CN114166466B - 一种颗粒回收装置、水力提升试验系统及颗粒回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水力提升试验系统的颗粒回收装置，包括并行设置的第一颗粒回收管道和第二颗粒回收管道，一端连通固液分离装置，另一端连通颗粒存储装置；其中，第一颗粒回收管道上设置有第一阀门和第二阀门，第二颗粒回收管道上设置有第三阀门和第四阀门；第一阀门和第四阀门形成第一组阀门，第二阀门和第三阀门形成第二组阀门，第一组阀门和第二组阀门被配置为能够交替打开和关闭。一种水力提升试验系统包括如上所述的颗粒回收装置。还提供了一种颗粒回收方法。本发明操作简单，功能明确，可实现无间隙回收颗粒，防止回收管道堵塞，实现试验系统的持续循环工作。

Description

一种颗粒回收装置、水力提升试验系统及颗粒回收方法

技术领域

本发明涉及深海矿石开采领域，尤其涉及一种颗粒回收装置、水力提升试验系统及颗粒回收方法。

背景技术

水力提升(或水力输送)属于流体提升方式的一种，其利用水作为载体，通过高速运动的水流带动固体颗粒物运动，进而实现固体颗粒的垂直提升，该方式高效、便捷，是目前极具工业应用前景的提升方式，已被广泛应用在深海采矿、煤炭开采以及固体矿浆输运等领域。当今进行深海采矿模拟试验是进行深海采矿水力提升的最主要方式，由于出海成本过高和深海的复杂环境造成试验的不确定性，研究者们选择在陆地上模拟试验。

在水力提升实验中，模拟海底的矿石使用均匀或者非均匀颗粒，其密度与海底矿石密度相似，和水流混合形成固液两相流，经过提升管道提升至分离标定箱内进行流固分离，颗粒通过颗粒回收联动控制装置回收至颗粒储存箱内，水通过管道回收至水箱内，实现水力提升装置的循环工作。

在水力提升试验中，颗粒回收通常通过颗粒回收管道进行。但是，现有技术中的颗粒回收装置通常采用单一管道进行，由于颗粒回收量大密集，单一的管道回收不适用于水力提升试验装置。不足之处如下：

1.管道数量不足，管道回收效率低下；

2.缺乏联动控制，水流会从给料机下部进入充满管道；

3.管道联动配合不好，颗粒易堵塞管道。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种颗粒回收装置、水力提升试验系统及颗粒回收方法，采用的实验操作简单，功能明确，即可实现无间隙回收颗粒，防止回收管道堵塞，实现试验系统的持续循环工作。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种用于水力提升试验系统的颗粒回收装置，包括并行设置的第一颗粒回收管道和第二颗粒回收管道，所述第一颗粒回收管道和所述第二颗粒回收管道的一端被配置为连通所述水力提升试验系统的固液分离装置，另一端被配置为连通所述水力提升试验系统的颗粒存储装置；

其中，在所述第一颗粒回收管道上设置有第一阀门和第二阀门，所述第一阀门的位置高于所述第二阀门；在所述第二颗粒回收管道上设置有第三阀门和第四阀门，所述第三阀门的位置高于所述第四阀门；所述第一阀门和所述第四阀门形成第一组阀门，所述第二阀门和所述第三阀门形成第二组阀门，所述第一组阀门和所述第二组阀门被配置为能够交替打开和关闭。

进一步地，所述第一阀门设置在所述第一颗粒回收管道上靠近所述固液分离装置的一侧，所述第二阀门设置在所述第一颗粒回收管道上靠近所述颗粒存储装置的一侧。

进一步地，所述第三阀门设置在所述第二颗粒回收管道上靠近所述固液分离装置的一侧，所述第四阀门设置在所述第二颗粒回收管道上靠近所述颗粒存储装置的一侧。

进一步地，还包括控制设备，所述控制设备连接至所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和所述第四阀门，所述控制设备被配置为能够控制所述第一组阀门和所述第二组阀门交替打开和关闭。

本发明还提供了一种水力提升试验系统，包括：水流驱动装置、水力提升管道、固液分离装置、颗粒存储装置、回流管道、水箱以及如上所述的颗粒回收装置，所述水流驱动装置连接至所述水箱和所述水力提升管道，所述水力提升管道连接至所述固液分离装置，所述回流管道连接所述固液分离装置和所述水箱，所述颗粒回收装置连接所述固液分离装置和所述颗粒存储装置，所述颗粒存储装置通过给料机连接所述水力提升管道。

进一步地，所述颗粒存储装置与所述水力提升管道之间设置有第五阀门。

进一步地，所述回流管道上设置有第六阀门。

进一步地，所述固液分离装置包括箱体以及设置在所述箱体内的滤网，所述箱体上设置有混合物入口，所述滤网被配置为能够将水和颗粒分离。

进一步地，所述水流驱动装置为离心泵。

本发明还提供了一种用于水力提升试验系统中的颗粒回收方法，包括如下步骤：

S1：提供一种如上所述的颗粒回收装置；

S2：设置联动控制的时间，开启控制设备；

S3：控制第一组阀门开启，第二组阀门关闭，并保持预设时间；

S4：控制所述第一组阀门关闭，所述第二组阀门开启，并保持预设时间；

S5：重复步骤S3和S4。

本发明具有以下有益的技术效果：

1、创造性的设计了双管交替联动回收的设计思路，适用于模拟深海采矿水力提升试验装置，回收面积增加，实现了固体颗粒的高效回收；颗粒堆积处不易堵塞饿，减少人力时间，同时，提高了试验工作效率；

2、利用联动快速高效回收颗粒，预防了管内堵塞，同时避免了水流从给料机进入回收管道，实现装置管道内固液循环；

3、可以利用终端一键开启颗粒回收装置，简单易控。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的颗粒回收装置结构示意图；

图2是本发明的一个水力提升试验系统的结构示意图。

其中，1-固液分离装置，2-混合物入口，3-第一阀门，4-第三阀门，5-第六阀门，6-回流管道，7-第二阀门，8-第四阀门，9-第一颗粒回收管道，10-第二颗粒回收管道，11-液体出口，12-颗粒存储装置，13-第五阀门，14-给料机，15-出口，16-滤网，17-水流驱动装置，18-水箱，19-水力提升管道。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

本发明提供的水力提升试验系统的颗粒回收装置应用在水力提升试验系统中，水力提升试验系统一般包括水流驱动装置17、水力提升管道19、固液分离装置1、颗粒回收装置、颗粒存储装置12和回流管道6。其中，水流驱动装置17连接水力提升管道19，驱动水进入水力提升管道19。颗粒存储装置12连接水力提升管道19，将存储其中的固体颗粒输入至水力提升管道19，使得颗粒与水在水力提升管道19内混合。固液分离装置1连接水力提升管道19，混合后的液体在水流驱动下，沿着水力提升管道19上升并进入固液分离装置1内，从而将颗粒和水分离。颗粒回收装置连接在固液分离装置1和颗粒存储装置12之间，分离后的颗粒进入颗粒回收装置，进而回收至颗粒存储装置12内。分离后的水流经回流管道6进入到水箱18内。

如图1所示，本发明提供的颗粒回收装置设置在固液分离装置1和颗粒存储装置12之间，包括第一颗粒回收管道9、第二颗粒回收管道10，第一颗粒回收管道9和第二颗粒回收管道10并行设置，均连接固液分离装置1和颗粒存储装置12。在第一颗粒回收管道9上设置有第一阀门3和第二阀门7，第一阀门3的位置高于第二阀门7的位置。在第二颗粒回收管道10上设置有第三阀门4和第四阀门8，第三阀门4的位置高于第四阀门8的位置。其中，这四个阀门均与控制设备(图中未示出)连接，通过控制设备，可以控制四个阀门的关闭和开启。进一步地，通过控制设备，可以控制四个阀门按照预定的顺序开启和关闭。

第一阀门3设置在第一颗粒回收管道9上靠近固液分离装置1的一侧，第二阀门7设置在第一颗粒回收管道9上靠近颗粒存储装置12的一侧。第三阀门4设置在第二颗粒回收管道10靠近固液分离装置1的一侧，第四阀门8设置在第二颗粒回收管道10上靠近颗粒存储装置12的一侧。其中，第一阀门3和第四阀门8形成第一组阀门，第二阀门7和第三阀门4形成第二组阀门。通过控制设备，控制第一组阀门开启，第二组阀门关闭，固液分离装置1中分离出来的颗粒无法落入第二颗粒回收管道10，但是可以落入第一颗粒回收管道9；然后再控制第一组阀门关闭，第二组阀门开启，则第一颗粒回收管道9不从固液分离装置1接收颗粒，之前在第一颗粒回收管道9中的颗粒可以落入到颗粒存储装置12；同时，第二颗粒回收管道10可以从固液分离装置1接收颗粒。通过两组阀门交替开关，则第一颗粒回收管道9和第二颗粒回收管道10可以交替从固液分离装置1接收颗粒，并交替将接收的颗粒落入到颗粒存储装置12之中。通过控制设备，控制每组阀门交替开关，每次变换状态会保持设定好的时长，从而实现颗粒的无间断回收。

如图1所示，在固液分离装置1上设置有混合物入口2，水流与颗粒的混合物从混合物入口2进入到固液分离装置1内。固液分离装置1的底部与第一颗粒回收管道9和第二颗粒回收管道10连通，使得分离后的颗粒能够进入到两个颗粒回收管道内。另外，固液分离装置1的底部还与回流管道6连通，使得分离后的水能够进入到回流管道6内，水流经回流管道6后从回流管道6的液体出口11流出，可以进入到水箱18内。

本发明提供的颗粒回收装置，通过双管交替联动回收的设计构思，能够很好地适用于模拟深海采矿水力提升试验装置，实现了固体颗粒的高效回收，减少人力时间，提升了试验工作效率。此外，该颗粒回收装置预防了管内堵塞，避免了水力提升管道19内的水流通过颗粒存储装置12回流至颗粒提升管道内，有利于实现水力提升试验系统的固液循环。

如图2所示，本发明还提供了一种水力提升试验系统，包括水流驱动装置17、水力提升管道19、固液分离装置1、颗粒存储装置12、回流管道6、水箱18以及如上所述的颗粒回收装置。水流驱动装置17连接至水箱18，将水驱动进入水力提升管道19，形成水流。颗粒存储装置12在靠近水流驱动装置17的出口15附近连接水力提升管道19，将存储的颗粒输入水力提升管道19内，使得颗粒与水流混合。混合后的液体经水流提升管道流动至固液分离装置1，在固液分离装置1进行分离，分离后的颗粒经由颗粒回收装置进入颗粒存储装置12内，分离后的水经由回流管道6进入到水箱18内，从而完成了颗粒和水的双重循环。

在颗粒存储装置12与水力提升管道19之间设置有第五阀门13和给料机14，可以控制颗粒存储装置12内的颗粒是否落入水力提升管道19，以及按照预定的速率控制颗粒进入水力提升管道19的数量。

水流驱动装置17可以选用离心泵。固液分离装置1可以选用设置在箱体内的滤网16来实现固液分离。颗粒存储装置12可以选用箱体装置。回流管道6上可以设置第六阀门5，用于控制回流管道6的开启和关闭。

利用本发明提供的颗粒回收装置，进行颗粒回收的方法包括如下步骤：

1、设定联动控制的时间，开启回流管道6上的阀门，开启联动控制设备；

2、控制设备自动同时开启第一阀门3和第四阀门8，保持第二阀门7和第三阀门4关闭，固液分离箱中的颗粒从第一阀门3落入到第一颗粒回收管道9内并在堆积在第二阀门7上；

3、保持第一阀门3、第二阀门7、第三阀门4和第四阀门8的状态，保持预设时间后，控制设备自动同时关闭第一阀门3和第四阀门8，同时打开第二阀门7和第三阀门4，使得第一颗粒回收管道9内的颗粒经由第二阀门7落入颗粒存储装置12，同时，固液分离装置1中的颗粒落入第二颗粒回收管道10，并堆积在第四阀门8上；

4、以第一阀门3和第四阀门8作为第一组阀门，第二阀门7和第三阀门4作为第二组阀门，两组阀门交替开关，每次变换状态保持设定好的时长。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于水力提升试验系统的颗粒回收装置，其特征在于，包括并行设置的第一颗粒回收管道和第二颗粒回收管道，所述第一颗粒回收管道和所述第二颗粒回收管道的一端被配置为连通所述水力提升试验系统的固液分离装置，另一端被配置为连通所述水力提升试验系统的颗粒存储装置；

其中，在所述第一颗粒回收管道上设置有第一阀门和第二阀门，所述第一阀门的位置高于所述第二阀门的位置；在所述第二颗粒回收管道上设置有第三阀门和第四阀门，所述第三阀门的位置高于所述第四阀门的位置；所述第一阀门和所述第四阀门形成第一组阀门，所述第二阀门和所述第三阀门形成第二组阀门，所述第一组阀门和所述第二组阀门被配置为能够交替打开和关闭，所述第一阀门设置在所述第一颗粒回收管道上靠近所述固液分离装置的一侧，所述第二阀门设置在所述第一颗粒回收管道上靠近所述颗粒存储装置的一侧，所述第三阀门设置在所述第二颗粒回收管道上靠近所述固液分离装置的一侧，所述第四阀门设置在所述第二颗粒回收管道上靠近所述颗粒存储装置的一侧。

2.如权利要求1所述的颗粒回收装置，其特征在于，还包括控制设备，所述控制设备连接至所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和所述第四阀门，所述控制设备被配置为能够控制所述第一组阀门和所述第二组阀门交替打开和关闭。

3.一种水力提升试验系统，其特征在于，包括：水流驱动装置、水力提升管道、固液分离装置、颗粒存储装置、回流管道、水箱以及如权利要求1-2任一项所述的颗粒回收装置，所述水流驱动装置连接至所述水箱和所述水力提升管道，所述水力提升管道连接至所述固液分离装置，所述回流管道连接所述固液分离装置和所述水箱，所述颗粒回收装置连接所述固液分离装置和所述颗粒存储装置，所述颗粒存储装置通过给料机连接所述水力提升管道。

4.如权利要求3所述的水力提升试验系统，其特征在于，所述颗粒存储装置与所述水力提升管道之间设置有第五阀门。

5.如权利要求3所述的水力提升试验系统，其特征在于，所述回流管道上设置有第六阀门。

6.如权利要求3所述的水力提升试验系统，其特征在于，所述固液分离装置包括箱体以及设置在所述箱体内的滤网，所述箱体上设置有混合物入口，所述滤网被配置为能够将水和颗粒分离。

7.如权利要求3所述的水力提升试验系统，其特征在于，所述水流驱动装置为离心泵。

8.一种用于水力提升试验系统中的颗粒回收方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：提供一种如权利要求1-2任一项所述的颗粒回收装置；

S2：设置联动控制的时间，开启控制设备；

S3：控制第一组阀门开启，第二组阀门关闭，并保持预设时间；

S4：控制所述第一组阀门关闭，所述第二组阀门开启，并保持预设时间；

S5：重复步骤S3和S4。

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