一种海底集矿车及其集矿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海底浮式集矿装置及其集矿方法，特别是涉及一种环保高效节能的海底集矿车及其集矿方法。
【背景技术】
[0002]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集矿装备进行。2015年5月110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。
[0003]现在国际普遍的集矿技术可分为两种:一是机械式开采，它利用长的链斗或海底机器人把海底表面的矿石收集起来，然后运用传送带提上来。由于的深海地形，深海动力、深海通信等，该方式工作范围，工作效率受到严重的限制；二是浮式开采，它利用高速对射水流把海底矿石吹起，通过栗和管道以水力或气力方式将矿石从海底提升，该方式受深海环境影响较小，但耗能大，采集的矿石中泥浆多，对深海生态造成的影响较大。
[0004]综上所述，为改善原有海底集矿装备的生产效率低、耗能大、对海床生态破坏严重等不足，本发明提出一种海底集矿车及其集矿方法。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种海底集矿车及其集矿方法，相比于原有海底集矿装备，其更环保、高效、节能、可靠。
[0006]为达上述及其它目的，本发明提出一种海底集矿车，该海底集矿车包括水射流喷嘴(1)、吸矿罩⑵、螺旋导流板(3)、矿浆栗(4)、承压贮矿箱(5)、中继舱输送管道(9)、集矿车箱体(10)，所述水射流喷嘴(1)位于集矿车下部，所述吸矿罩(2)、螺旋导流板(3)、矿浆栗(4)、承压贮矿箱(5)位于所述集矿车箱体(10)内紧密布置，所述水射流喷嘴(1)呈一定纵向和横向的倾斜角度沿吸矿罩(2)底部紧密布置若干组以喷射出最利于矿物提升的螺旋流，所述螺旋导流板(3)沿着螺旋线镶嵌于所述吸矿罩(2)内侧，所述矿浆栗(4)通过矿浆栗管道连至所述吸矿罩(2)，以在吸矿罩(2)内形成局部负压、在螺旋导流板(3)的导流作用下形成向上流动的竖轴漩涡，所述矿浆栗(4)通过所述中继舱输送管道(9)将所集矿物输送至中继舱，所述矿浆栗(4)还连接所述承压贮矿箱(5)。
[0007]进一步地，所述承压贮矿箱(5)内部布置有防止矿物颗粒以及较大粒径泥沙颗粒通过的过滤网(6)和防止箱内压力过大或过小的压力阀门(7)，所述承压贮矿箱(5)通过一增压栗(8)连至吸矿罩(2)，通过过滤网(6)的海水以及少量小于水射流喷嘴口径的固态颗粒从所述承压贮矿箱(5)内流入增压栗(8)，并最终通过水射流喷嘴(1)喷射出去用于对矿物颗粒的提升。
[0008]进一步地，所述压力阀门(7)在承压贮矿箱(5)压力过大或者过小时开启，实现管道排水泄压或者抽水升压的功能。
[0009]进一步地，所述水射流喷嘴(1)呈一定纵向和横向的倾斜角度沿吸矿罩(2)底部紧密圆周对称布置若干组。
[0010]进一步地，布置有水射流喷嘴(1)的吸矿罩(2)可实现上升下降、各个角度的倾斜。
[0011]为达到上述目的，本发明还提供一种海底集矿车的集矿方法，包括如下步骤:
[0012]步骤一，将水射流喷嘴(1)呈一定纵向和横向的倾斜角度沿吸矿罩(2)底部紧密布置若干组，采用连续射流或脉冲射流的方式将海床上的锰结核或富钴结壳颗粒吹起一定高度；
[0013]步骤二，将螺旋导流板(3)沿着螺旋线镶嵌于吸矿罩(2)内侧，矿浆栗⑷在吸矿罩(2)内形成局部负压，在螺旋导流板(3)的导流作用下形成向上流动的竖轴漩涡，在吸矿罩(2)内形成的龙卷风式涡流，压强由四周向中间，由下向上逐渐变小，锰结核或富钴结壳颗粒在压力差作用下向心集聚并旋升，从而实现集矿；
[0014]步骤三，承压贮矿箱(5)逆时针转动，囤矿一侧抬高向矿浆栗管道倾斜，增压栗(8)处管道口关闭后矿浆栗(4)反向启动，箱内压力逐渐减小至压力阀门(7)开启，集矿车箱外部的水通过管道流入承压贮矿箱(5)内进行升压补偿同时携带高密度矿物颗粒通过矿浆栗(4)最终由中继舱输送管道(9)全部输送至中继舱。
[0015]进一步地，于步骤三中，于承压贮矿箱(5)内部布置防止矿物颗粒以及较大粒径泥沙颗粒通过的过滤网出)，通过过滤网出)的海水以及少量小于水射流喷嘴口径的固态颗粒从承压贮矿箱(5)内流入增压栗(8)，最终通过水射流喷嘴(1)喷射出去用于对矿物颗粒的提升。
[0016]进一步地，于步骤三中，若承压贮矿箱(5)内的压力满足水射流喷嘴⑴喷射速度要求，则增压栗(8)不工作；若承压贮矿箱(5)内的压力小于水射流喷嘴(1)喷射速度要求，增压栗(8)启动保证水射流喷嘴(1)喷射速度适宜。
[0017]进一步地，若过滤网(6)出现堵塞情况，贯通的承压贮矿箱(5)内压强会逐渐下降直到压力阀门(7)启动，海水通过管道流入保证水射流喷嘴(1)正常工作的同时，位于过滤网(6)内的矿物颗粒游不会从承压贮矿箱(5)内溢出。
[0018]进一步地，于步骤一中，所述水射流喷嘴(1)呈一定纵向和横向的倾斜角度沿吸矿罩(2)底部紧密圆周对称布置若干组。
[0019]与现有技术相比，本发明一种海底集矿车及其集矿方法，采用低强度大流量水射流技术代替传统工业的高强度水射流，可减少集矿过程中对海床表面的冲刷扰动，水射流喷嘴群喷射形成的环形水链可有效减弱集矿过程中扬起的泥沙的扩散，集矿效率获得了极大的提高，并为海底集矿节约了成本。
【附图说明】
[0020]图1为本发明一种海底集矿车的结构示意图；
[0021]图2为本发明一种海底集矿车的集矿方法的步骤流程图。
【具体实施方式】
[0022]以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，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发明的其它优点与功效。本发明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，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0023]图1为本发明一种海底集矿车的结构示意图。如图1所示，本发明一种海底集矿车，包括:水射流喷嘴(1)、吸矿罩(2)、螺旋导流板(3)、矿浆栗(4)、承压贮矿箱(5)、过滤网(6)、压力阀门(7)、增压栗(8)、中继舱输送管道(9)、集矿车箱体(10)
[0024]其中，水射流喷嘴(1)位于集矿车下部，其余的吸矿罩(2)、螺旋导流板(3)、矿浆栗(4)、承压贮矿箱(5)、过滤网(6)、压力阀门(7)、增压栗⑶位于集矿车箱体(10)内紧密布置，集矿车在矿区缓速行驶。
[0025]水射流喷嘴(1)呈一定纵向和横向的倾斜角度沿吸矿罩(2)底部紧密圆周对称布置若干组以期喷射出最利于矿物提升的螺旋流，采用连续射流或脉冲射流的方式将海床上的锰结核或富钴结壳颗粒吹起一定高度，同时，由水射流喷嘴(1)群喷射形成的环形水链可有效减弱集矿过程中扬起的泥沙的扩散，螺旋导流板(3)沿着螺旋线镶嵌于吸矿罩
(2)内侧，矿浆栗(4)在吸矿罩(2)内形成局部负压，在螺旋导流板(3)的导流作用下形成向上流动的竖轴漩涡。为保证集矿车在高低不平、倾斜的海床矿区上拥有较高的集矿效率，布置有水射流喷嘴(1)的吸矿罩(2)可实现上升下降、各个角度的倾斜，从而保证水射流喷嘴(1)和吸矿罩(2)诱导出的龙卷风式涡流流场与矿物颗粒的相对位置维持稳定，集矿效率获得极大的提高。
[0026]在吸矿罩⑵内形成的龙卷风式涡流，压强由四周向中间，由下向上逐渐变小，锰结核或富钴结壳颗粒在压力差作用下向心集聚并旋升，从而实现集矿，漩涡的形成将会降底海床表面矿物颗粒临界启动速度的20 %以上，从而在同种工况和集矿状态下，本发明需要较小的水射流喷射和矿浆栗抽吸强度，从而减少了集矿过程中装备对海底的扰动。
[0027]承压贮矿箱(5)的结构强度高，能承受一定高压或低压。空间尺寸设计成储备一次集矿任务的矿物颗粒。承压贮矿箱(5)内部布置有防止矿物颗粒以及较大粒径泥沙颗粒通过的过滤网(6)和防止箱内压力过大或过小的压力阀门(7)。压力阀门(7)在承压贮矿箱(5)压力过大或者过小时开启，实现管道排水泄压或者抽水升压的功能。抽水升压的情况出现在集矿车完成一次集矿任务返回中继舱后的泻矿过程。承压贮矿箱(5)逆时针转动，囤矿一侧抬高向矿浆栗管道倾斜，增压栗⑶处管道口关闭后矿浆栗⑷反向启动，箱内压力逐渐减小至压力阀门(7)开启，集矿车箱外部的水通过管道流入承压贮矿箱(5)内进行升压补偿同时携带高密度矿物颗粒通过矿浆栗(4)最终由中继舱输送管道(9)全部输送至中继舱进行分矿等初步处理后集中输送到水面母船上。
[0028]通过过滤网￠)的海水以及少量小于水射流喷嘴口径的固态颗粒从承压贮矿箱
(5)内流入增压栗(8)，最终通过水射流喷嘴(1)喷射出去用于对矿物颗粒的提升，实现综合利用矿浆栗抽吸、喷射的能量，为海底集矿节约成本。
[0029]若承压贮矿箱(5)内的压力满足水射流喷嘴(1)喷射速度要求，则增压栗(8)不工作，若承压贮矿箱(5)内的压力小于水射流喷嘴(