CN109278940A - 结核收集装置 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种海底结核集中系统。该海底结核集中系统具有水面船只以及固定至该水面船只的海下转向运载工具。海下转向运载工具适于由水面船只拖曳。海底结核集中系统还具有连接至海下转向运载工具的结核收集装置。结核收集装置位于海底。海底结核集中系统还具有适于确定结核收集装置的位置并将该位置信息通信至海下转向运载工具以及水面船只的定位设备。

Description

结核收集装置

分案申请声明

本申请是2015年8月12日递交的发明名称为“海底结核集中系统和方法”、申请号为201480008542.1的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及海底结核集中系统。具体地，但不排除其他地，本发明涉及用于采集位于深海海底的矿物结核的系统和方法。

背景技术

在海洋中的各种位置中，具体是在太平洋中部到夏威夷群岛南部的广大区域中，深海的底部上的泥质表层中存在多金属结核。结核大小从卵石大小到拳头大小变化，且通常位于约5000米的水深处。

二十世纪七十年代后期以来，人们一直进行各种尝试以设计建造从深海海底开采结核的商业可行方案。

第4,042,279号美国专利描述了一种现有解决方案。该方案包括海底结核回收运载工具以及用于将矿石从海底结核回收运载工具运输到水面船只的矿石提升系统。

第4,042,279号专利中描述的海底结核回收运载工具是一种被称为海底雪橇的运载工具。海底雪橇通常不能靠自身动力移动也不具有转向能力。在所描述的系统中，海底结核回收运载工具以及相关联的矿石提升系统由水面船只拖曳，并从靠近回收运载工具的下侧的海底收集结核。然后，将位于泥浆中的结核从回收运载工具泵送到矿石提升系统，在这种情况下，矿石提升系统为提升管道。

第4,042,279号美国专利中描述的解决方案具有各种缺点。虽然海底结核回收运载工具能够足够有效地从海底收集结核并将收集的结核传送至矿石提升系统，但是，主要由于提升管道拖拽以及涡流脱落效应，海底结核回收运载工具在其运行时不能沿预定路径转向，并且倾向于“迂回前进”。随着在水中速度加快，该效应会愈发严重。

在海底结核回收船只在约5000米的水深处工作的情况下，不能保持所期望路线会极大降低从海底回收结核的速率。

第4,042,279号美国专利中描述的系统的另一缺陷是与水面船只以及矿石运送系统相关联的成本。水面船只需要足够大以使提升系统朝向海底延伸足够长度，从而将矿石运送到水面船只。

与该范围的提升系统相关联的重量非常大，因而，水面船只需要足以承载该重量的大小。这导致在任意给定时间段海底结核回收船只仅能够回收相对少量的结核的情况下运行成本极高。

本说明书中所包括的关于文献、动作、材料、设备、物品等的任何讨论均仅用于为本发明提供背景。不应将其视为承认任何或所有以上事项因在本申请的优先日之前存在而构成本发明相关领域的现有技术基础的一部分，或作为本发明相关领域的一般常识。

发明内容

发明目的

本发明的目的是克服或至少缓解以上问题中的一个或多个和/或为消费者提供一种有用的或商业的选择。

本发明的其他优选目将在以下描述中变得显而易见。

发明内容

在一种形式中，虽然其不必是唯一的形式或者甚至是最宽泛的形式，本发明涉及一种海底结核集中集中系统，其包括：

水面船只；

海下转向运载工具，固定至水面船只，该海下转向运载工具适于由水面船只拖曳；

结核收集装置，连接至海下转向运载工具，该结核收集装置位于海底；以及

定位设备，适于确定结核收集装置的位置并将该结核收集装置的位置信息通信至海下转向运载工具以及水面船只。

适当地，该海下转向运载工具适于改变结核开采装置的方向。适当地，该海下转向运载工具适于响应于从定位装置接收结核收集装置的位置信息来改变结核收集装置的方向。

在一个实施方式中，海下转向运载工具靠近结核收集装置定位。

在一个实施方式中，海下转向运载工具为远程操作运载工具的形式。

在另一形式中，本发明涉及一种结核收集装置，其包括：

支承构件；

两个或更多结核收集设备，每个结核收集设备都固定至支承构件，并适于从邻近其下侧的海底收集矿石结核并将这些结核传送到出口管道；以及

联合出口管道，适于从每个结核收集设备的出口管道接收所采集的矿石结核并以料堆形式将收集的结核重新沉积在海底。

在一个实施方式中，支承构件在其前侧上具有凹形形状。

在一个实施方式中，支承构件在其后边缘上具有凸形形状。

在一个实施方式中，支承构件形状为弓形。

在一个实施方式中，支承构件为刚性梁形式。

在一个实施方式中，联合出口管道为液压传送器形式。

在一个实施方式中，矿石结核沿每个结核收集设备的出口管道传送至联合出口管道，并通过由结核收集装置的前向运动生成的水压力在海底以堆料形式重新沉积。

在又一形式中，本发明还涉及一种海底开采方法，其包括以下步骤：

在水面船只后面沿着海底拖曳结核收集装置；

确定结核收集装置何时偏离预定路径；

改变结核收集装置的方向以使结核收集装置回到预定路径。

优选地，海下转向运载工具设置在水面船只与结核收集装置之间，并适于改变结核开采装置的方向。

本发明的更多特征将在以下描述中变得显而易见。

附图说明

为了帮助理解本发明并使本领域技术人员能将本发明付诸实践，将参照附图通过示例的方式对本发明优选的实施方式进行描述，在附图中：

图1示出了根据本发明的实施方式的海底结核集中系统的示意性平面图；

图2示出了根据本发明的实施方式的海底结核集中系统的示意性立体图；

图3A示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的支承构件的平面图；

图3B示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图；

图3C示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图；

图3D示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图；以及

图3E示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施方式的海底结核集中系统100的示意性平面图，图2示出了海底结核集中系统100的示意性立体图。

海底结核集中系统100具有：水面船只110、通过绳索101的方式固定至水面船只的海下转向运载工具120以及绳索102的方式固定至海下转向运载工具120的结核收集装置130。海底结核集中系统100还包括以绳索103的方式固定至水面船只110的定位设备140。

水面船只110为船(boat)、拖船(tug)或舰(ship)的形式。如上所述，海下转向运载工具120通过为重型牵引缆绳等的形式的绳索101的方式连接至水面船只110。

海下转向运载工具120优选为本领域公知的遥控潜水器(ROV)的形式。ROV广泛应用于深海石油项目，其实质上是适于远程操作和/或被编程以跟随预定路线的潜水艇。

海下转向运载工具120由水面船只110拖曳。

结核收集装置130通过绳索102的方式连接至海下转向运载工具120。海下转向运载工具120定位为靠近结核收集装置130并远离水面船只110。通过示例的方式，在结核收集装置130在5000米深的水中工作的情况下，水面船只110与结核收集装置130之间的距离可为8000米。在该距离的情况下，海下转向运载工具120优选地定位成距离结核收集装置130约20米到100米。

在所示实施方式中，两根静态缆绳将海下转向运载工具120连接至结核收集装置130。替代形式可包括更多缆绳，甚至是一束缆绳，一束缆绳中的一些的特征在于通过安装在海下转向运载工具120上的液压或机械杠杆的配平控制。

在所示实施方式中，海下转向运载工具120在水中悬浮在海床上方数米至数十米高度处。替代形式可以通过导向轮或滑道将海下转向运载工具120连接至海床。

在所示实施方式中，结核收集装置130包括具有多个结核收集设备132的支承构件131，多个结核收集设备132固定至支承构件131。在优选形式中，每个结核收集设备均为海底雪橇，并发挥如第4,042,279号美国专利所述的功能。

绳索102中的每个都在支承构件131的相对端部处附接至支承构件131。在实施方式中，如图所示，支承构件131为弓形形状，在其前侧上具有凹形边缘，在其后缘上具有凸形边缘。支承构件131优选地为刚性梁的形式。在优选形式中，每个结核收集设备132都通过铰链、弹簧等方式固定至支承构件131。

每个结核收集设备132都具有附接至其端部的出口管道或液压传送器133。每个出口管道或液压传送器133都适于接收邻近相应的结核收集设备的下侧收集的结核，并且将这些结核传送至联合出口管道或液压传送器134。在优选形式中，出口管道或液压传送器133通过柔性联接件附接至结核收集设备132，并且出口管道或液压传送器134利用柔性联接件附接至出口管道或液压传送器133。

在另一形式中，出口管道或液压传送器134可以与支承构件131集成或者邻接。

联合出口管道或液压传送器134配置成向海底输出由结核收集设备132中的每个收集的结核。

在优选形式中，用于沿着联合出口管道或液压传送器134传送结核的水压由海底集中系统在水中的前进运动提供。

定位设备140通过牵引绳103连接至水面船只110。在实施方式中，定位设备140为适于与位于结核收集装置130上的灯塔(未示出)通信的水面拖曳式应答器，从而共同构成本领域公知的超短基线水声定位系统。通过这种方式，定位设备140适于确定结核收集装置130的位置并通信该位置信息，从而如下文将更详细地所述协助控制海下转向运载工具120的方向。

在替代实施方式中，定位设备140可定位在海下转向运载工具120上或者实际在结核收集装置130上，并且可以为加速度计、GNSS系统或其他类似的定位技术的形式。在这种布置中，定位设备140发挥作用以确定结核收集装置130的位置并将该位置通信至海下转向运载工具120。

在使用中，水面船只110沿着预定路线拖曳全部海下转向运载工具120、结核收集装置130以及定位设备140，从而从海底开采结核。

由于结核收集装置130被拖曳，所以如前所述，牵引绳索101可能导致结核收集装置130迂回前进。如前面所讨论的，定位设备140适于探测结核收集装置130的位置。当结核收集装置130移动偏离预定路径时，定位设备140会将该事件以及该运动的细节通信至海下转向运载工具120。因此，海下转向运载工具120调整路线，以便将结核收集装置130移动回预定路径上。

因此，本发明的海底结核集中系统100能提供深水结核回收系统，该深水结核回收系统能够通过确保回收作业可沿既定路线执行来有效且高效地回收海底存在的结核。通过这种方式，不会在海底残留可接受的结核量和/或者海底开采装置不会被拖曳至已经部分开采的海底之上。

由于结核收集装置130由水面船只110沿在海底之上的预定路线采集结核，所以每个结核收集设备131都从邻近每个结核收集设备得下侧的海底收集结核，并将所收集的结核传送至其对应的出口管道133。

如前所述，并且在优选的形式中，此收集如第4,042,279号美国专利中所述进行，第4,042,279号美国专利通过交叉引用并入本文。在替代形式中，每个结核收集设备都可以是其他类型的海底雪橇的形式。

出口管道133中的每个都将所采集的结核传送至联合出口管道134，然后，联合出口管道134将收集的结核104沉积在海底。

由于海底开采装置按照在海底的预定路径行进，随着其行进，在其后面以相对狭窄的踪迹留下所采集的结核料堆。这使得装备有通过拖绳连接至海底回收装置的矿石提升系统的另一船只能够随后将所采集的结核从海底提升并输送至海面。

因为与采用具有矿石提升系统的大型船只相关联的巨大操作成本用于以更加可管理的速度在水面船只每次经过收集相对较大体积的结核，所以这个过程与已知采集方法相比表现出更好的商业效益，其中，矿石提升系统附接至大型船只。

图3A至图3E示出了构成结核收集装置130的一部分的替代的支承构件的平面图。

图3A所示的支承构件231由第一支承构件231A以及与第一支承构件231A成一定角度布置的第二支承构件231B形成。在优选形式中，该角度为约90度，且支承构件231A与支承构件231B在支承构件231的后边缘是形成凸形边缘。

图3B所示的支承构件331为弓形，支承构件331具有位于其前侧上的凸形边缘和位于后边缘上的凹形边缘。

图3C所示的支承构件431由如图所示的线性构件形成。

图3D所示的支承构件131如前所述。

图3A所示的支承构件531由第一支承构件531A以及与第一支承构件531A成一定角度布置的第二支承构件531B形成。在优选形式中，该角度为约90度，并且支承构件531A与支承构件531B在支承构件531的前边缘上形成凸形边缘。

虽然结核收集装置130被示出为具有多个结核收集设备132，但是海底开采系统100的系统和方法可以采用具有单个结核收集设备132、两个或更多结核收集设备132的海底回收装置。

在本说明书全文中，词语“包括(comprise)”、或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变型应被理解为意味着包括指定的要素、整体或步骤或是一组要素、整体或步骤，但并不排除任何其他的要素、整体或步骤或一组其他的要素、整体或步骤。

Claims (7)

1.一种结核收集装置，包括：

支承构件；

两个或更多结核收集设备，每个结核收集设备都固定至所述支承构件，并且适于从邻近所述结核收集设备的下侧的海底收集矿石结核，并将这些结核传送到出口管道；以及

联合出口管道，适于接收从每个结核收集设备的所述出口管道收集的矿石结核，并以堆料的形式将所收集的结核重新沉积在海底。

2.如权利要求1所述的结核收集装置，其中，所述支承构件在其前侧上具有凹形形状。

3.如权利要求2所述的结核收集装置，其中，所述支承构件在其后边缘上具有凸形形状。

4.如权利要求1所述的结核收集装置，其中，所述支承构件形状为弓形。

5.如权利要求1所述的结核收集装置，其中，所述支承构件为刚性梁形式。

6.如权利要求1所述的结核收集装置，其中，所述联合出口管道为液压传送器形式。

7.如权利要求1所述的结核收集装置，其中，所述矿石结核沿每个结核收集设备的出口管道传送至所述联合出口管道，并通过由所述结核收集装置的前向运动生成的水压力在海底以堆料形式重新沉积。