[发明专利]水力式海底多金属结核矿石采集机构及方法

权利要求书

1.一种水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，包括安装于海底采矿驱动装备顶部的蓄矿料仓，蓄矿料仓顶部设置有高压蓄水容器，高压蓄水容器前端连通有一顺时针放倒的L型刚性输水弯道，所述刚性输水弯道末端沿其宽度方向设置有多个高压射流喷嘴；海底采矿驱动装备前端设置有向前下方延伸的弧形导流板，导流板的末端通过扰动轮驱动连杆连接有土层扰动轮，土层扰动轮通过传动装置与海底采矿驱动装备的动力机构相连；所述刚性输水弯道和土层扰动轮的宽度均接近于蓄矿料仓的宽度，以使得刚性输水弯道、土层扰动轮、导流板和蓄矿料仓前部的竖直挡板之间形成水流环流空间，高压射流喷嘴和土层扰动轮相对设置。

2.如权利要求1所述的水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，所述高压蓄水容器的前端轮廓采用圆角设计以减小矿车行进过程中的阻力；所述高压蓄水容器顶部设有连通其内部的直筒，直筒中部设有第一止水阀，用于控制外部环境中洁净海水进入。

3.如权利要求1所述的水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，所述高压蓄水容器前端靠近底部出开设宽度小于蓄矿料仓底宽的矩形底孔，所述矩形底孔四周设有螺栓孔，L型刚性输水弯道前端经螺栓穿过螺栓孔固定于高压蓄水容器前端底部。

4.如权利要求1所述的水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，所述高压蓄水容器内底部靠近矩形底孔处设有增压泵；所述L型刚性输水弯道上靠近高压蓄水容器处设置有第二止水阀；所述L型刚性输水弯道的转弯处为半圆弧形，所述弯道的末端贴近海底表面，距离海底泥面12cm；所述弯道末端在宽度方向上间隔一定距离开设若干高压射流喷嘴接口，高压射流喷嘴接口连接高压射流喷嘴。

5.如权利要求4所述的水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，所述高压射流喷嘴布置方式有两种，一种是喷嘴水平布置，另一种是喷嘴朝向斜下方45度布置，两者间隔布置，喷射流速10m/s，喷射压力0.05MPa；斜向下45度喷嘴通过喷射高压水流对海底土层中赋存的多金属结核矿石进行扰动，使其剥离土层悬浮；水平喷嘴通过喷射高压水流引起环流作用，并持续为环流作用提供动力，维持环流的稳定性。

6.如权利要求1所述的水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，所述蓄矿料仓前端设一定高度的竖直挡板，且竖直挡板高度小于蓄矿料仓的高度，即竖直挡板上部与蓄矿料仓顶部之间有间隙，该间隙形成矿石进口，该进口能够保证料石进入蓄矿料仓内。

7.如权利要求1所述的水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，所述蓄矿料仓后端内底面开设有排水口，排水口与外部的排水管连接，排水口上部设置有滤网，抽水泵安装于滤网上，抽水泵的出水口朝向排水管，抽水泵开启后向蓄矿料仓外排水，使蓄矿料仓内形成负压。

8.如权利要求1所述的水力式海底多金属结核矿石采集机构，其特征是，所述土层扰动轮，轮齿长10cm，呈凹勺形。

9.利用水力式海底多金属结核矿石采集机构的采集方法，其特征是，包括：

将安装有该采集机构的海底采矿驱动装备驱动至海底采矿区，停止移动；

高压蓄水容器中开始为密闭空间，且充满空气；此时打开第一止水阀、第二止水阀及喷嘴，由于高压蓄水容器与外部环境的压强差作用，迫使容器外部洁净海水通过直筒进入高压蓄水容器，又根据连通器原理，海水自动充满整个容器；

关闭第一止水阀、第二止水阀及喷嘴，增压泵工作，增大高压蓄水容器内压强，压强增大至足够刚性输水弯道内水流射流动力；所述增压泵采用空气型增压泵，能够将高压蓄水容器内的空气压力提高到2-5倍，仅需要将高压蓄水容器内的压缩空气作为气源即可；

再开启第二止水阀及喷嘴，此时增压泵持续工作，以保证容器内保持高压，高压水经喷嘴水平及斜向下喷射，水平高压射流喷嘴通过喷射高压水流引起环流作用，并持续为环流作用提供动力，维持环流的稳定性；斜向下的高压射流喷嘴射流出的高压水流扰动海底平面多金属结核矿石赋存层，使矿物从土层中剥离悬浮，矿物随水流在刚性输水弯道轮廓构成的环流空间内环流运动；最后由于蓄矿料仓存在负压，以及海底采矿驱动装备前进，矿物被裹挟进入蓄矿料仓内；

同时土层扰动轮开始转动，使轮齿插入海底泥面以下，对矿石赋存层进行扰动，充分使土层中赋存矿石暴露，有效提高开采深度，泥面以上扰动轮转动有效改善流场，促进流场中矿石的收集，海底采矿驱动装备向前移动，抽水泵开启，抽水泵开启后向蓄矿料仓外排水，使蓄矿料仓内形成负压，以及海底采矿驱动装备前进，环流运动的矿物由于惯性被裹挟进入蓄矿料仓内；当高压蓄水容器的水全部射流完后继续进行下一个周期，往复循环。