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申请/专利权人：北京先驱高技术开发有限责任公司

摘要：本发明提供了一种组合式海底集矿机，包括：浮游航行体、集矿工具底盘、水下机械对接连接副、和组合连接缆系，所述水下机械对接连接副包括可对接或分离的第一连接器和第二连接器，所述第一连接器安装在所述浮游航行体的底部，所述第二连接器安装在所述集矿工具底盘的顶部，所述浮游航行体通过所述水下机械对接连接副在水下实现与所述集矿工具底盘的组合和分离，所述浮游航行体通过所述组合连接缆系与集矿工具底盘连接。本发明中的浮游航行体和集矿工具底盘可以在水下对接和分离，两者可以独立布放回收和维护，并且可以根据作业环境和需求不同，实现浮游航行体与不同的集矿工具底盘组合。

主权项：1.一种组合式海底集矿机，其特征在于，包括：浮游航行体1、集矿工具底盘2、水下机械对接连接副12、和组合连接缆系10，所述水下机械对接连接副12包括可对接或分离的第一连接器3和第二连接器4，所述第一连接器3安装在所述浮游航行体1的底部，所述第二连接器4安装在所述集矿工具底盘2的顶部，所述浮游航行体1通过所述水下机械对接连接副12在水下实现与所述集矿工具底盘2的组合和分离，所述浮游航行体1通过所述组合连接缆系10与集矿工具底盘2连接，其中，所述浮游航行体1还包括组合连接缆系水下分离对接装置11，用于脱开所述组合连接缆系10与所述浮游航行体1的连接。

全文数据：组合式海底集矿机技术领域本发明涉及海底集矿机，具体地说是一种可自行的组合式海底集矿机。背景技术深海海底蕴藏了丰富的金属矿产资源，目前被广泛关注的包括多金属结核、富钴结壳、多金属硫化物、深海稀土软泥等。深海海底金属矿产资源开采是当前被广泛关注的技术领域。由于海底金属矿产资源通常分布在2000-6000米的深海，其商业开采面临很大的技术挑战。目前国内外主要采用海底集矿机加管道提升的方式来构建深海金属矿产资源开采系统。该系统在结构上由海底集矿机车、管道提升扬矿系统和水面支持平台采矿船三个子系统组成。其中，提升子系统由硬管、泵、中继舱站、输送软管等组成。提升硬管上端与采矿船相接，下端与中继舱相连，中继舱与海底集矿机之间通过输送软管相连接。提升系统利用海底集矿机采集矿物经软管输送到中继舱，再利用硬管将矿物提升到水面支持平台采矿船。目前，管道提升方案箱配套的海底集矿机方案大多具备自航能力，整个海底集矿机一体化设计，同时具备航行和集矿功能。对于不同的深海矿种和矿区地形地质，其技术方案具有较强的针对性。对于面向商业开采的需求，海底集矿机一体化设计带来以下技术难点：海底集矿机体积和质量庞大，深水布放困难；针对单一矿种，对地形等环境因素适应性不足；维护过程会中断作业；对周围环境探测能力不足；水下安装需要辅助ROVRemotelyOperatedVehicle配合。发明内容针对以上现有海底集矿机的不足，本发明提供一种可自行的组合式海底集矿机，以解决上述至少一个技术问题。为解决上述技术问题，本发明提供了一种组合式海底集矿机，包括：浮游航行体、集矿工具底盘、水下机械对接连接副、和组合连接缆系，所述水下机械对接连接副包括可对接或分离的第一连接器和第二连接器，所述第一连接器安装在所述浮游航行体的底部，所述第二连接器安装在所述集矿工具底盘的顶部，所述浮游航行体通过所述水下机械对接连接副在水下实现与所述集矿工具底盘的组合和分离，所述浮游航行体通过所述组合连接缆系与集矿工具底盘连接。优选地，所述浮游航行体包括航行体主结构、浮力部件、和推进机构，所述浮力部件、和推进机构均安装在所述航行体主结构上。优选地，所述推进机构包括水平推进器组和或垂直推进器组。优选地，所述浮游航行体还包括液压和电气动力装置，所述液压和电气动力装置通过所述组合连接缆系中的并行的电缆、液压动力缆与所述集矿工具底盘连接。优选地，所述浮游航行体还包括组合连接缆系水下分离对接装置，用于脱开所述组合连接缆系与所述浮游航行体的连接。优选地，所述航行体主结构上设置有机械手。优选地，所述集矿工具底盘包括集矿工具主结构、集矿器组件、输矿管路、和出矿口，所述集矿器组件、输矿管路、和出矿口均设置于所述集矿工具主结构上，所述集矿器组件的输出口通过所述输矿管路与所述出矿口连通。优选地，所述集矿工具主结构的底部设置有履带行走机构或滑橇。优选地，所述集矿器组件包括集矿罩、喷嘴组件、喷冲泵、和抽吸泵，所述喷嘴组件设置于所述集矿罩内，所述集矿罩的出口经所述抽吸泵与所述输矿管路的入口连接，所述喷冲泵的出水口与所述喷嘴组件连接。优选地，所述浮游航行体通与所述集矿工具底盘在组合状态下合为一体整体运动，用于集矿机布放回收和集矿作业；所述浮游航行体通与所述集矿工具底盘在分离状态下，所述浮游航行体在海水中机动作业，所述集矿工具底盘在海底工作。本发明中的浮游航行体和集矿工具底盘可以在水下对接和分离，两者可以独立布放回收和维护，并且可以根据作业环境和需求不同，实现浮游航行体与不同的集矿工具底盘组合。与现有技术相比，本发明具有以下特点：1分体设计，浮游航行体和集矿工具底盘可分别布放、海底拼装，解决了大型海底集矿机深水布放困难的问题；2可以根据海底地形和矿物分布特点的变化，水下更换集矿工具底盘，具有更强的环境适应性；3可以根据不同矿种更换不同集矿工具底盘，具有更强的矿种适应性；4水下维护可以针对浮游航行体和集矿工具底盘分别进行，维护时首先更换待维护部件，实现不间断作业；5维护过程会中断作业；6分离作业模式时，浮游航行体通过水体中机动，具有更强的对周围环境探测能力；7分离作业模式时，集矿工具底盘可采用由浮游航行体拖曳航行，不需要自行能力，对海底扰动小；8水下安装作业可由浮游航行体完成，不需准用的辅助作业ROV配合。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明中的一个实施例中的组合式海底集矿机的结构示意图；图2为集矿工具底盘的俯视图；图3为组合式海底集矿机与水面平台管道提升系统联合工作示意图；图4为本发明中的另一个实施例中的滑行式海底集矿机方案；图5为图4中的集矿工具底盘的结构示意图；图6为图4中的滑行式海底集矿机与水面平台管道提升系统联合工作示意图；图7为集矿器组的结构示意图。图中附图标记：1、浮游航行体；2、集矿工具底盘；3、第一连接器；4、第二连接器；5、航行体主结构；6、浮力部件；7、水平推进器组；8、垂直推进器组；9、液压和电气动力装置；10、组合连接缆系；11、组合连接缆系水下分离对接装置；12、水下机械对接连接副；13、集矿工具主结构；14、集矿器组件；15、输矿管路；16、出矿口；17、履带行走机构；18、集矿罩；19、喷嘴组件；20、喷冲泵；21、抽吸泵；22、水面平台；23、管道提升系统；24、光电复合脐带缆；25、输矿软管；26、机械手；27、滑橇；28、牵引缆。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例来详细说明本发明。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。本发明将传统的一体式集矿机分成浮游航行体和集矿工具底盘这两个独立的部分，并使它们可以在水下对接和分离。其中，浮游航行体是控制和动力中心，并赋予其水体中机动能力，集矿工具底盘由浮游航行体控制和提供动力，两者可以独立布放回收和维护，并且可以根据作业环境和需求不同，实现浮游航行体与不同的集矿工具底盘组合。针对现有一体化海底集矿机不便于深海布放、安装、维护和功能单一等问题，本发明提供了一种组合式海底集矿机，适用于多金属结核采集，例如用于硫化物和富钴结壳采集，包括：浮游航行体1、集矿工具底盘2、水下机械对接连接副12、和组合连接缆系10，所述水下机械对接连接副12包括可对接或分离的第一连接器3和第二连接器4，所述第一连接器3安装在所述浮游航行体1的底部，所述第二连接器4安装在所述集矿工具底盘2的顶部，所述浮游航行体1通过所述水下机械对接连接副12在水下实现与所述集矿工具底盘2的组合和分离，所述浮游航行体1通过所述组合连接缆系10与集矿工具底盘2连接。集矿工具底盘由浮游航行体通过组合连接管系提供电和液压动力。集矿工具底盘由浮游航行体控制和提供动力，两者可以独立布放回收和维护，并且可以根据作业环境和需求不同，实现浮游航行体与不同的集矿工具底盘组合。工作时，浮游航行体1和集矿工具底盘2通过水下机械对接连接副12在水下实现对接和分离。请参考图3和图6，本发明与水面平台22管道提升系统23联合工作时，需要由水面平台22管道提升系统23提供光电复合脐带缆24和输矿软管25，光电复合脐带缆24连接浮游航行体1，输矿软管连接集矿工具底盘2的出矿口16。工作时，本发明具有组合和分离两种工作模式。组合模式时，浮游航行体1与集矿工具底盘2合为一体整体运动，这种模式可用于集矿机布放回收和集矿作业；分离模式时，浮游航行体1在海水中航行，集矿工具底盘2在海底集矿，浮游航行体1牵引集矿工具底盘2在海底滑行、或矿工具底盘2在海底自行运动。本发明中的浮游航行体和集矿工具底盘可以在水下对接和分离，两者可以独立布放回收和维护，并且可以根据作业环境和需求不同，实现浮游航行体与不同的集矿工具底盘组合。优选地，所述浮游航行体1包括航行体主结构5、浮力部件6、和推进机构，所述浮力部件6、和推进机构均安装在所述航行体主结构5上。优选地，所述推进机构包括水平推进器组7和或垂直推进器组8。优选地，所述浮游航行体1还包括液压和电气动力装置9，所述液压和电气动力装置9通过所述组合连接缆系10中的并行的电缆、液压动力缆与所述集矿工具底盘2连接。优选地，所述浮游航行体1还包括组合连接缆系水下分离对接装置11，用于脱开所述组合连接缆系10与所述浮游航行体1的连接。优选地，所述航行体主结构5上设置有机械手26。优选地，所述集矿工具底盘包括集矿工具主结构13、集矿器组件14、输矿管路15、和出矿口16，所述集矿器组件14、输矿管路15、和出矿口16均设置于所述集矿工具主结构13上，所述集矿器组件14的输出口通过所述输矿管路15与所述出矿口16连通。优选地，所述集矿工具主结构13的底部设置有履带行走机构17或滑橇27，优选地在采用滑橇27的实施例中，还包括用于连接浮游航行体1和集矿工具底盘2的牵引缆28。在采用履带行走机构17的实施例中，如图3所示，本发明具有组合和分离两种工作模式，组合模式时浮游航行体1与集矿工具底盘2合为一体整体运动，这种模式可用于集矿机布放回收和集矿作业，分离模式时浮游航行体1在海水中机动，集矿工具底盘2在海底工作，这种模式允许浮游航行体1在集矿工具底盘2附近开展水下维护、安装、环境探测等工作。在采用滑橇27的实施例中，如图6所示，本发明具有组合和分离两种工作模式，组合模式时浮游航行体1与集矿工具底盘2合为一体整体运动，这种模式可用于集矿机布放回收和集矿作业，分离模式时浮游航行体1在海水中航行，集矿工具底盘2在海底集矿，浮游航行体1牵引集矿工具底盘2在海底滑行。优选地，所述集矿器组件14包括集矿罩18、喷嘴组件19、喷冲泵20、和抽吸泵21，所述喷嘴组件19设置于所述集矿罩18内，所述集矿罩18的出口经所述抽吸泵21与所述输矿管路15的入口连接，所述喷冲泵20的出水口与所述喷嘴组件19连接。喷冲泵20向集矿罩18中喷嘴组件19提供高压水用于将矿石扬起，抽吸泵21用于输送矿石至出矿口16。与现有技术相比，本发明具有以下特点：1分体设计，浮游航行体和集矿工具底盘可分别布放、海底拼装，解决了大型海底集矿机深水布放困难的问题；2可以根据海底地形和矿物分布特点的变化，水下更换集矿工具底盘，具有更强的环境适应性；3可以根据不同矿种更换不同集矿工具底盘，具有更强的矿种适应性；4水下维护可以针对浮游航行体和集矿工具底盘分别进行，维护时首先更换待维护部件，实现不间断作业；5维护过程会中断作业；6分离作业模式时，浮游航行体通过水体中机动，具有更强的对周围环境探测能力；7分离作业模式时，集矿工具底盘可采用由浮游航行体拖曳航行，不需要自行能力，对海底扰动小；8水下安装作业可由浮游航行体完成，不需准用的辅助作业ROV配合。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种组合式海底集矿机，其特征在于，包括：浮游航行体1、集矿工具底盘2、水下机械对接连接副12、和组合连接缆系10，所述水下机械对接连接副12包括可对接或分离的第一连接器3和第二连接器4，所述第一连接器3安装在所述浮游航行体1的底部，所述第二连接器4安装在所述集矿工具底盘2的顶部，所述浮游航行体1通过所述水下机械对接连接副12在水下实现与所述集矿工具底盘2的组合和分离，所述浮游航行体1通过所述组合连接缆系10与集矿工具底盘2连接。2.根据权利要求1所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述浮游航行体1包括航行体主结构5、浮力部件6、和推进机构，所述浮力部件6、和推进机构均安装在所述航行体主结构5上。3.根据权利要求2所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述推进机构包括水平推进器组7和或垂直推进器组8。4.根据权利要求2所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述浮游航行体1还包括液压和电气动力装置9，所述液压和电气动力装置9通过所述组合连接缆系10中的并行的电缆、液压动力缆与所述集矿工具底盘2连接。5.根据权利要求2所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述浮游航行体1还包括组合连接缆系水下分离对接装置11，用于脱开所述组合连接缆系10与所述浮游航行体1的连接。6.根据权利要求2所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述航行体主结构5上设置有机械手26。7.根据权利要求1所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述集矿工具底盘包括集矿工具主结构13、集矿器组件14、输矿管路15、和出矿口16，所述集矿器组件14、输矿管路15、和出矿口16均设置于所述集矿工具主结构13上，所述集矿器组件14的输出口通过所述输矿管路15与所述出矿口16连通。8.根据权利要求7所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述集矿工具主结构13的底部设置有履带行走机构17或滑橇27。9.根据权利要求7所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述集矿器组件14包括集矿罩18、喷嘴组件19、喷冲泵20、和抽吸泵21，所述喷嘴组件19设置于所述集矿罩18内，所述集矿罩18的出口经所述抽吸泵21与所述输矿管路15的入口连接，所述喷冲泵20的出水口与所述喷嘴组件19连接。10.根据权利要求1所述的组合式海底集矿机，其特征在于，所述浮游航行体1通与所述集矿工具底盘2在组合状态下合为一体整体运动，用于集矿机布放回收和集矿作业；所述浮游航行体1通与所述集矿工具底盘2在分离状态下，所述浮游航行体1在海水中机动作业，所述集矿工具底盘2在海底工作。

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