一种水下扩散装置及采矿车的制作方法

1.本实用新型涉及水下采矿技术领域，尤其涉及一种水下扩散装置及采矿车。


背景技术：

2.海洋底部蕴藏着丰富的矿产资源，随着科学技术的进步和陆地易采矿产资源逐渐减少，海底采矿日益引起重视。
3.现有的海底采矿挖掘机械在进行海底采矿作业时，采矿挖掘机械前进，会将收集到的矿石与接收沉积物(主要是粘土/淤泥/沙子颗粒)进行分离，分离后的矿石进行收集到矿船上。而将不需要的沉积物进行排出，而排出松散的未压实或低压实的沉积物。现有的采矿车是将沉积物直接泵出，导致被排出的沉积物流速较大，难以快速沉淀，增加了周围水体中的浊度，从而导致采矿车的操作能见度较低，不利于对采矿车的操作。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种水下扩散装置及采矿车，旨在解决现有沉积物直接泵出，导致被排出的沉积物流速较大而难于快速沉淀，增加了周围水体中的浊度，从而导致采矿车的操作能见度较低，不利于对采矿车的操作的问题。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.提供有一种水下扩散装置，包括壳体，所述壳体内设置有扩散通道，所述扩散通道用于沉积物排出，其中，所述扩散通道沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大；
8.所述壳体上活动设置有摆动调节组件，所述摆动调节组件内设置有调节通道，所述调节通道与所述扩散通道的输出端相连通。
9.可选地，所述壳体包括：
10.输入部，所述输入部内设置有进料腔，所述进料腔内连通用于输送沉积物的输入管道；以及
11.缓冲部，所述缓冲部连接所述输入部，所述扩散通道位于所述缓冲部内，并连通所述进料腔；
12.所述进料腔沿沉积物排出方向的截面面积小于所述扩散通道沿沉积物排出方向的截面面积。
13.可选地，所述输入管道设置有多个，多个所述输入管道分别位于所述输入部相对立的两侧。
14.可选地，所述壳体还包括排出部，所述排出部连接在所述缓冲部的输出端，所述摆动调节组件活动设置在所述排出部上，所述排出部内设置有排出通道，所述排出通道分别连通所述扩散通道与所述调节通道；
15.所述排出通道沿竖直方向设置，所述扩散通道沿竖直方向或倾斜于竖直方向设置。
16.可选地，所述缓冲部包括前挡板和后挡板，以及连接所述前挡板和后挡板的左右两侧的侧面挡板；
17.所述前挡板和所述后挡板平行设置，左右两侧的所述侧面挡板沿沉积物排出方向相互背向延伸。
18.可选地，所述摆动调节组件包括：转轴，所述转轴沿左右方向设置在所述壳体上；
19.摆臂支架，所述摆臂支架连接在所述转轴上；
20.柔性包裹层，所述柔性包裹层设置在所述摆臂支架的侧面上，所述柔性包裹层内形成所述调节通道。
21.可选地，所述转轴包括前转轴以及后转轴，所述前转轴与所述后转轴沿前后方向分别设置所述排出部上；
22.所述摆臂支架包括：
23.多个前摆臂，多个所述前摆臂沿左右方向并排设置在所述前转轴上；
24.多个后摆臂，多个所述后摆臂沿左右方向并排设置在所述前转轴上；以及
25.连接底板，所述连接底板铰接在相邻的所述前摆臂与所述后摆臂上。
26.可选地，所述水下扩散装置还包括：
27.连接件，所述连接件固定连接在所述壳体上。
28.基于同样的构思，本方案还提出一种采矿车，包括矿车本体，以及如上所述的水下扩散装置，所述水下扩散装置可拆卸连接在所述矿车本体上。
29.有益效果：本实用新型中的一种水下扩散装置及采矿车，水下扩散装置通过在壳体内设置扩散通道，壳体与泵出沉积物的管道连接，使沉积物能送入到所述扩散通道内，再通过扩散通道对沉积物的流向进行导向，使沉积物顺着扩散通道进行流动，从而形成沉积物的排出方向。通过外壳将沉积物罩住，从而避免沉积物在水中进行扩散，而且将扩散通道设计成沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大的结构形式，使带沉积物的水流速度减缓，从而减小所有粒子的速度，从而使沉积物快速沉淀。减速和分流后的沉积物水流再被排放，就会减小因排放引起的周围水体中的浊度，因此避免了采矿车的操作能见度较低而不利于对采矿车的操作的问题。当被分散和减速后的沿沉积物到达扩散通道的输出端后，通过摆动调节组件的位置调整，在不同的海底形状和采矿车沉陷深度的情况下，使调节通道底部的排放口与海底面之间保持恒定的高度和间隙，以保持流体的稳定排放，利于沉积物排放后的快速沉降，减小采矿车周围水体中的浊度。另外，还可以将减速后的沿沉积物经过调节通道排放到不同的高度，使沉积物从海底开设逐级堆高，而不是距离海底面有一定距离的固定高度进行排放，这样通过摆动调节组件尽量减小了调节通道的出口距离海底面的距离，避免沉积物从该距离缝隙中露出而飘散，进一步避免使周围水体中的浊度升高。而且通过摆动调节组件将调节通道的出口降低，避免了流速大的沉积物的流体会产生的漂浮羽流对海底的环境会产生潜在影响。不会破坏了自然物种，特别是穴居微型动物的居住环境。漂浮的杂物通过摆动调节组件对出口的调节，避免了漂浮的杂物会再次进入到随后的附近采矿作业的采矿车中，不需要重新处理被再次采集的沉积物，不会增加处理工作量，提高了采矿效率。
附图说明
30.图1为本实用新型的水下扩散装置的实施例的一种状态下剖视图；
31.图2为本实用新型的水下扩散装置的实施例的另一种状态下剖视图；
32.图3为本实用新型的水下扩散装置的实施例的另一视角的剖视图；
33.图4为本实用新型的采矿车的实施例应用使的路径图。
34.附图标记说明：100、采矿船；110、矿车本体；200、壳体；210、输入部；211、进料腔；220、缓冲部；221、扩散通道；222、前挡板；223、后挡板；224、侧面挡板；230、排出部；231、排出通道；300、输入管道；400、摆动调节组件；410、调节通道；420、转轴；421、前转轴；422、后转轴；430、摆臂支架；431、前摆臂；432、后摆臂；433、连接底板；440、柔性包裹层；500、连接件；510、支撑架；520、通孔。
具体实施方式
35.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
37.现有的海底采矿挖掘机械在进行海底采矿作业时，通常采矿挖掘机械前进进行采矿，同时采集到矿石和沉积物(主要是粘土/淤泥/沙子颗粒)，并将收集到的矿石与接收沉积物进行分离，分离后的矿石进行收集到矿船上，而将不需要的沉积物进行排出。而排出松散的未压实或低压实的沉积物。现有的采矿车在海底时直接将沉积物直接泵出，在海底时就将沉积物排出，样这尽量减少矿石混合物中不需要的淤泥，从而不需要将泥沙抽送到海面上处理，尽量减少海面上的淤泥分离和处理的工作量，在限定容量内抽出更多矿石流，提高采矿效率，而且节约了总体电力。但直接泵出的沉积物会导致被排出的沉积物流速较大，增加了周围水体中的浊度，从而导致采矿车的操作能见度较低，不利于对采矿车的操作。而且流速大的沉积物的流体会产生漂浮羽流，漂流羽流对海底的环境会产生潜在影响。如破坏了自然物种，特别是穴居微型动物的居住环境。而且漂浮的杂物会再次进入到随后的附近采矿作业的采矿车中，这样又需要重新处理被再次采集的沉积物，增加了处理工作量。
38.基于上述的各种问题，如图1、图3所示，本实施例中提供有一种水下扩散装置，应用采矿车上，为方便结构描述，以采矿车的前进后退方向为前后方向，以在水平面内垂直于前后方向的方向为左右方向，以垂直于水平面的方向为竖直方向，所述采矿车沿竖直方向设置并沿前后方向移动进行采矿。本实施例的一种水下扩散装置，包括壳体200，所述壳体200内设置有扩散通道221，所述壳体200上连接有采矿车上的沉积物分离装置的输入管道300，输入管道300内泵出采矿时收集的沉积物，沉积物主要是粘土/淤泥/沙子颗粒等废物，沉积物从输入管道300内泵出到壳体200内的扩散通道221，所述扩散通道221用于沉积物排出，所述扩散通道221沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大，由于尽量将沉积物排出到海床表面，因此沉积物排出方向为倾斜向下，或竖直向下。所述壳体200上活动设置有摆动调
节组件400，所述摆动调节组件400位于所述壳体200的下方，所述摆动调节组件400内设置有调节通道410，所述调节通道410与所述扩散通道221的输出端相连通。
39.通过上述方案，水下扩散装置通过在壳体200内设置扩散通道221，壳体200与泵出沉积物的管道连接，使沉积物能送入到所述扩散通道221内，再通过扩散通道221对沉积物的流向进行导向，使沉积物顺着扩散通道221进行流动，从而形成沉积物的排出方向。通过外壳将沉积物罩住，从而避免沉积物在水底进行扩散，而且将扩散通道221设计成沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大的结构形式，使带沉积物的水流速度减缓，从而减小所有粒子的速度，从而使沉积物快速沉淀，减速和分流后的沉积物水流再被排放，就不会激起大量的海底杂质导致增加了周围水体中的浊度，因此避免了采矿车的操作能见度较低而不利于对采矿车的操作的问题。当被分散和减速后的沿沉积物到达扩散通道221的输出端后，通过摆动调节组件400的位置调整，可以将减速后的沿沉积物经过调节通道410排放到不同的高度，使沉积物从海底开设逐级堆高，而不是距离海底面有一定距离的固定高度进行排放，这样通过摆动调节组件400尽量减小了调节通道410的出口距离海底面的距离，避免沉积物从该距离缝隙中露出而飘散，进一步避免使周围水体中的浊度升高。另外通过摆动调节组件400的位置调整，使调节通道410的出口可以适应海底不同高度的区域，具有更强的适用性。而且通过摆动调节组件400将调节通道410的出口降低，避免了流速大的沉积物的流体会产生的漂浮羽流对海底的环境会产生潜在影响。不会破坏了自然物种，特别是穴居微型动物的居住环境。漂浮的杂物通过摆动调节组件400对出口的调节，避免了漂浮的杂物会再次进入到随后的附近采矿作业的采矿车中，不需要重新处理被再次采集的沉积物，不会增加处理工作量，提高了采矿效率。
40.在上述方案的基础上，如图1、图2、图3所示，本实施例的具体结构为：所述壳体200包括输入部210，以及缓冲部220。所述输入部210位于所述缓冲部220的上方，所述输入部210内设置有进料腔211，所述进料腔211内连通用于输送沉积物的输入管道300。所述缓冲部220连接所述输入部210，所述扩散通道221位于所述缓冲部220内，并连通所述进料腔211。壳体200由多个挡板组装而成，多个挡板围成各种通道。所述输入部210位于壳体200的上部，所述缓冲部220位于壳体200的中部，输入管道300连接在输入部210上，输入管道300内的水流进入到输入部210后，再经输入部210流入到缓冲部220，这样使沉积物水流在壳体200内是一个从上移向下的过程。所述进料腔沿沉积物排出方向的截面面积小于所述扩散通道沿沉积物排出方向的截面面积，即输入部210中的进料腔211在上下方向的横截面积要小于缓冲部220上的扩散通道221在上下方向的横截面积。当输入管道300内的沉积物水流进入到进料腔211中，通过进料腔211内壁进行一次缓冲，缓冲后的沉积物水流再进入到空间较大的扩散通道221内。这样壳体内的通道沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大，从而使液体流速逐渐减小。当进入到扩散通道211内后，沿流量方向逐渐变大的扩散通道能尽快消除高速进入通道中的液体中的涡流/紊流，从而降低流体中沉积物的运动速度和能量。从而使沉积物水流进一步分散，沉积物水流在扩散通道221内的速度减缓，便于将沉积物以很缓的速度排放到海床上。一部分颗粒较大的沉积物将沉淀于扩散装置下方的海底面上，颗粒较小的沉积物随流体排出。由于沉积物的运动速度和能量在经过扩散装置后大幅降低，排出后能迅速沉降，从而减小了采矿车周围水体中的浊度，避免影响采矿车的操作能见度。
41.本实施例中的所述输入管道300设置有多个，多个所述输入管道300分别位于所述
输入部210相对立的两侧。两侧的输入管道300相对设置，当同时进行沉积物排放时，位于进料腔211内的两股沉积物水流形成对冲，可以互相抵消彼此的冲击力，使对冲后的沉积物水流由于重力作用下朝向扩散通道221内扩散。本实施例中的所述输入部210的左右两侧分别连接有输入管道300，这样左右两侧同时进行排放，提高排放效率且对冲能改变水流的方向，使水流向上下扩散，而上方被输入部210所密封，促进了水流向下方的缓冲部220扩散。
42.如图1、图2所示，本实施例中的所述壳体200还包括排出部230，所述排出部230连接在所述缓冲部220的输出端，具体为所述排出部230连接在所述缓冲部220的下方，所述摆动调节组件400活动设置在所述排出部230上，所述摆动调节组件400设置在所述排出部230的下方，所述排出部230内设置有排出通道231，所述排出通道231分别连通所述扩散通道221与所述调节通道410。通过摆动调节组件400，使调节通道410可以位于所述排出通过的下方进行摆动，所述调节通道410的下方为开口，该开口为沉积物水流的出口。所述排出通道231沿竖直方向设置，所述扩散通道221倾斜于所述竖直方向设置。以上关于排出通道231和扩散通道221的方向描述，是以位于壳体200宽度方向的中心线所在的竖直截面作为参照，在该竖直截面上，所述扩散通道221倾斜设置，所述排水通道沿竖直方向设置。通过将扩散通道221设置为与竖直方向倾斜，这样使向下流动的沉积物水流被扩散通道221的内壁所挡住，从而实现对沉积物水流进行导向，使沉积物水流能沿倾斜方向缓缓下移，使沉积物水流中的沉积物进行减速，进一步减缓了沉积物水流的冲击能量，通过扩散通道221的引导，使沉积物水流进入到竖直方向的排出通道231中时，排出通道231的内壁对沉积物水流进行阻挡，将倾斜的沉积物水流导向下方，对沉积物水流进行一次换向，对沉积物水流抵挡换向的过程进一步减少沉积物水流的冲击能量。
43.如图1、图2、图3所示，本实施例的所述缓冲部220的具体结构为，所述缓冲部220具体包括前挡板222和后挡板223，以及连接所述前挡板222和后挡板223的左右两侧的侧面挡板224。左右两侧的所述侧面挡板224的前后两端分别与所述前挡板222和后挡板223进行焊接固定，另外所述缓冲部220的上端也设置有挡板，将上端与输入部210焊接。如图2、图3所示，所述前挡板222和所述后挡板223平行设置，左右两侧的所述侧面挡板224沿沉积物排出方向相互背向延伸。这样，所述缓冲部220的外形轮廓为一个梯形，扩散通道221的内壁轮廓也为梯形。从而使扩散通道221沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大。易于想到，所述前挡板222和所述后挡板223也可采用非平行设置，只是实现扩散通道221的空间是渐渐增大的结构设计，均能适用于本方案。在沿沉积物排出方向(斜上下方向)，扩散通道221的空间是渐渐增大的，当沿沉积物水流在渐渐增大的扩散空间中流动时，能分别向左右两侧进行扩散，这样可以避免沉积物太集中而固结在一起，而分散的沉积物在排放时，更接近其自然未固结状态，可以促进重新铺设在海床上并重建自然物种，特别是穴居微型动物。而且特别是前挡板222和后挡板223，对刚进入到扩散装置的冲击力较大的沉积物水流进行阻挡，使水流能进入到左右两侧的侧面挡板224的拐角(挡板连接处)位置，由于该位置各个方向的挡板进行阻挡，这样可在扩散通道221内激发涡流来减速，从而使沿沉积水流减缓和分散。
44.如图1、图2所示，本实施例中的所述摆动调节组件400包括：转轴420，摆臂支架430，以及柔性包裹层440。所述转轴420沿左右方向设置在所述壳体200上，具体为所述转轴420通过轴承座连接在所述壳体200上，所述摆臂支架430连接在所述转轴420上，通过转轴420的转动，可以带动摆臂支架430的转动，所述柔性包裹层440设置在所述摆臂支架430的
侧面上，所述柔性包裹层440内形成所述调节通道410。所述摆臂支架430的下方没有被所述柔性包裹层440所覆盖，这样使调节通道410在下方留有供沉积物排放的出口。另外所述水下扩散装置还设有动力驱动件，如电机，或液压推动连杆等，通过对动力驱动件进行控制，从而施加转动力到转轴420，带动转轴420转动一个角度，转动的转轴420带动摆臂支架430转动一个角度，这样就使整个调节通道410的出口位置改变，使调节通道410的出口可以提高或降低。通过对调节通道410的出口进行提高或降低，有以下好处。第一是：当在一个矿石集中的地方进行采矿时，采矿车在该位置的停留时间较长，在正常排放沉积物的过程中，沉积物是越堆越高的，如果开始就将调节通道410的出口进行固定，将调节通道410的出口高出海底面的距离控制的很小，就会导致沉积物堆积到水下扩散装置内，这样就不便于沉积物的排出。为了避免这种情况就需要调节通道410的出口与海底面的高度之间的距离较大，这样就形成了较大的间隙，沉积物从该距离缝隙中露出而飘散，使周围水体中的浊度升高。这样就降低了本水下扩散装置的作用。当通过转动摆臂支架430而实现调节通道410的出口的活动调节时，先可以将调节通道410的出口放下，这样使调节通道410的出口距离海底面间隙很小，在排放沉积物时就不会使周围水体中的浊度升高。当铺完到一定位置高度后，摆动摆臂支架430，使调节通道410的出口距离原始海底面的距离就升高，而距离铺完沉积物后的表面的距离还是不变的，其间隙仍然很小，继续下一层的排放沉积物。因此，通过逐步提高调节通道410的出口与海底面之间的距离，从而实现更好的控制周围水体中的浊度的效果。第二是：可以根据海底的不同地形进行调节排放高度。通过旋转调节，在不同的海底形状和采矿车沉陷深度的情况下，使调节通道410底部的排放口与海底面之间保持恒定的高度和间隙，以保持流体的稳定排放，利于沉积物排放后的快速沉降，减小采矿车周围水体中的浊度。这样在实现最优采矿效率的同时，产生最小的生态破坏。
45.如图1、图2所示，所述摆动调节组件400的具体结构中，所述转轴420包括前转轴421以及后转轴422，所述前转轴421与所述后转轴422沿前后方向分别设置所述排出部230上。通过设置前转轴421与后转轴422，使摆臂支架430的连接更稳定。所述摆臂支架430包括：多个前摆臂431，多个后摆臂432，以及连接底板433。多个所述前摆臂431沿左右方向并排设置在所述前转轴421上，多个所述后摆臂432沿左右方向并排设置在所述前转轴421上。所述水下扩散装置在左右方向上具有一定的长度，通过设置多个前摆臂431和后摆臂432能对柔性包裹层440进行有效支撑，使柔性包裹层440能稳定的连接在摆臂支架430上，从而避免柔性包裹层440的脱离或破裂，导致调节通道410产生漏孔，从而导致沉积物从漏孔处漏出，而使周围水体中的浊度变浑浊。所述连接底板433铰接在相邻的所述前摆臂431与所述后摆臂432上。通过连接底板433在底端对扩散通道221的开口进行限位，在进行调节高度时，使扩散通道221的开口的开口面均能保持水平，这样使沉积物都是直向下落下而堆积。
46.如图1所示，本实施例中的所述水下扩散装置还包括连接件500，所述连接件500固定连接在所述壳体200上，所述连接件500将壳体200安装在采矿车本体上。具体结构中，所述连接件500包括支撑架510，所述支撑架510焊接在所述壳体200上，所述支撑架510上开设有多个通孔520，通过螺钉穿设过通孔520而将所述壳体200固定在采矿车上。
47.如图2、图3所示，本实施例中的，两侧的输入管道300具有较小总截面积，沉积物水流以相对较高的速度输送到进料腔211内，从输入管道300内导入时的流速是约5米/秒。通过进料腔211、扩散通道221、以及排出通道231的内壁进行阻挡和缓冲导向，它减缓粒子的
速度，并且进料腔211、扩散通道221、以及排出通道231的横截面积是逐渐增加的，通过逐渐增加的横截面积对其输出，根据质量流量守恒原则来减缓所有粒子的速度。并且将作为输出端的调节通道410可活动设置，实现与采矿车后面的采矿轨道相匹配。沉积物水流从调节通道410的下端开口退出时，材料的速度已经足够慢，以促进沉降，从调节通道410的下端开口排出时的平均流速是0.06米/秒，沉积物被放置到海底。输入流量和纳入设计的体积膨胀乘数可以改变，以适应操作要求和沉积物的原位特征，例如根据沉积物颗粒大小进行调节。
48.基于同样的构思，本实用新型还提出一种采矿车，包括矿车本体110，以及如上所述的水下扩散装置，所述水下扩散装置可拆卸连接在所述矿车本体上。具体为所述水下扩散装置位于所述矿车本体110的后方。
49.采矿车的行走路径如图4所示，所述采矿车沿垂直于所述采矿船100的移动方向进行采矿，采矿运动轨迹呈蛇形。通过水下扩散装置实现边采矿，边对海床进行恢复。
50.综上所述，本实用新型中的一种水下扩散装置及采矿车，水下扩散装置通过在壳体200内设置扩散通道221，壳体200与泵出沉积物的管道连接，使沉积物能送入到所述扩散通道221内，再通过扩散通道221对沉积物的流向进行导向，使沉积物顺着扩散通道221进行流动，从而形成沉积物的排出方向。通过外壳将沉积物罩住，从而避免沉积物在水底进行扩散，而且将扩散通道221设计成沿沉积物排出方向的截面面积逐渐增大的结构形式使带沉积物的水流速度减缓，从而减小所有粒子的速度，从而使沉积物快速沉淀。减速和分流后的沉积物水流再被排放，就不会激起大量的海底杂质导致增加了周围水体中的浊度，因此避免了采矿车的操作能见度较低而不利于对采矿车的操作的问题。当被分散和减速后的沿沉积物到达扩散通道221的输出端后，通过摆动调节组件400的位置调整，在不同的海底形状和采矿车沉陷深度的情况下，使调节通道410底部的排放口与海底面之间保持恒定的高度和间隙，以保持流体的稳定排放，利于沉积物排放后的快速沉降，减小采矿车周围水体中的浊度。可以将减速后的沿沉积物经过调节通道410排放到不同的高度，使沉积物从海底开设逐级堆高，而不是距离海底面有一定距离的固定高度进行排放，这样通过摆动调节组件400尽量减小了调节通道410的出口距离海底面的距离，避免沉积物从该距离缝隙中露出而飘散，进一步避免使周围水体中的浊度升高。而且通过摆动调节组件400将调节通道410的出口降低，避免了流速大的沉积物的流体会产生的漂浮羽流对海底的环境会产生潜在影响。不会破坏了自然物种，特别是穴居微型动物的居住环境。漂浮的杂物通过摆动调节组件400对出口的调节，避免了漂浮的杂物会再次进入到随后的附近采矿作业的采矿车中，不需要重新处理被再次采集的沉积物，不会增加处理工作量，提高了采矿效率。
51.应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。