本發(fā)明涉及一款基于龍卷風(fēng)裹挾原理的海底浮式集礦裝置，且特別涉及一種深海海底集礦裝置及其集礦方法。

背景技術(shù)：

隨著世界工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，礦產(chǎn)資源消耗量急劇增加，陸地礦產(chǎn)資源在全球范圍內(nèi)日趨短缺甚至枯竭，人類將目光轉(zhuǎn)向占地球表面積71％的海洋，海洋礦產(chǎn)資源開采是彌補(bǔ)陸地資源枯竭的有效方式。

海洋是地球上尚未被人類充分認(rèn)識和利用的最大潛在資源基地。除海洋石油氣資源和海濱礦砂外，海底目前已知有商業(yè)開采價值的還有多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等金屬礦產(chǎn)資源。這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金、銀金屬等，總儲量分別高出陸上相應(yīng)儲量的幾十倍到幾千倍。2013年我國又正式獲得一塊太平洋富鈷結(jié)殼礦區(qū)。顯然，深海礦產(chǎn)資源的開發(fā)必須依賴深海采礦裝置進(jìn)行。2015年5月19日公布的《中國制造2025》為“制造強(qiáng)國”戰(zhàn)略指明了方向，把“海洋工程裝置及高科技船舶”歸為重點(diǎn)突破的十大戰(zhàn)略領(lǐng)域之一，著重進(jìn)行先進(jìn)海洋工程裝置的研發(fā)和國有化。

現(xiàn)在國際普遍的采礦技術(shù)可分為兩種。一是機(jī)械式開采。它利用長長的鏈斗或海底機(jī)器人把海底表面的礦石收集起來，然后運(yùn)用傳送帶提上來。由于的深海地形，深海動力、深海通信等，該方式工作范圍，工作效率受到嚴(yán)重的限制。二是浮式開采。它利用高速對射水流把海底礦石吹起，通過泵和管道以水力或氣力方式將礦石從海底提升。該方式受深海環(huán)境影響較小，但耗能大，采集的礦石中泥漿多，對深海生態(tài)造成的影響較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種深海海底集礦裝置及其集礦方法，能夠提高集礦效率，高效節(jié)能，減少海底采礦過程中對海床表面生態(tài)環(huán)境的破壞。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種深海海底集礦裝置，包括水力集礦系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)和履帶行進(jìn)系統(tǒng)，所述水力集礦系統(tǒng)包括水力集礦頭、轉(zhuǎn)動螺旋板、水射流裝置、電機(jī)、螺旋吸礦罩、從動輪、集礦頭車體連接部件、所述篩分系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)篩筒、出礦口，所述履帶行進(jìn)系統(tǒng)包括履帶裝置。

進(jìn)一步的，所述水射流裝置沿著水力集礦頭進(jìn)行矩形布置，水射流裝置的噴頭形成一定角度斜向下布置。

進(jìn)一步的，所述水射流裝置的噴頭噴射出16Hz脈動壓力的水射流。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)動螺旋板，兩側(cè)反方向且錯開一定角度布置，以特定速度轉(zhuǎn)動，同時形成橫向和縱向渦流。

進(jìn)一步的，所述螺旋吸礦罩通過在其內(nèi)部布置沿一定角度一定大小的螺旋導(dǎo)流板，實現(xiàn)誘導(dǎo)縱向渦流的作用。

進(jìn)一步的，所述從動輪采用寬截面輪胎，防止承載時陷入海泥。

進(jìn)一步的，所述集礦頭車體連接部件內(nèi)部設(shè)置有液壓傳動裝置，根據(jù)海底地形，自適應(yīng)調(diào)節(jié)水力集礦頭的高度。

進(jìn)一步的，所述篩分系統(tǒng)由若干個外徑不同，篩孔大小不同的同心圓筒構(gòu)成。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提出一種深海海底集礦方法，包括下列步驟：

通過履帶裝置在深海海底行進(jìn)，在分布有錳結(jié)核的海區(qū)通過水力集礦系統(tǒng)吸礦；

錳結(jié)核在水射流裝置噴出的特定頻率的低壓大流量水射流作用下發(fā)生共振，從海泥中被沖刷到海床表面一定距離；

經(jīng)一對電機(jī)的帶動，在水力集礦頭內(nèi)轉(zhuǎn)動螺旋板的轉(zhuǎn)動下形成的橫向、縱向渦流的流場下，錳結(jié)核受到向中心向上的力，進(jìn)而向心旋升進(jìn)入水力集礦頭內(nèi)；

通過管道系統(tǒng)傳輸，進(jìn)入水力集礦頭內(nèi)部的錳結(jié)核經(jīng)過旋轉(zhuǎn)分篩筒的分篩，不同特征長度的錳結(jié)核被依次甩進(jìn)不同的區(qū)域，分篩出來的錳結(jié)核經(jīng)由出礦口輸送到外部處理設(shè)備。

進(jìn)一步的，在吸礦的過程中，從動輪起到保證水力集礦頭與海泥的相對高度相對穩(wěn)定的作用，集礦頭車體連接部件保證水力集礦系統(tǒng)相對于車體具有一定的自由度，方便吸取不同高度的錳結(jié)核。

本發(fā)明提出的深海海底集礦裝置及其集礦方法，將水力集礦頭改造成矩形截面，增加了有效集礦寬度從而提高集礦效率。通過配置從動輪保證水力集礦頭距離海床表面的高度在很小的范圍內(nèi)浮動，從而升高集礦效率。旋轉(zhuǎn)螺旋板錯開一定角度布置不僅能形成橫向螺旋流，將兩邊的礦物向中間推送，其產(chǎn)生的豎軸旋渦能夠有效降低集礦的臨界速度，達(dá)到高效節(jié)能環(huán)保的目的。并且誘導(dǎo)形成的螺旋流有效防止集礦管路堵塞，一定程度上抑制海底灰塵擴(kuò)散，減少海底采礦過程中對海床表面生態(tài)環(huán)境的破壞。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明較佳實施例的深海海底集礦裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為本發(fā)明較佳實施例的深海海底集礦裝置底面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3所示為沿圖2中A-A方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4所示為本發(fā)明較佳實施例的深海海底集礦方法流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明不限于以下的實施方式。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖1～圖3，圖1所示為本發(fā)明較佳實施例的深海海底集礦裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本發(fā)明較佳實施例的深海海底集礦裝置底面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為沿圖2中A-A方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明提出一種深海海底集礦裝置，包括水力集礦系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)和履帶行進(jìn)系統(tǒng)，所述水力集礦系統(tǒng)包括水力集礦頭、轉(zhuǎn)動螺旋板1、水射流裝置2、電機(jī)3、螺旋吸礦罩4、從動輪5、集礦頭車體連接部件6、所述篩分系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)篩筒8、出礦口9，所述履帶行進(jìn)系統(tǒng)包括履帶裝置7。

根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，所述水射流裝置2沿著水力集礦頭進(jìn)行矩形布置，水射流裝置2的噴頭形成一定角度斜向下布置。所述水射流裝置2的噴頭噴射出16Hz脈動壓力的水射流，引起海床表面的錳結(jié)核顆粒物共振，可有效特高集礦效率，節(jié)能環(huán)保。

所述轉(zhuǎn)動螺旋板1，兩側(cè)反方向且錯開一定角度布置，以特定速度轉(zhuǎn)動，同時形成橫向和縱向渦流。橫向渦流有利于將集礦頭兩邊的錳結(jié)核礦物向中間匯聚，縱向渦流即豎軸旋渦，可降低錳結(jié)核在海床表面的臨界啟動速度，節(jié)能。

所述螺旋吸礦罩4通過在其內(nèi)部布置沿一定角度一定大小的螺旋導(dǎo)流板，實現(xiàn)誘導(dǎo)縱向渦流的作用。

所述從動輪5采用寬截面輪胎，防止承載時陷入海泥。并且這組從動輪5可起到保證集礦頭與海泥的相對高度相對穩(wěn)定，從而達(dá)到高效吸泥的目的。

所述集礦頭車體連接部件6內(nèi)部設(shè)置有液壓傳動裝置，根據(jù)海底地形，自適應(yīng)調(diào)節(jié)水力集礦頭的高度，在有深溝的位置，水力集礦頭可在集礦頭車體連接部件6內(nèi)液壓傳動裝置的驅(qū)動下被向上舉起，跨過深溝。

所述篩分系統(tǒng)由若干個外徑不同，篩孔大小不同的同心圓筒構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)篩筒8以一定速度轉(zhuǎn)動可有效分選出特征長度不同的錳結(jié)核，特征長度大的錳結(jié)核需要進(jìn)行破碎處理。

請參考圖4，圖4所示為本發(fā)明較佳實施例的深海海底集礦方法流程圖，本發(fā)明還提出一種深海海底集礦方法，包括下列步驟：

步驟S100：通過履帶裝置在深海海底行進(jìn)，在分布有錳結(jié)核的海區(qū)通過水力集礦系統(tǒng)吸礦；

步驟S200：錳結(jié)核在水射流裝置噴出的特定頻率的低壓大流量水射流作用下發(fā)生共振，從海泥中被沖刷到海床表面一定距離；

步驟S300：經(jīng)一對電機(jī)的帶動，在水力集礦頭內(nèi)轉(zhuǎn)動螺旋板的轉(zhuǎn)動下形成的橫向、縱向渦流的流場下，錳結(jié)核受到向中心向上的力，進(jìn)而向心旋升進(jìn)入水力集礦頭內(nèi)；

步驟S400：通過管道系統(tǒng)傳輸，進(jìn)入水力集礦頭內(nèi)部的錳結(jié)核經(jīng)過旋轉(zhuǎn)分篩筒的分篩，不同特征長度的錳結(jié)核被依次甩進(jìn)不同的區(qū)域，分篩出來的錳結(jié)核經(jīng)由出礦口輸送到外部處理設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，螺旋吸礦罩4采用獨(dú)特的螺旋方式，能夠產(chǎn)生更大的抽吸力，提高吸礦效率。在吸礦的過程中，從動輪起到保證水力集礦頭與海泥的相對高度相對穩(wěn)定的作用，集礦頭車體連接部件保證水力集礦系統(tǒng)相對于車體具有一定的自由度，方便吸取不同高度的錳結(jié)核。

綜上所述，本發(fā)明提出的深海海底集礦裝置及其集礦方法，將水力集礦頭改造成矩形截面，增加了有效集礦寬度從而提高集礦效率。通過配置從動輪保證水力集礦頭距離海床表面的高度在很小的范圍內(nèi)浮動，從而升高集礦效率。旋轉(zhuǎn)螺旋板錯開一定角度布置不僅能形成橫向螺旋流，將兩邊的礦物向中間推送，其產(chǎn)生的豎軸旋渦能夠有效降低集礦的臨界速度，達(dá)到高效節(jié)能環(huán)保的目的。并且誘導(dǎo)形成的螺旋流有效防止集礦管路堵塞，一定程度上抑制海底灰塵擴(kuò)散，減少海底采礦過程中對海床表面生態(tài)環(huán)境的破壞。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。