[發明專利]一種深海采礦輸送軟管空間構型的實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201810385725.5
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108344389B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 王榮耀;高宇清;陳國明;廖逍釗
• 申請（專利權）人: 長沙礦山研究院有限責任公司;中國石油大學(華東)
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00;G01M10/00
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

1.一種深海采礦輸送軟管空間構型的實驗裝置，其特征在于：它包括水池、管道形態采集裝置、底部位移模擬裝置、輸送軟管模擬裝置和攝像頭，底部位移模擬裝置固定于水池的底面，管道形態采集裝置固定于水池的上端，包括軟管位置探測器和軟管位置探測器移位裝置，輸送軟管模擬裝置連接于底部位移模擬裝置和管道形態采集裝置之間，通過底部位移模擬裝置改變輸送軟管模擬裝置下端的橫向和縱向位置，攝像頭固定于水池的側壁用于捕捉管道在水下的空間形態，管道在水下的空間形態通過改變軟管位置探測器的位置采集管道各個位置的空間坐標來體現；

所述底部位移模擬裝置包括橫向和縱向移位組件，縱向移位組件有對稱布置的兩組，它們均為導軌、絲杠和驅動電機的裝配件，絲杠的兩端固定于導軌上，驅動電機連接于絲杠的一端；橫向移位組件的導軌兩端分別通過螺紋孔連接于縱向移位組件的絲杠上，橫向位移組件上連接有滑塊；

所述軟管位置探測器移位裝置包括與所述底部位移模擬裝置結構相同的橫向和縱向移位組件，還包括垂向移位組件，垂向移位組件也為導軌、絲杠和驅動電機的裝配件，絲杠的兩端固定于導軌上，驅動電機連接于絲杠的一端；垂向移位組件的導軌上端通過螺紋孔連接于橫向移位組件的絲杠上；所述軟管位置探測器為金屬探測器或低照度水下攝像頭，通過螺紋孔連接于垂向移位組件的絲杠上；

所述輸送軟管模擬裝置包括中間倉模擬件、所述管道、浮力塊模擬件、采礦車模擬件、輸送泵模擬件和測力計，管道的兩端分別與中間倉模擬件和測力計連接，測力計連接于采礦車模擬件上，浮力塊模擬件固定于模擬軟管上，輸送泵模擬件固定于中間倉模擬件的側壁，其抽吸口與模擬軟管的內腔連通；

所述中間倉模擬件為剛性連接座，其頂面固定于所述管道形態采集裝置縱向移位組件的導軌底面，所述浮力塊模擬件為中心帶圓孔的圓柱狀或球狀浮體，可拆卸連接于所述模擬軟管上；所述采礦車模擬件為剛性連接座，連接于所述滑塊上；

所述模擬軟管為雙層結構，包括測量元器件附著層和強度模擬層，強度模擬層的內腔構成輸送腔；

所述測量元器件附著層上沿管道軸線方向布置有標尺和水下燈帶，標尺用于模擬軟管形變位置的顯示，水下燈帶用于模擬軟管形態的標識。

2.如權利要求1所述的深海采礦輸送軟管空間構型的實驗裝置，其特征在于：所述水池為上部開口的長方體形大型儲水結構體，其上部設有進水口，下部設有排水口。

3.如權利要求1所述的深海采礦輸送軟管空間構型的實驗裝置，其特征在于：所述驅動電機為伺服電機。

4.一種利用權利要求3所述的實驗裝置進行實驗的方法，包括以下步驟：

（1）檢查水池水位是否貼近中間倉模擬裝置的下沿；

（2）根據實驗需要模擬的實際工況和縮尺比計算出底部位移模擬裝置的橫向和縱向偏移量；

（3）調節底部位移模擬裝置的橫向和縱向偏移量為步驟（2）計算得出的偏移量；

（4）移動軟管位置探測器至貼近軟管模擬裝置的最上端，微調軟管位置探測裝置的位置直至其探測信號顯示已探測到管道，通過軟管位置探測裝置移位機構的三臺伺服電機的轉數獲得此時刻軟管位置探測裝置在三個方向的坐標位置；

（5）控制垂向導軌橫向移動一個步長，根據攝像頭拍攝的畫面，控制軟管位置探測器沿垂向和縱向朝管道靠近，直至其探測信號顯示已探測到管道，同樣通過軟管位置探測器移位裝置三臺伺服電機的轉數獲得此時刻軟管位置探測器的三個方向的坐標位置；

（6）重復步驟（5），直至完成整個模擬軟管段的測量；

（7）根據測點坐標和縮尺比計算實際工況的坐標；

（8）在三維坐標系中將所有測點的實際坐標依次標出，其擬合曲線即為試驗實際工況的參考空間形態。