本實用新型涉及深海采礦作業(yè)技術領域，具體涉及一種適用于深海顆粒礦物采集的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)。

背景技術：

近幾十年來，管道水力輸送技術由于其運行成本低，可靠性相對較高的優(yōu)點，廣泛應用于固體礦漿輸送領域，例如深海采礦、水力輸煤及河流疏浚等工程領域。

在礦漿管道輸送過程中，由于輸送物料的濃度、速度、粒徑對輸送管道輸送性能的影響，會導致輸送效率不高或由于管道堵塞而嚴重影響輸送安全性等問題，這些都將大大增加運營成本。在深海采礦工程中，由于深海環(huán)境的復雜性，顆粒堵塞管道現象頻繁發(fā)生。有效模擬出深海礦物輸送，獲取提升電泵性能和整體管道系統(tǒng)輸運數據，確定系統(tǒng)最佳輸送參數，是各國研發(fā)人員面臨的難題。為獲得更好的輸送參數，各國紛紛研制了多種管道輸送系統(tǒng)，力求在實驗室內完成模擬試驗。在揚礦管道豎直提升方面，韓國、印度、日本、德國、波蘭等建立了揚礦模擬試驗系統(tǒng)，但都主要關注輸送參數的獲取，很少對適用于海上試驗系統(tǒng)的可用性和可行性進行探究，并未有效解決避免管道堵塞問題。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術存在的不足，提供一種可避免堵塞、安全性好的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案：

一種深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，包括水面支撐平臺、中間倉、上行輸送管、料倉、給料機和集礦機，所述上行輸送管連接于中間倉和水面支撐平臺之間，所述料倉安裝于中間倉中并通過給料機與上行輸送管相連，所述集礦機通過輸送管道與料倉相連，所述上行輸送管上串連有提升泵，所述上行輸送管上于提升泵的上方設有用于封堵上行輸送管并將物料排出上行輸送管的緊急排放閥。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述緊急排放閥包括與上行輸送管連通的排出管以及鉸接安裝于上行輸送管中的閥板，所述閥板的鉸接軸位于排出管與上行輸送管連通處的下方，且閥板能通過上下擺動阻斷上行輸送管或者排出管，所述緊急排放閥還包括在閥板阻斷排出管時迫使閥板向阻斷上行輸送管的方向擺動的彈性機構。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述彈性機構包括安裝于上行輸送管上的伸縮彈簧。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述排出管自與上行輸送管的連通處傾斜向下布置。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述閥板上遠離其鉸接軸線的一側設有延伸部，所述延伸部在閥板阻斷上行輸送管時自閥板向提升泵的方向延伸。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述給料機通過一混流器與上行輸送管相連，所述混流器設有內腔以及三個與所述內腔連通的開口，其中兩個開口分別與給料機和上行輸送管相連，另一個開口設有通斷閥門組件。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述通斷閥門組件包括用于貼合封閉所述開口的密封板和伸縮驅動件，所述密封板連接于伸縮驅動件的驅動端并可由伸縮驅動件驅動遠離所述開口或者貼合封閉所述開口。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述伸縮驅動件為伸縮油缸。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述水面支撐平臺和中間倉之間還連接有下行輸送管，所述下行輸送管與料倉連通，所述水面支撐平臺上設有用于向下行輸送管供水的供水組件和用于向下行輸送管供礦物顆粒的供料組件。

上述的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述供料組件包括與下行輸送管連通的上料漏斗和用于將礦物顆粒輸送至上料漏斗的輸送機；所述供水組件包括用于向所述上料漏斗或者下行輸送管供水的水箱。

與現有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于：本實用新型的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)在提升泵上方的上行輸送管上設有緊急排放閥，在提升泵突然停止等緊急情況下，通過緊急排放閥將上行輸送管封堵，并將物料排出上行輸送管，可避免物料進入提升泵，進而防止物料堵塞提升泵，并且在試驗結束后，也可打開緊急排放閥將上行輸送管內未排盡的物料排出。該深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)可以有效模擬深海粗顆粒礦物輸送，獲取提升電泵工作性能和管道輸送參數，進行不同輸送模式的比較，實現2倍水深的管道輸送能力，其不僅可用于實驗室試驗，也可用于海試驗證，并能有效避免顆粒堵塞，具有較好的安全性。

附圖說明

圖1為深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)的結構示意圖。

圖2為緊急排放閥在封堵上行輸送管狀態(tài)的剖視結構示意圖。

圖3為緊急排放閥在封堵排出管狀態(tài)的剖視結構示意圖。

圖4為緊急排放閥在由封堵排出管狀態(tài)向封堵排出管狀態(tài)轉換時的剖視結構示意圖。

圖5為混流器在通斷閥門組件關閉時的結構示意圖。

圖6為混流器在通斷閥門組件打開時的結構示意圖。

圖例說明：

1、水面支撐平臺；2、中間倉；3、上行輸送管；4、料倉；5、給料機；6、集礦機；7、輸送管道；8、提升泵；9、緊急排放閥；91、閥板；911、延伸部；92、排出管；93、伸縮彈簧；94、限位塊；10、混流器；101、內腔；102、開口；103、密封板；104、伸縮驅動件；11、下行輸送管；12、上料漏斗；13、輸送機；14、水箱。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖1至圖4所示，本實施例的深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)，包括水面支撐平臺1、中間倉2、上行輸送管3、料倉4、給料機5和集礦機6，上行輸送管3連接于中間倉2和水面支撐平臺1之間，其中，上行輸送管3與水面支撐平臺1通過卡門裝置連接，料倉4安裝于中間倉2中并通過給料機5與上行輸送管3相連，集礦機6通過輸送管道7與料倉4相連，上行輸送管3上串連有提升泵8，上行輸送管3上于提升泵8的上方設有緊急排放閥9，緊急排放閥9能封堵上行輸送管3并將物料排出上行輸送管3。本實施例的輸送管道7采用輸送軟管，提升泵8采用提升電泵。

該深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)在提升泵8上方的上行輸送管3上設有緊急排放閥9，在提升泵8突然停止等緊急情況下，通過緊急排放閥9將上行輸送管3封堵，并將物料排出上行輸送管3，可避免物料進入提升泵8，進而防止物料堵塞提升泵8，并且在試驗結束后，也可打開緊急排放閥9將上行輸送管3內未排盡的物料排出。

本實施例中，緊急排放閥9包括與上行輸送管3連通的排出管92以及鉸接安裝于上行輸送管3中的閥板91，閥板91的鉸接軸線水平布置，閥板91的鉸接軸位于排出管92與上行輸送管3連通處的下方，且閥板91能通過上下擺動阻斷上行輸送管3或者排出管92，緊急排放閥9還包括在閥板91阻斷排出管92時迫使閥板91向阻斷上行輸送管3的方向擺動的彈性機構。彈性機構包括安裝于上行輸送管3上的伸縮彈簧93，閥板91在擺動至接近阻斷排出管92時與該伸縮彈簧93接觸，并需要進一步壓縮伸縮彈簧93才將排出管92完全阻斷。在提升泵8不工作時，閥板91處于阻斷上行輸送管3、連通排出管92的狀態(tài)（此時閥板91水平布置），伸縮彈簧93處于不受壓力的初始狀態(tài)；在正常工作時，提升泵8輸出物料的壓力迫使閥板91向上擺動，閥板91將上行輸送管3連通，同時閥板91壓縮伸縮彈簧93并阻斷排出管92（此時閥板91豎直布置），物料可以正常輸送；在提升泵8突然停止時，伸縮彈簧93釋放推動閥板91向阻斷上行輸送管3的方向擺動，同時通過上行輸送管3內的物料自由沉降對閥板91的作用，使閥板91擺動至將上行輸送管3完全阻斷的狀態(tài)，上行輸送管3內的物料可通過排出管92排放到上行輸送管3外部，從而避免物料進入提升泵8。該緊急排放閥9能夠自動實現阻斷上行輸送管3或者排出管92，其具有結構簡單、易于制作、成本低、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。

本實施例中，排出管92自與上行輸送管3的連通處傾斜向下布置，利于礦物顆粒的排出。

本實施例中，閥板91上遠離其鉸接軸線的一側設有延伸部911，延伸部911在閥板91阻斷上行輸送管3時自閥板91向提升泵8的方向延伸，設置該延伸部911利于提升泵8輸出的物料推動閥板91擺動至阻斷排出管92的狀態(tài)，同時也利于自動沉降的物料作用于閥板91上以使閥板91擺動至阻斷上行輸送管3的狀態(tài)。進一步的，本實施例的上行輸送管3中還設有在閥板91阻斷上行輸送管3時支撐在閥板91底部的限位塊94。

本實施例中，給料機5通過一混流器10與上行輸送管3相連，如圖5和圖6所示，混流器10設有內腔101以及三個與內腔101連通的開口102，其中兩個開口102分別與給料機5和上行輸送管3相連，另一個開口102設有通斷閥門組件。本實施例的混流器10具體為一Y型結構。

設置該混流器10使深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)可實現兩種作業(yè)模式，第一種作業(yè)模式是，通斷閥門組件將開口102關閉，形成閉合回路作業(yè)模式，通過給料機5供給礦物顆粒和海水，礦物顆粒和海水在混流器10中混合后直接進入上行輸送管3，并由上行輸送管3輸送至水面支撐平臺1；第二種作業(yè)模式是，通斷閥門組件將開口102打開，由給料機5給料，上行輸送管3中的水量直接由外部的海水進行補給，礦物顆粒和海水混合后進入上行輸送管3，并由上行輸送管3輸送至水面支撐平臺1。在閉合回路作業(yè)模式下，若出現上行輸送管3堵塞現象，還可通過通斷閥門組件將開口102打開，將堵塞的物料排出，從而解決堵塞的問題。在試驗結束時，還可通過閥門組件將開口102打開，將管道內未排盡的物料排出。

本實施例的通斷閥門組件包括用于貼合封閉開口102的密封板103和安裝于混流器10上的伸縮驅動件104，密封板103連接于伸縮驅動件104的驅動端并可由伸縮驅動件104驅動遠離開口102或者貼合封閉開口102。伸縮驅動件104采用伸縮油缸，且在混流器10上安裝兩個伸縮油缸同時驅動密封板103，以提高密封板103動作的穩(wěn)定性和密封的可靠性。

本實施例中，水面支撐平臺1和中間倉2之間還連接有下行輸送管11，下行輸送管11與料倉4連通，水面支撐平臺1上設有用于向下行輸送管11供水的供水組件和用于向下行輸送管11供礦物顆粒的供料組件，供水組件和供料組件供給的水和礦物顆?？山浵滦休斔凸?1輸送至料倉4。

設置下行輸送管11、供水組件和供料組件后，可實現深海采礦水力輸送試驗系統(tǒng)兩種作業(yè)模式，第一種是物料通過集礦機6采集后通過經輸送管道7輸送到料倉4，再由給料機5輸出至上行輸送管3，在提升泵8的作用下經上行輸送管3輸送至水面支撐平臺1；第二種是由人工在水面支撐平臺1進行給料，物料由供料組件和供水組件供給，物料經下行輸送管11輸送至料倉4，再由給料機5輸出至上行輸送管3，在提升泵8的作用下經上行輸送管3輸送至水面支撐平臺1，從而實現兩倍水深的模擬輸送試驗。

本實施例中，供料組件包括與下行輸送管11連通的上料漏斗12和用于將礦物顆粒輸送至上料漏斗12的輸送機13，輸送機13可以采用皮帶機等現有成熟設備；供水組件包括水箱14，水箱14可與上料漏斗12或者下行輸送管11連通，以將水供給至上料漏斗12再由上料漏斗12供給至下行輸送管11，或者將水直接供給至下行輸送管11。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例。對于本技術領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型技術構思前提下所得到的改進和變換也應視為本實用新型的保護范圍。