[发明专利]深海采矿沿绳攀升式省能提升装置

说明书

本发明涉及深海采矿沿绳攀升式省能提升装置，主要包括双臂式快速攀升机构、盛料箱、导向滑轮和高强度绳缆。其中，双臂式快速攀升机构用于提升海底矿物，由若干组机械手臂组成，其中两个机械手臂为一组，机械手臂的根臂由电机驱动并且末端与盛料箱顶部中间梁铰接，电机安装在根臂末端；前臂由液压缸驱动并且中段与根臂前端铰接，液压缸一端与根臂中段铰接，另一端与前臂末端铰接；前臂前端安装有可旋转的夹持装置，用于攀升时夹紧高强度绳缆；多组机械手臂在攀升时有序的交替运行，实现海底矿物的快速提升。此攀升式提升方案节能性与经济性强，实施过程简便，提高了海底矿物的开采效率并降低了开采成本。

技术领域

本发明涉及深海采矿沿绳攀升式省能提升装置，主要包括双臂式快速攀升机构、盛料箱、导向滑轮和高强度绳缆，应用于深海矿物的提升。

背景技术

海洋是人类拥有的巨大资源宝库，除了油气资源和海滨沙矿之外，还有多金属结核，其中富含锰、铜、镍、钴等多种元素，总储量是陆地上的几十倍到几千倍，对海底矿物资源的开采越来越受到人们的重视。现有的海洋矿产资源开采主要有四种方案，分别是钢丝绳卷绕式采矿系统、连续绳斗开采系统、自动穿梭艇式开采系统和管道提升式开采系统。

钢丝绳卷绕式采矿系统主要由采矿船、钢丝绳缆和拖斗三部分组成，依靠拖斗在海底收集矿物后，通过钢丝绳的卷绕将矿物提升到采矿船上。钢丝绳卷绕式采矿系统开采矿物时每次将拖斗提升和放下时都需要收放一次钢丝绳，当开采深度较大时，数千米长的钢丝绳自重极大，卷绕收放一次钢丝绳所消耗的时间长、能耗高，可操作性差，开采效率低。

日本所坚持研究的连续绳斗开采系统主要由采矿船、拖缆、索斗和牵引机组成，通过牵引机带动拖缆运动从而使拖缆上的若干索斗循环运动，进行海底资源开采。连续绳斗开采系统的索斗在海地无法控制，且海底地形复杂，可能出现空斗或浅斗，使生产能力波动及无法保证达到设计能力，导致海底资源开采效率低下，还会造成海底贫化。同时，在海洋洋流的作用下，海中两根拖缆有可能缠绕到一起，使整个开采系统失效，缺点明显。

自动穿梭艇式开采系统最早于二十世纪七十年代由法国工程师提出，主要由采矿船和一系列能自由潜入海底开采的采矿潜水器组成，由采矿潜水器完成海底矿物的开采和输送。自动穿梭艇式开采系统成本高昂，能源和投资回收周期长。上海交通大学于2006年在自动穿梭艇式开采系统基础上研制出了分散式深海局部试采矿系统，主要由采矿船，采矿潜水器和多个提升潜水器组成，提升潜水器为无人无缆潜水器，成本依旧较高。

管道提升式开采系统主要有水力提升和气力提升两种方法，这两种采矿方法都是通过自行式或拖行式集矿机在海底采集矿石，然后通过垂直管道将矿石提升至水面采矿船。

水力提升开采系统主要由采矿船、数千米长的扬矿硬管、几百米长的软管、输送泵、深海采矿机、辅助切割机和集矿机组成。由深海采矿机开采矿物后，辅助切割机将矿物切割成较小颗粒从而形成矿石浆料，由集矿机收集矿石浆料并通过软管输送到扬矿硬管，最后由扬矿硬管上的多个输送泵输送到采矿船上。此种方法由于需要多个海底作业机器，且尺寸巨大，输送管道与作业机器的安装与下放困难，同时需要在海底对开采矿石加工成矿石浆料后输送，而且软管较短，采矿船需跟随海底采矿车运动，数千米长的扬矿硬管受海流影响巨大，会带动船体产生很大的偏移运动。

气力提升开采系统基本组成与水力提升相同，不同的是水力提升是采用连接在扬矿管道上的输送泵提供动力；气力提升是将压缩的空气注入垂直管形成三相流来提升矿石。气力提升扬矿效率低，而且当多级泵串联工作时，扬矿效率还会进一步下降。

综上所述，现有的几种海底矿石开采设备皆存在种种问题。

发明内容

本发明目的是提供深海采矿沿绳攀升式省能提升装置，以解决现有几种海底矿石开采设备开采效率低，能耗高，开采成本高昂和需要在海底加工矿石等问题。

为实现上述目的，深海采矿沿绳攀升式省能提升装置设计方案如下。