[发明专利]一种基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备

说明书

本发明涉及一种海底集矿装备，包括设备主体、多个海底适应性集矿器及各自输矿管；输矿管将设备主体与海底适应性集矿器连接，输矿管能够受控调节伸出设备主体的长度；海底适应性集矿器具有履带行走机构，能够受控自主行走。本发明利用水下探测器探测作业区域附近的海底地形和矿物分布，根据探测的信息合理地规划海底集矿器和储矿车的行进路径；多台海底适应性集矿器同时独立工作，让集矿器轻小型化，减少集矿作业对海底生态环境的破坏；设备主体可选择相对平坦的海底路径，避开崎岖的道路；集矿器诱导水平的螺旋流，有利于增强集矿效果，提高单位能耗的抽吸力，从而配置更少数量的更小体积的水泵，降低集矿机主尺度从而大大降低能耗，更加环保。

技术领域

本发明涉及一种海底集矿装备，尤其涉及一种智能化协同作业海底集矿装备。

背景技术

海洋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。除海洋石油气资源和海滨矿砂外，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。2013年我国又正式获得一块太平洋富钴结壳矿区。显然，深海矿产资源的开发必须依赖深海采矿装备进行。2015年5月19日公布的《中国制造2025》为“制造强国”战略指明了方向，把“海洋工程装备及高科技船舶”归为重点突破的十大战略领域之一，着重进行先进海洋工程装备的研发和国有化。

随着现代通信技术的发展和自动化控制的普及，智能化设计越来越受到重视。近年来，在电力、机械、化工、制药、建筑、物流等各个领域，智能化装备都得到了广泛的应用。在这样的时代背景下，海洋工程装备的智能化也成为必然趋势。尤其对于深远海作业而言，实现作业装备的智能化、自动化能够大大降低人力物力投入，有效提高作业生产率，对于海洋资源的合理开发具有十分重要的意义。

现有的海底集矿装备：

集矿器与主体为一体式结构，对设备的行走道路有一定要求(不可过于崎岖)，对采矿的范围造成了不利影响；

为了保证一定的采矿效率，设备的行走速度被迫提高，影响了设备的可控性和可靠性；

集矿器的吸附能力较弱，公布日为2016年2月24日，公布号为CN105350968A的中国专利文献，公开了一种海底集矿车，其采用的吸矿罩采用了螺旋导流板和水射流喷嘴，从其附图上可以看出，这种螺旋导流板与水射流喷嘴未能实现良好的配合，而且这种形式的螺旋导流板对提高吸附力的功效也十分有限；此外，其吸矿罩的密封不足，也会导致吸附能力的不足；

集矿器随主体移动时容易与矿石或其他障碍物发生碰撞，集矿器必须向上提升避开障碍物，导致吸力不足，当避让不及时，碰撞对集矿器会产生一定损伤；

由于水下地形复杂，现有海底集矿装备行走时，对于水下复杂地形的探测不足，对于矿物分布也探测不足，影响了行进路径的正确引导判定，也影响了对于高风险作业区域的避开。

发明内容

本发明的目的是提供一种海底集矿装备，集矿器与主体之间采用分体式结构，主体行进缓慢的过程中集矿器自身可以自由移动，寻找合适的矿区进行采吸，提高采矿效率；提高集矿器的抽吸能力，同时使集矿器可以避让障碍物。

本发明采取以下技术方案：

一种基于旋涡水动力特性的集群式深海海底集矿装备，包括设备主体、多个海底适应性集矿器10及各自输矿管；所述输矿管将设备主体与海底适应性集矿器10连接，所述输矿管能够受控调节伸出设备主体的长度；所述海底适应性集矿器10具有履带行走机构，能够受控自主行走。该设计与传统的“一体化”结构相比有效提高了运动的灵活性，并且集矿器距海底高度不会随地形快速变化，使集矿效率稳定。

进一步的，所述海底适应性集矿器10的四周均匀布置多个小型履带19，构成所述小型履带行走机构。