CN106368652A - 深海采矿水力输送试验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海采矿水力输送试验系统，包括水面支撑平台、中间仓、上行输送管、下行输送管、料仓、中间仓、给料机和集矿机等，上行输送管连接于中间仓和水面支撑平台之间，料仓安装于中间仓中并通过给料机与上行输送管相连，集矿机通过输送管道与料仓相连，上行输送管上串连有提升泵，上行输送管上于提升泵的上方设有用于封堵上行输送管并将物料排出上行输送管的紧急排放阀，下行输送管通过中间仓与上行输送管连通。该深海采矿水力输送试验系统能够满足粗颗粒矿物输送要求，并可避免堵塞、安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及深海采矿作业技术领域，具体涉及一种适用于深海颗粒矿物采集的深海采矿水力输送试验系统。
背景技术
近几十年来，管道水力输送技术由于其运行成本低，可靠性相对较高的优点，广泛应用于固体矿浆输送领域，例如深海采矿、水力输煤及河流疏浚等工程领域。
在矿浆管道输送过程中，由于输送物料的浓度、速度、粒径对输送管道输送性能的影响，会导致输送效率不高或由于管道堵塞而严重影响输送安全性等问题，这些都将大大增加运营成本。在深海采矿工程中，由于深海环境的复杂性，颗粒堵塞管道现象频繁发生。有效模拟出深海矿物输送，获取提升电泵性能和整体管道系统输运数据，确定系统最佳输送参数，是各国研发人员面临的难题。为获得更好的输送参数，各国纷纷研制了多种管道输送系统，力求在实验室内完成模拟试验。在扬矿管道竖直提升方面，韩国、印度、日本、德国、波兰等建立了扬矿模拟试验系统，但都主要关注输送参数的获取，很少对适用于海上试验系统的可用性和可行性进行探究，并未有效解决避免管道堵塞问题。
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，提供一种可避免堵塞、安全性好的深海采矿水力输送试验系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种深海采矿水力输送试验系统，包括水面支撑平台、中间仓、上行输送管、料仓、给料机和集矿机，所述上行输送管连接于中间仓和水面支撑平台之间，所述料仓安装于中间仓中并通过给料机与上行输送管相连，所述集矿机通过输送管道与料仓相连，所述上行输送管上串连有提升泵，所述上行输送管上于提升泵的上方设有用于封堵上行输送管并将物料排出上行输送管的紧急排放阀。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述紧急排放阀包括与上行输送管连通的排出管以及铰接安装于上行输送管中的阀板，所述阀板的铰接轴位于排出管与上行输送管连通处的下方，且阀板能通过上下摆动阻断上行输送管或者排出管，所述紧急排放阀还包括在阀板阻断排出管时迫使阀板向阻断上行输送管的方向摆动的弹性机构。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述弹性机构包括安装于上行输送管上的伸缩弹簧。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述排出管自与上行输送管的连通处倾斜向下布置。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述阀板上远离其铰接轴线的一侧设有延伸部，所述延伸部在阀板阻断上行输送管时自阀板向提升泵的方向延伸。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述给料机通过一混流器与上行输送管相连，所述混流器设有内腔以及三个与所述内腔连通的开口，其中两个开口分别与给料机和上行输送管相连，另一个开口设有通断阀门组件。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述通断阀门组件包括用于贴合封闭所述开口的密封板和伸缩驱动件，所述密封板连接于伸缩驱动件的驱动端并可由伸缩驱动件驱动远离所述开口或者贴合封闭所述开口。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述伸缩驱动件为伸缩油缸。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述水面支撑平台和中间仓之间还连接有下行输送管，所述下行输送管与料仓连通，所述水面支撑平台上设有用于向下行输送管供水的供水组件和用于向下行输送管供矿物颗粒的供料组件。
上述的深海采矿水力输送试验系统，优选的，所述供料组件包括与下行输送管连通的上料漏斗和用于将矿物颗粒输送至上料漏斗的输送机；所述供水组件包括用于向所述上料漏斗或者下行输送管供水的水箱。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的深海采矿水力输送试验系统在提升泵上方的上行输送管上设有紧急排放阀，在提升泵突然停止等紧急情况下，通过紧急排放阀将上行输送管封堵，并将物料排出上行输送管，可避免物料进入提升泵，进而防止物料堵塞提升泵，并且在试验结束后，也可打开紧急排放阀将上行输送管内未排尽的物料排出。该深海采矿水力输送试验系统可以有效模拟深海粗颗粒矿物输送，获取提升电泵工作性能和管道输送参数，进行不同输送模式的比较，实现2倍水深的管道输送能力，其不仅可用于实验室试验，也可用于海试验证，并能有效避免颗粒堵塞，具有较好的安全性。
附图说明
图1为深海采矿水力输送试验系统的结构示意图。
图2为紧急排放阀在封堵上行输送管状态的剖视结构示意图。
图3为紧急排放阀在封堵排出管状态的剖视结构示意图。
图4为紧急排放阀在由封堵排出管状态向封堵排出管状态转换时的剖视结构示意图。
图5为混流器在通断阀门组件关闭时的结构示意图。
图6为混流器在通断阀门组件打开时的结构示意图。
图例说明：
1、水面支撑平台；2、中间仓；3、上行输送管；4、料仓；5、给料机；6、集矿机；7、输送管道；8、提升泵；9、紧急排放阀；91、阀板；911、延伸部；92、排出管；93、伸缩弹簧；94、限位块；10、混流器；101、内腔；102、开口；103、密封板；104、伸缩驱动件；11、下行输送管；12、上料漏斗；13、输送机；14、水箱。
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至图4所示，本实施例的深海采矿水力输送试验系统，包括水面支撑平台1、中间仓2、上行输送管3、料仓4、给料机5和集矿机6，上行输送管3连接于中间仓2和水面支撑平台1之间，其中，上行输送管3与水面支撑平台1通过卡门装置连接，料仓4安装于中间仓2中并通过给料机5与上行输送管3相连，集矿机6通过输送管道7与料仓4相连，上行输送管3上串连有提升泵8，上行输送管3上于提升泵8的上方设有紧急排放阀9，紧急排放阀9能封堵上行输送管3并将物料排出上行输送管3。本实施例的输送管道7采用输送软管，提升泵8采用提升电泵。
该深海采矿水力输送试验系统在提升泵8上方的上行输送管3上设有紧急排放阀9，在提升泵8突然停止等紧急情况下，通过紧急排放阀9将上行输送管3封堵，并将物料排出上行输送管3，可避免物料进入提升泵8，进而防止物料堵塞提升泵8，并且在试验结束后，也可打开紧急排放阀9将上行输送管3内未排尽的物料排出。
本实施例中，紧急排放阀9包括与上行输送管3连通的排出管92以及铰接安装于上行输送管3中的阀板91，阀板91的铰接轴线水平布置，阀板91的铰接轴位于排出管92与上行输送管3连通处的下方，且阀板91能通过上下摆动阻断上行输送管3或者排出管92，紧急排放阀9还包括在阀板91阻断排出管92时迫使阀板91向阻断上行输送管3的方向摆动的弹性机构。弹性机构包括安装于上行输送管3上的伸缩弹簧93，阀板91在摆动至接近阻断排出管92时与该伸缩弹簧93接触，并需要进一步压缩伸缩弹簧93才将排出管92完全阻断。在提升泵8不工作时，阀板91处于阻断上行输送管3、连通排出管92的状态（此时阀板91水平布置），伸缩弹簧93处于不受压力的初始状态；在正常工作时，提升泵8输出物料的压力迫使阀板91向上摆动，阀板91将上行输送管3连通，同时阀板91压缩伸缩弹簧93并阻断排出管92（此时阀板91竖直布置），物料可以正常输送；在提升泵8突然停止时，伸缩弹簧93释放推动阀板91向阻断上行输送管3的方向摆动，同时通过上行输送管3内的物料自由沉降对阀板91的作用，使阀板91摆动至将上行输送管3完全阻断的状态，上行输送管3内的物料可通过排出管92排放到上行输送管3外部，从而避免物料进入提升泵8。该紧急排放阀9能够自动实现阻断上行输送管3或者排出管92，其具有结构简单、易于制作、成本低、运行稳定可靠等优点。
本实施例中，排出管92自与上行输送管3的连通处倾斜向下布置，利于矿物颗粒的排出。
本实施例中，阀板91上远离其铰接轴线的一侧设有延伸部911，延伸部911在阀板91阻断上行输送管3时自阀板91向提升泵8的方向延伸，设置该延伸部911利于提升泵8输出的物料推动阀板91摆动至阻断排出管92的状态，同时也利于自动沉降的物料作用于阀板91上以使阀板91摆动至阻断上行输送管3的状态。进一步的，本实施例的上行输送管3中还设有在阀板91阻断上行输送管3时支撑在阀板91底部的限位块94。
本实施例中，给料机5通过一混流器10与上行输送管3相连，如图5和图6所示，混流器10设有内腔101以及三个与内腔101连通的开口102，其中两个开口102分别与给料机5和上行输送管3相连，另一个开口102设有通断阀门组件。本实施例的混流器10具体为一Y型结构。
设置该混流器10使深海采矿水力输送试验系统可实现两种作业模式，第一种作业模式是，通断阀门组件将开口102关闭，形成闭合回路作业模式，通过给料机5供给矿物颗粒和海水，矿物颗粒和海水在混流器10中混合后直接进入上行输送管3，并由上行输送管3输送至水面支撑平台1；第二种作业模式是，通断阀门组件将开口102打开，由给料机5给料，上行输送管3中的水量直接由外部的海水进行补给，矿物颗粒和海水混合后进入上行输送管3，并由上行输送管3输送至水面支撑平台1。在闭合回路作业模式下，若出现上行输送管3堵塞现象，还可通过通断阀门组件将开口102打开，将堵塞的物料排出，从而解决堵塞的问题。在试验结束时，还可通过阀门组件将开口102打开，将管道内未排尽的物料排出。
本实施例的通断阀门组件包括用于贴合封闭开口102的密封板103和安装于混流器10上的伸缩驱动件104，密封板103连接于伸缩驱动件104的驱动端并可由伸缩驱动件104驱动远离开口102或者贴合封闭开口102。伸缩驱动件104采用伸缩油缸，且在混流器10上安装两个伸缩油缸同时驱动密封板103，以提高密封板103动作的稳定性和密封的可靠性。
本实施例中，水面支撑平台1和中间仓2之间还连接有下行输送管11，下行输送管11与料仓4连通，水面支撑平台1上设有用于向下行输送管11供水的供水组件和用于向下行输送管11供矿物颗粒的供料组件，供水组件和供料组件供给的水和矿物颗粒可经下行输送管11输送至料仓4。
设置下行输送管11、供水组件和供料组件后，可实现深海采矿水力输送试验系统两种作业模式，第一种是物料通过集矿机6采集后通过经输送管道7输送到料仓4，再由给料机5输出至上行输送管3，在提升泵8的作用下经上行输送管3输送至水面支撑平台1；第二种是由人工在水面支撑平台1进行给料，物料由供料组件和供水组件供给，物料经下行输送管11输送至料仓4，再由给料机5输出至上行输送管3，在提升泵8的作用下经上行输送管3输送至水面支撑平台1，从而实现两倍水深的模拟输送试验。
本实施例中，供料组件包括与下行输送管11连通的上料漏斗12和用于将矿物颗粒输送至上料漏斗12的输送机13，输送机13可以采用皮带机等现有成熟设备；供水组件包括水箱14，水箱14可与上料漏斗12或者下行输送管11连通，以将水供给至上料漏斗12再由上料漏斗12供给至下行输送管11，或者将水直接供给至下行输送管11。
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 (10)
1.一种深海采矿水力输送试验系统，包括水面支撑平台（1）、中间仓（2）、上行输送管（3）、料仓（4）、给料机（5）和集矿机（6），所述上行输送管（3）连接于中间仓（2）和水面支撑平台（1）之间，所述料仓（4）安装于中间仓（2）中并通过给料机（5）与上行输送管（3）相连，所述集矿机（6）通过输送管道（7）与料仓（4）相连，所述上行输送管（3）上串连有提升泵（8），其特征在于：所述上行输送管（3）上于提升泵（8）的上方设有用于封堵上行输送管（3）并将物料排出上行输送管（3）的紧急排放阀（9）。
2.根据权利要求1所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述紧急排放阀（9）包括与上行输送管（3）连通的排出管（92）以及铰接安装于上行输送管（3）中的阀板（91），所述阀板（91）的铰接轴位于排出管（92）与上行输送管（3）连通处的下方，且阀板（91）能通过上下摆动阻断上行输送管（3）或者排出管（92），所述紧急排放阀（9）还包括在阀板（91）阻断排出管（92）时迫使阀板（91）向阻断上行输送管（3）的方向摆动的弹性机构。
3.根据权利要求2所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述弹性机构包括安装于上行输送管（3）上的伸缩弹簧（93）。
4.根据权利要求2所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述排出管（92）自与上行输送管（3）的连通处倾斜向下布置。
5.根据权利要求2所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述阀板（91）上远离其铰接轴线的一侧设有延伸部（911），所述延伸部（911）在阀板（91）阻断上行输送管（3）时自阀板（91）向提升泵（8）的方向延伸。
6.根据权利要求1所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述给料机（5）通过一混流器（10）与上行输送管（3）相连，所述混流器（10）设有内腔（101）以及三个与所述内腔（101）连通的开口（102），其中两个开口（102）分别与给料机（5）和上行输送管（3）相连，另一个开口（102）设有通断阀门组件。
7.根据权利要求6所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述通断阀门组件包括用于贴合封闭所述开口（102）的密封板（103）和伸缩驱动件（104），所述密封板（103）连接于伸缩驱动件（104）的驱动端并可由伸缩驱动件（104）驱动远离所述开口（102）或者贴合封闭所述开口（102）。
8.根据权利要求7所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述伸缩驱动件（104）为伸缩油缸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述水面支撑平台（1）和中间仓（2）之间还连接有下行输送管（11），所述下行输送管（11）与料仓（4）连通，所述水面支撑平台（1）上设有用于向下行输送管（11）供水的供水组件和用于向下行输送管（11）供矿物颗粒的供料组件。
10.根据权利要求9所述的深海采矿水力输送试验系统，其特征在于：所述供料组件包括与下行输送管（11）连通的上料漏斗（12）和用于将矿物颗粒输送至上料漏斗（12）的输送机（13）；所述供水组件包括用于向所述上料漏斗（12）或者下行输送管（11）供水的水箱（14）。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |