CN116044775A - 一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统 - Google Patents

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许明
徐江敏
卢道华
刘志强
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Marine Equipment and Technology Institute Jiangsu University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，包括控制台、掺水系统、打水系统、矿水分离系统、回料系统、提升系统、补水系统，其中，所述的掺水系统与底仓、打水系统和补水系统连通，所述的打水系统和补水系统的另一端均与矿水分离系统连通，所述的矿水分离系统通过回料系统和提升系统与底仓形成循环回路。本发明能够将提升泵提升后的矿水混合物以及试验用水重新分别返回到底仓和水仓中，确保试验的水循环和矿石循环，使试验更加高效环保；通过控制台改变掺水电机和打水电机的转速，从而达到在试验过程中改变矿水混合物浓度和流速的目的，使试验更加方便快捷的反映出矿水混合物浓度及流速对提升泵的影响。

Description

一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统
技术领域
本发明涉及一种深海采矿混输提升试验系统，尤其涉及一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统。
背景技术
为了缓解工业社会对各种矿产资源的急需，提高深海矿产资源的开采技术水平符合国家政策导向和发展战略的需要，而提升泵是深海采矿提升系统的重要部件。为更好地了解到提升泵的性能参数，必须采取试验进行验证，由于直接进行深海试验存在的风险很大，耗费资金与时间也多，因此进行陆上试验可以减小风险和损耗。目前，可用于深海采矿提升泵的陆上试验平台存在着以下三个问题，一是现有试验平台功能结构不完善，无法做到模拟深海采矿深水压强的环境。二是无法验证不同的矿水混合物浓度对提升泵性能参数影响。三是无法验证不同的流速对提升泵性能参数影响。因此，设计出能够模拟深水压强和改变矿水混合物浓度、流速的陆上试验台是目前研究深海采矿提升泵面临的重要问题。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，能够模拟深水压强和改变矿水混合物浓度、流速。
技术方案：本发明包括控制台、掺水系统、打水系统、矿水分离系统、回料系统、提升系统、补水系统，其中，所述的掺水系统与底仓、打水系统和补水系统连通，所述的打水系统和补水系统的另一端均与矿水分离系统连通，所述的矿水分离系统通过回料系统和提升系统与底仓形成循环回路。
所述的掺水系统包括水仓，所述的水仓与底仓连通，水仓侧面设有掺水口、打水入口和补水出口，其中，掺水口处连接有掺水水泵和掺水电机，打水入口与打水系统连接，补水出口与补水系统连接。
所述打水系统的一端与掺水系统的打水入口连通，另一端与矿水分离箱的打水口连通，打水系统靠近矿水分离箱的管路上连接有打水水泵和打水电机，打水水泵与提升泵连接，该连通管路上设有打水系统流量表和打水系统压力表，提升泵另一端与水仓的打水入口连接。
所述的矿水分离系统包括矿水分离箱，矿水分离箱内部设有滤网，矿水分离箱侧面设有与补水系统相连的补水口、与打水系统相连的打水口，底部设有与回料系统相连的回料口。
所述的回料系统包括回料管道，回料管道的进料口与矿水分离箱上的回料口连通，出料口放置在底仓内。
所述的提升系统包括搅拌器，所述的搅拌器位于底仓内，搅拌器另一端与提升泵连接，所述的提升泵至矿水分离箱的管路上设置增压器。
所述的提升泵与矿水分离箱的连通管路上设置有提升系统流量表。
所述的补水系统包括补水电机、补水水泵和补水管道，补水管道的进口与补水水泵相连，其出口与矿水分离箱的补水口相连，所述补水水泵与水仓的补水入口相连。
所述的控制台与提升泵和电机连接，采集流量、压力和水位信息，将采集的数据显示出来供现场工作人员参考。
有益效果：
(1)本发明能够将提升泵提升后的矿水混合物以及试验用水重新分别返回到底仓和水仓中，确保试验的水循环和矿石循环，使试验更加高效环保；
(2)本发明通过控制台改变掺水电机和打水电机的转速，从而达到在试验过程中改变矿水混合物浓度和流速的目的，使试验更加方便快捷的反映出矿水混合物浓度及流速对提升泵的影响；
(3)本发明通过控制增压器来改变提升泵的提升压强，从而模拟出深海环境下不同深度的压强，适合多种试验环境；
(4)本发明中底仓放置的矿石颗粒，可按照具体的试验要求放置不同直径的矿石颗粒，适合多种试验环境。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的掺水系统示意图；
图3为本发明的打水系统示意图；
图4为本发明矿水分离系统的矿水分离箱示意图；
图5为本发明的回料系统示意图；
图6为本发明的提升系统示意图；
图7为本发明的补水系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括控制台1、掺水系统2、打水系统3、矿水分离系统4、回料系统5、提升系统6、补水系统7，其中，掺水系统2与底仓12、打水系统3和补水系统7连通，打水系统3和补水系统7的另一端均与矿水分离系统4连通，矿水分离系统4通过回料系统5和提升系统6与底仓12形成循环回路。控制台1的主要功能是对各种电机和阀门9进行控制，并控制提升泵18的运行。采集流量、压力和水位信息，将采集的数据显示出来供现场工作人员参考。
如图2所示，掺水系统2包括水仓8，水仓8放置在地面用以蓄水，水仓8一侧设有掺水口和打水入口，另一侧设有补水出口，掺水口处连接有掺水水泵10和掺水电机11，通过控制掺水电机11的转速来控制掺水水泵10的流量，掺水水泵10与水仓8的连接管路上设有阀门9，通过阀门9控制掺水系统2的开闭。打水入口与打水系统3连接，补水出口与补水系统7连接。掺水系统2的主要功能是改变提升系统6内的矿水浓度，试验过程中，通过控制掺水电机11的转速可调节掺水水泵10的流量进而控制掺水比例，从而改变矿水混合浓度。
水仓8与底仓12连通，连通管路上设有阀门9，通过阀门9来控制矿石颗粒的排出，底仓12上部无盖，下部设置有一出口，用来与水仓8连接，底仓12用来存储矿石颗粒，从而模拟深海采矿提升系统的中间仓。
如图3所示，打水系统3的主要功能是将矿水分离的废水打回水仓8，同时驱动提升泵18，为提升泵18提供动力。打水系统3的一端与掺水系统2的打水入口连通，另一端与矿水分离箱13的打水口21连通，打水系统3靠近矿水分离箱13的管路上连接有打水水泵14和打水电机15，通过控制打水电机15转速来控制打水水泵14的流量，从而控制提升泵18的提升速度。打水水泵14通过管道与提升泵18连接，在排放废水的同时通过液压驱动提升泵18运行。该连通管路上设有打水系统流量表16和打水系统压力表17，通过流量表和压力表来显示打水系统运行过程中的流量和压力。提升泵18通过管道与水仓8的打水入口连接在一起，使打水系统3排出的废水返回水仓8，保证试验水循环。
如图4所示，矿水分离系统4的主要功能是进行矿石与水分离，通过控制滤网19斜度，可调节回料混合浓度。矿水分离系统4包括矿水分离箱13，矿水分离箱13内部设有滤网19，滤网19呈一定角度放置在矿水分离箱13中，通过控制滤网19斜度可以调节回料混合浓度。矿水分离箱13一侧设有补水口23，与补水系统7相连，另一侧设有打水口21和水位测量表20，打水口21与打水系统3相连，水位测量表20用来监控矿水分离箱13中的水位，底部设有回料口22，与回料系统5相连。
如图5所示，回料系统5的主要功能是模拟矿车采矿输送到中间仓的过程。可实现矿物循环提升，保证试验矿石循环，包括回料管道24，回料管道24的进料口与矿水分离箱13上的回料口22连通，出料口直接放置在底仓12内，矿水分离箱13分离出来的矿水颗粒通过回料管道24直接返回底仓12，保证试验矿石循环。回料管道24上设有回料系统流量表25，用来监控回料管道24中的流量。
如图6所示，提升系统6的主要功能是将混合好的矿水混合物输送到矿水分离系统4，实现提升功能，包括提升系统流量表26、增压器27以及搅拌器28，搅拌器28位于底仓12内，用来搅拌底仓12中的矿水混合物，使底仓12中的矿水混合物浓度均匀。搅拌器28通过管道与提升泵18连接，提升泵18通过管道将底仓12中的矿水混合物提升到高处的矿水分离箱13中。在提升泵18至矿水分离箱13的管路中设置有提升系统流量表26和增压器27，提升系统流量表26用来监测管路中的流量，增压器27用来提高管路中的压强，其目的是模拟深海采矿提升系统的高压强环境。
如图7所示，补水系统7的主要功能是补充矿水分离系统4的水位，保证试验过程打水系统3水量充足，保障试验水循环，包括补水电机29、补水水泵30以及补水管道31。补水管道31的进口与补水水泵30相连，其出口与矿水分离箱13的补水口23相连，补水水泵30通过管道与水仓8的补水入口相连，补水电机29与补水水泵30连接在一起，通过控制补水电机29的转速来控制补水水泵30的流量。
本发明的工作原理：
陆上试验台开始工作时，水仓中装有适量的水，底仓中也装有适量的矿水混合物。控制台控制掺水电机与补水电机运行，从而带动掺水系统与补水系统运行。掺水系统将水仓中的水输送至底仓中，使底仓形成浓度适合的矿水混合物。同时补水系统将水仓中的水输送至矿水分离系统中，当矿水分离系统中的水位到达一定高度后控制台控制打水电机运行，打水系统开始工作。打水系统将矿水分离系统中的水排出返回至水仓，以此实现试验水循环。
打水系统在排水的同时还会驱动提升泵工作，带动提升系统运行。提升系统中的搅拌器不断运行，使底仓中的矿水混合物浓度均匀。提升系统将底仓中的矿水混合物通过提升泵提升到矿水分离系统中，同时提升系统中的增压器也会工作，提高提升系统中的压强。当提升系统将底仓中的矿水混合物运输到矿水分离系统后，矿水分离系统通过滤网调节矿水混合浓度，并通过回料系统将矿水混合物排放到底仓中，以此实现试验矿石循环。此时陆上试验台开始循环工作，掺水系统、补水系统、打水系统、提升系统、矿水分离系统以及回料系统都在运行，实现深海采矿提升泵的陆上试验。
在陆上试验平台运行过程中，通过控制台调节掺水电机的转速可以改变矿水混合物的浓度，通过控制台调节打水电机的转速可以改变提升泵的工作效率，从而改变矿水混合物的流速。以此验证不同的矿水混合物浓度和流速对提升泵性能参数的影响。

Claims (9)

1.一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，包括控制台(1)、掺水系统(2)、打水系统(3)、矿水分离系统(4)、回料系统(5)、提升系统(6)、补水系统(7)，其中，所述的掺水系统(2)与底仓(12)、打水系统(3)和补水系统(7)连通，所述的打水系统(3)和补水系统(7)的另一端均与矿水分离系统(4)连通，所述的矿水分离系统(4)通过回料系统(5)和提升系统(6)与底仓(12)形成循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述的掺水系统(2)包括水仓(8)，所述的水仓(8)与底仓(12)连通，水仓(8)侧面设有掺水口、打水入口和补水出口，其中，掺水口处连接有掺水水泵和掺水电机，打水入口与打水系统(3)连接，补水出口与补水系统(7)连接。
3.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述打水系统(3)的一端与掺水系统(2)的打水入口连通，另一端与矿水分离箱(13)的打水口(21)连通，打水系统(3)靠近矿水分离箱(13)的管路上连接有打水水泵和打水电机，打水水泵与提升泵(18)连接，该连通管路上设有打水系统流量表和打水系统压力表，提升泵(18)另一端与水仓(8)的打水入口连接。
4.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述的矿水分离系统(4)包括矿水分离箱(13)，矿水分离箱(13)内部设有滤网(19)，矿水分离箱(13)侧面设有与补水系统(7)相连的补水口、与打水系统(3)相连的打水口，底部设有与回料系统相连的回料口(22)。
5.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述的回料系统(5)包括回料管道(24)，回料管道(24)的进料口与矿水分离箱(13)上的回料口连通，出料口放置在底仓(12)内。
6.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述的提升系统(6)包括搅拌器(28)，所述的搅拌器(28)位于底仓(12)内，搅拌器另一端与提升泵(18)连接，所述的提升泵与矿水分离箱(13)连通，其连通管路上设置有增压器(27)。
7.根据权利要求6所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述的提升泵与矿水分离箱的连通管路上设置有提升系统流量表(26)。
8.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述的补水系统(7)包括补水电机、补水水泵和补水管道(31)，补水管道(31)的进口与补水水泵相连，其出口与矿水分离箱(13)的补水口(23)相连，所述补水水泵与水仓(8)的补水入口相连。
9.根据权利要求1所述的一种模拟深海环境的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述的控制台(1)与提升泵(18)和电机连接。
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