一种水下颗粒分离装置及采矿车的制作方法

1.本发明涉及水下技术领域，尤其涉及一种水下颗粒分离装置及采矿车。


背景技术：

2.海洋底部蕴藏着丰富的矿产资源，随着科学技术的进步和陆地易采矿产资源逐渐减少，海底采矿日益引起重视。
3.现有的海底采矿挖掘机械在进行海底采矿作业时，通常直接采用输送装置将海底挖掘的混合物进行传送。这样输送的是矿产和淤泥的混合物。将混合物提升到海面，在海面上再进行分离处理。这样在提升混合物的过程中带出大量淤泥，夹带的大量淤泥不仅影响矿物从海底提升至海面的效率。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种水下颗粒分离装置及采矿车，旨在解决现有的混合物抽出的过程中带出大量淤泥而影响矿物提升的效率的问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.提供有一种水下颗粒分离装置，包括传输机构，所述传输机构用于将矿泥混合物定向输送；
8.吸取机构，所述吸取机构设置在所述传输机构的输送方向的一侧，所述吸取机构用于吸取所述传输机构上的矿泥混合物中的部分矿和淤泥。
9.可选地，所述传输机构包括：
10.带轮，所述带轮转动设置在输送方向的两端；
11.输送带，所述输送带套设在两端的所述带轮上，所述输送带通过所述带轮的驱动而循环移动；
12.挡板，多个所述挡板间隔设置在所述输送带的面板上。
13.可选地，所述挡板上开设有透水孔。
14.可选地，所述吸取机构包括：
15.吸泥主管道，所述吸泥主管道沿输送方向延伸设置；
16.吸泥分管，多个所述吸泥分管沿输送方向间隔设置，多个所述吸泥分管连通所述吸泥主管道，所述吸泥分管的开口朝向所述输送带的面板；
17.喷射器，所述喷射器连通所述吸泥主管道，所述吸泥主管道通过所述喷射器的启动而产生吸力。
18.可选地，所述水下颗粒分离装置还包括壳体，所述壳体内形成输送通道，所述传输机构设置在所述输送通道内；
19.所述吸取机构设置在所述壳体上，所述吸泥分管的开口连通所述输送通道。
20.可选地，所述水下颗粒分离装置还包括：
21.偏心滚轮，所述偏心滚轮设置在所述传输机构上，所述偏心滚轮通过转动用于将所述传输机构上的矿泥混合物扰动。
22.可选地，所述水下颗粒分离装置还包括射流管道，所述射流管道设置在所述传输机构的一侧，所述射流管道用于朝向所述传输机构上的矿泥混合物喷水。
23.所述射流管道的出水口朝向所述输送带的面板，所述射流管道中的水流方向垂直于所述输送带的面板。
24.可选地，所述水下颗粒分离装置还包括清洗机构，所述清洗机构包括清洗喷头，所述清洗喷头位于所述输送带的折返处，所述清洗喷头用于朝向所述挡板和所述输送带的面板喷射水帘。
25.可选地，所述挡板与所述输送带的面板垂直或倾斜设置，
26.当所述挡板与所述输送带倾斜设置时，所述挡板背离所述输送带的面板的一端沿输送方向逐渐远离所述输送带的面板；
27.多个所述挡板背离所述输送带的面板的一端的外形轮廓为l形或/和t形。
28.基于同样的构思，本方案还提出一种采矿车，包括矿车本体，设置在所述矿车本体上的矿车框架，以及如上所述的水下颗粒分离装置，所述传输机构沿斜上方延伸设置在所述矿车框架上。
29.有益效果：本发明中的一种水下颗粒分离装置及采矿车，矿泥混合物先被集中在传输机构的一端，启动传输机构，通过传输机构将矿泥混合物定向输送到另一端。在矿泥混合物沿输送方向被传送的过程中，位于所述传输机构一侧的吸取机构启动，启动后的吸取机构产生吸力，用于吸取所述传输机构上的矿泥混合物中的部分小颗粒矿和淤泥。通过吸取机构将传输机构上混合物中的淤泥吸走，使矿泥混合物中的淤泥和矿石实现分离，到矿石被输送到另一端时，再被集中后提升至海面。这样，提升过程中不会夹带大量淤泥，只抽取矿石，提高了矿物输送的效率，而且在海面上处理极少量的淤泥，大大减轻了清淤工作。另外吸取机构还能吸取出较小粒级矿石，而较大粒级矿石由于吸力不足而留在传输机构上。这样还能实现对矿石颗粒进行分拣的功能。被吸取机构所吸取的小粒级矿石可以通过安装和连接额外的分离单元来实现进一步分离。
附图说明
30.图1为本发明的水下颗粒分离装置的实施例的原理图；
31.图2为本发明的水下颗粒分离装置的实施例的局部原理图；
32.图3为本发明的水下颗粒分离装置的实施例的传输机构中挡板的示意图；
33.图4为本发明的采矿车的实施例的局部原理图。
34.附图标记说明：100、传输机构；110、带轮；120、输送带；121、面板；130、挡板；131、透水孔；140、偏心滚轮；150、射流管道；200、吸取机构；210、吸泥主管道；220、吸泥分管；230、喷射器；300、壳体；310、输送通道；320、混合物入口；330、矿石出口；400、清洗机构；410、清洗喷头；420、供水管；500、矿车本体；510、矿车框架。
具体实施方式
35.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中
给出了本技术的较佳实施方式。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本技术的公开内容理解的更加透彻全面。
36.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。
37.现有的海底采矿挖掘机械在进行海底采矿作业时，通常将挖起的矿物和淤泥的混合物(矿泥混合物)集中到输送装置的一端，直接采用输送装置将海底挖掘的混合物进行传送，将矿泥混合物输送到输送装置的另一端，再对矿泥混合物进行集中处理，如通过泵输送到海面的采矿船。这样输送的是矿产和淤泥的混合物。将混合物提升到海面，在海面上再进行分离处理。这样在提升混合物的过程中带出大量淤泥，夹带的大量淤泥不仅影响矿物送出海面的效率，而且要在海面上处理大量的海底带上的淤泥，大大增加了清淤工作的工作量。所有矿石混在一起，也不利于对矿石大小进行分拣。
38.如图1、图2所示，基于上述的各种问题，本技术的实施例中提供了一种水下颗粒分离装置。本水下颗粒分离装置应用在水底采矿车上，本实施例中的所述水下颗粒分离装置包括传输机构100，以及吸取机构200。所述传输机构100用于将矿泥混合物定向输送，具体为，本实施例中为方便结构描述，以将矿泥混合物从前方传动到后方作为参考。所述吸取机构200设置在所述传输机构100的输送方向的一侧，所述吸取机构200用于吸取所述传输机构100上的矿泥混合物中的部分小粒级矿和淤泥。所述吸取机构200可以设置在传输机构100的上侧、下侧、左侧或/和右侧，均能实现吸取矿泥混合物中的部分小颗粒矿和淤泥的功能。为使吸取效果更优，本实施例的所述吸取机构200设置在所述输送机构的上侧。
39.通过上述方案，矿泥混合物先被集中在传输机构100的一端，启动传输机构100，通过传输机构100将矿泥混合物定向输送到另一端。在矿泥混合物沿输送方向被传送的过程中，位于所述传输机构100一侧的吸取机构200启动，启动后的吸取机构200产生吸力，用于吸取所述传输机构100上的矿泥混合物中的部分矿和淤泥。通过吸取机构200将传输机构100上混合物中的淤泥吸走，使矿泥混合物中的淤泥和矿石实现分离，到矿石被输送到另一端时，再被集中后提升到海面。这样，提升过程中不会夹带大量淤泥，只抽取矿石，提高了矿物送出海面的效率，而且在海面上处理极少量的淤泥，大大减轻了清淤工作。另外吸取机构200还能吸取出较小粒级矿石，而较大粒级矿石由于吸力不足而留在传输机构100上。这样还能实现对矿石颗粒进行分拣的功能。被吸取机构200所吸取的小粒级矿石可以通过安装和连接额外的分离单元来实现进一步分离。
40.本实施例的具体结构中，所述水下颗粒分离装置还包括壳体300，所述壳体300内形成输送通道310，所述输送通道310沿前后方向开设，所述传输机构100设置在所述输送通道310内，具体结构中，所述传输机构100可设置多个，多个传输机构100沿左右方向并排设置在输送通道310内。通过设置多个传输机构100，同时启动多个传输机构100，在保证传输的稳定性的同时，增加输送宽度，可以提高传输效率。另外，所述壳体300的内壁挡在传输机构100的上方和下方，壳体300上方内壁与传输机构100之间形成一定高度的限位空间，可以对传输机构100的输送量有一定的限定作用，使输送机构的输送量不会过大，对本装置造成损坏，这样不同的通道高度可以用来适应特定的应用参数，如最大结核尺寸，以防止堵塞，
并确保最高的分离效率。所述吸取机构200设置在所述壳体300上，所述壳体300上方内壁上开设有多个通孔，吸取机构200通过通孔与输送通道310进行连通，这样完成吸取机构200的吸矿功能。
41.本实施例中的所述传输机构100具体包括：带轮110，输送带120，以及挡板130。所述带轮110转动设置在输送方向的两端，即前、后端均设置有带轮110。所述输送带120套设在两端的所述带轮110上，所述输送带120通过所述带轮110的驱动而循环移动。多个所述挡板130间隔设置在所述输送带120的面板121上。所述带轮110所在的两端的折返处，挡板130在输送带120的循环移动下到达前端的折返处，运动的挡板130从下向上转动，这样挡板130能托起流入到输送带120上的矿泥混合物，从而使矿泥混合物位于相邻的两挡板130之间被稳定传输，矿泥混合物被传输到后端的折返处时，挡板130向下运动，这样位于输送带120上的矿泥混合物被送出输送带120，完成输送过程。本实施例的具体结构中，所述壳体300内设置有固定架(图示中未画出)，所述带轮110通过转轴转动连接在所述固定架上，所述固定架上还连接有动力装置，如电动机和减速器等，为其中一个带轮110提供动力，驱动带轮110转动。如图2所示，所述输送带120的一种形式中，可由多个相铰接的面板121组成，面板121具体一定的结构强度，可以支持足够的矿泥混合物。当矿泥混合物带有质量较大的矿石时，输送带120也能实现稳定支撑，实现大矿石的稳定输送。
42.如图2所示，本实施例中的所述挡板130上开设有透水孔131。透水孔131设置有多个，这样使挡板130具有透水的功能，当输送带120在输送过程中，输送通道310内也能产生一定的水流，这样便于水流通过透水孔131冲洗矿石上的淤泥，这样使矿石更清洁。另外当挡板130运动到输送带120的下方时，输送通道310内通过挡板130的运动而产生一定的水流，这样可以把挡板130上的淤泥冲掉，实现挡板130的清洁，减轻挡板130的负载。
43.如图1、图2、图3所示，本实施例中的所述挡板130与所述输送带120的面板121倾斜设置或垂直设置，即如图3中的b2角为锐角或直角。当b2角为锐角时，所述输送带120的面板121指承载矿泥混合物的表面板121。所述挡板130背离所述输送带120的面板121的一端沿输送方向逐渐远离所述输送带120的面板121。具体为当挡板130运动到输送带120上方时，上方的所述挡板130的前端与输送带120的面板121相连接，上方的挡板130的后端朝向上的方向上翘，这样使挡板130和输送带120的面板121之间形成外形轮廓为锐角的槽，从而当矿泥混合物置于槽内时，矿泥混合物不易脱出输送带120。多个所述挡板130背离所述输送带的面板的一端的外形轮廓为l形或/和t形。即一条输送带上的所有挡板上端设为l型，或一条输送带上的所有挡板上端设为t型，或一条输送带上的部分挡板上端设为t型和部分挡板上端设为l型。从而把矿泥混合物限制于由输送带面板、挡板以及面板形成的槽内，使矿泥混合物不易脱出输送带。
44.如图1、图2所示，本实施例中的所述吸取机构200具体包括：吸泥主管道210，吸泥分管220，以及喷射器230。所述吸泥主管道210沿输送方向延伸设置，多个所述吸泥分管220沿输送方向间隔设置，多个所述吸泥分管220连通所述吸泥主管道210，所述吸泥分管220的开口朝向所述输送带120的面板121，所述吸泥分管220的开口连通所述输送通道310。所述喷射器230连通所述吸泥主管道210，所述吸泥主管道210通过所述喷射器230的启动而产生吸力。本实施例中的喷射器230采用喷射泵。通过启动喷射器230，喷射器230使连通的吸泥主管道210中产生吸力，通过各个吸泥分管220将吸力释放到输送带120上方的各个位置，使
输送带120的上方均能产生吸力。通过吸泥分管220中的吸力吸取所述传输机构100上的矿泥混合物中的部分矿和淤泥。具体结构中，所述吸泥主管道210与所述吸泥分管220可单独由各标准管焊接而成，也可以直接在外壳上通过各种板焊接出各管道，从而形成吸泥主管道210及吸泥分管220。
45.如图1、图2所示，本实施例中的所述吸泥分管220倾斜设置在所述外壳上，所述吸泥分管220连接所述吸泥主管道210的一端沿输送方向逐渐远离所述输送带120的面板121。具体为所述输送带120的面板121与所述外壳的上内壁平行设置，所述吸泥分管220与所述外壳的上内壁形成一定倾斜角度。这样吸泥分管220中吸力的倾斜施加到所述输送带120面板121的矿泥混合物上，这样有对吸泥分管220吸取口位置的泥矿混合物有一定的缓冲作用，防止直接吸取混合物，产生过大吸力而堵住吸泥分管220吸取口。
46.上述采用输送机构和吸取机构200协同工作，可通过控制输送带120运输速度和喷射器230流量来适用同不的输送环境。改变控制输送带120运输速度和喷射器230流量，以适应不同重量和尺寸的两种(或更多)材料类型的分离。且每组吸取机构200可在输送带120沿线(前后方向)的不同位置所设置的吸泥分管220的开口大小不一样，这样可以控制不同位置的吸力与流量。如靠前端的吸泥分管220的开口大于靠后端的吸泥分管220的开口，这样大量淤泥在前端吸取，而后端可重点吸附贴附在矿石表面的淤泥，从而使矿石表面更加干净。
47.如图1、图2所示，本实施例中的所述水下颗粒分离装置还包括偏心滚轮140。所述偏心滚轮140设置在所述传输机构100上，所述偏心滚轮140通过转动用于将所述传输机构100上的矿泥混合物扰动。偏心滚轮140转动时，偏心滚轮140使输送带120产生振动，从而输送带120上的矿泥混合物由于输送带120的抖动而分散，由于输送通道310内水流的作用，这样将矿泥混合物扰动。通过将混合物搅动，可使较轻较细的矿石颗粒和淤泥悬浮在液体中，这确保了不同颗粒流的分离。较大/较重的颗粒流留在传送带上，较轻/较小的颗粒在偏心滚轮140的扰动下被释放产生悬浮，有利于淤泥的分离和大小矿石的分拣。本实施例的具体结构中，所述偏心滚轮140设置在所述输送带120所围成的空间内，且所述偏心滚轮140为椭圆形偏心滚轮140，椭圆形偏心滚轮140设置有多个，多个所述椭圆形偏心滚轮140沿前后方向间隔分布，所述椭圆形偏心滚轮140通过转轴转动连接在固定架上，这样椭圆形偏心滚轮140的两端均为凸起部，当椭圆形偏心滚轮140转动时，可以同时对输送带120的上部和输送带120下部进行间歇性顶动，不仅对输送带120上部的矿泥混合物进行扰动，而且可将下部输送带120上未清理的淤泥抖落。通过一个偏心滚轮140同时实现两种功能，提高了工作效率。
48.如图1、图2所示，本实施例中的所述水下颗粒分离装置还包括射流管道150，所述射流管道150设置在所述传输机构100的一侧，所述射流管道150用于朝向所述传输机构100上的矿泥混合物喷水。通过射流管道150对传输机构100上的矿泥混合物喷水，可以将较轻较细的颗粒释悬浮，这样对输送带120上的矿泥混合物进行进一步扰动，提高了扰动幅度，使矿石和淤泥分离的更充分。本实施例中的具体结构中，所述射流管道150设置有多个，多个所述射流管道150沿前后方向间隔分布，多个射流管道150与多个所述椭圆形偏心滚轮140可互相配合实现对矿泥混合物的扰动。多个所述射流管道150可布置在输送带120的左侧、右侧或下侧。当射流管道150布置在输送带120的下侧时，所述输送带120的面板121上开
设有若干小孔，该小孔不足以漏出矿石。所述射流管道150朝向所述输送带120的面板121的表面喷水，这样不仅能使输送带120上部的面板121上的矿泥混合物进行扰动，而且对输送带120下部的面板121表面可进行清洗，同时实现扰动和清洗的功能。本实施例中的所述射流管道150的出水口朝向所述输送带120的面板121，所述射流管道150中的水流方向垂直于所述输送带120的面板121。这样通过射流管道150中的水流直接对输送带120上部的面板121上的矿泥混合物进行冲击，使扰动力度大，搅动更充分。
49.上述过程中，矿泥混合物进入本水下颗粒分离装置，通过输送带120进行输送。通过偏心滚轮140和/或射流管道150中的喷射流进行扰动，使较轻较细的颗粒悬浮在液体中。这确保了不同颗粒流的分离：较大/较重的颗粒流留在输送带120上，较轻/较小的颗粒产生悬浮，进而悬浮液更靠近吸取机构200而被吸走。当矿石和淤泥有彼此粘附的情况，通过偏心滚轮140和射流管道150中的喷射流共同作用进行扰拌，能更好的实现其粘性粘土或颗粒的混合物的分离效果。
50.如图1、图2所示，本实施例的具体结构中，所述水下颗粒分离装置还包括清洗机构400，所述清洗机构400包括清洗喷头410，所述清洗喷头410位于所述输送带120的折返处，所述清洗喷头410用于朝向所述挡板130和所述输送带120的面板121喷射水帘。通过清洗喷头410所喷射出的水帘，对输送完矿石后的挡板130进行冲洗，这样将挡板130上的淤泥可冲洗下来，防止挡板130回带淤泥。本实施例的具体结构中，所述清洗喷头410设置在所述壳体300的后端，所述清洗喷头410所喷射出的水帘朝向从上方转动到下方的挡板130，这样可将淤泥冲洗后，使泥水从矿石的出口被冲出。本实施例中的所述清洗喷头410和所述射流管道150可共用一条供水管420。这样可以节约管道。
51.本水下颗粒分离装置的工作原理为：结核和淤泥混合物(矿泥混合物)进入机器后，被转移(根据需要可选用转移轮)到输送带120的面板121上。输送带120上有足够大档板，以配合最大结核的尺寸。通过设置在输送带120面板121边缘的射流管道150中射出的水射流，水射流与输送带面垂直，使用水射流清除矿石结核中夹带的沉积物，并将两种物质类型分开。偏心滚轮140的使用也增加了沉积物的扰拌和释放。通过射流管道150中射出的水射流和偏心滚轮140对输送带120的顶动，将淤泥/粘土/砂/碎屑颗粒从混合物中释放出来，并使其悬浮。位于提升带面板121的上方一组吸取机构200用于将悬浮泥沙从混合物中吸出。吸取机构200的喷射流量可以改变(从而改变吸入流量)以优化淤泥吸取，并使与淤泥一同进入淤泥回路的细小矿石损失降至最低。输送带120的速度也可以从最低要求的传送速率往上变化。结合上述调整可优化分离效率，以适应各种不同的现场条件(不同的粒级、不同的材料)。
52.上述的水下颗粒分离装置的一个典型应用是：使用在海底环境中收集多金属结核，其中海底收集多金属结核的过程中会夹带一定比例的细粒粘土/粉土/砂/碎屑，在这种情况下，两种类型的颗粒在粒级上存在显著的粒径差异，通过本装置中的吸取机构吸取出较小粒级矿石，而较大粒级矿石由于吸力不足而留在传输机构上。这样还能实现对矿石颗粒进行分拣的功能。
53.当应用在近海或内陆水体中，壳体上的混合物入口和其中一个出口(例如淤泥出口)向水体开放，将淤泥直接排放到原有水环境中。而所需矿物被排放至下游矿石运输系统。
54.在陆上加工情况下，则可提供水源来湿润混合物，而提供的水可以在循环系统中循环使用。如果两条/多条通道都是矿石，即所述吸取机构的出口处也有矿石，所述传输机构的出口处有矿石，两处均需要进行分离，以便对不同的粒度进行不同的加工。例如，其一矿石流可被送至压滤机或泡沫浮选回路，而另一股矿石流则被送至脱水回路。
55.如图4所示，基于同样的构思，本方案还提出一种采矿车，包括矿车本体500，设置在所述矿车本体500上的矿车框架510，以及如上所述的水下颗粒分离装置，所述传输机构100沿斜上方延伸设置在所述矿车框架510上。
56.所述壳体300的斜下方设置为混合物入口320，所述壳体300的斜上方为矿石出口330，所述传输机构100将矿泥混合物从混合物入口320定向输送到矿石出口330。矿泥混合物在传输过程中，经过吸取机构200吸取矿泥混合物中的部分矿和淤泥，形成干净的大矿石出矿石出口330中流出。本采矿车中，通过传输机构100将矿石结核进行提升。
57.这里使用图1作为示例，在海底采矿的应用场景中进一步阐述了本采矿车的使用原理。水下颗粒分离装置的输入是多金属结核和海底沉积物/淤泥的混合物。在这种情况下，输送带120是一个提升带，允许提升足够的高度，使清洁后的结核通过车载破碎机和泵送系统，向提升系统输送清洁产品。从吸取机构排出的海底沉积物(粘土/淤泥/砂/碎屑)被送入采矿车上的扩散器，扩散器可以将其散布到采矿车后面已采过的路径上，在海床或内陆水下采矿作业中，它的淤泥排放还可以恢复海床。本水下颗粒分离装置的特性和设计的简单性可易于构建扩展结构，以便在特殊应用场景中使用。可调整皮带速度和流量，以优化混合物的分离效率。
58.综上所述，本发明中的一种水下颗粒分离装置及采矿车，矿泥混合物先被集中在传输机构100的一端，启动传输机构100，通过传输机构100将矿泥混合物定向输送到另一端。在矿泥混合物沿输送方向被传送的过程中，位于所述传输机构100一侧的吸取机构200启动，启动后的吸取机构200产生吸力，用于吸取所述传输机构100上的矿泥混合物中的部分矿和淤泥。通过吸取机构200将传输机构100上混合物中的淤泥吸走，使矿泥混合物中的淤泥和矿石实现分离，到矿石被输送到另一端时，再被集中后提升到海面。这样，提升过程中不会夹带大量淤泥，只抽取矿石，提高了矿物送出海面的效率，而且在海面上处理极少量的淤泥，大大减轻了清淤工作。另外吸取机构200还能吸取出较小粒级矿石，而较大粒级矿石由于吸力不足而留在传输机构100上。这样还能实现对矿石颗粒进行分拣的功能。被吸取机构200所吸取的小粒级矿石可以通过安装和连接额外的分离单元来实现进一步分离。
59.因此，在水下矿物工业应用中，通过本水下颗粒分离装置能生产出比其他情况更清洁的矿石产品，避免大量淤泥被带上海面，从而降低立管系统(将矿石输送到海面上)和基于船舶/平台的淤泥处理和脱水系统所需的容量和运行成本。而且水下颗粒分离装置可用于有水源的任何处理回路中，以从材料混合物中分离多个不同粒度级的物流——从混合物中把矿产品和废物分离或分离出不同粒度等级的矿产品。水下颗粒分离装置可用于废水
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污水系统中，以分离大颗粒废物和小颗粒废物。另外，当安装在移动式水下设备上时，水下颗粒分离装置可用于各种需要从源头上分离的应用，包括清理海滩和近岸污染。
60.应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。