【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及深海集礦，尤其涉及一種配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置及設(shè)計(jì)、使用方法。
技術(shù)介紹
1、深海礦產(chǎn)資源豐富包括多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼以及多金屬硫化物等，但通常位于深水區(qū)，商業(yè)開采難度大。深海采礦是一項(xiàng)龐大而復(fù)雜的工程，涵蓋勘查、采礦、選冶和運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)鏈流程，融合了海底作業(yè)、水下輸送、動(dòng)力輸配、中央控制和水面支持的全方位平臺(tái)和系統(tǒng)裝備體系，可能成為人類能夠操縱的最大深海作業(yè)系統(tǒng)，被視為世界各國(guó)科技競(jìng)爭(zhēng)的前沿領(lǐng)域。
2、傳統(tǒng)的深海采礦采用硬管提升礦石，管道易受洋流影響，穩(wěn)定性較差且效率較低。實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的礦石提升時(shí)，需要將礦石和海水同步泵送，耗費(fèi)大量能源且效率較低，且由于管道直徑限制，無法實(shí)現(xiàn)大重量礦石的同步提升。而改變傳統(tǒng)方法，采用先收集海底礦石至網(wǎng)兜再提升的礦石網(wǎng)兜方案，則需解決網(wǎng)兜尺寸設(shè)計(jì)、微小礦粒收集、水中形態(tài)調(diào)整及與海底集礦點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系等難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置及設(shè)計(jì)、使用方法，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的前述問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、一種配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，包括網(wǎng)兜、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、位置追蹤傳感器和智能傳感繩；所述網(wǎng)兜包括網(wǎng)兜骨架和標(biāo)識(shí)襯布，長(zhǎng)方體形的網(wǎng)兜骨架內(nèi)部中空且頂部設(shè)置有與其內(nèi)部連通的封面收口，所述標(biāo)識(shí)襯布位于所述網(wǎng)兜骨架的內(nèi)部并與其內(nèi)壁固定連接；四個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置分別經(jīng)相應(yīng)的智能傳感繩與
4、所述網(wǎng)兜骨架包括主受力繩和次受力繩，多個(gè)所述主受力繩均勻間隔縱向環(huán)設(shè)，多個(gè)所述次受力繩沿垂直于所述主受力繩的方向均勻間隔橫向環(huán)設(shè)，所述主受力繩與所述次受力繩在兩者的交叉點(diǎn)處固定連接。
5、優(yōu)選的，所述主受力繩和所述次受力繩的轉(zhuǎn)彎處均采用編織套管套設(shè)進(jìn)行加粗，所述編織套管的直徑為相應(yīng)受力繩直徑的兩倍；位于網(wǎng)兜骨架底部四角的主受力繩轉(zhuǎn)彎處的編制套管上設(shè)置有位置追蹤傳感器。
6、優(yōu)選的，所述主受力繩和所述次受力繩的結(jié)構(gòu)相同，均包括芳綸纖維束、光纖受力傳感繩芯和外包芳綸纖維保護(hù)層，多股芳綸纖維束沿所述光纖受力傳感繩芯的長(zhǎng)度方向在其外周彎曲纏繞；所述外包芳綸纖維保護(hù)層包覆在多股纏繞在光纖受力傳感繩上的芳綸纖維束的外周。
7、優(yōu)選的，所述網(wǎng)兜骨架的周向各側(cè)的各個(gè)主受力繩分別經(jīng)一條智能傳感繩與該側(cè)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置相連；位于網(wǎng)兜骨架周向各側(cè)的主受力繩分別與該側(cè)的各個(gè)智能傳感繩鉸接連接。
8、優(yōu)選的，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置包括吊環(huán)、吊繩、動(dòng)力組件、安裝板和信號(hào)接收處理器，提升主纜與吊環(huán)相連，所述吊環(huán)經(jīng)吊繩與所述動(dòng)力組件相連，所述安裝板鉸接在所述動(dòng)力組件上，所述智能傳感繩遠(yuǎn)離所述網(wǎng)兜骨架的一端與所述安裝板固定連接；所述信號(hào)接收處理器與動(dòng)力組件、所述位置追蹤傳感器和智能傳感繩無線連接。
9、優(yōu)選的，所述動(dòng)力組件包括動(dòng)力箱和帶網(wǎng)板孔渦輪增壓驅(qū)動(dòng)件，所述動(dòng)力箱與所述帶網(wǎng)板孔渦輪增壓驅(qū)動(dòng)件和所述吊繩相連，所述帶網(wǎng)板孔渦輪增壓驅(qū)動(dòng)件經(jīng)與安裝板鉸接。
10、優(yōu)選的，所述標(biāo)識(shí)襯布呈內(nèi)部中空且頂部敞口的長(zhǎng)方體形，所述標(biāo)識(shí)襯布的各側(cè)外壁與所述網(wǎng)兜骨架的各側(cè)內(nèi)壁對(duì)應(yīng)接觸固定。
11、優(yōu)選的，所述標(biāo)識(shí)襯布為芳綸纖維濾布。
12、本專利技術(shù)的目的還在于提供一種如上述所述的深海集礦網(wǎng)兜裝置的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟，
13、s1、根據(jù)已知設(shè)計(jì)重量，計(jì)算網(wǎng)兜總體尺寸及網(wǎng)兜承載能力；
14、
15、nt≈10mg
16、其中，v為礦石網(wǎng)兜體積；a為長(zhǎng)方體礦石網(wǎng)兜設(shè)計(jì)底面邊長(zhǎng)；h為長(zhǎng)方體礦石網(wǎng)兜設(shè)計(jì)高度；γ為體積冗余放大系數(shù)；m為設(shè)計(jì)重量；ρ0為礦石密度；nt為礦石網(wǎng)兜設(shè)計(jì)承載力；g為重力加速度；
17、s2、根據(jù)網(wǎng)兜總體尺寸及網(wǎng)兜承載能力，計(jì)算確定主受力繩數(shù)量及承載能力；
18、
19、
20、其中，n為主受力繩數(shù)量；nl為主受力繩設(shè)計(jì)承載力；
21、s3、根據(jù)網(wǎng)兜總體尺寸及襯布密度，計(jì)算確定提升阻力；
22、cd＝1.0+1.365sn+0.780sn2
23、
24、
25、a≈1.5a2
26、其中，cd為提升阻力系數(shù)，cd需計(jì)算網(wǎng)兜與襯布兩者阻力之和；sn為網(wǎng)眼密實(shí)度；dw為網(wǎng)股直徑；lw為網(wǎng)目長(zhǎng)度；fd為提升過程中水流阻力；ρ為海水的密度；v為網(wǎng)兜提升的速度；a為網(wǎng)兜在水流方向上的投影面積；
27、s4、根據(jù)網(wǎng)兜的尺寸和波浪流速范圍，計(jì)算確定網(wǎng)兜承受的波浪力；
28、
29、其中，fw為波浪力；vw為波浪流速；cd為波浪阻力系數(shù)；cm為慣性系數(shù)；為波浪流速隨時(shí)間的變化率；
30、s5、根據(jù)網(wǎng)兜的提升阻力、波浪力和設(shè)計(jì)重量，計(jì)算提升纜索尺寸；
31、
32、其中，d為提升纜索直徑；nl為主受力繩設(shè)計(jì)承載力；e為芳綸纖維楊氏模量；α為尺寸冗余放大系數(shù)。
33、本專利技術(shù)的目的還在于提供一種如上述所述的深海集礦網(wǎng)兜裝置的使用方法，包括如下步驟，
34、網(wǎng)兜下放：采礦船只移動(dòng)至海底集礦點(diǎn)位附近，網(wǎng)兜在提升主纜牽引下從采礦船只處以一定速度下放至海洋環(huán)境中；
35、網(wǎng)兜定位：網(wǎng)兜下放過程中，通過位置追蹤傳感器實(shí)時(shí)傳回網(wǎng)兜的定位，根據(jù)網(wǎng)兜與集礦點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系，采用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置調(diào)整網(wǎng)兜裝置位置，使網(wǎng)兜裝置處于集礦點(diǎn)的垂直方向上；
36、網(wǎng)兜調(diào)整：網(wǎng)兜在下放與提升過程中，通過實(shí)時(shí)收集網(wǎng)兜各角點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，分析網(wǎng)兜在海流中的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，使用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置控制網(wǎng)兜的旋轉(zhuǎn)，防止提升主纜旋轉(zhuǎn)失效；
37、網(wǎng)兜裝填：網(wǎng)兜下放至集礦點(diǎn)附近，使用輸?shù)V車將礦石從網(wǎng)兜封面收口處裝填進(jìn)網(wǎng)兜內(nèi)；控制礦石總干重不超過網(wǎng)兜裝置的設(shè)計(jì)裝載重量；
38、網(wǎng)兜提升：網(wǎng)兜裝填完礦石后封閉封面收口，使用提升主纜將網(wǎng)兜提升至海面采礦船只處。
39、本專利技術(shù)的有益效果是：1、本專利技術(shù)采用礦石網(wǎng)兜提升方案，先收集礦石，再提升，改變了傳統(tǒng)軟硬管礦石提升方法，能夠顯著提高礦石提升作業(yè)效率，降低能耗。2、本專利技術(shù)利用智能傳感繩和位置追蹤傳感器，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)兜受力實(shí)時(shí)感知和各角點(diǎn)三維坐標(biāo)實(shí)時(shí)追蹤。3、本專利技術(shù)采用襯布與主次受力繩結(jié)合的礦石網(wǎng)兜形式，保證受力安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)粒徑礦石的收集。4、本專利技術(shù)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)網(wǎng)兜的位置和受力分析網(wǎng)兜的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，并調(diào)整網(wǎng)兜的旋轉(zhuǎn)，避免提升主纜旋轉(zhuǎn)失效。5、繩索采用芳綸纖維材料，芳綸纖維密本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：包括網(wǎng)兜、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、位置追蹤傳感器和智能傳感繩；所述網(wǎng)兜包括網(wǎng)兜骨架和標(biāo)識(shí)襯布，長(zhǎng)方體形的網(wǎng)兜骨架內(nèi)部中空且頂部設(shè)置有與其內(nèi)部連通的封面收口，所述標(biāo)識(shí)襯布位于所述網(wǎng)兜骨架的內(nèi)部并與其內(nèi)壁固定連接；四個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置分別經(jīng)相應(yīng)的智能傳感繩與所述網(wǎng)兜骨架的周向四側(cè)相連，所述智能傳感繩用于反饋網(wǎng)兜骨架的受力情況；網(wǎng)兜骨架的底部四角分別設(shè)置有一個(gè)位置追蹤傳感器，所述位置追蹤傳感器用于實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)兜骨架角點(diǎn)的坐標(biāo)；所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置與提升主纜相連，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置與所述位置追蹤傳感器和所述智能傳感繩進(jìn)行信號(hào)交互，以在起吊或下放網(wǎng)兜的過程中對(duì)網(wǎng)兜的位置和形態(tài)進(jìn)行調(diào)整；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述主受力繩和所述次受力繩的轉(zhuǎn)彎處均采用編織套管套設(shè)進(jìn)行加粗，所述編織套管的直徑為相應(yīng)受力繩直徑的兩倍；位于網(wǎng)兜骨架底部四角的主受力繩轉(zhuǎn)彎處的編制套管上設(shè)置有位置追蹤傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述主受力繩和
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述網(wǎng)兜骨架的周向各側(cè)的各個(gè)主受力繩分別經(jīng)一條智能傳感繩與該側(cè)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置相連；位于網(wǎng)兜骨架周向各側(cè)的主受力繩分別與該側(cè)的各個(gè)智能傳感繩鉸接連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置包括吊環(huán)、吊繩、動(dòng)力組件、安裝板和信號(hào)接收處理器，提升主纜與吊環(huán)相連，所述吊環(huán)經(jīng)吊繩與所述動(dòng)力組件相連，所述安裝板鉸接在所述動(dòng)力組件上，所述智能傳感繩遠(yuǎn)離所述網(wǎng)兜骨架的一端與所述安裝板固定連接；所述信號(hào)接收處理器與動(dòng)力組件、所述位置追蹤傳感器和智能傳感繩無線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述動(dòng)力組件包括動(dòng)力箱和帶網(wǎng)板孔渦輪增壓驅(qū)動(dòng)件，所述動(dòng)力箱與所述帶網(wǎng)板孔渦輪增壓驅(qū)動(dòng)件和所述吊繩相連，所述帶網(wǎng)板孔渦輪增壓驅(qū)動(dòng)件經(jīng)與安裝板鉸接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述標(biāo)識(shí)襯布呈內(nèi)部中空且頂部敞口的長(zhǎng)方體形，所述標(biāo)識(shí)襯布的各側(cè)外壁與所述網(wǎng)兜骨架的各側(cè)內(nèi)壁對(duì)應(yīng)接觸固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述標(biāo)識(shí)襯布為芳綸纖維濾布。
9.一種如權(quán)利要求1至8所述的深海集礦網(wǎng)兜裝置的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括如下步驟，
10.一種如權(quán)利要求1至8所述的深海集礦網(wǎng)兜裝置的使用方法，其特征在于：包括如下步驟，
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：包括網(wǎng)兜、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、位置追蹤傳感器和智能傳感繩；所述網(wǎng)兜包括網(wǎng)兜骨架和標(biāo)識(shí)襯布，長(zhǎng)方體形的網(wǎng)兜骨架內(nèi)部中空且頂部設(shè)置有與其內(nèi)部連通的封面收口，所述標(biāo)識(shí)襯布位于所述網(wǎng)兜骨架的內(nèi)部并與其內(nèi)壁固定連接；四個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置分別經(jīng)相應(yīng)的智能傳感繩與所述網(wǎng)兜骨架的周向四側(cè)相連，所述智能傳感繩用于反饋網(wǎng)兜骨架的受力情況；網(wǎng)兜骨架的底部四角分別設(shè)置有一個(gè)位置追蹤傳感器，所述位置追蹤傳感器用于實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)兜骨架角點(diǎn)的坐標(biāo)；所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置與提升主纜相連，所述動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置與所述位置追蹤傳感器和所述智能傳感繩進(jìn)行信號(hào)交互，以在起吊或下放網(wǎng)兜的過程中對(duì)網(wǎng)兜的位置和形態(tài)進(jìn)行調(diào)整；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述主受力繩和所述次受力繩的轉(zhuǎn)彎處均采用編織套管套設(shè)進(jìn)行加粗，所述編織套管的直徑為相應(yīng)受力繩直徑的兩倍；位于網(wǎng)兜骨架底部四角的主受力繩轉(zhuǎn)彎處的編制套管上設(shè)置有位置追蹤傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝置，其特征在于：所述主受力繩和所述次受力繩的結(jié)構(gòu)相同，均包括芳綸纖維束、光纖受力傳感繩芯和外包芳綸纖維保護(hù)層，多股芳綸纖維束沿所述光纖受力傳感繩芯的長(zhǎng)度方向在其外周彎曲纏繞；所述外包芳綸纖維保護(hù)層包覆在多股纏繞在光纖受力傳感繩上的芳綸纖維束的外周。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配備實(shí)時(shí)定位與動(dòng)力系統(tǒng)的深海集礦網(wǎng)兜裝...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王浩，胡森昶，王法承，田雨，王星博，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：王浩，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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