海底垂直提升系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海底垂直提升系統(tǒng)。本發(fā)明具體涉及，但不是唯一涉及，在海底采礦作業(yè)中將礦石從海底機(jī)械地提升至水面的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在海洋中的多個位置，硫化物沉淀物或多金屬結(jié)核存在于水深為約300至6000米的深海海底的表層中。
[0003]自從二十世紀(jì)七十年代后期起，針對從深海海底開采和提升這些沉積物的商業(yè)上可行的方案，工程師進(jìn)行了各種嘗試。
[0004]一項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)的方案是液力地將水和礦漿提升至水面。該方案包括垂直升流管和單個或一系列管道式泥漿栗，以便將水和礦漿提升至水面。這樣的系統(tǒng)可能十分復(fù)雜，而且管道栗存在大的磨損，從而在操作期間需要維修。對于使用多個管道式離心栗的操作，系統(tǒng)的能量效率非常低。
[0005]另一現(xiàn)有技術(shù)的方案是氣升式將水和礦漿提升至水面。該方案包括將空氣注入升流管部件，沿管而下，低密度的空氣將水和礦漿提升至水面。雖然該系統(tǒng)十分簡單且具有在操作期間維修可能少的吸引力，但是其能量效率相對低且需要大量的高壓壓縮空氣以便以實(shí)際提升率運(yùn)作。
[0006]可選的現(xiàn)有技術(shù)包括通過吊斗和纜繩機(jī)械地進(jìn)行提升，如在陸地上的諸多地下礦山中通常所用的。這樣的機(jī)械提升系統(tǒng)相對簡單且能量效率高。然而，當(dāng)使用單個吊斗系統(tǒng)時對潛在處理能力的限制、在多吊斗系統(tǒng)中引導(dǎo)和牽引被纏住的纜繩的問題、以及將泥漿送還至海底并防止煙羽污染水柱的問題，這些在海底應(yīng)用中都需要考慮到。
[0007]對于已包括在本說明書中的文獻(xiàn)、法案、材料、設(shè)備、物品等的任何討論只是出于提供本發(fā)明的上下文的目的。其不認(rèn)為是承認(rèn):這些事物中的任何或所有事物形成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的一部分或者作為與本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)的公知常識，如同其存在于本申請的每項(xiàng)權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)日之前。
[0008]發(fā)明目的
[0009]本發(fā)明的目的是克服或至少減輕上述問題中的一個或多個問題和/或?yàn)橄M(fèi)者提供有用的或商業(yè)性的選擇。
[0010]通過以下說明，本發(fā)明的其他優(yōu)選目的將變得顯而易見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在一種形式中，然而其不需要是唯一的形式或?qū)嶋H最廣泛的形式，本發(fā)明在于一種用于從海底提升礦石的海底垂直提升系統(tǒng)，該提升系統(tǒng)包括:
[0012]驅(qū)動機(jī)構(gòu)；
[0013]至少一根線，適于由驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動；
[0014]多個容器，適于可操作地附接到至少一根線；以及
[0015]至少一個外殼，適于至少部分地包圍至少一根線和多個容器。
[0016]優(yōu)選地，海底垂直提升系統(tǒng)包括礦石接收船。礦石接收船可以是水面船舶、浮動平臺、半潛式平臺等。在優(yōu)選實(shí)施方式中，礦石接收船是水面船舶。通常，驅(qū)動機(jī)構(gòu)附接至礦石接收船。
[0017]技術(shù)人員將理解的是，至少一根線可以是一個或多個繩索、纜繩、帶、鏈等。還將理解的是，線可以是多個線。例如，線可以是連接在一起的多個繩索。通常，線是形成環(huán)的連續(xù)線，環(huán)提升容器的一側(cè)朝向水面且另一側(cè)使容器朝向海底。
[0018]優(yōu)選地，每個容器附接至適于連接至相鄰容器的一段線。按照這種方式，可將海底垂直提升系統(tǒng)的長度(即，深度)調(diào)整成適應(yīng)工作條件。在可選的實(shí)施方式中，容器可附接至拼接而形成連續(xù)環(huán)的單個線。容器可使用夾持件附接至線。例如，容器可按照與滑雪纜車附接至纜繩類似的方式附接至線。
[0019]優(yōu)選地，每個容器將包括引導(dǎo)件，以將容器引導(dǎo)至至少一個外殼內(nèi)。優(yōu)選地，引導(dǎo)件為適于接觸至少一個外殼的內(nèi)表面的多個導(dǎo)向滾輪。
[0020]優(yōu)選地，每個容器適于在容器下降時釋放容器內(nèi)部的任何空氣。優(yōu)選地，每個容器包括孔，以允許空氣從容器排出。
[0021]優(yōu)選地，至少一個外殼由多個導(dǎo)管形成。優(yōu)選地，至少一個外殼為兩個外殼。優(yōu)選地，每個外殼由多個導(dǎo)管形成。通常，一個外殼(第一外殼)是“向上行進(jìn)的”外殼，該“向上行進(jìn)的”外殼包圍線的至少一部分以及正在朝向水面提升(即，相對于海底提升)的容器。通常，第二外殼為“向下行進(jìn)的”外殼，該“向下行進(jìn)的”外殼包圍線的至少一部分和正在朝向海底下降的容器。在可選的實(shí)施方式中，可能不需要“向下行進(jìn)的”外殼。例如，在不需要防止羽狀材料返回海底或者沒有材料要返回海底的情況下，可能不需要“向下行進(jìn)的”外殼。通常，橫跨構(gòu)件以一定間距布置在外殼之間，以隔開外殼。
[0022]優(yōu)選地，至少一個外殼具有與容器的橫截面積相比更大的內(nèi)部橫截面積，以使得在容器提升或下降時水能流過容器。在可選的實(shí)施方式中，至少一個外殼的內(nèi)部橫截面積接近容器的橫截面積。在該可選的實(shí)施方式中，空心橫跨構(gòu)件可連接在“向上行進(jìn)的”外殼和“向下行進(jìn)的”外殼之間。按照這種方式，可以均衡壓力差。這樣的益處在于減小寄生阻力?？蛇x地或另外地，水和/或壓縮空氣可以注入“向上行進(jìn)的”外殼中，以幫助提升容器。
[0023]優(yōu)選地，驅(qū)動機(jī)構(gòu)為從動錠子。通常，線和容器圍繞錠子的一部分行進(jìn)且從自海底提升轉(zhuǎn)換成向海底下降。優(yōu)選地，容器在其圍繞錠子的至少一部分行進(jìn)時排空礦石?？蛇x地，容器可以在其已圍繞錠子的一部分行進(jìn)之后被排空。
[0024]通常，錠子適于允許容器至少部分地圍繞錠子行進(jìn)(例如，在提升和下降之間轉(zhuǎn)換)。
[0025]優(yōu)選地，海底垂直提升系統(tǒng)包括朝向提升系統(tǒng)底部的錠子。通常，朝向提升系統(tǒng)底部的錠子用作針對線的返回點(diǎn)。通常，朝向提升系統(tǒng)底部的錠子不由電機(jī)驅(qū)動?？蛇x地，驅(qū)動朝向提升系統(tǒng)底部的錠子，以輔助線的下降和/或提升。
[0026]優(yōu)選地，海底垂直提升系統(tǒng)包括朝向提升系統(tǒng)底部的礦石漏斗。通常，礦石從礦石漏斗送至正朝向水面提升的容器中。優(yōu)選地，諸如阿基米德螺旋送料器的輸送機(jī)構(gòu)將礦石從礦石漏斗送至容器中。
[0027]在另一形式中，本發(fā)明在于一種用于海底垂直提升系統(tǒng)的錠子，該錠子包括:
[0028]框架，可旋轉(zhuǎn)地連接至支撐件；以及
[0029]多個滑輪，可旋轉(zhuǎn)地連接至框架并適于接合可操作地連接多個容器的至少一根線。
[0030]優(yōu)選地，框架和多個滑輪以多個容器與滑輪不接觸的方式旋轉(zhuǎn)。通常，在容器圍繞錠子的至少一部分行進(jìn)時，容器將設(shè)置在多個滑輪中的兩個滑輪之間。通常，在容器圍繞錠子的至少一部分行進(jìn)時，將防止滑輪相對于框架旋轉(zhuǎn)。通常，當(dāng)防止滑輪相對于框架旋轉(zhuǎn)時，框架旋轉(zhuǎn)以使得線和/或容器可圍繞錠子的至少一部分行進(jìn)。
[0031]通常，當(dāng)只有線圍繞錠子行進(jìn)時，防止框架旋轉(zhuǎn)且滑輪相對于框架旋轉(zhuǎn)。
[0032]優(yōu)選地，使用電機(jī)選擇性地旋轉(zhuǎn)滑輪和框架。
[0033]將認(rèn)識到的是，錠子可以是朝向海底垂直提升系統(tǒng)的頂部的上錠子或朝向海底垂直提升系統(tǒng)的底部的下錠子。
[0034]在進(jìn)一步的形式中，本發(fā)明在于一種用于海底垂直提升系統(tǒng)的錠子，該錠子包括:
[0035]滑輪，可旋轉(zhuǎn)地連接至支撐件并適于接合可操作地連接多個容器的至少一根線；
[0036]托架，適于當(dāng)多個容器中的每個容器圍繞滑輪的至少一部分行進(jìn)時，選擇性地隨滑輪旋轉(zhuǎn)并將多個容器中的每個容器與滑輪隔開。
[0037]優(yōu)選地，托架選擇性地附接至滑輪，以選擇性地隨滑輪旋轉(zhuǎn)。
[0038]優(yōu)選地，托架包括凹口，該凹口適于在容器圍繞滑輪的至少一部分行進(jìn)時容納多個容器中每個容器的至少一部分。
[0039]優(yōu)選地，托架適于在托架隨滑輪圍繞錠子的至少一部分旋轉(zhuǎn)時接合線的至少一部分。
[0040]在又一形式中，本發(fā)明在于一種構(gòu)造海底垂直提升系統(tǒng)的方法，該方法包括以下步驟:
[0041]提供多個導(dǎo)管；
[0042]連接多個導(dǎo)管以形成至少一個外殼；
[0043]使至少一個外殼朝向海底下降；
[0044]提供可操作地連接多個容器的至少一根線；
[0045]將至少一根線的至少一部分布置在至少一個外殼內(nèi)；以及
[0046]提供適于驅(qū)動至少一根線的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
[0047]優(yōu)選地，當(dāng)至少一個外殼正在形成時執(zhí)行使至少一個外殼朝向海底下降的步驟。
[0048]優(yōu)選地，當(dāng)至少一個外殼正在形成時，執(zhí)行將至少一根線的至少一部分布置在至少一個外殼內(nèi)的步驟。
[0049]優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括將至少一根線形成為連續(xù)環(huán)的步驟。
[0050]在另一形式中，本發(fā)明在于一種從海底提升礦石的方法，該方法包括以下步驟:
[0051]向礦石漏斗提供來自海底的礦石；
[0052]將礦石從礦石漏斗送至多個容器中；以及<