CN111188618A - 一种深海采矿提升泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深海采矿提升泵，其特征在于：包括驱动泵体、隔离板、活塞杆和隔膜；所述驱动泵体上设置有矿浆输入管、矿浆提升管、注水管和排水管；本发明中利用海面海水驱动海底提升泵工作，减少海底大功率电机的应用，从而将主动力源安置于水面的采矿船上，节约经济成本并与控制；提升泵利用从采矿船上注入的高压海水驱动工作，同时将驱动后的高压海水排回海底，减少对海面的污染；泵体体积小，多组泵进行组合工作行程泵组，单台泵出现故障可以将其剥离出泵组工作，直至发生故障的泵达到一定数量在进行维修，可以大幅度提高泵组的使用寿命。

Description

一种深海采矿提升泵
技术领域
本发明涉及海底采矿设备领域，尤其涉及一种深海采矿提升泵。
背景技术
随着陆上矿产资源的不断开采，导致矿产资源的日益枯竭，致使人类对矿产资源的需求和矿产资源不足之间矛盾日益加剧，进行海底矿产资源的开采利用是弥补陆上矿产资源日益不足的重要战略举措和有效解决途径。
矿石提升系统是深海采矿系统的重要组成部分，矿石提升系统主要作用是将海底的矿石提升到海面支持船。目前，深海矿石提升装置均为一根管道组成，矿石和海水经一定比例混合后由海底通过管道提升至海面的支持船上，在海面支持船上，将矿石和海水分离后，直接将海水排入海面，因海底的海水生物构成、海水中的氧含量、pH值，盐度等与表面海水不同，从而破坏表面海水的生态系统，造成一定的生态环境破坏。故本发明为避免将深海海底的海水直接排放与海面，特采用一根主管和二根辅助管的独特设计方案，由矿水混合物经主管提升到海面支持船，矿和水分离后，分离后的海水由辅助管再回排到海底，从而不破坏海面的生态系统，满足环保要求。
本发明主要利用注入海底的海水驱动海底提升泵工作，从而将动力源安装于采矿船上，减少海底大功率电机的应用，提高整个系统的可靠性。
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泵，能够解决一般的采矿提升采用海底大功率的电机，控制及操作不方便的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种深海采矿提升泵，其创新点在于：包括驱动泵体、隔离板、活塞杆和隔膜；所述驱动泵体上设置有矿浆输入管、矿浆提升管、注水管和排水管；
所述隔离板设置在驱动泵体的内腔中间位置，将驱动泵体分割呈第一腔室和第二腔室；所述隔离板的中间沿着轴线方向水平开设有容纳活塞杆的通孔，所述活塞杆嵌入在隔离板的通孔内并延伸至驱动泵体的第一腔室和第二腔室；所述隔膜连接在活塞杆的端部且隔膜的边缘嵌入在驱动泵体的内壁上将第一腔室分隔呈第一海水腔室和第一矿浆腔室，将第二腔室分隔呈第二海水腔室和第二矿浆腔室；
所述驱动泵体上位于第一海水腔室的两侧边上分别开有第一海水进口和第一海水出口，且第一海水进口处设置有第一海水进口阀，第一海水出口处设置有第一海水出口阀；所述驱动泵体上位于第一矿浆腔室的两侧边上分别开有第一矿浆进口和第一矿浆出口，且第一矿浆进口处设置有第一矿浆进口阀，第一矿浆出口处设置有第一矿浆出口阀；所述第一海水进口与第一矿浆出口位于驱动泵体的同一侧，第一海水出口与第一矿浆进口位于驱动泵体的同一侧；
所述驱动泵体上位于第二海水腔室的两侧边分别开有第二海水进口和第二海水出口；且第二海水进口处设置有第二海水进口阀，第二海水出口处设置有第二海水出口阀；所述驱动泵体上位于第二矿浆腔室的两侧边上分别开有第二矿浆进口和第二矿浆出口，且第二矿浆进口处设置有第二矿浆进口阀，第二矿浆出口处设置有第二矿浆出口阀；所述第二海水进口与第二矿浆出口位于驱动泵体的同一侧，第二海水出口与第二矿浆进口位于驱动泵体的同一侧；
所述第一矿浆进口和第二矿浆进口通过管道并联后连接在矿浆输入管上；所述第一矿浆出口和第二矿浆出口通过管道并联后连接在矿浆提升管上；所述第一海水进口和第二海水进口通过管道并联后连接在注水管上；所述第一海水出口和第二海水出口通过管道并联后连接在排水管上。
进一步的，所述注水管上与第一海水进口的连接处以及与第二海水进口的连接处均依次设置有第一减压阀和第一平衡阀；所述排水管上与第一海水出口的连接处以及与第二海水出口的连接处均依次设置有第二减压阀和第二平衡阀。
进一步的，所述注水管上连接有压力表和水流泄压阀；所述矿浆提升管上设置有提升管泄压阀；所述排水管上设置有流量传感器和海水出口流量调节阀；所述注水管上还连接有海水进口流量调节阀。
本发明的优点在于：
1）本发明中利用海面海水驱动海底提升泵工作，减少海底大功率电机的应用，从而将主动力源安置于水面的采矿船上，节约经济成本并与控制；提升泵利用从采矿船上注入的高压海水驱动工作，同时将驱动后的高压海水排回海底，减少对海面的污染；泵体体积小，多组泵进行组合工作行程泵组，单台泵出现故障可以将其剥离出泵组工作，直至发生故障的泵达到一定数量在进行维修，可以大幅度提高泵组的使用寿命。
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泵的结构示意图。
图2为本发明的一种深海采矿提升泵A-A处剖视图。
图3为本发明的一种深海采矿提升泵B-B处剖视图。
图4为本发明的一种深海采矿提升泵的多组组合提升系统图。
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4所示的一种深海采矿提升泵，包括驱动泵体1、隔离板2、活塞杆3和隔膜4；驱动泵体1上设置有矿浆输入管5、矿浆提升管6、注水管7和排水管8。
隔离板2设置在驱动泵体1的内腔中间位置，将驱动泵体1分割呈第一腔室和第二腔室；隔离板2的中间沿着轴线方向水平开设有容纳活塞杆3的通孔，活塞杆3嵌入在隔离板2的通孔内并延伸至驱动泵体1的第一腔室和第二腔室；隔膜4连接在活塞杆3的端部且隔膜的边缘嵌入在驱动泵体1的内壁上将第一腔室分隔呈第一海水腔室11和第一矿浆腔室12，将第二腔室分隔呈第二海水腔室13和第二矿浆腔室14。
驱动泵体1上位于第一海水腔室11的两侧边上分别开有第一海水进口和第一海水出口，且第一海水进口处设置有第一海水进口阀111，第一海水出口处设置有第一海水出口阀112；驱动泵体1上位于第一矿浆腔室12的两侧边上分别开有第一矿浆进口和第一矿浆出口，且第一矿浆进口处设置有第一矿浆进口阀121，第一矿浆出口处设置有第一矿浆出口阀122；第一海水进口与第一矿浆出口位于驱动泵体的同一侧，第一海水出口与第一矿浆进口位于驱动泵体的同一侧。
驱动泵体1上位于第二海水腔室13的两侧边分别开有第二海水进口和第二海水出口；且第二海水进口处设置有第二海水进口阀131，第二海水出口处设置有第二海水出口阀132；驱动泵体1上位于第二矿浆腔室14的两侧边上分别开有第二矿浆进口和第二矿浆出口，且第二矿浆进口处设置有第二矿浆进口阀141，第二矿浆出口处设置有第二矿浆出口阀142；第二海水进口与第二矿浆出口位于驱动泵体的同一侧，第二海水出口与第二矿浆进口位于驱动泵体的同一侧。
第一矿浆进口和第二矿浆进口通过管道并联后连接在矿浆输入管5上；第一矿浆出口和第二矿浆出口通过管道并联后连接在矿浆提升管6上；第一海水进口和第二海水进口通过管道并联后连接在注水管7上；第一海水出口和第二海水出口通过管道并联后连接在排水管8上。
注水管7上与第一海水进口的连接处以及与第二海水进口的连接处均依次设置有第一减压阀71和第一平衡阀72；排水管8上与第一海水出口的连接处以及与第二海水出口的连接处均依次设置有第二减压阀81和第二平衡阀82。
注水管7上连接有压力表和水流泄压阀73；矿浆提升管6上设置有提升管泄压阀61；排水管8上设置有流量传感器83和海水出口流量调节阀84；注水管7上还连接有海水进口流量调节阀74。
本发明的工作原理是：当提升泵工作时，先将第一矿浆出口阀、第一海水进口阀、第二矿浆进口阀和第二海水出口阀打开，其余阀门关闭，注水管内的高压海水进入到第一海水腔室内，推动隔膜向左侧运动，第一矿浆腔室体积以及第二海水腔室体积均减小，将第一矿浆腔室内的矿浆压出第一矿浆腔室，将第二海水腔室排出第二海水腔室，同时第二矿浆腔室体积增加，第二矿浆腔室由第二矿浆进料口吸入矿浆；上述工作结束后，将第一矿浆出口阀、第一海水进口阀、第二矿浆进口阀和第二海水出口阀关闭，打开第二海水进口阀、第二矿浆出口阀、第一海水出口阀和第一矿浆进口阀，此时，注水管内的高压海水进入到第二海水腔室内，推动隔膜向右侧运动，第二矿浆腔室和第一海水腔室体积减小，第二矿浆腔室将矿浆压如提升管内，第一海水腔室将海水排放到海底，第一矿浆腔室体积增大，将矿浆吸入第一矿浆腔室内，实现泵体的一个循环工作。
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 (3)

1.一种深海采矿提升泵，其特征在于：包括驱动泵体、隔离板、活塞杆和隔膜；所述驱动泵体上设置有矿浆输入管、矿浆提升管、注水管和排水管；
所述隔离板设置在驱动泵体的内腔中间位置，将驱动泵体分割呈第一腔室和第二腔室；所述隔离板的中间沿着轴线方向水平开设有容纳活塞杆的通孔，所述活塞杆嵌入在隔离板的通孔内并延伸至驱动泵体的第一腔室和第二腔室；所述隔膜连接在活塞杆的端部且隔膜的边缘嵌入在驱动泵体的内壁上将第一腔室分隔呈第一海水腔室和第一矿浆腔室，将第二腔室分隔呈第二海水腔室和第二矿浆腔室；
所述驱动泵体上位于第一海水腔室的两侧边上分别开有第一海水进口和第一海水出口，且第一海水进口处设置有第一海水进口阀，第一海水出口处设置有第一海水出口阀；所述驱动泵体上位于第一矿浆腔室的两侧边上分别开有第一矿浆进口和第一矿浆出口，且第一矿浆进口处设置有第一矿浆进口阀，第一矿浆出口处设置有第一矿浆出口阀；所述第一海水进口与第一矿浆出口位于驱动泵体的同一侧，第一海水出口与第一矿浆进口位于驱动泵体的同一侧；
所述驱动泵体上位于第二海水腔室的两侧边分别开有第二海水进口和第二海水出口；且第二海水进口处设置有第二海水进口阀，第二海水出口处设置有第二海水出口阀；所述驱动泵体上位于第二矿浆腔室的两侧边上分别开有第二矿浆进口和第二矿浆出口，且第二矿浆进口处设置有第二矿浆进口阀，第二矿浆出口处设置有第二矿浆出口阀；所述第二海水进口与第二矿浆出口位于驱动泵体的同一侧，第二海水出口与第二矿浆进口位于驱动泵体的同一侧；
所述第一矿浆进口和第二矿浆进口通过管道并联后连接在矿浆输入管上；所述第一矿浆出口和第二矿浆出口通过管道并联后连接在矿浆提升管上；所述第一海水进口和第二海水进口通过管道并联后连接在注水管上；所述第一海水出口和第二海水出口通过管道并联后连接在排水管上。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿提升泵，其特征在于：所述注水管上与第一海水进口的连接处以及与第二海水进口的连接处均依次设置有第一减压阀和第一平衡阀；所述排水管上与第一海水出口的连接处以及与第二海水出口的连接处均依次设置有第二减压阀和第二平衡阀。
3.根据权利要求1所述的一种深海采矿提升泵，其特征在于：所述注水管上连接有压力表和水流泄压阀；所述矿浆提升管上设置有提升管泄压阀；所述排水管上设置有流量传感器和海水出口流量调节阀；所述注水管上还连接有海水进口流量调节阀。
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