一种模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统，包括用于模拟存放采矿后矿水混合物的混料仓、模拟矿水提升的提升系统、用于处理提升后矿水的处理系统，所述提升系统包括与混料仓出口连接的提升泵、与提升泵出口连接的提升立管，提升立管另一端连接处理系统；所述提升立管采用柔性立管，且提升立管上设置海水运动模拟系统，海水运动模拟系统用于带动提升立管摆动。通过设置带动提升立管摆动海水运动模拟系统，可以有效模拟海水运动对提升立管的作用影响，真实反映提升立管内部矿石颗粒的实际运动情况，使陆上试验研究结果更符合实际工况条件，更有效指导深海采矿混输提升作业。提升作业。提升作业。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统


[0001]本专利技术涉及深海采矿混输提升，具体是涉及一种模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统。

技术介绍

[0002]深海采矿工程为事关国家未来发展的重大科技项目。矿水混输提升系统是深海采矿系统的重要组成部分，采用一根立管将矿石颗粒从海底提升到海洋表面。但在提升过程中，在海水运动的作用下，提升立管会产生一定的绕曲变形运动，影响矿石在管内的运动，从而影响矿石颗粒的混输输送，为保证深海采矿矿石颗粒混输提升的顺利实施，如何将矿石颗粒从几千米的海底输送到海面上，需要在搭建一套试验系统，真实有效模拟深海采矿矿石颗粒混输提升的工况条件，开展相关的提升参数研究。
[0003]为此，现有技术如公开号为CN111322253A和CN208043599U的中国专利申请都公开了深海采矿混输提升试验装置。又如公开号为CN110779703A的中国专利申请公开了一种模拟深海采矿海水波动对管道影响的实验装置，其考虑了海水运动对管道震动的影响。现有深海采矿混输提升试验装置，提升管道均采用硬质管道，在进行提升试验时，管道不产生任何的弯曲变形。实际的深海采矿混输提升立管高度可达几千米，管道直径几十至一两百毫米不等，整个提升管道犹如一个细长的结构，几千米的深海采矿提升立管在海水洋流、涌浪运动作用下，会产生一定的弯曲变形运动，且弯曲变形的幅度和频率是变化的，对管内的矿石颗粒提升运动产生重要影响。现有试验技术均不能真实反映海水运动对提升管道弯曲变形运动，不能真实模拟管道绕曲变形运动对管内矿石颗粒运动的影响。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对以上缺点，本专利技术提供一种试验研究的结果更贴近实际情况的模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统。
[0005]技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用一种模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统，包括用于模拟存放采矿后矿水混合物的混料仓、模拟矿水提升的提升系统、用于处理提升后矿水的处理系统，所述提升系统包括与混料仓出口连接的提升泵、与提升泵出口连接的提升立管，提升立管另一端连接处理系统；所述提升立管采用柔性立管，且提升立管上设置海水运动模拟系统，海水运动模拟系统用于带动提升立管摆动。
[0006]进一步的，所述海水运动模拟系统包括伸缩杆，伸缩杆输出端与提升立管管身连接，伸缩杆的伸缩带动提升立管摆动。该系统还包括固定提升立管的支撑台架，所述提升立管与支撑台架通过弹簧支撑机构连接。所述提升立管设置若干观测窗口，观测窗口采用透明材料，且观测窗口外设置图像摄取装置，图像摄取装置用于摄取提升立管内矿石颗粒的运动情况。所述提升立管在入口处、出口处及管身中部设置观测窗口。
[0007]进一步的，所述混料仓采用透明材料，混料仓内设置搅拌器，搅拌器用于搅拌矿水混合物。
[0008]进一步的，所述处理系统包括补水系统、废水回注系统、矿水分离系统、回料系统，提升立管一端连接矿水分离系统，矿水分离系统与废水回注系统和回料系统连通，废水回注系统和回料系统与混料仓连通，补水系统用于向混料仓中补水。
[0009]进一步的，所述矿水分离系统包括矿水分离过滤网、水箱和矿石箱，所述提升立管提升的矿水混合物通过导管导出至矿水分离过滤网上，水箱位于矿水分离过滤网正下方，用于存储分离后的水；矿水分离过滤网倾斜设置，且矿水分离过滤网较低端连接矿石箱，矿石箱用于存储分离后的矿石。
[0010]进一步的，所述废水回注系统包括注水管，注水管一端与水箱底部连通，另一端与混料仓连通，注水管用于将矿水分离系统分离的水回注至混料仓。
[0011]进一步的，所述回料系统包括回料立管，回料立管一端与矿石箱底部连通，另一端与混料仓连通，回料立管用于将矿水分离系统分离的矿石回料至混料仓。
[0012]有益效果：本专利技术相对于现有技术，其显著优点是通过设置带动提升立管摆动海水运动模拟系统，可以有效模拟海水运动对提升立管的作用影响，真实反映提升立管内部矿石颗粒的实际运动情况，使陆上试验研究结果更符合实际工况条件，更有效指导深海采矿混输提升作业。
附图说明
[0013]图1所示为本专利技术模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统的整体结构示意图。
具体实施方式
[0014]如图1所示，本实施例中一种模拟海水运动的深海采矿混输提升试验系统，包括支撑整个试验系统的支撑台架1、模拟矿水提升的提升系统2、用于模拟存放采矿后矿水混合物的混料仓3、用于处理提升后矿水的处理系统。处理系统包括补水系统、废水回注系统、矿水分离系统、回料系统，提升立管一端连接矿水分离系统，矿水分离系统与废水回注系统和回料系统连通，废水回注系统和回料系统与混料仓连通，补水系统用于向混料仓3中补水，补水系统包括存储补充水的补水仓61和补水泵62，补水泵连接补水仓和混料仓3。
[0015]提升系统2包括与混料仓3出口连接的提升泵21、与提升泵21出口连接的提升立管22，提升立管22另一端通过导管8导出至矿水分离系统的矿水分离过滤网41上，提升立管22采用柔性立管，柔性立管为多层复合管，且提升立管22上设置海水运动模拟系统，海水运动模拟系统用于带动提升立管摆动。提升立管22与支撑台架1通过弹簧支撑机构7进行连接固定，以保证提升立管22具有一定的上下伸缩运动能力，以配合适应弯曲变形。
[0016]提升立管22分别在立管入口处、出口处以及立管的中间部位设置有观测窗口23，观测窗口23为高度为20cm左右的有机玻璃管。在观测窗口处设置高速摄像机，记录矿石颗粒在管道内的运动情况。
[0017]海水运动模拟系统包括液压推杆5，液压推杆5一端固定在支撑台架1上，另一端与提升立管22管身固定连接，通过液压推杆5往复运动，带动提升立管的摆动，通过控制液压杆的往复运动幅度和频率，模拟海水运动情况。
[0018]混料仓3采用有机玻璃材质，便于观察仓内矿石颗粒的分布情况，混料仓内设置有
搅拌器，搅拌矿水混合均匀。
[0019]矿水分离系统包括矿水分离过滤网41、水箱42和矿石箱43，提升立管22提升的矿水混合物通过导管8导出至矿水分离过滤网41上，水箱42位于矿水分离过滤网41正下方，用于存储分离后的水；矿水分离过滤网41倾斜设置，且矿水分离过滤网41较低端连接矿石箱43，矿石箱用于存储分离后的矿石。
[0020]废水回注系统包括注水管9，注水管9一端与水箱42底部连通，另一端与混料仓3连通，注水管9用于将矿水分离系统分离的水回注至混料仓3，形成循环回路。回料系统包括回料立管10，回料立管10一端与矿石箱43底部连通，另一端与混料仓3连通，回料立管10用于将矿水分离系统分离的矿石回料至混料仓，形成循环回路。
[0021]海水运动作用使提升管道产生一定的弯曲变形运动，对管内矿石颗粒的提升运动形态产生重要影响，从而影响着整个深海采矿混输提升。本专利技术通过一套可模拟海水运动使提升立管产生弯曲变形运动的系统，真实有效模拟深海采矿混输提升的实际作业工况环境，使试验本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟海水运动影响的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，包括用于模拟存放采矿后矿水混合物的混料仓(3)、模拟矿水提升的提升系统(2)、用于处理提升后矿水的处理系统，所述提升系统(2)包括与混料仓(3)出口连接的提升泵(21)、与提升泵(21)出口连接的提升立管(22)，提升立管(22)另一端连接处理系统；所述提升立管(22)采用柔性立管，且提升立管(22)上设置海水运动模拟系统，海水运动模拟系统用于带动提升立管(22)摆动。2.根据权利要求1所述的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述海水运动模拟系统包括伸缩杆(5)，伸缩杆(5)输出端与提升立管(22)管身连接，伸缩杆(5)的伸缩带动提升立管(22)摆动。3.根据权利要求1或2所述的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，还包括固定提升立管(22)的支撑台架(1)，所述提升立管(22)与支撑台架(1)通过弹簧支撑机构(7)连接。4.根据权利要求1或2所述的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述提升立管(22)设置若干观测窗口(23)，观测窗口(23)采用透明材料，且观测窗口(23)外设置图像摄取装置，图像摄取装置用于摄取提升立管内矿石颗粒的运动情况。5.根据权利要求4所述的深海采矿混输提升试验系统，其特征在于，所述提升立管(22)在入口处、出口处及管身中部设置观测窗口(23)。6.根据权利要求1所述的深海采矿混输提升试验系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤雁冰，卢道华，仲纪松，徐江敏，邹舟，张晓靑，
申请(专利权)人：江苏科技大学海洋装备研究院，
类型：发明
国别省市：