CN111287750B - 一种深水采锰结核装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深水采锰结核装置，包括拖斗、进气管道、压缩气泵及水力提升管道，进气管道一端连接压缩气泵，另一端通过第一阀门连接拖斗；水力提升管道一端通过第二阀门连接拖斗，另一端伸入母船，水力提升管道中安装有泵和离心泵；拖斗包括拖斗容腔、清泥破碎部件、前铲、伸缩杆、卷闸门及防水橡胶模套；拖斗容腔设有开口，卷闸门安装于拖斗容腔开口上边缘；前铲后缘与拖斗容腔开口下边缘连接，且前铲可绕前铲后缘旋转；伸缩杆一端连接前铲另一端连接卷闸门；防水橡胶模套安装于拖斗开口内壁；清泥破碎部件通过球铰链固定在拖斗容腔内部，拖斗容腔上设置有止回阀。本发明提高了采矿装置的工作效率，成本低，结构简单，便于施工与维修。
Description
技术领域
本发明涉及水下采矿装置，具体涉及一种深水采锰结核装置。
背景技术
海底采矿装置设计与制作的主要目的与作用在于，如何从深海将矿石收集并提升至海面之上。自20世纪开始，世界各国对于海底矿石开采技术进行了广泛研究，诞生出拖斗式和流体提升式等多种采矿装置。其中，拖斗式采矿装置结构简单，操作容易，海面船舶通过钢缆拖动海底拖斗装置，以收集水下矿石，但是，具有工作不稳定和工作效率低下等缺点。流体提升式采矿系统，组成装置众多，包含可海底监测、自行式采矿车、定位系统等诸多装置，流体提升式采矿装置工作效率高，但对智能化控制系统要求极高，制造成本昂贵。
发明内容
发明目的：为了解决现有的的水下采矿装置成本高、工作效率低的问题，本发明提供一种深水采锰结核装置。
技术方案：一种深水采锰结核装置，包括拖斗、进气管道、压缩气泵及水力提升管道，进气管道一端连接压缩气泵，另一端通过第一阀门连接拖斗；水力提升管道一端通过第二阀门连接拖斗，另一端伸入母船，水力提升管道中安装有泵和离心泵；拖斗包括拖斗容腔、清泥破碎部件、前铲、伸缩杆、卷闸门及防水橡胶模套；拖斗容腔设有开口，卷闸门安装于拖斗容腔开口上边缘；前铲后缘与拖斗容腔开口下边缘连接，且前铲可绕前铲后缘旋转；伸缩杆一端连接前铲另一端连接卷闸门；防水橡胶模套安装于拖斗开口内壁；清泥破碎部件通过球铰链固定在拖斗容腔内部，拖斗容腔上设置有止回阀。
进一步地，所述水力提升管道包括软质连接管、中间储蓄仓、离心泵及硬质提升钢管；软质连接管一端连接中间储蓄仓，另一端通过第二阀门连接拖斗；中间储蓄仓内安装有泵；硬质提升钢管一端连接中间储蓄仓，离心泵安装在硬质提升钢管上。
进一步地，所述拖斗外部为流线型。
进一步地，所述前铲设有紧密排列的锯齿，锯齿前部比后部薄。
进一步地，所述伸缩杆由母船控制伸缩；卷闸门、第一阀门和第二阀门均由母船控制开关。
进一步地，所述压缩气泵位于母船上。
进一步地，所述清泥破碎部件可绕球铰链转动，清泥破碎部件外壳上设有螺旋形凸硬质纹路。
进一步地，所述止回阀内侧设置有过滤网，止回阀有多个，位于拖斗容腔侧壁上。
进一步地，所述伸缩杆有两个，分别位于卷闸门两端。
进一步地，所述离心泵有多个，多个离心泵安装在硬质提升钢管的不同高度。
工作原理：首先，母船拖动海底拖斗对海底矿石进行收集，流线型外形的拖斗可以减少海底所受阻力。当拖斗收集矿石工作完成后，拖斗前铲由可收缩杆控制，旋转至卷闸门外侧，将其上的矿石、泥沙收进拖斗内部，卷闸门放下，落入设置在拖斗内部的防水橡胶套中，实现水密效果，使拖斗内部与外界海水隔离。内部清泥、破碎装置启动，绕着球铰链进行小范围多角度旋转、搅拌，对矿石进行处理。进气管处阀门开启，母船上的压缩气泵向拖斗内充入气体，将拖斗内的海水与部分淤泥通过拖斗上的止回阀排出拖斗。之后，中间舱与拖斗间的阀门开启，中间舱中的泵体将拖斗内的矿石吸入其中，关闭阀门，向提升管中灌入海水，利用水力提升将矿石提升到母船上。
有益效果：本发明提供一种深水采锰结核装置，相比较现有技术，将流体提升工作原理同拖斗式采矿装置相结合，减少了拖斗式采矿装置需要反复提升、沉底操作的过程，提高了工作效率，成本较流体提升式采矿装置更低，结构较为简单，便于施工与维修，可较好地运用于海底采矿工作。
附图说明
图一是本发明深水采锰结核装置的总体结构图；
图二是本发明拖斗的主视图；
图三是本发明拖斗的左视图；
图四是本发明拖斗的俯视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种深水采锰结核装置，包括拖斗1、进气管道2、压缩气泵5及水力提升管道3。
进气管道2由高强度橡胶制成，进气管道2一端连接压缩气泵5，压缩气泵5位于母船上，进气管2另一端另一端通过第一阀门6连接拖斗1。压缩气泵5可以通过进气管道2向拖斗容腔送入高压气体。
水力提升管道3包括软质连接管12、中间储蓄仓9、离心泵10及硬质提升钢管11；软质连接管12一端连接中间储蓄仓9，另一端通过第二阀门13连接拖斗1；中间储蓄仓9内安装有泵；硬质提升钢管11一端连接中间储蓄仓9，另一端伸至母船；离心泵10安装在硬质提升钢管11上，所述离心泵10有多个，多个离心泵10安装在硬质提升钢管11的不同高度。第一阀门6和第二阀门13都由母船侧远程控制开闭。
如图2、3、4所示，拖斗1包括拖斗容腔17、清泥破碎部件8、前铲15、伸缩杆16、卷闸门4及防水橡胶模套19。所述拖1斗外部为流线型，减小了在海底工作时的阻力，提高装置在水底工作的流畅性，同时具有一定美观性。拖斗1由抗高压钛合金材料制成，防止装置在海水压力下受到破坏，保证装置在水下正常工作。拖斗容腔17设有开口，卷闸门4安装于拖斗容腔17的开口上边缘，由母船控制放下或升起。前铲15后缘与拖斗容腔17开口下边缘连接，且前铲15可绕前铲后缘旋转；所述前铲15设有紧密排列的锯齿，锯齿齿深不长，锯齿较大较厚，不易断裂，保证拖斗工作的稳定性；锯齿较为锋利，齿数较多，便于撅起布置于海底的矿石；锯齿前部比后部薄，便于前铲更加高效地入土，并铲起矿石。伸缩杆16一端连接前铲15另一端连接卷闸门4，伸缩杆16由母船控制伸缩，伸缩杆有两个，分别位于卷闸门4两端，如图3、4所示；前铲15设置有一定的曲率坡度，前铲15可在伸缩杆16的作用下实现旋转，配合前铲曲率将其上余留的矿石、淤泥导入拖斗容腔17内，方便拖斗收集矿石。防水橡胶模套19安装于拖斗开口内壁，当卷闸门4落下时刚好边缘与防水橡胶模套19接触形成密封。拖斗容腔17上设置有止回阀7，止回阀7内侧设置有过滤网14，即可以防止矿石排出，又可将部分淤泥排出拖斗装置。止回阀7有多个，位于拖斗容腔17两侧侧壁上。
如图2，清泥破碎部件8通过球铰链固定在拖斗容腔内部，可绕球铰链小幅全方位转动，内部转轴带动外壳转动，清泥破碎部件8清泥破碎部件外壳上设有螺旋形凸硬质纹路，以加强装置的破碎效果。
工作时，母船拖动拖斗1对海底矿石进行收集，流线型外形的拖斗1可以减少海底所受阻力。当拖斗1收集到足够多的矿石后，母船远程控制伸缩杆16收缩，前铲15在伸缩杆16的影响下绕其后缘旋转至卷闸门4外侧，将其上的矿石、泥沙收进拖斗内部。控制卷闸门4放下，落入设置在拖斗内部的防水橡胶套19中，实现水密效果，如图4所示，使拖斗内部与外界海水隔离，使拖斗容腔17内形成连通器。随后，拖斗容腔17内部的清泥破碎部件8启动，清泥破碎部件8绕着球铰链进行小范围多角度旋转、搅拌，对矿石进行破碎处理。第一阀门6在拖动拖斗1时处于关闭状态，矿石采集完成后，关闭第二阀门13，开启第一阀门6，母船上的压缩气泵5向拖斗容腔17内充入气体，将拖斗容腔17内的海水与部分淤泥通过拖斗上的止回阀7排出拖斗。为防止清泥、破碎后的矿石通过止回阀7排出拖斗外或堵死止回阀，在止回阀7内侧设置硬质过滤网14，即可以防止矿石排出，又可将部分淤泥排出拖斗装置。当拖斗完成排水工作后，远程控制关闭第一阀门6，打开第二阀门13，中间储蓄舱9中的泵体将拖斗容腔17内的矿石吸入中间储蓄舱中。关闭第二阀门13，然后使中间储蓄舱9、硬质提升钢管11充满海水，开启离心泵10，利用水力提升将矿石提至母船。
当一次提升工作完成后，所有器件复位，水力提升管道3再次排水以备下次工作使用，第一阀门6、第二阀门13关闭，拖斗前铲15放下，卷闸门4开启，准备下一次集矿工作。
Claims (9)
1.一种深水采锰结核装置，其特征在于，包括拖斗、进气管道、压缩气泵及水力提升管道，进气管道一端连接压缩气泵，另一端通过第一阀门连接拖斗，拖斗由抗高压钛合金材料制成；水力提升管道一端通过第二阀门连接拖斗，另一端伸入母船，水力提升管道中安装有泵和离心泵；拖斗包括拖斗容腔、清泥破碎部件、前铲、伸缩杆、卷闸门及防水橡胶模套；拖斗容腔设有开口，卷闸门安装于拖斗容腔开口上边缘；前铲后缘与拖斗容腔开口下边缘连接，且前铲可绕前铲后缘旋转；伸缩杆一端连接前铲另一端连接卷闸门；防水橡胶模套安装于拖斗开口内壁；清泥破碎部件通过球铰链固定在拖斗容腔内部，拖斗容腔上设置有止回阀；所述水力提升管道包括软质连接管、中间储蓄仓、离心泵及硬质提升钢管；软质连接管一端连接中间储蓄仓，另一端通过第二阀门连接拖斗；中间储蓄仓内安装有泵；硬质提升钢管一端连接中间储蓄仓，硬质提升钢管另一端伸至母船，离心泵安装在硬质提升钢管上。
2.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述拖斗外部为流线型。
3.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述前铲设有紧密排列的锯齿，锯齿前部比后部薄。
4.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述伸缩杆由母船控制伸缩；卷闸门、第一阀门和第二阀门均由母船控制开关。
5.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述压缩气泵位于母船上。
6.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述清泥破碎部件可绕球铰链转动，清泥破碎部件外壳上设有螺旋形凸硬质纹路。
7.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述止回阀内侧设置有过滤网，止回阀有多个，位于拖斗容腔侧壁上。
8.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述伸缩杆有两个，分别位于卷闸门两端。
9.根据权利要求1所述的深水采锰结核装置，其特征在于，所述离心泵有多个，多个离心泵安装在硬质提升钢管的不同高度。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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