【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深海采矿，具体涉及一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统。
技术介绍
1、海底矿产储量巨大、品位高，深海采矿具有巨大潜力。深海采矿融合了海底作业、水下输送、动力输配、中央控制、水面支持等作业系统，被视为主要国家科技竞争的前沿领域。深海矿产开采系统是深海采矿的关键技术装备，主要包括拖斗式采矿系统、连续线斗式采矿系统、海洋梭式采矿系统和管道提升式采矿系统4种主要技术形式。其中，拖斗式采矿系统存在操作难度大、采矿效率低的问题。连续线斗式采矿系统因经常发生矿斗缠绕事故而影响正常生产。海洋梭式采矿系统制造成本及电池成本较高。而管道提升式采矿系统具有可连续作业、成本相对较低、采矿效率高等优势，成为最有前途的商业化深海矿产开采系统。
2、管道提升式采矿系统主要由采矿子系统、提升子系统、水面支持子系统(母船)、深排子系统组成。包括深海采矿船、举升泵、海底采矿车等关键核心装备。目前，各国采用不同系统方案经过多次模拟实验和试采，已将“海底集矿车—提升泵—提升硬管—水面支持系统”方案作为当前主流的采矿方法。
3、目前，在管道提升式采矿系统操作中，射流技术是一种核心方法，用于从海底悬浮和提取矿物资源，如多金属结核。然而，现有的双排射流采集系统在实际操作中经常会引发强烈的涡旋现象，这些涡旋会显著影响结核颗粒的上升速度和效率，从而降低整体的采矿效率。涡旋可以改变流体中颗粒的运动状态，在涡旋的作用下，本应随流体被抽吸上升的矿物颗粒可能因为涡旋产生的局部逆流而被驱使向下移动，从而阻碍颗粒上升。
4、因此，现在亟
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，通过物理和化学方法的结合，有效的解决了涡旋对整体采矿效率产生的负面影响。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，包括采矿车，所述采矿车的前端设置有水力采集机构。所述水力采集机构包括采集罩和设置于采集罩内的双排射流组件、破涡辅助射流组件、泵吸管道和冲采抽吸腔。所述冲采抽吸腔设置于采集罩的底端，所述泵吸管道设置于采集罩的上端且与冲采抽吸腔连通。所述破涡辅助射流组件包括辅助射流头，与辅助射流头连接的辅助高压射流管，所述辅助射流头的射流方向为贴采集罩的内壁倾斜向上。所述采矿车上设置有减阻剂混合箱和减阻剂智能注入系统，所述减阻剂智能注入系统的输出端与减阻剂混合箱连接，所述减阻剂混合箱与辅助高压射流管连接。
4、进一步的，所述破涡辅助射流组件对向设置有两组，两组所述破涡辅助射流组件独立控制。
5、进一步的，所述辅助高压射流管和减阻剂混合箱内分别设置有温度传感器，监测这些位置的温度对于评估减阻剂的热效应和确保流体温度适宜非常关键。
6、进一步的，还包括密度粘度传感器和涡旋流量计，所述密度粘度传感器和涡旋流量计间隔距离设置在辅助射流头的上方。监测改变后的流体密度、粘度和涡旋的形成和强度对于评估减阻剂的效果和确保流体性质符合操作要求至关重要。
7、进一步的，所述减阻剂混合箱内包含减阻剂，所述减阻剂为生物可降解减阻剂，减少了对海底环境的破坏。
8、更进一步的，所述减阻剂包括重量百分比0.1％-1.0％的黄原胶和重量百分比0.1％-1.0％的壳聚糖，余量为水。
9、更进一步的，所述减阻剂包括重量百分比0.2％的黄原胶和重量百分比0.3％的壳聚糖，余量为水。
10、进一步的，所述减阻剂混合箱内还包括表面活性剂或者分散剂，可以帮助保持减阻剂在流体中的均匀分散，避免在储存或喷射过程中的沉积和聚集。
11、进一步的，所述表面活性剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的重量百分比为0.1％-2.0％。
12、进一步的，所述减阻剂智能注入系统包括控制单元、泵送机构、流量计、减阻剂组分储存箱和输送管道。所述控制单元与泵送机构连接，控制泵送机构的工作状态，所述泵送机构一端通过输送管道与减阻剂组分储存箱连接，所述泵送机构的另一端通过流量计与减阻剂混合箱连接，保证减阻剂量的准确输入。
13、本专利技术所达到的有益效果为：
14、1、本专利技术基于传统双排射流系统，增设多级射流，其中新增加的破涡辅助射流组件专门设计用于有效干预涡旋形成。每个新增的破涡辅助射流组件均可独立控制，能够提供斜向上的贴壁流动。这种设计通过改变流向，以物理手段间接破坏或削弱涡旋的形成和发展，同时通过降低压差、破坏漩涡发展路径对漩涡形成机制进行干预。此外，通过降低射流间的压差，从根本上减少涡旋的生成，进一步优化了系统的流体动力性能。这样的改进不仅提高了射流效率，还有助于降低操作中的能耗和潜在的环境影响。
15、2、本专利技术选择具有生物可降解、无毒性和环境友好特性的减阻剂，这些减阻剂被注入到辅助射流头中，用于改变流体的流变特性，减阻剂的引入能显著提高射流的整体效率，通过减少流体的湍流强度，可以减少能量损失。同时，也减少了矿物颗粒因涡旋阻碍上升。此外，引入了减阻剂智能注入系统，通过精确控制减阻剂的浓度和注入时机，可以最大化其效果，确保射流在不同操作条件下均能保持最佳性能。
16、3、本专利技术在系统设计中充分考虑了深海生态系统的脆弱性，通过优化射流口配置和减阻剂的生态兼容性，减少了对海底环境的干扰和潜在的生态破坏。
17、4、本专利技术通过减阻剂能显著降低矿浆在提升管道中的摩擦阻力，这直接导致了整个提升过程的能量消耗减少，从而提高了能源效率和降低了操作成本。其次，减阻剂的使用增强了矿浆的流动性，使得矿石提升速度加快，提高了生产效率。另外，减少的流动阻力还有助于减少管道和泵的磨损，延长了设备的使用寿命，并减少了维护成本。
18、综上所述，本专利技术不仅提升了矿产提升过程的经济性和效率，还通过减少能耗和设备磨损，有助于最小化环境影响，推动了矿业活动的可持续发展。
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1.一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，包括采矿车(9)，所述采矿车(9)的前端设置有水力采集机构，其特征在于：所述水力采集机构包括采集罩(1)和设置于采集罩(1)内的双排射流组件、破涡辅助射流组件、泵吸管道(7)和冲采抽吸腔(5)；所述冲采抽吸腔(5)设置于采集罩(1)的底端，所述泵吸管道(7)设置于采集罩(1)的上端且与冲采抽吸腔(5)连通；所述破涡辅助射流组件包括辅助射流头(3)，与辅助射流头(3)连接的辅助高压射流管(8)，所述辅助射流头(3)的射流方向为贴采集罩(1)的内壁倾斜向上；所述采矿车(9)上设置有减阻剂混合箱(14)和减阻剂智能注入系统(15)，所述减阻剂智能注入系统(15)的输出端与减阻剂混合箱(14)连接，所述减阻剂混合箱(14)与辅助高压射流管(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述破涡辅助射流组件对向设置有两组，两组所述破涡辅助射流组件独立控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述辅助高压射流管(8)和减阻剂混合箱(14)内分
4.根据权利要求1或2所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：还包括密度粘度传感器和涡旋流量计(4)，所述密度粘度传感器和涡旋流量计(4)间隔距离设置在辅助射流头(3)的上方。
5.根据权利要求1所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述减阻剂混合箱(14)内包含减阻剂，所述减阻剂为生物可降解减阻剂。
6.根据权利要求5所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述减阻剂包括重量百分比0.1％-1.0％的黄原胶和重量百分比0.1％-1.0％的壳聚糖，余量为水。
7.根据权利要求6所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述减阻剂包括重量百分比0.2％的黄原胶和重量百分比0.3％的壳聚糖，余量为水。
8.根据权利要求5所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述减阻剂混合箱(14)内还包括表面活性剂或者分散剂。
9.根据权利要求8所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述表面活性剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的重量百分比为0.1％-2.0％。
10.根据权利要求1所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述减阻剂智能注入系统(15)包括控制单元、泵送机构、流量计、减阻剂组分储存箱和输送管道，所述控制单元与泵送机构连接，控制泵送机构的工作状态，所述泵送机构一端通过输送管道与减阻剂组分储存箱连接，所述泵送机构的另一端通过流量计与减阻剂混合箱(14)连接，保证减阻剂量的准确输入。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，包括采矿车(9)，所述采矿车(9)的前端设置有水力采集机构，其特征在于：所述水力采集机构包括采集罩(1)和设置于采集罩(1)内的双排射流组件、破涡辅助射流组件、泵吸管道(7)和冲采抽吸腔(5)；所述冲采抽吸腔(5)设置于采集罩(1)的底端，所述泵吸管道(7)设置于采集罩(1)的上端且与冲采抽吸腔(5)连通；所述破涡辅助射流组件包括辅助射流头(3)，与辅助射流头(3)连接的辅助高压射流管(8)，所述辅助射流头(3)的射流方向为贴采集罩(1)的内壁倾斜向上；所述采矿车(9)上设置有减阻剂混合箱(14)和减阻剂智能注入系统(15)，所述减阻剂智能注入系统(15)的输出端与减阻剂混合箱(14)连接，所述减阻剂混合箱(14)与辅助高压射流管(8)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述破涡辅助射流组件对向设置有两组，两组所述破涡辅助射流组件独立控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：所述辅助高压射流管(8)和减阻剂混合箱(14)内分别设置有温度传感器。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于多级射流破涡的深海高效采矿系统，其特征在于：还包括密度粘度传感器和涡旋流量计(4)，所述密度粘度传感器和涡旋流量计(4)间隔距离设置在辅助射流头...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪浩，刘茜茜，陈旭光，路晴晴，孙国栋，张弦，马宁，吴征奇，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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