海底结核集中系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海底结核集中系统。具体地，但不排除其他地，本发明涉及用于采集位于深海海底的矿物结核的系统和方法。
【背景技术】
[0002]在海洋中的各种位置中，具体是在太平洋中部到夏威夷群岛南部的广大区域中，深海的底部上的泥质表层中存在多金属结核。结核大小从卵石大小到拳头大小变化，且通常位于约5000米的水深处。
[0003]二十世纪七十年代后期以来，人们一直进行各种尝试以设计建造从深海海底开采结核的商业可行方案。
[0004]第4，042，279号美国专利描述了一种现有解决方案。该方案包括海底结核回收运载工具以及用于将矿石从海底结核回收运载工具运输到水面船只的矿石提升系统。
[0005]第4，042，279号专利中描述的海底结核回收运载工具是一种被称为海底雪橇的运载工具。海底雪橇通常不能靠自身动力移动也不具有转向能力。在所描述的系统中，海底结核回收运载工具以及相关联的矿石提升系统由水面船只拖曳，并从靠近回收运载工具的下侧的海底收集结核。然后，将位于泥浆中的结核从回收运载工具栗送到矿石提升系统，在这种情况下，矿石提升系统为提升管道。
[0006]第4，042，279号美国专利中描述的解决方案具有各种缺点。虽然海底结核回收运载工具能够足够有效地从海底收集结核并将收集的结核传送至矿石提升系统，但是，主要由于提升管道拖拽以及涡流脱落效应，海底结核回收运载工具在其运行时不能沿预定路径转向，并且倾向于“迂回前进”。随着在水中速度加快，该效应会愈发严重。
[0007]在海底结核回收船只在约5000米的水深处工作的情况下，不能保持所期望路线会极大降低从海底回收结核的速率。
[0008]第4，042，279号美国专利中描述的系统的另一缺陷是与水面船只以及矿石运送系统相关联的成本。水面船只需要足够大以使提升系统朝向海底延伸足够长度，从而将矿石运送到水面船只。
[0009]与该范围的提升系统相关联的重量非常大，因而，水面船只需要足以承载该重量的大小。这导致在任意给定时间段海底结核回收船只仅能够回收相对少量的结核的情况下运行成本极高。
[0010]本说明书中所包括的关于文献、动作、材料、设备、物品等的任何讨论均仅用于为本发明提供背景。不应将其视为承认任何或所有以上事项因在本申请的优先日之前存在而构成本发明相关领域的现有技术基础的一部分，或作为本发明相关领域的一般常识。
【发明内容】
[0011]发明目的
[0012]本发明的目的是克服或至少缓解以上问题中的一个或多个和/或为消费者提供一种有用的或商业的选择。
[0013]本发明的其他优选目将在以下描述中变得显而易见。
【发明内容】
[0014]
[0015]在一种形式中，虽然其不必是唯一的形式或者甚至是最宽泛的形式，本发明涉及一种海底结核集中集中系统，其包括:
[0016]水面船只；
[0017]海下转向运载工具，固定至水面船只，该海下转向运载工具适于由水面船只拖曳；
[0018]结核收集装置，连接至海下转向运载工具，该结核收集装置位于海底；以及
[0019]定位设备，适于确定结核收集装置的位置并将该结核收集装置的位置信息通信至海下转向运载工具以及水面船只。
[0020]适当地，该海下转向运载工具适于改变结核开采装置的方向。适当地，该海下转向运载工具适于响应于从定位装置接收结核收集装置的位置信息来改变结核收集装置的方向。
[0021]在另一形式中，本发明涉及一种结核收集装置，其包括:
[0022]支承构件；
[0023]两个或更多结核收集设备，每个结核收集设备都固定至支承构件，并适于从邻近其下侧的海底收集矿石结核并将这些结核传送到出口管道；以及
[0024]联合出口管道，适于从每个结核收集设备的出口管道接收所采集的矿石结核并以料堆形式将收集的结核重新沉积在海底。
[0025]在又一形式中，本发明还涉及一种海底开采方法，其包括以下步骤:
[0026]在水面船只后面沿着海底拖曳结核收集装置；
[0027]确定结核收集装置何时偏离预定路径；
[0028]改变结核收集装置的方向以使结核收集装置回到预定路径。
[0029]优选地，海下转向运载工具设置在水面船只与结核收集装置之间，并适于改变结核开采装置的方向。
[0030]本发明的更多特征将在以下描述中变得显而易见。
【附图说明】
[0031]为了帮助理解本发明并使本领域技术人员能将本发明付诸实践，将参照附图通过示例的方式对本发明优选的实施方式进行描述，在附图中:
[0032]图1示出了根据本发明的实施方式的海底结核集中系统的示意性平面图；
[0033]图2示出了根据本发明的实施方式的海底结核集中系统的示意性立体图；
[0034]图3A示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的支承构件的平面图；
[0035]图3B示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图；
[0036]图3C示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图；
[0037]图3D示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图；以及
[0038]图3E示出了构成图1中所示的海底结核集中系统的海底回收装置的一部分的替代的支承构件的平面图。
【具体实施方式】
[0039]图1示出了根据本发明的实施方式的海底结核集中系统100的示意性平面图，图2示出了海底结核集中系统100的示意性立体图。
[0040]海底结核集中系统100具有:水面船只110、通过绳索101的方式固定至水面船只的海下转向运载工具120以及绳索102的方式固定至海下转向运载工具120的结核收集装置130。海底结核集中系统100还包括以绳索103的方式固定至水面船只110的定位设备140。
[0041]水面船只110为船(boat)、拖船(tug)或舰(ship)的形式。如上所述，海下转向运载工具120通过为重型牵引缆绳等的形式的绳索101的方式连接至水面船只110。
[0042]海下转向运载工具120优选为本领域公知的遥控潜水器(ROV)的形式。ROV广泛应用于深海石油项目，其实质上是适于远程操作和/或被编程以跟随预定路线的潜水艇。
[0043]海下转向运载工具120由水面船只110拖曳。
[0044]结核收集装置130通过绳索102的方式连接至海下转向运载工具120。海下转向运载工具120定位为靠近结核收集装置130并远离水面船只110。通过示例的方式，在结核收集装置130在5000米深的水中工作的情况下，水面船只110与结核收集装置130之间的距离可为8000米。在该距离的情况下，海下转向运载工具120优选地定位成距离结核收集装置130约20米到100米。
[0045]在所示实施方式中，两根静态缆绳将海下转向运载工具120连接至结核收集装置130。替代形式可包括更多缆绳，甚至是一束缆绳，一束缆绳中的一些的特征在于通过安装在海下转向运载工具120上的液压或机械杠杆的配平控制。
[0046]在所示实施方式中，海下转向运载工具120在水中悬浮在海床上方数米至数十米高度处。替代形式可以通过导向轮或滑道将海下转向运载工具120连接至海床。
[0047]在所示实施方式中，结核收集装置130包括具有多个结核收集设备132的支承构件131，多个结核收集设备132固定至支承构件131。在优选形式中，每个结核收集设备均为海底雪橇，并发挥如第4，042，279号美国专利所述的功能。
[0048]绳索102中的每个都在支承构件131的相对端部处附接至支承构件131。在实施方式中，如图所示，支承构件131为弓形形状，在其前侧上具有凹形边缘，在其后缘上具有凸形边缘。支承构件131优选地为刚性梁的形式。在优选形式中，每个结核收集设备132都通过铰链、弹簧等方式固定至支承构件131。
[0049]每个结核收集设备132都具有附接至其端部的出口管道或液压传送器133。每个出口管道或液压传送器133都适于接收邻近相应的结核收集设备的下侧收