一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，包括充滿水且裝設(shè)有多金屬硫化物顆粒的環(huán)形封閉管道、用于給環(huán)形封閉管道內(nèi)的水進行加壓的可調(diào)加壓組件以及用于向環(huán)形封閉管道內(nèi)噴入高壓氣體的噴氣組件，噴氣組件的噴出口與環(huán)形封閉管道的內(nèi)腔連通。本發(fā)明可模擬在不同深度的深海圍壓環(huán)境、不同水力提升速度以及不同直徑的多金屬硫化物顆粒條件下，開展深海多金屬硫化物顆粒水力提升效果試驗，從而獲得不同系統(tǒng)參數(shù)下對水力提升性能的作用規(guī)律，為水力提升技術(shù)在深海多金屬硫化物開采中的應(yīng)用提供依據(jù)。
【專利說明】一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及顆粒水力提升性能試驗設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]深海多金屬硫化物是一種富含銅、鋅、銀、金等貴金屬的深海固體礦產(chǎn)資源，具有很好的商業(yè)開采價值。礦物提升技術(shù)是深海多金屬硫化物開采的一項關(guān)鍵技術(shù)，其作用是將處于海底的顆粒礦物提升到水面以完成礦物的收集。水力提升技術(shù)在深海多金屬硫化物開采中有望得到應(yīng)用，在實際使用前需要在實驗室開展水力提升多金屬硫化物顆粒的性能試驗。因此，研制一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，可以用于開展深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗，具有現(xiàn)實意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，該試驗裝置可模擬在不同深度的深海圍壓環(huán)境、不同水力提升速度以及不同直徑的多金屬硫化物顆粒條件下，開展深海多金屬硫化物顆粒水力提升效果試驗，從而獲得系統(tǒng)參數(shù)對水力提升性能的作用規(guī)律，為水力提升技術(shù)在深海多金屬硫化物開采中的應(yīng)用提供依據(jù)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，包括充滿水且裝設(shè)有多金屬硫化物顆粒的環(huán)形封閉管道、用于給環(huán)形封閉管道內(nèi)的水進行加壓的可調(diào)加壓組件以及用于向環(huán)形封閉管道內(nèi)噴入高壓氣體的噴氣組件，所述噴氣組件的噴出口與環(huán)形封閉管道的內(nèi)腔連通。
[0005]作為本發(fā)明的進一步改進:
所述環(huán)形封閉管道具有沿豎直方向設(shè)置的豎直管腔段，所述噴氣組件的噴出口連接于所述豎直管腔段的底部且噴出方向豎直朝上。
[0006]所述環(huán)形封閉管道呈矩形，矩形的環(huán)形封閉管道布置在豎直平面內(nèi)并形成兩段沿豎直方向設(shè)置的豎直管腔段以及兩段沿水平方向設(shè)置的水平管腔段，所述噴氣組件的噴出口連接于其中一段豎直管腔段的底部。
[0007]與噴氣組件的噴出口相對應(yīng)的豎直管腔段以及連接于豎直管腔段頂部的水平管腔段均為透明材料管；連接于豎直管腔段底部的水平管腔段還連接有進出料管，所述進出料管的進出口裝設(shè)有可拆卸的密封組件。
[0008]所述噴氣組件包括噴嘴、氣泵以及用于驅(qū)動所述氣泵工作的電機，所述噴嘴連接于環(huán)形封閉管道上，所述氣泵的輸出口通過輸氣管道與噴嘴相連。
[0009]所述輸氣管道上還設(shè)有用于控制輸氣管道通斷的電磁換向閥。
[0010]所述輸氣管道上還設(shè)有用于檢測氣泵的輸出壓力的壓力傳感器以及用于檢測氣泵的輸出流量的氣量計。
[0011]所述可調(diào)加壓組件包括預(yù)充壓力氣體的蓄能器，所述蓄能器通過連接氣管與環(huán)形封閉管道的內(nèi)腔連通，所述連接氣管上設(shè)有用于控制通斷的截止閥。
[0012]所述連接氣管上還設(shè)有用于檢測環(huán)形封閉管道內(nèi)水壓力的壓力表。
[0013]所述試驗裝置還包括控制器，所述控制器分別與壓力表、壓力傳感器和氣量計電連接并實時采集和儲存壓力表、壓力傳感器和氣量計的檢測數(shù)據(jù)，所述控制器分別與電機和電磁換向閥電連接并控制電機和電磁換向閥的工作狀態(tài)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，可模擬在不同深度的深海圍壓環(huán)境、不同水力提升速度以及不同直徑的多金屬硫化物顆粒條件下，開展深海多金屬硫化物顆粒的水力提升效果試驗，從而獲得系統(tǒng)參數(shù)對水力提升性能的作用規(guī)律，為水力提升技術(shù)在深海多金屬硫化物開采中的應(yīng)用提供依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0016]圖例說明:
1、環(huán)形封閉管道；11、豎直管腔段；12、水平管腔段；13、進出料管；14、密封組件；2、可調(diào)加壓組件；21、蓄能器；22、連接氣管；23、截止閥；24、壓力表；3、噴氣組件；31、噴嘴；32、氣泵；33、電機；34、輸氣管道；35、電磁換向閥；36、壓力傳感器；37、氣量計；4、控制器；5、多金屬硫化物顆粒。

【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，包括環(huán)形封閉管道1、可調(diào)加壓組件2和噴氣組件3，環(huán)形封閉管道I具有一個封閉的環(huán)形腔體，環(huán)形腔體內(nèi)充滿水且裝設(shè)有多金屬硫化物顆粒5，可調(diào)加壓組件2與環(huán)形封閉管道I相連并可給環(huán)形封閉管道I內(nèi)的水進行加壓，噴氣組件3的噴出口與環(huán)形封閉管道I的內(nèi)腔連通并可向環(huán)形封閉管道I內(nèi)噴入高壓氣體。
[0019]本實施例中，環(huán)形封閉管道I具有沿豎直方向設(shè)置的豎直管腔段11，噴氣組件3的噴出口連接于豎直管腔段11的底部且噴出方向豎直朝上，在噴氣組件3向豎直管腔段11內(nèi)噴出高壓氣體時，可使豎直管腔段11內(nèi)形成向上運動的流場，實現(xiàn)模擬水力提升多金屬硫化物顆粒5。本實施例的環(huán)形封閉管道I呈矩形，矩形的環(huán)形封閉管道I布置在豎直平面內(nèi)，將矩形的環(huán)形封閉管道I分為上下兩段水平布置的水平管腔段12以及左右兩段沿豎直方向設(shè)置的豎直管腔段11，其中，噴氣組件3的噴出口連接于其中一段沿豎直方向設(shè)置的豎直管腔段11的底部。
[0020]上述與噴氣組件3的噴出口相對應(yīng)的豎直管腔段11以及連接于豎直管腔段11頂部的水平管腔段12均為透明材料管，便于觀察多金屬硫化物顆粒5的運動狀態(tài)，透明材料管可以采用有機玻璃制作，而其他豎直管腔段11和水平管腔段12可采用鋼管制作；連接于豎直管腔段11底部的水平管腔段12還連接有進出料管13，進出料管13的進出口裝設(shè)有可拆卸的密封組件14，該密封組件14可以采用多種形式，例如，可以采用與進出料管13螺紋連接的密封堵頭或者采用法蘭和密封圈的組合等。
[0021]本實施例中，噴氣組件3包括噴嘴31、氣泵32以及用于驅(qū)動氣泵32工作的電機33，電機33的輸出軸與氣泵32的輸入端相連，氣泵32的輸出口通過輸氣管道34與噴嘴31相連，噴嘴31連接于環(huán)形封閉管道I上，噴嘴31內(nèi)設(shè)有單向閥，以保證環(huán)形封閉管道I內(nèi)的水不會經(jīng)噴嘴31進入輸氣管道34。電機33帶動氣泵32工作輸出高壓氣體，高壓氣體經(jīng)輸氣管道34和噴嘴31噴入環(huán)形封閉管道I內(nèi)，在噴嘴31的作用下，高壓氣體產(chǎn)生高速氣流使環(huán)形封閉管道I內(nèi)形成封閉流場。輸氣管道34上設(shè)有電磁換向閥35，電磁換向閥35可控制輸氣管道34的通斷，進而控制是否向環(huán)形封閉管道I內(nèi)噴入高壓氣體，該電磁換向閥35具有兩個工作狀態(tài)，一個工作狀態(tài)是使輸氣管道34斷開，另一個工作狀態(tài)是使輸氣管道34連通，其中，使輸氣管道34斷開的工作狀態(tài)為電磁換向閥35的初始狀態(tài)。輸氣管道34上還設(shè)有壓力傳感器36和氣量計37，壓力傳感器36用于檢測氣泵32的輸出壓力，氣量計37用于檢測氣泵32的輸出流量，上述壓力傳感器36和氣量計37具體是連接在電磁換向閥35與氣泵32之間的輸氣管道34上。
[0022]本實施例中，可調(diào)加壓組件2包括蓄能器21，蓄能器21預(yù)先充滿一定壓力的氣體，其通過連接氣管22與環(huán)形封閉管道I的內(nèi)腔連通，連接氣管22上設(shè)有截止閥23，截止閥23可以控制連接氣管22的通斷。在實驗裝置不工作時，截止閥23使連接氣管22斷開，當截止閥23使連接氣管22導(dǎo)通時，蓄能器21的壓力氣體對環(huán)形封閉管道I中的水進行加壓，使環(huán)形封閉管道I中形成具有壓力的環(huán)形封閉流場，進而模擬海底具有圍壓的流場環(huán)境。此夕卜，在連接氣管22上還設(shè)有壓力表24，壓力表24具體是連接在截止閥23與環(huán)形封閉管道I之間的連接氣管22上，其可檢測連接氣管22中的壓力，也即檢測環(huán)形封閉管道I內(nèi)封閉流場的壓力。該蓄能器21在實驗裝置工作時，還可吸收和儲存由噴氣組件3噴入環(huán)形封閉管道I內(nèi)的高壓氣體，保證實驗裝置持續(xù)的工作。
[0023]本實施例中，試驗裝置還包括控制器4，控制器4的信號輸入端分別與壓力表24、壓力傳感器36和氣量計37的信號輸出端相連，通過控制器4可實時采集和儲存壓力表24、壓力傳感器36和氣量計37的檢測數(shù)據(jù)，控制器4的信號輸出端分別與電機33和電磁換向閥35的信號輸入端相連，并控制電機33和電磁換向閥35的工作狀態(tài)。為實現(xiàn)相應(yīng)功能，控制器4可以采用現(xiàn)有的控制裝置，在此不再贅述。
[0024]本發(fā)明深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，可模擬在不同深度的深海圍壓環(huán)境、不同水力提升速度以及不同直徑的多金屬硫化物顆粒5條件下，開展深海多金屬硫化物顆粒5的水力提升效果試驗，從而獲得系統(tǒng)參數(shù)對水力提升性能的作用規(guī)律，為水力提升技術(shù)在深海多金屬硫化物開采中的應(yīng)用提供依據(jù)。
[0025]本發(fā)明深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置的工作原理如下:
試驗前，電磁換向閥35和截止閥23均處于截止狀態(tài)，環(huán)形封閉管道I內(nèi)充滿水并裝入多金屬硫化物顆粒5，蓄能器21預(yù)先充滿一定壓力的氣體；
試驗時，首先啟動電機33，電機33驅(qū)動氣泵32產(chǎn)生高壓氣體，當氣泵32的輸出壓力達到設(shè)定的工作壓力后，打開截止閥23，蓄能器21的壓力氣體對環(huán)形封閉管道I中的水進行加壓，使環(huán)形封閉管道I中形成帶有初始壓力的環(huán)形封閉循環(huán)流場，再通過控制器4開啟電磁換向閥35，從氣泵32中出來的高壓氣體依次通過氣量計37、電磁換向閥35、噴嘴31進入環(huán)形封閉管道1，高壓氣體通過噴嘴31后形成高速氣流噴入環(huán)形封閉管道1，高速氣流使環(huán)形封閉管道I內(nèi)產(chǎn)生向上運動的流場，在向上運動流場作用下，多金屬硫化物顆粒5隨著水流的運動一起被提升，實現(xiàn)多金屬硫化物顆粒5的水力提升；試驗過程中，控制器4實時采集和存儲壓力傳感器36、氣量計37和壓力表24的數(shù)據(jù)。
[0026]在模擬不同實驗條件時，調(diào)節(jié)蓄能器21的預(yù)充壓力可以改變環(huán)形封閉管道I中流場的初始壓力，進而模擬不同水深下水力提升性能，調(diào)節(jié)氣泵32的工作壓力和排量，可以開展水力提升初速度對多金屬硫化物顆粒5水力提升性能的作用規(guī)律，改變多金屬硫化物顆粒5的直徑，可以開展水力提升初速度和多金屬硫化物顆粒5直徑對水力提升性能的作用規(guī)律。
[0027]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進和變換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:包括充滿水且裝設(shè)有多金屬硫化物顆粒(5)的環(huán)形封閉管道(I)、用于給環(huán)形封閉管道(I)內(nèi)的水進行加壓的可調(diào)加壓組件(2)以及用于向環(huán)形封閉管道(I)內(nèi)噴入高壓氣體的噴氣組件(3)，所述噴氣組件(3)的噴出口與環(huán)形封閉管道(I)的內(nèi)腔連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述環(huán)形封閉管道(I)具有沿豎直方向設(shè)置的豎直管腔段(11)，所述噴氣組件(3)的噴出口連接于所述豎直管腔段(11)的底部且噴出方向豎直朝上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述環(huán)形封閉管道(I)呈矩形，矩形的環(huán)形封閉管道(I)布置在豎直平面內(nèi)并形成兩段沿豎直方向設(shè)置的豎直管腔段(11)以及兩段沿水平方向設(shè)置的水平管腔段(12)，所述噴氣組件(3)的噴出口連接于其中一段豎直管腔段(11)的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:與噴氣組件(3)的噴出口相對應(yīng)的豎直管腔段(11)以及連接于豎直管腔段(11)頂部的水平管腔段(12)均為透明材料管；連接于豎直管腔段(11)底部的水平管腔段(12)還連接有進出料管(13)，所述進出料管(13 )的進出口裝設(shè)有可拆卸的密封組件(14 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述噴氣組件(3)包括噴嘴(31)、氣泵(32)以及用于驅(qū)動所述氣泵(32)工作的電機(33)，所述噴嘴(31)連接于環(huán)形封閉管道(I)上，所述氣泵(32)的輸出口通過輸氣管道(34)與噴嘴(31)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述輸氣管道(34 )上還設(shè)有用于控制輸氣管道(34 )通斷的電磁換向閥(35 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述輸氣管道(34)上還設(shè)有用于檢測氣泵(32)的輸出壓力的壓力傳感器(36)以及用于檢測氣泵(32)的輸出流量的氣量計(37)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述可調(diào)加壓組件(2)包括預(yù)充壓力氣體的蓄能器(21)，所述蓄能器(21)通過連接氣管(22)與環(huán)形封閉管道(I)的內(nèi)腔連通，所述連接氣管(22)上設(shè)有用于控制通斷的截止閥(23)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述連接氣管(22)上還設(shè)有用于檢測環(huán)形封閉管道(I)內(nèi)水壓力的壓力表(24)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的深海多金屬硫化物顆粒水力提升性能試驗裝置，其特征在于:所述試驗裝置還包括控制器(4)，所述控制器(4)分別與壓力表(24)、壓力傳感器(36)和氣量計(37)電連接并實時采集和儲存壓力表(24)、壓力傳感器(36)和氣量計(37)的檢測數(shù)據(jù)，所述控制器(4)分別與電機(33)和電磁換向閥(35)電連接并控制電機(33)和電磁換向閥(35)的工作狀態(tài)。
【文檔編號】G01D21/00GK104165827SQ201410385882
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】黃中華, 謝雅 申請人:湖南工程學院