一种用于集矿机自由悬停运动控制的集矿装置
技术领域
本发明属于水下采矿技术领域，具体为一种用于水下多金属结核采集的水下集矿机构。
背景技术
大洋沉积物表层赋存着丰富的多金属结核，它含有多种金属，具有很高的经济开采价值。而将多金属结核从几千米深的海底沉积物上采集是通过集矿机构完成，同时，集矿机构是海洋采矿首道工序的完成机构，也是是深海采矿系统开发的重要组成部分。
20世纪80年代以来，国内外提出的集矿装置主要有机械式、水力式、复合式三种。机械式采用机械装置收集海底的结核。具有代表性的有：带形链板式，滚筒链板式，滚筒形轮斗式和带形轮斗式，但是机械式集矿装置较水力式复杂，挖齿易损坏，挖取的沉积物太多，长时间、高效率连续可靠运转难度很大；水力式集矿装置利用射流产生的负压抽吸结核矿石，缺点是采集大量海底沉积物，能量利用率低，对环境扰动大；现有的复合式集矿装置，采用双排喷嘴采集、倾斜链板输送的结核，缺点是运动件多，结构复杂，运转可靠性低。
发明内容
本发明目的在于提供一种对海洋环境扰动低、采集过程能量消耗低的水下集矿机构，从而解决上述问题。
为实现上述目的，本发明公开了一种用于集矿机自由悬停运动控制的集矿装置，包括水力输送机构、输送通道和捕捉扰动机构，所述水力输送机构驱动输送通道内的水从其矿物输入口向矿物输出口流动，所述捕捉扰动机构设置在矿物输入口处，该捕捉扰动机构包括一旋转件，所述旋转件上设置有带有筛分作用的捕捉扰动板，所述捕捉扰动板通过所述旋转件驱动将矿物输入口下方的矿物颗粒推向所述矿物输入口。通过带有筛分作用的捕捉扰动板，在推送物颗粒的同时可过滤稀软底质，减少捕捉扰动板所受阻力，同时减少对稀软底质的扰动，降低能耗减少环境破坏。
进一步的，所述捕捉扰动板设置有多个用于过滤水下稀软底质的过滤孔，所述过滤孔的孔径小于目标矿物颗粒的粒径，从可以保证稀软底质和水通过过滤孔而目标矿物颗粒不通过。
进一步的，所述矿物输入口设置有一集矿罩，所述集矿罩的下端设置有朝向稀软底质的第一开口，所述捕捉扰动机构设置在集矿罩内，所述捕捉扰动板延伸到所述第一开口的下方。集矿罩为旋转件提供一个安装空间和矿物入口，当捕捉扰动板将矿物颗粒卷入集矿罩内空间，可以在集矿罩内形成稳定的水力，进而带动矿物颗粒进入输送通道。
进一步的，所述旋转件为一滚筒，所述滚筒为中空结构，该滚筒上设置有连通内腔和外界的连接通道。通过体积较大的滚筒避免矿物颗粒在捕捉扰动板的根部滞留，通过其内外连通设置避免深水高压压坏滚筒。
进一步的，所述矿物输入口朝向所述滚筒下方的捕捉扰动板，从而捕捉扰动板推送的矿物颗粒能向矿物输入口运动。
进一步的，所述捕捉扰动板包括骨架和带有过滤孔过滤网，所述骨架与所述滚筒可拆式安装，所述过滤网固接在骨架上，过滤网由于其过滤孔之间为细线状，对稀软底质的扰动小，且过滤网来源广泛，同时骨架的可拆式设计可以针对性的采集目标粒径大小的矿物颗粒。
进一步的，所述捕捉扰动板在所述旋转件上均匀布设，且所述捕捉扰动板在过滚筒轴线的平面上断续设置，且相邻的过滚筒轴线的平面上的捕捉扰动板交错设置，在减小滚筒旋转时所受稀软底质的阻力下，也能保证每粒多金属结核都能被捕捉扰动。
进一步的，所述集矿罩的前方还设置有第二开口，所述第二开口的下侧与第一开口连通，上侧延伸到旋转件的上方，所述捕捉扰动板延伸到所述第二开口外，从而扩大了滚筒上工作范围，进一步适应高低不平的海底环境，所述旋转件上方的捕捉扰动板贴合集矿罩的顶部设置，从而可以防止矿物颗粒从捕捉扰动板与集矿罩的顶部之间的间隙溢出。
进一步的，所述水力输送机构为一安装在所述输送通道上的喷水组件，该喷水组件包括喷嘴、水泵驱动马达、水泵和输水管道，所述输水管道安装在输送通道上，所述喷嘴的输入端与输水管道的一端连接，输出端伸入输送通道内且朝向矿物输出口设置，所述输水管道的另一端与所述水泵的一端连接，所述水泵的另一端连接所述水泵驱动马达，从而在输送通道内形成稳定可调的输送水力。
进一步的，所述输送通道包括输送通道上盖板、输送通道下盖板和侧板，所述输送通道上盖板、输送通道下盖板和侧板形成长矩形截面通道，所述喷嘴的输出端沿着长矩形截面的长度方向布置，进而能驱动长矩形截面的长度方向的水以同一速度均匀稳定输送。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明通过滚筒上的捕捉扰动板在稀软底质中转动，并且通过捕捉扰动板的结构设计和布置，减少捕捉扰动板所受阻力，同时减少对稀软底质的扰动，降低能耗减少环境破坏。而水力输送机构采用水力式结构，减少运动件，提高了运转的可靠性。既解决了现有水力式集矿系统水力捕捉过程中能量损耗大，底质扰动大的问题，也解决了现有复合式集矿机构采用倾斜链板输送结核带来的运动件多、结构复杂、运转可靠性低的问题。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例公开的水下集矿机构的主视示意图；
图2是本发明优选实施例公开的水下集矿机构的右视示意图；
图3是本发明优选实施例公开的喷水组件的轴测示意图；
图4是发明优选实施例公开的水下集矿机构的工作原理示意图。
图例说明：
1、输送通道；2、喷水组件；3、喷嘴；4、过滤孔；5、捕捉扰动板；6、滚筒驱动马达；7、滚筒；8、输送通道上盖板；9、输送通道下盖板；10、侧板；11、水泵驱动马达；12、水泵；13、输水管道；14、骨架；15、过滤网；16、第二开口；17、第一开口；18、集矿罩；19、矿物输入口；20、矿物输出口；21、连接通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-4所示，本发明公开了一种用于集矿机自由悬停运动控制的集矿装置，包括水力输送机构、输送通道1和捕捉扰动机构，其中，输送通道1包括输送通道上盖板8、输送通道下盖板9和两个侧板10形成的矩形输送通道1，呈长矩形截面结构，输送通道1的两端为矿物输入口19和矿物输出口20，而水力输送机构包括一喷水组件2，喷水组件2包括水泵驱动马达11、水泵12、喷嘴3和输水管道13，喷嘴3安装在输水管道13的一端且其输出口伸入输送通道1内，输水管道13安装在输送通道1上，输水管道13的另一端与水泵12的一端连接，水泵12的另一端连接水泵驱动马达11(为液压马达)。整个喷水组件2安装在输送通道1上，且该喷水组件2的喷嘴3朝向输送通道1的输出口设置，当喷嘴3朝向输送通道1的输出口喷水时，能带动输送通道1内的水从矿物输入口19向矿物输出口20流动，进而实现水力输送作用。
具体设置时，喷嘴3的输出口呈扁平结构，沿着输送通道1的长矩形截面的长度方向布置，进而能驱动长矩形截面的长度方向的水以同一速度均匀稳定输送。捕捉扰动机构设置在矿物输入口19的集矿罩18内，该捕捉扰动机构包括一旋转件，旋转件上设置有带有过滤孔4的捕捉扰动板5，捕捉扰动板5通过跟随旋转件旋转以将稀软底质中的矿物颗粒输向矿物输入口19内，其中，过滤孔4的孔径小于目标矿物颗粒的粒径，从可以保证稀软底质和水通过过滤孔4而目标矿物颗粒不通过，减小驱动阻力和对水体的扰动。进而目标矿物颗粒通过水力输送从矿物输出口20输出到料仓和提升系统的中继仓。具体的，捕捉扰动机构还包括一安装在集矿罩18上的滚筒驱动马达6(同样为液压驱动马达)，旋转件为一滚筒7，滚筒7的两端与集矿罩18相对的侧壁枢接且通过滚筒驱动马达6驱动旋转，捕捉扰动板5固接在滚筒7的外壁上。而捕捉扰动板5包括外部的骨架14和内部的过滤网15，过滤网15上设置有用于过滤稀软底质的过滤孔4(网孔即过滤孔4)，过滤网15由于其过滤孔4之间为细线状，对稀软底质的扰动更小，且过滤网15来源广泛，更具有实际应用性。骨架14与滚筒7通过焊接方式固接或者可拆式连接方式，在本实施例中，骨架14与滚筒7采用可拆式连接(比如螺栓连接)，可以针对性的采集目标粒径大小的矿物颗粒，即不同粒径大小的矿物颗粒使用具有不同过滤孔4大小的捕捉扰动板5，实现精准采集。过滤网15固接在骨架14上。
在本实施例中，滚筒7为中空结构，通过该种筒状旋转件的设置，避免捕捉扰动板5在将矿物颗粒推向矿物输入口19时，矿物颗粒聚集在捕捉扰动板5固接的根部。且该滚筒7上设置有连通内外的连接通道21，一方面避免滚筒7密封导致被深海水压压裂，另一方面也避免滚筒7对稀软底质过大的扰动。
同时，在本实施例中，捕捉扰动板5在过滚筒7上断续交错设置，即在过滚筒7轴线的平面上断续设置，且不同的过滚筒7轴线的平面上的捕捉扰动板5交错设置。通过断续布置减少滚筒7旋转时所受稀软底质的阻力，而不同面上错开布局，保证每粒多金属结核都能被捕捉扰动。
在本实施例中，集矿罩18的下方设置有第一开口17，前方设置有第二开口16。第二开口16的下侧与第一开口17连通，上侧延伸到旋转件的上方，捕捉扰动板5延伸到第二开口16外。其中，一部分捕捉扰动板5延伸到第一开口17的下方，从而插入水下稀软底质中以将其中的矿物颗粒推向矿物输入口19。同时，第二开口16上方的部分尽可能靠近捕捉扰动板5设置(仍然保持一定的间隙)，从而形成较大的输送水力，同时也放置进入集矿罩18内的矿物颗粒从第二开口16出来。通过第二开口16的设置，一方面方便了整个滚筒7的安装，同时，通过伸出第二开口16的捕捉扰动板5也可以起到挖掘的作用，从而更能适应水下凹凸不平的环境，强化了集矿能力。
在本实施例中，水力输送机构安装在输送通道上盖板8上，当然可以根据实际需要将水力输送机构安装在输送通道下盖板9上，或者输送通道上盖板8和输送通道下盖板9的两侧均安装。
具体的工作过程如下：多金属结核赋存于稀软底质上、或者半埋或着全埋，由于深海稀软底质表层特别稀软，剪切强度几乎为零。工作时，此集矿机构安装于水下采矿车或者取样器的前端(通过连杆和油缸与之相连)。集矿机构采集结核时，通过采矿车或取样器控制集矿机构滚筒7上的捕捉扰动板5插入稀软底质。滚筒7在滚筒驱动马达6的驱动下做旋转运动，捕捉扰动板5在稀软底质中转动，稀软底质通过捕捉扰动板5上的过滤孔4流走，多金属结核在捕捉扰动板5的作用下运动到矿物输入口19，在输送通道1内向上水流的带动下，向输送通道1的上部运动，最终从矿物输出口20输出到料仓和提升系统的中继仓。由于只有捕捉扰动板5在稀软底质中转动，并且通过捕捉扰动板5的结构设计和布置，减少捕捉扰动板5所受阻力，同时减少对底质的扰动，降低能耗减少环境破坏。而水力输送机构采用水力式结构，减少运动件，提高了运转的可靠性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
