[發明專利]一種模擬深海采礦揚礦作業的實驗裝置

有效

• 申請號: 201811187580.4
• 申請日: 2018-10-12
• 公開（公告）號: CN109253857B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 肖林京;宋慶輝;張玉龍;王宇;左帥;劉強
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

本發明提供了一種模擬深海采礦揚礦作業的實驗裝置，涉及深海采礦實驗設備技術領域，解決了模擬深海采礦中揚礦作業時空間結構的動態特性，該裝置包括實驗箱、造波機構、流速控制機構、模擬采礦機構和監測機構，造波機構包括控制箱和推波板，用于模擬波浪；流速控制機構包括水泵、電機、柵板和歧管，利用柵板和歧管調節流速和流量；模擬采礦機構包括實驗船模型、揚礦管、混合料箱、礦漿泵、送料管和回料管，用于模擬揚礦作業狀態；監測機構包括波高測量儀、位移傳感器、流速測量儀和圖像采集裝置，用于檢測采礦過程中尤其是揚礦作業中波高和流速對模擬采礦機構的動態影響。另外本裝置還具有多參數實時監測，裝置制作成本低，操作簡單等優點。

技術領域

本發明涉及深海采礦實驗設備技術領域，尤其是一種用于模擬深海采礦的揚礦作業的實驗裝置。

背景技術

隨著陸地資源的日益枯竭，對深海蘊藏的礦產資源進行開采變得尤為重要，除海洋石油氣和海濱礦砂外，海底還有豐富的多金屬結核、富鈷結殼和多金屬硫化物等金屬礦產資源，這些礦物中富含鎳、鈷、銅、錳及金和銀金屬等，開發利用海洋金屬礦產資源已成為必然的趨勢。《中國制造2025》把“深海工程裝備及高科技船舶”歸為重點突破的十大戰略領域之一，要求進一步推進先進海洋工程裝備的實驗及研發。

現有的深海采礦系統主要由母船、揚礦硬管、集礦機等部分組成，其中將礦產資源從海底集礦系統提升到水面母船的揚礦系統是研究的重點對象。深海采礦揚礦系統受復雜的海洋環境的影響。數千米長的輸送管道不僅受到復雜的風、浪、流等海洋環境載荷，而且受到海面采礦船升沉、搖滾、漂移等影響。集礦機通過軟管與揚礦硬管相連接，集礦機的運動范圍和運動軌跡需要根據揚礦硬管空間偏移位置以及開采的工藝進行合理確定。研究復雜條件下采礦系統特別是揚礦硬管的動態特性，包括揚礦管的形態、運動位移、受力、振動等規律，分析系統的振動固有特性，對于整個系統工作的安全性、可靠性、使用壽命和開采效率等都具有極為重要的理論意義和應用價值。因此開發一種模擬深海環境的揚礦作業實驗裝置意義重大，能夠極大促進該領域的科學進步和工程技術發展。

利用實驗裝置通過模擬深海作業現場環境和揚礦作業過程，來分析不同海浪、海流條件下揚礦管的形態、運動位移、受力和振動等，對工程實際具有重要的意義。實驗裝置需要能夠實時的控制波浪波長、波高，以及水流的流速和流量，并能夠模擬揚礦作業狀態，實現采礦作業的一體化多參數檢測。

發明內容

為解決模擬深海采礦中揚礦作業時空間結構的動態特性的技術問題，本發明提供了一種模擬深海采礦揚礦作業的實驗裝置，具體技術方案如下。

一種模擬深海采礦揚礦作業的實驗裝置，包括實驗箱、造波機構、流速控制機構、模擬采礦機構和監測機構；所述造波機構包括控制箱和推波板，所述推波板設置在實驗箱上部的側壁上，控制箱通過聯軸器和推波板相連；所述流速控制機構包括水泵、電機、柵板和歧管，所述歧管包括進水歧管和出水歧管，所述柵板貼臨歧管的支路面設置；所述模擬采礦機構包括實驗船模型、揚礦管、混合料箱、礦漿泵、中間倉、送料管和回料管；所述送料管包括送料硬管和送料軟管；所述實驗船模型和中間倉之間設置有揚礦管，礦漿泵和混合料箱之間通過送料硬管連接，混合料箱和實驗船模型之間設置有回料管；所述送料軟管一端與礦漿泵連接，送料管穿過實驗箱的通過孔進入實驗箱內和中間倉相連；所述監測機構包括波高測量儀、位移傳感器、流速測量儀和圖像采集裝置，所述流速測量儀和位移傳感器設置在中間倉上。

優選的是，實驗箱上部設置有兩個托架，托架上設置有工作臺；所述控制箱、混合料箱和礦漿泵均設置在工作臺上。

優選的是，控制箱內設置有電機、減速器和波高測量儀；所述電機和減速器相連，減速器和聯軸器相連。

進一步優選的是，監測機構的波高測量儀包括浮標，浮標設置在實驗箱內的液面上；所述波高測量儀具體為光學測波儀，測量并記錄波高、波向和周期。

進一步優選的是，監測機構的圖像采集裝置設置有兩個，圖像采集裝置固定在實驗箱的內側。