本发明专利技术涉及一种海底集矿装备，包括设备主体、多个海底适应性集矿器及各自输矿管；输矿管将设备主体与海底适应性集矿器连接，输矿管能够受控调节伸出设备主体的长度；海底适应性集矿器具有履带行走机构，能够受控自主行走。本发明专利技术利用水下探测器探测作业区域附近的海底地形和矿物分布，根据探测的信息合理地规划海底集矿器和储矿车的行进路径；多台海底适应性集矿器同时独立工作，让集矿器轻小型化，减少集矿作业对海底生态环境的破坏；设备主体可选择相对平坦的海底路径，避开崎岖的道路；集矿器诱导水平的螺旋流，有利于增强集矿效果，提高单位能耗的抽吸力，从而配置更少数量的更小体积的水泵，降低集矿机主尺度从而大大降低能耗，更加环保。
【技术实现步骤摘要】
一种基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备
本专利技术涉及一种海底集矿装备，尤其涉及一种智能化协同作业海底集矿装备。
技术介绍
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。随着现代通信技术的发展和自动化控制的普及，智能化设计越来越受到重视。近年来，在电力、机械、化工、制药、建筑、物流等各个领域，智能化装备都得到了广泛的应用。在这样的时代背景下，海洋工程装备的智能化也成为必然趋势。尤其对于深远海作业而言，实现作业装备的智能化、自动化能够大大降低人力物力投入，有效提高作业生产率，对于海洋资源的合理开发具有十分重要的意义。现有的海底集矿装备：集矿器与主体为一体式结构，对设备的行走道路有一定要求(不可过于崎岖)，对采矿的范围造成了不利影响；为了保证一定的采矿效率，设备的行走速度被迫提高，影响了设备的可控性和可靠性；集矿器的吸附能力较弱，公布日为2016年2月24日，公布号为CN105350968A的中国专利文献，公开了一种海底集矿车，其采用的吸矿罩采用了螺旋导流板和水射流喷嘴，从其附图上可以看出，这种螺旋导流板与水射流喷嘴未能实现良好的配合，而且这种形式的螺旋导流板对提高吸附力的功效也十分有限；此外，其吸矿罩的密封不足，也会导致吸附能力的不足；集矿器随主体移动时容易与矿石或其他障碍物发生碰撞，集矿器必须向上提升避开障碍物，导致吸力不足，当避让不及时，碰撞对集矿器会产生一定损伤；由于水下地形复杂，现有海底集矿装备行走时，对于水下复杂地形的探测不足，对于矿物分布也探测不足，影响了行进路径的正确引导判定，也影响了对于高风险作业区域的避开。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种海底集矿装备，集矿器与主体之间采用分体式结构，主体行进缓慢的过程中集矿器自身可以自由移动，寻找合适的矿区进行采吸，提高采矿效率；提高集矿器的抽吸能力，同时使集矿器可以避让障碍物。本专利技术采取以下技术方案：一种基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，包括设备主体、多个海底适应性集矿器10及各自输矿管；所述输矿管将设备主体与海底适应性集矿器10连接，所述输矿管能够受控调节伸出设备主体的长度；所述海底适应性集矿器10具有履带行走机构，能够受控自主行走。该设计与传统的“一体化”结构相比有效提高了运动的灵活性，并且集矿器距海底高度不会随地形快速变化，使集矿效率稳定。进一步的，所述海底适应性集矿器10的四周均匀布置多个小型履带19，构成所述小型履带行走机构。进一步的，所述海底适应性集矿器10底部周围设有裙式外罩18，所述裙式外罩在与障碍物相碰时能够向内侧收缩抬起，通过障碍物后裙式外罩在重力作用下自动垂落，起到增加集矿器底部封闭效果的作用。更进一步的，所述海底适应性集矿器10内部周围设有一圈多个导流板23，至少有一处相邻导流板之间设有喷水头22，所述喷水头喷净水，使海底适应性集矿器10内部产生旋流效果，从而增加抽吸能力；所述裙式外罩18设有引导外部海水进入的导流槽20。再进一步的，所述裙式外罩为多段式结构，相邻两段具有部分交错，使外部海水进入海底适应性集矿器10时，产生一定旋流效果；交错部位产生的水流导向结构与所述导流板23的导流方向相适应。进一步的，还包括水下探测器，所述水下探测器通过有线的方式与所述设备主体电连接，并在位于设备本体前方较高位置自动行进，具有视觉或声呐探测功能。更进一步的，所述水下探测器包括声呐探测仪1、电子设备舱2、若干螺旋桨推进器4及对应的多自由度连接器3、尾翼5、光电缆6；所述多自由度连接器可调节螺旋桨推进器4的转动方向，从而调节水下探测器的行进和转向；所述光电缆6与设备主体连接。更进一步的，所述设备主体设有储矿舱7、进矿口8、减震器11、多个履带行进装置、出矿口13、外输矿管14、水下探测器泊位16，所述履带行进装置的最大行走速度为1m/s，所述履带行走机构的最大行走速度为3m/s。更进一步的，所述海底适应性集矿器10设有碟形外罩17、裙式外罩18、小型履带19、导流槽20、水泵21。再进一步的，储矿舱7用于储存来自海底适应性集矿器10的矿物原料，内部具有破碎装置，可将大尺度的矿粒破碎成细小的颗粒以便于水力输送。当储存量达到一定程度，可通过大型矿浆泵输送至海底中继舱。再进一步的，进矿口8内部安装有调节扁型输矿管9长度的机械装置，便于扁型输矿管9自由伸缩以及防止缠绕。进一步的，储矿舱7设置有减压阀15，一旦储矿舱内压力过大时，能够通过向外排出海水来降低储矿舱7内的压力。进一步的，海底适应性集矿器10的集矿器外罩分为碟形外罩17和裙式外罩18两部分。更进一步的，裙式外罩18具有多层褶皱，具有强伸缩性和灵活性。进一步的，所述设备主体采用蟒式全地形双节履带车的形式，两台履带车一前一后布置，二者之间连接方式为铰接，两台履带车自带驱动能力；前面一台履带车安装有水泵、扁形输矿管调节装置，后面一台履带车安装有破碎装置、储存装置、输送装置。更进一步的，集矿器10诱导出特定的螺旋流对矿粒的抽吸力频率接近半埋入海泥中矿粒的振动固有频率，从而激发海泥中的矿粒共振，使得矿粒更容易从海泥中被抽起。本专利技术的有益效果在于：1)采用多个各自独立的海底适应性集矿器，与装备主体通过柔性的输矿管连接，扩大了采矿的范围，设备主体可选择相对平坦的海底道路，避开崎岖的道路；该设计与传统的“一体化”结构相比有效提高了运动的灵活性，并且集矿器距海底高度不会随地形快速变化，使集矿效率稳定。2)设备主体的行走速度可以大幅降低，在确保采矿效率的基础上，提高了设备主体的可靠性与可控性；较低的行走速度同时能够降低行进过程中对海泥的扬起，减弱对海底环境的不利影响。3)在海底适应性集矿器上设置了裙式外罩，提升了吸力；裙式外罩，其具有多层褶皱结构，受力后可向上抬起，避开障碍物，因此具有很强的伸缩性和灵活性；其可以罩住集矿区域的海底表面，具有很强的海底地形适应性，且可以减少对周围海底的扰动；集矿器的裙式外罩表面开有多个导流槽，用以诱导水平的螺旋流，进而有利于增强集矿效果，提高单位能耗的抽吸力，从而配置更少数量的更小体积的水泵，降低集矿机主尺度从而大大降低能耗，更加环保。4)导流槽内部位置设置导流板，同时在相邻导流板之间设置喷水头，增加旋流效果，提升吸附能力；5)裙式外罩能够向上收缩，避开障碍物，在确保提升吸附力的同时还可以避免集矿器撞击受损；6)采用水下探测器，漂浮行走在设备主体前部上方，利用水下探测器探测作业区域附近的海底地形和矿物分布。水下探测器的设计满足了深海采矿任务智能化的要求。7)水下探测器设有电子设备舱，可将用于控制航行、探测、集矿、输矿等作业的电子设备置于电子设备舱内，避免将其搭载于储矿车上，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：包括设备主体、多个海底适应性集矿器(10)及各自输矿管；所述输矿管将设备主体与海底适应性集矿器(10)连接，所述输矿管能够受控调节伸出设备主体的长度；所述海底适应性集矿器(10)具有履带行走机构，能够受控自主行走。
【技术特征摘要】
1.一种基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：包括设备主体、多个海底适应性集矿器(10)及各自输矿管；所述输矿管将设备主体与海底适应性集矿器(10)连接，所述输矿管能够受控调节伸出设备主体的长度；所述海底适应性集矿器(10)具有履带行走机构，能够受控自主行走。2.如权利要求1所述的基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：所述海底适应性集矿器(10)的四周均匀布置多个小型履带(19)，构成所述小型履带行走机构。3.如权利要求1所述的基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：所述海底适应性集矿器(10)底部周围设有裙式外罩(18)，所述裙式外罩在与障碍物相碰时能够向内侧收缩抬起，通过障碍物后裙式外罩在重力作用下自动垂落，起到增加集矿器底部封闭效果的作用。4.如权利要求1或3所述的基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：所述海底适应性集矿器(10)内部周围设有一圈多个导流板(23)，至少有一处相邻导流板之间设有喷水头(22)，所述喷水头喷净水，使海底适应性集矿器(10)内部产生旋流效果，从而增加抽吸力；所述裙式外罩(18)设有引导外部海水进入的导流槽(20)。5.如权利要求4所述的基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：所述裙式外罩为多段式结构，相邻两段具有部分交错，使外部海水进入海底适应性集矿器(10)时，产生一定旋流效果；交错部位产生的水流导向结构与所述导流板(23)的导流方向相适应。6.如权利要求1所述的基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：还包括水下探测器，所述水下探测器通过有线的方式与所述设备主体电连接，并在位于设备本体前方较高位置自动行进，具有声呐探测和视觉探测功能。7.如权利要求6所述的基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，其特征在于：所述水下探测器包括声呐探测仪(1)、电子设备舱(2)、若干螺旋桨推进器(4)及对应的多自由度连接器(3)、尾翼(5)、光电缆(6)；所述多自由度连接器可调节螺旋桨推进器(4)的转动方向，从而调节水下探测器的行进和转向；所述光电缆(6)与设备主体连...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵国成，赵伟杰，杨建民，彭涛，肖龙飞，田新亮，吕海宁，寇雨丰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。