CN205555271U - 一种机械式提矿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械式提矿装置，至少包括履带式动力装置、支撑架(2)、n个采集桶(3)、绳缆(6)以及中继舱(1)，所述履带式动力装置包括两条设置于绳缆(6)及采集桶(3)两侧的对称履带，每条履带的内部至少包括两个电机(4)，所述支撑架(2)为该装置的总体支撑结构，所述绳缆(6)为连接各采集桶(3)的中央线缆，设置于内部管路中间，各采集桶(3)安放在所述支撑架(2)内表面的轨道(12)上，所述中继舱(1)为放置于水面以下用于收集作业物质的中继开口容器，以便采集桶(3)通过时利用物质的重力与推力采集所述中继舱(1)内部的物质，通过本实用新型，可解决现有技术中缆绳容易缠绕的问题。

Description

一种机械式提矿装置

技术领域

本实用新型涉及海洋工程和机械工程领域，特别是涉及一种深海采矿提升、深海养殖或者其他各种需要提升作业海洋活动的机械式提矿装置。

背景技术

海洋是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在资源基地。除海洋石油气资源和海滨矿砂外，海底目前已知有商业开采价值的还有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金、银金属等，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。2013年我国又正式获得一块太平洋富钴结壳矿区。显然，深海矿产资源的开发必须依赖深海采矿装备进行。2015年5月19日公布的《中国制造2025》为“制造强国”战略指明了方向，把“海洋工程装备及高科技船舶”归为重点突破的十大战略领域之一，着重进行先进海洋工程装备的研发和国有化。

1873年英国首先在大西洋发现锰结核。20世纪60年代，一些工业发达国家开始调查深海海底矿产资源，并研究开采技术。已知的深海海底矿产资源主要是锰结核，有些海域发现含金、银、铜、铅、锌等的多金属软泥。这些年已建立起八个跨国财团，约有一百多家公司在从事勘探与试采工作。中国近几年展开调查研究工作，多次在太平洋采集到锰结核。

锰结核是含有锰、铁、铜、镍、钴和其他20多种稀有元素的球形结核,广泛分布在世界各大洋2000～6000m深的洋底表层。太平洋中部的结核品位最高，储量最大。有些海域的锰结核中镍、钴、铜的品位高于陆地开采的矿床。已发现世界各大洋底锰结核的总储量约三万亿吨，仅太平洋就有17000亿吨左右，它的储量在不断增长，在太平洋底，每年约可增长一千万吨左右。70年代末在连续索斗采砂船上，由带有很多拖斗的无极绳连续转动，将锰结核自海底捞出。采砂船横向慢速移动，能使若干拖斗同时在一定宽度上连续作业。

连续绳斗式采矿系统是由日本于上世纪60年代末提出，并于70年代初展开了大量海试，而且取得了预期的效果。该开采方式集采矿与提升为一体，其主要原理是在一根缆索上每隔适当的距离设置一个链斗，通过采矿船的船首和船尾安装的缆索导轮构成无极循环运转，从而将结核从海底铲起并提升至海面。

该系统曾多次在海上成功地进行试验，其优点是设备简单、维修方便、造价和维护费低，但是采集效率和资源回收率都比较低，而且只能适用于平坦的海底地形，缆绳很容易缠绕，因此也已经被淘汰。

实用新型内容

为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之一目的在于提供一种机械式提矿装置，其将提矿装置安装在固定管路当中，解决了现有技术中缆绳容易缠绕的问题。

本实用新型之另一目的在于提供一种机械式提矿装置，其只需要连接中继舱并从中继舱当中提升物质，而无需进行采矿作业，进而提升了效率。

本实用新型之再一目的在于提供一种机械式提矿装置，其结构简单，在水下不需要用电设备而极大地提高了设备的可靠性。

为达上述及其它目的，本实用新型提出一种机械式提矿装置，该提矿装置至少包括履带式动力装置、支撑架(2)、n个采集桶(3)、绳缆(6)以及中继舱(1)，所述履带式动力装置包括两条设置于绳缆(6)及采集桶(3)两侧的对称履带，每条履带的内部至少包括两个电机(4)，所述支撑架(2)为该装置的总体支撑结构，所述绳缆(6)为连接各采集桶(3)的中央线缆，设置于内部管路中间，各采集桶(3)安放在所述支撑架(2)内表面的轨道(12)上，所述中继舱(1)为放置于水面以下用于收集作业物质的中继开口容器，以便采集桶(3)通过时利用物质的重力与推力采集所述中继舱(1)内部的物质。

进一步地，所述履带式动力装置通过履带(5)上的挡板推动各采集桶(3)运动。

进一步地，所述支撑架(2)内部为包括若干条采集桶轨道(12)的空心标准圆筒，以方便采集桶(3)在内部光滑运动。

进一步地，所述采集桶(3)的外壁四周均匀分布若干排钢轮(8)，分别安放在所述支撑架(2)内表面的轨道(12)上面，每排由若干个钢轮(8)构成。

进一步地，所述支撑架(2)内部为包括四条采集桶轨道(12)的空心标准圆筒，所述采集桶(3)的外壁四周均匀分布四排钢轮(8)，分别安放在所述支撑架(2)内表面的四条对称分布的轨道(12)上面，每排由三个钢轮(8)构成。

进一步地，于每排的第一个钢轮(8)前面还安装有楔形导板(9)，以通过其特定的角度将所述支撑架(2)内部管路的轨道(12)上的残渣等影响运动的杂质导流至其他不影响运动的位置。

进一步地，所述采集桶包括底部有方便漏水的镂空工艺(7)的圆筒，并在圆筒上部设置弧形挡板(11)以提高在海底采集的效率且在提升的过程当中有效减少因震动而带来的物质跌落。

进一步地，所述支撑架(2)底部设置若干三角支撑，所述支撑架(2)的中间包括数根限制扭动的横梁。

进一步地，所述提矿装置的内部管路内部的最低点与所述中继舱(1)的最低点位于同一水平高度，以防止所述中继舱(1)内部有残余物质无法被采集桶(3)收集。

进一步地，该装置内部管路与所述中继舱(1)平滑光顺连接。

与现有技术相比，本实用新型一种机械式提矿装置通过将提矿装置安装在固定管路当中，解决了现有技术中缆绳容易缠绕的问题，同时本实用新型只需要连接中继舱并从中继舱当中提升物质，而无需进行采矿作业，进而提升了效率，本实用新型结构简单，在水下不需要用电设备而极大地提高了设备的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种机械式提矿装置的正视图；

图2为本实用新型一种机械式提矿装置的俯视图；

图3为本实用新型一种机械式提矿装置海底部分的总体图；

图4为本实用新型一种机械式提矿装置海上的总体图；

图5为本实用新型一种机械式提矿装置的采集桶的俯视图；

图6为本实用新型一种机械式提矿装置的采集桶的正视图；

图7为本实用新型一种机械式提矿装置的采集桶的示意图；

图8为本实用新型一种机械式提矿装置的动力装置的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。

如图1至图8所示，本实用新型一种机械式提矿装置，包括履带式动力装置，支撑架(2)，n个采集桶(3)，绳缆(6)以及中继舱(1)，该装置由履带(5)式动力装置在水面以上对整个系统提供动力。动力系统中的履带(5)为两条放置于绳缆(6)以及采集桶(3)两侧的对称履带，每条履带(5)的内部都有两个电机(4)，不仅可以撑起履带(5)，同时也是动力的来源，动力装置将动力传递到所述采集桶(3)，主要利用履带(5)上的挡板(10)推动采集桶(3)运动。所述采集桶(3)包括底部有方便漏水的镂空工艺(7)的圆筒以及在圆筒上部的弧形挡板(11)。采集桶(3)在海底直接从中继舱(1)当中采集需要提升的物质，之后在整个提升的过程当中，物质都放在其内部。采集桶(3)的挡板(11)可以提高在海底采集的效率，而在提升的过程当中也可以有效减少因震动而带来的物质跌落。所述采集桶(3)的外壁四周均匀分布四排钢轮(8)分别安放在支撑架(2)内表面的四条对称分布的轨道(12)上面，每排由三个钢轮(8)构成，以降低压强并且提高稳定性，所以每个采集桶(3)共安装有十二个钢轮(8)，同时在每排的第一个钢轮(8)前面还安装有楔形导板(9)，当然，这里采集桶(3)外壁四周的钢轮排数与个数仅示例说明，并不做限制。导板(9)的作用主要是通过其特定的角度将内部管路轨道(12)上的残渣等影响运动的杂质导流至其他不影响运动的位置。所述支撑架(2)为该装置的总体支撑结构，支撑各个构件，所以需要满足一定的强度，刚度与稳定性的要求，在实际应用当中需要根据实际情况进行具体设计，比如在底部设置若干三角支撑。同时为了防止发生扭转等破坏性运动，该支撑架(2)的中间应该包括数根限制扭动的横梁以及其他构件。所述绳缆(6)为连接各采集桶(3)的中央线缆，设置于内部管路正中间，并且应该具有一定的韧性以使动力装置与采集桶(3)更好地接触，防止应力过于集中，在本实用新型中，绳缆(6)为钢缆。支撑架(2)内部为包括四条采集桶轨道(12)的空心标准圆筒，以方便采集桶(3)在内部光滑运动，需说明的是，这里支撑架(2)内部的轨道个数不做具体限制。所述中继舱(1)是放置于海底与水面以下的用于收集作业物质的中继半球形开口容器，总体为半圆球状或者其他形状。内部管路内部的最低点与中继舱(1)的最低点应位于同一水平高度，防止中继舱(1)内部有残余物质无法被采集桶(3)收集。同时内部管路与中继舱(1)应该平滑光顺连接，防止对采集桶(3)的运动造成阻碍。

该装置的机理为电机(4)通过履带(5)带动四个采集桶(3)(本实用新型以四个采集桶为例)运动，四个采集桶(3)的运动通过钢缆(6)的作用传递到后续采集桶(3)并带动他们一同运动，最终带动一圈所有采集桶(3)一起运动。最下面的采集桶(3)通过中继舱(1)的时候利用物质的重力与推力采集中继舱(1)内部的物质。采集好的物质与采集桶(3)一同被提升，在采集桶(3)离开水面之后，采集桶(3)内部的水从其底部镂空(7)部分流走而只剩固体物质，并最终排出，然后进入动力装置的履带(5)。从而周而复始，完成一个循环。

以下通过具体实施例来进一步说明本实用新型：

首先需说明的是，本实用新型一种机械式提矿装置在水下直接将其他机械采集好的物质进行集中提升，可以应用于海底采矿作业，但是绝不局限于此，凡是利用该装置进行海底提升的作业都应属于本专利范围。该装置的主要用途为海底物质提升，并且可以解决缠绕，电力供应等诸多问题，为诸多领域的实际的生产提供了重要的参考。

由于本实用新型之机械式提矿装置主要进行提升作业，所以在该装置之前需要其他的前序采集装置，将采集到的物质统一集中在该装置的中继舱(1)当中。前序的装置可以为水下机器人，采矿装置等其他各种机械。

水面以上的电机(4)一直在连续运动，四个电机(4)带动两根履带(5)运动，两根履带(5)上面均匀分布有挡板(10)，挡板(10)推动采集桶(3)向前运动。由于履带(5)的长度比较长，所以履带(5)上面均匀分布的挡板(10)可以同时带动四个采集桶(3)向前运动，继而减少单个采集桶(3)受力，使整个系统受力更加均匀，有效减小机械的震动。所有采集桶(3)中间都由钢缆(6)连接，钢缆(6)应该具有一定的韧性，但是也应该具有很好的刚度。较好的韧性可以保证挡板(10)与采集桶(3)充分接触，增大接触面积，减小应力集中，并且还可以减小动力装置带来的震动对整个系统的影响，起到很好的隔震作用。较好的刚性可以保证在拉动后续采集桶(3)运动的过程当中不会导致钢缆(6)伸长量过大，以提高整个系统的稳定性。所以钢缆(6)的选择应该根据实际情况进行测算，数值计算或者实验，然后确定具体的参数。

四个采集桶(3)的运动通过钢缆(6)带动后续的采集桶运动。采集桶(3)的运动通过比较复杂的机构实现。采集桶(3)的外壁均匀分布有四组钢轮(8)，每组钢轮(8)都由三个钢轮(8)组成。每组三个钢轮(8)呈线性分布，连接线与采集桶(3)圆柱轴线平行。每组钢轮(8)分别与支撑架(2)内部的一条轨道(12)对应并在其上面运动。支撑架(2)的内部十分光滑并且在需要过度的地方十分平顺，尽量增大曲率半径以减小对采集桶(3)运动的影响。支撑架(2)内壁均匀分布有四条轨道(12)，与采集桶(3)外壁上面的12个钢轮(8)完美抓和。通过这样的机构，采集桶(3)可以在支撑架(2)里面平滑运动并且尽量减小运动阻力与振动。在运动过程当中，本实用新型也考虑到了固体颗粒物可能掉落在轨道(12)上面对采集桶(3)运动的影响。每个采集桶(3)在每组钢轮(8)的前面都设置有一个楔形导板(9)。当固体颗粒物在轨道(12)上，并且可能阻碍或者影响采集桶(3)运动时，最前面的楔形导板(9)将物质疏导至两侧，不会影响整体运动，以减少这种不利因素对运动可能造成的影响，保障整个系统安全稳定运行。

当整个系统开始进行周而复始的运动之后，运动中的采集桶(3)将经过海洋底部或者水下的中继舱(1)。中继舱(1)内部已经由前序其他设备填满了大量的代运物质。中继舱(1)与支撑架(2)内部光滑平顺连接，并且中继舱(1)的最低点与支撑架(2)内部的最低点应处于同一水平高度，保证所有物质都可以被运输，不会有大量的残留。采集桶(3)在经过中继舱(1)的时候，由于向前的运动导致物质被推入采集桶(3)内部，并且跟随采集桶(3)一起运动。采集桶(3)圆柱部分上面的挡板(11)可以保证物质在水平运输的过程当中一直在采集桶(3)内部，不会洒出影响管路的稳定性与后续采集桶(3)的运动。

物质被采集桶(3)装入其中，并且随其一同在支撑架(2)内部运动，并逐渐被提升至海面以上。当采集桶(3)与物质到达海面上之后，采集桶(3)底部的小孔(7)将使海水与其他杂质从其中流出，减少一部分的提升质量，减少钢缆(6)内部应力与动力装置的载荷压力。当物质随采集桶(3)一起运动到船舶或者其他海面收集装置之后，物质被从采集桶(3)内部倒出，然后被海面作业设备集中收集。

物质被提升至海面并且被倒出之后，采集桶(3)将随着支撑架(2)内部进一步下降，开始新的循环。整个系统经过循环可以实现连续物质提升。

在使用的过程当中，为了使本装置发挥最大的效果，有一些环节与细节需要特别注意。首先在使用的过程当中应该着重注意震动与稳定性问题所带来的灾害。由于整个支撑架(2)需要承担极大的重力作用，所以必须充分考虑重力所带来的稳定性问题，以及震动对稳定性问题的恶化。在大多数情况下都应该着重进行稳定性校核。其次，支撑架(2)内部在经过一段时间工作之后，要进行系统的清理。沙子，石子等海底杂质的大量聚集可能会对系统的平稳运行带来比较大的隐患，所以在经过一段时间的运行之后，如果出现运动吃力，震动加大等问题时要及时进行清理。再者，系统在进行物质运输之前要进行一段时间的空载试验与磨合。

本实用新型与现有技术相比有如下优点：首先，传统的连续绳斗式由于柔性钢缆的存在以及海流的影响而非常容易缠绕，而本实用新型通过内部管路的设置解决了缠绕的问题；其次，本实用新型只需要连接中继舱(1)即可，并从中继舱(1)当中提升物质，而无需进行采矿作业，进而增大效率；本实用新型结构简单，在水下不需要用电设备而极大地提高了该设备的可靠性；本实用新型之结构用途十分广泛，可用于疏浚工程或水下养殖等领域，疏浚工程可以有效整理河道、同时减弱水质污染程度，而水下养殖则主要用于提升作业。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种机械式提矿装置，其特征在于：该提矿装置至少包括履带式动力装置、支撑架(2)、n个采集桶(3)、绳缆(6)以及中继舱(1)，所述履带式动力装置包括两条设置于绳缆(6)及采集桶(3)两侧的对称履带，每条履带的内部至少包括两个电机(4)，所述支撑架(2)为该装置的总体支撑结构，所述绳缆(6)为连接各采集桶(3)的中央线缆，设置于内部管路中间，各采集桶(3)安放在所述支撑架(2)内表面的轨道(12)上，所述中继舱(1)为放置于水面以下用于收集作业物质的中继开口容器，以便采集桶(3)通过时利用物质的重力与推力采集所述中继舱(1)内部的物质。

2.如权利要求1所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：所述履带式动力装置通过履带(5)上的挡板推动各采集桶(3)运动。

3.如权利要求2所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：所述支撑架(2)内部为包括若干条采集桶轨道(12)的空心标准圆筒，以方便采集桶(3)在内部光滑运动。

4.如权利要求3所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：所述采集桶(3)的外壁四周均匀分布若干排钢轮(8)，分别安放在所述支撑架(2)内表面的轨道(12)上面，每排由若干个钢轮(8)构成。

5.如权利要求4所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：所述支撑架(2)内部为包括四条采集桶轨道(12)的空心标准圆筒，所述采集桶(3)的外壁四 周均匀分布四排钢轮(8)，分别安放在所述支撑架(2)内表面的四条对称分布的轨道(12)上面，每排由三个钢轮(8)构成。

6.如权利要求4所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：于每排的第一个钢轮(8)前面还安装有楔形导板(9)，以将所述支撑架(2)内部管路的轨道(12)上的残渣导流至不影响运动的位置。

7.如权利要求6所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：所述采集桶包括底部有方便漏水的镂空工艺(7)的圆筒，并在圆筒上部设置弧形挡板(11)以提高在海底采集的效率且在提升的过程当中有效减少因震动而带来的物质跌落。

8.如权利要求7所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：所述支撑架(2)底部设置若干三角支撑，所述支撑架(2)的中间包括数根限制扭动的横梁。

9.如权利要求1所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：所述提矿装置的内部管路内部的最低点与所述中继舱(1)的最低点位于同一水平高度，以防止所述中继舱(1)内部有残余物质无法被采集桶(3)收集。

10.如权利要求1所述的一种机械式提矿装置，其特征在于：该装置内部管路与所述中继舱(1)平滑光顺连接。