CN217755854U - 一种深海采矿垂直提升实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种深海采矿垂直提升实验装置，包括输送泵、竖直管、进水管和回流管，所述输送泵、进水管、竖直管和回流管依次连通成循环的回路，所述输送泵向所述进水管泵送水和矿石，所述进水管的上方设有第一料斗，所述第一料斗通过第一进料管与所述进水管连通，所述第一进料管的上端和下端均设有第一阀门，两个所述第一阀门之间设有第一水平管，所述第一水平管和回流管的顶部设有空气阀，所述第一水平管的进水端通过旁通管与所述进水管连通，所述旁通管设有的第二阀门。本实用新型能够在水流稳定后再向管道内加入矿石，在低浓度矿浆试验后通过第一料斗加入矿石，接着进行高浓度矿浆试验，不需要将设备停掉。
Description
技术领域
本实用新型涉及采矿提升实验技术领域，特别涉及一种深海采矿垂直提升实验装置。
背景技术
深海采矿中需要利用泵体将矿浆从海洋深处输送至水面上方，在输送的过程中矿石在管道内的流动分布等因素会影响矿石的开采。因此需要对矿浆在竖直管内的流动状态进行研究，分析矿石颗粒的基本流体性能，例如沉降速度，流动分布，压力分布和颗粒浓度变化等。现有技术在分析矿石的流体性能时，先在封闭的循环管道内放入矿石形成矿浆后，利用水泵推动矿浆流动并观察矿石的流体性能。在初始状态下矿石沉降在底部，直接利用水泵推动矿石流动，导致初始状态下水泵受到的阻力大大增加，易于损坏水泵。并在对低浓度的矿浆试验后，如果需要对高浓度的矿浆进行试验，需要将设备停止后再加入矿石，试验效率低下。
发明内容
针对上述现有技术，本实用新型在于提供一种深海采矿垂直提升实验装置，能够在水流稳定后再向管道内加入矿石，在低浓度矿浆试验后通过第一料斗加入矿石，接着进行高浓度矿浆试验，不需要将设备停掉。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种深海采矿垂直提升实验装置，包括输送泵、竖直管、进水管和回流管，所述输送泵、进水管、竖直管和回流管依次连通成循环的回路，所述输送泵向所述进水管泵送水和矿石，所述进水管的上方设有第一料斗，所述第一料斗通过第一进料管与所述进水管连通，所述第一进料管的上端和下端均设有第一阀门，两个所述第一阀门之间设有第一水平管，所述第一水平管和回流管的顶部设有空气阀，所述第一水平管的进水端通过旁通管与所述进水管连通，所述旁通管设有的第二阀门。
进一步的，还包括两个第二料斗，所述第二料斗分别与第二进料管连通，所述第二进料管的上端和下端均设有第三阀门，两个第二进料管的下端与下Y 形管连通，所述下Y形管的下端设有与进水管连通的第四阀门，两个所述第二进料管的中部与上Y形管连通，所述上Y形管与第二水平管连通，所述第二水平管设有空气阀，所述第二水平管的进水端与所述旁通管连通，所述旁通管设有第五阀门。
进一步的，所述竖直管高度为8～12m，所述竖直管由上至下分为三个观察区，所述竖直管的上端或者下端设有温度传感器和流量传感器，每个所述观察区设有电导率浓度传感器和图像采集器，所述温度传感器、流量传感器、电导率浓度传感器和图像采集器均与数据采集器信号连接，所述数据采集器与计算机信号连接。
进一步的，所述竖直管为透明聚氯乙烯PVC管或者有机玻璃管，图像采集器包括高速摄影机和LED灯，所述竖直管的侧面设有所述高速摄影机，所述高速摄影机的对侧设有所述LED灯。
进一步的，所述电导率浓度传感器为环形电导率传感器。
进一步的，所述输送泵为离心泵。
进一步的，所述竖直管包括上管道和下管道，所述上管道和下管道通过连接头连接，所述连接头内设有金属网筛，所述金属网筛位于中间观察区内的所述高速摄影机与LED灯之间。
本实用新型的有益效果在于：
(1)输送泵工作时驱动管道内的水流动，待管道内的水流速达到预设值，并且管道内的流速稳定后，再将第一进料管内的矿石颗粒带走，进入管道内循环流动起来。在进行低浓度矿浆试验后，可以再次加入矿石进行高浓度的矿浆试验，不需要将设备停下后再加入矿浆。
(2)在试验的过程中由于矿石随着水流一起流动，从而在循环的过程中能够保持矿石数量的稳定，在竖直管内观察到的矿石分布状态稳定，避免矿石数量逐渐减小的导致观察值不准确。
(3)在试验的过程中，当管道内存在空气时能够通过空气阀排出，保持管道内充满液体，促进水流的稳定性，避免气泡随着水流流动影响试验观测，当管内液体充满管道时阀门能够自动关闭，不允许液体泄入大气。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例1一种深海采矿垂直提升实验装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例2一种深海采矿垂直提升实验装置的结构示意图；
图中，1输送泵，2竖直管，3进水管，4回流管，5第一料斗，6第一进料管，7第一阀门，8第一水平管，9空气阀，10旁通管，11第二阀门，12第二料斗，13第二进料管，14第三阀门，15下Y形管，16第四阀门，17上Y形管， 18第二水平管，19第五阀门，20温度传感器，21电导率浓度传感器，22流量传感器，23图像采集器，24数据采集器，25计算机，26高速摄影机，27LED灯，28上管道，29下管道，30连接头，31金属网筛。
具体实施方式
为了更好理解本实用新型技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本实用新型做进一步的说明。
实施例1
参见图1，一种深海采矿垂直提升实验装置，包括输送泵1、竖直管2、进水管3和回流管4，所述输送泵1、进水管3、竖直管2和回流管4依次连通成循环的回路，所述输送泵1向所述进水管3泵送水和矿石，所述进水管3的上方设有第一料斗5，所述第一料斗5通过第一进料管6与所述进水管3连通，所述第一进料管6的上端和下端均设有第一阀门7，两个所述第一阀门7之间设有第一水平管8，所述第一水平管8和回流管4的顶部设有空气阀9，所述第一水平管8的进水端通过旁通管10与所述进水管3连通，所述旁通管10设有的第二阀门11。
输送泵1工作时驱动管道内的水流动，待管道内的水流速达到预设值，并且管道内的流速稳定后。开启第一进料管6上端的第一阀门7，第一料斗5内的矿石落入到第一进料管6内，接着将该第一阀门7关闭。接着开启第一进料管6 下端的第二阀门11和旁通管10上的第二阀门11，在输送泵1的作用下水流经过第一进料管6，并将第一进料管6内的矿石颗粒带走，进入管道内循环流动起来。如果需要再次加入矿石，可以将第一进料管6下端的第二阀门11和旁通管 10上的第二阀门11关闭，然后开启第一进料管6上端的第一阀门7，让第一料斗5内的矿石落入到第一进料管6内，接着关闭第一进料管6上端的第一阀门7，开启第一进料管6下端的第二阀门11和旁通管10上的第二阀门11。本实用新型可以通过料斗将入矿石，操作方便，并且在输送泵1的驱动下矿石和回流在管路内循环流动，方便观察矿石在竖直管2内的运动状态。在加入矿石之前，水循环不经过矿石所在的竖直管2和第一料斗5，能够获得稳定的水流再加入矿石。在矿石随着水流动的流道单一，输送泵1设置在流道内容易控制水流的速度，方便控制水流的速度和稳定。在进行试验的过程中，需要进行矿石数量更高的试验，能够再次通过料斗加入矿石，能够根据需要进行多种试验，并且料斗的上方为开放式的，能够直观的观察放入的矿石数量，在试验的过程中由于矿石随着水流一起流动，从而在循环的过程中能够保持矿石数量的稳定。在第一水平管8的中部和回流管4的顶部设有空气阀9，空气阀9是一种用于防止瞬变过程减压使管内产生负压的特殊阀门，当管内压力低于大气压时吸入空气，而当管中压力上升高于大气压时排出空气。在试验的过程中，当管道内存在空气时能够通过空气阀9排出，保持管道内充满液体，促进水流的稳定性，避免气泡随着水流流动影响试验观测，当管内液体充满管道时阀门能够自动关闭，不允许液体泄入大气。
本实用新型的设置空气阀9后，在竖直管2的内径达到10～15cm后，仍然能够保持稳定的水流推力，确保试验的稳定运行。
具体的，所述竖直管2高度为8～12m，所述竖直管2由上至下分为三个观察区，所述竖直管2的上端或者下端设有温度传感器20和流量传感器22，每个所述观察区设有电导率浓度传感器21和图像采集器23，所述温度传感器20、流量传感器22、电导率浓度传感器21和图像采集器23均与数据采集器24信号连接，所述数据采集器24与计算机25信号连接。竖直管2的高度大，在试验的过程中矿石在竖直管2内的分布不同，在竖直管2由上至下分为三个观察区，实验矿石颗粒尺寸选定为5mm-30mm，颗粒的体积浓度控制在30％以下，研究矿石的极限工况或者矿石之间的相互作用时可以超过该上限。在试验过程中，通过温度传感器20检测竖直管2内的温度，电导率浓度传感器21检测电导性，流量传感器22检测竖直管2内的流量，图像采集器23拍摄竖直管2内的矿石状态，并将检测到的上述数据传输数据采集器24，再通过数据采集器24传输至在计算机25，用于分析矿石在管道内提升的状态，有利于对深海采矿技术的研究提供有利的数据支持。
具体的，所述竖直管2为透明聚氯乙烯PVC管或者有机玻璃管，图像采集器23包括高速摄影机26和LED灯27，所述竖直管2的侧面设有所述高速摄影机26，所述高速摄影机26的对侧设有所述LED灯27。竖直管2能够透过光线，高速高速摄影机透过竖直管2拍摄到竖直管2内的矿石，LED灯27在对侧进行补光，提高拍摄的清晰度。
具体的，所述电导率浓度传感器21为环形电导率传感器。环形电导率传感器使用封装在热塑性外壳中的两个感应线圈系统进行操作。环形系统具有维护成本非常低的优势。由于导电线圈不直接接触样品，因此大大减少甚至消除了涂层和堆积。环形电导率传感的另一个优点是能够在很宽的浓度范围内进行精确测量。
具体的，所述输送泵1为离心泵。能够产生强大的推动力推动水流运动。
具体的，所述竖直管2包括上管道28和下管道29，所述上管道28和下管道29通过连接头30连接，所述连接头30内设有金属网筛31，所述金属网筛 31位于中间观察区内的所述高速摄影机与LED灯27之间。竖直管2能够上下分开，在进行沉降试验时，将上管道28和下管道29分开，然后将矿石放在金属网筛31上，再将上管道28和下管道29连接在连接头30上，输送泵1工作时带动水流推动金属网筛31上的矿石运动，通过高速高速摄影机观察矿石的运动状态。
实施例2
参见图2，本实施例与实施例1的区别在于，还包括两个第二料斗12，所述第二料斗12分别与第二进料管13连通，所述第二进料管13的上端和下端均设有第三阀门14，两个第二进料管13的下端与下Y形管15连通，所述下Y形管15的下端设有与进水管3连通的第四阀门16，两个所述第二进料管13的中部与上Y形管连通，所述上Y形管17与第二水平管18连通，所述第二水平管 18设有空气阀9，所述第二水平管18的进水端与所述旁通管10连通，所述旁通管10设有第五阀门19。在进行单一尺寸的矿石试验时，通过第一料斗5加入物料进行试验。当进行多种尺寸的矿石试验时，通过第二料斗12加入物料进行试验。在两个第二料斗12内分别加入不同尺寸的矿石，开启第二进料管13上端的第三阀门14，让矿石进入第二进料管13内后关闭该第三阀门14。接着开启第二进料管13的下端的第三阀门14、Y形管下端的第四阀门16、旁通管10 的第五阀门19，水流经过两个第二进料管13，将第二进料管13内的矿石冲到Y 形管内，并在Y形管的下端混合后进入到进水管3内，进入进水管3内的矿石已经混合，沿着进水管3流动到竖直管2内进行试验。采用两个第二料斗12放入不同尺寸的矿石，工作人员可以根据需要放入不同比例的矿石，满足多种试验要求，并在试验的过程中可以再次通过第二料斗12将入矿石，从而改变矿石的比例，完成多种不同矿石比例的试验，提高试验效率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种深海采矿垂直提升实验装置，其特征在于，包括输送泵、竖直管、进水管和回流管，所述输送泵、进水管、竖直管和回流管依次连通成循环的回路，所述输送泵向所述进水管泵送水和矿石，所述进水管的上方设有第一料斗，所述第一料斗通过第一进料管与所述进水管连通，所述第一进料管的上端和下端均设有第一阀门，两个所述第一阀门之间设有第一水平管，所述第一水平管和回流管的顶部设有空气阀，所述第一水平管的进水端通过旁通管与所述进水管连通，所述旁通管设有的第二阀门。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿垂直提升实验装置，其特征在于，还包括两个第二料斗，所述第二料斗分别与第二进料管连通，所述第二进料管的上端和下端均设有第三阀门，两个第二进料管的下端与下Y形管连通，所述下Y形管的下端设有与进水管连通的第四阀门，两个所述第二进料管的中部与上Y形管连通，所述上Y形管与第二水平管连通，所述第二水平管设有空气阀，所述第二水平管的进水端与所述旁通管连通，所述旁通管设有第五阀门。
3.根据权利要求1所述的一种深海采矿垂直提升实验装置，其特征在于，所述竖直管高度为8～12m，所述竖直管由上至下分为三个观察区，所述竖直管的上端或者下端设有温度传感器和流量传感器，每个所述观察区设有电导率浓度传感器和图像采集器，所述温度传感器、流量传感器、电导率浓度传感器和图像采集器均与数据采集器信号连接，所述数据采集器与计算机信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种深海采矿垂直提升实验装置，其特征在于，所述竖直管为透明聚氯乙烯PVC管或者有机玻璃管，图像采集器包括高速摄影机和LED灯，所述竖直管的侧面设有所述高速摄影机，所述高速摄影机的对侧设有所述LED灯。
5.根据权利要求3所述的一种深海采矿垂直提升实验装置，其特征在于，所述电导率浓度传感器为环形电导率传感器。
6.根据权利要求1所述的一种深海采矿垂直提升实验装置，其特征在于，所述输送泵为离心泵。
7.根据权利要求4所述的一种深海采矿垂直提升实验装置，其特征在于，所述竖直管包括上管道和下管道，所述上管道和下管道通过连接头连接，所述连接头内设有金属网筛，所述金属网筛位于中间观察区内的所述高速摄影机与LED灯之间。
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