CN111878419B - 一种深海采矿扬矿泵回流保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种深海采矿扬矿泵回流保护装置，包括过流管道、防回流挡板、吸合件和控制开关，过流管道的两端分别与扬矿管和扬矿泵出口管连接，过流管道内设置有用于阻断管道流通的防回流挡板，防回流挡板的一端与过流管道内壁铰接，自由端能够绕铰接处旋转以实现对过流管道的阻断和开启，吸合件设置在过流管道内壁上，防回流挡板的自由端能够通过吸合件与过流管道的内壁吸附连接，实现过流管道内的流通，控制开关控制吸合件与防回流挡板的吸合和断开。本发明的保护装置能够解决深海采矿扬矿泵由于停机、系统断电等情况下，管道内颗粒在泵腔内沉积堵塞问题，从而防止扬矿泵下一次运行时泵磨损、堵塞严重甚至无法正常开机等意外事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种深海采矿技术领域，特别是涉及一种深海采矿扬矿泵回流保护装置。
背景技术
近年来，随着经济社会的快速发展和人们对矿产资源需求的不断扩张。深海矿产资源的开发利用开始驶入了快车道。尽管国内外已提出了多种深海矿产资源开采利用系统，但水力提升采矿系统到目前位置仍是最为成熟、最具有商业开采前景的海洋矿产资源开采系统。在水力提升采矿系统中，矿石颗粒的运输主要通过扬矿管内海水的携带作用将矿石颗粒从深海海底运输到水面上，在这过程中，深海采矿扬矿泵作为海底矿石颗粒输送的重要动力设备扮演着至关重要的角色。
泵的性能优劣和工作状态不仅关系到颗粒运输效率和运输成本问题，而且会直接影响整个系统运行的稳定性和安全性，因此，减小泵的磨损、防止泵内堵塞一直是深海采矿扬矿泵重点关注的问题。近年来随着两相流理论的不断发展和固液两相流泵设计方法的不断完善，现有扬矿泵在正常运行时，基本不会造成泵内颗粒堵塞情况的发生，但是，由于水力提升系统中矿石颗粒运输管道较长，管道内颗粒数量较多，当泵停止运行时，管道内矿石颗粒由于提升动力不足便会沿着管道下沉，加之矿石颗粒形状不规则、颗粒粒径较大，很容易造成泵内颗粒的堆积，进而导致泵下次启动时泵内颗粒浓度居高不下。泵内颗粒浓度过高和堆积问题不仅会导致泵过流部件磨损加剧，影响泵性能和寿命，而且严重时可能导致泵内颗粒堵塞，影响泵的正常运行，甚至危及整个系统安全。
综上所述，有必要设计一种深海采矿扬矿泵的回流保护装置，对现有情况作出改善。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种深海采矿扬矿泵回流保护装置，旨在防止泵停机时管道颗粒回流造成泵内堵塞的问题。
为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种深海采矿扬矿泵回流保护装置。其特征在于，包括：
过流管道，所述过流管道的一端设有用于与扬矿管连接的第一法兰盘，所述过流管道的另一端设有用于与扬矿泵出口管连接的第二法兰盘；
防回流挡板，所述防回流挡板设置于所述过流管道内，所述防回流挡板的一端与所述过流管道内壁铰接，所述防回流挡板的自由端能够绕铰接处旋转以实现对所述过流管道的阻断和开启；
吸合件，所述吸合件设置在所述过流管道内壁上，所述吸合件与所述防回流挡板的铰接处位于所述过流管道内壁的同一侧，所述防回流挡板的自由端能够通过所述吸合件与所述过流管道的内壁吸附连接；
控制开关，所述控制开关控制所述吸合件与所述防回流挡板的吸合和断开。
进一步地，所述防回流挡板的自由端与所述吸合件相对的一侧设置有衔铁，所述吸合件包括铁芯，所述铁芯的一端与所述过流管道内壁连接，所述铁芯的另一端悬空，所述铁芯表面缠绕有若干匝防水绝缘线圈，所述控制开关控制所述防水绝缘线圈通电时，在所述铁芯和所述衔铁之间产生吸引力使得所述铁芯的悬空端和所述衔铁紧密吸合，所述防回流挡板与所述过流管道内壁吸附连接，实现所述过流管道内的流通。
进一步地，所述控制开关控制所述防水绝缘线圈断电时，所述铁芯和所述衔铁之间吸引力消失，所述防回流挡板与所述过流管道内壁断开连接，所述防回流挡板旋转并阻断所述过流管道。
进一步地，所述过流管道内壁还设有一弹簧，所述弹簧位于所述防回流挡板和所述过流管道内壁之间，所述弹簧的一端与所述过流管道内壁连接，所述弹簧的另一端悬空，当所述防回流挡板与所述过流管道内壁吸附连接时，所述弹簧为压缩状态，所述弹簧的弹力小于所述防回流挡板与所述过流管道内壁之间的吸附力，当所述防回流挡板阻断所述过流管道时，所述弹簧为自然伸长状态。
进一步地，所述过流管道为变截面管道，所述过流管道包括依次连接的第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道的一端与第一法兰盘连接，所述第三管道的一端与所述第二法兰盘连接，所述第一管道的内径与所述第三管道的内径相等，所述第二管道的内径大于所述第一管道和所述第三管道的内径，所述防回流挡板设置在所述第二管道内，且所述防回流挡板的直径大于所述第三管道的内径，所述防回流挡板的直径小于所述第二管道的长度。
进一步地，所述防回流挡板为具有凸起的圆形挡板，所述凸起位于所述防回流挡板能够与所述过流管道吸附连接的一侧，即当所述防回流挡板阻断所述过流管道时，所述凸起朝向所述扬矿管一侧。
进一步地，所述防水绝缘线圈与为扬矿泵提供动力的电动机电路并联，所述控制开关为所述扬矿泵的电动机开关。
进一步地，所述第一管道和所述第三管道与所述第二管道之间为台阶过渡，所述防回流挡板与所述第二管道内壁靠近所述第三管道的台阶面铰接，即铰链底座固定在所述第二管道内壁靠近所述第三管道的台阶面上。
进一步地，所述回流保护装置在扬矿泵停机时运行方式如下，首先扬矿泵停止运行时，所述电动机断电，所述防水绝缘线圈内无电流通过，所述铁芯和所述衔铁之间吸引力消失，所述防回流挡板落下阻断所述过流管道，阻止管内颗粒回流到扬矿泵内，此时所述弹簧为自然伸长状态。
进一步地，所述回流保护装置在扬矿泵启动时运行方式如下，在扬矿泵启动时，所述电动机通电，所述防水绝缘线圈内开始有电流通过，所述铁芯内磁场产生，在所述铁芯和所述衔铁之间相互吸引力和扬矿泵出口压力共同作用下，所述防回流挡板朝所述铁芯方向旋转，扬矿泵稳定运行后依靠所述衔铁和所述铁芯间的吸引力将所述防回流挡板固定在过流管道内侧壁上。
本发明提供的所述深海采矿扬矿泵回流保护装置，能够解决深海采矿扬矿泵由于停机、系统断电等情况下管道内颗粒因动力足在泵腔内沉积堵塞问题，从而防止扬矿泵下一次运行时泵磨损、堵塞严重甚至无法正常开机等意外事故的发生。所述回流保护装置采用上述结构，过流管道两端为法兰结构，可以实现与扬矿泵出口法兰和扬矿管法兰间的装卸，易于安装和更换，防回流挡板通过铰链与过流管道连接在一起，通过改变回流挡板和过流管道间的相对位置实现防回流挡板的开闭，通过继电器、铰链和弹簧装置三者的合理安装与控制实现对防回流挡板的开闭控制，从而实现防止停机时颗粒倒流入泵内造成泵内堵塞情况的发生，并且所述回流保护装置结构简单，易于拆卸，运行成本和更换成本较低
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的扬矿泵回流保护装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的扬矿泵回流保护装置的局部放大图；
图3为本发明实施例提供的扬矿泵回流保护装置中防回流挡板的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的扬矿泵回流保护装置中防水绝缘线圈的电路连接图。
其中，图中附图标记对应为：1-过流管道，2-防回流挡板，3-铁芯，4-铰链，5-弹簧，6-第一法兰盘，7-第二法兰盘，8-螺栓孔，9-紧定螺钉，10-防水绝缘线圈，11-电阻器，12-衔铁，13-电动机电路，14-电动机开关，15-电动机，16-线圈电路。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本实施例提供了一种深海采矿扬矿泵的回流保护装置，如图1和图2所示，包括：过流管道1、防回流挡板2、吸合件和控制开关，所述过流管道1的一端设有用于与扬矿管连接的第一法兰盘6，所述过流管道1的另一端设有用于与扬矿泵出口管连接的第二法兰盘7，所述第一法兰盘6和所述第二法兰盘7上均设置有若干个螺栓孔8，所述回流保护装置通过所述第一法兰盘6和所述第二法兰盘7实现与扬矿管及扬矿泵出口管的连接；所述过流管道1内设置有用于阻断管道流通的所述防回流挡板2，所述防回流挡板2的一端通过铰链4与所述过流管道1内壁铰接，所述防回流挡板2的自由端能够绕铰接处旋转以实现对所述过流管道1的阻断和开启；所述吸合件设置在所述过流管道1内壁上，所述吸合件与所述防回流挡板2的铰接处位于所述过流管道1内壁的同一侧，所述防回流挡板2的自由端能够通过所述吸合件与所述过流管道1的内壁吸附连接，实现所述过流管道1内的流通；所述控制开关控制所述吸合件与所述防回流挡板2的吸合和断开。
在一些实施例中，所述铰链4为圆柱铰链4，所述圆柱铰链4的底座通过紧定螺钉9与所述过流管道1进行连接，所述圆柱铰链4的本体通过紧定螺钉9与防回流挡板2下端进行连接，从而防回流挡板2可以绕圆柱铰链4轴心进行旋转，实现防回流挡板2的闭合，阻断所述过流通道。
在一些实施例中，所述防回流挡板2的自由端与所述吸合件相对的一侧设置有衔铁12，所述吸合件包括铁芯3，所述铁芯3的一端与所述过流管道1内壁刚性连接，所述铁芯3的另一端悬空，所述铁芯3表面缠绕有若干匝防水绝缘线圈10，所述控制开关控制所述防水绝缘线圈10通电或断电，使得所述铁芯3和所述衔铁12之间产生吸引力或所述吸引力消失。当所述控制开关控制所述防水绝缘线圈10通电时，在所述铁芯3和所述衔铁12之间产生吸引力使得所述铁芯3的悬空端和所述衔铁12紧密贴合，所述防回流挡板2与所述过流管道1内壁的吸附连接，实现所述过流管道1内的流通。当所述控制开关控制所述防水绝缘线圈10断电，所述铁芯3和所述衔铁12之间吸引力消失，所述防回流挡板2与所述过流管道1内壁断开连接，所述防回流挡板2旋转并阻断所述过流管道1。
在一些实施例中，所述防水绝缘线圈10电路上配有电阻器11，以防止电路短路。
在一些实施例中，所述过流管道1内壁还设有一弹簧5，所述弹簧5位于所述防回流挡板2和所述过流管道1内壁之间，所述弹簧5的一端与所述过流管道1内壁刚性连接，所述弹簧5的另一端悬空，当所述防回流挡板2与所述过流管道1内壁吸附连接时，所述弹簧5为压缩状态，所述弹簧5的弹力小于此时所述铁芯3和所述衔铁12之间的吸引力，当所述防回流挡板2阻断所述过流管道1时，所述弹簧5为自然伸长状态。
在一些实施例中，所述过流管道1为变截面管道，所述过流管道1包括依次连接的第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道的一端与第一法兰盘6连接，所述第三管道的一端与所述第二法兰盘7连接，所述第一管道的内径与所述第三管道的内径相等，所述第二管道的内径大于所述第一管道和所述第三管道的内径，所述防回流挡板2设置在所述第二管道内，且所述防回流挡板2的直径大于所述第一管道和所述第三管道的内径，所述防回流挡板2的直径小于所述第二管道的长度。
在一些实施例中，如图3所示，所述防回流挡板2为具有凸起的圆形挡板，所述凸起位于所述防回流挡板2能够与所述过流管道1吸附连接的一侧，所述防回流挡板2的凸面设有所述衔铁12。当所述防回流挡板打开(阻断所述过流管道)时上凸面朝向扬矿管一侧，从而更好的承受扬矿管内流体对其的压力。
在一些实施例中，所述第一管道和所述第三管道与所述第二管道之间为台阶过渡，所述防回流挡板2与所述第二管道内壁靠近所述第三管道的台阶面铰接，即铰链4底座固定在所述第二管道内壁靠近所述第三管道的台阶面上。
较佳地，在所述第二法兰盘7位置处，所述过流管道1的内径与扬矿泵出口管内径保持相同，该位置处管道内径记为D、整个过流管道1的长度设置为4D，即所述第三管道的内径设置为D，且所述第三管道的长度为1.3D，所述第二管道的内径设置为1.4D，所述第二管道的长度为1.4D，所述第一管道的内径设置为D，且所述第一管道的长度为1.3D。所述弹簧5设置在所述过流管道1内壁距离所述铰链4旋转轴线垂直距离0.75D的位置处，所述铁芯3设置在所述过流管道1内壁距离所述铰链4旋转中心的距离1.0D位置处，所述防回流挡板2的直径为1.05～1.2D，本实施例中所述防回流挡板2的直径设置为1.1D，在所述防回流挡板2凸面装有所述衔铁12和铰链4，所述铰链4本体和所述防回流挡板2下端连接，所述衔铁12设置在距所述防回流挡板2下端1.0D位置处，所述衔铁12的长度控制在10mm～15mm之间，所述衔铁12横截面直径略小于所述铁芯3横截面直径。
在其他实施例中，所述过流管道1的内径不相同，整个过流过流管道长度在4D～5D之间，其中所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道的内径和长度可根据实际需要进行合理设定。
较佳地，如图4所示，所述防水绝缘线圈10的线圈电路16与为扬矿泵提供动力的电动机15电路13并联，所述控制开关为所述扬矿泵的电动机15的开关，电动机开关14控制所述防水绝缘线圈10通电与否，当所述电动机开关14闭合时，所述防水绝缘线圈10通电，当所述电动机开关14打开时，所述防水绝缘线圈10断电。较佳地，所述铁芯3和所述衔铁12为圆柱形，当然，在其他实施例中，所述铁芯3和所述衔铁12也可以是其他形状。在其他实施例中，也可以根据实际需要对防水绝缘线圈10电路进行改造，实现对防水绝缘线圈10通电的多种控制方式。
采用上述结构，所述回流保护装置在扬矿泵启动时运行方式如下，在扬矿泵初始启动时，所述电动机15通电，所述防水绝缘线圈10内开始有电流通过，所述铁芯3内磁场产生，在所述铁芯3和所述衔铁12之间相互吸引力和扬矿泵出口压力共同作用下，所述防回流挡板2朝所述铁芯3方向旋转，所述弹簧5被压缩，扬矿泵稳定运行后依靠所述衔铁12和所述铁芯3间的吸引力将所述防回流挡板2固定在过流管道1内侧壁上。
所述回流保护装置在扬矿泵停机时运行方式如下，首先扬矿泵停止运行时，所述电动机15断电，所述防水绝缘线圈10内无电流通过，所述铁芯3和所述衔铁12之间吸引力消失，在所述弹簧5弹力和扬矿管内流体重力的共同作用下所述防回流挡板2落下阻断所述过流管道1，阻止管内颗粒回流到扬矿泵内，此时所述弹簧5为自然伸长状态。
本发明提供的所述深海采矿扬矿泵的回流保护装置，能够解决深海采矿扬矿泵由于停机、系统断电等情况下管道内颗粒因动力足在泵腔内沉积堵塞问题，从而防止扬矿泵下一次运行时泵磨损、堵塞严重甚至无法正常开机等意外事故的发生。所述回流保护装置采用上述结构，过流管道两端为法兰结构，可以实现与扬矿泵出口法兰和扬矿管法兰间的装卸，易于安装和更换，防回流挡板通过铰链与过流管道连接在一起，通过改变回流挡板和过流管道间的相对位置实现防回流挡板的开闭，通过继电器、铰链和弹簧装置三者的合理安装与控制实现对防回流挡板的开闭控制，从而实现防止停机时颗粒倒流入泵内造成泵内堵塞情况的发生，并且所述回流保护装置结构简单，易于拆卸，运行成本和更换成本较低。
以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (1)
1.一种深海采矿扬矿泵回流保护装置，其特征在于，包括：
过流管道(1)，所述过流管道(1)的一端设有用于与扬矿管连接的第一法兰盘(6)，所述过流管道(1)的另一端设有用于与扬矿泵出口管连接的第二法兰盘(7)；
防回流挡板(2)，所述防回流挡板(2)设置于所述过流管道(1)内，所述防回流挡板(2)的一端与所述过流管道(1)内壁铰接，所述防回流挡板(2)的自由端能够绕铰接处旋转以实现对所述过流管道(1)的阻断和开启；
吸合件，所述吸合件设置在所述过流管道(1)内壁上，所述吸合件与所述防回流挡板(2)的铰接处位于所述过流管道(1)内壁的同一侧，所述防回流挡板(2)的自由端能够通过所述吸合件与所述过流管道(1)的内壁吸附连接；
控制开关，所述控制开关控制所述吸合件与所述防回流挡板(2)的吸合和断开；
所述防回流挡板(2)的自由端与所述吸合件相对的一侧设置有衔铁(12)，所述吸合件包括铁芯(3)，所述铁芯(3)的一端与所述过流管道(1)内壁连接，所述铁芯(3)的另一端悬空，所述铁芯(3)表面缠绕有若干匝防水绝缘线圈(10)，所述控制开关控制所述防水绝缘线圈(10)通电时，在所述铁芯(3)和所述衔铁(12)之间产生吸引力使得所述铁芯(3)的悬空端和所述衔铁(12)吸合，所述防回流挡板(2)与所述过流管道(1)内壁吸附连接；
所述控制开关控制所述防水绝缘线圈(10)断电时，所述铁芯(3)和所述衔铁(12)之间的吸引力消失，所述防回流挡板(2)与所述过流管道(1)内壁断开连接，所述防回流挡板(2)旋转并阻断所述过流管道(1)；
所述过流管道(1)内壁上设有一弹簧(5)，所述弹簧(5)位于所述防回流挡板(2)和所述过流管道(1)内壁之间，所述弹簧(5)的一端与所述过流管道(1) 内壁连接，所述弹簧(5)的另一端悬空，当所述防回流挡板(2)与所述过流管道(1)内壁吸附连接时，所述弹簧(5)为压缩状态，所述弹簧(5)的弹力小于所述防回流挡板(2)与所述过流管道(1)内壁之间的吸附力，当所述防回流挡板(2)阻断所述过流管道(1)时，所述弹簧(5)为自然伸长状态；
所述过流管道(1)为变截面管道，所述过流管道(1)包括依次连接的第一管道、第二管道和第三管道，所述第一管道的一端与第一法兰盘(6)连接，所述第三管道的一端与所述第二法兰盘(7)连接，所述第一管道的内径与所述第三管道的内径相等，所述第二管道的内径大于所述第一管道和所述第三管道的内径，所述防回流挡板(2)设置在所述第二管道内，且所述防回流挡板(2)的直径大于所述第三管道的内径，所述防回流挡板(2)的直径小于所述第二管道的长度；
所述防回流挡板(2)为具有凸起的圆形挡板，当所述防回流挡板(2)阻断所述过流管道(1)时，所述凸起朝向所述扬矿管一侧；
所述第一管道和所述第三管道与所述第二管道之间为台阶过渡，所述防回流挡板(2)与所述第二管道内壁靠近所述第三管道的台阶面铰接，铰链底座固定在第二管道内壁靠近第三管道的台阶面上，铰链(4)为圆柱铰链，铰链(4)的底座通过紧 定螺钉与过流管道(1)进行连接，铰链(4)的本体通过紧定螺钉与防回流挡板(2)下端进行连接；
所述防水绝缘线圈(10)与为扬矿泵提供动力的电动机的电路并联，所述控制开关为所述扬矿泵的电动机开关；
所述深海采矿扬矿泵回流保护装置在扬矿泵停机时运行方式如下：所述扬矿泵停止运行时，所述电动机断电，所述防水绝缘线圈(10)内无电流通过，所述铁芯(3)和所述衔铁(12)之间吸引力消失，所述防回流挡板(2) 落下阻断所述过流管道(1)；
所述深海采矿扬矿泵回流保护装置在所述扬矿泵启动时运行方式如下：所述扬矿泵启动时，所述电动机通电，所述防水绝缘线圈(10)内开始有电流通过，所述铁芯(3)内磁场产生，在所述铁芯(3)和所述衔铁(12)之间相互吸引力和所述扬矿泵出口压力共同作用下，所述防回流挡板(2)朝所述铁芯(3)方向旋转，依靠所述衔铁(12)和所述铁芯(3)间的吸引力将所述防回流挡板(2)与所述过流管道(1)内壁吸附连接；
在所述第二法兰盘(7)位置处，所述过流管道(1)的内径与扬矿泵出口管内径保持相同，所述第二法兰盘(7)位置处管道内径记为D、整个过流管道(1)的长度设置为 4D，所述第三管道的内径设置为D，且所述第三管道的长度为1.3D，所述第二管道的内径设置为1.4D，所述第二管道的长度为1.4D，所述第一管道的内径设置为D，且所述第一管道的长度为1.3D；所述弹簧(5)设置在所述过流管道(1)内壁距离所述铰链(4)旋转轴线垂直距离0.75D的位置处，所述铁芯(3)设置在所述过流管道(1)内壁距离所述铰链(4)旋转中心的距离1.0D位置处，所述防回流挡板(2)的直径设置为1.1D，在所述防回流挡板(2)凸面装有所述衔铁(12)和铰链(4)，所述铰链(4)本体和所述防回流挡板(2)下端连接，所述衔铁(12)设置在距所述防回流挡板(2)下端1.0D位置处，所述衔铁(12)的长度控制在10mm～15mm之间，所述衔铁(12)横截面直径略小于所述铁芯(3)横截面直径。
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