[发明专利]先聚后采双侧附壁脉动射流式海底矿粒采集装置

说明书

本发明涉及一种先聚后采双侧附壁脉动射流式海底矿粒采集装置，包括：矿粒富集机构，其包括在集矿头前方的两侧对称安装的一对外扩式射流喷嘴，一对外扩式射流喷嘴的方向为：水平面视角下，各自对准二者之间的斜后方的方向；立面视角下，各自倾斜向下；双侧凸曲壁集矿机构，其包括设于集矿头的前后侧的各一排的射流喷嘴，两排射流喷嘴的方向为：水平视角下，相向设置；立面视角下，各自倾斜向下；所述矿粒富集机构与双侧凸曲壁集矿机构之间形成对称的两路集矿水流循环。

技术领域

本发明涉及一种海底水力集矿装置，尤其涉及一种先汇聚后采集的双侧附壁脉动射流式深海集矿装置，属于流体机械与控制技术领域。

背景技术

深海水力集矿是目前有望解决陆地矿产供给不足问题的关键途径之一。深海蕴藏着包含多金属结核、富钴结核、多金属硫化物等在内的丰富的矿产资源，因此发展可靠、高效、环境友好型集矿技术将对缓解我国金属资源对外依存度高等问题至关重要。

现有技术的不足及原因：

1)现有水力集矿方法因流场未合理设计优化、流态单一等，普遍在集矿效率、环境扰动和能耗等方面具有不足。

2)现有附壁式水力集矿装置采用单侧曲壁恒定射流的集矿方法，在集矿过程中流场内存在不利于矿粒提升的滞留区，能耗较高，且矿粒在起动过程中易与壁面接触，难以满足海底集矿的高效低扰动需求。

3)现有海底采矿车的设计，采矿车行进时只能采集到位于集矿头宽度范围内的矿粒，且集矿头宽度不超过采矿车主体宽度，在矿粒分布密度较低的矿区开展采矿作业时需要规划较长的行进路线，矿区遍历面积大、经济性差且环境扰动大。

对比专利文件列表：

CN115123503 A，一种全地形海底采矿车行走装置，公开日2022-09-30；

CN217001843U，集矿头及海底采矿车，公开日2022-07-19；

CN114109390A，一种海底采矿车的复合收集机构及其使用方法，公开日2022-03-01；

CN113187483A，一种水下采矿车，公开日2021-07-30。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有深海水力集矿技术方案中的矿粒采集率低、能耗大、环境扰动程度大等问题。

本发明提出了一种可实现“先聚后采”作业模式的双侧凸曲壁附壁脉动射流式海底集矿装置，具体采取以下技术方案：

一种先聚后采双侧附壁脉动射流式海底矿粒采集装置，包括：矿粒富集机构，其包括在集矿头前方的两侧对称安装的一对外扩式射流喷嘴，一对外扩式射流喷嘴的方向为：水平面视角下，各自对准二者之间的斜后方的方向；立面视角下，各自倾斜向下；双侧凸曲壁集矿机构，其包括设于集矿头的前后侧的各一排的射流喷嘴7、8，两排射流喷嘴7、8的方向为：水平视角下，相向设置；立面视角下，各自倾斜向下；所述矿粒富集机构与双侧凸曲壁集矿机构之间形成对称的两路集矿水流循环。

本技术方案实现【矿粒富集装置设计】——功能性拓展：在传统采矿车设计方案中，采矿车行进时只能采集位于集矿头宽度范围内的矿粒，在矿粒分布密度较低的矿区工作时规划的行进路线较长，经济性较差。而本发明通过前置矿粒富集装置，基于一对对称的外扩式射流喷嘴，将集矿头宽度范围外的矿粒预先富集到集矿头作业宽度范围内，再进行采集(实现“先聚后采”)，能够增加矿粒开采的实际宽度范围。同时，本发明将集矿装置与富集装置划分为高、低能量密度区两部分。矿粒富集装置工作区水泵输出的射流能量密度较小，既能保证起到矿粒富集的效果，又能避免富集过程造成底质稀散致使履带压陷等问题的发生。集矿装置工作区输出高能量密度的射流，可有效提高集矿头的采集率。两者互相配合工作，实现了能量的合理分配，可有效节约能耗。