[发明专利]一种在深海采矿设备断电时防结核堆积的设备及设计方法

权利要求书

1.一种在深海采矿设备断电时防结核堆积的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S11：获取深海采矿设备及深海矿产的相关数据；所述相关数据包括我国矿产资源分布地区，矿区的海底地形，矿区的结核粒径分布，结核的物理力学性质，大洋金属结核开采中国中试采矿系统的立管提升矿浆浓度、硬管提升矿浆泵的外形尺寸、提升硬管内径；

步骤S12：根据步骤S11中获得的所述相关数据，计算结核颗粒以及结核颗粒群的临界沉降速度，来选取合适的提升硬管内海水提升速度；根据临界沉降速度以及提升速度选择合理的供气量及供气压力，以实现深海采矿设备断电等紧急突发情况下的结核颗粒不至于沉降太快或者能够缓慢上升，给紧急排放阀以足够的开启时间；

步骤S13：根据海况以及采矿设备的实际情况，合理选择紧急使用储气罐的台数并选择合适的紧急使用储气罐外径；根据步骤S12中选择的供气量以及供气压力的大小，计算紧急使用储气罐的体积以及紧急使用储气罐的高度；根据海况以及设备运行情况设计合适的紧急使用储气罐外形；根据矿浆提升泵以及采矿设备的要求设计合适的进气调节阀门。

2.根据权利要求1所述的在深海采矿设备断电时防结核堆积的设计方法，其特征在于：步骤S12中，不规则形状结核单颗粒临界沉降速度W_t根据公式(1)进行计算：

结核颗粒群临界沉降速度W_gt根据公式(2)进行计算：

式中，S_f为结核颗粒形状系数，a为结核颗粒三个相互垂直轴的最长轴，c是最短轴，b是垂直于a、c的另一个轴；g重力加速度，取g＝9.8m/s²；d结核颗粒粒径；ρ_s为结核密度，ρ_sw为海水密度；e为自然对数；C_v硬管提升结核颗粒体积浓度。

3.根据权利要求1所述的在深海采矿设备断电时防结核堆积的设计方法，其特征在于：步骤S12中，提升速度V_m为结核最大颗粒临界沉降速度的2.5-3倍，最低要求2.5m/s。

4.根据权利要求1所述的在深海采矿设备断电时防结核堆积的设计方法，其特征在于：步骤S12中，紧急排放阀的开启时间共为40s。

5.根据权利要求1所述的在深海采矿设备断电时防结核堆积的设计方法，其特征在于：步骤S13中，紧急使用储气罐的体积按照紧急用气情况，采用公式(3)进行计算：

V＝1.15q/(P₁-P₂) (m³) (公式3)

式中，

q(m³)：一定时间内空气消耗量；

P₁(MPa)：储气罐所充入的空气压力；

P₂(MPa)：用户需要的工作压力即矿浆泵停运时出口压力。

6.一种在深海采矿设备断电时防结核堆积的设备，其特征在于：包括与提升硬管可拆卸连接的总管(1)以及均匀固定在总管外周的若干紧急使用储气罐(2)；所述紧急使用储气罐上开设有出气口；所述紧急使用储气罐的出气口通过连接管道与总管相连通；所述连接管道上设置有进气调节阀门(6)以及位于进气调节阀门出口的压力传感器(10)；所述紧急使用储气罐上还安装压有压力监测仪(9)，以监测紧急使用储气罐的内部压力。

7.根据权利要求6所述在深海采矿设备断电时防结核堆积的设备，其特征在于：各紧急使用储气罐的外周安装有一圈箍圈，从而将各紧急使用储气罐固定在总管外周，使设备运行时更加安全。

8.根据权利要求7所述在深海采矿设备断电时防结核堆积的设备，其特征在于：所述紧急使用储气罐采用竖直设置的圆柱形；紧急使用储气罐的出气口设置在紧急使用储气罐的底部。