用于调节切割机构并且将切割机构引入到水体的底面中；以及输送管线，输送管线用于将已切割的地面材料输送离开切割机构。根据本发明，所提供的是在工作平台上设计有用于输送容器的接收部分，使得输送容器以可释放的方式支撑和保持在接收部分中，并且使得输送管线通向输送容器，其中，已切割的地面材料能够被接收在输送容器中。

Description

水下开采装置以及用于开采的方法

技术领域

本发明涉及一种水下开采装置，该水下开采装置包括：能够在水下使用的工作平台，能够在水下使用的工作平台能够被放置到水体的底面上；切割机构，切割机构用于从水体的底面切割地面材料；调节机构，调节机构用于调节切割机构并且切割机构引入到水体的底面中；以及输送管线，输送管线用于将已切割的地面材料输送离开切割机构。

本发明进一步涉及一种用于利用水下开采装置在水体的底面上开采地面材料的方法，其中，水下开采装置被降低到水体的底面上，借助调节机构将切割机构引入到水体的底面中并且在这种情况下切割下地面材料，并且借助输送管线将已切割的地面材料输送走。

背景技术

从EP 2 562 346 A1中已知，可以采用具有可降低工作平台的水下钻探装置。钻探工具设置在该工作平台上，能够借助钻探驱动器来驱动该钻探工具以便在水体的底面中形成钻孔。钻探装置用于在水下形成基础元件。在钻孔的形成期间产生的钻探碎屑被向上引出并且经由出口开口被排放到周围水体中，在周围水体中，这些钻探碎屑通过水体的水流被输送走并分散掉。

从WO 2015/178854 A1和WO 2015/178853 A1中已知，能够采用水下开采系统。在该系统中采用了多个移动开采单元，通过这些移动开采单元，已开采的地面材料被引出至浮动容器，该浮动容器在水下被设置在开采单元与供给船舶之间。

发明内容

本发明基于如下目标：提供一种水下开采装置以及一种用于在水体的底面上开采地面材料的方法，利用该水下开采装置和该方法能够以特别有效的方式在水下开采地面材料。

根据本发明，该目标通过本申请的水下开采装置和用于在水体的底面上开采地面材料的方法来实现。

根据本发明的水下开采装置的特征在于：在工作平台上设计有用于输送容器的接收部分，输送容器以可释放的方式支撑并保持在接收部分中，并且输送管线通向输送容器，其中，已切割的地面材料能够被接收在输送容器中。

本发明的基本概念在于下述事实：直接在工作平台上接收并且暂时储存已开采的地面材料。因此，不用将已开采的地面材料转移至环境或者转移至远离工作平台的接收容器。通过接收和储存已开采的地面材料，已开采的地面材料的输送被证明是容易的。

本发明的另一方面在于下述事实：已开采的地面材料被接收在输送容器中，该输送容器以可释放的方式支撑在水下开采装置的工作平台上。在达到预定的填充水平时能够从工作平台释放输送容器并且将其运输至卸除或者清空位置。然后，能够将空的输送容器重新放置到工作平台上。以此方式，能够以可靠的方式并且在不给环境造成大量负担的情况下接收已开采的地面材料并且优选地将其输送至水面。

基本上，切割机构能够是钻探设备或者任何其它合适的切割机构。根据本发明的实施例，特别优选的是，切割机构是具有至少一个切割轮的切割器，该至少一个切割轮以旋转的方式围绕大致水平的旋转轴线被驱动。切割器优选地能够具有两对切割轮，这两对切割轮以旋转的方式被驱动。该切割轮对优选地被驱动使得其朝向中心输送已切割的地面材料，在该中心处，通过抽吸泵将已切割的地面材料输送出切割沟渠。该切割器在结构上能够基本上类似于已知的地下连续墙切割器。

本发明的另一实施例在于下述事实：调节机构具有引导件，沿着该引导件以能够竖直调节的方式引导切割机构。特别地，调节机构能够是具有一个或多个导路的桅杆。引导件优选地还能够是框架或者管状结构，其中，以能够竖直移动的方式来引导切割机构。

切割器的下沉基本上能够是由于重力而发生的。此外，根据本发明的水下开采装置的优选实施例变型例在于下述事实：调节机构具有用于提升和/或降低切割机构的前进机构。以此方式，能够选择性地施加前进力或者复位力。

特别优选地是使前进机构具有至少一个定位缸体或者绞盘。优选地，该定位缸体是用于提升和/或同样用于降低的液压缸体。同样地，也能够通过绞盘装置来实现前进或者提升，该绞盘装置包括具有对应的偏转机构的一个或多个绞盘绳。

本发明的特别有利的实施例是以如下方式来实现的：将引导件设计为引导框架，用于输送容器的接收部分设置在该引导框架的上端处。引导框架能够是具有内部自由空间的管状设计，在该内部自由空间中以能够竖直移动的方式引导切割机构。输送容器能够放置和定位在引导框架的上侧上。

在这一点上，特别有利的是使接收部分具有漏斗形中心区段并且输送容器在其底侧上具有锥形插入区段，该锥形插入区段被设计成适合于将输送容器插入到接收部分的中心区段中。接收部分是漏斗形的，从而允许通过降低来容易地接收并定中输送容器的底侧上的对应配合的锥形插入区段。当接收输送容器时，能够同时建立与输送管线的连接以用于进给已开采的地面材料。

本发明的特别有利的实施例在于下述事实：输送管线的第一联接元件设置在用于输送容器的接收部分上，并且第二联接元件设置在输送容器的底侧上，第二联接元件能够连接至第一联接元件以便建立管线连接。两个联接元件也能够是对应配合的漏斗形和锥形设计以便促进连接的建立。以此方式，能够经由输送管线将已开采的地面材料从下面进给到输送容器中。

本发明的另外的优选改进例在于下述事实：立管设置在输送容器内，该立管在向上的方向上从第二联接机构延伸通过输送容器到达出口，通过该出口，所输送的已切割的地面材料从上面进给到输送容器中。因此，已开采的地面材料借助输送容器中的立管初始地流过所述容器并且仅仅被分配在输送容器的上侧上。通过如此进给已开采的地面材料（其通常与环境水混合），沉积过程能够发生在输送容器内。固体地面材料能够沉积在输送容器的底部区域上，而澄清的水相应地能够再次出现在输送容器的上侧。这样一来，改进了将已切割的地面材料作为真正有用的负载而对输送容器进行的填充。

根据本发明的另外的改进例，特别环保地从工作平台拆卸输送容器是通过如下方式来实现的：在第一联接机构和/或第二联接机构上设置有截止阀，该截止阀打开以用于填充输送容器，并且当从接收部分移除输送容器时，该截止阀关闭。该一个或多个截止阀能够由合适的控制器致动。该阀还能够被设计为具有机械元件的自动阀，以便使得其在输送容器被安装时自动地打开并且在输送容器被移除时自动地关闭。

根据本发明的实施例变型例，此外有利的是在接收部分上设置锁定机构，该锁定机构将所接收的输送容器锁定并固定就位。这确保输送容器即使在较强的水流的情况下能可靠地保持就位。此外，输送容器也能够以此方式用于运输水下开采装置。为此，输送容器优选地连接至提升机构（更加具体地连接至提升绳索）。借助该提升绳索，能够将输送容器移动至清空位置，特别地移动至水上交通工具（特别是船舶）。如果输送容器被牢固地锁定至工作平台，则能够通过提升机构连同输送容器一起运输整个水下开采装置。

优选地提供泵机构以用于将已切割的地面材料从切割机构输送至输送容器。该泵机构能够集成在切割机构中或者被设置成工作平台上的单独部件。

为了将水下开采装置精确地设定在水体的底面上，有利的是在工作平台上设置可调节支撑脚，该可调节支撑脚用于在水体的底面上对齐工作平台。支撑脚能够设置有定位缸体或者其它定位机构以便补偿相对于彼此的高度失配。以此方式，工作平台在非平坦地形上也能够水平地对齐。优选地设置总共三个支撑脚以使得其分布在工作平台的圆周周围。

根据本发明的方法的特征在于：将已切割的地面材料输送至输送容器，该输送容器以可释放的方式支撑在水下开采装置的接收部分上，并且在达到填充水平时从接收部分释放已填充的输送容器并且将其运走。

根据本发明的方法优选地能够使用之前描述的水下开采装置来执行。因而能够实现前面描述的优点。

根据本发明的方法的优选实施例变形例在于下述事实：输送容器以可释放的方式紧固在水下开采装置的上侧上，提升机构接合在输送容器的上侧上，并且为了运输水下开采装置将输送容器锁定在接收部分中。因此，提升机构能够用于在所述输送容器被解锁并且从水下开采装置释放的情况下利用输送容器单独地运输地面材料。在输送容器被锁定在工作平台上的接收部分中的情况下，则能够通过提升机构输送并移动整个水下开采装置。

附图说明

下文中将通过附图中示意性地图示的优选实施例来对本发明进行进一步描述，在附图中示出了：

图1是根据本发明的水下开采装置的侧视图；

图2是用于水下开采装置的输送容器的放大侧视图；以及

图3是水下开采装置中的输送容器的接收部分的放大细节图。

具体实施方式

在按照本发明以及根据图1的水下开采装置10中，具有多个梁的框架状工作平台12被设置，能够通过总共三个可竖直地调节的支撑脚28借助提升设备从水上交通工具（特别是船舶）上将该框架状工作平台12放置到水体的底面上。能够借助支撑脚28来使工作平台12水平地对齐。

桅杆状引导框架14设置在工作平台12上以便形成调节机构13。切割机构30以可竖直调节的方式沿着竖直引导件16支撑在引导框架14内。切割机构30被设计为切割器，更加具体地是具有两对下切割轮32的地下连续墙切割器。切割轮32以旋转的方式围绕水平旋转轴线被驱动，在这种情况下，切割轮32旋转以使得其切割地面材料并且将其输送至两对切割轮32之间的中心区域。

为了竖直地调节切割机构30，设置有具有侧向定位缸体22的前进机构20。借助该定位缸体22，能够逐步地提升或者降低切割机构30。在这样做时，利用细长导架沿着引导框架14中的竖直引导件16来引导切割机构30。切割机构30的调节路径能够限于引导框架14的高度以使得总是在引导框架14内引导切割机构30。替代地，还能够使切割机构30整体移动离开引导框架14，在这种情况下，沿着切割机构30的细长导架实现进一步引导。

由切割轮32切割的地面材料经由中心输送管线18并且通过泵机构24在向上方向上被输送至输送容器50，输送容器50被支撑在引导框架14的上侧上的接收部分40中。

接收部分40具有漏斗形中心区段42以便以定中的方式接收输送容器50的下端。此外，驱动模块26以可释放的方式设置在工作平台12上，驱动模块26具有多个单元以及操作机构。驱动模块26经由供给管线（未更详细地示出）连接至水体的上侧上的供给船舶。还能够通过供给管线实现对水下开采装置10的对应控制。

在图2中更加详细地图示了根据本发明的水下开采装置10的输送容器50。输送容器50具有基本上柱形基体52，在该基本上柱形基体52的下端处设置有锥形插入区段54，随后是锁定凸缘55。在中空输送容器50内，立管58从底侧53向上延伸至柱形基体52的上端并且超出柱形基体52的上端。通过水下开采装置10的输送管线18，底侧53上的已切割的地面材料被转移至输送容器50中的立管58，其中，在上部区域中，立管58通过拱形弯曲朝向输送容器50的内部重定向。该弯曲通向柱形基体52的上部区域中以使得利用吸入的水将已切割的地面材料从上面进给到输送容器50中。以此方式，已切割的地面材料中的固体成分能够沉积在输送容器50的下部区域中，而液体能够出现在输送容器50的上侧。

此外，紧固元件57设置在输送容器50的上侧上，未描绘的提升机构（特别是起重机吊索的挂钩）紧固在该紧固元件57上。

通过锁定机构70，输送容器50以可释放的方式紧固在引导框架14的接收部分40上，如图3中更详细地图示的。从图3的图示中能够看到的是，输送容器50的锥形插入区段54被设计成配合接收部分40的漏斗形中心区段42。在插入位置中，能够通过致动机构74（其由未描绘的定位缸体致动）将楔形保持元件72从释放位置移动至图3中所示的锁定位置。在锁定位置中，径向向内移动的保持元件72接合在输送容器50的柱形端部区段上的较大直径的锁定凸缘55后面。在锁定位置中，输送容器50牢固地连接至引导框架14并且因此连接至工作平台12，以便使得随后能够连同输送容器50一起向上拉动水下开采装置10。

从图3中还能够概括地看到输送管线18与输送容器50之间的连接。在输送管线18的上端上设计有第一联接元件46，第一联接元件46以配合的方式接合在输送容器50上的漏斗形第二联接元件56中。在第一联接元件46与第二联接元件56之间的联接位置中，在输送管线18与输送容器50内的立管58之间建立了管线连接。当输送容器50与接收部分40分离时，通过示意性地示出的截止阀60关闭第一联接元件46和第二联接元件56上的开口。截止阀60优选地在输送容器50的安装或者释放期间被机械地致动。

根据本发明的水下开采装置10被设置用于切割水体的底面上的地面材料，特别是用于采集样本或者用于开采近地表的自然资源。

Claims (15)

1.一种水下开采装置，所述水下开采装置包括：

- 能够在水下使用的工作平台，所述能够在水下使用的工作平台能够被放置到水体的底面上；

- 切割机构，所述切割机构用于从所述水体的所述底面切割地面材料；

- 调节机构，所述调节机构用于调节所述切割机构并且将所述切割机构引入到所述水体的所述底面中；以及

- 输送管线，所述输送管线用于将已切割的地面材料输送离开所述切割机构；

其中，

- 在所述工作平台上设计有用于输送容器的接收部分；

- 所述输送容器以可释放的方式支撑并保持在所述接收部分中；以及

- 所述输送管线通向所述输送容器中，其中，已切割的地面材料能够被接收在所述输送容器中。

2.根据权利要求1所述的水下开采装置，其中，所述切割机构是具有至少一个切割轮的切割器，所述至少一个切割轮以旋转的方式围绕大致水平的旋转轴线被驱动。

3.根据权利要求1所述的水下开采装置，其中，所述调节机构具有引导件，沿着所述引导件以能够竖直调节的方式引导所述切割机构。

4.根据权利要求1所述的水下开采装置，其特征在于，所述调节机构具有用于提升和/或降低所述切割机构的前进机构。

5.根据权利要求4所述的水下开采装置，其中，所述前进机构具有至少一个定位缸体或者绞盘。

6.根据权利要求3所述的水下开采装置，其中，所述引导件被设计为引导框架，用于所述输送容器的所述接收部分设置在所述引导框架的上端处。

7.根据权利要求1所述的水下开采装置，其中，所述接收部分具有漏斗形中心区段；以及

所述输送容器在其底侧上具有锥形插入区段，所述锥形插入区段被设计成适于将所述输送容器插入到所述接收部分的所述中心区段中。

8.根据权利要求1所述的水下开采装置，其中，所述输送管线的第一联接元件设置在用于所述输送容器的所述接收部分上；以及

第二联接元件设置在所述输送容器的底侧上，所述第二联接元件能够连接至所述第一联接元件以便建立管线连接。

9.根据权利要求8所述的水下开采装置，其中，立管设置在所述输送容器内，所述立管在向上的方向上从所述第二联接元件延伸通过所述输送容器到达出口，通过所述出口，所输送的已切割的地面材料从上面进给到所述输送容器中。

10.根据权利要求8所述的水下开采装置，其中，在所述第一联接元件和/或所述第二联接元件上设置有截止阀；

所述截止阀打开以用于填充所述输送容器，并且当从所述接收部分移除所述输送容器时，所述截止阀关闭。

11.根据权利要求1所述的水下开采装置，其中，锁定机构设置在所述接收部分（40）上，所述锁定机构将所接收的输送容器锁定并固定就位。

12.根据权利要求1所述的水下开采装置，其中，泵机构被提供用于将所述已切割的地面材料从所述切割机构输送至所述输送容器。

13.根据权利要求1所述的水下开采装置，其中，可调节支撑脚设置在所述工作平台上，所述可调节支撑脚用于在所述水体的所述底面上对齐所述工作平台。

14.一种用于利用根据权利要求1所述的水下开采装置在水体的底面上开采地面材料的方法，其中，

- 所述水下开采装置被降低到所述水体的所述底面上；

- 借助调节机构将切割机构引入到所述水体的所述底面中并且在这种情况下切割地面材料；以及

- 借助输送管线将已切割的地面材料输送走；

其中，

- 将所述已切割的地面材料输送至输送容器，所述输送容器以可释放的方式支撑在所述水下开采装置的接收部分上；以及

- 在达到填充水平时从所述接收部分上释放已填充的输送容器并且将所述输送容器运走。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述输送容器以可释放的方式紧固在所述水下开采装置的上侧上；

提升机构接合在所述输送容器的上侧上，并且将所述输送容器锁定在所述接收部分中以用于运输所述水下开采装置。

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