CN112978226B - 一种可自洁多金属结核提升系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自洁多金属结核提升系统，包括储料网仓、链式提升结构、自洁式输料平台，自洁式输料平台固定在集矿机上，链式提升结构的底部和顶部分别与集矿机和采矿船连接；所述储料网仓包括网仓骨架、网衣，网衣覆盖在网仓骨架上；在网面外部均布绑扎多个浮块，网仓骨架上部通过绳索连接有挂环；所述链式提升结构包括驱动链轮、传动链轮、传动链条和连接装置；所述自洁式输料平台主体为方形固定平板，固定平板中心处安装重力感应装置，四周布置射流喷嘴；连接装置包括连接索、中心柱、滚珠轴承和梭形绕流柱。本发明既能提高矿石的采集运输效率、减少，同时又能减少能耗、提高系统稳定性。

Description

一种可自洁多金属结核提升系统

技术领域

本发明涉及深海矿产资源开采领域。尤其涉及一种可自洁多金属结核提升系统。

背景技术

深海底是地球上尚未被开发的最大矿产资源地。迄今为止，已发现有经济价值的深海矿产资源主要有：含镍、铜、钴和锰的多金属结核，富含钴、镍、铜、锰的结壳和富含铜、铅、锌、金和银的海底多金属硫化物矿床。尽管矿产资源如此丰富，然而由于其赋存环境为深海，在现有的陆地采矿技术的基础上还需要考虑深海高压以及稀软底质等因素，矿产的开采和运输面临着巨大的挑战。

在深海矿产资源中，多金属结核以散料形式单层分布在深海底沉积物表层，形状多以球状为主，一般直径为0.5～10cm。相较于结壳和硫化物，结核易于开采，是当今世界的主要开采对象。针对多金属结核资源，当前主要有以下几种采矿提升系统：

拖斗采矿系统由采矿船通过拖缆带动拖斗将矿石铲入斗中，然后提升至海面，但拖斗在海底无法控制，资源容易大量丢失。

连续索斗采矿系统是在一根约20km长的无极绳圈上间隔一定距离固定铲斗，穿过一艘或两艘海面船上的滑轮，用摩擦传动循环运动，铲斗拖过海底采集矿石带到船上。该系统虽然结构简单且运转费低，但其铲斗和绳索易相互缠绕，采集率低，对海洋环境环境影响非常大，无法满足大洋采矿要求。

往返潜水采运车系统是用浮力材料使水中自重为零的采运车，通过螺旋推进器往返潜水采运矿石，其特点是机动灵活，对海底地形适应性好，但技术难度很大，制造和运行费用过高。

集矿机-流体提升采矿系统主要包括三个部分：集矿机、采矿船和提升系统。其中集矿机负责海底矿产的开采、破碎和收集；采矿船负责管理控制整个采矿系统并将收集的矿料进一步转运；提升系统负责将集矿机收集好的矿料运输到海面的采矿船上。当前处于初步应用阶段的提升系统主要采用水力管道和气力管道。水力管道式提升系统是将矿浆泵按顺序串接在不同深处的提升管道中，通过泵提供的压头提升矿料，其效率相当高且能够采用直径小的管线，但其所要求数量级的固料泵远远超出了当今的技术水平。气力管道式提升系统是在一定深处向提升管道内注入压缩空气，使管道内产生负压，带动底部矿料向上运动，其在水下无运动部件，对系统无技术上的要求，但其设备效率低，管径粗，导致起吊和搬运困难。

公开号为CN106837337A的中国专利申请公开了一种机械式海底采矿提升系统，包括：支撑立管、提升机构、矿物存储容器、矿物提升容器和驱动机构，所述提升机构包括上滑轮组件、下滑轮组件、和第一提升钢缆组件；支撑立管的上端与采矿船连接，所述上滑轮组件设置于所述支撑立管的上端，所述矿物存储容器和所述下滑轮组件均设置于所述支撑立管的下端；所述矿物存储容器用于通过采矿输送软管与采矿车连通，所述矿物存储容器的底部设置有可开合的排矿口；所述驱动机构与所述上滑轮组件传动连接，所述上滑轮组件和所述下滑轮组件通过所述第一提升钢缆组件传动连接；所述第一提升钢缆组件上设置有多个第一挂钩组件，所述矿物提升容器上设置有用于将所述矿物提升容器挂设在所述第一挂钩组件上的第一提升支撑杆；所述上滑轮组件可转动的带动挂设在所述第一挂钩组件上的所述矿物提升容器上升。其采用了机械式采矿提升方式，由于这种结构在竖直方向上长度较大，仅依靠上下两个滑轮组件提升矿物，动力不可靠；整体结构很容易受到海流等外部扰动，缺少稳定性，且不易加固；同时，矿物提升距离较长，耗能高；在提升后还需要对矿物进行清洗，步骤繁琐。

发明内容

本发明的目的是提供一种可自洁多金属结核提升系统，能够解决现有系统稳定性差、耗能高、需要对矿物专门清洗等问题。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种可自洁多金属结核提升系统，包括储料网仓、链式提升结构、自洁式输料平台，自洁式输料平台固定在集矿机上，链式提升结构的底部和顶部分别与集矿机和采矿船连接，储料网仓固定在链式提升结构外部并随之上下移动运输矿石。

所述储料网仓包括网仓骨架、网衣，网衣覆盖在网仓骨架上。在网面外部均布绑扎多个浮块，网仓骨架上部通过绳索连接有挂环。

所述链式提升结构包括驱动链轮、传动链轮、传动链条和连接装置。传动链轮有多个，底部传动链轮固定在自洁式输料平台上方，驱动链轮位于顶部，中间每隔一段距离由连接装置固定一个传动链轮，所述传动链条绕垂直排列的链轮外齿一圈，传动链轮和传动链条随驱动链轮转动。传动链条上设置有多个连接件，储料网仓通过绳索和挂环固定在连接件上。

所述自洁式输料平台主体为方形固定平板，固定平板中心处安装重力感应装置，四周布置射流喷嘴。

连接装置包括连接索、中心柱、滚珠轴承和梭形绕流柱。中心柱为圆柱形。连接索为两条，沿中心柱轴线对称穿过，连接索两端分别连接两个传动链轮或一个驱动链轮和一个传动链轮，梭形绕流柱为中间空心结构，其横截面外轮廓为梭形，其空心部分形状与中心柱的形状相匹配，梭形绕流柱与中心柱之间设置有滚珠轴承。

优选的，所述储料网仓为顶面开口、底部可开合的桶状容器。

优选的，绳索为高强度聚乙烯绳或防腐尼龙绳。

优选的，网仓骨架材料为钢材或HDPE，网衣材料为聚乙烯。

优选的，方形平板的各边分别对称布置有多个射流喷嘴，依据设置高度不同，所述射流喷嘴分为高射流喷嘴、中射流喷嘴、低射流喷嘴。

本发明的特点和有益效果是：

1、储料网仓采用网状结构，可以减轻自重，同时，便于直接对网仓中的矿物进行清洗，减少了额外的清洗步骤。由于深海底质颗粒粒径极小，故射流清洗过程中，可将底泥杂质冲洗出网仓而将矿石保留在网仓中，可提高矿石的采集运输效率。

2、储料网仓为可透水、浮力式，可以大大减少上升阻力，减少能耗。

3、绕流装置的存在起到动态调整的作用，可提高整个系统的稳定性，降低了链式提升结构在海流中发生激振和拖曳的风险，提高了整体结构的可靠性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为储料网仓细节示意图；

图3为链式提升结构示意图；

图4为输料平台工作示意图；

图5为自洁式输料平台细节示意图。

图6为连接装置细节示意图；

附图标记列表：1、采矿船；2、储料网仓；201、网仓骨架；202、网衣；203、浮块；204、绳索；205、挂环；3、链式提升结构；301、驱动链轮；302、传动链轮；303、链条；304、连接装置；305、连接索；306、中心柱；307、滚珠轴承；308、梭形绕流柱；4、集矿机；5、自洁式输料平台；501、固定平板；502、重力感应装置；503、射流喷嘴；504、高射流喷嘴；505、中射流喷嘴；506、低射流喷嘴；6、矿石输送带；7、多金属结核矿石。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图对本发明的优选实施方案进行详细的说明。

如图1所示，一种可自洁多金属结核提升系统可自洁的集矿机-链式提升采矿系统，包括储料网仓2、链式提升结构3、自洁式输料平台5，自洁式输料平台5固定在集矿机4上，链式提升结构3的底部和顶部分别与集矿机4和采矿船1连接，储料网仓2固定在链式提升结构3外部并随之上下移动运输矿石。

如图2所示，所述储料网仓2包括网仓骨架201、网衣202，网衣202覆盖在网仓骨架201上。所述储料网仓2为顶面开口、底部可开合的桶状容器。网仓骨架201为钢材，为了减轻重量，网仓骨架201材料也可采用HDPE(高密度聚乙烯)，网衣202为聚乙烯材料，其网目尺寸小于多金属结核矿石的最小直径，在网面外部均布绑扎多个浮块203，骨架上部通过绳索204与挂环205连接。绳索204为高强度聚乙烯绳或防腐尼龙绳。

如图3所示，链式提升结构3包括驱动链轮301、传动链轮302、传动链条303和连接装置304。传动链轮302有多个，底部传动链轮302固定在自洁式输料平台5上方，驱动链轮301位于顶部，中间每隔一段距离由连接装置固定一个传动链轮302，所述传动链条303绕垂直排列的链轮外齿一圈，传动链轮302和传动链条303随驱动链轮301转动。结合图2和图3，传动链条303上设置有连接件，储料网仓2通过绳索204和挂环205间隔一定距离固定在连接件上。

如图4和图5所示，自洁式输料平台5主体为方形固定平板501，固定平板501中心处安装重力感应装置502，四周布置射流喷嘴503，当储料网仓2被运送至输料平台5中心处时，通过重力感应，暂停传动链条303的传动并启动矿石输送带6，使输送口置于储料网仓2上部，并开始输送多金属结核矿石7，同时打开射流喷嘴503进行射流，清洗储料网仓2中的多金属结核矿石7。

如图5所示，方形平板501各边分别对称布置有多个射流喷嘴503，依据设置高度不同，所述射流喷嘴分为高射流喷嘴504、中射流喷嘴505、低射流喷嘴506。所有射流喷嘴503的喷嘴均指向输料平台5中心，相邻射流喷嘴503的间距相等但高度不等，以一边为例，高射流喷嘴504位于正中，高度约为储料网仓2高度的2/3，中射流喷嘴505位于边长1/4处，高度约为储料网仓2高度的1/3，低射流喷嘴506位于对角处，高度略高于方形平板501。

结合图1和图4，当储料网仓2在输料平台5上收集到足量矿石后，通过重力感应重新启动传动链条303，将储料网仓2向上提升并将下一个空的储料网仓2送至输料平台5中心处，并重复上述工作。参照图1所示，链式提升结构3不断将载有矿石的储料网仓2从海底集矿机4处运输至海面采矿船1，采矿船1收集到矿石后，链式提升结构3又将空的储料网仓2向下运输至集矿机4处重复工作。储料网仓2底面为可开合底面，便于矿物的卸除。

结合图3和图6，连接装置304包括连接索305、中心柱306、滚珠轴承307和梭形绕流柱308。中心柱306为圆柱形。连接索305为两条，沿中心柱306轴线对称穿过，连接索305两端分别连接两个传动链轮302或一个驱动链轮301和一个传动链轮302，梭形绕流柱308为中间空心结构，其空心形状与中心柱306的形状相匹配，梭形绕流柱308与中心柱306之间设置有滚珠轴承307，可以使梭形绕流柱308绕中心柱306转动。当海流方向改变时，在滚珠轴承307的作用下，梭形绕流柱308绕中心轴转动使其梭形长轴始终沿海流方向，可减弱海流对整个提升系统产生的振荡力，使系统保持稳定。

以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种可自洁多金属结核提升系统，包括储料网仓、链式提升结构、自洁式输料平台，自洁式输料平台固定在集矿机上，链式提升结构的底部和顶部分别与集矿机和采矿船连接，储料网仓固定在链式提升结构外部并随之上下移动运输矿石；

所述储料网仓包括网仓骨架、网衣，网衣覆盖在网仓骨架上；在网面外部均布绑扎多个浮块，网仓骨架上部通过绳索连接有挂环；

所述链式提升结构包括驱动链轮、传动链轮、传动链条和连接装置；传动链轮有多个，底部传动链轮固定在自洁式输料平台上方，驱动链轮位于顶部，中间每隔一段距离由连接装置固定一个传动链轮，所述传动链条绕垂直排列的链轮外齿一圈，传动链轮和传动链条随驱动链轮转动；传动链条上设置有多个连接件，储料网仓通过绳索和挂环固定在连接件上；

所述自洁式输料平台主体为方形固定平板，固定平板中心处安装重力感应装置，四周布置射流喷嘴；

连接装置包括连接索、中心柱、滚珠轴承和梭形绕流柱；中心柱为圆柱形；连接索为两条，沿中心柱轴线对称穿过，连接索两端分别连接两个传动链轮或一个驱动链轮和一个传动链轮，梭形绕流柱为中间空心结构，其横截面外轮廓为梭形，其空心部分形状与中心柱的形状相匹配，梭形绕流柱与中心柱之间设置有滚珠轴承；

所述储料网仓为顶面开口、底部可开合的桶状容器；

所述绳索为高强度聚乙烯绳或防腐尼龙绳；

方形平板的各边分别对称布置有多个射流喷嘴，依据设置高度不同，所述射流喷嘴分为高射流喷嘴、中射流喷嘴、低射流喷嘴；所有射流喷嘴的喷嘴均指向输料平台中心，相邻射流喷嘴的间距相等但高度不等；高射流喷嘴位于正中，高度为储料网仓高度的2/3，中射流喷嘴位于边长1/4处，高度为储料网仓高度的1/3，低射流喷嘴位于对角处，高度略高于方形平板。

Images