CN113690810B - 一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统 - Google Patents

一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及深海作业领域，具体是一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，包括顶部支撑装置和绑扎装置；顶部支撑装置为顶部支撑体，顶部支撑体设置在升沉补偿装置上，顶部支撑体上设置两个弧形的支撑装置，两根脐带缆分别安装在对应的支撑装置上；绑扎装置有数个第一管夹和数个第三管夹；数个第一管夹设置在升沉补偿装置上，第一管夹上开设两个脐带缆孔；数个第三管夹设置在提升泵与中继站之间的第三管道上，第三管夹上开设一个脐带缆孔。本发明通过设置顶部支撑体、第一管夹和第三管夹，使得脐带缆从海面至提升泵至中继站始终固定牢固，避免产生脐带缆与管道之间发生碰撞和/或缠绕等问题，从而确保脐带缆的作业安全。

Description

一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统
技术领域
本发明涉及深海作业领域，具体是一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统。
背景技术
随着陆地资源日益减少和过度开采导致的环境恶化，人类面临着环境和资源的重大挑战，而深海蕴藏着丰富的矿产资源。进入二十一世纪后，人类把目光投向了海洋，我国更是将海洋资源开发提升为国家战略发展方向。深海的资源开发离不开先进的技术和装备，目前深海领域的采矿作业采用“泵-管”连续输送多金属结核矿石的扬矿系统，涉及到中继站和提升泵等关键设备。连续泵送矿石的作业过程中，需要两根脐带缆将采矿船上的能源动力和控制信号分别实时传输到中继站和提升泵，由于中继站和提升泵的直径均大于与其相连的输送管道，脐带缆若直接绑扎到输送管道上，位于中继站和提升泵处的脐带缆在波浪、流、矿石输送振动等载荷作用下，容易与中继站和提升泵产生碰撞和缠绕的问题，无法确保脐带缆的作业安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是无法确保脐带缆的作业安全，为了解决该问题，本发明提供一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其可以确保脐带缆的作业安全。
本发明的内容为一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，包括顶部支撑装置和绑扎装置；
顶部支撑装置为顶部支撑体，顶部支撑体设置在升沉补偿装置上，顶部支撑体上设置两个弧形的支撑装置，两根脐带缆分别安装在对应的支撑装置上；
绑扎装置有数个第一管夹和数个第三管夹；
数个第一管夹设置在升沉补偿装置上，第一管夹上开设两个脐带缆孔；
数个第三管夹设置在提升泵与中继站之间的第三管道上，第三管夹上开设一个脐带缆孔。
进一步地，所述的支撑装置有两个弧形片，两个弧形片内侧之间设置数个弧形的限位片，两个弧形片外侧之间设置数个限位杆。
进一步地，所述的支撑装置还有两个限位筒，两个限位筒分别位于弧形片的两端，远离支撑套筒的限位筒端部设置凸环。
进一步地，所述的第一管夹有至少两个弧形板相互连接组成的第一套筒，第一套筒外侧分别设置两个第一支撑板的一端，两个第一支撑板的另一端分别设置第一固定筒，第一固定筒由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第一固定筒的内孔。
进一步地，所述的绑扎装置还有数个第二管夹，数个第二管夹设置在与提升泵上端连接的第二管道上，第二管夹上开设两个脐带缆孔，两个脐带缆孔与第二管道间距不同。
进一步地，所述的第二管夹有至少两个弧形板相互连接组成的第二套筒，第二套筒外侧分别设置两个第二支撑板的一端，两个第二支撑板的长度不同，两个第二支撑板的另一端分别设置第二固定筒，第二固定筒由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第二固定筒的内孔。
进一步地，所述的第三管夹有弧形的托板，托板的内侧设置至少两个弧形的连杆，托板的外侧设置第三支撑板的一端，第三支撑板的另一端设置第三固定筒，第三固定筒由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第三固定筒的内孔。
进一步地，所述的绑扎装置还有数个第四管夹，第四管夹有相互连接的第一夹块和第二夹块，第一夹块和第二夹块的连接端端面均开设两个截面为弧形的长槽，两个开口相对的长槽构成脐带缆孔，第一夹块和第二夹块的外侧均开设至少两个限位槽，限位槽内对应设置限位带。
进一步地，所述的脐带缆孔内设置第一垫片。
本发明的有益效果是，本发明通过设置顶部支撑体、第一管夹和第三管夹，使得脐带缆从海面至提升泵至中继站始终固定牢固，避免产生脐带缆与管道之间发生碰撞和/或缠绕等问题，从而确保脐带缆的作业安全。
附图说明
附图1为本发明的顶部支撑体和升沉补偿装置的结构示意图；
附图2为本发明的结构示意图，图中未示出顶部支撑体和升沉补偿装置；
附图3为本发明的顶部支撑体的立体图；
附图4为本发明的顶部支撑体的俯视图；
附图5为本发明的第一管夹的立体图；
附图6为本发明的第一管夹的俯视图；
附图7为本发明的第二管夹的立体图；
附图8为本发明的第二管夹的俯视图；
附图9为本发明的第三管夹的立体图；
附图10为本发明的第三管夹的俯视图；
附图11为本发明的第四管夹的立体图；
附图12为本发明的第四管夹的俯视图；
附图13为本发明的第一夹块的立体图；
附图14为本发明的第二夹块的立体图。
具体实施方式
如附图1-14所示，一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，包括顶部支撑装置和绑扎装置；
顶部支撑装置为顶部支撑体10，顶部支撑体10设置在升沉补偿装置1上，顶部支撑体10上设置两个弧形的支撑装置，两根脐带缆分别安装在对应的支撑装置上；支撑装置上设置弯曲限制器11，弯曲限制器11和顶部支撑体10对脐带缆进行机械限位保护，确保脐带缆的弯曲半径始终处于准许范围内，以避免脐带缆产生过度弯曲损伤问题；两根脐带缆中，与提升泵4连接的脐带缆为第一脐带缆12，与中继站9连接的脐带缆为第二脐带缆13。
绑扎装置有数个第一管夹20和数个第三管夹40；
数个第一管夹20设置在升沉补偿装置1上，第一管夹20上开设两个脐带缆孔；第一管夹20通过两个脐带缆孔将两根脐带缆固定，将两根脐带缆固定在升沉补偿装置1上，以避免两根脐带缆与升沉补偿装置1发生碰撞和/或缠绕；并将两根脐带缆架起，以便脐带缆越过管道连接处，并将第一脐带缆12与提升泵4连接，将第二脐带缆13越过提升泵4；
数个第三管夹40设置在提升泵4与中继站9之间的第三管道上，第三管夹40上开设一个脐带缆孔，第三管夹40通过一个脐带缆孔将第二脐带缆13固定，将第二脐带缆13固定在第三管道上，并将第二脐带缆13架起，使其越过管道连接处并将其送至与中继站9连接。
上述结构通过设置顶部支撑体10、第一管夹20和第三管夹40，使得脐带缆从海面至提升泵4至中继站9始终固定牢固，避免产生脐带缆与管道之间发生碰撞/缠绕等问题，从而确保脐带缆的作业安全。
所述的顶部支撑体10可以有多种结构，优选的有至少两个弧形板相互连接组成的支撑套筒101，支撑套筒101与支撑装置之间设置支撑架103。支撑套筒101可拆卸的安装在升沉补偿装置1上，支撑架103用于连接支撑装置并为其提供支撑。在考虑补偿装置极限作业位置(-5m)的条件下，两个弧形片102采用四分之一圆的弧形，以确保配置有弯曲限制器11的脐带缆全部浮于海面之上，减少海浪对该段脐带缆及弯曲限制器11的抨击，用于保护升沉区域脐带缆不会发生过弯而导致破坏。所述的顶部支撑体10还可以为数个卡箍，其结构简单且成本低，但其不方便与支撑装置进行连接，且连接不稳固。
所述的支撑装置可以有多种结构，优选的有两个弧形片102，两个弧形片102内侧之间设置数个弧形的限位片107，两个弧形片102外侧之间设置数个限位杆。限位杆可以为销杆或螺杆。这种结构简单且方便拆卸，还使得其内的脐带缆可以与其相对滑动。所述的支撑装置还可以为弯管，其结构简单且成本低，但其不便于安装和拆卸。
所述的支撑装置还有两个限位筒104，两个限位筒104分别位于弧形片102的两端，远离支撑套筒101的限位筒104端部设置凸环108。限位筒104能够保护脐带缆，避免脐带缆与支撑装置产生相对滑动时，脐带缆与支撑装置产生碰撞和磨损。凸环108能够便于与弯曲限制器11的连接。
所述的第一管夹20可以有多种结构，优选的有至少两个弧形板相互连接组成的第一套筒201，第一套筒201外侧分别设置两个第一支撑板202的一端，两个第一支撑板202的另一端分别设置第一固定筒203，第一固定筒203由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第一固定筒203的内孔。至少两个弧形板通过紧固件相互连接。这种结构使得第一管夹20固定牢固且便于拆卸。所述的第一管夹20还可以是三个圆管之间设置连杆的结构，这种结构简单，但不便于拆卸。
由于第一脐带缆12需要与提升泵4连接，第二脐带缆13需要越过提升泵4与中继站连接，为了使第一脐带缆12尽量贴近管道，减少受到海水的冲击，所述的绑扎装置还有数个第二管夹30，数个第二管夹30设置在与提升泵4上端连接的第二管道5上，第二管夹30上开设两个脐带缆孔，两个脐带缆孔与第二管道5间距不同。与第二管道5间距较小的脐带缆孔内设置第一脐带缆12，使其尽量贴近管道，减少受到海水的冲击；越过提升泵4与中继站连接的第二脐带缆13，设置在与第二管道5间距较大的脐带缆孔内，以便其越过管道连接处和提升泵4。
所述的第二管夹30可以有多种结构，优选的有至少两个弧形板相互连接组成的第二套筒301，第二套筒301外侧分别设置两个第二支撑板302的一端，两个第二支撑板302的长度不同，两个第二支撑板302的另一端分别设置第二固定筒303，第二固定筒303由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第二固定筒303的内孔。所述的第二管夹30还可以是三个圆管之间设置连杆的结构，这种结构简单，但不便于拆卸。
所述的第三管夹40可以有多种结构，优选的有弧形的托板401，托板401的内侧设置至少两个弧形的连杆402，托板401的外侧设置第三支撑板403的一端，第三支撑板403的另一端设置第三固定筒404，第三固定筒404由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第三固定筒404的内孔。这种结构使得第三管夹40固定牢固且便于拆卸。所述的第三管夹40还可以是两个圆管之间设置连杆的结构，这种结构简单，但不便于拆卸。
所述的绑扎装置还有数个第四管夹50，第四管夹50有相互连接的第一夹块501和第二夹块502，第一夹块501和第二夹块502的连接端端面均开设两个截面为弧形的长槽，两个开口相对的长槽构成脐带缆孔，第一夹块501和第二夹块502的外侧均开设至少两个限位槽503，限位槽503内对应设置限位带504。第四管夹50可以为耐腐蚀的硬质聚氨酯泡沫塑料材质，其内部贴合管道，外部的限位带504为扎带，通过收紧限位带504，以使自身及脐带缆固定在管道上。第四管夹50适合设置在不同管夹之间的管道上，以使脐带缆尽量离管道近一些，减少海水冲击所受影响，其方便拆卸，并可满足深海采矿“泵-管”连续输送系统对管夹可靠性、快速拆装和同步作业等作业要求。第一夹块501和第二夹块502可以采用卡接，以便于相互之间的快速连接和快速拆卸。
所述的脐带缆孔内设置第一垫片15。第一垫片15可以为橡胶垫。顶部支撑体10、第一管夹20、第二管夹30和第三管夹40与管道连接处也可以设置第二垫片14。第一垫片15和第二垫片14能够增大管夹与脐带缆和管道的摩擦系数及保护脐带缆。
图2中标号2、3、5、6、7和8均为管道，上述管道与其它部件或相互之间的连接结构不同，有的通过法兰盘连接，有的通过螺纹连接。

Claims (8)

1.一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：
包括顶部支撑装置和绑扎装置；
顶部支撑装置为顶部支撑体(10)，顶部支撑体(10)设置在升沉补偿装置(1)上，顶部支撑体(10)上设置两个弧形的支撑装置，两根脐带缆分别安装在对应的支撑装置上；
绑扎装置有数个第一管夹(20)、数个第三管夹(40)和数个第二管夹(30)；
数个第一管夹(20)设置在升沉补偿装置(1)上，第一管夹(20)上开设两个脐带缆孔；
数个第三管夹(40)设置在提升泵(4)与中继站(9)之间的第三管道上，第三管夹(40)上开设一个脐带缆孔；
数个第二管夹(30)设置在与提升泵(4)上端连接的第二管道(5)上，第二管夹(30)上开设两个脐带缆孔，两个脐带缆孔与第二管道(5)间距不同；
所述的第二管夹(30)有至少两个弧形板相互连接组成的第二套筒(301)，第二套筒(301)外侧分别设置两个第二支撑板(302)的一端，两个第二支撑板(302)的长度不同，两个第二支撑板(302)的另一端分别设置第二固定筒(303)，第二固定筒(303)由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第二固定筒(303)的内孔。
2.如权利要求1所述的一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：所述的顶部支撑体(10)有至少两个弧形板相互连接组成的支撑套筒(101)，支撑套筒(101)与支撑装置之间设置支撑架(103)。
3.如权利要求1所述的一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：所述的支撑装置有两个弧形片(102)，两个弧形片(102)内侧之间设置数个弧形的限位片(107)，两个弧形片(102)外侧之间设置数个限位杆。
4.如权利要求1所述的一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：所述的支撑装置还有两个限位筒(104)，两个限位筒(104)分别位于弧形片(102)的两端，远离支撑套筒(101)的限位筒(104)端部设置凸环(108)。
5.如权利要求1所述的一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：所述的第一管夹(20)有至少两个弧形板相互连接组成的第一套筒(201)，第一套筒(201)外侧分别设置两个第一支撑板(202)的一端，两个第一支撑板(202)的另一端分别设置第一固定筒(203)，第一固定筒(203)由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第一固定筒(203)的内孔。
6.如权利要求1所述的一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：所述的第三管夹(40)有弧形的托板(401)，托板(401)的内侧设置至少两个弧形的连杆(402)，托板(401)的外侧设置第三支撑板(403)的一端，第三支撑板(403)的另一端设置第三固定筒(404)，第三固定筒(404)由至少两个弧形板相互连接组成，脐带缆孔为第三固定筒(404)的内孔。
7.如权利要求1所述的一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：所述的绑扎装置还有数个第四管夹(50)，第四管夹(50)有相互连接的第一夹块(501)和第二夹块(502)，第一夹块(501)和第二夹块(502)的连接端端面均开设两个截面为弧形的长槽，两个开口相对的长槽构成脐带缆孔，第一夹块(501)和第二夹块(502)的外侧均开设至少两个限位槽(503)，限位槽(503)内对应设置限位带(504)。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种适用于深海采矿的脐带缆管理系统，其特征在于：所述的脐带缆孔内设置第一垫片(15)。
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