CN117470569A - 一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法 - Google Patents
一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117470569A CN117470569A CN202311434420.6A CN202311434420A CN117470569A CN 117470569 A CN117470569 A CN 117470569A CN 202311434420 A CN202311434420 A CN 202311434420A CN 117470569 A CN117470569 A CN 117470569A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pipeline
- pipe
- vertical lifting
- coarse
- hard
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 113
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 claims description 65
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 55
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 27
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 22
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 230000005514 two-phase flow Effects 0.000 claims description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 16
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 6
- 238000002940 Newton-Raphson method Methods 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 230000000541 pulsatile effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 claims description 5
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000011158 quantitative evaluation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 17
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 12
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 7
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 206010039509 Scab Diseases 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N cobalt manganese Chemical compound [Mn].[Co] MZZUATUOLXMCEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- G01M99/005—Testing of complete machines, e.g. washing-machines or mobile phones
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/80—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in fisheries management
- Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Pipeline Systems (AREA)
Abstract
本发明涉及一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法。目前缺少垂直提升管道的实验装置及相关量化评价方法。本发明中垂直提升管道竖直设置，输料器和供料器从上至下设置在垂直提升管道的一侧，调控总成包括振动台、图像获取装置、流量计和数个阻尼器，振动台上设置有所述供料器，垂直提升管道上沿其长度方向布置有数个阻尼器，所述输料器的输出端与供料器的输入端相连通，供料器的输出端与垂直提升管道的下端相连通，垂直提升管道的上端通过运输泵与输料器的输入端相连通，图像获取装置的采集端朝向垂直提升管道设置，流量计设置在运输泵和垂直提升管道之间。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法。
背景技术
深海蕴藏着丰富的矿石资源，例如多金属结核、富钴锰结壳和多金属硫化物等。深海采矿系统根据提升方式不同可粗略分为两类：管道提升式采矿系统以及机械提升式采矿系统。管道提升式采矿系统又可细分为：水力提升式采矿系统以及气力提升式采矿系统。其中，水力提升式采矿系统是目前国际上公认的最具备应用价值和发展前景的矿产开采系统。水力提升式采矿系统的工作流程如下：首先集矿机在海底采集矿产并对矿石进行破碎，然后将粗颗粒矿石与海水组成的固液混合物通过输送软管传递到中间仓里，最后在提升泵的作用下将这些固液混合物通过垂直提升管道输送至采矿船上。在整个深海采矿过程中，具有大细长比的垂直提升管道是整个采矿系统中最重要、同时也是最薄弱的组成部分。垂直提升管道轴向长度可达几千米，而其截面直径通常只有几十厘米，属于典型的跨尺度结构物，如何保证矿产资源在这种跨尺度结构物内稳定、安全地输送，是深海采矿研究中需要解决的重要问题之一，目前未有持续有效的模拟装置以及预测及评价实际垂直提升管道内的量化评估方式。缺少用于垂直提升管道的专用实验装置以及其相关的量化评价方法。
发明内容
为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法，以解决上述问题。
一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，包括输料器1、供料器2、垂直提升管道5、运输泵10和调控总成，所述垂直提升管道5竖直设置，输料器1和供料器2从上至下设置在垂直提升管道5的一侧，调控总成包括振动台3、图像获取装置7、流量计9和数个阻尼器6，振动台3上设置有所述供料器2，垂直提升管道5上沿其长度方向布置有数个阻尼器6，所述输料器1的输出端与供料器2的输入端相连通，供料器2的输出端与垂直提升管道5的下端相连通，垂直提升管道5的上端通过运输泵10与输料器1的输入端相连通，图像获取装置7的采集端朝向垂直提升管道5设置，流量计9设置在运输泵10和垂直提升管道5之间。
作为优选方案：输料器1包括罐本体1-1，罐本体1-1上设置有出水口1-2和出料口1-3，罐本体1-1上设置有原始进料口，罐本体1-1的顶部设置有回料口1-4。
作为优选方案：所述供料器2包括电机2-1、电机减速机2-2、传动箱2-3、料仓2-5、管道连接口2-6、混合仓2-7和叶轮2-9，所述料仓2-5内设置有叶轮2-9，电机2-1的动力输出轴依次通过电机减速机2-2和传动箱2-3与传动箱2-3内的叶轮2-9相连接，料仓2-5的底部倾斜设置有混合仓2-7，混合仓2-7为锥形仓体，混合仓2-7的大口端与料仓2-5相连通，料仓2-5的顶端设置有进料口2-4，混合仓2-7的侧壁上加工有管道连接口2-6，混合仓2-7的小口端为出料端2-8。
作为优选方案：输料器1和供料器2之间通过第一柔硬连通管道相连通，第一柔硬连通管路包括第一管道13和第二管道14，第一管道13包括第一硬质组成管13-1、第一软质组成管13-2和第二硬质组成管13-3，第一硬质组成管13-1为直管体，第二硬质组成管13-3为弯曲管体，第一硬质组成管13-1的上端与出水口1-2相连通，第一硬质组成管13-1的下端通过第一软质组成管13-2与第二硬质组成管13-3的上端相连接，第二硬质组成管13-3的下端与管道连接口2-6相连通，第一硬质组成管13-1上设置有第一阀门11-3；第二管道14包括第三硬质组成管14-1、第二软质组成管14-2和第四硬质组成管14-3，第三硬质组成管14-1为弯曲管体，第四硬质组成管14-3为直管体，第三硬质组成管14-1的上端与出料口1-3相连通，第三硬质组成管14-1的下端通过第二软质组成管14-2与第四硬质组成管14-3的上端相连通，第四硬质组成管14-3的下端与进料口2-4相连通，第三硬质组成管14-1上设置有第二阀门11-2；
所述供料器2和垂直提升管道5之间通过第二柔硬连通管道15相连通，第二柔硬连通管道15包括第五硬质组成管15-1和第三软质组成管15-2，第五硬质组成管15-1的一端与出料端2-8相连通，第五硬质组成管15-1的另一端与第三软质组成管15-2的一端相连通，第三软质组成管15-2的另一端与垂直提升管道5的下端相连通；
所述垂直提升管道5和输料器1之间通过全硬连通管道16相连通，全硬连通管道16包括第六硬质组成管16-1和第七硬质组成管16-2，第六硬质组成管16-1的一端与垂直提升管道5的上端相连通，第六硬质组成管16-1的另一端通过运输泵10与第七硬质组成管16-2的一端相连通，第七硬质组成管16-2的另一端与回料口1-4相连通设置，第七硬质组成管16-2上设置有第三阀门11-1。
作为优选方案：图像获取装置7包括第一摄像机7-1、第二摄像机7-2和衬板7-3，第一摄像机7-1的摄像端和第二摄像机7-2的摄像端均朝向垂直提升管道5设置，衬板7-3竖直设置在垂直提升管道5外，衬板7-3的板面朝向第一摄像机7-1和/或第二摄像机7-2设置。
作为优选方案：调控总成还包括光电传感器4和控制台8，控制台8分别与光电传感器4、图像获取装置7和流量计9电连接，振动台3的一端配合设置有光电传感器4，光电传感器4设置在第五硬质组成管15-1处，光电传感器4与振动台3电连接，控制台8分别与振动台3和光电传感器4相连接。
作为优选方案：第一软质组成管13-2、第二软质组成管14-2和第三软质组成管15-2的长度和为柔性管总长度，柔性管总长度小于第一柔硬连通管道、第二柔硬连通管道15和全硬连通管道16长度和的三分之一。
作为优选方案：垂直提升管道5包括中间仓5-1和竖直管5-2，竖直管5-2竖直设置在中间仓5-1的下方，中间仓5-1为圆柱形仓体，中间仓5-1的顶部与竖直管5-2的下端相连通设置，中间仓5-1的外侧壁上设置有进入口，第三软质组成管15-2靠近中间仓5-1的一端与中间仓5-1的进入口相连通。
利用具体实施方式一所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置实现的对比预测方法，对比预测方法包括根据预定量的矿石粗颗粒和水量获取预测粗颗粒浓度的过程为：
将预定量的矿石粗颗粒和水从输料器1加入，形成一次浸湿粗颗粒矿石，然后再通过输料器1对粗颗粒和水进行分离，开启第一阀门11-3将分离后的水从第一管道13流至供料器2的管道连接口2-6内形成备用水，将第二阀门11-2开启，将浸湿粗颗粒矿石通过进料口2-4进入料仓2-5，浸湿粗颗粒矿石在料仓2-5中通过叶轮2-9搅拌后进入混合仓2-7中与备用水混合，形成二次浸湿粗颗粒矿石，二次浸湿粗颗粒矿石经过第二柔硬连通管道15进入垂直提升管道5中，通过图像获取装置7获取二次浸湿粗颗粒矿石在垂直提升管道5上提的图像数据中，经过计算得出垂直提升管道5的局部浓度，第一摄像机7-1和第二摄像机7-2分别对垂直提升管道5上同一位置的两张照片上像素块进行识别，分别得到粗颗粒像素块个数，其中，第一摄像机7-1得到的个数为n2，第二摄像机7-2得到的个数为n3，当垂直提升管道5内的颗粒浓度达到100％时，粗颗粒像素块占比函数βmax的值为：
第一摄像机7-1和第二摄像机7-2对垂直提升管道5的所有位置管段进行拍摄，拍摄完照片后，得到垂直提升管道5中每个管段的两张照片读取粗颗粒像素块个数，即对于垂直提升管道5的第i管段，第一摄像机7-1得到的粗颗粒像素块个数为ni2，第二摄像机7-2得到的粗颗粒像素块个数为ni3，从而得到该处管段粗颗粒素块函数占比β的值为：
根据上式即可得到该时刻该位置垂直提升管道5的局部浓度Cvi：
再利用垂直提升管道5的局部浓度Cvi计算得到管道振动响应η2；
将垂直提升管道5的局部浓度Cvi与管道振动响应η2分别与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度和管道振动响应η1相对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内时，表明实际垂直提升管道处于良性输送矿石状态。
作为优选方案：将垂直提升管道5的局部浓度Cvi与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度相对比的计算过程为：
当做好前期准备后，打开实验设备开关等待时间t1，垂直提升管道5内粗颗粒固液两相流流动逐渐稳定，此时开始记录第一摄像机7-1和第二摄像机7-2拍摄数据，实时传递到计算机中，通过计算得到垂直提升管道5局部浓度Cvi＝和振动响应η2，在t2时刻截止数据的记录，将局部浓度随时间和位置的变化数据导出，根据垂直提升管道5浓度分布的脉动特性，利用函数来拟合垂直提升管道的粗颗粒浓度分布f(t,z)：
上式中：t为时间，z为管道位置坐标，Cvm为脉动浓度的振幅，ds为粗颗粒直径，ω为供料器转速，u为流量计9测得的液相流速，L为垂直提升管道5的长度，k1，k2，k3为未知系数；之后使用数值方法求解函数当中的未知系数，求解时确保真实浓度分布和拟合浓度分布之间的误差控制在5％以内；
将浓度分布函数带入垂直提升管道5振动响应计算方程中：
上式中：M为广义质量，c为广义阻尼，k为广义刚度，η2为垂直提升管道的预测振动响应，将方程离散后，利用Newton-Raphson方法迭代求解，即可得到管道的预测振动响应η2，将公式数值求解得到的预测振动响应η2与实际测量得到的振动响应η1进行对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内，说明实验预测结果有效，当预测结果相较真实值误差大于5％，则重新进行实验。
本发明的有益效果在于：
一、本发明通过输料器、供料器、垂直提升管道、运输泵、调控总成、第一柔硬连通管道、第二柔硬连通管道和全硬连通管道之间相互配合形成了能够模拟轴向长度可达几千米，而其截面直径通常只有几十厘米的实验装置，节省了占地空间以及布管长度，还能够直接揭示垂直提升管道在多相内流激励下的动力响应机理，做为辅助管道提升式采矿系统的对比验证的结构形式，保障矿石混合物能在垂直提升管道内进行稳定安全输送的重要认识前提，作为揭示垂直提升管道的响应机理的重要研究途径。
二、本发明通过实验模拟装置实现的对比预测方法的使用模式为多种，一种模式为根据实际测得的垂直提升管道的局部浓度和振动响应数据在本实验模拟装置中对应模拟至实际局部浓度和振动响应数据，从而通过对本实验模拟装置内垂直提升管道的流态粗颗粒的输送状态，进而能够对实际垂直提升管道给出及时且有效的评价意见。另一种模式是通过本实验模拟装置调整粗颗粒直径、加入粗颗粒的数量、供料器转速、液相的流速的相关参数，控制变量开展批量，提取的大量实验数据，从而深入揭示粗颗粒局部浓度变化对垂直提升管道振动响应的影响机理，旨在为改进垂直提升管道的设计、提升其实际工作时的稳定性和安全性提供实验依据和技术支撑。同时还能够对正在运行的垂直提升管道的不良输送情况进行及时有效的调整和纠正，利于完善水力提升式采矿系统的基础研究架构。
附图说明
图1为本发明中的实验模拟装置的主视结构示意图；
图2为本发明中的实验模拟装置的第一立体结构示意图；
图3为本发明中的实验模拟装置的第二立体结构示意图；
图4为输料器的立体结构示意图；
图5为供料器的立体结构示意图；
图6为供料器的俯视结构示意图；
图7为叶轮的侧视结构示意图；
图8为叶轮的立体结构示意图；
图9为振动台的立体结构示意图；
图10为光电传感器的立体结构示意图；
图11为垂直提升管道的立体结构示意图；
图12为阻尼器的俯视结构示意图；
图13为运输泵的俯视结构示意图；
图14为运输泵的主视结构示意图；
图15为混合仓和料仓之间连接关系的立体结构示意图；
图16为叶轮和传动箱之间连接关系的立体结构示意图；
图17为对比预测方法的流程图。
图中：1-输料器；1-1-罐本体；1-2-出水口；1-3-出料口；1-4-回料口；2-供料器；2-1-电机；2-2-电机减速机；2-3-传动箱；2-4-进料口；2-5-料仓；2-6-管道连接口；2-7-混合仓；2-8-出料端；2-9-叶轮；2-10-支撑钢架；3-振动台；4-光电传感器；5-垂直提升管道；5-1-中间仓；5-2-竖直管；6-阻尼器；7-图像获取装置；7-1-第一摄像机；7-2-第二摄像机；7-3-衬板；8-控制台；9-流量计；10-运输泵；11-1-第三阀门；11-2-第二阀门；11-3-第一阀门；12-总支撑架；13-第一管道；13-1-第一硬质组成管；13-2-第一软质组成管；13-3-第二硬质组成管；14-第二管道；14-1-第三硬质组成管；14-2-第二软质组成管；14-3-第四硬质组成管；15-第二柔硬连通管道；15-1-第五硬质组成管；15-2-第三软质组成管；16-全硬连通管道；16-1-第六硬质组成管；16-2-第七硬质组成管；17-3-支杆。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
具体实施方式一：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式中粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置为一种缩尺模型结构，包括输料器1、供料器2、垂直提升管道5、运输泵10和调控总成，所述垂直提升管道5竖直设置，输料器1和供料器2从上至下设置在垂直提升管道5的一侧，调控总成包括振动台3、图像获取装置7、流量计9和数个阻尼器6，数个阻尼器6均匀分布在总支撑架12上，阻尼器6将模拟垂直提升管道在深海采矿过程中所受到的工程阻尼，阻尼器6为现有阻尼器，其工作原理与现有阻尼器6的工作原理相同，振动台3上设置有所述供料器2，垂直提升管道5上沿其长度方向布置有数个阻尼器6，所述输料器1的输出端与供料器2的输入端相连通，供料器2的输出端与垂直提升管道5的下端相连通，垂直提升管道5的上端通过运输泵10与输料器1的输入端相连通，图像获取装置7的采集端朝向垂直提升管道5设置，流量计9设置在运输泵10和垂直提升管道5之间。流量计9为现有的流量计，其工作原理与现有流量计的工作原理相同。
其中，输料器1包括罐本体1-1，罐本体1-1上设置有出水口1-2和出料口1-3，罐本体1-1上设置有原始进料口，罐本体1-1的顶部设置有回料口1-4。
其中，所述供料器2包括电机2-1、电机减速机2-2、传动箱2-3、料仓2-5、管道连接口2-6、混合仓2-7和叶轮2-9，所述料仓2-5内设置有叶轮2-9，电机2-1的动力输出轴依次通过电机减速机2-2和传动箱2-3与传动箱2-3内的叶轮2-9相连接，料仓2-5的底部倾斜设置有混合仓2-7，混合仓2-7为锥形仓体，混合仓2-7的大口端与料仓2-5相连通，料仓2-5的顶端设置有进料口2-4，混合仓2-7的侧壁上加工有管道连接口2-6，混合仓2-7的小口端为出料端2-8。
其中，输料器1和供料器2之间通过第一柔硬连通管道相连通，第一柔硬连通管路包括第一管道13和第二管道14，第一管道13包括第一硬质组成管13-1、第一软质组成管13-2和第二硬质组成管13-3，第一硬质组成管13-1为直管体，第二硬质组成管13-3为弯曲管体，第一硬质组成管13-1的上端与出水口1-2相连通，第一硬质组成管13-1的下端通过第一软质组成管13-2与第二硬质组成管13-3的上端相连接，第二硬质组成管13-3的下端与管道连接口2-6相连通，第一硬质组成管13-1上设置有第一阀门11-3；第二管道14包括第三硬质组成管14-1、第二软质组成管14-2和第四硬质组成管14-3，第三硬质组成管14-1为弯曲管体，第四硬质组成管14-3为直管体，第三硬质组成管14-1的上端与出料口1-3相连通，第三硬质组成管14-1的下端通过第二软质组成管14-2与第四硬质组成管14-3的上端相连通，第四硬质组成管14-3的下端与进料口2-4相连通，第三硬质组成管14-1上设置有第二阀门11-2；
所述供料器2和垂直提升管道5之间通过第二柔硬连通管道15相连通，第二柔硬连通管道15包括第五硬质组成管15-1和第三软质组成管15-2，第五硬质组成管15-1的一端与出料端2-8相连通，第五硬质组成管15-1的另一端与第三软质组成管15-2的一端相连通，第三软质组成管15-2的另一端与垂直提升管道5的下端相连通；
所述垂直提升管道5和输料器1之间通过全硬连通管道16相连通，全硬连通管道16包括第六硬质组成管16-1和第七硬质组成管16-2，第六硬质组成管16-1的一端与垂直提升管道5的上端相连通，第六硬质组成管16-1的另一端通过运输泵10与第七硬质组成管16-2的一端相连通，第七硬质组成管16-2的另一端与回料口1-4相连通设置，第七硬质组成管16-2上设置有第三阀门11-1。
其中，图像获取装置7包括第一摄像机7-1、第二摄像机7-2和衬板7-3，第一摄像机7-1的摄像端和第二摄像机7-2的摄像端均朝向垂直提升管道5设置，衬板7-3竖直设置在垂直提升管道5外，衬板7-3的板面朝向第一摄像机7-1和/或第二摄像机7-2设置。
本实施方式中第一摄像机7-1和第二摄像机7-2均为现有摄像设备，用于从多向位置去获取垂直提升管道5的图像数据。
本实施方式中衬板7-3的形式为单板结构形式或L形板结构形式，用于为第一摄像机7-1和第二摄像机7-2的拍摄提供背板的衬托的作用，利于获取更加明显且清晰的图像数据。
其中，调控总成还包括光电传感器4和控制台8，控制台8上配置有计算机和控制器，控制台8中的控制器分别与光电传感器4、图像获取装置7和流量计9电连接，振动台3的一端配合设置有光电传感器4，光电传感器4设置在第五硬质组成管15-1处，光电传感器4与振动台3电连接，控制台8中的控制器分别与振动台3和光电传感器4相连接。控制器为现有产品，计算机为现有产品，二者相连接的过程与现有控制器和计算机的连接原理一致，控制器通过串口连接到计算机。控制器与光电传感器4、图像获取装置7和流量计9、振动台3及其他电控构件的电控原理与现有控制器与传感器之间的控制原理相同。
其中，第一软质组成管13-2、第二软质组成管14-2和第三软质组成管15-2的长度和为柔性管总长度，柔性管总长度小于第一柔硬连通管道、第二柔硬连通管道15和全硬连通管道16长度和的三分之一。第一软质组成管13-2、第二软质组成管14-2和第三软质组成管15-2的设置能够起到柔性连接，形成有效且可靠的弯曲结构形式。
其中，垂直提升管道5包括中间仓5-1和竖直管5-2，竖直管5-2竖直设置在中间仓5-1的下方，中间仓5-1为圆柱形仓体，中间仓5-1起到底部暂时收纳矿石粗颗粒的作用，中间仓5-1的顶部与竖直管5-2的下端相连通设置，中间仓5-1的外侧壁上设置有进入口，第三软质组成管15-2靠近中间仓5-1的一端与中间仓5-1的进入口相连通。
具体实施方式二：结合图1至图17说明本实施方式，本实施方式中对比预测方法包括根据预定量的矿石粗颗粒和水量获取预测粗颗粒浓度的过程，具体过程为：
将预定量的矿石粗颗粒和水从输料器1加入，形成一次浸湿粗颗粒矿石，然后再通过输料器1对粗颗粒和水进行分离，开启第一阀门11-3将分离后的水从第一管道13流至供料器2的管道连接口2-6内形成备用水，将第二阀门11-2开启，将浸湿粗颗粒矿石通过进料口2-4进入料仓2-5，浸湿粗颗粒矿石在料仓2-5中通过叶轮2-9搅拌后进入混合仓2-7中与备用水混合，形成二次浸湿粗颗粒矿石，二次浸湿粗颗粒矿石经过第二柔硬连通管道15进入垂直提升管道5中，通过图像获取装置7获取二次浸湿粗颗粒矿石在垂直提升管道5上提的图像数据中，经过计算得出垂直提升管道5的局部浓度，第一摄像机7-1和第二摄像机7-2分别对垂直提升管道5上同一位置的两张照片上像素块进行识别，分别得到粗颗粒像素块个数，其中，第一摄像机7-1得到的个数为n2，第二摄像机7-2得到的个数为n3，当垂直提升管道5内的颗粒浓度达到100％时，粗颗粒像素块占比函数βmax的值为：
第一摄像机7-1和第二摄像机7-2对垂直提升管道5的所有位置管段进行拍摄，拍摄完照片后，得到垂直提升管道5中每个管段的两张照片读取粗颗粒像素块个数，即对于垂直提升管道5的第i管段，第一摄像机7-1得到的粗颗粒像素块个数为ni2，第二摄像机7-2得到的粗颗粒像素块个数为ni3，从而得到该处管段粗颗粒素块函数占比β的值为：
根据上式即可得到该时刻该位置垂直提升管道5的局部浓度Cvi：
再利用垂直提升管道5的局部浓度Cvi计算得到管道振动响应η2；
将垂直提升管道5的局部浓度Cvi与管道振动响应η2分别与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度和管道振动响应η1相对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内时，表明实际垂直提升管道处于良性输送矿石状态。
具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定，获取实际将垂直提升管道5的局部浓度Cvi与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度相对比的计算过程为：
当做好前期准备后，打开实验设备开关等待时间t1，垂直提升管道内粗颗粒固液两相流流动逐渐稳定。此时开始记录相机拍摄的关键数据，实时传递到计算机中，通过计算得到垂直提升管道5局部浓度Cvi和顾计算机振动响应η2，在t2时刻截止数据的记录，将局部浓度随时间和位置的变化数据导出，根据垂直提升管道浓度分布的脉动特性，利用函数来拟合垂直提升管道的粗颗粒浓度分布f(t,z)：
上式中：t为时间，z为管道位置坐标，Cvm为脉动浓度的振幅，ds为粗颗粒直径，ω为供料器转速，u为流量计测得的液相流速，L为管道长度，k1，k2，k3为未知系数。之后使用数值方法求解函数当中的未知系数，求解时确保真实浓度分布和拟合浓度分布之间的误差控制在5％以内；
将浓度分布函数带入垂直提升管道5振动响应计算方程中：
上式中：M为广义质量，c为广义阻尼，k为广义刚度，η2为垂直提升管道的预测振动响应，将方程离散后，利用Newton-Raphson方法迭代求解，即可得到管道的预测振动响应η2，将公式数值求解得到的预测振动响应η2与实际测量得到的振动响应η1进行对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内，说明实验预测结果有效，当预测结果相较真实值误差大于5％，则重新进行实验。
具体实施方式四：结合图1至图16说明本实施方式，本实施方式中对比预测方法的一种模式为根据实际测得的垂直提升管道的局部浓度和振动响应数据在本实验模拟装置中对应模拟至实际局部浓度和振动响应数据，从而通过对本实验模拟装置内垂直提升管道的流态粗颗粒的输送状态，进而能够对实际垂直提升管道给出及时且有效的评价意见。该使用模式的具体过程为：
将一定量的矿石粗颗粒和水从输料器1加入，形成一次浸湿粗颗粒矿石，然后再通过输料器1对粗颗粒和水进行分离，开启第一阀门11-3将分离后的水从第一管道13流至供料器2的管道连接口2-6内形成备用水，将第二阀门11-2开启，将浸湿粗颗粒矿石通过进料口2-4进入料仓2-5，浸湿粗颗粒矿石在料仓2-5中通过叶轮2-9搅拌后进入混合仓2-7中与备用水混合，形成二次浸湿粗颗粒矿石，二次浸湿粗颗粒矿石经过第二柔硬连通管道15进入垂直提升管道5中，通过图像获取装置7获取二次浸湿粗颗粒矿石在垂直提升管道5上提的图像数据中，经过计算得出垂直提升管道5的局部浓度，第一摄像机7-1和第二摄像机7-2分别对垂直提升管道5上同一位置的两张照片上像素块进行识别，分别得到粗颗粒像素块个数，其中，第一摄像机7-1得到的个数为n2，第二摄像机7-2得到的个数为n3，当垂直提升管道5内的颗粒浓度达到100％时，粗颗粒像素块占比函数βmax的值为：
第一摄像机7-1和第二摄像机7-2对垂直提升管道5的所有位置管段进行拍摄，拍摄完照片后，得到垂直提升管道5中每个管段的两两张照片取粗颗粒像素块个数，即对于垂直提升管道5的第i管段，第一摄像机7-1得到的粗颗粒像素块个数为ni2，第二摄像机7-2得到的粗颗粒像素块个数为ni3，从而得到该处管段粗颗粒素块函数占比β的值为：
根据上式即可得到该时刻该位置垂直提升管道5的局部浓度Cvi：
再利用垂直提升管道5的局部浓度Cvi计算得到管道振动响应η2；
将垂直提升管道5的局部浓度Cvi与管道振动响应η2分别与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度和管道振动响应η1相对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内时，表明实际垂直提升管道处于良性输送矿石状态。
将垂直提升管道5的局部浓度Cvi与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度相对比的计算过程为：
当做好前期准备后，打开实验设备开关等待时间t1，垂直提升管道内粗颗粒固液两相流流动逐渐稳定。此时开始记录相机拍摄的关键数据，实时传递到计算机中，通过计算得到直提升管道5局部浓度Cvi和振动响应η2，在t2时刻截止数据的记录，将局部浓度随时间和位置的变化数据导出，根据垂直提升管道浓度分布的脉动特性，利用函数来拟合垂直提升管道的粗颗粒浓度分布f(t,z)：
上式中：t为时间，z为管道位置坐标，Cvm为脉动浓度的振幅，ds为粗颗粒直径，ω为供料器转速，u为流量计测得的液相流速，L为管道长度，k1，k2，k3为未知系数。之后使用数值方法求解函数当中的未知系数，求解时确保真实浓度分布和拟合浓度分布之间的误差控制在5％以内；
将浓度分布函数带入垂直提升管道5振动响应计算方程中：
上式中：M为广义质量，c为广义阻尼，k为广义刚度，η2为垂直提升管道的预测振动响应，将方程离散后，利用Newton-Raphson方法迭代求解，即可得到管道的预测振动响应η2，将公式数值求解得到的预测振动响应η2与实际测量得到的振动响应η1进行对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内，说明实验预测结果有效，当预测结果相较真实值误差大于5％，则重新进行实验。
具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一、二、三或四的进一步限定，本发明中的对比预测方法形成的具体步骤为：
步骤一：粗颗粒固液两相流经过第三软质组成管15-2后将进入通过中间仓5-1流进竖直管5-2中，实现采矿提升的模拟，垂直提升管道5为透明管道。数个阻尼器6均匀分布在总支撑架12上，阻尼器6将模拟垂直提升管道在深海采矿过程中所受到的工程阻尼。阻尼器6除固定管道的卡扣为透明塑料外其他部位为白色，固定阻尼器6的钢架也为白色，目的是为了让摄影机拍摄出的图片能更清晰地识别出黑色粗颗粒。
第一摄像机7-1和第二摄像机7-2之间的相对位置为呈90°夹角设置，将会实时拍摄竖直管5-2的图像数据，并将图像数据通过计算机算法得出局部浓度和振动响应，在白色衬板7-3的衬托下，实现的目的是
①防止其他装置影响到摄影质量；
②让摄影机拍摄出的图片能更清晰地识别出黑色粗颗粒。使用识别得到的局部浓度通过数值方法计算预测管道振动响应，与实际测量的管道响应进行比对，从而能够便于更加清晰且明显的图像数据的获取过程。
粗颗粒固液两相流通过垂直提升管道后流入第六硬质组成管16-1，流经流量计9时将会对流速流量进行实时监测，之后将会进入运输泵10。运输泵10将会为整个过程中粗颗粒固液两相流的运输提供动力，也为垂直提升管道5能提升粗颗粒固液两相流的直接动力来源，同时它也可以通过改变压力的大小进而调整固液两相流液相流速的大小。随后粗颗粒固液两相流将进入第七硬质组成管16-2回到输料器1里，这样即可重复上述整个流程实现循环直至实验完成。第三阀门11-1为粗颗粒固液两相流是否能进入输料器1的控制构件。
本实施方式中利用振动台3对垂直提升管道5间接起到调控和疏通的过程为：在供料器2的混合仓2-7中粗颗粒固液两相流从出料口2-8流出时，因为粗颗粒本身尺寸较大且突然从空间较大的混合仓流入空间狭小的管道，所以在出料口2-8与透明的第五硬质组成管15-1连接处易发生颗粒堵塞问题。如果发生颗粒堵塞，会造成颗粒浓度分布不均，甚至会造成器械损坏。
为解决这一问题，本实施方式中可配置振动台3和光电传感器4相互配合的使用方式。一旦发生颗粒堵塞，透明的第五硬质组成管15-1内将只通过少量颗粒和水，堵塞发生的越严重则通过的颗粒越少。越少量的颗粒通过光电传感器，发射端照射到接受端的光强越强，造成的感应电压ΔU越强。感应电压ΔU传递到振动器中，将会使振动器功率发生改变，公式如下：
其中，P为振动台3的工作功率，U为振动台3的工作电压，I为振动台3的工作电流，为振动台3的功率因数，B(ΔU)为功率控制函数，ΔU为光电感应器4的感应电压，ΔUmax为只有水流通过时的感应电压。
本实施方式中采用的振动台3的工作原理是通过电机控制刚块旋转从而产生离心力，配合弹簧可以使振动台发生往复振动。由四个钢块运动共同造成的离心力可以表示为4msω1 2Rsin(ω1t)，则振动台3的台面的运动方程可以写为：
使用数学方法求解可得其台面运动位移和加速度分别为：
其中：M1为振动台3台面质量和其负重质量之和，ms为一个钢块的质量，ω1为电机2-1输出的转动角速度，R为钢块到转动轴心的距离，k1为弹簧刚度之和，t为时间。
堵塞越严重，感应电压ΔU越强，振动台3的功率P将随之增大。随着功率P的增大，电机2-1输出的转动角速度ω1变大，钢块的转动频率变大。根据振动台3的台面运动公式可知，其振动频率和幅值都将变大，即可通过高频振动强制堵塞的粗颗粒改变位置从而解决堵塞问题。
步骤二：当粗颗粒固液两相流在运输泵的作用下通过中间仓5-1，流入垂直管5-2时摄像机将会开始工作识别管道内局部浓度和管道实时位置。计算机识别管道的实时位置，即可转换得到管道的实际振动响应η1，此项技术已经比较成熟不再赘述。
根据摄像机摄影识别管道局部浓度的具体方法如下：
1、控制相机对垂直提升管道进行拍照，实时传递到计算机中。此时计算机将会对相片进行矩阵化处理，并识别相片里的所有像素块的RGB颜色代码。在RGB颜色代码中，粗颗粒是黑色对应的颜色代码为(0，0，0)。但因为存在光源反光等影响因素，粗颗粒像素块被识别的颜色代码不一定都为(0，0，0)。经过测验可以认为当识别到的RGB颜色代码在(0～30，0～30，0～30)之间时，都可以认为识别到了粗颗粒像素块。每张照片上的像素块数量不会发生改变都为n1。
2、将整个垂直提升管道5划分为h个管段，首先根据公式(6)调整放入输料器的粗颗粒数量和供料器2的叶轮2-9转速，等待本实验装置稳定后，使整个垂直提升管道5中所有管段的局部浓度都为100％。
其中：Cvi为指定管段的局部浓度，N为此管段中粗颗粒的个数，d为粗颗粒平均直径，D为管道内径，H为此管段长度。
之后控制相互配合的第一摄像机7-1和第二摄像机7-2两台摄像机进行拍照，两个摄像机相配合时为了避免仅有一台摄影机对管道进行拍摄时，颗粒之间会相互遮挡导致识别到的粗颗粒浓度小于实际值，控制两台摄像机以合适角度拍照，能够确保完全覆盖到全部的粗颗粒相，每个位置对应的两张照片将被实时传递到计算机中。此时对一个指定位置的两张照片上像素块进行识别，分别得到粗颗粒像素块个数，第一摄像机7-1照片得到的个数为n2，第二摄像机7-2照片得到的个数为n3。此时可知100％浓度时，粗颗粒像素块占比函数βmax的值为：
3、在之后对局部浓度的实时监测中，第一摄像机7-1和第二摄像机7-2会对所有位置管段照片，拍摄完照片后，即可对每个管段的两个照片读取粗颗粒像素块个数。对于第i管段，第一摄像机7-1照片得到的粗颗粒像素块个数为ni2，第二摄像机7-2照片得到的粗颗粒像素块个数为ni3，可以得到该处管段粗颗粒素块函数占比β的值为：
之后根据公式(8)即可得到该时刻该位置垂直提升管道的局部浓度：
步骤三：当我们通过实验得到数据后，将进入预测对比阶段。
当做好前期准备后，打开实验设备开关等待时间t1，垂直提升管道5内粗颗粒固液两相流流动逐渐稳定。此时开始记录第一摄像机7-1和第二摄像机7-2拍摄的关键数据，实时传递到计算机中，通过上述计算得到垂直提升管道5局部浓度和振动响应。在t2时刻截止数据的记录，将局部浓度随时间和位置的变化数据导出。管道内的粗颗粒固液两相流流态并不是稳定的，其局部浓度会随时间和管段位置发生变化，但根据学者的研究其流动状态存在规律性，可以用函数近似拟合垂直提升管道的浓度分布。当然垂直提升管道的浓度分布不只与时间和位置相关，还与管道内径，长度，液相流速，供料器叶轮转速，粗颗粒的直径等特性相关。根据垂直提升管道浓度分布的脉动特性，选用以下形式的函数来拟合垂直提升管道的粗颗粒浓度分布f(t,z)：
其中：t为时间，z为管道位置坐标，Cvm为脉动浓度的振幅，ds为粗颗粒直径，ω为供料器转速，u为流量计测得的液相流速，L为管道长度，k1，k2，k3为未知系数。之后可以使用数值方法求解函数当中的未知系数，求解时要保证真实浓度分布和拟合浓度分布之间的误差控制在5％以内。此时可以将浓度分布函数带入学界公认的垂直提升管道振动响应计算方程中：
其中：M为广义质量，c为广义阻尼，k为广义刚度，η2为垂直提升管道的预测振动响应。将方程离散后，利用Newton-Raphson方法迭代求解，即可得到管道的预测振动响应η2。将公式数值求解得到的预测振动响应η2与实际测量得到的振动响应η1进行对比，如果预测结果相较真实值误差在5％以内，说明实验成功结束实验流程。
Claims (10)
1.一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：包括输料器(1)、供料器(2)、垂直提升管道(5)、运输泵(10)和调控总成，所述垂直提升管道(5)竖直设置，输料器(1)和供料器(2)从上至下设置在垂直提升管道(5)的一侧，调控总成包括振动台(3)、图像获取装置(7)、流量计(9)和数个阻尼器(6)，振动台(3)上设置有所述供料器(2)，垂直提升管道(5)上沿其长度方向布置有数个阻尼器(6)，所述输料器(1)的输出端与供料器(2)的输入端相连通，供料器(2)的输出端与垂直提升管道(5)的下端相连通，垂直提升管道(5)的上端通过运输泵(10)与输料器(1)的输入端相连通，图像获取装置(7)的采集端朝向垂直提升管道(5)设置，流量计(9)设置在运输泵(10)和垂直提升管道(5)之间。
2.根据权利要求1所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：输料器(1)包括罐本体(1-1)，罐本体(1-1)上设置有出水口(1-2)和出料口(1-3)，罐本体(1-1)上设置有原始进料口，罐本体(1-1)的顶部设置有回料口(1-4)。
3.根据权利要求1或2所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：所述供料器(2)包括电机(2-1)、电机减速机(2-2)、传动箱(2-3)、料仓(2-5)、管道连接口(2-6)、混合仓(2-7)和叶轮(2-9)，所述料仓(2-5)内设置有叶轮(2-9)，电机(2-1)的动力输出轴依次通过电机减速机(2-2)和传动箱(2-3)与传动箱(2-3)内的叶轮(2-9)相连接，料仓(2-5)的底部倾斜设置有混合仓(2-7)，混合仓(2-7)为锥形仓体，混合仓(2-7)的大口端与料仓(2-5)相连通，料仓(2-5)的顶端设置有进料口(2-4)，混合仓(2-7)的侧壁上加工有管道连接口(2-6)，混合仓(2-7)的小口端为出料端(2-8)。
4.根据权利要求3所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：输料器(1)和供料器(2)之间通过第一柔硬连通管道相连通，第一柔硬连通管路包括第一管道(13)和第二管道(14)，第一管道(13)包括第一硬质组成管(13-1)、第一软质组成管(13-2)和第二硬质组成管(13-3)，第一硬质组成管(13-1)为直管体，第二硬质组成管(13-3)为弯曲管体，第一硬质组成管(13-1)的上端与出水口(1-2)相连通，第一硬质组成管(13-1)的下端通过第一软质组成管(13-2)与第二硬质组成管(13-3)的上端相连接，第二硬质组成管(13-3)的下端与管道连接口(2-6)相连通，第一硬质组成管(13-1)上设置有第一阀门(11-3)；第二管道(14)包括第三硬质组成管(14-1)、第二软质组成管(14-2)和第四硬质组成管(14-3)，第三硬质组成管(14-1)为弯曲管体，第四硬质组成管(14-3)为直管体，第三硬质组成管(14-1)的上端与出料口(1-3)相连通，第三硬质组成管(14-1)的下端通过第二软质组成管(14-2)与第四硬质组成管(14-3)的上端相连通，第四硬质组成管(14-3)的下端与进料口(2-4)相连通，第三硬质组成管(14-1)上设置有第二阀门(11-2)；
所述供料器(2)和垂直提升管道(5)之间通过第二柔硬连通管道(15)相连通，第二柔硬连通管道(15)包括第五硬质组成管(15-1)和第三软质组成管(15-2)，第五硬质组成管(15-1)的一端与出料端(2-8)相连通，第五硬质组成管(15-1)的另一端与第三软质组成管(15-2)的一端相连通，第三软质组成管(15-2)的另一端与垂直提升管道(5)的下端相连通；
所述垂直提升管道(5)和输料器(1)之间通过全硬连通管道(16)相连通，全硬连通管道(16)包括第六硬质组成管(16-1)和第七硬质组成管(16-2)，第六硬质组成管(16-1)的一端与垂直提升管道(5)的上端相连通，第六硬质组成管(16-1)的另一端通过运输泵(10)与第七硬质组成管(16-2)的一端相连通，第七硬质组成管(16-2)的另一端与回料口(1-4)相连通设置，第七硬质组成管(16-2)上设置有第三阀门(11-1)。
5.根据权利要求1所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：图像获取装置(7)包括第一摄像机(7-1)、第二摄像机(7-2)和衬板(7-3)，第一摄像机(7-1)的摄像端和第二摄像机(7-2)的摄像端均朝向垂直提升管道(5)设置，衬板(7-3)竖直设置在垂直提升管道(5)外，衬板(7-3)的板面朝向第一摄像机(7-1)和/或第二摄像机(7-2)设置。
6.根据权利要求5所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：调控总成还包括光电传感器(4)和控制台(8)，控制台(8)分别与光电传感器(4)、图像获取装置(7)和流量计(9)电连接，振动台(3)的一端配合设置有光电传感器(4)，光电传感器(4)设置在第五硬质组成管(15-1)处，光电传感器(4)与振动台(3)电连接，控制台(8)分别与振动台(3)和光电传感器(4)相连接。
7.根据权利要求4所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：第一软质组成管(13-2)、第二软质组成管(14-2)和第三软质组成管(15-2)的长度和为柔性管总长度，柔性管总长度小于第一柔硬连通管道、第二柔硬连通管道(15)和全硬连通管道(16)长度和的三分之一。
8.根据权利要求7所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置，其特征在于：垂直提升管道(5)包括中间仓(5-1)和竖直管(5-2)，竖直管(5-2)竖直设置在中间仓(5-1)的下方，中间仓(5-1)为圆柱形仓体，中间仓(5-1)的顶部与竖直管(5-2)的下端相连通设置，中间仓(5-1)的外侧壁上设置有进入口，第三软质组成管(15-2)靠近中间仓(5-1)的一端与中间仓(5-1)的进入口相连通。
9.利用权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置实现的对比预测方法，其特征在于：对比预测方法包括根据预定量的矿石粗颗粒和水量获取预测粗颗粒浓度的过程为：
将预定量的矿石粗颗粒和水从输料器(1)加入，形成一次浸湿粗颗粒矿石，然后再通过输料器(1)对粗颗粒和水进行分离，开启第一阀门(11-3)将分离后的水从第一管道(13)流至供料器(2)的管道连接口(2-6)内形成备用水，将第二阀门(11-2)开启，将浸湿粗颗粒矿石通过进料口(2-4)进入料仓(2-5)，浸湿粗颗粒矿石在料仓(2-5)中通过叶轮(2-9)搅拌后进入混合仓(2-7)中与备用水混合，形成二次浸湿粗颗粒矿石，二次浸湿粗颗粒矿石经过第二柔硬连通管道(15)进入垂直提升管道(5)中，通过图像获取装置(7)获取二次浸湿粗颗粒矿石在垂直提升管道(5)上提的图像数据中，经过计算得出垂直提升管道(5)的局部浓度，第一摄像机(7-1)和第二摄像机(7-2)分别对垂直提升管道(5)上同一位置的两张照片上像素块进行识别，分别得到粗颗粒像素块个数，其中，第一摄像机(7-1)得到的个数为n2，第二摄像机(7-2)得到的个数为n3，当垂直提升管道(5)内的颗粒浓度达到100％时，粗颗粒像素块占比函数βmax的值为：
第一摄像机(7-1)和第二摄像机(7-2)对垂直提升管道(5)的所有位置管段进行拍摄，拍摄完照片后，得到垂直提升管道(5)中每个管段的两个照片读取粗颗粒像素块个数，即对于垂直提升管道(5)的第i管段，第一摄像机(7-1)得到的粗颗粒像素块个数为ni2，第二摄像机(7-2)得到的粗颗粒像素块个数为ni3，从而得到该处管段粗颗粒素块函数占比β的值为：
根据上式即可得到该时刻该位置垂直提升管道(5)的局部浓度Cvi：
再利用垂直提升管道(5)的局部浓度Cvi计算得到管道振动响应η2；
将垂直提升管道(5)的局部浓度Cvi与管道振动响应η2分别与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度和管道振动响应η1相对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内时，表明实际垂直提升管道处于良性输送矿石状态。
10.根据权利要求9所述的对比预测方法，其特征在于：将垂直提升管道(5)的局部浓度Cvi与实际垂直提升管道内对应位置处的监测浓度相对比的计算过程为：
当做好前期准备后，打开实验设备开关等待时间t1，垂直提升管道(5)内粗颗粒固液两相流流动逐渐稳定，此时开始记录第一摄像机(7-1)和第二摄像机(7-2)拍摄数据，实时传递到计算机中，通过计算得到垂直提升管道(5)局部浓度Cvi和振动响应η2，在t2时刻截止数据的记录，将局部浓度随时间和位置的变化数据导出，根据垂直提升管道(5)浓度分布的脉动特性，利用函数来拟合垂直提升管道的粗颗粒浓度分布f(t,z)：
上式中：t为时间，z为管道位置坐标，Cvm为脉动浓度的振幅，ds为粗颗粒直径，ω为供料器转速，u为流量计(9)测得的液相流速，L为垂直提升管道(5)的长度，k1，k2，k3为未知系数；之后使用数值方法求解函数当中的未知系数，求解时确保真实浓度分布和拟合浓度分布之间的误差控制在5％以内；
将浓度分布函数带入垂直提升管道(5)振动响应计算方程中：
上式中：M为广义质量，c为广义阻尼，k为广义刚度，η2为垂直提升管道的预测振动响应，将方程离散后，利用Newton-Raphson方法迭代求解，即可得到管道的预测振动响应η2，将公式数值求解得到的预测振动响应η2与实际测量得到的振动响应η1进行对比，当预测结果相较真实值误差在5％以内，说明实验预测结果有效，当预测结果相较真实值误差大于5％，则重新进行实验。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311434420.6A CN117470569B (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311434420.6A CN117470569B (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117470569A true CN117470569A (zh) | 2024-01-30 |
| CN117470569B CN117470569B (zh) | 2024-05-07 |
Family
ID=89635890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311434420.6A Active CN117470569B (zh) | 2023-10-31 | 2023-10-31 | 一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117470569B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN208043599U (zh) * | 2018-04-18 | 2018-11-02 | 中南大学 | 一种深海矿石输送系统实验装置 |
| CN110006625A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-07-12 | 中南大学 | 一种深海矿石水力输送系统模型实验装置 |
| CN213985599U (zh) * | 2021-01-04 | 2021-08-17 | 浙江理工大学 | 一种对深海采矿管道振动研究的实验装置 |
| CN114112472A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-01 | 上海交通大学 | 一种固体颗粒垂直管道输送室内试验系统 |
| CN114293991A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-04-08 | 康娅娟 | 一种深海矿物垂直输送系统 |
| CN217442816U (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-16 | 海南大学 | 一种深海采矿气动提升实验装置 |
| CN115077964A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-09-20 | 上海海事大学 | 机械-水力混合式颗粒体垂直提升实验平台及其实验方法 |
| CN217755854U (zh) * | 2022-04-29 | 2022-11-08 | 海南大学 | 一种深海采矿垂直提升实验装置 |
| CN115561119A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-01-03 | 中国科学院力学研究所 | 一种垂直管道内固液两相流动特性测量的实验装置及方法 |
-
2023
- 2023-10-31 CN CN202311434420.6A patent/CN117470569B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN208043599U (zh) * | 2018-04-18 | 2018-11-02 | 中南大学 | 一种深海矿石输送系统实验装置 |
| CN110006625A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-07-12 | 中南大学 | 一种深海矿石水力输送系统模型实验装置 |
| CN213985599U (zh) * | 2021-01-04 | 2021-08-17 | 浙江理工大学 | 一种对深海采矿管道振动研究的实验装置 |
| CN114293991A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-04-08 | 康娅娟 | 一种深海矿物垂直输送系统 |
| CN114112472A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-01 | 上海交通大学 | 一种固体颗粒垂直管道输送室内试验系统 |
| CN217755854U (zh) * | 2022-04-29 | 2022-11-08 | 海南大学 | 一种深海采矿垂直提升实验装置 |
| CN217442816U (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-16 | 海南大学 | 一种深海采矿气动提升实验装置 |
| CN115077964A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-09-20 | 上海海事大学 | 机械-水力混合式颗粒体垂直提升实验平台及其实验方法 |
| CN115561119A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-01-03 | 中国科学院力学研究所 | 一种垂直管道内固液两相流动特性测量的实验装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117470569B (zh) | 2024-05-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106490989A (zh) | 智能炒菜机调料自动添加系统及其控制方法 | |
| CN206142453U (zh) | 一种粉料添加装置和粉料输送系统 | |
| CN107720311B (zh) | 基于神经网络的螺杆失重式物料下料机及其控制器 | |
| CN107601083B (zh) | 基于神经网络的直落失重式物料下料方法 | |
| CN107685877A (zh) | 一种无人机测试用环境模拟装置 | |
| CN112264180A (zh) | 一种选煤厂重介质密度分选自动加介的系统及工作方法 | |
| CN117470569B (zh) | 一种粗颗粒垂直提升管道闭环实验装置及其对比预测方法 | |
| CN211585539U (zh) | 一种管桩余浆回收利用系统 | |
| CN104209051A (zh) | 一种环保型自动计量的粉末加料装置及方法 | |
| KR101042622B1 (ko) | 혼합토 제조장치 및 이 혼합토 제조방법 | |
| CN207056504U (zh) | 一种钨冶炼自动配料系统 | |
| CN108905743A (zh) | 一种水性涂料生产用配料装置及其使用方法 | |
| CN208827058U (zh) | 一种塑料挤出机的螺杆式定量加料装置 | |
| CN207911928U (zh) | 一种具有和面功能的面条机 | |
| CN206184382U (zh) | 一种具有除尘功能的混料台 | |
| CN103984378B (zh) | 一种适用于淤泥快速脱水系统的控制装置 | |
| CN108002062B (zh) | 基于神经网络的螺杆失重式物料下料方法 | |
| CN217887895U (zh) | 一种用于墙面腻子泵机的螺旋搅拌结构 | |
| CN106182433A (zh) | 添加剂添加装置、混料系统及其作业方法 | |
| CN103488199B (zh) | 脱泡机构进出料控制设备及方法 | |
| CN214183553U (zh) | 一种选煤厂重介质密度分选自动加介的系统 | |
| CN209536491U (zh) | 一种供料机 | |
| CN108689364A (zh) | 一种乳液状护肤品自动灌装设备 | |
| CN210646031U (zh) | 一种带开包装置和容积式连续计量装置的全自动加药装置 | |
| CN110528006B (zh) | 自动添加装置、蚀刻生产线、添加方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |