[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

说明书

本发明涉及深海采矿领域。目的是提出一种用于深海采矿设备紧急断电情况下的防止结核颗粒堆积的设计方法以及根据设计方法设计的一种相关设备，以减少海下作业的不便之处，提高泵体使用寿命。技术方案是：一种用于深海采矿设备紧急断电情况下防结核堆积的设备，其特征在于：包括与提升硬管可拆卸连接的总管以及均匀固定在总管外周的若干紧急使用储气罐；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以及位于进气调节阀门出口的压力传感器；所述紧急使用储气罐上还安装压有压力监测仪，以监测紧急使用储气罐的内部压力。

技术领域

本发明涉及深海采矿领域，特别是涉及一种应用于深海采矿设备紧急断电情 况下的防止硬管提升管道内结核堆积的设计方法及设备。

背景技术

近几十年的大洋勘探发现，在数千米深的大洋底部蕴藏着丰富的矿产资源， 其种类众多、储量巨大、品位极高，有巨大的开发利用前景。目前具有商业开 发前景的深海矿产资源主要有多金属锰结核、富钴结壳以及热液硫化物等；深 海矿石富含锰、钴、镍、稀土等工业生产的重要元素，储量远高于陆地储量。 如果可以实现安全、高效的商业开采，并且控制好对海洋生态环境的影响，丰 富的海洋矿产将成为陆上矿产资源的替代资源，满足未来一段时间内人类社会 的经济发展需求。

水力提升流动保障问题，特别是输送管道内颗粒堵塞的研究，是深海矿石 输送中需要着重关注的内容。如何保证矿石在长距离管道内安全、高效地提升， 是深海采矿系统需要解决的关键技术问题之一。数千米长的输送管道内一旦发 生堵塞，很可能造成输送系统的整体瘫痪。此外，深海采矿设备还有可能会发 生紧急断电情况，在这种情况下，如果不及时对输送管道内的矿石颗粒进行紧 急排出，则有可能会造成固体颗粒堵塞，这些沉积的固体颗粒会堵塞深海提升 矿浆泵的出口，恢复供电时造成提升体统无法重新启动，如果想要提升系统重 启，需要将堵塞的管道整体拆卸进行清理，这将给海下作业带来极大的不方便。 现有的深海采矿设备都是在管道上安装紧急排放阀，但是紧急排放阀的开启也 是需要一定的时间，在紧急排放阀开启的时间内也会有固体颗粒堆积在矿浆泵 的出口，在紧急排放阀开启的时间段里，如果管道堵塞严重也需要进行拆卸清 理。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提出一种用于深海采矿设备紧 急断电情况下的防止结核颗粒堆积的设计方法以及根据设计方法设计的一种相 关设备。

本发明提供的技术方案是：

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。

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：