[發明專利]用于水下作業的粗顆粒礦漿泵

有效

• 申請號: 201410534419.5
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104314837A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 陽寧;唐達生;金星;龔德文;王釗
• 申請（專利權）人: 長沙礦冶研究院有限責任公司
• 主分類號: F04D13/08
• 分類號: F04D13/08;F04D7/04;F04D29/66;F04D29/58;F04D29/42
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 段迎春

技術領域

本發明屬于深海采礦、水力采煤及陸基水下采礦設備技術領域，尤其涉及一種基于垂直管道水力提升技術的采礦設備。

背景技術

深海金屬礦產資源(如大洋多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物等)顆粒粒徑屬粗顆粒礦石的范疇。深海潛水電泵是將深海底粗顆粒礦石通過垂直管道提升到海面采礦船上，其特點是，泵必須具備高揚程、低流量、過流和回流粗顆粒礦石的能力，同時要求潛水電機具有密封耐壓、絕緣和防止海水腐蝕等特點，還要能適應水下動態條件下作業。顯然，這種深海潛水電泵的研制是一項難度較大、高技術含量的研發工作。

在深海采礦系統中，潛水電泵在垂直管道水力輸送技術中具有重要的工程應用前景，已被國內、外深海采礦業高度重視并作為研究的重點，對深海潛水電泵的開發研制有德國、日本和韓國等少數國家。1978年德國KSB公司研制了兩臺6級潛水電泵，屬混流式礦漿泵類型，其結構采用筒裝式整體結構，粗顆粒礦石由電機外部的環形格柵通道進入泵葉輪，泵的重心位于垂直管道軸心，粗顆粒礦石可通過泵回流，在太平洋5000m水深獲得了海上試采的成功，但泵的磨損比較嚴重。1988年日本荏原制作所制造了兩臺8級潛水電泵，屬離心式礦漿泵類型，泵的結構由上部泵和下部泵組成，潛水電機置于兩泵中間，泵的重心偏離垂直管道軸心，粗顆粒礦石難以通過泵葉輪回流，但未經海上試驗驗證。2009年韓國地質資源研究院研制了1臺2級潛水電泵，泵結構與德國類似，在韓國東海海港附近水深100m進行了淺海試驗。

我國“十五”期間參照德國KSB公司6級潛水電泵資料加工了一臺2級潛水電泵。并對泵結構進行了改進，主要結構改進是由德國KSB公司電機外部6個環形格柵通道(每個通道尺寸為84mm×65mm，格柵面積為0.03276m²)改為3個環形格柵通道(每個通道尺寸為120mm×90mm，格柵面積為0.0324m²)。由此可知，兩家泵環形格柵通道的斷面積與提升管道的斷面積(直徑200mm提升管道斷面積為0.0314m²)相等。如從管道過流面積考慮，當提升管道流速一定時，環形格柵通道的流速與提升管道的流速相等。為了驗證50mm粗顆粒礦石在泵的過流和回流能力，長沙礦冶研究院有限責任公司在高度30m、提升管直徑200mm的揚礦實驗室進行了泵礦漿工作性能試驗，泵的性能基本上達到了設計要求，但泵環形格柵通道卻存在嚴重缺陷，50mm粗顆粒礦石回流時在泵內的環形格柵通道出現了堵塞現象。

由上可以看出，目前國內外已開發研制的潛水電泵存在一定的技術問題，如果應用到深海采礦工程還存在一定的技術障礙。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、成本較低、操作簡便、穩定性好、能夠滿足深海采礦系統粗顆粒礦石垂直管道水力輸送水下作業的粗顆粒礦漿泵。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種用于水下作業的粗顆粒礦漿泵，包括雙出軸潛水電機、至少一個上泵體和至少一個下泵體，所述上泵體和下泵體中均設有葉輪和導葉，所述雙出軸潛水電機的上、下軸分別連接所述上泵體中的葉輪和下泵體中的葉輪，所述雙出軸潛水電機的外部布置有輸送管和連接管，且輸送管和連接管沿雙出軸潛水電機的中心軸對稱布置(呈中心對稱)，所述輸送管和連接管的尺寸形狀相同，所述連接管的兩端封閉，所述輸送管將上泵體的進口和下泵體的出口連通，且輸送管的管徑設置成滿足以下要求，即：

粗顆粒礦漿泵工作時使輸送管中的礦漿流量與連接上泵體的垂直輸送管道中的礦漿流量相等。更具體的，所述輸送管的內徑與下泵體下方連接的進口法蘭的內徑相等，所述輸送管的內徑與上泵體上方連接的出口法蘭的內徑相等。本技術方案中的進口法蘭和出口法蘭是大小頭法蘭結構的一部分，大頭法蘭與下泵體和上泵體相連，小頭法蘭(即進口法蘭和出口法蘭)與垂直輸送管道相聯。

上述的用于水下作業的粗顆粒礦漿泵中，優選的，所述輸送管和連接管的上、下兩端分別通過上孔板和下孔板與上泵體和下泵體相連接，上孔板和下孔板上均只開設一導流孔(可分別表示為上導流孔和下導流孔)，且輸送管的上、下兩端分別與上孔板和下孔板的導流孔相通。

上述的用于水下作業的粗顆粒礦漿泵中，優選的，所述下孔板上的下導流孔布置在其中心孔的一側，所述上孔板上的上導流孔布置在其中心孔的另一側，所述上導流孔和下導流孔在水平面上的投影沿雙出軸潛水電機的中心軸呈軸對稱布置。這樣的結構設置能使礦漿在輸送管輸送過程中產生螺旋式上升的效果，防止輸送管在輸送粗顆粒過程中堵塞。