CN113513486B - 用于提升海中矿浆的泵单元及组合结构及采矿提升系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提升海中矿浆的泵单元及组合结构及采矿提升系统，属于海中矿产提升设备技术领域。本发明的一种用于提升海中矿浆的泵单元，包括第一泵主体和第二泵主体，当将高压海水灌入第一泵主体的海水腔体时，将使得第一泵主体的矿浆腔体内的矿浆排出，第二泵主体的海水腔体内的海水排出，第二泵主体的矿浆腔体吸入矿浆；当将高压海水灌入第二泵主体的海水腔体时，将使得第二泵主体的矿浆腔体内的矿浆排出，第一泵主体的海水腔体内的海水排出，第一泵主体的矿浆腔体吸入矿浆。通过不断的往复循环，能够不断的将矿浆吸入泵单元内后再排出，实现提升海中矿浆的目的。本发明的泵单元排量大，寿命高，波动小，效率高，经济性和可行性强。

Description

用于提升海中矿浆的泵单元及组合结构及采矿提升系统

技术领域

本发明涉及一种用于提升海中矿浆的泵单元及组合结构及采矿提升系统，属于海中矿产提升设备技术领域。

背景技术

随着陆地矿产资源的不断开采，陆地矿产资源的日益枯竭，而人类对矿产的需求与日俱增，矿产枯竭与需求增加的矛盾日益突出，迫切需要寻求新的矿产资源以弥补陆地矿产资源的不足。众人皆知，海洋面积占比地球面积三分之二，从海底获取新的矿产资源增量是目前可行的途径之一。

矿石提升装置是深海采矿系统的重要组成部分，他的作用是将海底的矿石提升到海面采矿船上。目前，如何从深海海底将矿产提升到海面有一定难度。国外深海采矿已进行了多种方法的尝试，国内深海采矿近些年也进行了一些研究，从最初的拖撬式采矿，连续链斗式采矿，自动穿梭式采矿，到近几年的深海离心泵送式采矿等。但技术还不够成熟，现有深海采矿较有前景的方法为水力管道提升法，即使矿石和海水经一定的比例混合形成矿浆，矿浆从海底的集矿机通过管道提升至海面的采矿船上，例如专利文献一种用于反冲立管传输管的系统和方法(申请号CN201780014682.3)，再例如专利文献一种深海采矿提升泵(申请号CN202010052464.2)。

现有技术中，深海离心泵送法虽对采矿提高了一定效率，但不能一步到位，需要多级输送，且因矿浆磨损，叶片容易磨损，寿命短，可靠性、经济性不高。而深海隔膜泵相对排量小，行程大，隔膜容易疲劳破坏，效率也不够高。故，深海采矿迫切需要设计一种具备大排量，高寿命，波动小的泵，用以提高深海海底矿产的效率，保证采矿的经济可行性。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于提升海中矿浆的泵单元及组合结构及采矿提升系统，能够实现提升海中矿浆的目的。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于提升海中矿浆的泵单元，所述泵单元包括m套第一泵主体和n套第二泵主体，m≥1，n≥1；

在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，

所述第一泵主体、第二泵主体分别都包括壳体，以及同轴线且可转动的装配于所述壳体内的转轴，并通过在所述转轴与壳体内壁之间交替布置的k个隔板和k个叶片，将所述壳体的内腔分隔为相互独立并交替分布的k个海水腔体和k个矿浆腔体，k≥1；其中，

所述隔板与壳体内壁固定密封连接、并与转轴滑动密封配合，所述叶片与转轴固定密封连接、并与壳体内壁滑动密封配合；

k个海水腔体之间通过位于壳体外的导水支管相连通，且所述导水支管上设置有进水口和排水口，所述进水口上装配有进水阀，所述排水口上装配有排水阀；

k个矿浆腔体之间通过位于壳体外的导浆支管相连通，且所述导浆支管上设置有进浆口和排浆口，所述进浆口上装配有进浆阀，所述排浆口上装配有排浆阀；

在所述泵单元中，

m套第一泵主体和n套第二泵主体的转轴固定串联连接，且所述第一泵主体的海水腔体对应于所述第二泵主体的矿浆腔体，所述第一泵主体的矿浆腔体对应于所述第二泵主体的海水腔体；当所述转轴转动时，所述第一泵主体的海水腔体的容积与所述第二泵主体的矿浆腔体的容积将同步扩大/缩小，且所述第一泵主体的矿浆腔体与所述第二泵主体的海水腔体将同步缩小/扩大。

进一步的，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，在每个所述叶片两侧的海水腔体、矿浆腔体内，分别设置有用于限制所述叶片转动至所述导水支管、导浆支管的管口处的限位块。

进一步的，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，k个隔板呈圆周阵列分布，k个叶片呈圆周阵列分布。

可供选择的，所述滑动密封为迷宫密封、弹性密封或刚性密封。

进一步的，在所述泵单元中，所述第一泵主体的各个海水腔体与第二泵主体的各个矿浆腔体的容积始终相等，所述第一泵主体的各个矿浆腔体与所述第二泵主体的各个海水腔体的容积始终相等。

进一步的，在所述泵单元中，所述第一泵主体的k个海水腔体与所述第二泵主体的k个矿浆腔体之间一一相对应且同相位，所述第一泵主体的k个矿浆腔体与所述第二泵主体的k个海水腔体之间一一相对应且同相位。

可供选择的，在所述泵单元中，m套第一泵主体和n套第二泵主体全部共用一根转轴；或者，每套第一泵主体、每套第二泵主体各自单独用一根转轴，相邻的转轴之间通过连接件固定串联连接。

优选的，所述连接件为联轴器。

进一步的，在所述泵单元中，m套第一泵主体与n套第二泵主体之间交替分布。

可供选择的，在所述泵单元中，所述进水阀、排水阀、进浆阀、排浆阀都为遥控阀；或者，所述进水阀、排水阀为遥控阀，所述进浆阀、排浆阀为单向阀。

可供选择的，m＝n；或者，|m-n|＝1。

优选的，k为偶数。

优选的，m＝n＝1。

优选的，k＝2。

一种用于提升海中矿浆的泵单元组合结构，包括若干件上述的泵单元，还包括进水主管、排水主管、进浆主管、排浆主管；其中，

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导水支管的进水口分别与所述进水主管相连通；

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导水支管的排水口分别与所述排水主管相连通；

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导浆支管的进浆口分别与所述进浆主管相连通；

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导浆支管的进浆口分别与所述排浆主管相连通。

一种用于提升海中矿浆的采矿提升系统，包括上述的泵单元组合结构。

本发明的有益效果是：

本发明的泵单元，结构简单，容易制造和使用，排量更大，使用寿命更高，运行波动小，输送效率更高，具备更强的经济性和可行性。采用本发明的泵单元提升矿浆时，以高压海水为动力源，得益于本发明的泵单元整体设计；通过控制各个阀门的合理启闭；可以实现，当将高压海水灌入第一泵主体的海水腔体时，将使得第一泵主体的矿浆腔体内的矿浆排出，第二泵主体的海水腔体内的海水排出，第二泵主体的矿浆腔体吸入矿浆；还可以实现，当将高压海水灌入第二泵主体的海水腔体时，将使得第二泵主体的矿浆腔体内的矿浆排出，第一泵主体的海水腔体内的海水排出，第一泵主体的矿浆腔体吸入矿浆。通过上述的动作过程的往复循环，能够不断的将矿浆吸入泵单元内后再排出，即可实现提升海中矿浆的目的。

本发明的泵单元，与深海离心泵相比，由于离心泵的转速很高，矿浆极易对离心泵的叶片产生磨损，导致降低了离心泵的使用寿命，并且离心泵通常需要多级输送才能将矿浆输送至海面的采矿船上，使得深海离心泵的可靠性、经济性不够高；而本发明的泵单元，以高压海水作为动力源，海水以及矿浆的流动速度相对很低，能够极大的减少矿浆对泵单元的叶片的磨损，吸浆排浆过程稳定可靠，波动小；还因为本发明的泵单元以高压海水作为动力源，能够借助海水将矿浆压送海面的采矿船上，无需多级输送。与深海隔膜泵相比，隔膜泵相对排量小，行程大，隔膜容易疲劳破坏，效率也不够高；而本发明的泵单元，结构相对简单，叶片也基本不易疲劳破坏，不易被磨损，具备制作为大通径结构的优越条件，使得泵单元能够具备大排量，效率更高。当组合若干件的泵单元形成泵单元组合结构，用以提高排量和效率；而采矿提升系统采用泵单元组合结构时，即可用以将海底矿浆输送至采矿船上。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的泵单元的立体图；

图2是本发明的泵单元的正视图；

图3是本发明的泵单元的侧视图；

图4是在第一进水阀、第一排浆阀、第二排水阀、第二进浆阀处于打开状态，第一排水阀、第一进浆阀、第二进水阀、第二排浆阀处于关闭状态时，图3中的A-A向剖视图，其中m＝n＝1，k＝2；

图5是在第一进水阀、第一排浆阀、第二排水阀、第二进浆阀处于打开状态，第一排水阀、第一进浆阀、第二进水阀、第二排浆阀处于关闭状态时，图3中的B-B向剖视图，其中m＝n＝1，k＝2；

图6是在第一进水阀、第一排浆阀、第二排水阀、第二进浆阀处于关闭状态，第一排水阀、第一进浆阀、第二进水阀、第二排浆阀处于打开状态时，图3中的A-A向剖视图，其中m＝n＝1，k＝2；

图7是在第一进水阀、第一排浆阀、第二排水阀、第二进浆阀处于关闭状态，第一排水阀、第一进浆阀、第二进水阀、第二排浆阀处于打开状态时，图3中的B-B向剖视图，其中m＝n＝1，k＝2；

图8是图4的一种变形结构示意图，其中m＝n＝1，k＝1；

图9是图5的一种变形结构示意图，其中m＝n＝1，k＝1；

图10是图6的一种变形结构示意图，其中m＝n＝1，k＝1；

图11是图7的一种变形结构示意图，其中m＝n＝1，k＝1；

图12是第一种本发明的泵单元组合结构的结构示意图；

图13是第二种本发明的泵单元组合结构的结构示意图；

图14是本发明的采矿提升系统的结构示意图。

图中标记：

100-第一泵主体，110-第一壳体，111-第一筒体，112-第一端盖，120-第一转轴，130-第一隔板，140-第一叶片，150-第一海水腔体，160-第一矿浆腔体，170-第一导水支管，171-第一进水口，172-第一进水阀，173-第一排水阀，174-第一排水口，180-第一导浆支管，181-第一进浆口，182-第一进浆阀，183-第一排浆阀，184-第一排浆口，190-第一限位块，

200-第二泵主体，210-第二壳体，211-第二筒体，212-第二端盖，220-第二转轴，230-第二隔板，240-第二叶片，250-第二海水腔体，260-第二矿浆腔体，270-第二导水支管，271-第二进水口，272-第二进水阀，273-第二排水阀，274-第二排水口，280-第二导浆支管，281-第二进浆口，282-第二进浆阀，283-第二排浆阀，284-第二排浆口，290-第二限位块，

300-泵单元，310-联轴器，

400-进水主管，500-排水主管，600-进浆主管，700-排浆主管，

800-集矿机，900-采矿船。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

如图1至图7所示，本实施例的一种用于提升海中矿浆的泵单元，所述泵单元包括m套第一泵主体和n套第二泵主体，m≥1，n≥1；

在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，

所述第一泵主体、第二泵主体分别都包括壳体，以及同轴线且可转动的装配于所述壳体内的转轴，并通过在所述转轴与壳体内壁之间交替布置的k个隔板和k个叶片，将所述壳体的内腔分隔为相互独立并交替分布的k个海水腔体和k个矿浆腔体，k≥1；其中，

所述隔板与壳体内壁固定密封连接、并与转轴滑动密封配合，所述叶片与转轴固定密封连接、并与壳体内壁滑动密封配合；

k个海水腔体之间通过位于壳体外的导水支管相连通，且所述导水支管上设置有进水口和排水口，所述进水口上装配有进水阀，所述排水口上装配有排水阀；

k个矿浆腔体之间通过位于壳体外的导浆支管相连通，且所述导浆支管上设置有进浆口和排浆口，所述进浆口上装配有进浆阀，所述排浆口上装配有排浆阀；

在所述泵单元中，

m套第一泵主体和n套第二泵主体的转轴固定串联连接，且所述第一泵主体的海水腔体对应于所述第二泵主体的矿浆腔体，所述第一泵主体的矿浆腔体对应于所述第二泵主体的海水腔体；当所述转轴转动时，所述第一泵主体的海水腔体的容积与所述第二泵主体的矿浆从腔体的容积将同步扩大/缩小，且所述第一泵主体的矿浆腔体与所述第二泵主体的海水腔体将同步缩小/扩大。

采用本发明的泵单元提升矿浆时，以高压海水为动力源，得益于本发明的泵单元整体设计；通过控制各个阀门的合理启闭；可以实现，当将高压海水灌入第一泵主体的海水腔体时，将使得第一泵主体的矿浆腔体内的矿浆排出，第二泵主体的海水腔体内的海水排出，第二泵主体的矿浆腔体吸入矿浆；还可以实现，当将高压海水灌入第二泵主体的海水腔体时，将使得第二泵主体的矿浆腔体内的矿浆排出，第一泵主体的海水腔体内的海水排出，第一泵主体的矿浆腔体吸入矿浆。通过上述的动作过程的往复循环，能够不断的将矿浆吸入泵单元内后再排出，即可实现提升海中矿浆的目的。很明显，m为大于等于1的正整数，n为大于等于1的正整数，k为大于等于1的正整数。

本发明的泵单元，与深海离心泵相比，由于离心泵的转速很高，矿浆极易对离心泵的叶片产生磨损，导致降低了离心泵的使用寿命，并且离心泵通常需要多级输送才能将矿浆输送至海面的采矿船上，使得深海离心泵的可靠性、经济性不够高；而本发明的泵单元，以高压海水作为动力源，海水以及矿浆的流动速度相对很低，能够极大的减少矿浆对泵单元的叶片的磨损，吸浆排浆过程稳定可靠，波动小；还因为本发明的泵单元以高压海水作为动力源，能够借助海水将矿浆压送海面的采矿船上，无需多级输送；需要时，可组合多件的泵单元形成泵单元组合结构，用以提高排量和效率。与深海隔膜泵相比，隔膜泵相对排量小，行程大，隔膜容易疲劳破坏，效率也不够高；而本发明的泵单元，结构相对简单，叶片也基本不易疲劳破坏，不易被磨损，具备制作为大通径结构的优越条件，使得泵单元能够具备大排量，效率更高。

进一步的，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，在每个所述叶片两侧的海水腔体、矿浆腔体内，分别设置有用于限制所述叶片转动至所述导水支管、导浆支管的管口处的限位块。能够避免在泵单元内，出现海水、矿浆掺混的情况发生。很明显，本设计中，导水支管的管口指的是导水支管与海水腔体的连通处的管口；导浆支管的管口指的是导浆支管与矿浆腔体的连通处的管口。具体的，海水腔体内的限位块位于叶片与导水支管的管口之间；矿浆腔体内的限位块位于叶片与导浆支管的管口之间。优选的，海水腔体内的限位块靠近导水支管的管口，矿浆腔体内的限位块靠近导浆支管的管口。

进一步的，在海水腔体内，所述导水支管的管口靠近与之相邻的隔板；在矿浆腔体内，所述导浆支管的管口靠近与之相邻的隔板。用以提高叶片的行程范围。

进一步的，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，所述壳体包括筒体以及密封连接于其两端的端盖。转轴的两端通过轴承可转动的与两端盖相连接。

进一步的，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，k个隔板呈圆周阵列分布，k个叶片呈圆周阵列分布。采用本设计时，当k＝2时，2个隔板共面，2个叶片共面。当然，2个隔板不共面，2个叶片不共面也是可行的。

可供选择的，所述滑动密封为迷宫密封、弹性密封或刚性密封。即，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，所述隔板与转轴之间呈迷宫密封、弹性密封或刚性密封的配合方式；当然还可以是其他类型的滑动密封配合方式。所述叶片与壳体内壁之间呈迷宫密封、弹性密封或刚性密封的配合方式；当然还可以是其他类型的滑动密封配合方式。采用弹性密封的配合方式时，在隔板与转轴之间，弹性密封材料可以设置于隔板的密封面上，或/和，弹性密封材料设置于转轴的密封面上。同理，采用弹性密封的配合方式时，在叶片与壳体内壁之间，弹性密封材料可以设置于叶片的密封面上，或/和，弹性密封材料设置于壳体内壁上。

进一步的，在所述泵单元中，所述第一泵主体的每个海水腔体与第二泵主体的每个矿浆腔体的容积始终相等，所述第一泵主体的每个矿浆腔体与所述第二泵主体的每个海水腔体的容积始终相等。

进一步的，在所述泵单元中，所述第一泵主体的k个海水腔体与所述第二泵主体的k个矿浆腔体之间一一相对应且同相位，所述第一泵主体的k个矿浆腔体与所述第二泵主体的k个海水腔体之间一一相对应且同相位。当然，不同相位也是可行的。

可供选择的，在其中一实施例中，在所述泵单元中，m套第一泵主体和n套第二泵主体全部共用一根转轴。在另一实施例中，每套第一泵主体、每套第二泵主体各自单独用一根转轴，相邻的转轴之间通过连接件固定串联连接。优选的，所述连接件为联轴器。连接件还可以是相邻的转轴之间的焊接接头。

进一步的，在所述泵单元中，m套第一泵主体与n套第二泵主体之间交替分布。

可供选择的，在其中一实施例中，在所述泵单元中，所述进水阀、排水阀、进浆阀、排浆阀都为遥控阀。在另一实施例中，所述进水阀、排水阀为遥控阀，所述进浆阀、排浆阀为单向阀。

可供选择的，在其中一实施例中，m＝n。即，在所述泵单元中，第一泵主体与第二泵主体的套数相同。在另一实施例中，|m-n|＝1。即，在所述泵单元中，可以是第一泵主体比第二泵主体多一套(m-n＝1)，也可以是第二泵主体比第一泵主体多一套(n-m＝1)。

优选的，k为偶数。在运行过程中，使得第一泵主体、第二泵主体的壳体受力更加均匀，提高结构稳定性。

优选的，m＝n＝1。即，在所述泵单元中，第一泵主体、第二泵主体分别都只有1套。当然，根据设计需求第一泵主体、第二泵主体也可以有更多套，两者套数优选相等，当然也可以不等，如m＝2、3或4等，n＝2、3或4等。使用原理与m＝n＝1时基本相同。

优选的，k＝2。即，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，壳体内的隔板、叶片分别有2个。当然，根据设计需求隔板、叶片也可以有更多个，如k＝3、4或5等。使用原理与k＝2时基本相同。

实施例二

基于实施例一的基础上，为了便于理解本发明，在实施例二中，以m＝n＝1，k＝2为例，即第一泵主体、第二泵主体分别都只有1套，在第一泵主体、第二泵主体中，其壳体内的隔板、叶片分别有2个，形成相互独立并交替分布的2个海水腔体和2个矿浆腔体。具体的如下所述。

如图1至图7所示，本实施例的泵单元包括1套第一泵主体和1套第二泵主体；其中，

在第一泵主体100中，第一泵主体100包括第一壳体110(第一壳体110包括第一筒体111以及密封连接于其两端的第一端盖112)，以及同轴线且可转动的装配于第一壳体110内的第一转轴120，在第一转轴120与第一壳体110内壁之间交替布置有2个共面的第一隔板130和2个共面的第一叶片140，通过2个第一隔板130和2个第一叶片140将第一壳体110的内腔分隔为相互独立并交替分布的2个第一海水腔体150和2个第一矿浆腔体160；第一隔板130与第一壳体110内壁固定密封连接、并与第一转轴120迷宫密封，第一叶片140与第一转轴120固定密封连接、并与第一壳体110内壁迷宫密封；2个第一海水腔体150之间通过位于第一壳体110外的第一导水支管170相连通，且第一导水支管170上设置有第一进水口171和第一排水口174，第一进水口171上装配有第一进水阀172，第一排水口174上装配有第一排水阀173；2个第一矿浆腔体160之间通过位于第一壳体110外的第一导浆支管180相连通，且第一导浆支管180上设置有第一进浆口181和第一排浆口184，第一进浆口181上装配有第一进浆阀182，第一排浆口184上装配有第一排浆阀183；在每个第一叶片140两侧的第一海水腔体150、第一矿浆腔体160内，分别设置有用于限制第一叶片140转动至第一导水支管170、第一导浆支管180的管口处的第一限位块190；

在第二泵主体200中，第二泵主体200包括第二壳体210(第二壳体210包括第二筒体211以及密封连接于其两端的第二端盖212)，以及同轴线且可转动的装配于第二壳体210内的第二转轴220，在第二转轴220与第二壳体210内壁之间交替布置有2个共面的第二隔板230和2个共面的第二叶片240，通过2个第二隔板230和2个第二叶片240将第二壳体210的内腔分隔为相互独立并交替分布的2个第二海水腔体250和2个第二矿浆腔体260；第二隔板230与第二壳体210内壁固定密封连接、并与第二转轴220迷宫密封，第二叶片240与第二转轴220固定密封连接、并与第二壳体210内壁迷宫密封；2个第二海水腔体250之间通过位于第二壳体210外的第二导水支管270相连通，且第二导水支管270上设置有第二进水口271和第二排水口274，第二进水口271上装配有第二进水阀272，第二排水口274上装配有第二排水阀273；2个第二矿浆腔体260之间通过位于第二壳体210外的第二导浆支管280相连通，且第二导浆支管280上设置有第二进浆口281和第二排浆口284，第二进浆口281上装配有第二进浆阀282，第二排浆口284上装配有第二排浆阀283；在每个第二叶片240两侧的第二海水腔体250、第二矿浆腔体260内，分别设置有用于限制第二叶片240转动至第二导水支管270、第二导浆支管280的管口处的第二限位块290；

在第一泵主体100、第二泵主体200中，第一进水阀172、第一排水阀173、第一进浆阀182、第一排浆阀183、第二进水阀272、第二排水阀273、第二进浆阀282、第二排浆阀283均为遥控阀；

在泵单元300中，第一泵主体100的第一转轴120和第二泵主体200的第二转轴220之间通过联轴器310固定串联连接，且第一泵主体100的第一海水腔体150与第二泵主体200的第二矿浆腔体260一一相对应且同相位，第一泵主体100的第一矿浆腔体160与第二泵主体200的第二海水腔体250一一相对应且同相位；

并且，第一泵主体100的各个第一海水腔体150与第二泵主体200的各个第二矿浆腔体260的容积始终相等，第一泵主体100的各个第一矿浆腔体160与第二泵主体200的各个第二海水腔体250的容积始终相等；

当第一转轴120、第二转轴220同步转动时，在第一泵主体的第一海水腔体150的容积与第二泵主体的第二矿浆腔体260的容积同步扩大的同时，第一泵主体的第一泵主体的矿浆腔体与第二泵主体的第二海水腔体将同步缩小；在第一泵主体的第一海水腔体150的容积与第二泵主体的第二矿浆腔体260的容积同步缩小的同时，第一泵主体的第一泵主体的矿浆腔体与第二泵主体的第二海水腔体将同步扩大。

本发明的泵单元，通过两种动作过程周而复始的循环过程，即可实现不断提升矿浆的目的。

如图4、图5所示，第一种动作过程：

将第一进水阀172、第一排浆阀183、第二排水阀273、第二进浆阀282打开，并将第一排水阀173、第一进浆阀182、第二进水阀272、第二排浆阀283关闭；

对于第一泵主体100而言，将高压海水从第一进水口171灌入第一导水支管170内，此时，高压海水通过第一导水支管170分别进入2个第一海水腔体150内，随着海水的不断灌入，第一海水腔体150内的海水将推动第一叶片140朝向与第一矿浆腔体160转动；此时，将使得2个第一海水腔体150的容积逐渐扩大，2个第一矿浆腔体160的容积逐渐的缩小，使得2个第一矿浆腔体160内的矿浆将分别通过第一导浆支管180后从第一排浆口184排出，如图4所示；

与之同时，对于第二泵主体200而言，由于第一泵主体100的第一转轴120和第二泵主体200的第二转轴220之间通过联轴器310固定串联连接，海水推动第一叶片140转动时，将带动第一转轴120，联动第二转轴220、第二叶片240同步转动，使得第二叶片240朝向第二海水腔体250转动；此时，将使得2个第二矿浆腔体260的容积逐渐扩大，2个第二海水腔体250的容积逐渐的缩小，使得矿浆能够被第二进浆口281吸入后分别通过第二导浆支管280进入2个第二矿浆腔体260内，而第二海水腔体250内的海水将分别通过第二导水支管270后从第二排水口274排出，如图5所示。

如图6、图7所示，第二种动作过程：

将第一进水阀172、第一排浆阀183、第二排水阀273、第二进浆阀282关闭，并将第一排水阀173、第一进浆阀182、第二进水阀272、第二排浆阀283打开；

对于第二泵主体200而言，将高压海水从第二进水口271灌入第二导水支管270内，此时，高压海水通过第二导水支管270分别进入2个第二海水腔体250内，随着海水的不断灌入，第二海水腔体250内的海水将推动第二叶片240朝向与第二矿浆腔体260转动；此时，将使得2个第二海水腔体250的容积逐渐扩大，2个第二矿浆腔体260的容积逐渐的缩小，使得2个第二矿浆腔体260内的矿浆将分别通过第二导浆支管280后从第二排浆口284排出，如图7所示；

与之同时，对于第一泵主体100而言，由于第一泵主体100的第一转轴120和第二泵主体200的第二转轴220之间通过联轴器310固定串联连接，海水推动第二叶片240转动时，将带动第二转轴220，联动第一转轴120、第一叶片140同步转动，使得第一叶片140朝向第一海水腔体150转动；此时，将使得2个第一矿浆腔体160的容积逐渐扩大，2个第一海水腔体150的容积逐渐的缩小，使得矿浆能够被第一进浆口181吸入后分别通过第一导浆支管180进入2个第一矿浆腔体160内，而第一海水腔体150内的海水将分别通过第一导水支管170后从第一排水口174排出，如图6所示。

本发明的泵单元，第一种动作过程、第二种动作过程的原理相同，动作过程相反；以高压海水作为动力源，通过第一、二种动作过程的往复循环，能够不断的将矿浆从泵单元的进浆口吸入泵单元内后，再从泵单元的排浆口排出，即可实现提升海中矿浆的目的。

实施三

实施例三与实施例二基本相同，不同之处在于，在实施例二中，k＝2；而在实施例三中，k＝1。如图8至图11所示，在实施例三中，第一泵主体、第二泵主体分别都只有1套，在第一泵主体、第二泵主体中，其壳体内的隔板、叶片分别都有1个，形成相互独立的1个海水腔体和1个矿浆腔体。实施例三原理和动作过程与实施例二相同，此处不赘述。

实施例三与实施例二相比，实施例三略显不足之处在于，第一泵主体100、第二泵主体200在运行过程中，受力不平衡，稳定性不够强。因此，在每套第一泵主体、每套第二泵主体中，k为偶数是最佳的选择。

当m＝2、3或4等，n＝2、3或4等，k＝3、4或5等，也同样可实现提升海中矿浆的目的，原理和动作过程与实施例二、三相同。

实施四

如图1至图13所示，本实施例的一种用于提升海中矿浆的泵单元组合结构，包括若干件实施例一的泵单元，还包括进水主管、排水主管、进浆主管、排浆主管；其中，

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导水支管的进水口分别与所述进水主管相连通；

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导水支管的排水口分别与所述排水主管相连通；

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导浆支管的进浆口分别与所述进浆主管相连通；

m套第一泵主体以及n套第二泵主体的导浆支管的进浆口分别与所述排浆主管相连通。

明显的，泵单元可以只有1件，也可以有很多件。优选的，泵单元有多件，能够提高排量和效率。实际工程应用中，使每件泵单元的动作过程呈现规律性的时间差，来更加合理高效的利用本发明的泵单元组合结构。

实施五

基于实施例二、四的基础上，本实施例中，如图12所示，泵单元300有3件，排成1列，在3件泵单元300中，其第一进水口171、第二进水口271分别与进水主管400相连通；其第一排水口174、第二排水口274分别与排水主管500相连通；其第一进浆口181、第二进浆口281分别与进浆主管600相连通；其第一排浆口184、第二排浆口284分别与排浆主管700相连通。

很明显，基于实施例三、四的基础上，也可形成类似实施例五结构形式的泵单元组合结构。

实施六

基于实施例二、四的基础上，本实施例中，如图13所示，泵单元300有6件，排成3行2列，在6件泵单元300中，其第一进水口171、第二进水口271分别与进水主管400相连通；其第一排水口174、第二排水口274分别与排水主管500相连通；其第一进浆口181、第二进浆口281分别与进浆主管600相连通；其第一排浆口184、第二排浆口284分别与排浆主管700相连。

很明显，基于实施例三、四的基础上，也可形成类似实施例六结构形式的具体的泵单元组合结构。

实施七

如图1至图14所示，本实施例的一种用于提升海中矿浆的采矿提升系统，包括实施例四的泵单元组合结构。

进一步的，还包括集矿机800和采矿船900。集矿机800、采矿船900采用现有技术的设计。实际工程应用中，集矿机800位于海底，采矿船900位于海面上，两者之间通过泵单元组合结构相连接。

具体的，实施例七结合实施例五或六的设计时，如图14所示，泵单元组合结构的进水主管400连接至采矿船900(进水主管400与采矿船900上的动力水泵连接)上，泵单元组合结构的排水主管500连通至海水中，泵单元组合结构的进浆主管600连接至集矿机800上，泵单元组合结构的排浆主管700连接至采矿船900上。在采矿船900将高压海水灌入进水主管400后，在泵单元组合结构的作用下，海底的集矿机800所收集的矿浆可通过泵单元组合结构提升输送至采矿船900上，实现提升海中矿浆的目的。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (16)

1.一种用于提升海中矿浆的泵单元，其特征在于：所述泵单元（300）包括m套第一泵主体（100）和n套第二泵主体（200），m≥1，n≥1；

在每套第一泵主体（100）、每套第二泵主体（200）中，

所述第一泵主体（100）、第二泵主体（200）分别都包括壳体，以及同轴线且可转动的装配于所述壳体内的转轴，并通过在所述转轴与壳体内壁之间交替布置的k个隔板和k个叶片，将所述壳体的内腔分隔为相互独立并交替分布的k个海水腔体和k个矿浆腔体，k≥1；其中，

所述隔板与壳体内壁固定密封连接、并与转轴滑动密封配合，所述叶片与转轴固定密封连接、并与壳体内壁滑动密封配合；

k个海水腔体之间通过位于壳体外的导水支管相连通，且所述导水支管上设置有进水口和排水口，所述进水口上装配有进水阀，所述排水口上装配有排水阀；

k个矿浆腔体之间通过位于壳体外的导浆支管相连通，且所述导浆支管上设置有进浆口和排浆口，所述进浆口上装配有进浆阀，所述排浆口上装配有排浆阀；

在所述泵单元（300）中，

m套第一泵主体（100）和n套第二泵主体（200）的转轴固定串联连接，且所述第一泵主体（100）的海水腔体对应于所述第二泵主体（200）的矿浆腔体，所述第一泵主体（100）的矿浆腔体对应于所述第二泵主体（200）的海水腔体；当所述转轴转动时，所述第一泵主体（100）的海水腔体的容积与所述第二泵主体（200）的矿浆腔体的容积将同步扩大/缩小，且所述第一泵主体（100）的矿浆腔体与所述第二泵主体（200）的海水腔体将同步缩小/扩大。

2.如权利要求1所述的泵单元，其特征在于：在每套第一泵主体（100）、每套第二泵主体（200）中，在每个所述叶片两侧的海水腔体、矿浆腔体内，分别设置有用于限制所述叶片转动至所述导水支管、导浆支管的管口处的限位块。

3.如权利要求1所述的泵单元，其特征在于：在每套第一泵主体（100）、每套第二泵主体（200）中，k个隔板呈圆周阵列分布，k个叶片呈圆周阵列分布。

4.如权利要求1所述的泵单元，其特征在于：所述滑动密封为迷宫密封、弹性密封或刚性密封。

5.如权利要求1所述的泵单元，其特征在于：在所述泵单元（300）中，所述第一泵主体（100）的各个海水腔体与第二泵主体（200）的各个矿浆腔体的容积始终相等，所述第一泵主体（100）的各个矿浆腔体与所述第二泵主体（200）的各个海水腔体的容积始终相等。

6.如权利要求5所述的泵单元，其特征在于：在所述泵单元（300）中，所述第一泵主体（100）的k个海水腔体与所述第二泵主体（200）的k个矿浆腔体之间一一相对应且同相位，所述第一泵主体（100）的k个矿浆腔体与所述第二泵主体（200）的k个海水腔体之间一一相对应且同相位。

7.如权利要求1所述的泵单元，其特征在于：在所述泵单元（300）中，m套第一泵主体（100）和n套第二泵主体（200）全部共用一根转轴；或者，每套第一泵主体（100）、每套第二泵主体（200）各自单独用一根转轴，相邻的转轴之间通过连接件固定串联连接。

8.如权利要求7所述的泵单元，其特征在于：所述连接件为联轴器（310）。

9.如权利要求7所述的泵单元，其特征在于：在所述泵单元（300）中，m套第一泵主体（100）与n套第二泵主体（200）之间交替分布。

10.如权利要求1所述的泵单元，其特征在于：在所述泵单元（300）中，所述进水阀、排水阀、进浆阀、排浆阀都为遥控阀；或者，所述进水阀、排水阀为遥控阀，所述进浆阀、排浆阀为单向阀。

11.如权利要求1-10任意一项所述的泵单元，其特征在于：m=n；或者，|m-n|=1。

12.如权利要求11所述的泵单元，其特征在于：m=n=1。

13.如权利要求11所述的泵单元，其特征在于： k为偶数。

14.如权利要求13所述的泵单元，其特征在于：k=2。

15.一种用于提升海中矿浆的泵单元组合结构，其特征在于：包括若干件如权利要求1-14任一项所述的用于提升海中矿浆的泵单元，还包括进水主管（400）、排水主管（500）、进浆主管（600）、排浆主管（700）；其中，

m套第一泵主体（100）以及n套第二泵主体（200）的导水支管的进水口分别与所述进水主管（400）相连通；

m套第一泵主体（100）以及n套第二泵主体（200）的导水支管的排水口分别与所述排水主管（500）相连通；

m套第一泵主体（100）以及n套第二泵主体（200）的导浆支管的进浆口分别与所述进浆主管（600）相连通；

m套第一泵主体（100）以及n套第二泵主体（200）的导浆支管的进浆口分别与所述排浆主管（700）相连通。

16.一种用于提升海中矿浆的采矿提升系统，其特征在于：包括如权利要求15所述的用于提升海中矿浆的泵单元组合结构。