本发明涉及一种深海采矿装置,具体涉及一种深海采矿采集头装置,属于深海采矿。
背景技术:
1、随着全球资源的不断开采,陆地矿产资源逐渐减少,深海矿产资源的开发逐渐成为矿产资源开发的新领域。深海矿产资源丰富,但采集难度大,需要借助专业的设备和技术。传统的深海采矿设备在采集效率和环境适应性方面存在一定的局限性,因此,研发新型、高效的深海采矿设备成为行业迫切的需求。
2、在众多深海采矿技术中,水力集矿技术因其高效、环保、适应性强的特点而备受关注。水力集矿技术利用高压水流冲刷海底矿物,通过水力作用将矿物颗粒悬浮并输送到收集装置中。该技术具有对海底环境扰动小、采集效率高、适应性强等优点,是深海采矿领域的重要发展方向。
3、然而,传统的水力集矿装置在深海环境下存在诸多不足。首先,由于深海水压巨大,水流在通过管道时会产生较大的阻力,导致流量和流速下降,影响矿石的抽吸能力。其次,深海海底地形复杂,水流在流经不同区域时会产生不同的流动特性,难以保证集矿区域的均匀性和稳定性。此外,传统装置的结构复杂,体积庞大,难以满足深海作业的空间紧凑性要求。
4、鉴于深海采矿技术的挑战和现有技术的局限性,开发一种能够显著提升对于矿石的抽吸能力、适应高水压低流速的深海环境、结构紧凑且操作简便的深海采矿采集头装置显得尤为重要。
技术实现思路
1、基于以上背景,本发明的目的在于提供一种深海采矿采集头装置,解决背景技术中所述的问题。
2、本发明的另一目的在于提供一种采用上述深海采矿采集头装置的深海采矿水利提升方法。
3、为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
4、一种深海采矿采集头装置,包括采集罩、第一内衬件、第二内衬件、第一射流喷嘴和第二射流喷嘴;所述采集罩底部设有采集口,所述采集罩顶部设有截面积小于所述采集口的抽吸口,所述采集罩前部具有弧顶朝向于所述采集口的第一弧面,所述采集罩后部具有弧顶朝向于所述采集罩前部的第二弧面;所述第一内衬件设于邻近所述第一弧面的采集罩内部且与采集罩内壁之间具有间隙,第一内衬件的截面弧线的弧顶朝向于所述采集口,第一内衬件的截面弧线曲率大于所述第一弧面的截面弧线曲率;所述第二内衬件设于邻近所述第二弧面的采集罩内部且与采集罩内壁之间具有间隙,第二内衬件的截面弧线的弧顶朝向于所述采集罩前部,第二内衬件的截面弧线曲率小于所述第二弧面的截面弧线曲率;所述第一射流喷嘴设于所述采集罩前部,第一射流喷嘴自采集罩前部朝向于采集口;所述第二射流喷嘴设于所述采集罩后部,第二射流喷嘴自采集罩后部朝向于采集口,且第二射流喷嘴的喷口邻近于所述第二内衬件底端。
5、作为优选,所述第一内衬件底端与采集罩内壁之间的间隙l1,以及所述第一内衬件顶端与采集罩内壁之间的间隙l2,满足以下关系式:15mm>l1>l2>5mm。
6、作为优选,所述第二内衬件底端与采集罩内壁之间的间隙l3,以及所述第二内衬件顶端与采集罩内壁之间的间隙l4,满足以下关系式:10mm>l3>l4>2mm。
7、作为优选,所述第一内衬件与采集罩内壁之间的平均间隙h1,以及所述第二内衬件与采集罩内壁之间的平均间隙h2,满足以下关系式:0.3h>h1>h2>2mm,其中h为采集罩前部内壁与采集罩后部内壁之间的平均最小间距。
8、作为优选,该深海采矿采集头装置还包括多个驱动件,至少一个所述驱动件设于采集罩前部且该驱动件的输出端连接所述第一内衬件的底端,至少另一个所述驱动件设于采集罩前部且该驱动件的输出端连接所述第一内衬件的顶端,至少又一个所述驱动件设于采集罩后部且该驱动件的输出端连接所述第二内衬件的顶端。
9、作为优选,所述第一内衬件的顶端与驱动件的输出端相接的部位设有调节槽,所述调节槽沿所述第一内衬件的长度方向延伸。
10、作为优选,该深海采矿采集头装置还包括设于采集罩内壁与第一内衬件之间的支撑件。
11、作为优选,所述支撑件的两端分别与采集罩内壁和第一内衬件铰接连接。
12、作为优选,该深海采矿采集头装置还包括设于采集罩前部的格栅组件,所述格栅组件包括连接轴、格栅板和紧固件,所述格栅板顶部与所述连接轴固定连接,所述连接轴两端通过紧固件连接所述采集罩。
13、与现有技术相比,本发明具有以下优点:
14、本发明的一种深海采矿采集头装置,通过在采集罩内部设置第一内衬件和第二内衬件,大幅降低射流喷嘴的射流与抽吸流体混合作用产生的涡流的产生几率,提高采集罩内部的局部流量,显著提升对于矿石的抽吸能力。
1.一种深海采矿采集头装置,其特征在于:该深海采矿采集头装置包括采集罩(1)、第一内衬件(2)、第二内衬件(3)、第一射流喷嘴(4)和第二射流喷嘴(5);所述采集罩(1)底部设有采集口(101),所述采集罩(1)顶部设有截面积小于所述采集口(101)的抽吸口(102),所述采集罩(1)前部具有弧顶朝向于所述采集口(101)的第一弧面(103),所述采集罩(1)后部具有弧顶朝向于所述采集罩(1)前部的第二弧面(104);所述第一内衬件(2)设于邻近所述第一弧面(103)的采集罩(1)内部且与采集罩(1)内壁之间具有间隙,第一内衬件(2)的截面弧线的弧顶朝向于所述采集口(101),第一内衬件(2)的截面弧线曲率大于所述第一弧面(103)的截面弧线曲率;所述第二内衬件(3)设于邻近所述第二弧面(104)的采集罩(1)内部且与采集罩(1)内壁之间具有间隙,第二内衬件(3)的截面弧线的弧顶朝向于所述采集罩(1)前部,第二内衬件(3)的截面弧线曲率小于所述第二弧面(104)的截面弧线曲率;所述第一射流喷嘴(4)设于所述采集罩(1)前部,第一射流喷嘴(4)自采集罩(1)前部朝向于采集口(101);所述第二射流喷嘴(5)设于所述采集罩(1)后部,第二射流喷嘴(5)自采集罩(1)后部朝向于采集口(101),且第二射流喷嘴(5)的喷口邻近于所述第二内衬件(3)底端。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:所述第一内衬件(2)底端与采集罩(1)内壁之间的间隙l1,以及所述第一内衬件(2)顶端与采集罩(1)内壁之间的间隙l2,满足以下关系式:15mm>l1>l2>5mm。
3.根据权利要求1所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:所述第二内衬件(3)底端与采集罩(1)内壁之间的间隙l3,以及所述第二内衬件(3)顶端与采集罩(1)内壁之间的间隙l4,满足以下关系式:10mm>l3>l4>2mm。
4.根据权利要求1所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:所述第一内衬件(2)与采集罩(1)内壁之间的平均间隙h1,以及所述第二内衬件(3)与采集罩(1)内壁之间的平均间隙h2,满足以下关系式:0.3h>h1>h2>2mm,其中h为采集罩(1)前部内壁与采集罩(1)后部内壁之间的平均最小间距。
5.根据权利要求1所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:该深海采矿采集头装置还包括多个驱动件(8),至少一个所述驱动件(8)设于采集罩(1)前部且该驱动件(8)的输出端连接所述第一内衬件(2)的底端,至少另一个所述驱动件(8)设于采集罩(1)前部且该驱动件(8)的输出端连接所述第一内衬件(2)的顶端,至少又一个所述驱动件(8)设于采集罩(1)后部且该驱动件(8)的输出端连接所述第二内衬件(3)的顶端。
6.根据权利要求5所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:所述第一内衬件(2)的顶端与驱动件(8)的输出端相接的部位设有调节槽(201),所述调节槽(201)沿所述第一内衬件(2)的长度方向延伸。
7.根据权利要求1所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:该深海采矿采集头装置还包括设于采集罩(1)内壁与第一内衬件(2)之间的支撑件(6)。
8.根据权利要求7所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:所述支撑件(6)的两端分别与采集罩(1)内壁和第一内衬件(2)铰接连接。
9.根据权利要求1所述的一种深海采矿采集头装置,其特征在于:该深海采矿采集头装置还包括设于采集罩(1)前部的格栅组件(7),所述格栅组件(7)包括连接轴(701)、格栅板(703)和紧固件,所述格栅板(703)顶部与所述连接轴(701)固定连接,所述连接轴(701)两端通过紧固件连接所述采集罩(1)。
