[发明专利]大洋多金属结核水力式采集机构

说明书

本发明涉及一种开采水深4000～6000米海底沉积物上多金属结核的采集机构。

在世界各大洋洋底表层的软质沉积物上，蕴藏着大约3万亿吨含有铜、镍、钴、锰、铁等元素的多金属结核，作为开采这些多金属结核作业中最核心部分的采集机构，由于其所处的特殊环境，必须满足结构简单、工作可靠、采集率高、适应性强、环境破坏小等要求。

在开采深海底多金属结核的设备中，最早出现的是各种机械式采集机构，如连续绳斗式、把斗式、滚筒叶轮式、滚筒链板式等，但都存在着笨重、结构复杂、挖齿易损坏、海底地形适应能力差、采集效率低、挖起的沉积物多等问题。

水力式采集机构以其结构简单、工作可靠、采集效率高、对沉积物破坏小、特别是利用多金属结核周围的海水作为动力传递介质等特点，被认为具有良好的工业应用前景而日益受到重视，近年来已出现了这类采集机构。例如美国专利US3,646,694介绍了一种射流-吸入式采集机构，它利用真空吸尘器原理，在采集管的前端设置一辅助喷嘴，辅助喷嘴射流先将赋存于沉积物上的多金属结核扫集到采集管入口处附近，再利用采集管中安装的离心泵产生的负压将多金属结核吸入采集管。该采集机构虽然结构简单，但存在着采集管的采集效率对离地高度变化敏感、不能适应海底地形变化、吸入的沉积物较多等不足。

“深海底资源开发研究的现状与未来＂(日本《资源-素材学会志》，鹤崎克也，1990年第10期)一文介绍了一种水力式采集机构，其工作原理与上述美国专利基本相同，但形成负压的方式有所不同。它取消了采集管中的离心泵，在采集管入口处安装一射流喷嘴(也称主喷嘴)，利用该喷嘴射流产生的附壁效应改变采集管入口处的海水流场分布，使前端辅助喷嘴扫集来的多金属结核在流场的作用下向上运动而进入采集管。同时为了减小采集管口的吸入阻力，还对入口处的形状作了改进，使之更加开放。但该机构仍存在着与上述美国专利相同的问题。

本发明的目的在于提供一种结构简单、工作可靠、采集效率高、适应性强、环境破坏小的大洋多金属结核水力式采集机构。

为实现上述目的，本发明的技术方案如附图1所示，它通过水力捕捉装置、水力输送装置和分离装置三部分的组合作用，完成对多金属结核的捕捉、输送和脱泥。其工作原理是相对而立的前排喷嘴3和后排喷嘴4产生的两排水射流斜向喷向海底，对赋存于海底沉积物中的多金属结核进行冲刷、松动，最终将多金属结核冲离沉积物并洗掉多金属结核上粘着的一部分沉积物，在前后排水射流共同形成的旋涡上升流的带动下，将多金属结核升举到一定高度，随着采集机构的向前移动，被举起的多金属结核在上导流极5、下导流板6以及两块侧板7、8的引导下进入输送区，在输送喷嘴9的作用下沿着输送通道10被送入分离装置进行脱泥，沉积物跟随输送通道冲出的水流穿过分离网15的网孔流走，多金属结核则沿下端开口落入储料仓。以下分述各部分的结构特点及其作用。