[實(shí)用新型]一種基于康達(dá)效應(yīng)的新型海底集礦裝備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202022724902.3
• 申請(qǐng)日: 2020-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN214007152U
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張念凡;胡經(jīng)朝;肖龍飛;趙國成;岳子鈺;李琰;金城;魏強(qiáng)強(qiáng);楊顯原;盧昌宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): E21C50/00
• 分類號(hào): E21C50/00;B63C11/52
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

本實(shí)用新型涉及一種基于康達(dá)效應(yīng)的新型海底集礦裝備，包括自調(diào)節(jié)水力式集礦頭、礦泥分離器、泥水分離器；自調(diào)節(jié)水力式集礦頭通過液壓缸伸縮可調(diào)節(jié)位于下部的曲面壁的曲率；噴射筒體的軸端通過一連桿固定于一擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可帶動(dòng)噴射筒體小幅擺動(dòng)，進(jìn)而使得噴口的朝向與集礦腔體入口相適應(yīng)；礦泥分離器豎井后側(cè)具有一用于礦石流出的豎井出口，豎井出口的下表面為傾斜向下；豎井內(nèi)設(shè)置多孔擋板，多孔擋板也傾斜向下；礦泥分離器的出口通過潛水泵與泥水分離器的入口連接，泥水分離器出口還與水力式集礦頭的入口連接。本實(shí)用新型的集礦性能穩(wěn)定、集礦效率高、礦粒海泥分離率高，采礦作業(yè)對(duì)海底生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)較小。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種海底集礦裝備，具體來說，是一種基于康達(dá)效應(yīng)的新型海底集礦裝備，屬于流體機(jī)械、海底集礦技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在目前已有的海底集礦車系統(tǒng)中，主要采用機(jī)械式、水力式、復(fù)合式三種集礦方法，由于機(jī)械式集礦方法使用長的鏈斗或海底機(jī)器人直接從海底鏟取礦物，對(duì)海底擾動(dòng)很大，且工作效率受到嚴(yán)重的限制。當(dāng)前的水力式集礦方法主要有雙排水射流沖采和基于康達(dá)效應(yīng)采集兩種，前者使用高速水射流沖刷海底，從而將礦石沖起并收集，該方法同樣會(huì)對(duì)海底造成較大的擾動(dòng)，對(duì)海底脆弱的生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞；而后者作為一種利用近集礦頭壁面低壓區(qū)，在不直接沖刷海床表面的情況下相對(duì)柔和地采集礦石顆粒的方法，具有其他采礦方式無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。該方法基于康達(dá)效應(yīng)，即貼壁射流具有沿著凸曲面壁運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，通過向凸曲面壁施加水射流，形成低壓區(qū)，利用壓力差產(chǎn)生提升力從而將礦石采集起來。雖然基于康達(dá)效應(yīng)集礦頭的概念很早就被提出，且已經(jīng)過海試等實(shí)際驗(yàn)證切實(shí)可行，但當(dāng)前基于康達(dá)效應(yīng)原理設(shè)計(jì)的集礦頭因缺乏對(duì)海底環(huán)境和具體工況參數(shù)變化的充分考慮，在實(shí)際作業(yè)時(shí)，仍存在一些不足之處。而且現(xiàn)有的海底集礦裝備不具備礦泥、泥水分離系統(tǒng)，它們通常將含有海底沉積物顆粒的混合物直接排出集礦機(jī)外，從而對(duì)周圍的海底生態(tài)環(huán)境造成劇烈擾動(dòng)。另有少數(shù)海底集礦系統(tǒng)具有礦物-海泥分離水箱，其內(nèi)部利用濾網(wǎng)使得礦物和泥水混合物分離，這種方法雖然實(shí)現(xiàn)了礦粒、海泥、水的分離且減小了對(duì)海底環(huán)境的破壞，但這種方法對(duì)礦粒和泥水混合物的分離不徹底，而且該方法很難應(yīng)用于高采集能力的持續(xù)性作業(yè)。

具體來說，現(xiàn)有技術(shù)中的海底集礦裝備具有以下不足：

1)現(xiàn)有海底集礦車的集礦頭對(duì)地形變化敏感，在復(fù)雜海底地形上的礦粒采集受限，且對(duì)海底環(huán)境的擾動(dòng)大。現(xiàn)有海底集礦車上集礦頭的離底高度(集礦頭底部與海床表面之間的距離)為主動(dòng)式調(diào)節(jié)，通過液壓機(jī)構(gòu)來調(diào)節(jié)集礦頭離底高度有一定延遲。在集礦車行進(jìn)過程中車體較長，微小的縱傾都會(huì)引起集礦頭離底高度較大的變化，并且海底地形也有一定起伏，現(xiàn)有技術(shù)很難滿足集礦頭在行進(jìn)中始終貼靠海床表面，因此難以完成復(fù)雜地形上的礦粒采集作業(yè)。另外，集礦頭離底高度也會(huì)對(duì)礦粒的采集率以及對(duì)海床表面沉積物擾動(dòng)產(chǎn)生顯著的影響。

2)現(xiàn)有海底集礦裝備上采用的基于康達(dá)效應(yīng)的集礦頭，其射流角度與曲面壁的曲率半徑均不可調(diào)節(jié)，因此礦粒采集率較低。目前在基于康達(dá)效應(yīng)的集礦頭方案中，前后射流噴口是固定在集礦頭上的，且射流角度固定，無法根據(jù)工況參數(shù)變化做出適應(yīng)性調(diào)節(jié)，這樣容易誘發(fā)水力采集過程對(duì)海底擾動(dòng)過大等隱患以及采集率過低等問題。而且集礦頭內(nèi)曲面壁的曲率半徑也不可調(diào)節(jié)，這同樣使得集礦頭的形態(tài)無法根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性的變化，以致無法獲取集礦效率與效益的最大化。

3)現(xiàn)有海底集礦裝備的泥水分離系統(tǒng)無法加速海泥的絮凝沉降，且對(duì)礦粒、海泥、水的分離不徹底(分離率低)，甚至僅能實(shí)現(xiàn)礦粒與泥水混合物的分離。現(xiàn)有海底集礦裝備的泥水分離系統(tǒng)采用自然沉降方法，通過降低流速使得海泥依靠重力進(jìn)行自然沉降。由于海泥的絮凝率受泥水混合物濃度的影響較大，一般來說混合物濃度越高，海泥越容易絮凝沉降，而現(xiàn)有方案僅靠降低流速很難實(shí)現(xiàn)海泥的快速沉降，且這種只讓泥水混合物進(jìn)行一次分離的做法，在短時(shí)間內(nèi)的分離效果并不理想。若將低濃度泥水混合物直接排放，則導(dǎo)致排出的海泥產(chǎn)生揚(yáng)灑，對(duì)海底生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。然而，僅考慮了礦石與泥水分離的集礦裝置也很難在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦粒與泥水混合物的徹底分離。

實(shí)用新型內(nèi)容