CN110593877B - 一种海底锰结核优势流场捕捉装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底锰结核优势流场捕捉装置，包括泵体、锥体管、肘管和扩散段，泵体的一端连接竖直向上的输送管，泵体的另一端连接锥体管的小口，锥体管的大口连接肘管的竖直口，肘管为L型管，肘管的水平口与扩散段相连。肘管水平段和扩散段下均设置有若干个万向轮。本发明规定了泵体、锥体管、肘管以及扩散段相互连接的几何限定条件、以及锥体管和扩散段的扩散方式。肘管的水平段及扩散段下设置有行走装置，可作为整个系统的承力底座。本发明将进流限定在扇形区域内，并限制竖直方向的进流高度，从而形成优势流场，以增大喇叭口的进流速度，集中了水力，可以提高系统吸入端摄取物体的能力，使海底锰结核或颗粒状矿物之摄取效率得以提高。
Description
技术领域
本发明涉及采矿的技术领域，特别是涉及一种海底锰结核优势流场捕捉装置。
背景技术
锰结核的外形像土豆，里面密密层层的，直径一般在1～25厘米，最大的直径可达1米，重几百千克。它含有70多种元素，锰结核中含有多种金属资源和非金属资源，其中锰、铜、钴、镍的含量非常高。世界各大洋锰结核的总储量约为3万亿吨，其中4000亿吨锰、88亿吨铜、164亿吨镍、98亿吨钴，分别为大陆储量的几十倍至几千倍，具有很高的工业开采价值，被誉为21世纪的矿产资源。大洋底部广泛分布着锰结核，高效开采海底锰结核资源，具有重要的战略意义和经济价值。
然而，开采锰结核的难度极大。首先，它分布在深海的海底表层，那里的海水压力很大，对采矿装置的抗压性、牢固性和耐腐蚀性等都有特殊的要求。其次，要把锰结核从几千米深的地方采集起来并提升到海面，没有高功率的提升装置和先进的采矿设备是无法操作的。此外，为了提高采矿效率，还必须配备精度高、性能可靠的监测、显示、记录和控制系统。所以世界各国至今开采锰结核的方法还未成熟。目前一般认为有3种方法比较适用：空气升举采矿系统、连续戽斗式采矿系统和水力升举采矿系统。
其中，水力升举采矿系统，是通过泵体和输送管道，利用水力的挟物能力，将锰结核抽上来。优势流场是一种在接近海底(或底边界)处能够产生较大流速的流场，能够增大水体的挟物能力，有利于通过水力摄取锰结核等海底矿物资源、或其它固体颗粒。水力升举采矿系统的海底最初端，即吸入端，其捕获效率直接影响到整个系统的采矿效率。一般的泵体装置，其底部进流方式可视为四周进流，四周均匀进流，流速低，挟物能力就低，采矿效率就低。据此，发明高效的海底锰结核采矿设备是有前瞻性意义的。
发明内容
本发明的目的是提供一种海底锰结核优势流场捕捉装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过产生优势流场使泵体吸入端摄取物体的能力提高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种海底锰结核优势流场捕捉装置，包括泵体、锥体管、肘管和扩散段，所述泵体的一端连接竖直向上的输送管，所述泵体的另一端连接所述锥体管的小口，所述锥体管的大口连接所述肘管的竖直口，所述肘管为L型管，所述肘管的水平口连接所述扩散段，所述扩散段为喇叭状的扩散管。
优选的，所述肘管包括相互连接的竖直段和水平段，所述扩散段包括相互连接的直线扩散段和曲线扩散段，所述肘管水平段与所述直线扩散段以相切方式相连接。
优选的，所述肘管水平段与所述扩散段下均设置有行走装置。
优选的，所述行走装置为若干个万向轮。
优选的，所述直线扩散段的扩张角度为3°-4°，所述曲线扩散段为一圆滑过渡的弧面。
优选的，所述肘管的水平段进口与所述扩散段的高度均不大于30cm。
优选的，所述锥体管的长度不小于所述锥体管的大口直径的五倍。
优选的，所述锥体管的锥面倾斜角度为3°-4°。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明将进流限定在扇形区域内，并限定进口的高度，能够形成优势流场，能够增大进流速度，集中了水力，从而能够提高泵体吸入端摄取物体的能力，喇叭口的形状便于摄取海底锰结核或别的颗粒状矿物，从而使海底锰结核之摄取效率提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明海底锰结核优势流场捕捉装置的结构示意图；
图2为本发明海底锰结核优势流场捕捉装置的俯视结构示意图；
其中：1-输送管，2-泵体，3-锥体管，4-肘管，5-万向轮，6-扩散段，7-直线扩散段，8-曲线扩散段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种海底锰结核优势流场捕捉装置，以解决现有技术存在的问题，通过产生优势流场使泵体吸入端摄取物体的能力提高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图2所示：本实施例提供了一种海底锰结核优势流场捕捉装置，包括泵体2、锥体管3、肘管4和扩散段6，泵体2的一端连接竖直向上的输送管1，泵体2的另一端连接锥体管3的小口，锥体管3的大口连接肘管4的竖直口，肘管4为L型管，肘管4的水平口连接扩散段6，扩散段6为喇叭状的扩散管，肘管4的水平口设置在水平段的末端。肘管4的下部水平段和扩散段6的下部均设置有行走装置，行走装置为若干个万向轮5，便于移动，同时也是承力支座。
其中，锥体管3的长度不小于锥体管3的大口直径的五倍。锥体管3的锥面倾斜角度为3°-4°。锥体管3设置在泵体2下方，有助于提升竖向进流，锰结核固体颗粒会在获得较大吸力的情况下被送入输送管1。
具体的，肘管4包括相互连接的竖直段和水平段，肘管4为一体成型件，扩散段为扁平喇叭口，既有较宽的进流前缘，便于摄取矿物颗粒，又压缩了竖直方向上液体的流动(进口高度30cm的限制，是基于大多数锰结核的直径在30cm之下)，可以集中水力，提高水体的挟物能力；弯曲并圆滑过渡布置的竖直段和水平段，既实现了水流的平顺转向，又可使肘管可以独立地放置在底边界上作为承载泵体2等设备的底座。
肘管4包括相互连接的竖直段和水平段，扩散段6包括相互连接的直线扩散段7和曲线扩散段8，肘管与扩散段之间以相切方式连接。直线扩散段7的扩张角度为3°-4°，曲线扩散段8为一圆滑过渡的弧面，曲线扩散段8可以是沿螺旋线、椭圆曲线、其它二次曲线或其组合的曲线形成的弧面。直线扩散段7和曲线扩散段8前后两部分平滑过渡并相切，既能够保证水体的流动平顺，也在较短距离内增大了进流前缘的宽度。直线段与曲线扩散段6的高度均不大于30cm。考虑到锰结核的尺寸，本实施例中对于肘管4的水平段进口与扩散段6的高度所做的均不大于30cm的设定，考虑了两方面的因素，一是锰结核的尺寸，二是要产生有效的挟物流动，因为只有近底面的水体流动才是有效的，高度超越锰结核固体颗粒最大尺寸的上部流动，对采集锰结核没有作用。本实施例的装置规定的各部分几何尺寸限制，是考虑了畅顺流动要求、如何产生优势流场的要求、有效挟物的要求、以及进料口前缘宽度的综合结果。这样就在喇叭口进口前和扩散段内部集中了优势流场，增大了水体的挟物能力，且各段水力过度平滑，有利于提高锰结核的摄取效率。
本实施例的装置可以用于海底锰结核或其它矿物质的水力提升，还可以用于其它场合的矿物浆体的提升或输送，还可以用于河道抽砂。在其它应用场合下，其锥体管3、肘管4和扩散段6的尺寸可以进行调整，而行走装置是便于整体装置的移动，根据应用场景的不同，可设可不设。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种海底锰结核优势流场捕捉装置，其特征在于：包括泵体、锥体管、肘管和扩散段，所述泵体的一端连接竖直向上的输送管，所述泵体的另一端连接所述锥体管的小口，所述锥体管的大口连接所述肘管的竖直口，所述肘管为L型管，所述肘管的水平口连接所述扩散段，所述扩散段为喇叭状的扩散管；所述肘管包括相互连接的竖直段和水平段；所述扩散段包括相互连接的直线扩散段和曲线扩散段，所述肘管水平段与所述直线扩散段以相切方式相连接；所述肘管的水平段与所述扩散段下均设置有行走装置。
2.根据权利要求1所述的海底锰结核优势流场捕捉装置，其特征在于：所述行走装置为若干个万向轮。
3.根据权利要求1所述的海底锰结核优势流场捕捉装置，其特征在于：所述直线扩散段的扩张角度为3°-4°，所述曲线扩散段为一圆滑过渡的弧面。
4.根据权利要求1所述的海底锰结核优势流场捕捉装置，其特征在于：所述肘管水平段进口与所述扩散段的高度均不大于30cm。
5.根据权利要求1所述的海底锰结核优势流场捕捉装置，其特征在于：所述锥体管的长度不小于所述锥体管的大口直径的五倍。
6.根据权利要求5所述的海底锰结核优势流场捕捉装置，其特征在于：所述锥体管的锥面倾斜角度为3°-4°。
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