循环操作泵送方法和系统与流程

1.本发明涉及一种输送材料的方法、输送材料的系统、相应地控制该系统的计算机程序、以及管段和这样的管段的组合结构，尤其是分别用于所述系统和用于应用所述方法的管段和组合结构。
2.待输送的材料可以是水平或竖直系统中的粘性较大或较小的物质，但是所述方法也可在海底条件下应用，例如用于开采和向海面输送诸如在深海海底发现的矿物团和其它沉积物的材料。在该情况下，待输送的材料包括存在于液体(即，水)中的固体。


技术实现要素：

3.本发明的一个目的是提供一种通常用于有效地输送材料的方法和配套系统，尤其是用于开采和提升包含有用成分和金属的矿物团。
4.此外，根据权利要求1的本发明的方法的特征在于，利用可打开或封闭的至少一串互连的管段输送材料，其中的至少一个下游管段保持待输送的材料，由此产生液体射流，该液体射流使所保持的材料向上游加速流出至少第一下游管段进入至少一个打开的上游管段，然后该打开的上游管段保持一材料部分，等待下一液体射流将该部分传送到下一上游管段。
5.类似地，根据权利要求7的用于输送材料的系统包括：
[0006]-能够打开或封闭的至少一串互连的管段，由此在操作中所述一串管段保持待输送的材料，以及
[0007]-布置在相应的管段中或由相应的管段实现的液体射流产生装置，由此产生的液体射流使至少下游管段中的材料部分加速进入打开的上游管段，该打开的上游管段然后保持该材料部分。
[0008]
本发明人的想法是：泵送包括在液体中的固体的材料只能通过加速其中的固体进行。由于加速的程度在实际情况中是有限的，因此建议采用停停走走的循环方式，在该循环中，材料中的固体被顺序地保持，借助于液体射流被加速并且然后被再次保持，但是现在至少部分地在下一个管段的上游。在加速阶段中，通常比其周围的液体重的固体没有获得时间下沉。因此，尤其是固体的保持、加速和保持的重复循环保证它们从一个管段到下一个上游管段依次向上游移动。
[0009]
根据本发明的方法的一个实施例的特征在于，通过打开和封闭独立控制的管段，被限制在封闭的管段之间的材料的相继部分被逐步输送通过所述一串互连的管段。
[0010]
通过独立地控制管段，会发生至少一批材料的逐步顺序输送。这有利地导致在相继管段的串联布置结构中循环地推进相继批次的可能性。更进一步的优点是：在深海中在竖直排布的系统中使用所述方法开采锰团块等情况下，如果需要更高的固体产量，那么可提供这种成串管段的并行布置。这种并行布置在泵送效率方面会具有更进一步的优点，因为一串管段和其相邻的一串管段中的泵送作用可按相反的相位相互配合。
[0011]
根据本发明的方法的另一个实施例提供了对这种重复循环的一种改良操作控制，
其特征在于，对具有固定在其中的柔性内管的互连的管段进行控制，从而通过对管段与柔性内管之间的压力空间加压或减压，柔性内管的随之产生的向内或向外弯曲封闭或打开相应管段。
[0012]
此外，本发明的一个优点在于：这个管段控制方法和布局的实施例可用作可控阀门，或者用作强制泵、抽吸泵，即，一种用于带有固体的液体的双作用泵。
[0013]
根据本发明的方法的另一个实施例的特征在于，通过以下产生指向待输送的材料的液体射流：
[0014]-通过相对于被保持的材料位于下游的管段中的泵驱动喷嘴，和/或
[0015]-通过相对于被保持的材料位于下游的管段，该管段具有向内弯曲的内管，该内管的压力空间是泵驱动的。
[0016]
这种方法的一个优点是：用作可控泵的泵可由普通的可控液体泵实现。
[0017]
根据本发明的方法的另一个实施例的特征在于，如果所述泵附接至指定的大体上竖直排布的管段，那么所述泵基于相对于局部水压的压力差工作。
[0018]
在深海条件下，对于具有与深度相关的压力的水，所述泵将必须增加所需的压力差，以推动受限的材料经过一个或多个管段，在这种情况下，普通的离心泵或齿轮泵就足够了。
[0019]
根据本发明的系统的一个实施例的特征在于，固定在管段中的柔性内管是沿着上游方向径向向外扩口的柔性内管。
[0020]
在压力空间被加压时，这种扩口促进由下游管段保持的液体和固体明确地向上游流动进入上游管段。
[0021]
根据本发明的系统的另一个实施例的特征在于，该系统包括可编程处理器，该可编程处理器能够将数据地址信号至少通信至每个能唯一地寻址的管段和液体射流产生装置，以产生连续射流以及管段的匹配的打开和封闭动作，并且所述处理器被编程为使得所述材料部分像行进的波浪一样被从这些管段向上游推进到下一管段。
[0022]
由处理器进行的可编程控制保证了系统中的必要控制动作的顺畅进行。此外，可利用在处理器中运行的操作软件采取适当的动作，这通常是根据提供实际控制和定时参数值的本地存在的传感器进行的。
附图说明
[0023]
现在将参照附图进一步阐述本发明的特征及其另外的优点，其中相似的部件以相同的附图标记表示。在附图中：
[0024]
图1示出了根据本发明的系统，该系统在此具有竖直配置的互连可控的管段；
[0025]
图2示出了用于图1的系统的根据本发明的管段的一个可能实施例的详图；
[0026]
图3示出了安装在图2所示的管段一端处的可枢转支架形式的单向装置的俯视图；以及
[0027]
图4示出了图1的系统的矩阵图，其中在以a-z表示的行中示出了互连的管段，并且在每一列中示出了在所保持的材料被向上游输送时在以1-14表示的事件序列期间该行中的管段的打开/封闭状态。
具体实施方式
[0028]
图1示出了用于输送材料的系统1，该材料主要为液体形式，例如水，尤其是海水，在该液体中存在固体，例如矿物团，尤其是锰团块。系统1包括一串互连的管段2，但是，如果需要，系统1也可包括并行工作的两串或更多串管段2。可控制每个管段2以将其打开或封闭，这将在下文中进一步说明。如果按竖直配置安装以在水中(例如深海中)应用，那么应打开所有管段2，并使这些管段2依靠其自身重量降入水中，直到最下游的管段2到达海底，然后将管段2封闭，如图4的矩阵图的行2b所示。可将以较窄形式绘出的管段2a、3c、4e等视为止回阀，但是它们甚至也可由这种多功能管段2实现。由该图反映出的输送机制的关键之处在于：被限制在外封闭管段2之间的材料的至少一部分在封闭的最内下游管段2与上游的同时打开的最内管段2之间传送。这将在后文中进一步阐述。
[0029]
为了至少促进一定程度的额外材料传送，将泵驱动喷嘴4形式的液体射流产生装置3置于待加速的材料m下方，并布置在如图2所示的管段2中。
[0030]
但是，沿着图2中的箭头的方向进行的基本逐步传送是由管段2的压力作用实现的，该压力作用产生液体射流，用于将管段材料传送(即，移动)到同时打开并接纳/接收材料的上游管段2中。这样，只有在其外边界处被限制在封闭管段2之间的材料才被以停停走走的方式逐步从一个管段输送至下一个管段。因此，这种在每个步骤中对固体加速的逐步移动所需要的泵送能量是有限的。在停止期间，使各管段内的水压等于外部水压。这能防止从水或材料逸出的水或气体不必要地膨胀。如图4所示，多串相继的受限材料可按受控的方式穿过各串管段2，或者穿过具有并行连接的多串管段的系统1。
[0031]
为了实现压力作用，管段2包括固定在下游管段2中的柔性内管5。在管段的内壁与柔性内管5之间有压力空间6，可利用液体泵7对该压力空间加压或减压。泵7还可驱动喷嘴4，并且可以是可能输出具有压力的盐水的水泵，该压力源自相关管段2所处深度处的局部水压。在这种情况下，只需要有限的泵功率，因为在每个步骤中仅需要提升受限的材料，这只需要普通的离心泵或齿轮泵。空间6的加压导致柔性内管5向内弯曲，迫使柔性管5内的材料(包括水和固体)流出到上游管段2，因为位于该上游管段下游的相邻管段2是封闭的。而减压会导致向外弯曲，并且该向外弯曲最终抵靠管段2的内壁，这可能吸入材料，但更重要的是为所述被挤出的材料部分进入上游内管段的柔性内管4腾出空间。
[0032]
为了额外地推动并加速材料排出管段，柔性内管可以是沿着上游方向径向向外扩口的。这样，对空间5加压会提供额外的力，以将材料驱入下一个管段中。
[0033]
打开和封闭各个管段以获得所述材料的一种逐步向上游行进的波动的时序控制是通过可编程处理器μ实现的。该处理器通常能够通过类似于计算机总线的总线结构双向传送数据地址信号，至少传送至液体射流产生装置3、4、可控的管段2和阀门、以及测量关键参数量的传感器s。这些地址是唯一的，以允许处理器μ利用计算机程序并借助于传感器参数来控制系统1的每个可控部件。尤其是，对执行输送材料的方法所需的打开和封闭动作适当地编程。这些动作(尤其是它们的各个持续时间)可能取决于管段2的工作深度或压力、材料的种类和尺寸、以及材料的粘度和/或固液比和/或速度和/或管段2的填充程度，可通过总线将这些动作输入至相关软件。
[0034]
如图2和3的俯视图所示，管段2包括固定在其中的单向装置8，该单向装置8用于防止材料中的固体向下游移动。这些装置8在此形成为止回支架，在图2中，这些止回支架只能
向上游方向枢转或有可能弯曲。图2示出了安装环9固定到管段2的内壁。支架枢轴10在管段2的端部通过环9固定到内壁。在此，环9还包括喷嘴4，并且有助于有效地夹紧柔性内管5的端部。这简化了管段的生产。
[0035]
回到图4的图表，在行8-14中能最清楚地看出，在所示的情况下，有三个填充有材料的管段2，在此情况下，通过受控地封闭和同时打开邻近受限材料的两个内管段，可将这三个填充有材料的管段2一个接一个地逐步向右移动，在此情况下是向上游移动。可在更少或更多的管段中填充材料，这需要更小或更大的局部泵送功率，并且尤其会影响作用在反复弯曲的内管5上的摩擦力。还可将一段或多段材料限制在其每侧的两个或更多个管段之间，同时封闭和打开最内管段。