一種基于附壁效應(yīng)的海底集礦裝備的制作方法

本實(shí)用新型涉及海底集礦領(lǐng)域，且特別涉及一種基于附壁效應(yīng)的海底集礦裝備。

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(kāi)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(shí)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(kāi)采價(jià)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(chǔ)量分別高出陸上相應(yīng)儲(chǔ)量的幾十倍到幾千倍。2013年我國(guó)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(kāi)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(guó)制造2025》為“制造強(qiáng)國(guó)”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(guó)有化。

現(xiàn)在國(guó)際普遍的采礦技術(shù)可分為兩種。一是機(jī)械式開(kāi)采。它利用長(zhǎng)長(zhǎng)的鏈斗或海底機(jī)器人把海底表面的礦石收集起來(lái)，然后運(yùn)用傳送帶提上來(lái)。由于的深海地形，深海動(dòng)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(kāi)采。它利用高速對(duì)射水流把海底礦石吹起，通過(guò)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(duì)深海生態(tài)造成的影響較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的現(xiàn)有技術(shù)效率低，耗能大，對(duì)深海生態(tài)破壞大等技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種基于附壁效應(yīng)的海底集礦裝備，使得在集礦過(guò)程中，大幅度提高了工作效率和工作質(zhì)量，并且減少海底采礦過(guò)程中對(duì)海床表面生態(tài)環(huán)境的破壞。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提出一種基于附壁效應(yīng)的海底集礦裝備，包括：履帶機(jī)構(gòu)(1)，集礦箱(2)，水射流出口(3)，礦物進(jìn)口(4)，螺旋槳(5)，格柵(6)，小曲率底板(7)；

所述集礦箱(2)前端設(shè)有螺旋槳(5)，所述集礦箱(2)與螺旋槳(5)間設(shè)有格柵(6)；

所述集礦箱(2)通過(guò)四周及上方封閉性金屬外殼和所述小曲率底板(7)圍成，所述集礦箱(2)前后兩端的底部分別設(shè)有與螺旋槳(5)區(qū)域連通的水射流出口(3)以及與礦物儲(chǔ)存區(qū)連通的礦物進(jìn)口(4)，所述水射流出口(3)與礦物進(jìn)口(4)上均設(shè)有擋板，并且擋板可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜角度。

進(jìn)一步的，集礦時(shí)調(diào)節(jié)擋板使所述水射流出口(3)的開(kāi)口斜向后下方與小曲率底板(7)前端相切，同時(shí)調(diào)節(jié)擋板使礦物進(jìn)口(4)斜向前下方與小曲率底板(7)后端相切。

進(jìn)一步的，所述集礦箱(2)內(nèi)部的格柵(6)與箱壁固定連接，并且格柵(6)上的孔洞可以通過(guò)人工調(diào)節(jié)改變大小。

進(jìn)一步的，所述螺旋槳(5)為五個(gè)并排的螺旋槳，其相互獨(dú)立地工作、停止，并可反向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)其轉(zhuǎn)速規(guī)律可預(yù)先設(shè)定。

進(jìn)一步的，所述螺旋槳(5)以錳結(jié)核在海泥中的固有頻率噴出脈動(dòng)壓力的水流。

進(jìn)一步的，所述水射流出口(3)和礦物進(jìn)口(4)的開(kāi)口橫截面呈矩形，并且水射流出口(3)、礦物進(jìn)口(4)、螺旋槳(5)的中軸線重合且寬度相同。

進(jìn)一步的，所述集礦箱(2)的長(zhǎng)度與寬度比例為1:1。

本實(shí)用新型提出一種基于附壁效應(yīng)的海底集礦裝備，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.整體外形設(shè)計(jì)上，采用長(zhǎng)度較短，寬度較寬的設(shè)計(jì)，并且水射流出口(3)、礦物進(jìn)口(4)、五個(gè)并排的螺旋槳(5)的中軸線重合且寬度相同，從而達(dá)到海水循環(huán)過(guò)程中穩(wěn)定性好、礦物顆粒攜帶量多的效果，可在較低的系統(tǒng)能源消耗前提下，取得較高的集礦效率。

2.將集礦裝備的底部設(shè)計(jì)成小曲率的微弧狀，使得礦物顆粒在水流流動(dòng)過(guò)程中，能夠隨水流完全依附于小曲率底板(7)下表面流動(dòng)，最終全部流入礦物進(jìn)口(4)，這一設(shè)計(jì)發(fā)揮了附壁效應(yīng)的作用，可顯著提高工作效率和工作質(zhì)量，減少海底采礦過(guò)程中對(duì)海床表面生態(tài)環(huán)境的破壞。

基于上述理由本實(shí)用新型可在海底集礦等領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的格柵結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的正面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的俯視圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型不限于以下的實(shí)施方式。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)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(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例的目的。

請(qǐng)參考圖1～圖5，圖1所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的格柵結(jié)構(gòu)示意圖。圖4所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的正面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的海底集礦裝備的俯視圖。

本實(shí)用新型提出一種基于附壁效應(yīng)的海底集礦裝備，包括：履帶機(jī)構(gòu)1，集礦箱2，水射流出口3，礦物進(jìn)口4，螺旋槳5，格柵6，小曲率底板7；

所述集礦箱2前端設(shè)有螺旋槳5，所述集礦箱2與螺旋槳5間設(shè)有格柵6；

所述集礦箱2通過(guò)四周及上方封閉性金屬外殼和所述小曲率底板7圍成，材料均為不銹鋼或其他耐腐蝕材料。所述集礦箱2前后兩端的底部分別設(shè)有與螺旋槳5區(qū)域連通的水射流出口3以及與礦物儲(chǔ)存區(qū)連通的礦物進(jìn)口4，所述水射流出口3與礦物進(jìn)口4上均設(shè)有擋板，并且擋板可以通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜角度。

所述集礦箱2由格柵6分為兩個(gè)不完全連通的區(qū)域：前端區(qū)域有為水循環(huán)提供動(dòng)力的螺旋槳5以及水射流出口3，所述水射流出口3為矩形截面，集礦時(shí)調(diào)節(jié)擋板使所述水射流出口3的開(kāi)口斜向后下方與小曲率底板7前端相切，后端區(qū)域?yàn)榈V物儲(chǔ)存區(qū)和礦物進(jìn)口4，集礦時(shí)同時(shí)調(diào)節(jié)擋板使礦物進(jìn)口4斜向前下方與小曲率底板7后端相切。

所述集礦箱2內(nèi)部的格柵6與箱壁固定連接，并且格柵6上的孔洞可以通過(guò)人工調(diào)節(jié)改變大小，來(lái)適應(yīng)不同礦物顆粒的過(guò)濾與收集。所述小曲率底板7為曲率半徑較大的微弧狀，有利于產(chǎn)生附壁效應(yīng)，吸引水流附著。

所述螺旋槳5為五個(gè)并排的螺旋槳，其相互獨(dú)立地工作、停止，并可反向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)其轉(zhuǎn)速規(guī)律可預(yù)先設(shè)定，使得集礦裝備可以適應(yīng)更多更復(fù)雜的環(huán)境。所述螺旋槳5以錳結(jié)核在海泥中的固有頻率噴出脈動(dòng)壓力的水流。

所述履帶機(jī)構(gòu)1由兩個(gè)完全分布于集礦箱2兩側(cè)的履帶以及傳動(dòng)系統(tǒng)組成，兩履帶間隔較寬，使得集礦裝備在海底運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)，不易發(fā)生翻車等事故。

所述水射流出口3和礦物進(jìn)口4的開(kāi)口橫截面呈矩形，并且水射流出口3、礦物進(jìn)口4、螺旋槳5的中軸線重合且寬度相同，這樣就保證了能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的海水循環(huán)。

所述集礦箱2的長(zhǎng)度與寬度比例為1:1，長(zhǎng)度較短，使得海水循環(huán)所經(jīng)路徑短，循環(huán)更為穩(wěn)定，寬度較寬，使得參與循環(huán)的水量足夠大，保證了集礦的效率與質(zhì)量。

本實(shí)用新型提出的基于附壁效應(yīng)的海底集礦裝備其集礦方法，包括下列步驟：

將海底集礦裝備送至指定礦區(qū)，開(kāi)啟螺旋槳，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)海水運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)過(guò)水射流出口快速流出，(因?yàn)樾∏实装迩岸似鹗继巸A斜角度較大)，水流通過(guò)小曲率底板前端斜向下沖刷海床表面將礦物顆粒沖起；

沖起的礦物顆粒被向后流動(dòng)的水流攜帶，通過(guò)小曲率底板產(chǎn)生附壁效應(yīng)(由于小曲率底板曲率較小且與水流距離較近，所以會(huì)產(chǎn)生附壁效應(yīng))，攜帶礦物顆粒的水流依附在小曲率底板下表面向后流動(dòng)，最終流入礦物進(jìn)口；

攜帶礦物顆粒的水流吸入物經(jīng)過(guò)礦物進(jìn)口后進(jìn)入集礦箱，水流中的礦物顆粒被格柵阻擋并沉積，海水以及海泥穿過(guò)格柵后在螺旋槳的帶動(dòng)下經(jīng)過(guò)水射流出口排出集礦箱。

集礦方法主要應(yīng)用了附壁效應(yīng)，使水流攜帶礦物顆粒后能夠依附在小曲率底板下表面向后完全流入礦物進(jìn)口以完成集礦任務(wù)。

所述螺旋槳為五個(gè)并排高速轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳，以錳結(jié)核在海泥中的固有頻率(16Hz左右)噴出脈動(dòng)壓力的水流，使得集礦效率進(jìn)一步提高。

進(jìn)一步的，當(dāng)海泥未及時(shí)排除，使得集礦箱內(nèi)海泥過(guò)多時(shí)，控制螺旋槳反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并調(diào)節(jié)水射流出口和礦物進(jìn)口擋板的角度，使清潔的海水流入，沖刷附著海泥的礦物顆粒，并將海泥含量大的泥水混合物排出。

雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。