CN104165827B - 一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，包括充满水且装设有多金属硫化物颗粒的环形封闭管道、用于给环形封闭管道内的水进行加压的可调加压组件以及用于向环形封闭管道内喷入高压气体的喷气组件，喷气组件的喷出口与环形封闭管道的内腔连通。本发明可模拟在不同深度的深海围压环境、不同水力提升速度以及不同直径的多金属硫化物颗粒条件下，开展深海多金属硫化物颗粒水力提升效果试验，从而获得不同系统参数下对水力提升性能的作用规律，为水力提升技术在深海多金属硫化物开采中的应用提供依据。

Description

一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置

技术领域

本发明涉及颗粒水力提升性能试验设备领域，具体涉及一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置。

背景技术

深海多金属硫化物是一种富含铜、锌、银、金等贵金属的深海固体矿产资源，具有很好的商业开采价值。矿物提升技术是深海多金属硫化物开采的一项关键技术，其作用是将处于海底的颗粒矿物提升到水面以完成矿物的收集。水力提升技术在深海多金属硫化物开采中有望得到应用，在实际使用前需要在实验室开展水力提升多金属硫化物颗粒的性能试验。因此，研制一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，可以用于开展深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验，具有现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，该试验装置可模拟在不同深度的深海围压环境、不同水力提升速度以及不同直径的多金属硫化物颗粒条件下，开展深海多金属硫化物颗粒水力提升效果试验，从而获得系统参数对水力提升性能的作用规律，为水力提升技术在深海多金属硫化物开采中的应用提供依据。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，包括充满水且装设有多金属硫化物颗粒的环形封闭管道、用于给环形封闭管道内的水进行加压的可调加压组件以及用于向环形封闭管道内喷入高压气体的喷气组件，所述喷气组件的喷出口与环形封闭管道的内腔连通。

作为本发明的进一步改进：

所述环形封闭管道具有沿竖直方向设置的竖直管腔段，所述喷气组件的喷出口连接于所述竖直管腔段的底部且喷出方向竖直朝上。

所述环形封闭管道呈矩形，矩形的环形封闭管道布置在竖直平面内并形成两段沿竖直方向设置的竖直管腔段以及两段沿水平方向设置的水平管腔段，所述喷气组件的喷出口连接于其中一段竖直管腔段的底部。

与喷气组件的喷出口相对应的竖直管腔段以及连接于竖直管腔段顶部的水平管腔段均为透明材料管；连接于竖直管腔段底部的水平管腔段还连接有进出料管，所述进出料管的进出口装设有可拆卸的密封组件。

所述喷气组件包括喷嘴、气泵以及用于驱动所述气泵工作的电机，所述喷嘴连接于环形封闭管道上，所述气泵的输出口通过输气管道与喷嘴相连。

所述输气管道上还设有用于控制输气管道通断的电磁换向阀。

所述输气管道上还设有用于检测气泵的输出压力的压力传感器以及用于检测气泵的输出流量的气量计。

所述可调加压组件包括预充压力气体的蓄能器，所述蓄能器通过连接气管与环形封闭管道的内腔连通，所述连接气管上设有用于控制通断的截止阀。

所述连接气管上还设有用于检测环形封闭管道内水压力的压力表。

所述试验装置还包括控制器，所述控制器分别与压力表、压力传感器和气量计电连接并实时采集和储存压力表、压力传感器和气量计的检测数据，所述控制器分别与电机和电磁换向阀电连接并控制电机和电磁换向阀的工作状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，可模拟在不同深度的深海围压环境、不同水力提升速度以及不同直径的多金属硫化物颗粒条件下，开展深海多金属硫化物颗粒的水力提升效果试验，从而获得系统参数对水力提升性能的作用规律，为水力提升技术在深海多金属硫化物开采中的应用提供依据。

附图说明

图1为本发明深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置的结构原理图。

图例说明：

1、环形封闭管道；11、竖直管腔段；12、水平管腔段；13、进出料管；14、密封组件；2、可调加压组件；21、蓄能器；22、连接气管；23、截止阀；24、压力表；3、喷气组件；31、喷嘴；32、气泵；33、电机；34、输气管道；35、电磁换向阀；36、压力传感器；37、气量计；4、控制器；5、多金属硫化物颗粒。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，包括环形封闭管道1、可调加压组件2和喷气组件3，环形封闭管道1具有一个封闭的环形腔体，环形腔体内充满水且装设有多金属硫化物颗粒5，可调加压组件2与环形封闭管道1相连并可给环形封闭管道1内的水进行加压，喷气组件3的喷出口与环形封闭管道1的内腔连通并可向环形封闭管道1内喷入高压气体。

本实施例中，环形封闭管道1具有沿竖直方向设置的竖直管腔段11，喷气组件3的喷出口连接于竖直管腔段11的底部且喷出方向竖直朝上，在喷气组件3向竖直管腔段11内喷出高压气体时，可使竖直管腔段11内形成向上运动的流场，实现模拟水力提升多金属硫化物颗粒5。本实施例的环形封闭管道1呈矩形，矩形的环形封闭管道1布置在竖直平面内，将矩形的环形封闭管道1分为上下两段水平布置的水平管腔段12以及左右两段沿竖直方向设置的竖直管腔段11，其中，喷气组件3的喷出口连接于其中一段沿竖直方向设置的竖直管腔段11的底部。

上述与喷气组件3的喷出口相对应的竖直管腔段11以及连接于竖直管腔段11顶部的水平管腔段12均为透明材料管，便于观察多金属硫化物颗粒5的运动状态，透明材料管可以采用有机玻璃制作，而其他竖直管腔段11和水平管腔段12可采用钢管制作；连接于竖直管腔段11底部的水平管腔段12还连接有进出料管13，进出料管13的进出口装设有可拆卸的密封组件14，该密封组件14可以采用多种形式，例如，可以采用与进出料管13螺纹连接的密封堵头或者采用法兰和密封圈的组合等。

本实施例中，喷气组件3包括喷嘴31、气泵32以及用于驱动气泵32工作的电机33，电机33的输出轴与气泵32的输入端相连，气泵32的输出口通过输气管道34与喷嘴31相连，喷嘴31连接于环形封闭管道1上，喷嘴31内设有单向阀，以保证环形封闭管道1内的水不会经喷嘴31进入输气管道34。电机33带动气泵32工作输出高压气体，高压气体经输气管道34和喷嘴31喷入环形封闭管道1内，在喷嘴31的作用下，高压气体产生高速气流使环形封闭管道1内形成封闭流场。输气管道34上设有电磁换向阀35，电磁换向阀35可控制输气管道34的通断，进而控制是否向环形封闭管道1内喷入高压气体，该电磁换向阀35具有两个工作状态，一个工作状态是使输气管道34断开，另一个工作状态是使输气管道34连通，其中，使输气管道34断开的工作状态为电磁换向阀35的初始状态。输气管道34上还设有压力传感器36和气量计37，压力传感器36用于检测气泵32的输出压力，气量计37用于检测气泵32的输出流量，上述压力传感器36和气量计37具体是连接在电磁换向阀35与气泵32之间的输气管道34上。

本实施例中，可调加压组件2包括蓄能器21，蓄能器21预先充满一定压力的气体，其通过连接气管22与环形封闭管道1的内腔连通，连接气管22上设有截止阀23，截止阀23可以控制连接气管22的通断。在实验装置不工作时，截止阀23使连接气管22断开，当截止阀23使连接气管22导通时，蓄能器21的压力气体对环形封闭管道1中的水进行加压，使环形封闭管道1中形成具有压力的环形封闭流场，进而模拟海底具有围压的流场环境。此外，在连接气管22上还设有压力表24，压力表24具体是连接在截止阀23与环形封闭管道1之间的连接气管22上，其可检测连接气管22中的压力，也即检测环形封闭管道1内封闭流场的压力。该蓄能器21在实验装置工作时，还可吸收和储存由喷气组件3喷入环形封闭管道1内的高压气体，保证实验装置持续的工作。

本实施例中，试验装置还包括控制器4，控制器4的信号输入端分别与压力表24、压力传感器36和气量计37的信号输出端相连，通过控制器4可实时采集和储存压力表24、压力传感器36和气量计37的检测数据，控制器4的信号输出端分别与电机33和电磁换向阀35的信号输入端相连，并控制电机33和电磁换向阀35的工作状态。为实现相应功能，控制器4可以采用现有的控制装置，在此不再赘述。

本发明深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，可模拟在不同深度的深海围压环境、不同水力提升速度以及不同直径的多金属硫化物颗粒5条件下，开展深海多金属硫化物颗粒5的水力提升效果试验，从而获得系统参数对水力提升性能的作用规律，为水力提升技术在深海多金属硫化物开采中的应用提供依据。

本发明深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置的工作原理如下：

试验前，电磁换向阀35和截止阀23均处于截止状态，环形封闭管道1内充满水并装入多金属硫化物颗粒5，蓄能器21预先充满一定压力的气体；

试验时，首先启动电机33，电机33驱动气泵32产生高压气体，当气泵32的输出压力达到设定的工作压力后，打开截止阀23，蓄能器21的压力气体对环形封闭管道1中的水进行加压，使环形封闭管道1中形成带有初始压力的环形封闭循环流场，再通过控制器4开启电磁换向阀35，从气泵32中出来的高压气体依次通过气量计37、电磁换向阀35、喷嘴31进入环形封闭管道1，高压气体通过喷嘴31后形成高速气流喷入环形封闭管道1，高速气流使环形封闭管道1内产生向上运动的流场，在向上运动流场作用下，多金属硫化物颗粒5随着水流的运动一起被提升，实现多金属硫化物颗粒5的水力提升；试验过程中，控制器4实时采集和存储压力传感器36、气量计37和压力表24的数据。

在模拟不同实验条件时，调节蓄能器21的预充压力可以改变环形封闭管道1中流场的初始压力，进而模拟不同水深下水力提升性能，调节气泵32的工作压力和排量，可以开展水力提升初速度对多金属硫化物颗粒5水力提升性能的作用规律，改变多金属硫化物颗粒5的直径，可以开展水力提升初速度和多金属硫化物颗粒5直径对水力提升性能的作用规律。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：包括充满水且装设有多金属硫化物颗粒（5）的环形封闭管道（1）、用于给环形封闭管道（1）内的水进行加压的可调加压组件（2）以及用于向环形封闭管道（1）内喷入高压气体的喷气组件（3），所述喷气组件（3）的喷出口与环形封闭管道（1）的内腔连通；所述环形封闭管道（1）具有沿竖直方向设置的竖直管腔段（11），所述喷气组件（3）的喷出口连接于所述竖直管腔段（11）的底部且喷出方向竖直朝上。

2.根据权利要求1所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：所述环形封闭管道（1）呈矩形，矩形的环形封闭管道（1）布置在竖直平面内并形成两段沿竖直方向设置的竖直管腔段（11）以及两段沿水平方向设置的水平管腔段（12），所述喷气组件（3）的喷出口连接于其中一段竖直管腔段（11）的底部。

3.根据权利要求2所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：与喷气组件（3）的喷出口相对应的竖直管腔段（11）以及连接于竖直管腔段（11）顶部的水平管腔段（12）均为透明材料管；连接于竖直管腔段（11）底部的水平管腔段（12）还连接有进出料管（13），所述进出料管（13）的进出口装设有可拆卸的密封组件（14）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：所述喷气组件（3）包括喷嘴（31）、气泵（32）以及用于驱动所述气泵（32）工作的电机（33），所述喷嘴（31）连接于环形封闭管道（1）上，所述气泵（32）的输出口通过输气管道（34）与喷嘴（31）相连。

5.根据权利要求4所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：所述输气管道（34）上还设有用于控制输气管道（34）通断的电磁换向阀（35）。

6.根据权利要求5所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：所述输气管道（34）上还设有用于检测气泵（32）的输出压力的压力传感器（36）以及用于检测气泵（32）的输出流量的气量计（37）。

7.根据权利要求6所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：所述可调加压组件（2）包括预充压力气体的蓄能器（21），所述蓄能器（21）通过连接气管（22）与环形封闭管道（1）的内腔连通，所述连接气管（22）上设有用于控制通断的截止阀（23）。

8.根据权利要求7所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：所述连接气管（22）上还设有用于检测环形封闭管道（1）内水压力的压力表（24）。

9.根据权利要求8所述的深海多金属硫化物颗粒水力提升性能试验装置，其特征在于：所述试验装置还包括控制器（4），所述控制器（4）分别与压力表（24）、压力传感器（36）和气量计（37）电连接并实时采集和储存压力表（24）、压力传感器（36）和气量计（37）的检测数据，所述控制器（4）分别与电机（33）和电磁换向阀（35）电连接并控制电机（33）和电磁换向阀（35）的工作状态。