[发明专利]一种新型海底扬矿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型海底扬矿装置，具体说来为一种气力提升系统和水力提升系统的联合进行提矿的设备。

背景技术

海洋占地球表面积约为71%，是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在资源基地。除海洋油气资源外，海底目前已知有商业开采价值的还有多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源。这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金、银金属等，总储量分别高出陆上相应储量的几十倍到几千倍。随着人类对金属资源需求的不断增加和陆地矿产资源的不断枯竭，海底矿产资源必将成为人类21世纪的接替资源。

然而深海底的巨大水压力、海洋的风浪流复杂流场等，使海洋矿产资源开发面临极为严峻恶劣的环境。现有陆地上已发展成熟的采矿技术很难适应深海矿产资源的开采。目前针对海底矿产资源的提升方式主要是通过泵和管道以水力方式将矿物从海底抽取至海面，该方法在石油和天然气的开采方面已经取得了较大的成功，然而海底矿石颗粒与石油或天然气存在形式不同，在管道输送过程中，矿石流动性非常差，经常发生管道堵死情况。另外，水力方式提矿时，固体颗粒进入水泵时在转子的带动下做高速转动极易将水泵的叶片破坏。

发明内容

本发明是为了解决海底矿石难于运输的问题，从而设计出一种海底扬矿装置，本发明结构简单，灵活性好，摒弃了传统气力扬矿提升效率差和传统的水力扬矿水泵易破坏的缺点，气体经过气力提升组件（A）与流体发生混合，不仅起到了传统气举的功效，还兼有射流泵的功能，在增强矿石的输送能力的同时，强大的气流还能离散固体颗粒从而起到解堵作用。水力提升组件（C）下端接有水-气排管（17），管道外接高速离心泵，在离心泵的作用下，吸矿箱内形成局部真空，这更增强了系统提升矿石的能力，此外，矿石进入箱体（11）时，由于过滤板（15）的作用，气液经水-气排管（17）排除，矿石颗粒被截留在箱体（11）内，待箱内盛满后，矿石连同箱体（11）能直接被托运，省去了矿石装载的麻烦。

一种海底扬矿装置，包括气力提升组件（A）、输矿管（B）、水力提升组件（C）。输矿管（B）入口与气力提升组件（A）通过法兰（7）相连，输矿管（B）出口与水力提升组件（C）通过法兰相连。

上泵体（6）为气力提升组件（A）的核心部件，它由吸入段、喉管段、扩散段组成。吸入段锥度14⁰，其轴心与气流流速一致，在该吸入段内，矿石与水液在此段内沿着轴线作加速运动；喉管段为圆柱形孔，在该区域气流与液固相进行瑞动混合，气相通过紊动扩散作用将能量和动量传向矿石颗粒，充分完成气固液三相之间的能量和动量交换；扩散段锥度为14⁰，在该区域内，液固两相进一步混合，且压力持续升高，并以较大的速度流向输矿管（B）。

气流经环形喷嘴（2）加速后射入吸入段，此时气流环绕在吸入段入口周围形成环形射流，该环形射流的表面积较大，吸入口压降大，矿石与水液被快速卷入吸入室。

端盖（3）上开有进气孔，下泵体（2）、端盖（3）、环形喷嘴（5），上泵体（6）环形气腔，空气经空压机送入由空压机接头（4），进入气腔后，由环形喷嘴（2）射出。

所述环形喷嘴（5）锥孔锥度为14⁰，与上泵体（6）为过盈配合，环形喷嘴（5）与下泵体（2）之间有密封垫片。

所述上泵体（6），端盖（3），下泵体（2）之间的连接方式为焊接。

所述吸矿口（1）为喇叭形，上端与下泵体（2）通过焊接方式连接。

所述水气共排管（17）左端与箱体（11）焊接，右端连接高速离心泵。所述加强筋（16）位于箱体（11）正中面，与箱体（11）底面和过滤板（15）焊接。

所述过滤板（15）开有密集型小孔，孔径为2mm，嵌入在箱体（11）凹槽中。

所述箱盖（13）与箱体（11）通过螺栓（14）连接，为保证箱内的密封性能，在箱盖（13）与箱体（11）之间装有密封圈（12）。

所述连接管（10）输出端与箱体（11）焊接。连接管（8）输入端与输矿管（B）通过法兰联接。

附图说明

图1为本发明（一种海底扬矿装置）的外部结构示意图。

图2位本发明的剖视图。

图3为气力提升组件剖视图。

图4为水力提升组件剖视图。

具体实施方式