一种海底浮式集矿装置、集矿系统及集矿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一款基于龙卷风裹挟原理的海底浮式集矿装置，按照国际专利分类表(IPC)划分属于机械工程部用于驱动栗或与其组合的装置以及Flf5D流体动力学，即影响气体或液体流动的方法或装置的综合应用，具体地说是一种海底浮式集矿装置及集矿方法。
【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采矿装备进行。2015年5月19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]现在国际普遍的采矿技术可分为两种。一是机械式开采。它利用长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。
【发明内容】
[0004]根据上述提出的现有技术效率低，耗能大，对深海生态破坏大等技术问题，而提供一种海底浮式集矿装置、集矿系统及集矿方法。
[0005]本发明采用的技术手段如下:
[0006]—种海底浮式集矿装置，包括壳体，所述壳体包括上盖板和下盖板，
[0007]所述壳体内设有圆台状吸矿筒，所述圆台状吸矿筒的小端设有栗I，所述圆台状吸矿筒的大端与所述下盖板固定连接，并穿过所述下盖板，所述圆台状吸矿筒内壁设有螺旋导流板，所述圆台状吸矿筒的小端和大端均为开口设计，即所述圆台状吸矿筒没有上下端板，所述圆台状吸矿筒的大端穿过所述下盖板与所述一种海底浮式集矿装置的外部连通，
[0008]所述圆台状吸矿筒内壁设有螺旋导流板，当所述栗I开启时，在所述圆台状吸矿筒中形成龙卷风涡流，所述圆台状吸矿筒内部压强由四周向中间，由下向上逐渐变小，吸入物在压力差作用下向心集聚并旋升，从而完成集矿任务。
[0009]所述壳体内还设有过滤网，所述过滤网上设有压力感应装置或矿物密度感应装置，所述过滤网的材质为不锈钢或其他防锈高强度材料。
[0010]所述壳体内设有集矿区和集水区，
[0011]所述集矿区通过所述圆台状吸矿筒，所述壳体内壁和所述过滤网围成，所述壳体上设有与所述集矿区连通的吸矿孔，所述吸矿孔上设有阀门，所述吸矿孔通过所述阀门与吸矿管连通，所述阀门与所述吸矿管可旋转连接，由于所述阀门与所述吸矿管可旋转连接，使所述一种海底浮式集矿装置在工作时，不会因为与所述吸矿管连而接阻碍所述一种海底浮式集矿装置运动，
[0012]所述集水区通过所述壳体内壁和所述过滤网围成，所述壳体上设有多个与所述集水区连通的通孔，所述通孔与转向喷嘴连通。所述转向喷嘴的方向可通过电路或模块控制，位于所述集水区内的海水可从所述转向喷嘴喷出，为所述一种海底浮式集矿装置提供动力。
[0013]所述上盖板为盘型上盖板，所述盘型上盖板的中部设有向上凸起的圆台I，所述圆台I大端的径向外侧设有环形连接部I，所述环形连接部I包括依次连接的环状弧形板I，环状连接板I和环状弧形板II，所述环状弧形板I的靠近所述环状弧形板I内沿的内壁与所述圆台I的靠近所述圆台I大端的内壁相切，所述环状弧形板I的靠近所述环状弧形板I外沿的内壁与所述环状连接板I的内壁相切，所述环状弧形板II的靠近所述环状弧形板II内沿的外壁与所述环状连接板I的外壁相切，
[0014]所述下盖板为盘型下盖板，所述盘型下盖板的中部设有向下凸起的圆台II，所述圆台II大端的径向外侧设有环形连接部II，所述环形连接部II包括依次连接的环状弧形板III，环状连接板II和环状弧形板IV，所述环状弧形板III的靠近所述环状弧形板III内沿的内壁与所述圆台II的靠近所述圆台II大端的内壁相切，所述环状弧形板III的靠近所述环状弧形板III外沿的内壁与所述环状连接板II的内壁相切，所述环状弧形板IV的靠近所述环状弧形板IV内沿的外壁与所述环状连接板II的外壁相切，
[0015]所述环状弧形板II外沿与所述环状弧形板IV外沿相匹配并连接。
[0016]所述环状弧形板I，所述环状弧形板II，所述环状弧形板III和所述环状弧形板IV均为整体为环状，横截面为弧形的板。
[0017]所述上盖板和所述下盖板采用上述设置，使得海水对所述一种海底浮式集矿装置的阻力减小，有利于集矿工作的完成。
[0018]所述圆台I小端具有弧形帽，所述弧形帽的外壁与所述圆台I小端的外壁相切。
[0019]所述盘型上盖板的壁厚均匀一致，所述盘型下盖板的壁厚均匀一致。
[0020]所述圆台状吸矿筒的轴线与所述壳体的轴线重合，所述弧形帽的内壁设有固定所述栗I的固定部。
[0021]所述过滤网为圆台状过滤网，所述圆台状过滤网的小端位于所述环状弧形板III的内沿与所述圆台II的大端的交界处，
[0022]所述圆台状过滤网的大端位于所述环状弧形板II的内沿与所述环状连接板I的交界处。
[0023]所述螺旋导流板的横截面呈梯形或矩形。
[0024]所述栗I为矿浆栗。
[0025]本发明还公开了一种包括上述所述的一种海底浮式集矿装置的集矿系统，包括水面母船，水力提升管道和中继舱，所述中继舱与所述吸矿管连通，所述中继舱设有栗II，所述栗II通过栗III与所述水力提升管道连通，所述水力提升管道的另一端与所述水面母船连通，所述水力提升管道上还设有多个栗IV。
[0026]所述栗II，所述栗III和所述栗IV均为矿浆栗。
[0027]所述一种海底浮式集矿装置的电力供应由所述水面母船提供，供电线路先由所述水面母船连接到海底所述中继舱，再由所述中继舱连接到所述一种海底浮式集矿装置。
[0028]本发明还公开了一种使用上述所述的集矿系统的集矿方法，具有如下步骤:所述一种海底浮式集矿装置被送至指定矿区后，所述栗I开启，吸入物从所述圆台状吸矿筒吸入，并经过所述栗I进入所述集矿区，吸入物经过所述过滤网，吸入物中的矿石被所述过滤网阻挡并沉积，吸入物中的海水进入所述集水区，并从所述转向喷嘴喷射出，所述过滤网上的矿石重量达到所述压力感应装置或矿物密度感应装置预设上限时，所述栗I关闭，所述阀门打开，之后所述栗II，所述栗III和所述栗IV同时开启，将所述集矿区内的矿石经过所述中继舱吸入到所述水面母船，所述过滤网上的矿石重量降到所述压力感应装置或矿物密度感应装置预设下限时，所述栗II，所述栗III和所述栗IV同时关闭，之后所述阀门关闭，所述栗I启动，继续吸入吸入物。间歇式的工作模式可以有效降低系统能耗，提高开采的经济效益。
[0029]所述栗I为矿浆栗。
[0030]所述栗II，所述栗III和所述栗IV均为矿浆栗。
[0031]本发明具有以下优点:
[0032]1.将吸矿筒改造成内壁设有螺旋导流板的圆台状吸矿筒，并且圆台状吸矿筒与转向喷嘴连通，从而达到所述一种海底浮式集矿装置能源的有效整合，可显著地减少系统能源消耗。
[0033]2.将吸矿筒改造成内壁设有螺旋导流板的圆台状吸矿筒，使得在吸矿过程中，在圆台状吸矿筒中形成龙卷风式涡流，四周压强大，而中心压强小，可显著提高工作效率和工作质量，有效防止大型物体堵塞吸矿管，减少海底采矿过程中对海床表面生态环境的破坏。
[0034]基于上述理由本发明可在海底集矿等领域广泛推广。
【附图说明】
[0035]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0036]图1是本发明的【具体实施方式】中一种海底浮式集矿装置的剖视图。
[0037]图2是本发明的【具体实施方式】中一种海底浮式集矿装置去掉一半上盖板时的俯视图。
[0038]图3是本发明的【具体实施方式】中一种海底浮式集矿装置的仰视图。
[0039]图4是本发明的【具体实施方式】中壳体的剖视图。
[0040]图5是本发明的【具体实施方式】中集矿系统的结构示意图。
[0041]图6是本发明的【具体实施方式】中中继舱，栗II，吸矿管，栗III以及水力提升管道之间的装配示意图。
[0042]图7是本发明的【具体实施方式】中一种海底浮式集矿装置被送至指定矿区后的示意图。
【具体实施方式】
[0043]实施例1
[0044]如图1-图7所示，一种海底浮式集矿装置1，包括壳体11，所述壳体11包括上盖板111和下盖板112，所述壳体11内设有圆台状吸矿筒12，所述圆台状吸矿筒12的小端设有栗I 13，所述圆台状吸矿筒12的大端与所述下盖板112固定连接，并穿过所述下盖板112，所述圆台状吸矿筒12内壁设有螺旋导流板14，
[0045]所述壳体11内还设有过滤网15，所述过滤网15上设有压力感应装置，
[0046]所述壳体11内设有集矿区16和集水区17，
[0047]所述集矿区16通过所述圆台状吸矿筒12，所述壳体11内壁和所述过滤网15围成，所述壳体11上设有与所述集矿区16连通的吸矿孔113，所述吸矿孔113上设有阀门114，所述吸矿孔113通过所述阀门114与吸矿管2连通，所述阀门114与所述吸矿管2可旋转连接，