CN111173515B - 一种深海采矿提升系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深海采矿提升系统，该提升系统的一端与采矿船相连；其特征在于：包括底仓、中间仓、下提升管、上提升管和注水管；所述下提升管连接在底仓和中间仓之间，所述上提升管的一端连接在中间仓上；本发明中在中间仓的周向上设置海水出口，通过容积泵排放的海水在由中间仓周向的海水排放阀控制排放，用来驱动中间仓运动，实现中间仓的运动补偿功能；料仓室底部通过压力测控单元与底仓内壁连接，用来实时监测料仓室矿水混合比例；采用多级的底仓提升泵组，降低单台离心泵的功率提高冗余度，当单个离心泵出现故障时可以通过相对应的控制阀将泵从系统中剥离，而不影响系统的正常工作。

Description

一种深海采矿提升系统
技术领域
本发明涉及深海采矿技术领域，尤其涉及一种深海采矿提升系统。
背景技术
随着经济和科学技术的高速发展，人类对矿产资源的需求量与日俱增。而海洋中蕴含的矿产资源十分丰富，但要获得这些矿藏，就必须掌握进入深海，和在深海开采矿藏的技术。
我国采用的深海采矿系统中，中间矿仓连接在扬矿管下端，当采矿船拖航时，扬矿管要拖着中间矿仓行走，这必然使扬矿管承受巨大的负荷，当采矿船速度突变时，很容易使扬矿管损坏，进而造成重大的经济损失，因此有必要提出改进。
海底大部分矿藏分布在海底3000-6000m深的海底，进行深海采矿技术难度比较大，必须解决上距离输送的问题，以及水下动力源的分配和长距离采矿管的动力学问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种深海采矿提升系统，不仅解决了水下动力源功率大的问题，同时也解决了水下提升管动力学扰动和采矿船扰动等问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种深海采矿提升系统，该提升系统的一端与采矿船相连；其创新点在于：包括底仓、中间仓、下提升管、上提升管和注水管；所述下提升管连接在底仓和中间仓之间，所述上提升管的一端连接在中间仓上，上提升管的另一端连接在采矿船上；所述注水管的一端连接在中间仓上，注水管的另一端连接在采矿船上；
所述底仓包括底仓体、料仓室和底仓提升泵组；所述底仓体上开有矿浆输入口和矿浆输出口；所述料仓室置于底仓体内，且料仓室与底仓体之间设置有压力测控单元实现对料仓室的重量检测；所述料仓室与底仓体的矿浆输入口接通，且料仓室上开有与底仓提升泵组连通的接通口；所述底仓提升泵组设置在底仓体内且位于料仓室的外侧；所述底仓提升泵组包括一级提升泵和二级提升泵；所述一级提升泵的输入口通过接通口与料仓室连接，将料仓室内的矿浆通过一级提升泵提升；所述一级提升泵的输出口与二级提升泵的输入口通过管道连接；所述二级提升泵的输出口通过管道连接在下提升管上；
所述中间仓包括中间仓体和中间仓提升泵组；所述中间仓提升泵组具有若干中间仓提升泵单元，所述中间仓提升泵单元呈环形阵列设置在中间仓体内，且中间仓提升泵单元之间并联设置；所述中间仓体内设置有控制室和液压动力室，所述中间仓体的周向上设置有海水出口；所述中间仓提升泵单元包括容积式提升泵、海水进口阀、海水出口阀、矿浆进口阀和矿浆出口阀；所述海水进口阀的进水端通过管道连接在注水管上，海水进口阀的出水端通过管道连接在容积式提升泵的一侧边上；所述海水出口阀的输出端连接在一海水排放阀上，且海水排放阀与中间仓体上的海水出口连通；所述矿浆进口阀的输入端与下提升管相连，矿浆进口阀的输出端连接在容积式提升泵的另一侧边上；所述矿浆出口阀与矿浆进口阀并联且矿浆出口阀的输出端连接上提升管上。
进一步的，所述一级提升泵和二级提升泵均具有多个并联的底仓提升泵单元，且一级提升泵和二级提升泵均具有独立的单台泵工作控制阀，控制单台提升泵接入系统或脱离系统。
本发明的优点在于：
1）本发明中在中间仓的周向上设置海水出口，通过容积泵排放的海水在由中间仓周向的海水排放阀控制排放，用来驱动中间仓运动，实现中间仓的运动补偿功能；料仓室底部通过压力测控单元与底仓内壁连接，用来实时监测料仓室矿水混合比例；采用多级的底仓提升泵组，降低单台离心泵的功率提高冗余度，当单个离心泵出现故障时可以通过相对应的控制阀将泵从系统中剥离，而不影响系统的正常工作。
附图说明
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。
图1为本发明的一种深海采矿提升系统的结构示意图。
图2为本发明的一种深海采矿提升系统的中间仓主视图。
图3为本发明的一种深海采矿提升系统的中间仓俯视图。
图4为本发明的一种深海采矿提升系统的底仓主视图。
图5为本发明的一种深海采矿提升系统的中间仓提升泵单元结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图5所示的一种深海采矿提升系统，该提升系统的一端与采矿船相连；包括底仓1、中间仓2、下提升管3、上提升管4和注水管5；下提升管3连接在底仓1和中间仓2之间，上提升管4的一端连接在中间仓2上，上提升管4的另一端连接在采矿船上；注水管5的一端连接在中间仓2上，注水管5的另一端连接在采矿船上。
底仓1包括底仓体11、料仓室12和底仓提升泵组13；底仓体11上开有矿浆输入口和矿浆输出口；料仓室12置于底仓体11内，且料仓室12与底仓体11之间设置有压力测控单元14实现对料仓室12的重量检测；料仓室12与底仓体11的矿浆输入口接通，且料仓室12上开有与底仓提升泵组13连通的接通口；底仓提升泵组13设置在底仓体11内且位于料仓室12的外侧；底仓提升泵组13包括一级提升泵131和二级提升泵132；一级提升泵131的输入口通过接通口与料仓室12连接，将料仓室12内的矿浆通过一级提升泵131提升；一级提升泵131的输出口与二级提升泵132的输入口通过管道连接；二级提升泵132的输出口通过管道连接在下提升管3上。
中间仓2包括中间仓体21和中间仓提升泵组22；中间仓提升泵组22具有若干中间仓提升泵单元，中间仓提升泵单元呈环形阵列设置在中间仓体21内，且中间仓提升泵单元之间并联设置；中间仓体21内设置有控制室23和液压动力室24，中间仓体21的周向上设置有海水出口25；中间仓提升泵单元包括容积式提升泵221、海水进口阀222、海水出口阀223、矿浆进口阀224和矿浆出口阀225；海水进口阀222的进水端通过管道连接在注水管5上，海水进口阀222的出水端通过管道连接在容积式提升泵221的一侧边上；海水出口阀223的输出端连接在一海水排放阀226上，且海水排放阀226与中间仓体21上的海水出口25连通；矿浆进口阀224的输入端与下提升管3相连，矿浆进口阀224的输出端连接在容积式提升泵221的另一侧边上；矿浆出口阀225与矿浆进口阀224并联且矿浆出口阀225的输出端连接上提升管4上。
一级提升泵131和二级提升泵132均具有两个并联的底仓提升泵单元，且一级提升泵131和二级提升泵均132具有独立的单台泵工作控制阀133，控制单台提升泵接入系统或脱离系统。
本发明的工作原理是：将矿浆从底仓的矿浆输入口输入到底仓的料仓室内，在底仓的料仓室内与海水混合到一定比例后，由底仓内的一级提升泵和二级提升泵输送到下提升管进入到中间仓；再由中间仓内的容积式提升泵输送到上提升管，最后输送到海面采矿平台上，进行矿水分离；矿水分离后的海水由采矿平台上的注水泵通过注水管注入中间仓的容积式提升泵驱动容积式提升泵工作，工作后的海水由中间仓的周向排水口排到海底。
中间仓的工作原理是：注入的高压海水推动容积式提升泵运动将另一侧的矿浆压出泵腔，从泵腔排出的海水由海水出口阀排出容积式提升泵，最后由中间仓海水排放阀控制排到海底。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种深海采矿提升系统，该提升系统的一端与采矿船相连；其特征在于：包括底仓、中间仓、下提升管、上提升管和注水管；所述下提升管连接在底仓和中间仓之间，所述上提升管的一端连接在中间仓上，上提升管的另一端连接在采矿船上；所述注水管的一端连接在中间仓上，注水管的另一端连接在采矿船上；
所述底仓包括底仓体、料仓室和底仓提升泵组；所述底仓体上开有矿浆输入口和矿浆输出口；所述料仓室置于底仓体内，且料仓室与底仓体之间设置有压力测控单元实现对料仓室的重量检测；所述料仓室与底仓体的矿浆输入口接通，且料仓室上开有与底仓提升泵组连通的接通口；所述底仓提升泵组设置在底仓体内且位于料仓室的外侧；所述底仓提升泵组包括一级提升泵和二级提升泵；所述一级提升泵的输入口通过接通口与料仓室连接，将料仓室内的矿浆通过一级提升泵提升；所述一级提升泵的输出口与二级提升泵的输入口通过管道连接；所述二级提升泵的输出口通过管道连接在下提升管上；
所述中间仓包括中间仓体和中间仓提升泵组；所述中间仓提升泵组具有若干中间仓提升泵单元，所述中间仓提升泵单元呈环形阵列设置在中间仓体内，且中间仓提升泵单元之间并联设置；所述中间仓体内设置有控制室和液压动力室，所述中间仓体的周向上设置有海水出口；所述中间仓提升泵单元包括容积式提升泵、海水进口阀、海水出口阀、矿浆进口阀和矿浆出口阀；所述海水进口阀的进水端通过管道连接在注水管上，海水进口阀的出水端通过管道连接在容积式提升泵的一侧边上；所述海水出口阀的输出端连接在一海水排放阀上，且海水排放阀与中间仓体上的海水出口连通；所述矿浆进口阀的输入端与下提升管相连，矿浆进口阀的输出端连接在容积式提升泵的另一侧边上；且矿浆出口阀的输出端连接上提升管上；
通过容积式提升泵排放的海水在由中间仓周向的海水排放阀控制排放，用来驱动中间仓运动，实现中间仓的运动补偿功能。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿提升系统，其特征在于：所述一级提升泵和二级提升泵均具有多个并联的底仓提升泵单元，且一级提升泵和二级提升泵均具有独立的单台泵工作控制阀，控制一级提升泵和二级提升泵独立地接入系统或脱离系统。
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