[发明专利]一种深海采矿阀控式清水泵矿石水力提升设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种深海采矿矿石水力提升设备，特别涉及到一种通过阀门控制清水泵，将矿石从储料仓内掺入到水力提升管道内，将矿石从海底提升到海面一种深海采矿矿石水力提升设备。

技术背景

深海多金属矿藏有锰结核和钴结壳两种，锰结核赋存于3000m-6000m的海底淤泥上，钴结壳赋存于1500m-3000m的海山上。据美国加利福尼亚大学Mero教授估计，太平洋海底的多金属结核和多金属结壳有1.7万亿吨，多金属结核和结壳中含有铜、钴、镍、锰、铁、钨、金、银等70多种元素，其中铜为50亿吨，相当于陆地储量的9倍，钻为30亿吨，相当于陆地储量的539倍，镍为90亿吨，相当于陆地储量的83倍，锰为2000亿吨，相当于陆地储量的57倍。

深海采矿技术是将海底多金属矿藏采集并输送到海面，它包括海底多金属矿藏采集、矿石从海底提升到海面、海面支持以及采矿船动力定位等技术。深海采矿矿石提升设备的功能是将海底采集的矿石提升到海面的采矿船上，是深海采矿的核心技术之一。

对于深海采矿矿石提升设备这一关键技术，美国、德国、法国、日本、韩国等都对此进行了长期的理论和实验研究，普遍认为首先采用采矿车将海底矿石采集，然后采用水力提升设备，通过管道将矿石提升到海面采矿船上的矿石提升方法，最具工业应用前景。

根据理论研究，在海水的静压作用下，将体积浓度为10％左右的锰结核矿浆从6000m海底提升到海面，水力提升系统所需要的扬程为650m左右。

目前，根据矿石提升管道和提升设备的不同，主要分为矿浆泵水力提升法和清水泵水力提升法。由于将矿石从海底提升到海面所需的水力提升设备扬程很高，因此矿浆泵水力提升方法需要采用多台多级离心式矿浆泵接力将矿石从海底提升至海面，并且矿浆泵水力提升设备还有以下技术缺点：

(1)由于矿浆泵处于大洋深部工作，维修十分不便，因此可靠性要求高。但矿浆泵在使用过程中普遍存在叶轮和蜗壳等过流零件与矿石颗粒磨损严重而导致矿浆泵使用寿命短，泵的扬程、效率、汽蚀性能变差，泵的密封可靠性降低等问题。

(2)矿浆泵水力提升系统的布放与安装十分困难。为了减轻矿浆泵的磨损，矿浆泵的转速一般设计较低，其结果是尺寸变大；另一方面，单级矿浆泵扬程较低，矿浆泵水力提升法必须采用多台多级矿浆泵进行接力提升，因此，矿浆泵水力提升系统设备的质量大、系统复杂，布放与安装十分困难。

发明内容

为了满足深海采矿矿石水力提升设备具备扬程高、流量大和长期安全可靠工作的要求，本发明提出了一种首先采用清水泵将海水加压，然后通过阀门控制将储料仓内的矿石掺入到水力提升管道内，将矿石提升到海面的采矿船上的一种矿石水力提升设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：椭球形状储料仓内设有喷射管，喷射管通过电动阀和管道与水泵出水管相接，在储料仓上端通过法兰盘安装有圆柱型钟阀，储料仓下端通过管道和电动阀安置在文丘里引射器上，文丘里引射器右端通过电动阀和管道与清水泵相连，左端连接矿浆水力提升管道。

钟阀由阀体、活塞、活塞杆和驱动液压缸组成。钟阀阀体下端通过法兰安装在储料仓上，钟阀阀体上端安装有矿浆分离器，驱动液压缸安装在矿浆分离器上；液压缸通过管道、电磁换向阀与水泵出水管相接，通过电磁换向阀控制液压缸驱动活塞作上下运动，从而关闭和打开钟阀；由于钟阀打开时储料仓内外压力差达65Mpa，因此，必须在活塞内设计先导阀。

先导阀由以活塞为阀体、活塞杆末端设计成小活塞、压板和螺钉组成，当钟阀关闭时，小活塞关闭流道，先导阀处于关闭状态。当打开钟阀时，活塞杆向下运动，打开流道，海水从压板上的小孔流入并通过流道流出，储料仓内外压力平衡后，活塞杆继续向下运动，打开钟阀活塞。

矿浆分离器通过法兰盘安装在钟阀上，分离器右侧设有与矿浆来料管连接的接口，分离器左侧设有出水管，通过分离器将矿浆中的矿石和海水进行分离，矿石流入储料仓内，海水排出分离器。

本发明的工作原理分为如下三个步骤：首先，文丘里引射器上端电动阀和喷射管上的电动阀处于关闭状态，钟阀、文丘里引射器与水泵之间的电动阀处于打开状态，海水在清水泵的作用下被吸入泵内加压，并通过矿浆提升管道提升到海面。