CN113027461A - 具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车，包括行走底盘，行走底盘上安装有输送装置、分离装置、料仓和具有捕捉喷嘴的捕捉装置，捕捉装置通过输送装置与分离装置相连，料仓与分离装置相连，捕捉喷嘴的后方位置、分离装置的后方位置和行走底盘的后方位置均设有用于检测悬浮颗粒物浓度的传感器。该深海采矿车能够实时准确的测量采矿工作时悬浮颗粒物浓度值，为评估深海采矿车采矿工作对海底环境影响程度提供最适合的数据和技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及深海采矿装备技术领域，具体涉及具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车。
背景技术
深海多金属结核采矿作业时，采矿车的捕捉系统喷射出来高压水射流会对海底表层面进行“剥离”，使大量的海底沉积物受到冲击而被搅动起来。被捕捉到的多金属结核和海底沉积物同时进入采矿车的输送系统，由输送系统喷嘴射流将结核和大部分非结核物质运输至采矿车的分离系统筛网进行脱泥处理，在该处会产生大量的悬浮颗粒物质，随着排放出的水流而不断扩散至下游。同时，采矿车的履带行走机构在行驶时，履带片会将底层大量的淤泥翻起来随海流一起扩散。
大量的深海采矿试验证明，采矿过程中产生和排放的悬浮颗粒物可能堵塞底栖游泳生物和浮游生物的呼吸系统，影响生物的摄食、呼吸和正常生长。大量飘散在水体中的悬浮颗粒物导致相应区域光照的衰减，严重影响浮游植物的光合作用。为了保护和保全海洋环境，《联合国海洋法公约》规定：各国应采取一切必要措施以防止、减少和控制由于在其管辖或控制下使用技术而造成的海洋环境污染。另外，国际海底管理局在《指导承包者评估“区域”内海洋矿物勘探活动可能对环境造成的影响的建议》中提出必须测量出采矿活动前后水体中悬浮颗粒物的浓度和分布情况，以用于后期评估采矿对海底环境造成的影响。
针对深海多金属结核采矿车作业时产生大量的悬浮颗粒物造成水体污染，会影响和威胁海底底栖生物生存的问题，需测量出水体中悬浮颗粒物浓度，以用来评估深海多金属结核采矿作业时对海底环境的影响程度。当前尚未见到过专门用来实时测量海底集矿车采矿作业产生的悬浮物浓度的测量仪器和监测方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车，该深海采矿车能够实时准确的测量采矿工作时悬浮颗粒物浓度值，为评估深海采矿车采矿工作对海底环境影响程度提供数据和技术支撑。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车，包括行走底盘，所述行走底盘上安装有输送装置、分离装置、料仓和具有捕捉喷嘴的捕捉装置，所述捕捉装置通过输送装置与分离装置相连，所述料仓与所述分离装置相连，所述捕捉喷嘴的后方位置、所述分离装置的后方位置和所述行走底盘的后方位置均设有用于检测悬浮颗粒物浓度的传感器。
作为上述技术方案的进一步改进：
设置在所述捕捉喷嘴的后方位置的传感器为第一传感器，所述第一传感器设置在距捕捉喷嘴20cm～30cm的位置处。
设置在所述分离装置的后方位置的传感器为第二传感器，所述第二传感器设置在距分离装置的过滤网40cm～60cm的位置处。
所述行走底盘为履带底盘，设置在所述行走底盘的后方位置的传感器为第三传感器，所述第三传感器设置在行走底盘的行走履带后方。
所述第三传感器设置在距行走履带10cm～30cm的位置处。
各传感器通过可调固定装置安装在行走底盘上，所述可调固定装置包括用于固定传感器的定位组件和可拆卸的安装在行走底盘上的支撑杆件，所述定位组件通过能沿支撑杆件调节安装位置的可调连接机构安装在支撑杆件上。
所述可调连接机构包括第一夹紧件和第二夹紧件，所述第一夹紧件和第二夹紧件通过紧固件连接并夹紧固定所述支撑杆件，所述定位组件固接在第一夹紧件或第二夹紧件上。
所述定位组件包括通过连接板固接在第一夹紧件或第二夹紧件上的一个以上卡箍。
所述深海采矿车还包括用于接收处理各传感器检测的浮物颗粒浓度信号的工作机，所述工作机配置有用于记录和显示各传感器检测的浮物颗粒浓度随之间变化情况的处理软件。
所述工作机设于通过光电复合缆与深海采矿车相连的水面船舶上，所述行走底盘上设有电子仓，所述电子仓内设有用于接收和储存各传感器检测的浮物颗粒浓度数据的数据储存装置，所述数据储存装置通过所述光电复合缆与工作机连接以进行数据和信息交换。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车，在捕捉喷嘴的后方位置、分离装置的后方位置和行走底盘的后方位置均设有用于检测悬浮颗粒物浓度的传感器，能够实时、准确的测量捕捉喷嘴、分离装置和行走底盘这三个主要产生悬浮物的工作部件所产生的悬浮颗粒物浓度值，只需较少数量的传感器和较低的成本，就能够获得深海采矿车采矿作业时所产生悬浮颗粒物浓度最大值，为评估深海采矿车采矿工作对海底环境影响程度提供最适合的数据和技术支撑。
附图说明
图1为具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车的结构示意简图。
图2为可调固定装置的立体结构示意图。
图3为在具体应用实施例中第一传感器所检测悬浮颗粒物浓度的变化曲线图。
图4为在具体应用实施例中第二传感器所检测悬浮颗粒物浓度的变化曲线图。
图5为在具体应用实施例中第三传感器所检测悬浮颗粒物浓度的变化曲线图。
图例说明：
1、行走底盘；11、电子仓；2、输送装置；21、输送喷嘴；3、分离装置；4、料仓；5、捕捉装置；51、捕捉喷嘴；6、可调固定装置；61、支撑杆件；62、第一夹紧件；63、第二夹紧件；64、紧固件；65、连接板；66、卡箍；67、连接座；7、工作机；8、光电复合缆；101、第一传感器；102、第二传感器；103、第三传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本实施例的具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车，包括行走底盘1，行走底盘1上安装有输送装置2、分离装置3、料仓4和具有捕捉喷嘴51的捕捉装置5，捕捉装置5通过输送装置2与分离装置3相连，料仓4与分离装置3相连，捕捉喷嘴51的后方位置、分离装置3的后方位置和行走底盘1的后方位置均设有用于检测悬浮颗粒物浓度的传感器。该深海采矿车在捕捉喷嘴51的后方位置、分离装置3的后方位置和行走底盘1的后方位置均设有用于检测悬浮颗粒物浓度的传感器，能够实时、准确的测量捕捉喷嘴51、分离装置3和行走底盘1这三个主要产生悬浮物的工作部件所产生的悬浮颗粒物浓度值，只需较少数量的传感器和较低的成本，就能够获得深海采矿车采矿作业时所产生悬浮颗粒物浓度最大值，为评估深海采矿车采矿工作对海底环境影响程度提供最适合的数据和技术支撑。
上述捕捉喷嘴51的后方位置是指捕捉喷嘴51的下游位置，也即逆行走底盘1行进方向与捕捉喷嘴51后端相间隔的位置。分离装置3的后方位置是指分离装置3的下游位置，也即逆行走底盘1行进方向与分离装置3后端相间隔的位置。行走底盘1的后方位置是指行走底盘1的下游位置，也即逆行走底盘1行进方向与行走底盘1后端相间隔的位置。
上述输送装置2、分离装置3、料仓4和捕捉装置5均可参考现有技术中的深海采矿车进行设置。其中捕捉装置5主要包括集料罩和捕捉喷嘴51，利用捕捉喷嘴51产生高压水射流对海底覆盖的多金属结核进行松动、冲刷和抬升。输送装置2主要包括输送通道和输送喷嘴21，输送通道两端分别与分离装置3和集料罩连接，输送喷嘴21用于向输送通道内喷射水流以使物料沿输送通道向分离装置3运动。分离装置3用于将多金属结核、沉积物和废水分离开，其主要包括具有分离腔的外壳，外壳上设有供沉积物和废水排出的过滤网，料仓4与分离腔的底部连通，多金属结核、沉积物和废水进入分离腔后，多金属结核因自身重量大的原因落入料仓4，沉积物和废水等直接经过过滤网排放到海底。
本实施例中，设置在捕捉喷嘴51的后方位置的传感器为第一传感器101，第一传感器101设置在距捕捉喷嘴51的间距为120cm～30cm的位置处。由于捕捉喷嘴51喷射出来的高压水射流会大量搅动起周围的海底沉积物，大量被搅动的沉积物扩散后使得周边水体中的悬浮颗粒物浓度增加。第一传感器101设置在该间距范围内，可检测到捕捉喷嘴51下游悬浮颗粒物浓度最大的位置处的最大浓度，保证检测的真实性和准确性。
本实施例中，设置在分离装置3的后方位置的传感器为第二传感器102，第二传感器102设置在距分离装置3的过滤网40cm～60cm的位置处。由于在分离装置3的过滤网处会排出大量的沉积物颗粒和废水，并且排出的废水具有较大的流速，能快速地在周边水体扩散和转移，导致周边水体悬浮颗粒物浓度骤升，由此产生的悬浮颗粒物的浓度在过滤网后方40cm～60cm位置处最大，因此第二传感器102设置在该间距范围内，可检测到分离装置3下游悬浮颗粒物浓度最大的位置处的最大浓度，保证检测的真实性和准确性。优选的，第二传感器102设置在距分离装置3的过滤网50cm的位置处。
本实施例中，行走底盘1为履带底盘，设置在行走底盘1的后方位置的传感器为第三传感器103，第三传感器103设置在行走底盘1的行走履带后方。由于行走底盘1进行采矿作业时，行走底盘1会将海底沉积物等淤泥翻起来，使行走履带周边水体悬浮颗粒物浓度增加，且悬浮颗粒物浓度最大的区域位于行走履带后方，将第三传感器103设置在行走底盘1的行走履带后方，利于真实、准确的检测获得由行走底盘1行进而产生的悬浮颗粒物的浓度。
本实施例中，第三传感器103设置在距行走履带10cm～30cm的位置处。由于行走底盘1行进而产生的悬浮颗粒物的浓度在行走履带后方10cm～30cm位置处最大，因此第三传感器103设置在该间距范围内，可检测到行走履带下游悬浮颗粒物浓度最大的位置处的最大浓度，保证检测的真实性和准确性。优选的，第三传感器103设置在距行走履带的间距为20cm的位置处。
本实施例中，各传感器是基于红外吸收散射光线法，通过检测水中悬浮颗粒物散射光来测量悬浮颗粒物浓度的传感器。该传感器体积小、功耗低、灵敏度高，可实时准确测量悬浮颗粒物浓度。同时，深度可达6000米，可承受60Mpa水压，可测量悬浮物浓度最大达到20000mg/L。
本实施例中，各传感器通过可调固定装置6安装在行走底盘1上，如图3所示，可调固定装置6包括用于固定传感器的定位组件和可拆卸的安装在行走底盘1上的支撑杆件61，定位组件通过可调连接机构安装在支撑杆件61上，通过可调连接机构能沿支撑杆件61调节定位组件的安装位置和绕支撑杆件61调节定位组件的转动角度。在支撑杆件61安装固定到行走底盘1上后，通过可调连接机构调节定位组件在支撑杆件61上的安装位置以及绕支撑杆件61的角度，能够灵活的调节被固定组件固定的传感器的位置，便于调整传感器至最佳检测位置，能够提高使用灵活性。同时，该可调固定装置6结构简单、便于装卸、安装稳固性好。
本实施例中，可调连接机构包括第一夹紧件62和第二夹紧件63，第一夹紧件62和第二夹紧件63通过紧固件64连接并夹紧固定支撑杆件61，定位组件固接在第一夹紧件62或第二夹紧件63上，紧固件64优选采用螺栓。该松开紧固件64，第一夹紧件62和第二夹紧件63也松开支撑杆件61，进而可沿支撑杆件61调整位置，以及使第一夹紧件62和第二夹紧件63绕支撑杆件61转动以调节角度，调整至所需位置和角度以后再拧紧紧固件64即可。该可调连接机构的结构简单、成本低、易于制作、调节简便、连接稳固性好。优选的，第一夹紧件62和第二夹紧件63均设有卡套在支撑杆件61外部的凹槽，能够提高连接稳固性。
本实施例中，定位组件包括通过连接板65固接在第一夹紧件62或第二夹紧件63上的一个以上卡箍66，采用卡箍66卡紧固定传感器，方便操作，且安装稳固性好。
优选的，支撑杆件61的端部设有一连接座67，连接座67上设有多个供螺栓穿过的通孔，便于将支撑杆61安装到行走底盘1上，且能提高安装后的稳固性。
本实施例中，深海采矿车还包括用于接收处理各传感器检测的浮物颗粒浓度信号的工作机7，工作机7配置有用于记录和显示各传感器检测的浮物颗粒浓度随之间变化情况的处理软件，以便于存储和直观显示各时刻浮物颗粒浓度的变化。其中，图3为在深海采矿车采矿过程中某一时间段内第一传感器101所检测悬浮颗粒物浓度的变化曲线图。图4为在深海采矿车采矿过程中某一时间段内第二传感器102所检测悬浮颗粒物浓度的变化曲线图。图5为在深海采矿车采矿过程中某一时间段内第三传感器103所检测悬浮颗粒物浓度的变化曲线图。
本实施例中，工作机7设于通过光电复合缆8与深海采矿车相连的水面船舶上，行走底盘1上设有电子仓11，电子仓11内设有用于接收和储存各传感器检测的浮物颗粒浓度数据的数据储存装置，数据储存装置通过光电复合缆8与工作机7连接以进行数据和信息交换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有悬浮颗粒物浓度测量功能的深海采矿车，包括行走底盘(1)，所述行走底盘(1)上安装有输送装置(2)、分离装置(3)、料仓(4)和具有捕捉喷嘴(51)的捕捉装置(5)，所述捕捉装置(5)通过输送装置(2)与分离装置(3)相连，所述料仓(4)与所述分离装置(3)相连，其特征在于：所述捕捉喷嘴(51)的后方位置、所述分离装置(3)的后方位置和所述行走底盘(1)的后方位置均设有用于检测悬浮颗粒物浓度的传感器。
2.根据权利要求1所述的深海采矿车，其特征在于：设置在所述捕捉喷嘴(51)的后方位置的传感器为第一传感器(101)，所述第一传感器(101)设置在距捕捉喷嘴(51)20cm～30cm的位置处。
3.根据权利要求1所述的深海采矿车，其特征在于：设置在所述分离装置(3)的后方位置的传感器为第二传感器(102)，所述第二传感器(102)设置在距分离装置(3)的过滤网40cm～60cm的位置处。
4.根据权利要求1所述的深海采矿车，其特征在于：所述行走底盘(1)为履带底盘，设置在所述行走底盘(1)的后方位置的传感器为第三传感器(103)，所述第三传感器(103)设置在行走底盘(1)的行走履带后方。
5.根据权利要求4所述的深海采矿车，其特征在于：所述第三传感器(103)设置在距行走履带10cm～30cm的位置处。
6.根据权利要求1所述的深海采矿车，其特征在于：各传感器通过可调固定装置(6)安装在行走底盘(1)上，所述可调固定装置(6)包括用于固定传感器的定位组件和可拆卸的安装在行走底盘(1)上的支撑杆件(61)，所述定位组件通过可调连接机构以能沿支撑杆件(61)调节安装位置和绕支撑杆件(61)调节转动角度的方式安装在支撑杆件(61)上。
7.根据权利要求6所述的深海采矿车，其特征在于：所述可调连接机构包括第一夹紧件(62)和第二夹紧件(63)，所述第一夹紧件(62)和第二夹紧件(63)通过紧固件(64)连接并夹紧固定所述支撑杆件(61)，所述定位组件固接在第一夹紧件(62)或第二夹紧件(63)上。
8.根据权利要求6所述的深海采矿车，其特征在于：所述定位组件包括通过连接板(65)固接在第一夹紧件(62)或第二夹紧件(63)上的一个以上卡箍(66)。
9.根据权利要求1所述的深海采矿车，其特征在于：所述深海采矿车还包括用于接收处理各传感器检测的浮物颗粒浓度信号的工作机(7)，所述工作机(7)配置有用于记录和显示各传感器检测的浮物颗粒浓度随之间变化情况的处理软件。
10.根据权利要求9所述的深海采矿车，其特征在于：所述工作机(7)设于通过光电复合缆(8)与深海采矿车相连的水面船舶上，所述行走底盘(1)上设有电子仓(11)，所述电子仓(11)内设有用于接收和储存各传感器检测的浮物颗粒浓度数据的数据储存装置，所述数据储存装置通过所述光电复合缆(8)与工作机(7)连接以进行数据和信息交换。
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