本发明专利技术公开了一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置与方法，包括絮凝液喷洒单元、絮凝液输送单元、絮凝液制备单元和控制系统，絮凝液喷洒单元包括螺旋桨、空心轴电机及U形安装架，U形安装架水平布置、开口侧朝后。螺旋桨有三组，两组螺旋桨布置在U形安装架的左右两侧，另一组螺旋桨布置在U形安装架前侧，每组螺旋桨均包括至少两个螺旋桨，螺旋桨的桨叶上均设有喷洒孔。絮凝液制备单元包括絮凝剂溶解箱和絮凝液暂存箱，絮凝液暂存箱通过絮凝液输送单元与各螺旋桨相连。本发明专利技术通过在矿车采集头周围螺旋喷洒絮凝剂，生成絮状结构物胶结沉积物颗粒，加速沉降，减少沉积物扩散，使絮凝剂与羽流充分混合，加速颗粒絮凝成团沉降。加速颗粒絮凝成团沉降。加速颗粒絮凝成团沉降。
【技术实现步骤摘要】
一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置与方法
[0001]本专利技术涉及海底环境治理
，具体涉及一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置与方法。
技术介绍
[0002]21世纪是海洋的世纪，海洋中蕴藏着丰富得到矿产资源，已探明的深海多金属矿产高达3万亿吨，包含众多陆地所稀缺的金属元素，诸如钴、锰、镍、钛等。由于深海低温高压特点，其多金属结核以浑圆状为主，直径以2cm～8cm为主。水力式集矿是最具有商业前景的深海多金属结核开采方式。但由于深海多金属结核开采中，水力集矿头喷射高速水流冲击多金属结核与海床，会剧烈扰动深海沉积物，使沉积物再次悬浮形成羽状流，破坏海底环境影响生物丰度，这也成为制约深海矿产开采的主要因素之一，且目前全球各国并没有有效手段来抑制羽状流的产生、扩散。
[0003]实验结果表明，将絮凝剂预先溶解于水中形成絮凝浆液，再将絮凝浆体通过射流喷头进行高速喷射，在其冲击深海原位土激起羽状流的同时，伴随发生凝聚吸附和沉淀等物理化学过程，使沉积物颗粒迅速凝聚成团加快沉降。其中，絮凝剂常用于饮用水、工业用水和污水处理的高效无机絮凝剂，具有较大的市场规模及较低的使用成本。因此，现有技术亟待进一步改进和提升。
技术实现思路
[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术的一个目的在于提出一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，解决深海采矿车采集头周围产生的羽流浓度高，扩散速度快、范围广，长时间难以沉降，对海底生态造成的破坏修复难度大。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，包括絮凝液喷洒单元、絮凝液输送单元、絮凝液制备单元和控制系统，所述絮凝液喷洒单元包括螺旋桨、空心轴电机及设置于矿车采集头外围的U形安装架，U形安装架水平布置、开口侧朝后。
[0007]所述螺旋桨有三组，其中两组螺旋桨对称布置在U形安装架的左右两侧，另一组螺旋桨布置在U形安装架的前侧，每组螺旋桨均包括至少两个螺旋桨，每个螺旋桨的桨叶上均设有喷洒孔，空心轴电机能够螺旋桨转动。
[0008]絮凝液制备单元包括絮凝剂溶解箱和絮凝液暂存箱，絮凝剂溶解箱的顶部设有输入管，输入管能够与水面母船的絮凝剂存储装置相连，絮凝剂溶解箱通过电磁泵与絮凝液暂存箱的进口端管路相连。
[0009]絮凝剂溶解箱和絮凝液暂存箱的内部均设有搅拌机构，絮凝液暂存箱的出口端通过絮凝液输送单元与各空心轴的另一端相连相通。
[0010]进一步地，U形安装架后端的左右两侧对称设有两个支撑臂，支撑臂的下端与U形安装架固定相连成一体，上端能够与采矿车前侧固定相连。
[0011]进一步地，同组的螺旋桨在U形安装架的外侧呈线性依次间隔布置，每个螺旋桨均配置有一个空心轴电机，空心轴电机固定安装在U形安装架内侧。
[0012]螺旋桨固定密封套设在空心轴电机的空心轴一端，每个桨叶上均设有多个喷洒孔，同一桨叶的各喷洒孔沿螺旋桨的法线方向依次间隔排布在该桨叶的背水面，且均与对应空心轴的内部相通。
[0013]进一步地，所述U形安装架的内侧固定安装有与其相对布置的U形管体，U形管体的外侧壁上具有与空心轴电机的数量相同且位置一一对应的连接管。
[0014]所述U形管体的两端均通过絮凝液输送单元与絮凝液暂存箱管路相连，各连接管分别通过一个旋转接头与对应空心轴的另一端转动密封相连。
[0015]进一步地，絮凝剂溶解箱和絮凝液暂存箱均为密封的方形箱体，输入管下端与絮凝剂溶解箱顶部相连，上端设有星型卸料阀。
[0016]所述絮凝剂溶解箱的外壁上设有进水管一，进水管一上安装有电磁阀一，进水管一能够通过过滤装置与外部海水相通，电磁阀一和星型卸料阀的信号端分别与控制系统通讯相连。
[0017]进一步地，絮凝剂溶解箱内部具有一个所述搅拌机构，絮凝液暂存箱内设有一上一下布置的两个所述搅拌机构。
[0018]所述搅拌机构包括方形框架和伺服电机，方形框架左右两侧的中部均与箱体的侧壁转动相连，伺服电机设置在箱体外壁上，驱动方形框架转动。
[0019]方形框架的前后两侧分别设置有一组搅拌叶片，每组搅拌叶片包括横向依次间隔布置的多个搅拌叶片。
[0020]进一步地，絮凝液暂存箱有两个，左右并列安装在絮凝剂溶解箱的前侧，两个絮凝液暂存箱的进口端分别与絮凝剂溶解箱的出口端管路相连。
[0021]絮凝液暂存箱外壁设有进水管二，进水管二上安装有电磁阀二，进水管二能够通过同样的过滤装置与外部海水相通。
[0022]所述絮凝液暂存箱内设有两个水位传感器，两个水位传感器分别设置在絮凝液暂存箱侧壁的上部和下部，水位传感器和电磁阀二的信号端分别与控制系统通讯相连。
[0023]进一步地，絮凝液输送单元包括高压泵和流量分配器，所述高压泵的进口端与絮凝液暂存箱出口端管路相连。
[0024]流量分配器具有一个进口端和三个出口端，其进口端与高压泵的出口端管路相连。
[0025]所述U形管体的两端分别通过一个第一泵输管体与流量分配器的两个出口端相连。
[0026]进一步地，所述流量分配器的另一个出口端设置有第二泵输管体，第二泵输管体的前端与采矿车的射流管体相连相通，所述第二泵输管体上配置有增压泵，所述增压泵的信号端与控制系统通讯相连。
[0027]本专利技术的另一个目的在于提出一种深海采矿羽状流治理方法。
[0028]一种深海羽流治理方法，采用上述的基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，包括如下步骤：
[0029]S1，外部海水经过过滤后进入絮凝剂溶解箱，水面母船将固体絮凝剂经过输入管
定量输送至絮凝剂溶解箱，固体絮凝剂与过滤后的水充分混合，溶解形成高浓度絮凝剂溶液。
[0030]S2，经过滤后的海水进入絮凝液暂存箱，高浓度絮凝剂溶液泵送进入絮凝液暂存箱，进一步与海水充分混合，在絮凝液暂存箱内稀释成设定浓度值的絮凝剂溶液。
[0031]S3，絮凝液暂存箱内的絮凝剂溶液泵送至流量分配器，一部分絮凝剂溶液经过流量分配器的两个出口端进入U形管体，U形管体内的絮凝剂溶液通过连接管送入空心轴电机的空心管内部。
[0032]空心轴电机启动，带动螺旋桨转动使采集头外围的羽流向U形安装架内侧流动，空心管内的絮凝剂溶液在经过位于桨叶内部的通道到达其表面的喷洒孔，在压力作用下，絮凝剂溶液经过喷洒孔向外螺旋喷洒。
[0033]同时，另一部分絮凝剂溶液经过流量分配器的另一个出口端经过加压后，输送至采矿车的射流管体内部，通过射流喷头向采集罩的内部喷射絮凝剂溶液，射流喷头喷射出的絮凝剂溶液对矿石进行冲射，使其离开海床处于悬浮状态，经抽吸管道收集进入矿石暂存箱。
[0034]S4，经喷洒孔喷出的絮凝剂溶液与羽流充分混合形成絮凝体，其中一部分絮凝体随水流进入采集头，剩余的絮凝体在水中沉降至海床表面。
[0035]经过射流喷头向采集罩内部喷射的絮凝剂溶液与采集罩内的羽流充分混合形成絮凝体，随矿石抽送至矿石暂存箱，经过处本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，其特征在于，包括絮凝液喷洒单元、絮凝液输送单元、絮凝液制备单元和控制系统，所述絮凝液喷洒单元包括螺旋桨、空心轴电机及设置于矿车采集头外围的U形安装架，U形安装架水平布置、开口侧朝后；所述螺旋桨有三组，其中两组螺旋桨对称布置在U形安装架的左右两侧，另一组螺旋桨布置在U形安装架的前侧，每组螺旋桨均包括至少两个螺旋桨，每个螺旋桨的桨叶上均设有喷洒孔，空心轴电机能够螺旋桨转动；絮凝液制备单元包括絮凝剂溶解箱和絮凝液暂存箱，絮凝剂溶解箱的顶部设有输入管，输入管能够与水面母船的絮凝剂存储装置相连，絮凝剂溶解箱通过电磁泵与絮凝液暂存箱的进口端管路相连；絮凝剂溶解箱和絮凝液暂存箱的内部均设有搅拌机构，絮凝液暂存箱的出口端通过絮凝液输送单元与各空心轴的另一端相连相通。2.根据权利要求1所述的一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，其特征在于，U形安装架后端的左右两侧对称设有两个支撑臂，支撑臂的下端与U形安装架固定相连成一体，上端能够与采矿车前侧固定相连。3.根据权利要求1所述的一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，其特征在于，同组的螺旋桨在U形安装架的外侧呈线性依次间隔布置，每个螺旋桨均配置有一个空心轴电机，空心轴电机固定安装在U形安装架内侧；螺旋桨固定密封套设在空心轴电机的空心轴一端，每个桨叶上均设有多个喷洒孔，同一桨叶的各喷洒孔沿螺旋桨的法线方向依次间隔排布在该桨叶的背水面，且均与对应空心轴的内部相通。4.根据权利要求3所述的一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，其特征在于，所述U形安装架的内侧固定安装有与其相对布置的U形管体，U形管体的外侧壁上具有与空心轴电机的数量相同且位置一一对应的连接管；所述U形管体的两端均通过絮凝液输送单元与絮凝液暂存箱管路相连，各连接管分别通过一个旋转接头与对应空心轴的另一端转动密封相连。5.根据权利要求1所述的一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，其特征在于，絮凝剂溶解箱和絮凝液暂存箱均为密封的方形箱体，输入管下端与絮凝剂溶解箱顶部相连，上端设有星型卸料阀；所述絮凝剂溶解箱的外壁上设有进水管一，进水管一上安装有电磁阀一，进水管一能够通过过滤装置与外部海水相通，电磁阀一和星型卸料阀的信号端分别与控制系统通讯相连。6.根据权利要求5所述的一种基于絮凝旋洒的深海羽流治理装置，其特征在于，絮凝剂溶解箱内部具有一个所述搅拌机构，絮凝液暂存箱内设有一上一下布置的两个所述搅拌机构；所述搅拌机构包括方形框架和伺服电机，方形框架左右两侧的中部均与箱体的侧壁转动相连，伺服电机设置在箱体外壁上，驱动方形框架转动；方形框架的前后两侧分别设置有...
【专利技术属性】
技术研发人员：张修占，张杨杨，陈峰落，陈旭光，魏佳康，张凤鹏，卢宇，李远鹤，
申请(专利权)人：招商局海洋装备研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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