深海矿车扰动羽流抑制装置

技术领域

本发明涉及一种矿车开发过程中羽状流沉积物分离的技术领域，尤其是一种用于分离深海采矿车在切割与收集矿物、轨迹压痕等作业工作产生的羽状流沉积物的装置。

背景技术

当前，矿物处理过程中常用的颗粒物处理方法包括：静电分离法、滤袋过滤法、旋风分离法以及膜式过滤法等，其中，静电分离法仅用于大气静电除尘，并不适用于水中颗粒物过滤；深海采矿车的工作场景为水下2000-6000米的矿区，而滤袋和膜式过滤法需要定期更换过滤件，不具备可操作性。旋风分离机和自清洗膜式过滤器可以用于水下固液分离，然而，矿车形成的羽状流颗粒物空间尺寸较大，现有分离和过滤设备依然存在以下问题：1)深海矿车羽状流颗粒物过滤装置空白。现有深海采矿过程中现有人们对羽状流对海底生态环境的破坏作用机理和破坏效果依然未知，人们还没有重视对羽状流的控制，矿车羽状流控制装置产品空白，相关基础科研依然处于探索阶段；2)传统过滤装置通过管路与污染源连接，不能满足海水中颗粒物的抽吸与分离。3)传统过滤装置的流量处理能力有限。商业化深海采矿车的外形尺寸高达几米甚至十几米，以矿车行进速度0.5m/s为案例，矿车作业扰动引起的尾部羽状流颗粒物的海水体积接近十几万立方米，现有分离机和过滤器处理能力远低于这个容量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效抑制矿车作业工作产生的羽状流沉积物的控制装置，该装置采用分布式抽吸口对羽状流沉积物进行抽吸，采用大吸力深海高压泵对含颗粒物海水进行收集，采用固液分离器或自清洗膜式过滤器，对深海中羽状流沉积物进行固液分离的装置。分布式抽吸口布置、大吸力深海高压泵以及独特的内部加速运动产生高速旋转的涡流，进而高效率地实现颗粒物抽吸，并通过固液分离器或自清洗膜式过滤器实现对海水中特定尺寸的颗粒物进行精准分离。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种深海矿车扰动羽流抑制装置，包含颗粒物分离器、大吸力深海高压泵、羽状流抽吸口、管路，所述管路置于矿车的周围，所述管路下面设有多个羽状流抽吸口，所述管路输出口通过大吸力深海高压泵连接颗粒物分离器，通过大吸力深海高压泵的抽吸，使矿车产生的羽状流颗粒物从羽状流抽吸口抽到颗粒物分离器，由颗粒物分离器将羽状流中的水和颗粒物进行分离后排出再经过压实处理后排放到海底，达到抑制矿车羽状流沉积物的效果。

进一步，所述羽状流抽吸口呈分布式和阵列式排列。

进一步，所述分布式排列的羽状流抽吸口位于矿车履带的前后位置，用于矿车履带产生的羽状流颗粒物进行及时抽吸。

进一步，所述阵列式排列的羽状流抽吸口处于矿车头的后部，用于矿车头产生的羽状流颗粒物进行及时抽吸。

进一步，所述羽状流抽吸口4的外形是从吸入口部到尾部逐渐变小。

进一步，所述颗粒物分离器为旋风式固液分离器或自清洗膜式过滤器。

进一步，所述旋风式固液分离器内部设有离心机，由离心机使水流产生高速旋转的涡流，能将水和固体颗粒物有效的分离。

进一步，所述旋风式固液分离器，用于尺寸＞10μm的颗粒物的分离。

进一步，所述自清洗膜式过滤器内部设有自清洗式过滤网结构，能有效的将固体颗粒物进行分离沉淀。

进一步，所述自清洗膜式过滤器，用于尺寸＜10μm的颗粒物的分离。

本发明的有益效果是：

本发明的深海矿车扰动羽流抑制装置能有效的抑制矿车在工作中扰动产生的羽状流颗粒物。通过将羽状流颗粒物进行抽吸、拢集,并进行固液分离的过程，实现大颗粒物和水流分离后将颗粒物压实处理后集中、缓慢排放至海底，从而减少矿车工作产生的羽状流颗粒物对海底生物及海洋环境的影响。

附图说明

图1为安装了深海矿车扰动羽流抑制装置矿车的正三轴侧图示意图；

图2为安装了深海矿车扰动羽流抑制装置矿车的左侧视图示意图；

图3为安装了深海矿车扰动羽流抑制装置矿车的仰视图示意图；

图4为深海矿车扰动羽流抑制装置正三轴侧图示意图；

图5为固液分离器(或自清洗膜式过滤器)和大吸力深海高压泵正三轴侧图示意图；

图6为羽状流抽吸口正三轴侧图示意图；

图中：1.矿车，2.矿车头，3.履带，4.羽状流抽吸口，5.管路，6.固液分离器(或自清洗膜式过滤器)，7.大吸力深海高压泵，8.固液分离器(或自清洗膜式过滤器)出水口，9.固液分离器(或自清洗膜式过滤器)固体排放口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方式做进一步的阐述。

如图1至图6所示，本发明的深海矿车扰动羽流抑制装置，作为矿车1的附属配套装置，主要包含固液分离器(或自清洗膜式过滤器)6、大吸力深海高压泵7、羽状流抽吸口4、管路5等设备。管路5置于矿车1的周围，管路5下面设有多个羽状流抽吸口4，管路5输出口通过大吸力深海高压泵7连接固液分离器(或自清洗膜式过滤器)6。通过大吸力深海高压泵7的抽吸，使矿车1产生的羽状流颗粒物从羽状流抽吸口4抽到固液分离器(或自清洗膜式过滤器)6，固液分离器(或自清洗膜式过滤器)6将羽状流中的水和颗粒物进行分离后排出再经过压实处理后排放到海底，达到抑制矿车羽状流沉积物的效果。

矿车1在工作过程中主要是矿车头2和履带3前后产生大量的羽状流颗粒物。如图3所示，深海矿车扰动羽流抑制装置的羽状流抽吸口4呈分布式和阵列式排列，分布式羽状流抽吸口位于矿车履带3(前后履带)的前后位置，针对履带3产生的羽状流颗粒物进行及时抽吸，阵列式羽状流抽吸口位置处于矿车头2的后部，针对矿车头2产生的羽状流颗粒物进行及时抽吸。如图5所示，羽状流抽吸口4，其外形是从吸入口部到尾部逐渐变小(如喇叭状等，但不仅限于喇叭状)，能有效的保持吸入速度的同时又能增大吸入面积，更高效的吸入矿车产生的羽状流颗粒物。同时，还可以通过控制各个羽状流抽吸口的吸入口大小来控制吸入速度和通道启闭，可根据施工环境进行实时高效的抽吸。

如图3所示，通过大吸力深海高压泵7的作用，各个羽状流抽吸口4将抽吸的羽状流颗粒物输入到固液分离器(或自清洗膜式过滤器)6中，可用旋风式固液分离器或自清洗膜式过滤器。旋风式固液分离器，羽状流颗粒物进入固液分离器后，通过内部的离心机，使水流产生高速旋转的涡流，在离心力作用下，水和固体颗粒物能有效的分离；自清洗膜式过滤器，内部自清洗式过滤网结构能有效的将固体颗粒物进行分离沉淀。旋风式固液分离器对大于20μm颗粒物的分离率能达到98％，对10-20μm的颗粒物分离率达到85％，对5-10μm的颗粒物分离率达到75％，但对于5μm以下颗粒物的分离效率较差。自清洗膜式过滤器对0-10μm的颗粒物吸收率能达到99.5％，但对于大于10μm的颗粒物容易造成堵塞。因此对于深海矿区沉积物颗粒尺寸以＞10μm为主的情况，采用旋风分离器；对于颗粒物尺寸以＜10μm为主的情况，则采用自清洗膜式过滤器。分离后的干净水从固液分离器(或自清洗膜式过滤器)6顶部出水口8排出，分离出的固态颗粒物从固液分离器(或自清洗膜式过滤器)6固体排放口9排出，最后将固态颗粒物压实处理后缓慢排放到海底，从而实现抑制矿车羽状流沉积物的目地。