[发明专利]一种集成液力与空气提升的深海采矿提升系统

说明书

本发明属于深海采矿技术领域，具体的是一种集成液力与空气提升的深海采矿提升系统。本发明包括海面采矿船、矿物存储容器、提升立管、液力提升源；所述提升立管由矿物存储容器向上敷设至海面采矿船，并在液力提升源的驱动下将混合物由矿物存储容器向海面采矿船输送；在海面采矿船安装有空气压缩容器，在提升立管上设有上管道接入点和空气注入管，所述空气注入管一端连接于上管道接入点，另一端连接于空气压缩容器的出口。本发明的有益效果是：无需大幅度增加液力提升源的功率和数量，简化了结构，并节约了输入能量。提升立管等管道采用柔性管道，更能适应恶劣海况环境下的海底采矿工作。

技术领域

本发明属于深海采矿技术领域，具体的是一种应用于深海的海底采矿垂直提升系统。

背景技术

地球上大部分面积都覆盖着水，在海洋不同深处，蕴藏着大量的海底矿产，其储备量和含量，都是大陆无法比拟的，由于矿产不同于石油，这主要体现在把矿物从海底运输到陆地上的方式具有很大的不同。一方面，其输送方式完全不同，输送难度较大；另一方面，生产效率和经济性也是一个重要的考虑因素，同时，由于在深海开采，技术难度和复杂性都非常高，这就对技术要求方案提出了很大的挑战。

一般情况下，一套完整的海底采矿系统包括如下几个组成部分：

海底采矿车，包括深海矿物切削机器，研磨机器，收集机器等，负责海底矿产开采，矿物碎化颗粒成型及矿物收集，并将其输送到提升系统的矿物储存容器里。

垂直提升系统，负责将储存在提升系统底部的矿物储存容器里的矿物通过提升装置输送到海面船上。

海面采矿船：负责整个采矿系统的组织，操作，矿物收集，海底操作组织和控制等。是整个系统组织，管理及控制中心。

矿物转运船(系统)：将海面采矿船上的所采集的矿物，在经过初步处理后，再转运到岸上进行矿物加工。

海底采矿车工作在海底，进行矿产开采和收集，它通过专用软管和提升系统底部的矿物储存容器相连接，这就保证了在提升系统相对固定的位置上，开采车可以在四周一定范围内开展采矿活动，形成一定区域的采矿区。通常情况下，在同一提升系统的支撑下，可以部署多个采矿车进行采矿，以提高效率。它将所收集的矿物输送到提升系统底部的矿物矿物储存容器中；提升系统则负责将矿物储存容器中的矿物从海底提升到位于海面的海面支撑船中，提升系统顶部和海面采矿船相连接；而海面开采船则负责对整个采矿过程的控制、工作流程组织、管理及操作、能源输送、矿物初步处理及储存等功能：矿物转运船(系统)则将初步处理的矿物转运到岸基系统进行进一步加工。

关于海底采矿垂直提升系统，一般情况下，目前处于正在研究和实验验证，初步应用阶段所采用的提升系统主要包括：“空气提升系统”、“液力提升系统”、“机械式提升系统”等。

空气提升系统通过一个空气管道将高压压缩空气导入到位于矿物输送用的海洋立管底部，利用空气比重低的特点，在提升立管中形成上升流，从而带动矿物上升，目前，已经实验验证了可以对4500米深海的矿物进行有效提升，但所需要的能耗巨大，提升过程和出口状态难于控制，随着海底深度的增加，所需的能耗急剧增加。

液力提升系统通过在提升立管上安装液力泵，利用液力泵在工作时所产生一定压力输出，在提升立管中形成一定压力头，产生上升液体，从而带动矿物提升。一般情况下，可以较高效率实现对对深海矿物提升，该这样模式下，其对提升泵的性能要求高。目前主要采用离心泵和隔膜泵作为液力提升泵，为了实现可靠提升，确保提升压力足够，也可在提升立管上，串联一系列泵(如离心式泵)，以实现接力提升，这也是目前主流和有效提升方式。

机械式提升方式则是利用机械方式运载所开采的矿物，可将矿物装载于容器中，采用机械方式将其提升到海面支撑船内，其优点在于简单，效率较高，易于实施，成本较低，受矿物种类及切削开采的影响较小，在海底开采提升系统中，在一定的环境和要求下，是比较好的选择方案，特别适合于不太深的海洋采矿提升。

发明内容