CN116988537B - 一种水下采集作业系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下采集作业系统及方法，系统包括水下采集作业车，作业车上设有用于喷洒流体的喷淋机构；流体的密度大于作业区域水体的密度，且被喷出的流体呈罩壳状、把由作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中。方法包括配置流体，和喷洒流体以形成罩壳状雨场，雨场能够把由作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中。通过喷洒流体，当高密度的流体被喷洒进入低密度的水体中时，流体将因密度差而在水体中沿抛物线路径下沉，从而能够形成壳状的雨场，并把由作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中，羽状流在向四周扩散的过程中将与罩壳状的流体发生碰撞、从而受阻。流体在下沉过程中会推动雨场中的羽状流强制沉降，从而减少扩散。

Description

一种水下采集作业系统及方法

技术领域

本发明主要涉及水下采集装置技术领域，尤其涉及一种水下采集作业系统及方法。

背景技术

在深海采矿以及江河湖库清淤作业中，需对沉积在水底的矿物或淤积物进行采集、并转移至水面船舶或其他区域。

现有技术中的水下采集装置在对沉积在水底的矿物或淤积物进行采集的过程中会对原有水底环境产生扰动、从而出现羽状流，其会造成水体浑浊并使泥层中的有害物质扩散，给周边生态带来影响，如造成周边生物死亡、水体质量下降等不良情况，严重时甚至可能彻底破坏相关区域的生态环境。

因此，需要一种能够限制有害物质扩散的水下采集作业系统及与之适配的采集作业方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种水下采集作业系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种水下采集作业系统，包括水下采集作业车，所述作业车上设有用于喷洒流体的喷淋机构；所述流体的密度大于作业区域水体的密度，且被喷出的所述流体形成罩壳状雨场、把由所述作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述喷淋机构包括依次相连的储液罐、泵和喷淋管，所述储液罐设置成密闭罐体；存储于储液罐中的流体经泵驱动后由所述喷淋管喷出。

所述喷淋机构包括喷淋管，以及分别与之相连的泵和药剂罐，所述泵的入口端与外部水体相连通；所述泵驱动外部水体流入所述喷淋管、与由药剂罐流出的药剂混合形成流体，所述流体由所述喷淋管喷出。

所述流体中包含絮凝剂。

所述作业车包括采集机构，所述采集机构包括用于将淤积物送往后续处理装置的输送管道，以及安装在所述输送管道前端的采集滚筒，所述采集滚筒通过旋转将淤积物翻起并送入所述输送管道。

所述输送管道的前端设有半包覆采集滚筒的喇叭形罩壳，所述罩壳由端部开口的夹层板制成、其夹层空间与输送管道相连通，外部水体能够穿过所述夹层空间进入输送管道。

所述作业车还包括油缸，所述油缸的前端与所述作业车铰接、其后端与所述输送管道铰接，所述油缸通过伸缩驱使所述输送管道带动所述采集滚筒摆动。

所述输送管道包括依次相连的前段、中段和后段，所述前段与所述油缸的前端铰接、同时经连杆与作业车铰接，所述中段设置成柔性管，所述后段与后续处理装置相连。

然后，本发明公开了一种水下采集作业方法，所述水下采集作业方法应用于上述的水下采集作业系统，并包括以下步骤：

步骤S1，配置流体；

步骤S2，喷洒流体以形成罩壳状雨场，所述雨场能够把由作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中；

所述步骤S1包括：

步骤S11，采集、测定作业区域的水体密度A；

步骤S12，根据水体密度A选择溶质、溶剂并配置流体；所述流体的密度B大于水体密度A、且二者的密度差为500kg/m³至3000kg/m³。

还包括：

步骤S3，作业车降落至水底后，输送管道产生负压、使得夹层空间抽吸水体；

步骤S4，启动采集作业。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

通过在作业车上设置喷洒密度大于作业区域水体密度的流体的喷淋机构，当高密度的流体被喷洒进入低密度的水体中时，流体将因密度差而在水体中沿抛物线路径下沉，从而能够形成罩壳状的雨场，并把由作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中，羽状流在向四周扩散的过程中将与罩壳状的雨场发生碰撞、从而受阻。同时，流体在下沉过程中会推动雨场中的羽状流强制沉降，从而减少扩散。故本申请所提供的技术方案能在一定程度上限制羽状流的外溢、进而限制有害物质扩散。

附图说明

图1是实施例1中水下采集作业系统的工作原理示意图；

图2是实施例1中喷淋机构的局部结构示意图；

图3是实施例1中水下采集作业系统的结构示意图（侧视）；

图4是实施例1中水下采集作业系统的结构示意图（俯视）；

图5是实施例2中水下采集作业系统的工作原理示意图。

图中各标号表示：1、作业车；2、流体；3、喷淋机构；31、储液罐；32、泵；33、喷淋管；331、喷嘴；34、药剂罐；4、羽状流；5、采集机构；51、输送管道；511、前段；512、中段；513、后段；52、采集滚筒；521、采集齿；53、罩壳；531、夹层空间；6、油缸；7、连杆。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例的水下采集作业系统，包括水下采集作业车1，作业车1上设有用于喷洒流体2的喷淋机构3；流体2的密度大于作业区域水体的密度，且被喷出的流体2形成罩壳状雨场、把由作业车1扰动产生的羽状流4笼罩在其中。作业车1在水底移动或进行采集作业时扰动水体从而形成羽状流4，羽状流4将跟随水流向四周扩散，从而污染周边环境。本申请通过在作业车1上设置喷洒密度大于作业区域水体密度的流体2的喷淋机构3，当高密度的流体2被喷洒进入低密度的水体中时，流体2将因密度差而在水体中沿抛物线路径下沉，从而能够形成罩壳状的雨场，并把由作业车1扰动产生的羽状流4笼罩在其中，羽状流4在向四周扩散的过程中将与罩壳状的雨场发生碰撞、从而受阻。同时，流体2在下沉过程中会推动雨场中的羽状流4强制沉降，从而减少扩散。故本申请所提供的技术方案能在一定程度上限制羽状流4的外溢、进而限制有害物质扩散。

具体地，流体2可以选择使用全氟溴烷等大比重液体，也可通过添加由絮凝剂等加速水体恢复的药剂配置而成得大比重悬浊液体。不仅如此，还可以使用高浓度盐水或其他无害的高密度液体充当流体2。

本实施例中，喷淋机构3包括依次相连的储液罐31、泵32和喷淋管33，储液罐31设置成密闭罐体；存储于储液罐31中的流体2经泵32驱动后由喷淋管33喷出。储液罐31和泵32内置于作业车1内，喷淋管33从作业车1内穿出。在进行采集作业之前，操作人员先检测作业区域水体的密度，并根据该密度选择、配制密度更大的流体2，而后，操作人员根据作业需求向储液罐31内加注适量的流体2。开始作业时，启动泵32、将存储于储液罐31中的流体2送入喷淋管33并喷出，从而形成把由作业车1扰动产生的羽状流4笼罩于其中的流体罩。具体而言，喷淋管33呈环形盘绕在作业车1顶部或侧壁。喷淋管33上间隔铰接有若干与之连通的喷嘴331，流体2经喷淋管33进入喷嘴331并被喷出。由于流体2被喷出后沿抛物线轨迹下沉，因此通过改变喷嘴331的倾角能够改变流体2喷出距离、进而改变流体罩的笼罩范围。

本实施例中，作业车1包括采集机构5，采集机构5包括用于将淤积物送往后续处理装置的输送管道51，以及安装在输送管道51前端的采集滚筒52，采集滚筒52通过旋转将淤积物翻起并送入输送管道51。采集滚筒52外表面成型有若干采集齿521，采集齿521呈放射状排布。输送管道51的前端设有半包覆采集滚筒52的喇叭形罩壳53，罩壳53由端部开口的夹层板制成、其夹层空间531与输送管道51相连通，外部水体能够穿过夹层空间531进入输送管道51。通过设置采集滚筒52，并在采集滚筒52表面设置放射状排布的采集齿521，当采集滚筒52发生旋转时，采集齿521能够翻搅淤积物使之悬浮，并利用输送管道51的吸力将淤积物送向后续处理装置。在翻搅淤积物时，水体受扰动产生羽状流4，由于本申请设有喇叭形的夹层罩壳53，且该罩壳53的夹层空间531与输送管道51相连通，夹层空间531将与输送管道51一样产生吸力，从而能够将靠近夹层空间531开口处的羽状流4吸入、并送往输送管道51。具体地，罩壳53的前端向外翻翘，以能够确保有足够大的覆盖区域。

本实施例中，作业车1还包括油缸6，油缸6的前端与作业车1铰接、其后端与输送管道51铰接，油缸6通过伸缩驱使输送管道51带动采集滚筒52摆动。具体地，输送管道51包括依次相连的前段511、中段512和后段513，前段511与油缸6的前端铰接、同时经连杆7与作业车1铰接，中段512设置成柔性管，后段513与后续处理装置相连。通过设置油缸6，其通过伸缩能够驱使输送管道51带动采集滚筒52摆动，从而改变采集滚筒52探入泥层的深度，进而能够改变采集效率。

实施例2

如图5所示，本发明水下采集作业系统的第二实施例，该水下采集作业系统与实施例1基本相同，区别在于：本实施例中，喷淋机构3包括喷淋管33，以及分别与之相连的泵32和药剂罐34，泵32的入口端与外部水体相连通；泵32驱动外部水体流入喷淋管33、与由药剂罐34流出的药剂混合形成流体2，流体2由喷淋管33喷出。与实施例1相比，本实施例的流体2为现场配置，利用采集区域的水体作为溶剂，在采集现场与作为溶质的药剂进行融合、产生流体2。这样，由于无需利用作业车1携带溶剂，从而能够极大地减轻作业车1的自重和空间，使其更加便于操控。

然后，本发明还公开了水下采集作业方法，在其一实施例中，水下采集作业方法应用于上述的水下采集作业系统，并包括以下步骤：

步骤S1，配置流体；

步骤S2，喷洒流体以形成罩壳状雨场，雨场能够把由作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中；

步骤S1包括：

步骤S11，采集、测定作业区域的水体密度A；

步骤S12，根据水体密度A选择溶质、溶剂并配置流体；流体的密度B大于水体密度A、且二者的密度差为500kg/m³至3000kg/m³。

还包括：

步骤S3，作业车降落至水底后，输送管道产生负压、使得夹层空间抽吸水体；

步骤S4，启动采集作业。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种水下采集作业系统，包括水下采集作业车（1），其特征在于：所述作业车（1）上设有用于喷洒流体（2）的喷淋机构（3）；所述流体（2）的密度大于作业区域水体的密度，且被喷出的所述流体（2）形成罩壳状雨场、把由所述作业车（1）扰动产生的羽状流（4）笼罩在其中；所述作业车（1）包括采集机构（5），所述采集机构（5）包括用于将淤积物送往后续处理装置的输送管道（51），以及安装在所述输送管道（51）前端的采集滚筒（52），所述采集滚筒（52）通过旋转将淤积物翻起并送入所述输送管道（51）；所述输送管道（51）的前端设有半包覆采集滚筒（52）的喇叭形罩壳（53），所述罩壳（53）由端部开口的夹层板制成、其夹层空间（531）与输送管道（51）相连通，外部水体能够穿过所述夹层空间（531）进入输送管道（51）。

2.根据权利要求1所述的水下采集作业系统，其特征在于：所述喷淋机构（3）包括依次相连的储液罐（31）、泵（32）和喷淋管（33），所述储液罐（31）设置成密闭罐体；存储于储液罐（31）中的流体（2）经泵（32）驱动后由所述喷淋管（33）喷出。

3.根据权利要求1所述的水下采集作业系统，其特征在于：所述喷淋机构（3）包括喷淋管（33），以及分别与之相连的泵（32）和药剂罐（34），所述泵（32）的入口端与外部水体相连通；所述泵（32）驱动外部水体流入所述喷淋管（33）、与由药剂罐（34）流出的药剂混合形成流体（2），所述流体（2）由所述喷淋管（33）喷出。

4.根据权利要求1所述的水下采集作业系统，其特征在于：所述流体（2）中包含环保性较好的有机高分子絮凝剂。

5.根据权利要求1所述的水下采集作业系统，其特征在于：所述作业车（1）还包括油缸（6），所述油缸（6）的前端与所述作业车（1）铰接、其后端与所述输送管道（51）铰接，所述油缸（6）通过伸缩驱使所述输送管道（51）带动所述采集滚筒（52）摆动。

6.根据权利要求5所述的水下采集作业系统，其特征在于：所述输送管道（51）包括依次相连的前段（511）、中段（512）和后段（513），所述前段（511）与所述油缸（6）的前端铰接、同时经连杆（7）与作业车（1）铰接，所述中段（512）设置成柔性管，所述后段（513）与后续处理装置相连。

7.一种水下采集作业方法，其特征在于：应用于权利要求1-6中任一项所述的水下采集作业系统，并包括以下步骤：

步骤S1，配置流体；

步骤S2，喷洒流体以形成罩壳状雨场，所述雨场能够把由作业车扰动产生的羽状流笼罩在其中；

所述步骤S1包括：

步骤S11，采集、测定作业区域的水体密度A；

步骤S12，根据水体密度A选择溶质、溶剂并配置流体；所述流体的密度B大于水体密度A、且二者的密度差为500kg/m³至3000kg/m³。

8.根据权利要求7所述的水下采集作业方法，其特征在于：还包括：

步骤S3，作业车降落至水底后，输送管道产生负压、使得夹层空间抽吸水体；

步骤S4，启动采集作业。