一种低能耗绿色吊装深海采矿系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低能耗绿色吊装深海采矿系统，包括水面母船、缆绳和转运箱，在水面母船艏艉分别设有导向滑轮；缆绳两端绕过两侧导向滑轮后固定有转运箱；水面母船的舱室内设有内侧箱体和密度大于预采矿物密度的置换物；水面母船上还设有重型吊杆和卡钳；转运箱包括外侧箱体和内侧箱体，转运箱外侧箱体设置有均分别与供电模块相连的位姿传感器、稳定姿态螺旋桨和信息处理器；信息处理器根据接收到的原始数据融合解算得到所转运箱的位移姿态控制稳定姿态螺旋桨的运动，进而控制转运箱的运动。采用本发明专利技术系统可实现对深海矿物的高效绿色开采，解决了系统稳定性差、商业开采经济性差和不满足环保要求等技术难题，为深海采矿工程实际提供参考和借鉴。实际提供参考和借鉴。实际提供参考和借鉴。

【技术实现步骤摘要】
一种低能耗绿色吊装深海采矿系统


[0001]本专利技术涉及一种深海采矿装备，尤其涉及一种吊装深海采矿系统。

技术介绍

[0002]矿产资源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。人类逐步认识到，占地球表面积约71％的海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，其范围之广、储量之大远超陆地矿产资源。在已发现的深海矿产资源中，对人类生产生活有重大应用价值的主要有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等，这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及贵金属金、银等。深海矿产资源开发具有重要战略意义和国家公共利益属性，目前深海采矿技术受商业开采经济性和国际海底管理局对环保要求的限制，发展并不充分尚不满足低能耗、绿色、高效的工程需求。
[0003]现有采矿方法主要有铲斗式、连续绳斗式、穿梭艇式和管道提升式。铲斗式采矿系统由采矿船、拖缆、拖斗三部分组成，铲斗被自由下放到海床，在海底拖动铲斗，载满结核矿物后收回，该采矿系统可能会勾住海底，危险性高、可操作性差，而且受制于绳索强度铲斗容积小，导致采集效率低，难以实现商业开采的目标；连续绳斗式采矿系统由采矿船、拖缆、牵斗、牵引机组成，该采矿系统在海底的运动姿态无法控制、绳索易缠结导致危险性较高，绳斗容积小且上端开口导致采矿效率和资源回收率低；穿梭艇式采矿系统由类似潜艇的穿梭艇下潜到海床表面采取结合类矿物，装满后到水面上卸载，该采矿方案造价高、现有材料性能不满足要求、系统动力的问题难以解决，而且可变成本高、投资回收期长；管道提升式系统主要包括扬矿动力泵(水力式、气力式)、输送软管、中继仓、扬矿管(硬管)、升沉补偿装置、控制阀、接头和存储舱等部分，该系统比较复杂、元件繁多、水下管道部分动力学扰动难以控制，对大产能的商业开采系统而言，正排量泵水力提升系统符合海上作业废水排放的环保要求，但存在粗颗粒过流问题。
[0004]经过对现有的技术文献的调研发现，现阶段的采矿方式不仅存在经济性差、操作性差、不满足环保要求等问题。并且随着采矿深度的不断增加，深海采矿装备功率越来越大，电机功率可达数兆瓦级，与陆地电网相比，船舶电网容量非常小，大功率电机直接启动会对船舶电网造成严重冲击，大功率采矿能耗还会极大缩短采矿续航时间，目前已有技术采用晶闸管式的软启动装置来启动电机，存在电机无法启动、电压谐振、脐带缆绝缘击穿等诸多电力供应问题，无法满足深海采矿的工程技术需求。因此亟待专利技术一种低能耗绿色吊装深海采矿系统，实现技术突破。

技术实现思路

[0005]针对现有深海采矿系统稳定性差、商业开采经济性差和不满足环保要求等不足，本专利技术提出了一种低能耗绿色吊装深海采矿系统，可实现对深海矿物的高效绿色开采，解决了系统稳定性差、商业开采经济性差和不满足环保要求等技术难题，为深海采矿工程实际提供参考和借鉴。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种低能耗绿色吊装深海采矿系统，包括
水面母船和缆绳，在所述水面母船的船体上设有用于固定所述缆绳的卡钳，在所述水面母船的船体首端和尾端分别设有缆绳的导向滑轮；所述缆绳的两端均分别绕过船体首端和尾端的导向滑轮后固定有转运箱；所述水面母船的舱室内设有内侧箱体和置换物，所述水面母船上还设有用于吊运内侧箱体和置换物的重型吊杆；所述转运箱包括设置在外侧箱体上的姿态自动控制装置，所述姿态自动控制装置包括均分别与供电模块相连的位姿传感器、稳定姿态螺旋桨和信息处理器；所述位姿传感器通过I2C总线与所述的信息处理器相连，所述的信息处理器通过PWMX6电缆与所述的稳定姿态螺旋桨相连；所述稳定姿态螺旋桨由四个与无刷电调相匹配的水下推进器构成；所述位姿传感器集成有三轴加速度计、陀螺仪、磁力计和深度传感器，所述位姿传感器将采集到的三轴加速度计、陀螺仪、磁力计和深度传感器的原始数据反馈给所述信息处理器，所述信息处理器根据接收到的原始数据融合解算得到所转运箱的位移姿态控制所述水下推进器的运动，进而控制所述转运箱的运动；所述的置换物的密度大于预采矿物的密度。
[0007]进一步讲，本专利技术所述的低能耗绿色吊装深海采矿系统，其中：
[0008]所述内侧箱体与所述外侧箱体为相互套装的四棱柱箱体；四个水下推进器分别设置在所述外侧箱体的四个外侧壁上。
[0009]所述置换物的密度是预采矿物的密度的1.5
‑
2.5倍。
[0010]所述的置换物是水泥块、廉价石块和封装土中的一种或多种，所述封装土是采用可降解塑料封装的土块。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0012]本专利技术低能耗绿色吊装深海采矿系统，其结构简便，设备布放简单；吊装质量大，效率高；采用不同密度的置换物与预采矿物得以利用重力差实现微动力提升，成本低，商业开采经济性好；运转箱姿态自动调控，缆绳不易缠绕；系统结构稳定，故障率低，稳定性好；绿色置换物，对海洋无污染，满足环保要求。
附图说明
[0013]图1为本专利技术吊装深海采矿系统的整体结构示意图；
[0014]图2为本专利技术中转运箱的结构示意图；
[0015]图3是本专利技术中姿态自动控制装置的结构框图。
[0016]图中：
[0017]1‑
水面母船
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
缆绳
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
31
‑
船首侧的转运箱
[0018]32
‑
船尾侧的运转箱
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
置换物
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
内侧箱体
[0019]6‑
卡钳
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ7‑
重型吊杆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ8‑
导向滑轮
[0020]9‑
外侧箱体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10
‑
信息处理器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11
‑
位姿传感器
[0021]12
‑
水下推进器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13
‑
供电模块
具体实施方式
[0022]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。
[0023]本专利技术提出的一种低能耗绿色吊装深海采矿系统，如图1所示，该系统包括水面母
船1 和缆绳2，在所述水面母船1的船体上设有用于固定所述缆绳2的卡钳6，所述卡钳6采用双轮制动结构，需要固定缆绳2时，通过双轮夹紧缆绳2；在所述水面母船1的船体首端和尾端分别设有缆绳的导向滑轮8，所述缆绳2的两端均分别绕过船体首端和尾端的导向滑轮 8后固定有转运箱，所述缆绳2为复合纤维材料，承受所述运转箱产生的拉力；所述缆绳2 通过所述定向滑轮8挂载在所述水面母船1上，位于首尾两侧定向滑轮8之间的所述缆绳2 基本保持水平状态、位于每个定向滑轮8外侧的部分缆绳2基本保持竖直状态。当需要缆绳在沿导向滑轮滑动时，松开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低能耗绿色吊装深海采矿系统，包括水面母船(1)和缆绳(2)，其特征在于，在所述水面母船(1)的船体上设有用于固定所述缆绳(2)的卡钳(6)，在所述水面母船(1)的船体首端和尾端分别设有缆绳的导向滑轮(8)；所述缆绳(2)的两端均分别绕过船体首端和尾端的导向滑轮(8)后固定有转运箱；所述水面母船(1)的舱室内设有内侧箱体(5)和置换物(4)；所述水面母船(1)上还设有用于吊运内侧箱体(5)和置换物(4)的重型吊杆(7)；所述转运箱包括设置在外侧箱体(9)上的姿态自动控制装置，所述姿态自动控制装置包括均分别与供电模块(13)相连的位姿传感器(11)、稳定姿态螺旋桨和信息处理器(10)；所述位姿传感器(11)通过I2C总线与所述的信息处理器(10)相连，所述的信息处理器(10)通过PWMX6电缆与所述的稳定姿态螺旋桨相连；所述稳定姿态螺旋桨由四个与无刷电调相匹配的水下推进器(12)构成；所述位姿传感器(11)集成有三轴加速度计、陀螺仪、磁力计和深度传感器，所述位姿传感器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐万海，宋志友，周丽丹，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：