[发明专利]基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头及集矿方法

权利要求书

1.一种基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：

包括一截面呈人字形的集矿腔体，所述集矿腔体上部为一对曲面壁(7)，所述曲面壁(7)分为两段曲面单元，两段曲面单元中间由柔性连接层(6)相连；

两段曲面单元之间由至少一液压缸(5)连接，通过液压缸(5)伸缩可调节位于下部的所述曲面壁的曲率；

所述人字形的集矿腔体两端各设置一喷射筒体，所述喷射筒体上设有与集矿腔体入口对应的长条形状或长条形布置的喷口；所述喷射筒体与供水管路连通；所述喷射筒体的轴端通过一连杆固定于一摆动机构上，所述摆动机构可带动喷射筒体小幅摆动，进而使得所述喷口的朝向与集矿腔体入口相适应。

2.如权利要求1所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：所述摆动机构包括液压旋转机构(8)，所述液压旋转机构(8)通过其输出轴带动锥齿轮(8a)转动，通过锥齿轮(8a)带动齿轮(8b)转动，所述连杆与所述齿轮(8b)相对固定。

3.如权利要求2所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：一对液压旋转机构(8)设于集矿腔体的前后两侧，分别控制一侧的喷射筒体的摆动，各自的油管及信号线沿所述集矿腔体的前后两侧的方向向上延伸。

4.如权利要求2所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：位于上部的所述曲面壁(7)及集矿设备本体相对固定。

5.如权利要求1所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：还包括泥橇板(4)，所述泥橇板(4)位于集矿腔体下方，并通过减震装置(3)与集矿腔体连接。

6.如权利要求5所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：

所述减震装置(3)为沿泥橇板(4)长度方向设置的可多点调节的主动式减震调节装置和被动式减震调节装置；

所述主动减震调节装置为刚性的伸缩部件，所述伸缩部件通过伸缩调节所在点位下泥橇板(4)上端与集矿腔体下表面之间的间距；伸缩调节后可锁定；

所述被动式减震调节装置为弹簧组件，所述弹簧组件通过弹性伸缩调节所在点位下对于集矿腔体的支撑力；

在主动减震调节装置锁定后，集矿头进入被动式调节模式，实现行进过程中的集矿头能够动态实时地贴靠海床表面，对海底地形变化进行自适应。

7.如权利要求6所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：所述泥橇板(4)具有一对，设置在集矿腔体左右两侧的下方。

8.如权利要求6所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿头，其特征在于：所述喷射筒体为横卧的圆筒形状；所述泥橇板(4)的前端呈锥形。

9.一种基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿方法，其特征在于：采用权利要求1-8中任意一项所述的射流姿态自调节水力式集矿头；

当所处海底矿区洋流较小、对生态保全要求相对较低且矿粒埋没较深时，通过增大前后喷口与与水平线之间的夹角及曲面壁曲率，来增加矿石颗粒采集率；

当矿区所处位置洋流较大、对海底生态保全要求较高、矿石颗埋没深度较低、海床表面沉积物松软易扩散时，通过减小前后射流喷口与水平线的夹角及曲面壁曲率，在保证采集率的情况下降低对海床附近扰动。

10.如权利要求9所述的基于康达效应的射流姿态自调节水力式集矿方法，其特征在于：

集矿头离底高度通过可调节支撑高度的减震装置先后实现主动式和被动式调节：

通过主动减震调节装置主动式调节实现集矿头作业过程中的离底高度实时可控；

在锁定主动减震调节装置后由被动式减震调节装置实施被动式调节。