【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
1、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。
技术实现思路
1、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。
2、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
3、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。
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。
5、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；
6、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；
7、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。
8、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。
9、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。
10、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。
11、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。
12、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：
13、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上同一位置本文档来自技高网...
【技术保护点】
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
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)；
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...
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：高云，程玮，石丛河，刘磊，时晨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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