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JP-2026076941-A - 破砕供給装置および深海採鉱搬送システム

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Abstract

【課題】破砕供給装置および深海採鉱搬送システム 【解決手段】本発明の破砕供給装置は、本体と、油圧モータと、を含み、本体は、少なくとも１つのローラを内部に含み、ローラは、対応するローラ軸に外嵌され、ローラ軸は、本体に回転可能に接続され、ローラの軸方向に等間隔の同仕様ディスクブレードが少なくとも３枚設けられ、各ディスクブレードには、少なくとも１つの刃部が設けられ、本体の前後立面ともにプラグが設けられ、プラグは、ローラから本体の立面までの隙間に適合し、油圧モータの動力出力軸は、ローラ軸に接続される。本発明の深海採鉱搬送システムは、中継ステーションと、斜流ポンプと、揚鉱管と、母船と、を含み、中継ステーションは、上から下まで順に接続される供給バレル、供給管、および前記破砕供給装置を含み、供給管の下部開口は揚鉱管に接続される。 【選択図】図１

Inventors

  • 張 建
  • 何 睿
  • 凌 有臨
  • 王 崎宇
  • 晏 飛
  • 殷 宝吉

Assignees

  • 江蘇科技大学

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20250618
Priority Date
20241024

Claims (15)

  1. 破砕供給装置であって、 本体と、油圧モータと、を含み、前記本体は、上部と下部とが連通しており、上端が入口、下端が出口である角筒状のものであり、前記本体は、少なくとも１つのローラを内部に含み、ローラは、対応するローラ軸に外嵌され、ローラ軸の両端が軸受けを介して本体の左右両端にある軸受け孔に支持され、前記ローラの軸方向には、等間隔の同仕様ディスクブレードが少なくとも３枚設けられ、各ディスクブレードには、少なくとも１つの刃部が設けられ、前記本体の前後立面ともにプラグが設けられ、プラグは、ローラから本体の立面までの隙間に適合し、前記油圧モータは、本体の外部に設けられ、その動力出力軸がローラ軸に接続される、ことを特徴とする破砕供給装置。
  2. 前記本体は、フロントローラとリアローラを内部に有し、前記フロントローラ、およびリアローラは、形状およびサイズが同じであり、フロントローラ、およびリアローラは、軸方向に左右反転して、それぞれ対応するフロントローラ軸、およびリアローラ軸に外嵌され固定して接続され、前記フロントローラ軸の右端のヘッド部は、本体の右側面を貫通して、前歯車が固定して接続されており、前記リアローラ軸の右端のヘッド部は、本体の右側面を貫通して、後歯車が固定して接続され、前記前歯車と後歯車との間には、動力を伝達するための中間歯車が設けられ、中間歯車の中間軸が本体に固定して接続され、前記油圧モータの動力出力軸は、フロントローラ軸に接続され、 前記フロントローラの軸方向には、等間隔の同仕様のフロントディスクブレードが少なくとも３枚設けられ、前記リアローラの軸方向には、等間隔の同仕様のリアディスクブレードが少なくとも３枚設けられ、隣接するフロントディスクブレードの間に前仕切り溝があり、隣接するリアディスクブレードの間に後仕切り溝があり、前仕切り溝、および後仕切り溝は、それぞれリアディスクブレード、およびフロントディスクブレードに嵌合し、各フロントディスクブレードには、少なくとも１つの前刃部が設けられ、各リアディスクブレードにも、少なくとも１つの後刃部が設けられ、前刃部、および後刃部の切削刃は、ディスクブレードの径方向に前収容溝、および後収容溝がそれぞれ設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の破砕供給装置。
  3. 前記フロントディスクブレードの頂部と後仕切り溝の溝底、リアディスクブレードの頂部と前仕切り溝の溝底との隙間は、いずれもδとする、ことを特徴とする請求項２に記載の破砕供給装置。
  4. 前記前仕切り溝、および後仕切り溝の深さＨが、前刃部、および後刃部の高さｈよりも大きい、ことを特徴とする請求項２に記載の破砕供給装置。
  5. 前記前歯車および後歯車は、歯数が同じである、ことを特徴とする請求項２に記載の破砕供給装置。
  6. 前記フロントローラ、およびリアローラの刃部は、フロントローラ、およびリアローラの軸方向にマルチヘッド螺旋状に分布している、ことを特徴とする請求項２に記載の破砕供給装置。
  7. 前記フロントディスクブレード、およびリアディスクブレードの前刃部、および後刃部の材料は、高強度鋼または合成ダイヤモンドである、ことを特徴とする請求項２に記載の破砕供給装置。
  8. 前記フロントローラ、およびリアローラの左右両端にエンドキャップが設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の破砕供給装置。
  9. 前記本体は、フランジによって一体に接続される上部と下部の２つの部分を含み、前記フロントローラ、およびリアローラの左右両端のエンドキャップと本体上部との隙間εが、フロントローラ、およびリアローラの左右両端のエンドキャップと本体下部との隙間Εよりも小さい、ことを特徴とする請求項８に記載の破砕供給装置。
  10. 前記エンドキャップの外端面において、内径から外径にかけて、少なくとも１つの径方向突起が設けられ、その突起高さがエンドキャップと本体上部との隙間εよりも小さい、ことを特徴とする請求項９に記載の破砕供給装置。
  11. 前記本体は、フランジによって一体に接続される上部と下部の２つの部分を含み、前記破砕供給装置内のローラの数が奇数である場合、フロントプラグおよびリアプラグは、本体下部に設けられ、かつフロントプラグおよびリアプラグの上平面がローラ軸の軸線と面一である、ことを特徴とする請求項１に記載の破砕供給装置。
  12. 前記油圧モータは、油圧可変容量モータである、ことを特徴とする請求項１に記載の破砕供給装置。
  13. 中継ステーションと、斜流ポンプと、揚鉱管と、母船と、を含み、前記中継ステーションは、海底に配置され、中継ステーションは、揚鉱管、および斜流ポンプによって母船に接続される深海採鉱搬送システムであって、前記中継ステーションは、油圧ステーションと、供給バレルと、供給管と、請求項１～１２のいずれか一項に記載の破砕供給装置と、を含み、供給バレル、破砕供給装置、および供給管は、上から下まで順次接続され、供給管の下部開口は、揚鉱管に接続され、油圧モータの作動油は、油圧ステーションから供給される、ことを特徴とする深海採鉱搬送システム。
  14. 前記供給バレルは、上が大きく下が小さい円錐管状のものであり、その下部開口は、フランジが設けられており、破砕供給装置の上端に接続される、ことを特徴とする請求項１３に記載の深海採鉱搬送システム。
  15. 前記供給管は、上が大きく下が小さく、上が角形で下が円形である円錐管状のものであり、その上部開口は、フランジが設けられており、破砕供給装置の下端に接続され、下部開口は、フランジが設けられており、揚鉱管に接続される、ことを特徴とする請求項１３に記載の深海採鉱搬送システム。

Description

本発明は、深海採鉱設備に関し、具体的には、破砕供給装置および深海採鉱搬送システムに関する。 深海採鉱搬送システムは、揚鉱管と斜流ポンプを利用して、海底中継ステーションから海面上の母船までパルプを搬送するものである。パルプは、海底から母船まで搬送するのには、高いところまで揚げる必要があり、揚鉱管の直径とパルプの流速による制限のため、搬送システムには、パルプ中の鉱石粒子の大きさとパルプの濃度に関する厳しい要件がある。鉱石粒子のサイズが大きく、パルプの濃度が高くなるほど、搬送中に揚鉱管や斜流ポンプが詰まりやすくなり、深海採鉱搬送システムの作業効率に影響を与える。 ＣＮ１１８１７９６９７Ａは、可変ピッチツインスクリュークラッシャーを使用して鉱石を破砕してから揚鉱管に搬送し、その後供給バレルに送る深海採鉱システムを提供しており、鉱石粒子のサイズが大きすぎるために揚鉱管や斜流ポンプが詰まりやすいという問題を解決しているが、次のような欠点が依然として存在する。 第１に、可変ピッチツインスクリュークラッシャーは、螺旋状の可変ピッチを利用して潰し、切断、および破砕を行うため、大きな鉱石のサイズは、クラッシャーの最大ピッチとクラッシャーのシェルにより画定されるスペースを超えてはならない。そうしないと、鉱石がクラッシャーに入ることができず、破砕されない。さらに、可変ピッチツインスクリュークラッシャーは、ピッチを変えることで鉱石を潰したり切断したりするものであり、可変ピッチツインスクリュークラッシャーのピッチは、鉱石の入口端から鉱石の出口端までの変化が大きすぎてはならず、そうしないと、鉱石の出口端のスペースが小さすぎるため、鉱石がクラッシャーの出口を塞いでしまう。そのため、可変ピッチツインスクリュークラッシャーは、構造上の制限があり、破砕比が小さくなる。 第２に、開放された海底環境でクラッシャーを利用して鉱石を破砕する場合、鉱石の採取中に運ばれた海底泥と鉱石の破砕中に生成された大量の鉱石微細粒子が海底の流れに沿って周辺に広がり、海水を汚染し、近くの海底生物の生存に影響を与える。 第３に、揚鉱管内のパルプの固液比を効果的に制御することができない。鉱石を破砕して生成される鉱石粒子が不規則な形状をしており、粒子が蓄積されて互いに滑りにくくなっている。揚鉱管を鉱石山に直接挿入すると、鉱石は揚鉱管の開口部でアーチ状に隆起し、揚鉱ができなくなる。揚鉱管の下端にＵ字型の投入口を設け、鉱石自身の重力と投入口の負圧を利用する場合、Ｕ字型の投入口のサイズが小さいと、鉱石粒子が投入口の周囲にアーチ状に隆起しやすく、揚鉱管に落ちにくくなる。Ｕ字型の投入口が大きい場合、鉱石粒子は鉱石自身の重量の作用により崩壊して供給され、大量の鉱石粒子がＵ字型の投入口を通って揚鉱管内に滑り、揚鉱管の詰まりに直接つながる。上記の揚鉱管下端のＵ字型の投入口からの供給が制御されていないため、揚鉱管により供給されるパルプの固液比を制御することができない。 以上より、既存の深海採鉱搬送システムには、主に３つの問題がある。第１に、クラッシャーの破砕比が小さい。第２に、海底鉱石の破砕によって周囲の海水が汚染される。第３に、揚鉱管内の供給パルプの固液比が確保されない。 本発明の実施例で提供される深海採鉱搬送システムの構造模式図である。実施例１における破砕供給装置および供給バレル、供給管の組み立てを示す図である。実施例１における破砕供給装置の構造模式図である。図３のＡ－Ａ矢視図である。実施例１における破砕供給装置の本体下部の分解構造模式図である。実施例１における破砕供給装置のフロントローラおよびリアローラの断面図である。実施例２におけるシングルローラ型破砕供給装置の構造模式図である。図７において本体の上半部を取り外したときの構造模式図である。図８の上面図である。 本発明の目的および技術的解決手段をより明確にするため、以下、図面および実施例を参照しながら本発明をさらに説明する。 当業者は、特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、当業者の一般的な理解と同じ意味を有することを理解することができる。 本発明における「上、下、左、右、前、後」の意味は、読者が図１、図２、図３、図７に直面しているとき、読者の上側が上、読者の下側が下、読者の左側が左、読者の右側が右、読者紙の前側が前、読者紙の内側が後であることを意味し、本発明を特に限定するものではない。 （実施例１） 図１～図６に示すように、深海採鉱搬送システムは、母船１と、揚鉱管２と、斜流ポンプ３と、中継ステーション１０と、を含み、中継ステーション１０は、ホルダ１２によって海底１３に配置され、海底１３に堆積された鉱石７は、採鉱設備により中継ステーション１０に搬送され、中継ステーション１０は、揚鉱管２を介して母船１に接続され、斜流ポンプ３は、揚鉱管２に向けられる。 中継ステーション１０内には、供給バレル４、破砕供給装置５、供給管６、および油圧ステーション１１が設けられ、供給バレル４は、上が大きく下が小さい円錐管状であり、その上部開口は、開放し、下部開口は、フランジが設けられており、本体５０７の上端に接続され、鉱石７を受けることに用いられる。供給管６は、上が大きく下が小さく、上が角形で下が円形である円錐管状であり、その上部開口は、フランジが設けられており、本体５０７の下端に接続され、その下部開口は、フランジが設けられており、揚鉱管２に接続される。 破砕供給装置５は、ダブルローラ構造であり、本体５０７、フロントローラ５２３、フロントローラ軸５２５、リアローラ５１３、リアローラ軸５１５、および油圧可変容量モータ５０２を含み、本体５０７は、四角形の筒体であり、上部と下部の２つの部分、すなわち、本体上部５０７１と本体下部５０７２に分けられ、本体上部５０７１および本体下部５０７２は、フランジによって一体に接続され、上部と下部とが連通しており、上端が入口、下端が出口である。本体５０７の左右両端の端面には、それぞれフロントローラ軸５２５、およびリアローラ軸５１５の軸受け孔が設けられ、軸受け孔の上下対称面は、本体５０７の上部と下部を分割する面となり、軸受け孔は、それぞれ、第１前軸受け孔５２１、第２前軸受け孔５２７、第１後軸受け孔５１１、および第２後軸受け孔５１７と記載される。 フロントローラ５２３およびリアローラ５１３は、形状およびサイズが同じである。フロントローラ５２３およびリアローラ５１３のそれぞれの軸方向には、等間隔の同仕様ディスクブレードが７枚設けられ、フロントローラ５２３は、フロントディスクブレード５２２に対応し、リアローラ５１３は、リアディスクブレード５１２に対応する。フロントディスクブレード５２２間に間隔を空けて形成された前仕切り溝５２６は、幅がリアディスクブレード５１２の幅に対応し、前仕切り溝５２６の深さはＨとされる。リアディスクブレード５１２間に間隔を空けて形成される後仕切り溝５１６は、幅がフロントディスクブレード５２２の幅に対応し、後仕切り溝５１６の深さもＨとされる。フロントディスクブレード５２２、およびリアディスクブレード５１２のそれぞれに１２個の刃部が設けられ、各刃部の切削刃は、径方向の前部に収容溝が設けられ、フロントディスクブレード５２２は、前収容溝５２９に対応し、リアディスクブレード５１２は、後収容溝５１９に対応する。刃部の高さはｈとされ、刃部の材料は、高強度鋼または合成ダイヤモンドである。 さらに、破砕供給装置５の破砕効果を高めるために、フロントディスクブレード５２２に設けられた前刃部５２８は、フロントローラ５２３の軸方向にマルチヘッド螺旋状に分布しており、各フロントディスクブレード５２２に前刃部５２８が１２個設けられるため、フロントローラ５２３の螺旋ヘッドの数は１２個である。リアローラ５１３の後刃部５１８は、フロントローラ５２３と同様に、螺旋状に分布している。刃部が螺旋状に分布することは、フロントローラ５２３、およびリアローラ５１３の各ディスクブレードの刃部が鉱石を破砕する際に一定の重なり角度を有し、フロントローラ５２３、およびリアローラ５１３の切削作業を安定的にし、破砕による衝撃力を低減させることを目的とする。 フロントローラ５２３の左右両端ともにフロントエンドキャップ５３０が設けられ、リアローラ５１３の左右両端ともにリアエンドキャップ５３１が設けられ、フロントローラ５２３およびリアローラ５１３の左右両端のキャビティは、フロントエンドキャップ５３０およびリアエンドキャップ５３１によって密閉される。フロントローラ５２３およびリアローラ５１３は、形状およびサイズが同じであり、軸方向に左右反転して、対応するフロントローラ軸５２５、およびリアローラ軸５１５に外嵌され、また、軸方向の固定ナットおよびキーによって一体に接続される。フロントローラ軸５２５の両端は、それぞれ軸受けを利用して本体５０７の左右両側にある第２前軸受け孔５２７および第１前軸受け孔５２１に支持され、フロントローラ軸５２５の右端ヘッド部は、軸受けによって本体５０７の右側面を貫通して、前歯車５０１に固定して接続される。リアローラ軸５１５の両端は、それぞれ軸受けを利用して本体５０７の左右両側にある第２後軸受け孔５１７および第１後軸受け孔５１１に支持され、リアローラ軸５１５の右端ヘッド部は、軸受けによって本体５０７の右側面を貫通して、後歯車５０６に固定して接続される。前歯車５０１と後歯車５０６との間に中間歯車５０３が設けられ、中間歯車５０３は、前歯車５０１および後歯車５０６の両方と噛み合う。中間歯車５０３の中心内孔に中間軸受け５０５が設けられ、中間軸受け５０５の孔内に中間軸５０４が設けられ、中間軸５０４は、本体５０７に固定して接続される。油圧可変容量モータ５０２は、本体５０７の外部に設けられ、その動力出力軸がフロントローラ軸５２５に接続され、油圧可変容量モータ５０２の動力作動油は、中継ステーション１０に設けられた油圧ステーション１１から供給される。 破砕供給装置５のフロントローラ５２３、およびリアローラ５１３に対応して設けられた前刃部５２８、および後刃部５１８に転削機能があるため、鉱石が破砕供給装置５の上端に入り、ローラに接触する限り、ローラの前刃部５２８および後刃部５１８によって下から上に向かって転削されて小さな鉱石粒子になる。そのため、破砕供給装置５は、破砕比が大きい。さらに、フロントローラ５２３、およびリアローラ５１３が動作時に相対的に回転し、すなわち、破砕供給装置５を右側から観察した場合、フロントローラ５２３は時計回りに回転し、リアローラ５１３は反時計回りに回転し、その刃部の刃先も相対的に配置される。破砕供給装置５が動作する際に、上記の前刃部５２８、および後刃部５１８を用いた大きな鉱石、中等サイズの鉱石の転削に加えて、中等サイズの鉱石に対する以下の３つの破砕方式がある。 第１に、前刃部５２８および後刃部５１８を利用して、これらの間にある鉱石をそのまま押しつぶす。 第２に、前刃部５２８および後仕切り溝５１６の左右両側の縁部、後刃部５１８および前仕切り溝５２６の左右両側の縁部を利用して鉱石をせん断して、押しつぶす。 第３に、前刃部５２８および後仕切り溝５１６の溝底、後刃部５１８および前仕切り溝５２６の溝底を利用して、鉱石を押しつぶす。 上記の転削、せん断、圧し潰しにより形成される小さな鉱石粒子は、フロントローラ５２３、リアローラ５１３の前収容溝５２９、後収容溝５１９、およびフロントローラ５２３とリアローラ５１３との隙間δが、本体５０７の出口に回転すると、供給管６に落ちる。破砕供給装置５の単位時間あたりの破砕量は、フロントローラ５２３およびリアローラ５１３の回転数により決まり、すなわち、油圧可変容量モータ５０２の回転数により決まる。破砕