本发明专利技术公开一种用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，包括作为固液两相螺旋流主体起旋舱的锥形上筒体、位于锥形上筒体底部的圆柱形下筒体，所述锥形上筒体的顶部有固液两相出口密封接头，所述圆柱形下筒体的侧壁有固液两相进口密封接头；所述圆柱形下筒体内部设置叶片式起旋装置，所述叶片式起旋装置通过旋转轴系统与变频电机相连接；所述叶片式起旋装置包括由变频电机驱动高速旋转的螺旋流连动杆和螺旋流叶片。本发明专利技术的螺旋流连动杆受驱动高速转动时，带动螺旋流叶片高速旋转在圆柱形下筒体内部产生稳定高速的螺旋流。圆柱形下筒体内部产生稳定高速的螺旋流。圆柱形下筒体内部产生稳定高速的螺旋流。
【技术实现步骤摘要】
用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置
[0001]本专利技术涉及螺旋流起旋装置
，特别是涉及一种用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置。
技术介绍
[0002]在深海天然气水合物流化开采管道输送领域，常采用螺旋流起旋装置产生固液两相螺旋流，使管道流体流态稳定，降低碰撞造成的能量损耗，避免了固体颗粒沉淀及黏附在管道上，以提升管道的输送效率。在石油和天然气行业中，为了减少管道内的积液，提高携液能力，引入了螺旋流起旋装置来产生气液两相螺旋流，并且应用在集气管道中减少结冰，消除石蜡。
[0003]近年来大洋勘探发现，在数千米深的大洋底部蕴藏着丰富的矿产资源，其种类众多、储量巨大、品位极高，有巨大的开发利用前景。具有商业开发前景的深海矿产资源主要有多金属锰结核、富钴结壳以及热液硫化物等。但目前，如何将固体矿物颗粒高效稳定的输送到海面上仍是亟待解决的难题。
[0004]在深海采矿水力提升系统中，固液两相流输送存在着诸多的难点，固体颗粒沉降作用明显，且受水流紊动作用颗粒发生碰撞，输送耗能大；固体颗粒对管道内壁的磨损也是输送管道重要失效原因之一。
[0005]近年来有学者提出采用高速螺旋流来提升固液两相流的输送效率，高速螺旋流具有能量集中、颗粒携带力强、输送浓度高等优点，可以将沉积的矿石颗粒拖曳、旋浮于主流中，实现水力提升系统高浓度低能耗输送的目标。并且，由于螺旋流负压产生的强卷吸效应，使矿石颗粒向管道轴心聚集，从而减少了在输送过程中矿石颗粒对管壁的磨损作用。
[0006]由于深海采矿的作业需要达数千米水深，应用螺旋流输送时，不可避免的遇到螺旋流衰减问题，在管道中增加多台起旋器也会造成管道的负重，增加安装成本等问题，因此，专利技术的高强度高流速起旋器至关重要。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是针对现有技术中的问题，而提供一种用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，其能够产生高强度高流速的螺旋流，并能减缓螺旋流衰减，从而有利于在深海采矿提升系统中将固体矿物颗粒高效稳定的输送到海面上。
[0008]本专利技术是这样实现的，一种用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，包括作为固液两相螺旋流主体起旋舱的锥形上筒体、位于锥形上筒体底部的圆柱形下筒体，所述锥形上筒体的顶部设置有固液两相出口密封接头，所述圆柱形下筒体的侧壁上设置有固液两相进口密封接头；所述圆柱形下筒体内部设置叶片式起旋装置，所述叶片式起旋装置通过旋转轴系统与变频电机相连接；所述叶片式起旋装置包括由变频电机驱动高速旋转的螺旋流连动杆和螺旋流叶片，所述螺旋流连动杆受驱动高速转动时，带动所述螺旋流叶片高速旋转在所述圆柱形下筒体内部产生稳定高速的螺旋流；
[0009]固液两相螺旋流起旋装置工作时，从海底开采的矿石颗粒混合海水的泥浆通过海底集矿装置从固液两相进口密封接头泵送入圆柱形下筒体内部，泥浆在圆柱形下筒体中单相海水高速螺旋流带动下，形成固液两相螺旋流，并由变频电机控制固液两相螺旋流的周向起旋流速和轴向输送流速，变频电机带动旋转轴系统和螺旋流叶片产生足够输送能量，随后高强度固液两相螺旋流进入锥形上筒体进行二次加速，最后从固液两相出口密封接头中送入深海采矿水力提升系统管道中。
[0010]其中，所述螺旋流叶片配置为三个，环绕螺旋流连动杆爬升角度为24
°
，满足在圆柱形下筒体空间内部产生高速螺旋流。
[0011]其中，所述固液两相进口密封接头的开口位置位于所述圆柱形下筒体的上部，能减少进入圆柱形下筒体内部的颗粒与螺旋流叶片的撞击，并能够使固液两相泥浆快速汇入圆柱形下筒体的高速螺旋流中。
[0012]其中，所述锥形上筒体、固液两相出口密封接头、所述圆柱形下筒体与固液两相进口密封接头采用一体成型技术成型，避免深海条件下外压对焊接焊缝的影响。
[0013]其中，所述固液两相进口密封接头的内壁下端设置耐压管口加强筋，所述锥形上筒体与圆柱形下筒体的交界内部设置有耐压筒体加强筋，所述耐压管口加强筋及耐压筒体加强筋用于避免由于超深水外压造成的筒体结构压溃失效。
[0014]其中，所述圆柱形下筒体的底部连接筒体基座，所述筒体基座由顶部连接法兰、沿四周对称布置的多个支撑桁架以及底部连接法兰构成，所述支撑桁架的为上宽下窄的结构，所述支撑桁架的顶端与底端对应与顶部连接法兰、底部连接法兰固定；所述圆柱形下筒体的底部设置有筒体连接法兰，与所述顶部连接法兰采用第一螺栓连接。
[0015]其中，所述筒体基座的底部连接法兰与变频电机上端的连接法兰采用第二螺栓连接；所述支撑桁架的内侧设置有同轴连接所述变频电机的旋转轴系统；所述变频电机布置于装置基座上，所述装置基座用于以固定方式置于海底或水下中继站内部，稳定支撑螺旋流起旋装置，同时保护变频电机。
[0016]其中，所述变频电机采用三相异步防水变频电机，设置有防水电机盖板以保证深海应用的安全性。
[0017]其中，所述旋转轴系统由深沟球轴承和螺旋流连动轴组成，所述螺旋流连动轴采用高耐磨钢制作，保证高速旋转过程中不发生轴断裂失效，保证装置长期稳定运行；所述螺旋流连动杆和螺旋流叶片采用高耐磨钢制作，能够避免固体颗粒冲击造成的磨损破坏。
[0018]其中，所述变频电机内部设置有变频控制器，通过变频控制器调节变频电机转速，带动叶片式起旋装置产生不同的螺旋流周向起旋流速和轴向输送流速，从而实现根据工程需求实时调节螺旋流流速，保证应对变化的输送情况。
[0019]本专利技术的用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，采用叶片式起旋装置的原理，能够提供能量更强，旋流长度更长，衰减更缓慢的固液两相高速螺旋流。
[0020]本专利技术的上下变直径圆筒结构能够在出口处加速水流流速，并且在舱内产生携带力更强的水流，使颗粒受水流作用沿着筒壁旋转向上从出口处流入管道，减少颗粒与叶片轴承碰撞。
[0021]本专利技术的叶片式起旋装置的叶片和轴采用高耐磨钢(如SKD11)，能够避免固体颗粒冲击造成的磨损破坏。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例的螺旋流起旋装置的剖视主视图；
[0023]图2为本专利技术实施例的螺旋流起旋装置的左视图；
[0024]图3为本专利技术实施例的螺旋流起旋装置的剖视轴测图；
[0025]图4为本专利技术实施例的螺旋流起旋装置的一个轴测图；
[0026]图5为本专利技术实施例的螺旋流起旋装置的另一轴测图；
[0027]图6为本专利技术实施例的螺旋流起旋装置的俯视图。
[0028]其中：
[0029]1、固液两相出口密封接头；2、耐压管口加强筋；3、锥形上筒体；4、耐压筒体加强筋；5、螺旋流连动杆；6、固液两相进口密封接头；7、圆柱形下筒体；8、螺旋流叶片；9、筒体连接法兰；10、筒体基座；11、旋转轴系统；12、变频电机；13、装置基座；14、电机盖板。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，其特征在于，包括作为固液两相螺旋流主体起旋舱的锥形上筒体、位于锥形上筒体的底部的圆柱形下筒体，所述锥形上筒体的顶部有固液两相出口密封接头，所述圆柱形下筒体的侧壁有固液两相进口密封接头；所述圆柱形下筒体内部设置叶片式起旋装置，所述叶片式起旋装置通过旋转轴系统与变频电机相连接；所述叶片式起旋装置包括由变频电机驱动高速旋转的螺旋流连动杆和螺旋流叶片，所述螺旋流连动杆受驱动高速转动时，带动所述螺旋流叶片高速旋转，在所述圆柱形下筒体内部产生稳定高速的螺旋流；固液两相螺旋流起旋装置工作时，从海底开采的矿石颗粒混合海水的泥浆通过海底集矿装置从固液两相进口密封接头泵送入圆柱形下筒体内部，泥浆在圆柱形下筒体中单相海水高速螺旋流带动下，形成固液两相螺旋流，并由变频电机控制固液两相螺旋流的周向起旋流速和轴向输送流速，变频电机带动旋转轴系统和螺旋流叶片产生足够输送能量，随后高强度固液两相螺旋流进入锥形上筒体进行二次加速，随后从固液两相出口密封接头中送入深海采矿水力提升系统管道中。2.根据权利要求1所述用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，其特征在于，所述螺旋流叶片配置为三个，环绕螺旋流连动杆爬升角度为24
°
，满足在圆柱形下筒体空间内部产生高速螺旋流。3.根据权利要求1所述用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，其特征在于，所述固液两相进口密封接头的开口位置位于所述圆柱形下筒体的上部，能减少进入圆柱形下筒体内部的颗粒与螺旋流叶片的撞击，并能够使固液两相泥浆快速汇入圆柱形下筒体的高速螺旋流中。4.根据权利要求1所述用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，其特征在于，所述锥形上筒体、固液两相出口密封接头、所述圆柱形下筒体与固液两相进口密封接头采用一体成型技术成型，避免深海条件下外压对焊接焊缝的影响。5.根据权利要求1所述用于深海采矿提升系统的固液两相螺旋流起旋装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈念众，张嘉毓，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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