全海深无泵送大产能深海采矿提升系统 |
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| 申请号 | CN202111658855.X | 申请日 | 2021-12-30 | 公开(公告)号 | CN114575849A | 公开(公告)日 | 2022-06-03 |
| 申请人 | 大连理工大学; 长沙矿冶研究院有限责任公司; 中国水利水电科学研究院; 东南大学; | 发明人 | 王浩; 邹丽; 卓晓军; 吴智深; 郑皓; 程阳锐; 孙铁志; 孙哲; 汪昕; 朱中国; 田雨; 杨明祥; 李翠梅; | ||||
| 摘要 | 本 申请 提出一种全海深无 泵 送大产能深海采矿提升系统，其包含收集转运系统、 水 面 船舶 、提升系统以及矿料包；收集转运系统布置于海底，用于收集海底的矿物，并将矿物转运至矿料包；水面船舶布置于海面，提升系统设置于水面船舶，用于通过缆绳提升矿料包；空载状态下的矿料包布置于海底，且装载状态下由提升系统提升至水面船舶，以将矿物转运至水面船舶。通过上述设计，本申请具有结构简单、布放回收操作便捷、运输安全性高和抗 风 险能 力 强等特点。并且，本申请的 能量 利用率较高，成本和故障率较低，可解决恶劣环境下深海矿物长距离的物料输送问题，且不会由于底层 海水 输送至海面而造成环境扰动的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种全海深无泵送大产能深海采矿提升系统，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 全海深无泵送大产能深海采矿提升系统技术领域[0001] 本申请涉及海底采矿技术领域，尤其涉及一种全海深无泵送大产能深海采矿提升系统。 背景技术[0002] 目前各国比较认可的深海采矿系统为：以海面母船作为系统的支撑平台，船舶布置输送硬管直至距离海底几百米处，硬管末端连接有中间仓，中间仓通过软管与采矿车进行连接。采矿车在海底进行作业，将采集的矿石通过几千米长的管道系统输送至水面。 [0003] 上述现有方案通过管道可连续进行矿石的输送，输送效率高，但是由于存在几千米长的硬管管道，对船舶的性能和承载能力提出了很高的要求，硬管的布放复杂，耗时长，特别在恶劣海况下，船舶管道系统会存在很大的不确定性。 [0005] 泵的功率越大，扬程越低，4000米水深需要用至双级泵，三级泵，或者四级泵等。这样使得泵在水下的故障率较高，同时泵在输送矿石颗粒过程中，容易对叶轮、导叶及过流部件造成损坏，故障率很高，难以实现长期工作，且更换过程复杂困难。 [0006] 水深越深，泵所需的扬程越大，功率越大，但是泵的效率越低，甚至低至20％，也就是说泵的大部分功率是无效的。发明内容 [0008] 根据本申请的一个方面，提供一种全海深无泵送大产能深海采矿提升系统，其中，所述全海深无泵送大产能深海采矿提升系统包含收集转运系统、水面船舶、提升系统以及矿料包；所述收集转运系统布置于海底，用于收集海底的矿物，并将所述矿物转运至所述矿料包；所述水面船舶布置于海面，所述提升系统设置于所述水面船舶，用于通过缆绳提升所述矿料包；所述缆绳为纤维缆绳，所述缆绳包含主受力纤维、树脂以及横向缠绕纤维，所述主受力纤维沿纵向布置，所述树脂涂覆于位于所述主受力纤维，所述横向缠绕纤维沿横向缠绕于所述主受力纤维外周；空载状态下的所述矿料包布置于海底，且装载状态下由所述提升系统提升至所述水面船舶，以将矿物转运至所述水面船舶。 [0009] 根据本申请的其中一个实施方式，所述收集转运系统包含第一采集作业车，所述第一采集作业车包含第一车体、第一机械臂、第一物料仓以及第一铲斗；所述第一车体设置有第一行走机构；所述第一机械臂设置于所述第一车体的一端，用于采集海底的矿物；所述第一物料仓设置于所述第一车体的相邻所述第一机械臂的位置，用于暂存所述第一机械臂采集的矿物；所述第一铲斗可转动地设置于所述第一车体，用于将暂存于所述第一物料仓的矿物转运至所述矿料包。 [0010] 根据本申请的其中一个实施方式，所述第一采集作业车还包含第一图像识别单元；所述第一图像识别单元设置于所述第一车体、所述第一机械臂或者所述第一铲斗，所述第一图像识别单元用于供所述第一机械臂基于所述第一图像识别单元采集的图像信息采集海底的矿物。 [0011] 根据本申请的其中一个实施方式，所述收集转运系统包含第二采集作业车以及转运车，所述第二采集作业车包含第二车体、第二机械臂以及第二物料仓；所述第二车体设置有第二行走机构；所述第二机械臂设置于所述第二车体的一端，用于采集海底的矿物；所述第二物料仓设置于所述第二车体的相邻所述第二机械臂的位置，用于暂存所述第二机械臂采集的矿物；其中，所述转运车用于将所述第二物料仓暂存的矿物转运至所述矿料包。 [0012] 根据本申请的其中一个实施方式，所述第二采集作业车还包含第二图像识别单元；所述第二图像识别单元设置于所述第二车体或者所述第二机械臂，所述第二图像识别单元用于供所述第二机械臂基于所述第二图像识别单元采集的图像信息采集海底的矿物。 [0013] 根据本申请的其中一个实施方式，所述转运车包含第三车体以及第二铲斗；所述第三车体设置有第三行走机构；所述第二铲斗可转动地设置于所述第三车体，用于所述第二物料仓暂存矿物转运至所述矿料包。 [0014] 根据本申请的其中一个实施方式，所述提升系统包含多个绞车装置，所述多个绞车装置分别设置于所述水面船舶的甲板两侧；每个所述绞车装置包含呈阵列排布的多个储缆滚筒、牵引绞车、排缆系统以及动力站，所述缆绳一端用于连接于所述矿料包，另一端用于依次绕设于所述牵引绞车和所述储缆滚筒，所述排缆系统用于引导所述缆绳另一端按照预设程序排列于所述多个储缆滚筒，所述动力站用于为所述储缆滚筒、所述牵引绞车及所述排缆系统提供动力。 [0015] 根据本申请的其中一个实施方式，所述排缆系统具有可平移的移动滑轮，所述移动滑轮用于供所述储缆滚筒与所述牵引绞车之间的所述缆绳绕设，以通过所述移动滑轮的平移，引导所述缆绳另一端按照预设程序排列于所述多个储缆滚筒。 [0016] 根据本申请的其中一个实施方式，所述提升系统包含至少六个所述绞车装置，所述至少六个绞车装置排列为至少三对，同对的两个绞车装置分别相对应地设置于所述水面船舶的甲板两侧，至少三对所述绞车装置沿所述水面船舶长度方向间隔布置。 [0017] 根据本申请的其中一个实施方式，所述提升系统还包含推进器，所述推进器设置于所述缆绳的与所述矿料包连接的部分。 [0018] 根据本申请的其中一个实施方式，所述水面船舶设置有提升平台以及卸料小车，所述提升系统设置于所述提升平台，所述卸料小车可平移地设置于所述提升平台下方并设置有传送带，所述卸料小车被配置为通过平移在收回状态和伸出状态之间转换，收回状态下，所述卸料小车的邻近所述缆绳的一入料端与所述缆绳具有一间距，以避免与所述缆绳和所述矿料包产生干涉，所述矿料包被提升至高于所述卸料小车时，所述卸料小车平移至伸出状态，且伸出状态下，所述卸料小车的入料端位于所述矿料包下方，用于供矿料包放置于所述入料端，并由所述传送带传输至所述水面船舶的储料区域。 [0019] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力纤维是利用预张拉同步涂覆技术制备。 [0021] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力纤维的拉伸弹性模量大于或者等于80GPa。 [0022] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力纤维的纤维排布方式为平行排布或者扭绞排布。 [0023] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力纤维为单一纤维的组成形式，或者为混杂两种限位的组成形式。 [0024] 根据本申请的其中一个实施方式，所述树脂在所述主受力纤维中的体积分数小于或者等于20％。 [0026] 根据本申请的其中一个实施方式，所述树脂的弹性模量小于或者等于 5GPa。 [0027] 根据本申请的其中一个实施方式，所述横向缠绕纤维的缠绕方式包含交叉缠绕或者顺序缠绕。 [0028] 根据本申请的其中一个实施方式，所述横向缠绕纤维的纤维材质包含聚酰胺纤维或者玻璃纤维。 [0029] 根据本申请的其中一个实施方式，所述横向缠绕纤维的拉伸弹性模量小于或者等于80GPa。 [0030] 根据本申请的其中一个实施方式，所述树脂和所述横向缠绕纤维是利用编织张力控制技术在所述主受力纤维上依次连续制备。 [0031] 根据本申请的其中一个实施方式，所述缆绳具有工作端，所述工作端用于与所述矿料包连接；其中，所述缆绳的临近所述工作端的位置设置有信标。 [0032] 根据本申请的其中一个实施方式，所述缆绳具有工作端，所述工作端用于与所述矿料包连接；其中，所述缆绳的临近所述工作端的位置设置有推进器。 [0033] 根据本申请的其中一个实施方式，所述缆绳包含提升缆绳以及吊装缆绳；所述提升缆绳一端连接于所述提升系统；所述吊装缆绳具有锚固端、工作端及该两端之间的自由段，所述锚固端和所述工作端各自连接有第一卡具，以使所述吊装缆绳通过两个所述第一卡具，与所述提升缆绳的另一端和所述矿料包分别连接。 [0034] 根据本申请的其中一个实施方式，每个所述第一卡具包含主体以及变刚度带；所述主体内部具有环形通道，所述环形通道沿水滴形路径环绕布置，且所述环形通道的小端开口于所述主体，以供所述缆绳设置；所述变刚度带设置于所述环形通道的内壁，所述变刚度带由所述环形通道的大端至小端分为多段，且多段所述变刚度带的弹性模量由大端至小端依次减小；其中，所述锚固端穿设并环绕布置于一个所述第一卡具的所述环形通道，该第一卡具的大端朝上，并与所述提升缆绳连接；所述工作端穿设并环绕布置于另一个所述第一卡具的所述环形通道，该第一卡具的大端朝下，并与所述矿料包连接。 [0035] 根据本申请的其中一个实施方式，连接所述锚固端的所述第一卡具的大端设置有通孔，所述环形通道环绕所述通孔，所述通孔用于穿设连接所述提升缆绳。 [0036] 根据本申请的其中一个实施方式，连接所述工作端的所述第一卡具的大端设置有挂钩，所述挂钩活动连接有防脱卡扣，所述防脱卡扣能够在常态下保持与所述第一卡具的卡合，所述挂钩用于吊挂所述矿料包。 [0037] 根据本申请的其中一个实施方式，所述环形通道的大端的曲率半径，为所述缆绳的直径的10倍～30倍。 [0038] 根据本申请的其中一个实施方式，每段所述变刚度带的朝向所述环形通道内壁的一侧呈楔形，以使所述变刚度带的厚度由大端至小端线性增大；其中，所述环形通道内壁具有与所述变刚度带相匹配的楔形槽，所述楔形槽用于容纳所述变刚度带的楔形一侧，以使所述变刚度带的另一侧呈平直状态。 [0039] 根据本申请的其中一个实施方式，所述变刚度带的弹性模量为 30GPa～200GPa。 [0040] 根据本申请的其中一个实施方式，所述变刚度带的材质为软质金属、尼龙、热塑树脂或者纤维增强热塑树脂。 [0041] 根据本申请的其中一个实施方式，所述缆绳为纤维缆绳；其中，所述锚固端的纤维采用交错回绕重叠的布置形式，使得所述锚固端环绕穿设于所述环形通道，且所述锚固端的纤维与所述自由段的纤维搭接固定。 [0042] 根据本申请的其中一个实施方式，所述锚固端的弯曲半径大于或者等于所述缆绳的直径的10倍。 [0043] 根据本申请的其中一个实施方式，所述吊装缆绳于所述工作端分为多股细缆绳，每一股所述细缆绳的末端均设置有一个所述第一卡具，所述吊装缆绳用于通过所述多股细缆绳末端的多个所述第一卡具吊挂所述矿料包。 [0044] 根据本申请的其中一个实施方式，所述吊装缆绳设置有传感光纤，所述传感光纤绕设于所述自由段，且所述传感光纤的两端分别由所述锚固端和所述工作端引出至所述第一卡具；其中，所述传感光纤用于采集所述吊装缆绳及所述第一卡具的整体的受力形变信息，并传输至控制系统。 [0045] 根据本申请的其中一个实施方式，所述控制系统设置于所述水面船舶，所述传感光纤由所述锚固端引出的一端，绕设于所述提升缆绳，并连接至所述控制系统；和/或，连接于所述锚固端的所述第一卡具设置有无线单元，所述传感光纤由所述锚固端引出的一端，连接于所述无线单元，并通过所述无线单元与所述控制系统进行远程无线交互。 [0046] 根据本申请的其中一个实施方式，所述传感光纤在所述自由段上的缠绕圈数范围为1圈/米～20圈/米。 [0047] 根据本申请的其中一个实施方式，所述缆绳一端连接于所述提升系统，另一端为工作端，所述工作端设置有第二卡具，所述第二卡具用于可拆装地与所述矿料包连接。 [0048] 根据本申请的其中一个实施方式，所述缆绳的工作端分为多股细缆绳，且所述缆绳的邻近所述多股细缆绳的位置套设有缆绳芯，所述缆绳芯呈上小下大的锥型，所述多股细缆绳分别向上弯曲而沿所述缆绳芯外围分布；其中，所述第二卡具包含套体、填充树脂、挂钩以及防脱卡扣；所述套体具有锥型的内腔，所述内腔的形状与所述缆绳芯的形状相匹配，所述套体用于容纳所述多股细缆绳和所述缆绳芯；所述填充树脂填充于所述内腔，用于填满所述内腔与所述缆绳芯和所述多股细缆绳之间的空隙；所述挂钩设置于所述套体下端；所述防脱卡扣活动连接于所述挂钩，并能够在常态下保持与所述套体的卡合。 [0049] 根据本申请的其中一个实施方式，所述矿料包为网兜结构并包含底部和多个侧部，每个所述底部和每个所述侧部分别由沿纵向布置的主受力绳和沿横向布置的次受力绳编织而成，所述多个侧部分别以各自底边连接于所述底部，所述多个侧部的顶边通过收口绳可调节地连接，任意相邻两个所述侧部通过两者各自的相对的侧边连接，且所述的相对两个侧边之间的所述次受力绳为连续布置，每个所述侧部的所述主受力绳于所述侧部上端延伸形成起吊绳，所述起吊绳用于供所述缆绳连接。 [0050] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力绳为碳纤维绳，所述次受力绳为聚丙烯纤维绳，所述主受力绳的捻度为25圈/米～35圈/米，所述次受力绳的捻度为55圈/米～65圈/米。 [0051] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力绳为玄武岩纤维绳，所述次受力绳为聚乙烯纤维绳，所述主受力绳的捻度为35圈/米～45圈/米，所述次受力绳的捻度为55圈/米～65圈/米。 [0052] 根据本申请的其中一个实施方式，所述矿料包的网兜结构的网孔尺寸为 30cm×30cm。 [0053] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力绳的直径为4mm～6mm。 [0054] 根据本申请的其中一个实施方式，所述主受力绳涂覆有树脂。 [0055] 根据本申请的其中一个实施方式，所述次受力绳的直径为4mm～6mm。 [0056] 根据本申请的其中一个实施方式，所述次受力绳涂覆有树脂。 [0057] 根据本申请的其中一个实施方式，所述起吊绳上设置有光纤传感绳，所述光纤传感绳用于监测所述主受力绳的应力。 [0058] 根据本申请的其中一个实施方式，所述侧部的编织方法为：采用横向的两根所述次受力绳扭转并绕过单根所述主受力绳进行编织，竖向采用两根所述次受力绳包裹于所述主受力绳外部进行扭转缠绕，经过结点处时两根所述次受力绳上下交叉绕过结点。 [0059] 根据本申请的其中一个实施方式，所述底面的编织方法为：采用两根所述次受力绳包裹于所述主受力绳外部进行扭转缠绕，经过结点处时两根所述次受力绳上下交叉绕过结点。 [0060] 由上述技术方案可知，本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的优点和积极效果在于： [0061] 本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统包含收集转运系统、水面船舶、提升系统以及矿料包，全海深无泵送大产能深海采矿提升系统通过水面船舶上的提升系统进行回收或下放缆绳，缆绳末端连接矿料包，通过回收缆绳，能够将装满矿物的矿料包提升至海面。通过上述设计，本申请具有结构简单、布放回收操作便捷、运输安全性高和抗风险能力强等特点。并且，本申请的能量利用率较高，成本和故障率较低，可解决恶劣环境下深海矿物长距离的物料输送问题，且不会由于底层海水输送至海面而造成环境扰动的问题。附图说明 [0062] 通过结合附图考虑以下对本申请的优选实施方式的详细说明，本申请的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本申请的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中： [0063] 图1是根据一示例性实施方式示出的一种全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的系统示意图； [0064] 图2是图1示出的第一采集作业车的结构示意图； [0065] 图3是图2示出的第一机械臂的侧视图； [0066] 图4是根据另一示例性实施方式示出的一种全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的系统示意图； [0067] 图5是图4示出的转运车的结构示意图； [0068] 图6是图1示出的水面船舶的俯视图； [0069] 图7是图1示出的提升装置的一状态下的放大图； [0070] 图8是图1示出的提升装置的另一状态下的放大图； [0071] 图9A是图1示出的提升装置的平面布置示意图； [0072] 图9B是图9A的主视图； [0073] 图10A是另一示例性实施方式中的提升装置的立体结构示意图； [0074] 图10B是图10A示出的提升装置的平面布置示意图； [0075] 图11是图1示出的提升系统的一种应用状态示意图； [0076] 图12是图1的局部放大图； [0077] 图13是根据另一示例性实施方式示出的一种全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的局部放大图； [0078] 图14是图13示出的吊装缆绳和多个第一卡具的组装结构示意图； [0079] 图15是图14示出的吊装缆绳的结构示意图； [0080] 图16至图23分别是图14示出的主受力纤维在不同实施方式中的截面图； [0081] 图24是图15示出的A‑A区域中主受力纤维的细部构造示意图； [0082] 图25是图15示出的A‑A区域中树脂的细部构造示意图； [0083] 图26是图15示出的A‑A区域中横向缠绕纤维在一实施方式中的细部构造示意图； [0084] 图27是图15示出的A‑A区域中横向缠绕纤维在另一实施方式中的细部构造示意图； [0085] 图28是图15示出的A‑A区域中传感光纤的细部构造示意图； [0086] 图29是图15示出的主受力纤维在锚固端的交错分布示意图； [0087] 图30是图12示出的第二卡具的剖视图； [0088] 图31是图13示出的设置于工作端的第一卡具的一个夹板的结构示意图； [0089] 图32是图13示出的设置于工作端的第一卡具的另一个夹板的结构示意图； [0090] 图33是图13示出的第一卡具的夹板的剖视图； [0091] 图34是图13示出的设置于锚固端的第一卡具的一个夹板的结构示意图； [0092] 图35是图13示出的设置于锚固端的第一卡具的另一个夹板的结构示意图； [0093] 图36是图14示出的缆绳的俯视图； [0094] 图37是图12或者图13示出的矿料包的立体图； [0095] 图38是图37示出的矿料包的平面展开示意图； [0096] 图39是图38示出的侧面的结点编织示意图； [0097] 图40是图38示出的底面的结点编织示意图； [0098] 图41是沿图39中的直线E‑E或者图40中的直线G‑G或者直线H‑H所做的截面图； [0099] 图42是沿图39中的直线F‑F所做的截面图； [0100] 图43是图39示出的矿料包的编织绳的加强结构示意图； [0101] 图44是图39示出的光纤传感绳的组装示意图。 [0102] 其中，附图标记如下： [0103] 100.收集转运系统； 330.信标； 502.锚固端； [0104] 110.第一采集作业车； 340.移动挂钩； 503.自由段； [0105] 111.第一行走机构； 400.矿料包； 504.提升缆绳； [0106] 112.第一机械臂； 401.底部； 505.吊装缆绳； [0107] 113.第一物料仓； 402.侧部； 506.传感光纤； [0108] 114.第一铲斗； 410.主受力绳； 510.主受力纤维； [0109] 115.第一图像识别单元； 411.转弯处； 520.树脂； [0110] 120.第二采集作业车； 420.次受力绳； 530.横向缠绕纤维； [0111] 130.转运车； 421.转弯处； 610.第一卡具； [0112] 131.第三行走机构； 430.收口绳； 611.夹板； [0113] 132.第二铲斗； 440.起吊绳； 6111.大端； [0114] 200.水面船舶； 450.光纤传感绳； 6112.小端； [0115] 210.提升平台； 451.智能传感芯； 6113.通孔； [0116] 220.卸料小车； 452.柔性封装管； 6114.螺孔； [0117] 221.传送带； 453.编织保护套； 612.变刚度带； [0118] 300.提升系统； 460.网兜式矿斗； 613.环形槽道； [0120] 311.储缆滚筒； 480.加粗纤维； 614.挂钩； [0121] 312.牵引绞车； 500.缆绳； 615.防脱卡扣； [0122] 313.排缆系统； 501.工作端； 620.第二卡具； [0123] 3131.移动滑轮； 5011.细缆绳； 621.套体； [0124] 314.动力站； 5012.缆绳芯； 622.填充树脂； [0125] 320.推进器； 5013.细缆绳； 623.挂钩； [0126] 624.防脱卡扣。 具体实施方式[0127] 体现本申请特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本申请的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用于限制本申请。 [0128] 在对本申请的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本申请的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本申请的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本申请范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本申请的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本申请的范围内。 [0129] 参阅图1，其代表性地示出了本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的系统示意图。在该示例性实施方式中，本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统是以应用于深海采矿的采矿系统为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本申请的相关设计应用于其他类型的应用环境中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的原理的范围内。 [0130] 如图1所示，在一些实施方式中，本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统至少包含收集转运系统、水面船舶、提升系统以及矿料包。配合参阅图2至图44，各附图分别代表性地示出了能够体现本申请原理的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的各主要组成部分的示意图。以下将结合上述附图，对本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。 [0131] 如图1所示，其代表性地示出了本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的系统示意图。在一些实施方式中，该全海深无泵送大产能深海采矿提升系统主要包含收集转运系统100、水面船舶200、提升系统300 以及矿料包400。具体而言，收集转运系统100布置于海底，用于收集海底的矿物，并能够将矿物转运至矿料包400。水面船舶200布置于海面，用于设置提升系统300，并能够提供矿物的暂存功能。提升系统300设置于水面船舶 200，用于通过缆绳500提升矿料包400。空载状态下的矿料包400布置于海底，收集转运系统 100将矿物转运至矿料包400后，装载状态下的矿料包400能够由提升系统300提升至水面船舶200，以将矿物转运至水面船舶 200。通过上述设计，本申请具有结构简单、布放回收操作便捷、运输安全性高和抗风险能力强等特点。并且，本申请的能量利用率较高，成本和故障率较低，可解决恶劣环境下深海矿物长距离的物料输送问题，且不会由于底层海水输送至海面而造成环境扰动的问题。 [0132] 如图1至图3所示，图2中代表性地示出了图1中的第一采集作业车110 的结构示意图；图3中代表性地示出了图2中的第一机械臂112的侧视图。具体地，在一些实施方式中，收集转运系统100包含第一采集作业车110。第一采集作业车110包含第一车体、第一机械臂112、第一物料仓113以及第一铲斗114。第一车体设置有第一行走机构111，并设置有动力与控制系统。第一机械臂112设置于第一车体的一端，用于采集海底的矿物。第一物料仓 113设置于第一车体的相邻第一机械臂112的位置，用于暂存第一机械臂112 采集的矿物。第一铲斗114可转动地设置于第一车体，用于将暂存于第一物料仓113的矿物转运至矿料包400。 通过上述设计，本发明通过采用第一铲斗114，能够实现对矿料包400的快速装载。第一铲斗 114将第一物料仓113 内的矿石铲送至矿料包400内，具有作业效率高，作业方便等特点。 [0133] 可选地，如图2所示，在一些实施方式中，第一采集作业车110还可以包含第一图像识别单元115。具体而言，第一图像识别单元115可以采集图像信息，并供第一机械臂112基于第一图像识别单元115采集的图像信息采集海底的矿物。其中，第一图像识别单元115可以设置于第一采集作业车110 的任意位置，例如第一车体、第一机械臂112或者第一铲斗114。通过上述设计，本发明通过第一图像识别单元115与第一机械臂112的配合，能精确高效的对矿物进行抓取，有效的减少对海底沉积物的扰动，且采集的矿物含泥量极低，对海底环境和生态的扰动小。 [0134] 可选地，如图2所示，在一些实施方式中，第一行走机构111可以为履带行走底盘。 [0135] 可选地，在一些实施方式中，第一图形识别单元可以包含摄像机和水下照明灯。 [0136] 基于上述第一采集作业车110的设计，本实施方式中的收集转运系统100 的工作流程大致包含：以海底多金属结核矿区矿石的采集为例，第一采集作业车110基于第一图像识别单元115，可以采用多台套第一机械臂112同步组合作业的方式，第一采集作业车110可以在预设的路径下沿海底表面进行运动，所搭载的第一图像识别单元115对海底结核进行准确的识别并将信息反馈至第一机械臂112，第一机械臂112通过精准的抓取动作将海底结核抓送至底层的第一物料仓113。第一采集作业车110再运动至矿料包400处，通过第一铲斗114将海底结核转运至矿料包400。 [0137] 可选地，在一些实施方式中，第一采集作业车110可以具有清洗脱泥功能。据此，第一采集作业车110可以通过第一车体或者第一物料仓113将采集的矿物进行清洗脱泥处理，然后再通过第一铲斗114转运至矿料包400。 [0138] 如图4和图5所示，图4中代表性地示出了全海深无泵送大产能深海采矿提升系统在另一实施方式的系统示意图；图5中代表性地示出了图4中的转运车130的结构示意图。具体地，在一些实施方式中，收集转运系统100 亦可包含第二采集作业车120以及转运车130。具体而言，第二采集作业车 120包含第二车体、第二机械臂以及第二物料仓。第二车体设置有第二行走机构，并设置有动力与控制系统。第二机械臂设置于第二车体的一端，用于采集海底的矿物。第二物料仓设置于第二车体的相邻第二机械臂的位置，用于暂存第二机械臂采集的矿物。转运车130用于将第二物料仓暂存的矿物转运至矿料包400。 [0139] 可选地，在一些实施方式中，第二采集作业车120还可以包含第二图像识别单元。具体而言，第二图像识别单元可以采集图像信息，并供第二机械臂基于第二图像识别单元采集的图像信息采集海底的矿物。其中，第二图像识别单元可以设置于第二采集作业车120的任意位置，例如第二车体或者第二机械臂。通过上述设计，本发明通过第二图像识别单元与第二机械臂的配合，能精确高效的对矿物进行抓取，有效的减少对海底沉积物的扰动，且采集的矿物含泥量极低，对海底环境和生态的扰动小。 [0140] 可选地，如图4所示，在一些实施方式中，第二行走机构可以为履带行走底盘。 [0141] 可选地，在一些实施方式中，第二图形识别单元可以包含摄像机和水下照明灯。 [0142] 可选地，如图5所示，在一些实施方式中，转运车130可以包含第三车体以及第二铲斗132。具体而言，第三车体设置有第三行走机构131，并设置有动力与控制系统。第二铲斗132可以通过回转支撑等结构可转动地设置于第三车体，用于第二物料仓暂存矿物转运至矿料包400。通过上述设计，本发明通过采用第二铲斗132，能够实现对矿料包400的快速装载。第二铲斗 132将第二采集作业车120的第二物料仓内的矿石铲送至矿料包400内，具有作业效率高，作业方便等特点。 [0143] 可选地，如图5所示，在一些实施方式中，第三行走机构131可以为履带行走底盘。 [0144] 可选地，在一些实施方式中，转运车130还可以包含水下定位装置，用于矿物的准确装载。 [0145] 基于上述第二采集作业车120以及转运车130的设计，一些实施方式中的收集转运系统100的工作流程大致包含：以海底多金属结核矿区矿石的采集为例，第二采集作业车120基于第二图像识别单元，可以采用多台套第二机械臂同步组合作业的方式，第二采集作业车120可以在预设的路径下沿海底表面进行运动，所搭载的第二图像识别单元对海底结核进行准确的识别并将信息反馈至第二机械臂，第二机械臂通过精准的抓取动作将海底结核抓送至底层的第二物料仓。转运车130运动至第二采集作业车120处，通过第二铲斗132将第二物料仓内的海底结核铲起，在运动至矿料包400处，通过第二铲斗132将海底结核铲送至矿料包400。 [0146] 可选地，在一些实施方式中，第一采集作业车110可以具有清洗脱泥功能。据此，第一采集作业车110可以通过第一车体或者第一物料仓113将采集的矿物进行清洗脱泥处理，然后再通过第一铲斗114转运至矿料包400。 [0147] 如图6至图11所示，图6中代表性地示出了水面船舶200的俯视图；图 7中代表性地示出了提升装置的一状态下的放大图；图8中代表性地示出了提升装置的另一状态下的放大图；图9A中代表性地示出了提升装置的平面布置示意图；图9B中代表性地示出了图9A的主视图；图11中代表性地示出了提升系统300的一种应用状态示意图。具体地，在一些实施方式中，提升系统300包含多个绞车装置310，多个绞车装置310分别设置于水面船舶 200的甲板两侧，每个绞车装置310均可独立运行，亦可配合工作，例如采用交叉提升方式。每个绞车装置310包含储缆滚筒311、牵引绞车312、排缆系统313以及动力站314。缆绳500一端用于连接于矿料包400，另一端用于依次绕设于牵引绞车312和储缆滚筒311。牵引绞车312为绞车装置310提供牵引力，承受设备布放回收的载荷。排缆系统313用于引导缆绳500另一端按照预设程序排列于储缆滚筒311。通过上述设计，本发明能够适应不同直径的缆绳500的收放，具有通用性强，承载力大等特点。 [0148] 可选地，如图9A和图9B所示，在一些实施方式中，排缆系统313具有可平移的移动滑轮3131，移动滑轮3131用于供储缆滚筒311与牵引绞车312 之间的缆绳500绕设。据此，排缆系统313能够通过移动滑轮3131的平移，引导缆绳500另一端按照预设程序排列于储缆滚筒311。 [0149] 如图10A和图10B所示，图10A中代表性地示出了另一示例性实施方式中的提升装置的立体结构示意图；图10B中代表性地示出了图10A示出的提升装置的平面布置示意图。 [0150] 如图10A和图10B所示，在一些实施方式中，每个绞车装置310包含呈阵列排布的多个储缆滚筒311。在此基础上，排缆系统313用于引导缆绳500 另一端按照预设程序排列于多个储缆滚筒311。例如，当需要开展大深度作业时，一个储缆滚筒311储满后，通过排缆系统313的调节将缆绳500储存在下一个储缆滚筒311上，最终实现全海深作业。动力站314用于为储缆滚筒311、牵引绞车312及排缆系统313提供动力，动力站314用于整套系统动力的供应及储缆滚筒311的智能控制。 [0151] 可选地，在一些实施方式中，绞车轴的直径可以为1m，并可采用空心结构。绞车上为整列12cm的缆绳500，缆绳500可承受500T负载。 [0152] 可选地，如图6所示，在一些实施方式中，提升系统300的绞车装置310 可以采用成对的布置形式，即同对的两个绞车装置310分别相对应地设置于水面船舶200的甲板两侧。其中，本实施方式中是以提升系统300包含三对绞车装置310为例进行说明。在一些实施方式中，基于绞车装置310成对的布置形式，提升系统300亦可包含三对以上绞车装置310，且多对绞车装置 310可以沿水面船舶200的长度方向间隔布置，每个绞车装置310可以独立操作运行，也可以采用交叉提升的方式。当然，绞车装置310亦可采用其他布置形式，而不限于成对布置。在绞车装置310及缆绳500在提升过程中，为防止相互间缆绳出现缠绕的情况，可以通过非同时下放和提升，以及左舷第1绞车与右舷最后一台绞车同时作业的方式避免缠绕。在遇到海流较大的情况，可以通过调整船舶与来流方向避免缆绳出现在来流方向的同一直线上，即可避免缆绳在水下缠绕。 [0153] 可选地，如图1所示，在一些实施方式中，提升系统300可以还包含推进器320，推进器320可以设置于缆绳500的与矿料包400连接的部分。通过上述设计，本发明能使缆绳500与矿料包400的在海底的对接更加快速高效。 [0154] 可选地，如图1所示，在一些实施方式中，缆绳500上可以设置信标330，具体地，信标330可以邻设在于推进器320。通过上述设计，本发明能使缆绳500与矿料包400的在海底的对接更加精准。 [0155] 可选地，如图7和图8所示，在本本实施方式中，水面船舶200可以设置有提升平台210以及卸料小车220。具体而言，提升系统300设置于提升平台210，卸料小车220可平移地设置于提升平台210下方并设置有传送带 221。卸料小车220能够通过平移在收回状态和伸出状态之间转换。收回状态下，卸料小车220的邻近缆绳500的一入料端与缆绳500具有一间距，以避免与缆绳500和矿料包400产生干涉。当矿料包400被提升至高于卸料小车 220时，卸料小车220平移至伸出状态。伸出状态下，卸料小车220的入料端位于矿料包400下方，用于供矿料包400将矿石卸于传送带221上，并由传送带221将矿石传输至水面船舶200的储料区域，或将矿石运往后处理系统中进行分选处理。 [0156] 可选地，如图11所示，在一些实施方式中，提升系统300可以采用基于双绞车的网兜式矿斗460提升方案，即提升系统300可以通过两个绞车装置 310配合提升一个例如网兜式矿斗460的矿料包400。特别地，当需要进行超搭载的物料提升时，可采用上述双轿车的提升方案进行矿料包400的提升。具体地，两个绞车装置310分别固定一根缆绳500的端部，并且将缆绳500 等量贮存在绞车装置310中。缆绳500上串联一个移动挂钩340，当两个绞车装置310释放缆绳500时，移动挂钩340下降。当两个绞车装置310收卷缆绳500时，移动挂钩340上升。网兜式矿斗460挂在移动挂钩340上，随移动挂钩340上升。由于由两个绞车装置310同时提升网兜式矿斗460包，可提升量较大，作业效率较高。当然，本申请亦可采用单租绞车装置310提升的方案，并不以此为限。 [0157] 如图12和图30所示，图12中代表性地示出了图1示出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的局部放大图，并具体示出了缆绳500通过第二卡具620吊装矿料包400时的工作状态；图30中代表性地示出了第二卡具620 的剖视图。具体地，在一些实施方式中，缆绳500一端连接于提升系统300，另一端为工作端501，工作端501设置有第二卡具620，第二卡具620用于可拆装地与矿料包400连接。 [0158] 可选地，如图12和图30所示，在一些实施方式中，缆绳500的工作端 501分为多股细缆绳5013，且缆绳500的邻近多股细缆绳5013的位置套设有缆绳芯5012，缆绳芯5012呈上小下大的锥型，多股细缆绳5013分别向上弯曲而沿缆绳芯5012外围分布。其中，第二卡具620包含套体621、填充树脂 622、挂钩623以及防脱卡扣624。套体621具有锥型的内腔，内腔的形状与缆绳芯5012的形状相匹配，套体621用于容纳多股细缆绳5013和缆绳芯 5012。填充树脂622填充于内腔，用于填满内腔与缆绳芯5012和多股细缆绳 5013之间的空隙。挂钩 623设置于套体621下端。防脱卡扣624活动连接于挂钩623，并能够在常态下保持与套体621的卡合，保证网矿料包400在挂勾后不会脱勾。 [0159] 进一步地，基于缆绳500的工作端501分为多股细缆绳5013，且缆绳500 的邻近多股细缆绳5013的位置套设有缆绳芯5012的设计，在一些实施方式中，多股细缆绳5013可以在缆绳芯5012的周向上均匀分布。 [0160] 如图13和图14所示，图13中代表性地示出了另一实施方式中的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的局部放大图，并具体示出了缆绳500通过第一卡具610吊装矿料包400时的工作状态；图14中代表性地示出了吊装缆绳505和两个第一卡具610的组装结构示意图。具体地，在一些实施方式中，缆绳500可以包含提升缆绳504以及吊装缆绳505。提升缆绳504一端连接于提升系统300。吊装缆绳505具有锚固端502、工作端501及该两端之间的自由段503。锚固端502和工作端501各自连接有第一卡具610。据此，吊装缆绳505通过连接于其锚固端502的第一卡具610连接于提升缆绳504，且吊装缆绳505通过连接于其工作端501的第一卡具610连接于矿料包400。 [0161] 如图15至图29所示，图15中代表性地示出了图14示出的吊装缆绳505 的结构示意图；图16至图23分别代表性地示出了主受力纤维501在不同实施方式中的截面图；图24中代表性地示出了图15示出的A‑A区域中主受力纤维501的细部构造示意图；图25中代表性地示出了图15示出的A‑A区域中树脂520的细部构造示意图；图26中代表性地示出了图15示出的A‑A区域中横向缠绕纤维530在一实施方式中的细部构造示意图；图27中代表性地示出了图15示出的A‑A区域中横向缠绕纤维530在另一实施方式中的细部构造示意图；图28中代表性地示出了图15示出的A‑A区域中传感光纤506 的细部构造示意图；图29中代表性地示出了图15示出的主受力纤维501在锚固端502的交错分布示意图。 [0162] 如图15所示，在一些实施方式中，缆绳500可以为纤维缆绳，且缆绳 500包含主受力纤维501、树脂520以及横向缠绕纤维530。主受力纤维501 沿纵向布置。树脂520涂覆于位于主受力纤维501。横向缠绕纤维530沿横向缠绕于主受力纤维501外周。 [0163] 可选地，在一些实施方式中，主受力纤维501的长度连续可定制，满足全海深等长距离吊拉需求。缆绳500截面的单丝纤维相互之间紧密接触，缆绳500的拉力与直径的平方成正比。例如，考虑缆绳500的安全系数为4(工作应力为1000MPa)时，索力为5000kN的玄武岩纤维材质的缆绳500的直径可以约为89mm，其他情况以此类推。 [0164] 可选地，如图14和图15所示，在一些实施方式中，缆绳500可根据实际使用需求，将工作端501等分为若干股细缆绳5011，以满足不同的吊运要求。 [0165] 可选地，如图14、图15和图29，在一些实施方式中，缆绳500的锚固端502可以采用细缆绳5011交错回绕重叠，并与主受力纤维501搭接固定。接头处可以通过变厚度连续缠绕低弹模纤维施加预紧力。工作端501的细缆绳5011可以与第一卡具610连接，用于吊运矿料包400。 [0166] 进一步地，基于缆绳500的锚固端502采用细缆绳5011交错回绕重叠的设计，根据缆绳500的直径不同，可以确定缆绳500的锚固端502的弯曲半径。其中，上述弯曲半径与缆绳500直径的比值可以大于或者等于10，例如 10、12、15、20等。在一些实施方式中，缆绳500的锚固端502的弯曲半径与缆绳500直径的比值亦可小于10，例如9，并不以此为限。 [0167] 可选地，在一些实施方式中，主受力纤维501可以利用预张拉同步涂覆技术制备。 [0168] 可选地，在一些实施方式中，主受力纤维501的纤维材质可以为玄武岩纤维。玄武岩纤维材质的主受力纤维501具有质量质、强度高、刚度高，耐腐蚀，蠕变断裂性能好等优点，能够提高缆绳500的耐久性、承载能力，有利于减小重量，延长使用寿命。在一些实施方式中，主受力纤维501的纤维材质亦可为碳纤维、芳纶纤维绳索、玻璃纤维等。 [0169] 可选地，在一些实施方式中，主受力纤维501的拉伸弹性模量可以大于或者等于80Gpa，例如80Gpa、100Gpa、120Gpa、150Gpa等。在一些实施方式中，主受力纤维501的拉伸弹性模量亦可小于80Gpa，例如75Gpa等，并不以本实施方式为限。 [0170] 可选地，在一些实施方式中，主受力纤维501的纤维排布方式可以为平行排布或者扭绞排布。 [0171] 可选地，如图16所示，在一些实施方式中，主受力纤维501可以为单一纤维的组成形式。 [0172] 可选地，如图17所示，在一些实施方式中，主受力纤维501可以为两种纤维混杂的组成形式，且混杂的两种纤维可以具体采用内外环形分布的组成形式。另外，主受力纤维501亦可采用图18和图19示出的排列形式，例如其他形式的内外环形分布或者交错间隔分布的排列形式，并不以图17示出的排列形式为限。 [0173] 可选地，如图20所示，在一些实施方式中，主受力纤维501可以全部为有捻型纤维(即加捻的纤维)。另外，在一些实施例中，主受力纤维501亦可全部为无捻型纤维(即不加捻的纤维)。 [0174] 可选地，如图21所示，在一些实施方式中，主受力纤维501可以为有捻型纤维和无捻型纤维循环逐层排布的组成形式，且中心层为有捻型纤维。 [0175] 可选地，如图22所示，在一些实施方式中，主受力纤维501可以为有捻型纤维和无捻型纤维循环逐层排布的组成形式，且中心层为无捻型纤维。 [0176] 可选地，如图21所示，在一些实施方式中，主受力纤维501可以为有捻型纤维和无捻型纤维交错间隔排布的组成形式。 [0177] 承上所述，主受力纤维501中的有捻型纤维的比例和捻度，可以依据缆绳500的直径和纤维混杂的比例而定。对于主受力纤维501为单一材料情况下，纤维的捻度范围可以例如为2圈/米～30圈/米，纤维捻度与缆绳500直径成正比。对于主受力纤维501为混杂纤维情况下，纤维捻度与缆绳500直径、纤维拉伸弹性模量及纤维混杂比例等成正比，纤维捻度范围可以例如为 5圈/米～100圈/米。 [0178] 可选地，在一些实施方式中，树脂520在主受力纤维501中的体积分数可以小于或者等于20％，例如10％、12％、15％、20％等。在一些实施方式中，树脂520在主受力纤维501中的体积分数亦可大于20％，例如21％，并不以此为限。 [0179] 可选地，在一些实施方式中，树脂520的材质包含环氧树脂520、乙烯基树脂520或满足性能要求的其它低弹模材料。 [0180] 可选地，在一些实施方式中，树脂520的弹性模量可以小于或者等于 5GPa，例如1GPa、3GPa、4GPa、5GPa等。在一些实施方式中，树脂520 的弹性模量亦可大于5GPa，例如 5.5GPa等，并不以此为限。 [0181] 可选地，如图26所示，在一些实施方式中，横向缠绕纤维530的缠绕方式可以为交叉缠绕。 [0182] 可选地，如图27所示，在一些实施方式中，横向缠绕纤维530的缠绕方式可以为顺序缠绕。 [0183] 可选地，在一些实施方式中，横向缠绕纤维530的纤维材质可以包含聚酰胺纤维、玻璃纤维或满足缠绕要求的其他类型纤维。 [0184] 可选地，在一些实施方式中，横向缠绕纤维530的拉伸弹性模量可以小于或者等于80GPa，例如60GPa、70GPa、75GPa、80GPa等。在以下实施方式中，横向缠绕纤维530的拉伸弹性模量亦可大于80GPa，例如85GPa，并不以此为限。 [0185] 可选地，在一些实施方式中，树脂520和横向缠绕纤维530可以利用编织张力控制技术在主受力纤维501上依次连续制备。例如，可以利用连续编织张力控制技术，在主受力纤维501的自由段503、锚固端502和工作端501 依次缠绕涂覆拉伸弹性模量较低的树脂520的横向低弹模纤维。 [0186] 可选地，如图13所示，在一些实施方式中，在缆绳500具有工作端501 的基础上，缆绳500的工作端501可以用于与矿料包400连接，在此基础上，缆绳500的临近工作端501的位置可以设置有信标330。 [0187] 可选地，如图13所示，在一些实施方式中，在缆绳500具有工作端501 的基础上，缆绳500的工作端501可以用于与矿料包400连接，在此基础上，缆绳500的临近工作端501的位置可以设置有推进器320。通过上述设计，本发明能使缆绳500与矿料包400的在海底的对接更加快速高效。 [0188] 可选地，如图14和图15所示，在一些实施方式中，吊装缆绳505可以设置有传感光纤506。具体而言，传感光纤506绕设于吊装缆绳505的自由段503，即缠绕于主受力纤维501内，且传感光纤506的两端分别由锚固端 502和工作端501引出至第一卡具610。据此，传感光纤506用于采集吊装缆绳505及第一卡具610的整体的受力形变信息，并传输至控制系统。另外，由于传感光纤506的延伸率较低，通过上述缠绕构造能够提升其变形能力。 [0189] 进一步地，在一些实施方式中，传感光纤506可以为分布式传感器。 [0190] 进一步地，基于吊装缆绳505设置有传感光纤506的设计，在一些实施方式中，以控制系统设置于水面船舶200为例，传感光纤506由锚固端502 引出的一端，可以绕设于提升缆绳504，并连接至控制系统。 [0191] 进一步地，基于吊装缆绳505设置有传感光纤506的设计，在一些实施方式中，连接于锚固端502的第一卡具610(或者第二卡具620)可以设置有无线单元，且传感光纤506由锚固端502引出的一端，可以连接于无线单元，并通过无线单元与控制系统进行远程无线交互。在一些实施方式中，亦可在缆绳500中设置其他结构，例如连接至控制系统的其他传感光纤506，据此将传感光纤506采集的信息以有线方式传输至控制系统。 [0192] 进一步地，基于吊装缆绳505设置有传感光纤506的设计，在一些实施方式中，传感光纤506在自由段503上的缠绕圈数范围可以为1圈/米～20圈 /米，例如1圈/米、5圈/米、10圈/米、20圈/米等。在一些实施方式中，传感光纤506在自由段503上的缠绕圈数范围亦可大于20圈/米，例如25圈/ 米，并不以此为限。 [0193] 上述制备技术可实现缆绳500的长度可定制，索力可定制(索力可达数千吨)，满足各种工况下的吊运需求。 [0194] 需说明的是，在在一些实施方式中，即使缆绳500不区分为吊装缆绳505 和提升缆绳504，而采用其他布置形式，例如图12示出的两端分别连接于提升系统300和第二卡具620的整段式缆绳500，该种布置形式的缆绳500仍然可以采用上述对吊装缆绳505的描述中所采用的各种优选设计，并不以此为限。 [0195] 如图31至图36所示，图31中代表性地示出了设置于缆绳500的工作端 501的第一卡具610的一个夹板611的结构示意图；图32中代表性地示出了设置于缆绳500的工作端501的第一卡具610的另一个夹板611的结构示意图；图33中代表性地示出了第一卡具610的夹板611的剖视图；图34中代表性地示出了设置于缆绳500的锚固端502的第一卡具610的一个夹板611 的结构示意图；图35中代表性地示出了设置于缆绳500的锚固端502的第一卡具610的另一个夹板611的结构示意图；图36中代表性地示出了图14示出的缆绳500的俯视图。 [0196] 具体地，如图14、图31至图35所示，在一些实施方式中，吊装缆绳505 的锚固端502和工作端501各自连接有第一卡具610。据此，吊装缆绳505 通过连接于锚固端502的第一卡具610与提升缆绳504连接，且吊装缆绳505 通过连接于工作端501的第一卡具610与矿料包400连接。另外，基于吊装缆绳505的工作端501分为多股细缆绳5011的设计，多股细缆绳 5011分别可以连接第一卡具610，吊装缆绳505用于通过多股细缆绳5011末端的多个第一卡具610吊挂矿料包400。在一些实施方式中，例如图12示出的缆绳500，缆绳500的工作端501亦可连接该第一卡具610。 [0197] 可选地，如图31至图35所示，在一些实施方式中，每个第一卡具610 包含主体以及变刚度带612。主体内部具有环形通道，环形通道沿水滴形路径环绕布置，且环形通道的小端6112开口于主体，以供缆绳500设置。变刚度带612设置于环形通道的内壁，变刚度带612由环形通道的大端6111至小端6112分为多段，且多段变刚度带612的弹性模量由大端6111至小端6112 依次减小。在此基础上，锚固端502穿设并环绕布置于一个第一卡具610的环形通道，该第一卡具610的大端6111朝上，并与提升缆绳504连接。工作端501穿设并环绕布置于另一个第一卡具610的环形通道，或者工作端501 的多股细缆绳5011分别穿设并环绕布置于多个第一卡具610的环形通道，该第一卡具610的大端6111朝下，并用于与矿料包400连接。 [0198] 可选地，如图31和图32所示，或者如图34和图35所示，在一些实施方式中，第一卡具610的主体可以采用两个夹板611对合组装的结构形式。其中，主体包含两个形状相对应的夹板611，这两个夹板611分别设置有环形槽道613，两个夹板611对合组装后，两个环形槽道613共同定义该主体的环形通道。 [0199] 进一步地，如图31至图35所示，在一些实施方式中，第一卡具610的两个夹板611可以分别设置螺孔6114，并通过螺栓连接固定组装。具体地，第一卡具610的甲板可以沿着自身边缘位置的一中心线均匀布置多个螺孔 6114，且螺孔6114的直径可以为20mm～50mm，例如20mm、30mm、40mm、 50mm等。在一些实施方式中，螺孔6114的直径亦可小于20mm，或可大于 50mm，例如15mm、60mm等，并不以此为限。 [0200] 进一步地，在一些实施方式中，连接于工作端501的第一卡具610的一个夹板611的厚度可以为350mm～500mm，例如350mm、400mm、450mm、 500mm等。在一些实施方式中，连接于工作端501的第一卡具610的一个夹板611的厚度亦可小于350mm，或可大于500mm，例如300mm、550mm等，并不以此为限。另外，连接于工作端501的第一卡具610的两个夹板611的厚度可以但不限于相等。 [0201] 进一步地，在一些实施方式中，连接于锚固端502的第一卡具610的一个夹板611的厚度可以为50mm～150mm，例如50mm、80mm、100mm、150mm 等。在一些实施方式中，连接于锚固端502的第一卡具610的一个夹板611 的厚度亦可小于50mm，或可大于150mm，例如45mm、160mm等，并不以此为限。另外，连接于锚固端502的第一卡具610的两个夹板611的厚度可以但不限于相等。 [0203] 进一步地，如图34和图35所示，在一些实施方式中，连接锚固端502 的第一卡具610的大端6111设置有通孔6113，环形通道环绕通孔6113，通孔6113用于穿设连接提升缆绳 504。基于第一卡具610的主体包含两个夹板 611的设计，两个夹板611的对应位置分别设置有通孔6113。 [0204] 进一步地，在一些实施方式中，通孔6113的直径可以为200mm～400mm，例如200mm、300mm、350mm、400mm等。在一些实施方式中，通孔6113 的直径亦可小于200mm，或可大于 400mm，例如150mm、450mm等，具体可以根据缆绳500(例如吊装缆绳505)的直径灵活调整，并不以此为限。 [0205] 进一步地，如图31和图32所示，在一些实施方式中，连接工作端501 的第一卡具610的大端6111设置有挂钩614，挂钩614活动连接有防脱卡扣 615，防脱卡扣615能够在常态下保持与第一卡具610的大端6111之间的卡合，挂钩614用于吊挂矿料包400。基于第一卡具610的主体包含两个夹板 611的设计，两个夹板611的对应位置分别设置有挂钩614。 [0206] 进一步地，在一些实施方式中，环形通道的大端6111的曲率半径，与缆绳500(例如吊装缆绳505)的直径的比值可以为10～30，例如10、15、25、 30等。在一些实施方式中，环形通道的大端6111的曲率半径与缆绳500的直径的比值亦可小于10，或可大于30，例如9、31等，并不以此为限。另外，第一卡具610的两块夹板611各自的大端6111与环形槽道613的曲率半径可以但不限于一致。另外，由于缆绳500(例如吊装缆绳505)的工作端501 在图13示出的实施方式中分为多股细缆绳5011，据此，对于连接于工作端 501的第一卡具610而言，上述比值实际可以是环形通道的大端6111的曲率半径，与细缆绳5011的直径的比值。 [0207] 进一步地，如图33所示，在一些实施方式中，每段变刚度带612的朝向环形通道内壁的一侧可以大致呈楔形，以使变刚度带612的厚度由大端6111 至小端6112线性增大。相对应地，环形通道内壁可以具有与变刚度带612 相匹配的楔形槽6131，楔形槽6131用于容纳变刚度带612的楔形一侧，以使变刚度带612的另一侧大致呈平直状态。 [0208] 需说明的是，以环形槽道613的截面大致呈矩形为例，环形通道的四个内壁均可设置变刚度带612。基于第一卡具610的主体包含两个夹板611的设计，组成环形通道的两个环形槽道613分别呈槽型结构，该环形槽道613 的槽底即为环形通道的一个内壁，环形通道的两侧槽壁与另一个夹板611的环形通道的两侧槽壁分别共同定义出环形通道的另两个内壁。在此基础上，环形槽道613的槽底可以采用上述多段楔形槽6131状的结构设计，且环形槽道613的两侧槽壁可以采用平直壁面的结构设计。据此，对于设置环形通道的四个内壁的四组变刚度带612而言，可以将设置在两个环形槽道613的槽底的两组变刚度带612采用上述多段的设计。 [0209] 进一步地，在一些实施方式中，环形通道的宽度，即环形槽道613的槽底的宽度，与缆绳500(例如吊装缆绳505)的直径的比值可以为1.2～1.4，例如1.2、1.25、1.3、1.4等。在一些实施方式中，环形通道的宽度与缆绳500 的直径的比值亦可小于1.2，或可大于1.4，例如1.1、1.5等，并不以此为限。另外，由于缆绳500(例如吊装缆绳505)的工作端501在图13示出的实施方式中分为多股细缆绳5011，据此，对于连接于工作端501的第一卡具610 而言，上述比值实际可以是环形通道的宽度与缆绳500(例如吊装缆绳505) 的直径的比值。 [0210] 进一步地，在一些实施方式中，环形通道的深度，即两个环形槽道613 的槽深(亦即环形槽道613的槽壁深度)之和，与缆绳500(例如吊装缆绳 505)的直径的比值可以为1.1～1.2，例如1.1、1.15、1.2等。在一些实施方式中，环形通道的深度与缆绳500的直径的比值亦可小于1.1，或可大于1.2，例如1.05、1.25等，并不以此为限。另外，由于缆绳500(例如吊装缆绳505) 的工作端501在图13示出的实施方式中分为多股细缆绳5011，据此，对于连接于工作端501的第一卡具610而言，上述比值实际可以是环形通道的深度与细缆绳5011的直径的比值。 [0211] 进一步地，在一些实施方式中，在环形通道内相对布置的两个变刚度带 612之间的净距，与缆绳500(例如吊装缆绳505)的直径的比值可以大于1.1，例如1.15、1.2、1.25、1.3等。另外，由于缆绳500(例如吊装缆绳505)的工作端501在图13示出的实施方式中分为多股细缆绳5011，据此，对于连接于工作端501的第一卡具610而言，其环形通道内相对布置的两个变刚度带612之间的净距，可以略小于连接于锚固端502的第一卡具610的环形通道内相对布置的两个变刚度带612之间的净距。 [0212] 进一步地，在一些实施方式中，变刚度带612的厚度与缆绳500(例如吊装缆绳505)的直径的比值可以为0.15～0.3，例如0.15、0.2、0.25、0.3等。在一些实施方式中，变刚度带612的厚度与缆绳500的直径的比值亦可小于 0.15，或可大于0.3，例如0.14、0.35等，并不以此为限。另外，由于缆绳500 (例如吊装缆绳505)的工作端501在图13示出的实施方式中分为多股细缆绳5011，据此，对于连接于工作端501的第一卡具610而言，上述比值实际可以是变刚度带612的厚度与细缆绳5011的直径的比值。 [0213] 进一步地，纤维绳索的直径与相对两侧的变刚度带612的厚度之和，可以大于环形通道的截面的深度，例如为环形通道的截面的深度的1.05倍～1.1 倍。再者，纤维绳索的直径与另外相对两侧的变刚度带612的厚度之和，可以大于环形通道的截面的宽度，例如为环形通道的截面的宽度的1.05倍～1.1 倍。另外，由于缆绳500(例如吊装缆绳505)的工作端501在图13示出的实施方式中分为多股细缆绳5011，据此，对于连接于工作端501的第一卡具 610而言，上述倍数实际可以是所述的厚度之和与细缆绳5011的直径作比。 [0214] 进一步地，在一些实施方式中，变刚度带612的弹性模量可以为 30GPa～200GPa，例如30GPa、80GPa、150GPa、200GPa等。在一些实施方式中，变刚度带612的弹性模量亦可小于30GPa，或可大于200GPa，例如 28GPa、210GPa等，并不以此为限。 [0215] 进一步地，在一些实施方式中，变刚度带612的材质可以为软质金属、尼龙、热塑树脂520或者纤维增强热塑树脂520。 [0216] 进一步地，在一些实施方式中，在缆绳500为纤维缆绳的基础上，吊装缆绳505的锚固端502的纤维可以采用交错回绕重叠的布置形式，使得锚固端502环绕穿设于第一卡具610的环形通道，且锚固端502的纤维与自由段 503的纤维搭接固定。 [0217] 进一步地，如图32、图34和图35所示，在一些实施方式中，基于吊装缆绳505设置有传感光纤506的设计，传感光纤506的两端分别由锚固端502 和工作端501引出至第一卡具610，用于采集吊装缆绳505及第一卡具610 的整体的受力形变信息，并传输至控制系统。具体地，变刚度带612与第一卡具610的夹板611的接触面可以布置传感光纤506。另外，对于连接于锚固端502的第一卡具610而言，传感光纤506可以由第一卡具610的大端6111 引出，对于连接于工作端501的第一卡具610而言，传感光纤506可以由第一卡具610的小端6112引出至挂钩614。 [0218] 承上所述，基于上述第一卡具610的设计，在一些实施方式中，缆绳500 与第一卡具610的安装使用流程包含：缆绳500一端嵌入第一卡具610的环形通道，然后将变刚度带612嵌入第一卡具610的环形通道，利用变刚度带 612与缆绳500接触。将高强度的螺栓依次穿过第一卡具610的两块夹板611 上的螺孔6114，然后用手动微微拧紧螺栓。重复上述步骤安装多个螺栓，直至所有螺孔6114均拧上螺栓。分级、对称，依次旋紧螺栓至设计扭矩，使变刚度带612与缆绳500紧密接触，变刚度带612在缆绳500表面施加挤压力。至此，缆绳500与第一卡具610安装完毕。 [0219] 通过上述缆绳500及相关卡具的配合设计，本发明采用的第一卡具610 的夹板611为水滴形结构，能够实现缆绳500应力的平顺传递，避免应力集中现象。通过分段材料的弹性模量变化以及厚度变化设计，实现变刚度带612 的刚度变化，可有效避免缆绳500与第一卡具610接触处的应力集中现象，避免剪切破坏。一个第一卡具610内的多个变刚度带612共同作用可为缆绳 500提供梯度预紧力，有效实现缆绳500的固定。各传感光纤506能够监测各个第一卡具610的受力情况，从而对其工作性能进行评估。防脱卡扣615 在第一卡具610的挂钩614与待吊装物体勾紧、挂钩614表面承受一定压力后自动锁紧，能够防止防脱卡扣615误锁以及缆绳500脱出。 [0220] 如图37至图44所示，图37中代表性地示出了矿料包400的立体图；图 38中代表性地示出了矿料包400的平面展开示意图；图39中代表性地示出了侧面的结点编织示意图；图40中代表性地示出了底面的结点编织示意图； [0221] 图41中代表性地示出了沿图39中的直线E‑E或者图40中的直线G‑G或者直线H‑H所做的截面图；图42中代表性地示出了沿图39中的直线F‑F所做的截面图；图43中代表性地示出了矿料包400的编织绳的加强结构示意图； [0222] 图44中代表性地示出了光纤传感绳450的组装示意图。 [0223] 具体地，如图37至图41所示，在一些实施方式中，矿料包400为网兜结构并包含底部401和多个侧部402，每个底部401和每个侧部402分别由沿纵向布置的主受力绳410和沿横向布置的次受力绳420编织而成。其中，主受力绳410主要沿纵向分部二，其用于承担主要载荷，次受力绳420为侧面编织绳，其主要起到横向约束和结点固定的作用。多个侧部402分别以各自底边连接于底部401，多个侧部402的顶边通过收口绳430可调节地连接，收口绳430上布置有光纤传感绳450，用于矿料包收口处的受力监测预警，如可在矿石对收口绳过度挤压时报警，以防止收口绳430的损坏；任意相邻两个侧部402通过两者各自的相对的侧边连接，且的相对两个侧边之间的次受力绳420为连续布置，每个侧部402的主受力绳410于侧部402上端延伸形成起吊绳440，起吊绳440用于供缆绳500连接。通过上述设计，本发明提出的矿料包400能够用于海底物料的收集，其具有结构简单，储料量大等特点，而且提升过程中，主要提升矿物，减少海洋水层间流动，减轻海洋污染，能量利用率高。 [0224] 需说明的是，在一些实施方式中，次受力绳420亦不限于仅沿横向布置，例如，在图39和图40示出的实施方式中，次受力绳420除沿横向布置以外，亦可缠绕于沿纵向布置的主受力绳410。具体可以根据实际需要，针对矿料包400的底部401和侧部402等不同位置灵活选择。 [0225] 可选地，如图39至图42所示，在一些实施方式中，侧部402的编织方法为：采用横向的两根次受力绳420扭转并绕过单根主受力绳410进行编织，竖向采用两根次受力绳420包裹于主受力绳410外部进行扭转缠绕，经过结点处时两根次受力绳420上下交叉绕过结点。 [0226] 可选地，如图39至图42所示，在一些实施方式中，底面的编织方法为：采用两根次受力绳420包裹于主受力绳410外部进行扭转缠绕，经过结点处时两根次受力绳420上下交叉绕过结点。 [0227] 进一步地，如图39、图40和图43所示，在一些实施方式中，主受力绳 410、主受力绳410的转弯处411及次受力绳420的转弯处421，可以采用例如聚丙烯纤维的加粗纤维480交叉编织进行加粗处理，以减少弯折损伤。 [0228] 可选地，在一些实施方式中，主受力绳410可以为碳纤维绳，且次受力绳420可以为聚丙烯纤维绳。其中，次受力绳420的弹性模量小于主受力绳 410。 [0229] 进一步地，在一些实施方式中，在主受力绳410为碳纤维绳的基础上，主受力绳410的捻度可以为25圈/米～35圈/米，例如25圈/米、30圈/米、35 圈/米等。在一些实施方式中，主受力绳410的捻度亦可小于25圈/米，或可大于35圈/米，例如20圈/米、40圈/米等，并不以此为限。 [0230] 进一步地，在一些实施方式中，在次受力绳420为聚丙烯纤维绳的基础上，次受力绳420的捻度可以为55圈/米～65圈/米，例如55圈/米、60圈/ 米、65圈/米等。在一些实施方式中，次受力绳420的捻度亦可小于55圈/ 米，或可大于65圈/米，例如50圈/米、70圈/米等，并不以此为限。 [0231] 可选地，在一些实施方式中，主受力绳410亦可为玄武岩纤维绳，且次受力绳420亦可为聚乙烯纤维绳。其中，次受力绳420的弹性模量小于主受力绳410。 [0232] 进一步地，在一些实施方式中，在主受力绳410为玄武岩纤维绳的基础上，主受力绳410的捻度可以为35圈/米～45圈/米，例如35圈/米、40圈/ 米、45圈/米等。在一些实施方式中，主受力绳410的捻度亦可小于35圈/ 米，或可大于45圈/米，例如30圈/米、50圈/米等，并不以此为限。 [0233] 进一步地，在一些实施方式中，在次受力绳420为聚乙烯纤维绳的基础上，次受力绳420的捻度可以为55圈/米～65圈/米，例如55圈/米、60圈/ 米、65圈/米等。在一些实施方式中，次受力绳420的捻度亦可小于55圈/ 米，或可大于65圈/米，例如50圈/米、70圈/米等，并不以此为限。 [0234] 可选地，在一些实施方式中，矿料包400的网兜结构的网孔尺寸可以为 30cm×30cm。在一些实施方式中，矿料包400的网兜结构的网孔尺寸亦可为其他尺寸，例如网孔的长度尺寸可以为20cm～40cm，且网孔的宽度尺寸可以为20cm～40cm。另外，网孔的长度尺寸与宽度尺寸可以但不限于相等，即网孔的形状可以但不限于为正方形。 [0235] 可选地，在一些实施方式中，主受力绳410的直径可以为4mm～6mm，例如4mm、5mm、6mm等。在一些实施方式中，主受力绳410的直径亦可小于4mm，或可大于6mm，例如3.5mm、 6.5mm等，并不以此为限。 [0236] 可选地，在一些实施方式中，主受力绳410可以涂覆有弹性模量较小的树脂520。 [0237] 可选地，在一些实施方式中，次受力绳420的直径可以为4mm～6mm，例如4mm、5mm、6mm等。在一些实施方式中，次受力绳420的直径亦可小于4mm，或可大于6mm，例如3.5mm、 6.5mm等，并不以此为限。 [0238] 可选地，在一些实施方式中，次受力绳420可以涂覆有弹性模量较小的树脂520。 [0239] 可选地，如图37和图38所示，在一些实施方式中，起吊绳440上可以设置有光纤传感绳450，光纤传感绳450用于监测主受力绳410的应力。 [0240] 进一步地，如图44所示，在一些实施方式中，光纤传感绳450可以包含智能传感芯451、柔性封装管452以及编织保护套453。其中，智能传感芯 451穿设于柔性封装管452中，编织保护套453套设于柔性封装管452外部。 [0241] 可选地，如图37所示，在一些实施方式中，矿料包400的下部或者底部可以设置有位置传感器470。 [0242] 在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统仅仅是能够采用本申请原理的许多种全海深无泵送大产能深海采矿提升系统中的几个示例。应当清楚地理解，本申请的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的任何细节或任何部件。 [0243] 综上所述，本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统包含收集转运系统100、水面船舶200、提升系统300以及矿料包400，全海深无泵送大产能深海采矿提升系统通过水面船舶200上的提升系统300进行回收或下放缆绳500，缆绳500末端连接矿料包400，通过回收缆绳500，能够将装满矿物的矿料包400提升至海面。通过上述设计，本申请具有结构简单、布放回收操作便捷、运输安全性高和抗风险能力强等特点。并且，本申请的能量利用率较高，成本和故障率较低，可解决恶劣环境下深海矿物长距离的物料输送问题，且不会由于底层海水输送至海面而造成环境扰动的问题。 [0244] 以上详细地描述和/或图示了本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统的示例性实施方式。但本申请的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用于表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用于表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。 [0245] 虽然已根据不同的特定实施方式对本申请提出的全海深无泵送大产能深海采矿提升系统进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本申请的实施进行改动。 |
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