CN110984994B - 全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统及方法 - Google Patents

全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及海洋固体矿产资源开采技术领域,公开了一种全柔性管海洋采矿系统布放回收系统及方法,布放回收系统包括采矿车布放回收系统、软管布放回收系统、脐带缆布放回收系统、水面支持平台、辅助吊机和辅助绞车、液压和电气控制系统。与传统的“软管+硬管”采矿系统相比,本发明的布放对象仅包括软管、采矿车、脐带缆,组成简单,占用甲板面积小,大大简化布放回收流程及作业风险,减少人工操作和干预的不可控风险;无需设计硬管夹持摇摆装置、升沉补偿装置、提升系统及塔架。水面支持平台不需要开设月池对,扩大船舶选型的范围。本发明可实现全软管采矿系统的布放与回收,工作过程准确、可靠和连贯,协同控制简洁。

Description

全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统及方法
技术领域
本发明涉及海洋采矿领域,具体涉及一种全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统及方法,可广泛用于深海固体矿产资源、矿砂等开采输送工程。
背景技术
国际上应用广泛的深海采矿系统的布放回收系统主要是采用“软管+中继站+硬管+提升泵”模型,这种布放回收系统主要存在以下问题:一、为布放硬管,在水面支持母船上需设计一套高强度、大功率、占用大量甲板面积的提升系统及塔架,对水面支持母船的改造量大且影响船舶的重心;二、需在水面支持母船的相应区域设置月池,对船舶的航行性能和结构强度要求高;三、硬管刚度大,重量大,在布放回收过程中需要专门设计夹持摇摆装置,补偿管道的倾斜或偏移,避免管道在水下洋流作用下被挤压而折弯或者产生裂缝,但这种硬管夹持摇摆装置设计难度大,结构复杂;四、布放回收对象多且体积大小不一,因此原有的布放回收系统所含子系统多且复杂,分布在甲板多处区域,占用甲板面积大,协同控制程序复杂,人工操作和干预的步骤多;五、为避免硬管上下升沉对其他采集输送设备的影响,需专门设计升沉补偿装置,这种升沉补偿装置的组成复杂,功率大,体积大,与其它系统设备发生干涉。
目前,尚无全软管采矿系统的布放回收系统及方法的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统及方法,以克服上述技术不足。
为解决上述技术问题,本发明所采用的全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统,包括采矿车布放回收系统、软管布放回收系统、脐带缆布放回收系统、水面支持平台、辅助吊机和辅助绞车、液压和电气控制系统,
所述采矿车布放回收系统、软管布放回收系统、脐带缆布放回收系统、辅助吊机和辅助绞车、液压和电气控制系统均安装在水面支持平台上,所述水面支持平台无需设置月池;
所述软管布放回收系统包括软管卷车、转向弧板、软管张紧器、牵引导向装置,所述软管卷车用于软管的收放,所述转向弧板用于使软管布放回收方向由纵向转为横向,所述软管张紧器用于调节上下辊轮的距离来调整摩擦力,控制软管张紧力和速度,所述牵引导向装置用于实现软管的垂向布放,
辅助吊机和辅助绞车用于对采矿车、软管、脐带缆在布放回收时提供辅助作业动力;
液压和电气控制系统为整个全软管采矿系统的布放和回收提供动力来源及协同作业控制。
所述采矿车布放回收系统包括门架系统、起升绞车、钢丝绳,止荡器、稳索绞车,所述门架系统能够在船舷内外进行一定角度的摆动,所述起升绞车用于收放钢丝绳,所述止荡器用于防止采矿车起吊至空中时发生摇晃,所述稳索绞车用于使钢丝绳在收放过程中保持一定的张力;
所述脐带缆布放回收系统包括双卷筒脐带缆绞车和基座,所述双卷筒式脐带缆绞车用于操作两种脐带缆同步布放和回收,或一种脐带缆单独布放回收。
水面支持母船作为水面支持平台为全软管采矿系统的布放和回收提供作业平台和技术支持。
优选的,所述软管和脐带缆上绑扎了若干浮力块。
全柔性管海洋采矿系统的布放回收方法的布放过程包括:
使用辅助绞车将软管首端穿过转向弧板、张紧器、导向装置和舷侧平台并安装在采矿车上,脐带缆首端穿过舷侧平台并安装在采矿车上,起升绞车放出钢丝绳并将钢丝绳首端安装在采矿车上;
启动采矿车布放回收系统、软管布放回收系统和脐带缆布放回收系统,使采矿车从船尾甲板上摆动至舷外并下放,同时下放软管和脐带缆,并在软管和脐带缆上绑扎浮力块;
软管继续布放,直至采矿车着底,完成全软管采矿系统的布放。
更优的方案是,由水下作业机器人完成采矿系统与软管的对接,具体方法为:将采矿车布放至海底后,下放水下机器人,水下机器人的机械手抓紧软管首端法兰接头,随着软管的布放深度增加,水下机器人将软管首端接头牵引至采矿车接口处,通过采矿车上的钢丝绳绞车将软管首端接头与采矿车连接。
回收过程包括:
启动采矿车布放回收系统、软管布放回收系统和脐带缆布放回收系统,采矿车上升,软管和脐带缆回收,
解除软管上绑扎的浮力块,采矿车、软管和脐带缆继续回收,
待采矿车出水并上升至甲板平面后,门架系统向内摆动使采矿车放置在甲板上,解除钢丝绳、软管、脐带缆与采矿车的连接,回收软管和脐带缆,完成全软管采矿系统的回收。
有益效果:
1、本发明的布放对象仅包括软管、采矿车、脐带缆,组成简单,占用甲板面积小,无需现有布放与回收系统所必须的硬管夹持摇摆装置、升沉补偿装置、提升系统及塔架,大大简化布放回收流程及作业风险,减少人工操作和干预的不可控风险。
2、水面支持平台不需要开设月池对,对平台的性能要求相对较低,大大减少船舶改装的工作量,降低对船舶性能要求,扩大船舶选型的范围。
3、本发明可实现全软管采矿系统的布放与回收,工作过程准确、可靠和连贯,协同控制简洁。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。
图1为本发明的全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统的布放前的主视图。
图2为本发明的全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统的布放前的侧视图。
图3是本发明的全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统布放完成后的状态图。
具体实施方式
结合图1、图2、图3所示,全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统,包括采矿车布放回收系统1、软管布放回收系统2、脐带缆布放回收系统3、水面支持母船4、辅助吊机和辅助绞车5、液压和电气控制系统6。
采矿车布放回收系统1、软管布放回收系统2、脐带缆布放回收系统3、辅助吊机和辅助绞车5、液压和电气控制系统6均安装水面支持母船4上,水面支持母船4无需设置月池;
软管布放回收系统包括软管卷车、转向弧板、软管张紧器、牵引导向装置,所述软管卷车用于软管的收放,所述转向弧板用于使软管布放回收方向由纵向转为横向,弧板半径为软管的最小弯曲半径,所述软管张紧器用于调节上下辊轮的距离来调整摩擦力,控制软管张紧力和速度,所述牵引导向装置用于实现软管的垂向布放,导向半径为软管的最小弯曲半径。上述软管卷车、转向弧板、软管张紧器、牵引导向装置分别为现有常规技术。
辅助吊机和辅助绞车对采矿车、软管、脐带缆在布放回收时提供辅助作业动力,为常规技术;液压和电气控制系统为整个全软管采矿系统的布放和回收提供动力来源及协同作业控制,为常规技术。
采矿车布放回收系统包括门架系统、起升绞车、钢丝绳,止荡器、稳索绞车,门架系统能够在船舷内外进行一定角度的摆动,起升绞车用于收放钢丝绳,所述止荡器用于防止采矿车起吊至空中时发生摇晃,所述稳索绞车用于使钢丝绳在收放过程中保持一定的张力。上述门架系统、起升绞车、钢丝绳,止荡器、稳索绞车分别为现有常规技术。
所述脐带缆布放回收系统包括双卷筒脐带缆绞车和基座,所述双卷筒式脐带缆绞车用于操作两种脐带缆同步布放和回收,或一种脐带缆单独布放回收。双卷筒式脐带缆绞车、基座为常规技术。
优选的,软管和脐带缆上绑扎浮力块。
水面支持母船作为水面支持平台为全软管采矿系统的布放和回收提供作业平台和技术支持。舷侧平台提供将浮力块绑扎在软管上的工作平面。
布放过程:使用辅助绞车将软管首端穿过转向弧板、张紧器、导向装置和舷侧平台并安装在采矿车上,脐带缆首端穿过舷侧平台并安装在采矿车上,起升绞车放出钢丝绳并将钢丝绳首端安装在采矿车上。启动采矿车布放回收系统、软管布放回收系统和脐带缆布放回收系统,使采矿车从船尾甲板上摆动至舷外并下放,同时下放软管和脐带缆,并在软管和脐带缆上绑扎浮力块。软管和脐带缆上绑扎浮力块,可防止软管和脐带缆沉入海底与海底的岩石、异物缠绕。软管继续布放,直至采矿车着底,完成全软管采矿系统的布放。
布放的更优方案是由水下作业机器人完成采矿系统与软管的对接,具体实施方法为:将采矿车布放至海底后,下放水下机器人,水下机器人的机械手抓紧软管首端法兰接头,随着软管的布放深度增加,水下机器人将软管首端接头牵引至采矿车接口处,通过采矿车上的钢丝绳绞车将软管首端接头与采矿车连接。
回收过程:启动采矿车布放回收系统、软管布放回收系统和脐带缆布放回收系统,采矿车上升,软管和脐带缆回收,解除软管上绑扎的浮力块,采矿车、软管和脐带缆继续回收,待采矿车出水并上升至甲板平面后,门架系统向内摆动使采矿车放置在甲板上,解除钢丝绳、软管、脐带缆与采矿车的连接,回收软管和脐带缆,完成全软管采矿系统的回收。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统,其特征在于,包括采矿车布放回收系统、软管布放回收系统、脐带缆布放回收系统、水面支持平台、辅助吊机和辅助绞车、液压和电气控制系统,
所述采矿车布放回收系统、软管布放回收系统、脐带缆布放回收系统、辅助吊机和辅助绞车、液压和电气控制系统均安装在水面支持平台上,所述水面支持平台无需设置月池;
所述软管布放回收系统包括软管卷车、转向弧板、软管张紧器、牵引导向装置,所述软管卷车用于软管的收放,所述转向弧板用于使软管布放回收方向由纵向转为横向,所述软管张紧器用于调节上下辊轮的距离来调整摩擦力,控制软管张紧力和速度,所述牵引导向装置用于实现软管的垂向布放,
辅助吊机和辅助绞车用于对采矿车、软管、脐带缆在布放回收时提供辅助作业动力;
液压和电气控制系统为整个全软管采矿系统的布放和回收提供动力来源及协同作业控制。
2.根据权利要求1所述的全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统,其特征在于,所述采矿车布放回收系统包括门架系统、起升绞车、钢丝绳,止荡器、稳索绞车,所述门架系统能够在船舷内外进行一定角度的摆动,所述起升绞车用于收放钢丝绳,所述止荡器用于防止采矿车起吊至空中时发生摇晃,所述稳索绞车用于使钢丝绳在收放过程中保持一定的张力。
3.根据权利要求2所述的全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统,其特征在于,所述脐带缆布放回收系统包括双卷筒脐带缆绞车和基座,所述双卷筒式脐带缆绞车用于操作两种脐带缆同步布放和回收,或一种脐带缆单独布放回收。
4.根据权利要求3所述的全柔性管海洋采矿系统的布放回收系统,其特征在于,所述软管和脐带缆上绑扎了若干浮力块。
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