CN115126486A - 绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统，包括设在底部的采矿车，采矿车通过软管连接中继舱，所述中继舱通过扬矿硬管与混合泵组连接，通过混合泵组将大块矿物提升到海面采矿船上分选，通过管道将剩余废弃的浆体排入海底，在所述管道不同位置安装不同功率发电装置。本发明采用分布式多动力泵站级联系统，流态调控性强，可靠性高，即便是半数以上的泵站故障也不至于导致整个系统失效，本发明能把大块矿物提升到海面采矿船上分选，剩余废弃的浆体用管道回排入海底，并在管道中配置管道透平能量回收发电装置，既避免了海水污染，又回收了能量对泵站进行电能补充，实现了绿色高效和良好的经济效应。
Description
技术领域
本发明属于提升系统领域，特别是一种绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统。
背景技术
深海资源开采技术的开发与研究已走过了初级阶段，确立了技术上的可行性。自行式油气矿产搜集加管道提升系统被认为是最具商业应用前景的开采方法。管道提升系统中以水力提升系统的应用最为广泛。水力输送管道分为硬管系统和软管系统两种。德国Siegen大学认为软管系统安全性更强，但输送能力强、密封性能好的输送设备的研制仍是制约该系统研发的一大难题。目前硬管系统仍是主要的研发方向。深海资源开采系统主要包括锰结核矿物提升开采系统、油气混输开采系统和深海储能系统，涉及的重要混输装备有矿浆泵、油气混输泵和深海蓄能泵等。目前,欧美发达国家研发的多相增压设备虽然已经达到相当高的水平,但仍无法满足寿命长和故障率低的实际生产需求。
现有矿物流体提升技术采用多级潜水电泵筒装式整体结构,泵与电机联接后装入到泵外筒体(包括导流壳、环形流道、泵筒体)中。泵为节段式多级泵，级间采用水润滑滑动轴承支撑，空间导叶承受泵压力及泵与电机的重量等,泵外筒体承受外加动载荷及静载荷。泵的两端为带有法兰的过渡段与泵联接，过渡段的另一端带有与硬管相同的卡环,以实现电泵与硬管的串接。
电机轴与泵轴采用套筒联轴器刚性联接，泵的轴向力(包括水力轴向力及泵转子的重量)通过套筒联轴器传递到电机并由电机内的轴承承受。电机与泵之间设有吸入法兰段联接电机与泵，泵的未级导叶设有法兰与电泵的吐出法兰段联接，由吐出法兰段承受电机、泵的重量及轴向力等。
现有技术的缺点
系统整体可靠性低，多级泵单台扬程高，系统配置台数少，流态调控难，一两台故障就会导致整个提升系统失效，就像是蒸汽机车为动力的老式火车，一旦火车头故障，整个火车就“趴窝儿”；
系统只能提升25mm以下的矿物结核，而经济价值更大的大块矿物结核则需要在海底分选并丢弃，分选设备放在海底，成本高，可靠性低。整个系统能耗大，对海洋环境污染严重，经济性差。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统。
为解决上述问题，本发明提供以下的技术方案：
绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统，包括设在底部的采矿车，采矿车通过软管连接中继舱，所述中继舱通过扬矿硬管与混合泵组连接，通过混合泵组将大块矿物提升到海面采矿船上分选，通过管道将剩余废弃的浆体排入海底，在所述管道不同位置安装不同功率发电装置。
本发明的进一步技术：
优选的，所述混合泵组为通过管道将深海采矿多相浆体混输用泵串联起来。
优选的，所述发电装置由涡轮、耦合轴、潜水异步发电机、外壳组成，剩余废弃的浆体通过管道排放时，势能不断减小，动能不断增加，剩余废弃的浆体通过发电装置时，带动涡轮旋转，涡轮通过耦合轴带动潜水异步发电机旋转发电，发电装置发出电通过电缆输送至采矿船上控制柜，通过控制柜将发电装置发出电稳定后，供采矿船使用。
本发明具有以下技术效果：
本发明采用分布式多动力泵站级联系统，流态调控性强，可靠性高，即便是半数以上的泵站故障也不至于导致整个系统失效；
本发明能把大块矿物提升到海面采矿船上分选，剩余废弃的浆体用管道回排入海底，并在管道中配置管道透平能量回收发电装置，既避免了海水污染，又回收了能量对泵站进行电能补充，实现了绿色高效和良好的经济效应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明发电装置结构示意图。
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，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。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。
如图1，在本实施例中，绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统，包括设在底部的采矿车，采矿车通过软管连接中继舱，所述中继舱通过扬矿硬管与混合泵组连接，通过混合泵组将大块矿物提升到海面采矿船上分选，通过管道将剩余废弃的浆体排入海底，在所述管道不同位置安装不同功率发电装置。
混合泵组是将传统多级潜水电泵筒装式整体结构改成通过管道将泵串联起来。深海采矿多相浆体混输用泵由潜水电机和泵头组成，泵头和潜水电机共轴；泵头由卧室渣浆泵改造而成立式；同时轴承处于密封潜水电机内不接触海水、气体和固体矿物等混输介质，没有腐蚀、干磨和磨损的情况，轴承使用寿命很长，泵头过流部件均为耐磨合金。实现含气率10％至100％，矿物最大尺寸60mm至300mm的输送。
本实施例采用分布式多动力泵站级联系统，流态调控性强，可靠性高，即便是半数以上的泵站故障也不至于导致整个系统失效，就像是高铁动车，每节车厢均配有动力，即便是半数以上动力故障，剩余的动力仍能维持火车行进；
大幅度提高矿物结核通过能力，保证无堵塞，目前已探知的海底矿物结核最大尺寸为150mm左右，本发明的最小过流尺寸不小于200mm；
采用封闭的油润滑轴承，不接触海水、气体和固体矿物等混输介质，没有腐蚀、干磨和磨损的情况，轴承使用寿命很长；
如图2,所述发电装置由涡轮1、耦合轴2、潜水异步发电机3、外壳4组成，剩余废弃的浆体通过管道排放时，势能不断减小，动能不断增加，剩余废弃的浆体通过发电装置时，带动涡轮旋转，涡轮通过耦合轴带动潜水异步发电机旋转发电，发电装置发出电通过电缆输送至采矿船上控制柜，通过控制柜将发电装置发出电稳定后，供采矿船使用。
把大块矿物提升到海面采矿船上分选，剩余废弃的浆体用管道回排入海底，并在管道中配置管道透平能量回收发电装置，既避免了海水污染，又回收了能量对泵站进行电能补充，实现了绿色高效和良好的经济效应。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本发明中，除非有明确的规定和限定，特征之间相互交错，不一定独立存在。以上显示与描述包括本发明的基本原理、主要特征及其优点。从事该专业的技术人员需知，本发明不局限于上述实施例的限制，上述的实施例与说明书仅为本发明的优选例，而不是用来限制本发明，以成为唯一选择。在发明的精神和范围要求下，本发明还可进一步变化并优化，对本发明进行的改进优化都进入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护具体范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统，其特征在于：包括设在底部的采矿车，采矿车通过软管连接中继舱，所述中继舱通过扬矿硬管与混合泵组连接，通过混合泵组将大块矿物提升到海面采矿船上分选，通过管道将剩余废弃的浆体排入海底，在所述管道不同位置安装不同功率发电装置。
2.根据权利要求1中所述的绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统，其特征在于：所述混合泵组为通过管道将深海采矿多相浆体混输用泵串联起来。
3.根据权利要求1中所述的绿色高效高可靠性深海采矿多相混输提升系统，其特征在于：所述发电装置由涡轮、耦合轴、潜水异步发电机、外壳组成，剩余废弃的浆体通过管道排放时，势能不断减小，动能不断增加，剩余废弃的浆体通过发电装置时，带动涡轮旋转，涡轮通过耦合轴带动潜水异步发电机旋转发电，发电装置发出电通过电缆输送至采矿船上控制柜，通过控制柜将发电装置发出电稳定后，供采矿船使用。
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|---|---|---|---|---|
| CN115977643A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-04-18 | 天津大学 | 用于深海采矿全柔性管提升系统的高速螺旋流发生装置 |
| CN116624152A (zh) * | 2023-06-29 | 2023-08-22 | 自然资源部第一海洋研究所 | 一种深海多金属结核与松散沉积物原位分离装置 |
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