一种深海矿藏采集系统技术方案

本发明专利技术属于机械技术领域，涉及一种深海矿藏采集系统，其解决了现有锰结核采集器采集成本高、效率低等问题。本采集系统包括水下滑翔机和采集铲，水下滑翔机包括机身，机身的头部具有球形的涡流发生器，机身的中部的两侧具有前掠翼，机身的内部开设有用于储存锰结核的储物腔，采集铲活动设置于机身的底部，机身上还设置有能够带动该采集铲打开及封闭储物腔的驱动源。本发明专利技术可有效降低采集成本，提高采集效率。

A Deep-sea Mineral Acquisition System

The invention belongs to the field of mechanical technology and relates to a deep-sea mineral acquisition system, which solves the problems of high acquisition cost and low efficiency of the existing manganese nodule collector. The acquisition system includes underwater glider and acquisition shovel. The underwater glider includes the fuselage. The head of the fuselage has a spherical eddy current generator. The middle sides of the fuselage have forward-swept wings. There are storage chambers for storing manganese nodules in the fuselage. The acquisition shovel is located at the bottom of the fuselage. The fuselage is also equipped with a drive that can drive the acquisition shovel to open and close the storage chamber. Moving source. The invention can effectively reduce the acquisition cost and improve the acquisition efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种深海矿藏采集系统
本专利技术属于机械
，涉及一种深海矿藏采集系统。
技术介绍
海洋是人类的巨大宝库，蕴藏着大量的资源，除海水中氢、氧、氯、钠、镁、钙、钾、金、铀、溴、碘等80多种元素外，海底矿产资源亦极为丰富。海滩中的砂矿、磷钙石和海绿石，深海底的锰结核和重金属软泥以及基岩中的矿脉等统称为海底矿产。海底锰结核是著名深海矿产，含锰、铁、镍、钴等20多种元素，经济价值很大。海底金属软泥是在洋海底覆盖着的一层红棕色沉积物，含有硅、氧化铝、氧化铁、锰、镍、钴、铜、钒、铅、锌、银、金等。这些未固结的泥质沉积物，不仅具有潜在的经济意义，在科学研究上也具有重要价值。我国专利CN102080542A公开了一种锰结核采集铲，它由椼架式主梁、铲斗、铲齿、中间搅动轴、防陷板、防陷橇、前端牵引结和后端牵引结，以焊接、紧固件连接等方式组成一个整体。采矿船上的卷扬机组通过钢丝绳给采集铲提供动力，使采集铲能在承载力小于7kPa的海底表面连接采矿，粒径大于20mm的锰结核都能采集。钢丝绳还带动铲斗里的搅动轴叶片顺、反时针方向来回转动，从铲斗孔隙中滤去泥沙。每铲采集完成后，钢丝绳将采集铲提出海面，打开侧门，铲斗倾斜一定角度，将锰结核矿倾倒在船上的运矿车内，实现采矿。但是上述方式的海上及水下活动都需要船舶来保障，整体移动比较笨重。过去，工程船舶的定位都采用多点抛锚的方法来定位，但是随着水深的增加，多点抛锚的方法显得不再适用，特别是对于深海矿藏的开采，因为深海矿藏一般分布于水下1000—6000米深的海底，采用多点抛锚的方法会极大的增加成本，而且效率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种深海矿藏采集系统，本专利技术所要解决的技术问题是：如何降低深海锰结核的采集成本，提高采集效率。本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种深海矿藏采集系统，其特征在于，所述采集系统包括水下滑翔机和采集铲，所述水下滑翔机包括机身，所述机身的头部具有球形的涡流发生器，所述机身的中部的两侧具有前掠翼，所述机身的内部开设有用于储存锰结核的储物腔，所述采集铲活动设置于机身的底部，所述机身上还设置有能够带动该采集铲打开及封闭所述储物腔的驱动源。其工作原理如下：本采集系统在使用时，在下潜航渡的过程中，可通过水下滑翔机的滑翔来实现航行，实现下潜的状态；待到达采矿区域后，水下滑翔机处于水平悬浮状态，此时可打开采集铲，整个滑翔机缓慢向前移动，通过采集铲将锰结核铲取至储物腔内；待采集完毕后，收起采集铲，水下滑翔机开始上浮，将锰结核回收至海面、陆上。本水下滑翔机的头部设计为球形的涡流发生器，其形状设计为球形本身，使得水下滑翔机在航行时会产生涡流效应：使得在上浮时，首部产生的涡流效应只对前掠翼的上表翼面产生影响，加快上表翼面的水流速度，从而产生更大的升力；而当下潜时，首部产生的涡流效应只会对下表翼面产生影响，获得更快的下潜速度。此外，水下滑翔机不需要燃料作为动力，利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，效率高、续航力大，可长时间、长距离的在水下运动，可重复使用、大量投放、组网工作，满足长时间、大范围海洋探索需要，可有效降低深海锰结核的采集成本，提高采集效率。在上述的一种深海矿藏采集系统中，所述水下滑翔机还包括三个推进器，所述推进器呈环形均匀间隔分布于所述机身的尾部，且其两个推进器位于机身尾部的两侧，最后一个推进器位于机身尾部的上部。三个推进器如上分布，给采集铲的安装留出了空间，避免发生干涉。在上述的一种深海矿藏采集系统中，所述机身的尾端开设有与所述推进器一一对应的进水孔和出水孔，所述进水孔靠近推进器的前端，所述出水孔靠近推进器的后端。在上述的一种深海矿藏采集系统中，所述机身内开设有内腔，所述内腔中固定有油缸，所述油缸沿机身的长度方向设置有活塞杆，所述活塞杆的外端连接有电池组舱，所述内腔中还具有能够带动该电池组舱沿机身长度方向移动的直线电机，所述前掠翼内具有与所述油气相连通的油囊。本申请将浮力、俯仰、横滚调节机构三合一，一体化设计；在上升时，通过直线电机推动电池组舱往航行器尾部移动，整体重心往后，完成仰角动作；继而推动活塞排油进入两个前掠翼的皮囊内，获得所需浮力，由于油的密度小于水的密度，使得载体本身的浮力增加，完成上浮作业；当需要进行进行横滚运动时，则只需要通过油缸的电磁阀控制进入左右两个皮囊的油量；而下潜时，则只需要将电池组舱往前推进，油囊内的油回到油缸中，使得整体浮力减小，完成下潜，真正做到了浮力、俯仰、横滚调节机构三合一，一体化设计。在上述的一种深海矿藏采集系统中，所述采集铲通过销轴一铰接于所述机身上，所述驱动源包括动力缸、输出杆和连杆，所述动力缸固定于机身上，所述输出杆的内端插接于动力缸内，且该输出杆的轴线与所述销轴一的轴线共面且相垂直，所述输出杆的外端与连杆的一端相铰接，所述连杆的另一端与所述采集铲相铰接。当需要打开采集铲时，通过动力缸带动输出杆伸长，进而通过连杆带动采集铲向下摆动打开；当需要闭合储物腔时，通过动力缸带动输出杆收缩，直至采集铲、连杆及输出杆三者共线时，采集铲将储物腔关闭。在上述的一种深海矿藏采集系统中，所述输出杆和连杆之间通过销轴二相铰接，所述机身上还固定有U型限位块，所述U型限位块套设于连杆上，且当所述采集铲处于打开状态时，所述销轴二与U型限位块的一侧相贴靠。由于采矿时，采集铲与海底接触会受到较大的外力，从而会使输出杆一直处于较大的往外拉伸的外力，导致动力缸容易毁坏；设计有U型限位块后，能够通过限制销轴二的位置，进而避免输出杆直接受到较大的外力，有效地对动力缸进行保护，提高使用寿命；动力缸可选择油缸、气缸、直线电机等各类设备。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术将采集铲设计于水下滑翔机上，不需要燃料作为动力，利用净浮力和姿态角调整获得推进力，能源消耗极小，效率高、续航力大，可长时间、长距离的在水下运动，可重复使用、大量投放、组网工作，满足长时间、大范围海洋探索需要，可有效降低深海矿藏的采集成本，提高采集效率。附图说明图1是采集铲未打开时本采集系统的结构示意图。图2是采集铲打开时本采集系统的结构示意图。图3是本采集系统内部结构的俯视图。图4是本采集系统内部结构的侧视图。图5是本驱动源的结构示意图。图中，1、水下滑翔机；2、采集铲；3、机身；4、涡流发生器；5、前掠翼；6、储物腔；7、驱动源；8、推进器；9、进水孔；10、出水孔；11、内腔；12、油缸；13、活塞杆；14、电池组舱；15、油囊；16、销轴一；17、动力缸；18、输出杆；19、连杆；20、销轴二；21、U型限位块。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。如图1、图2所示，本采集系统包括水下滑翔机1和采集铲2，水下滑翔机1包括机身3，机身3的头部具有球形的涡流发生器4，机身3的中部的两侧具有前掠翼5，机身3的内部开设有用于储存锰结核的储物腔6，采集铲2活动设置于机身3的底部，机身3上还设置有能够带动该采集铲2打开及封闭储物腔6的驱动源7。水下滑翔机1还包括三个推进器8，推进器8呈环形均匀间隔分布于机身3的尾部，且其两个推进器8位于机身3尾部的两侧，最后一个推进器8位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深海矿藏采集系统，其特征在于，所述采集系统包括水下滑翔机(1)和采集铲(2)，所述水下滑翔机(1)包括机身(3)，所述机身(3)的头部具有球形的涡流发生器(4)，所述机身(3)的中部的两侧具有前掠翼(5)，所述机身(3)的内部开设有用于储存锰结核的储物腔(6)，所述采集铲(2)活动设置于机身(3)的底部，所述机身(3)上还设置有能够带动该采集铲(2)打开及封闭所述储物腔(6)的驱动源(7)。

【技术特征摘要】
1.一种深海矿藏采集系统，其特征在于，所述采集系统包括水下滑翔机(1)和采集铲(2)，所述水下滑翔机(1)包括机身(3)，所述机身(3)的头部具有球形的涡流发生器(4)，所述机身(3)的中部的两侧具有前掠翼(5)，所述机身(3)的内部开设有用于储存锰结核的储物腔(6)，所述采集铲(2)活动设置于机身(3)的底部，所述机身(3)上还设置有能够带动该采集铲(2)打开及封闭所述储物腔(6)的驱动源(7)。2.根据权利要求1所述的深海矿藏采集系统，其特征在于，所述水下滑翔机(1)还包括三个推进器(8)，所述推进器(8)呈环形均匀间隔分布于所述机身(3)的尾部，且其两个推进器(8)位于机身(3)尾部的两侧，最后一个推进器(8)位于机身(3)尾部的上部。3.根据权利要求2所述的深海矿藏采集系统，其特征在于，所述机身(3)的尾端开设有与所述推进器(8)一一对应的进水孔(9)和出水孔(10)，所述进水孔(9)靠近推进器(8)的前端，所述出水孔(10)靠近推进器(8)的后端。4.根据权利要求1或2或3所述的深海矿藏采集系统，其特征在于，所述机身(3)内开设有内腔(11)，所述内腔(11)中固...

【专利技术属性】
技术研发人员：李韵磊，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33