CN113153827A - 一种用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于深海采矿领域。目的是提供一种用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，该装置可对混输泵自身的振动以及外界洋流引起的涡激振动进行平衡，以减小混输泵的疲劳损伤，提高混输泵的使用寿命。技术方案是：一种用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，包括泵体和固定在泵体外周的泵壳；其特征在于：所述泵体上安装有若干泵体压敏传感器，以检测混输泵运行时自身的振动情况；所述泵壳上安装有若干泵壳压敏传感器，以检测外界洋流流经混输泵时引起的涡激振动情况；该装置还包括安装在泵体上以平衡振动的若干减振组件以及用于控制装置整体工作配合的微型控制台。
Description
技术领域
本发明属于深海采矿领域，具体是一种用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置。
背景技术
深海提升混输泵是采矿船和海底矿床之间的重要桥梁，是深海采矿系统中的关键部分。在采矿平台对深海矿产进行开采时，深海提升混输泵的结构可靠性对于深海采矿的正常作业具有重要意义。混输泵处于深海的复杂环境中，海洋洋流流经混输泵时会形成漩涡，在混输泵后方形成不对称的漩涡脱落，引发混输泵振动。当漩涡脱落的频率接近混输泵的固有频率时，会引发共振现象，即涡激振动现象。涡激振动现象的产生会加剧混输泵疲劳损伤，缩短其使用寿命。深海提升混输泵一旦发生损坏，海底矿产提升作业将被迫中止，并且由于混输泵的安装在海平面较下的位置，维修作业的开展将十分困难，还会造成巨大的经济损失。
现如今的研究成果表明，抑制涡激振动主要采用主动抑制法和被动抑制法。主动抑制法主要通过外界输入能量如声波、击振等方式扰乱流场、破坏漩涡的产生，从而达到抑制涡激振动的目的。但此种方法需要持续的外界能量输入，成本太高，故实际工程中采用率并不高。被动抑制法是通过改变深海提升混输泵表面形状或在其表面添加附加装置来破坏漩涡的形成，抑制涡激振动。现如今国内外常见的涡激振动抑制方法多采用螺旋列板、导流板、整流罩等装置或各个装置的组合。
现如今抑制涡激振动的方法存在的不足主要为配件繁多且配件之间精密连接，使得大小零件加工困难，组装工作量庞大，不适用于实际工程且抑制装置成本较高，总体性价比低。此外，传统涡激振动抑制装置如导流板、整流罩等，往往只针对一定角度的来流具有抑制效果，若海流方向改变则抑制效果降低或完全消失，实际抑制效果并不理想。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，该装置可对混输泵自身的振动以及外界洋流引起的涡激振动进行平衡，以减小混输泵的疲劳损伤，提高混输泵的使用寿命。
本发明提供的技术方案是：
一种用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，包括泵体和固定在泵体外周的泵壳；其特征在于：所述泵体上安装有若干泵体压敏传感器，以检测混输泵运行时自身的振动情况；所述泵壳上安装有若干泵壳压敏传感器，以检测外界洋流流经混输泵时引起的涡激振动情况；该装置还包括安装在泵体上以平衡振动的若干减振组件以及用于控制装置整体工作配合的微型控制台。
每组减振组件均包括固定套设在泵体外壁的环状蓄电池外壳、固定在蓄电池外壳里的若干蓄电池、套设在泵体外周且内部设置成空腔的环形薄壳、均匀绕设在环形薄壳外壁并通过连接导线与各蓄电池一一对应连接的若干线圈以及可活动地定位在环形薄壳空腔中的旋转体；所述旋转体由铁磁性材料制成；所述旋转体设置成与环形薄壳内部空腔相适应的弧形并可绕环形薄壳的轴线转动。
所述减振组件为三组；三组减振组件分别安装在泵体上部、泵体中部和泵体下部。
所述环形薄壳内壁添加有固体润滑剂，以减小旋转体与环形薄壳内壁之间的磨损。
所述微型控制台固定在蓄电池外壳上；各泵体压敏传感器、各泵壳压敏传感器和各蓄电池分别与微型控制台电连接。
所述蓄电池与对应的线圈之间连接有电容，以放大电流。
本发明的有益效果是：
1)减振组件中，由于绕设在环形薄壳外壁的线圈在通电情况下会产生磁场(即电流的磁效应原理)，因此，通过微型控制台依次控制相应的蓄电池对线圈进行通电，可使旋转体在通电线圈所产生的磁场吸引力作用下沿环形薄壳作旋转运动，从而产生离心力，该离心力即可用于平衡外界以及混输泵自身的振动，从而减小混输泵的疲劳损伤，提高混输泵的使用寿命。
2)泵体和泵壳上均安装有压敏传感器，可对混输泵自身的振动以及外界洋流引起的涡激振动进行准确检测；微型控制台可以根据检测到的振动强度情况控制蓄电池的通电数量、通电顺序和通电频率，从而控制旋转体的旋转速度，进而控制离心力大小，达到了更好的平衡振动效果。
3)减振组件设置有三组，三组减振组件分别安装在混输泵的不同部位且相互独立运行，可对混输泵不同部位和不同强度的振动进行更好的平衡，提高混输泵的减振效果。
4)本发明结构简单，设计紧凑，能够实现混输泵的振动平衡，大大提高了混输泵的使用寿命，可行性强，适合推广应用。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明中减振组件的立体结构示意图(省略蓄电池外壳和部分环形薄壳)。
图3为线圈通电时的内部磁场分布图。
附图标号：
1、泵壳；2、泵体；3、提升立管；4、泵壳压敏传感器；5、泵体压敏传感器；6、减振组件；6-1、线圈；6-2、环形薄壳；6-3、旋转体；6-4、连接导线；6-5蓄电池外壳；6-6、蓄电池；7、微型控制器。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
图3中的箭头A为电流的流向；N为线圈通电时所产生磁场的北极，S为线圈通电时所产生的磁场的南极，由S极指向N极的箭头表示线圈通电时内部的磁场方向。
如图1所示的用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，包括泵体2、泵壳1、减振组件6和微型控制台7。所述泵体与提升立管3相连接，用于输送矿浆；所述泵壳固定在泵体外周，用于保护泵体。所述泵体上安装有若干泵体压敏传感器5，以检测混输泵运行时自身的振动情况；所述泵壳上安装有若干泵壳压敏传感器4，以检测外界洋流流经混输泵时引起的涡激振动情况。所述减振组件安装在泵体上，用于平衡混输泵的自身振动及涡激振动；所述微型控制台用于控制装置整体的工作配合。
本实施例中，减振组件设置有三组，三组减振组件相互独立运行且分别安装在泵体上部、泵体中部和泵体下部，以便对混输泵的不同部位和不同强度的振动进行平衡，提高混输泵的减振效果。
如图1、图2所示，每组减振组件均包括蓄电池外壳6-5、若干蓄电池6-6、环形薄壳6-2、若干线圈6-1和旋转体6-3。所述蓄电池外壳设置成环状且固定套设在泵体外壁。各蓄电池固定在蓄电池外壳上(图中蓄电池位于蓄电池外壳内部)。所述环形薄壳套设在泵体外周且内部设置成空腔；其中，环形薄壳外壁均匀绕设有若干所述线圈，环形薄壳的内部空腔中可活动地定位有所述旋转体。各线圈通过连接导线6-4与各蓄电池一一对应连接(即线圈与蓄电池数量相同)；作为优选，各蓄电池与对应的线圈之间还连接有电容(图中未显示)，以放大通过线圈的电流，进而增大通电线圈产生的磁场强度。所述旋转体可活动地定位在环形薄壳空腔中；旋转体由铁磁性材料制成(如铁、钴、镍材料)，并且旋转体设置成与环形薄壳内部空腔相适应的弧形。工作时，蓄电池对相应的线圈(即未包绕在旋转体外周的线圈)依次进行通电，根据的电流的磁效应原理，线圈产生强磁场(见图3，此时通电线圈可等效为条形磁铁)，从而吸引旋转体在环形薄壳内作旋转运动，其中旋转体的旋转轴线为环形薄壳的轴线。
作为优选，所述环形薄壳内壁添加有固体润滑剂，以减小旋转体与环形薄壳内壁之间的磨损。
所述微型控制台固定在蓄电池外壳上；各泵体压敏传感器、各泵壳压敏传感器和各蓄电池分别与微型控制台电连接。为了方便走线，本实施例中共设置有三个微型控制台，每个微型控制台分别控制一组减振组件，每个微型控制台固定在对应减振组件的蓄电池外壳上；各泵体压敏传感器和各泵壳压敏传感器分别与最近的微型控制台相连接。
上述所有电子器件均进行防水处理(现有技术，不再赘述)。
本发明的工作原理如下：
工作时，泵体压敏传感器检测混输泵运行时自身的振动情况，泵壳压敏传感器检测外界洋流流经混输泵时引起的涡激振动情况；泵体压敏传感器和泵壳压敏传感器将检测到的振动信号传递给相应的微型控制台，微型控制台根据传来的振动信号的剧烈程度，对减振组件中相应的蓄电池依次进行通电，使旋转体在通电线圈的磁力吸引作用下，在环形薄壳内部空腔中以一定速度进行旋转并产生离心力，该离心力即可用于平衡外界以及混输泵自身的振动，实现混输泵的的振动平衡，提高混输泵的使用寿命。另外，可根据振动的强烈程度，来改变每次蓄电池的通电数量、通电顺序和通电频率，从而调节旋转体在环形薄壳内的旋转速度，进而调节旋转体的离心力，对混输泵不同部位和不同强度的振动进行更好的平衡，提高混输泵的减振效果。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，包括泵体(2)和固定在泵体外周的泵壳(1)；其特征在于：所述泵体上安装有若干泵体压敏传感器(5)，以检测混输泵运行时自身的振动情况；所述泵壳上安装有若干泵壳压敏传感器(4)，以检测外界洋流流经混输泵时引起的涡激振动情况；该装置还包括安装在泵体上以平衡振动的若干减振组件(6)以及用于控制装置整体工作配合的微型控制台(7)。
2.根据权利要求1所述的用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，其特征在于：每组减振组件均包括固定套设在泵体外壁的环状蓄电池外壳(6-5)、固定在蓄电池外壳里的若干蓄电池(6-6)、套设在泵体外周且内部设置成空腔的环形薄壳(6-2)、均匀绕设在环形薄壳外壁并通过连接导线(6-4)与各蓄电池一一对应连接的若干线圈(6-1)以及可活动地定位在环形薄壳空腔中的旋转体(6-3)；所述旋转体由铁磁性材料制成；所述旋转体设置成与环形薄壳内部空腔相适应的弧形并可绕环形薄壳的轴线转动。
3.根据权利要求2所述的用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，其特征在于：所述减振组件为三组；三组减振组件分别安装在泵体上部、泵体中部和泵体下部。
4.根据权利要求3所述的用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，其特征在于：所述环形薄壳内壁添加有固体润滑剂，以减小旋转体与环形薄壳内壁之间的磨损。
5.根据权利要求4所述的用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，其特征在于：所述微型控制台固定在蓄电池外壳上；各泵体压敏传感器、各泵壳压敏传感器和各蓄电池分别与微型控制台电连接。
6.根据权利要求5所述的用于平衡深海提升混输泵自身及外源振动的装置，其特征在于：所述蓄电池与对应的线圈之间连接有电容，以放大电流。
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