一种粗颗粒水动力测量系统技术方案

本公开涉及一种粗颗粒水动力测量系统，该系统包括测量管以及流量控制装置；沿着测量管高度方向，所述测量管的直径逐渐增大；所述流量控制装置用于控制输入所述测量管内的液体流量，在所述测量管内部形成流速渐变流场，以使待测量颗粒在渐变流场中悬停。本公开提供的技术方案，测量管中的流速渐变流场形成的力学自平衡机制能够有效的降低水力条件波动对待测量颗粒水动力测量的影响，便于对待测量颗粒的力学平衡状态进行长时间观测研究。同时该系统还可以适用于不同的工况条件下的粗颗粒水动力测量，且结构简单，容易实现，粗颗粒水动力测量精度较高。测量精度较高。测量精度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种粗颗粒水动力测量系统


[0001]本公开涉及粗颗粒水动力测量
，尤其涉及一种粗颗粒水动力测量系统。

技术介绍

[0002]在占地球表面积49％的深海海底蕴藏着丰富的矿产资源，可作为人类社会可持续发展的金属资源储备和保障。据科学家们分析估计，世界洋底多金属结核资源为3万亿吨，仅太平洋就达1.7万亿吨。多金属结核富含的锰、铁、镍、钴、铜等金属，其中钴是新能源电池重要原材料。多金属结核多呈面形分布在3500
‑
6000m的海床表层，结核直径在0.5
‑
25cm之间，形状呈如土豆或椭球状及其他不规则形状，半埋、全埋或者裸露在海底沉积物中。
[0003]在深海矿产资源开采系统中，最关键环节是绿色高效的将矿石资源从深海海底提升到海面。目前，最具商业应用前景的提升方式是流态化提升，即将流态化粗颗粒用管道上升流输送至海面船只。在流态化提升系统设计中，粗颗粒的水动力参数是流态化提升管道和扬矿泵设计的关键参数。但由于现有的测量系统中粗颗粒容易受到水力条件波动的干扰，使得粗颗粒容易偏离其力学平衡位置，而造成对复杂工况条件下的水动力测量比较困难，且测量精度较低。为此，迫切需要提供一种能够准确获取粗颗粒水动力参数的测量系统。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种水动力测量系统。
[0005]本公开提供了一种粗颗粒水动力测量系统，包括测量管以及流量控制装置；
[0006]沿着测量管高度方向，所述测量管的直径逐渐增大；
[0007]所述流量控制装置用于控制输入所述测量管内的液体流量，在所述测量管内部形成流速渐变流场，以使待测量颗粒在所述流速渐变流场中悬停。
[0008]在一些实施例中，所述流量控制装置包括蝶阀以及电机；
[0009]所述蝶阀包括阀体、阀杆以及蝶板；所述阀体呈圆筒形管道；
[0010]在垂直于所述阀体的入口指向所述阀体的出口的方向上，所述阀杆所在的直线与所述阀体的中心线重合；
[0011]所述蝶板位于所述阀体内部，并可拆卸固定设置在所述阀杆上；
[0012]所述电机与所述阀杆固定连接；所述电机用于驱动所述阀杆，以使所述蝶板沿着所述阀杆所在的直线旋转，并产生周期性非稳定流。
[0013]在一些实施例中，还包括弯管以及投料装置；
[0014]所述流量控制装置通过所述弯管与所述测量管的进液口连通；
[0015]所述投料装置可拆卸设置在所述测量管的出液口；所述投料装置包括入水口和出水口，所述入水口与所述测量管的出液口连通。
[0016]在一些实施例中，还包括旋转框架、照明装置、观测面板、高速摄像装置以及流量计；
[0017]所述测量管套设在所述旋转框架内部；所述照明装置与所述观测面板分别固定设置在所述旋转框架上；所述照明装置与所述观测面板沿着测量管高度方向上的中心轴对称设置；
[0018]所述旋转框架能够沿着测量管高度方向上的中心轴旋转；
[0019]所述照明装置用于将光线垂直于所述测量管侧壁延伸的方向照射至所述测量管内的待测量颗粒上，并将所述待测量颗粒的空间位置投影到所述观测面板上；
[0020]所述高速摄像装置用于记录投影到所述观测面板上的所述待测量颗粒的空间位置；所述流量计用于记录所述测量管内的液体流量。
[0021]在一些实施例中，在所述测量管高度方向的截面上，所述照明装置沿着所述测量管侧壁延伸的方向设置。
[0022]在一些实施例中，还包括第一网栅结构和第二网栅结构；
[0023]所述第一网栅结构设置在所述测量管的进液口；所述第二网栅结构设置在所述测量管的出液口；
[0024]所述第一网栅结构以及所述第二网栅结构用于将所述待测量颗粒限制在所述测量管内。
[0025]在一些实施例中，还包括弹性装置；所述弹性装置包括第一端和第二端；
[0026]所述第一端固定在所述第一网栅结构上；所述第二端用于固定所述待测量颗粒。
[0027]在一些实施例中，所述第一端固定在所述第一网栅结构的中心位置。
[0028]在一些实施例中，所述弹性装置包括弹簧和/或弹力绳。
[0029]在一些实施例中，还包括拉力传感器；
[0030]所述拉力传感器用于检测所述弹性装置上的力的大小。
[0031]本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0032]本公开实施例提供的技术方案，测量管中的流速渐变流场形成的力学自平衡机制能够有效的降低水力条件波动对待测量颗粒水动力测量的影响，同时，该力学自平衡机制也使待测量颗粒能够在测量管内上下波动，便于对待测量颗粒的力学平衡状态进行长时间观测研究，以克服相关技术中等径直管测量系统中待测量颗粒容易受到水力条件波动干扰的技术难题。同时，本公开实施例提供的粗颗粒水动力测量系统，还可以适用于不同的工况条件下的粗颗粒水动力测量，且结构简单，容易实现，粗颗粒水动力测量精度较高。
附图说明
[0033]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0034]为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
[0035]图1为本公开实施例提供的一种粗颗粒水动力测量系统的结构示意图；
[0036]图2为本公开实施例提供的粗颗粒水动力测量系统中待测量颗粒的悬停状态示意图；
[0037]图3为本公开实施例提供的测量待测量颗粒拖曳力系数时的待测量颗粒的悬停状
态示意图；
[0038]图4为本公开实施例提供的一种测量待测量颗粒萨夫曼升力时的待测量颗粒的悬停状态示意图；
[0039]图5为本公开实施例提供的又一种测量待测量颗粒萨夫曼升力时的待测量颗粒的悬停状态示意图；
[0040]图6为本公开实施例提供的一种流量控制装置的结构示意图；
[0041]图7a
‑
图7b为本公开实施例提供的旋转框架旋转时待测量颗粒与观测面板之间相对位置变化的示意图；
[0042]图8为本公开实施例提供的待测量颗粒所在位置的测量管截面直径计算的几何示意图。
具体实施方式
[0043]为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0044]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0045]本公开实施例提供了一种粗颗粒水动力测量系统，图1为本公开实施例提供的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粗颗粒水动力测量系统，其特征在于，包括测量管以及流量控制装置；沿着测量管高度方向，所述测量管的直径逐渐增大；所述流量控制装置用于控制输入所述测量管内的液体流量，在所述测量管内部形成流速渐变流场，以使待测量颗粒在所述流速渐变流场中悬停。2.根据权利要求1所述的粗颗粒水动力测量系统，其特征在于，所述流量控制装置包括蝶阀以及电机；所述蝶阀包括阀体、阀杆以及蝶板；所述阀体呈圆筒形管道；在垂直于所述阀体的入口指向所述阀体的出口的方向上，所述阀杆所在的直线与所述阀体的中心线重合；所述蝶板位于所述阀体内部，并可拆卸固定设置在所述阀杆上；所述电机与所述阀杆固定连接；所述电机用于驱动所述阀杆，以使所述蝶板沿着所述阀杆所在的直线旋转，并产生周期性非稳定流。3.根据权利要求1所述的粗颗粒水动力测量系统，其特征在于，还包括弯管以及投料装置；所述流量控制装置通过所述弯管与所述测量管的进液口连通；所述投料装置可拆卸设置在所述测量管的出液口；所述投料装置包括入水口和出水口，所述入水口与所述测量管的出液口连通。4.根据权利要求3所述的粗颗粒水动力测量系统，其特征在于，还包括旋转框架、照明装置、观测面板、高速摄像装置以及流量计；所述测量管套设在所述旋转框架内部；所述照明装置与所述观测面板分别固定设置在所述旋转框架上；所述照明装置与所述观测面板沿着测量管高度方向上的中心轴对称设置；所述旋转框架能够沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹华德，夏建新，李明圆，魏定邦，杨强，刘珅，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：