深海矿产全软管输送海上试验系统

摘要

本发明公开了一种深海矿产全软管输送海上试验系统，包括水面操作平台、柔性循环管和循环设备，所述柔性循环管的两端均固定于水面操作平台上，中部设置于待试验的水下采集深度处，柔性循环管上还设置有用于监测柔性循环管状态的监测设备，所述柔性循环管在循环设备的驱使下将待试验的水下采集深度处的固液混合物提升至位于水面操作平台上的一端，再经由循环设备将固液混合物输送至柔性循环管的另一端，并经由柔性循环管抵达待试验的水下采集深度处。本发明的深海矿产全软管输送海上试验系统具有结构简单、操作简便、试验环境真实、试验数据可靠并针对软管输送设置等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及深海采矿设备试验技术领域，尤其涉及深海矿产全软管输送海上试验系统。

背景技术

深海区域的金属矿产资源包括多金属结核、多金属硫化物以及富钴结壳等。这些资源均赋存在数千米的深海海底矿床上，目前普遍认为采矿车采矿-水力提升管道输送-海面工程船这种资源采集模式最具有商业价值。现在也有通过理论计算、仿真分析、试验室试验进行研究等针对水力提升管道输送的试验方式，但这些研究都是模拟或假设的工况，受试验空间限制，立管的长度一般也只有几十米高，与真实矿区的海上作业有很大的区别。并且试验室里也是处于空气或深井环境，缺少海洋波浪、涌流等对管道的影响。

并且现有的试验系统都是针对硬管输送设置的，而硬管由于其重量、连接方式等原因较难布置和收放，现在也存在着利用方便使用和收放的软管代替硬管输送系统的趋势，然而并没有针对软管输送的试验系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作简便、试验环境真实、试验数据可靠并针对软管输送设置的深海矿产全软管输送海上试验系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种深海矿产全软管输送海上试验系统，包括水面操作平台、柔性循环管和循环设备，所述柔性循环管的两端均固定于水面操作平台上，中部设置于待试验的水下采集深度处，柔性循环管上还设置有用于监测柔性循环管状态的监测设备，所述柔性循环管在循环设备的驱使下将待试验的水下采集深度处的固液混合物提升至位于水面操作平台上的一端，再经由循环设备将固液混合物输送至柔性循环管的另一端，并经由柔性循环管抵达待试验的水下采集深度处。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述柔性循环管内设置有与用于输送固液混合物的输送区分离的功能区，所述监测设备包括设置于功能区内的传感装置。

所述监测设备还包括设置于功能区内的用于传输动力的动力缆，以及用于传输信号的信号缆。

所述柔性循环管包括相互套接的至少两层柔性管件，内层柔性管件的内部为用于输送固液混合物的输送区，内层柔性管件与外层柔性管件之间为所述功能区。

深海矿产全软管输送海上试验系统还包括应急处理设备，所述应急处理设备包括绞车和牵引件，所述绞车设置在水面操作平台上，所述牵引件一端绕接于绞车上，另一端可拆卸连接于柔性循环管上。

所述柔性循环管中，连接水面操作平台和待试验的水下采集深度处的两个管段上各设有至少一个配重块。

所述循环设备包括比例调整装置，所述比例调整装置包括分储仓和给料机，所述分储仓包括将固液混合物分离并分别储存的固体储存区和液体储存区，二者通过连接管与柔性循环管的一端连通，且至少一个连接管上设有通过调节转速来控制给料速度的给料机，所述分储仓的进口与柔性循环管的另一端连通。

所述分储仓的固体储存区和液体储存区位于同一水平位置上，所述分储仓内设有将固体储存区和液体储存区分隔开来的筛网隔板，所述固体储存区内的液体能够通过筛网隔板进入液体储存区中。

所述循环设备还包括至少一个输送泵，所述输送泵连接于柔性循环管的管段上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的深海矿产全软管输送海上试验系统，包括水面操作平台、柔性循环管和循环设备，柔性循环管的两端均固定于水面操作平台上，中部设置于待试验的水下采集深度处，柔性循环管上还设置有用于监测柔性循环管状态的监测设备，对柔性循环管在深海采矿输送过程中的状态进行监测。本发明的试验系统填补了深海采矿采用软管输送的空白，为后期采用软管输送代替硬管输送提供了试验设备和基础，加快了深海采矿系统轻型化、便捷化的进程。

并且本试验系统在试验过程中，所处的环境与真实作业环境一致，因此能够得到真实的海洋波浪以及涌流等影响，确保试验数据的可靠性。试验过程中，柔性循环管在循环设备的驱使下将待试验的水下采集深度处的固液混合物提升至位于水面操作平台上的一端，再经由循环设备将固液混合物输送至柔性循环管的另一端，并经由柔性循环管抵达待试验的水下采集深度处，之后往复循环。这种设置方式由于输送物达到了内部循环状态，因此能够保持于稳定输送状态，有效避免中断对试验造成的不良影响。

附图说明

图1是本发明的深海矿产全软管输送海上试验系统的结构示意图；

图2是本发明的深海矿产全软管输送海上试验系统中柔性循环管下放的结构示意图。

图例说明：1、水面操作平台；2、柔性循环管；21、配重块；3、循环设备；31、比例调整装置；311、分储仓；3111、筛网隔板；312、给料机；32、输送泵；4、应急处理设备；41、绞车；42、牵引件。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例：

如图1所示，本实施例的深海矿产全软管输送海上试验系统，包括水面操作平台1、柔性循环管2和循环设备3，柔性循环管2的两端均固定于水面操作平台1上，中部设置于待试验的水下采集深度处，柔性循环管2上还设置有用于监测柔性循环管2状态的监测设备，对柔性循环管2在深海采矿输送过程中的状态进行监测。本实施例的试验系统填补了深海采矿采用软管输送的空白，为后期采用软管输送代替硬管输送提供了试验设备和基础，加快了深海采矿系统轻型化、便捷化的进程。

并且本试验系统在试验过程中，所处的环境与真实作业环境一致，因此能够得到真实的海洋波浪以及涌流等影响，确保试验数据的可靠性。试验过程中，柔性循环管2在输送泵32的驱使下将待试验的水下采集深度处的固液混合物提升至位于水面操作平台1上的一端，再经由循环设备3将固液混合物输送至柔性循环管2的另一端，并经由柔性循环管2抵达待试验的水下采集深度处，之后往复循环。这种设置方式由于输送物达到了内部循环状态，因此能够保持于稳定输送状态，有效避免中断对试验造成的不良影响。

本实施例中，柔性循环管2内设置有与用于输送固液混合物的输送区分离的功能区，监测设备包括设置于功能区内的传感装置。这种分区式设置结构既保证了传感装置能够安装在任意位置，实时监测任意一处柔性循环管2的性能状态，又不会使传感装置受输送物的流动影响而出现损坏失效等情形。本实施例中，传感装置可以包括压力传感器、温度传感器等监测部件，除此之外，监测设备还可以包括设置在功能区内的用于传输动力的动力缆、用于传输信号的信号缆等部件，以实现供能、信号传输等功能，无需另外设置传输管件，既节省了占用空间，降低了投入成本，又减小了操控难度。

本实施例中，柔性循环管2包括相互套接的至少两层柔性管件，内层柔性管件的内部为用于输送固液混合物的输送区，内层柔性管件与外层柔性管件之间为功能区，实现良好的内外分离功能，并且布置有传感装置的功能区环绕输送区而设，因此达到监测范围几乎完全覆盖的效果，保证监测结果的全面性和准确性。

本实施例中，试验系统还包括应急处理设备4，应急处理设备4包括绞车41和牵引件42，绞车41设置在水面操作平台1上，牵引件42一端绕接于绞车41上，另一端可拆卸连接于柔性循环管2上。当柔性循环管2内出现堵塞或其他紧急情形时，如图2所示，可以将位于水面操作平台1上的柔性循环管2的任意一端拆下，并与牵引件42的端部连接，之后绞车41开始放线，使柔性循环管2的端部在牵引件42的牵引下下落，直至柔性循环管2竖直，并将内部堵塞处疏通。在排除紧急情形后，绞车41绞绕牵引件42，使柔性循环管2的端部复位至水面操作平台1处，之后可以继续进行试验。本实施例中，还可以在水面操作平台1上设置滑轮组，以便于调整牵引件42的牵引方位。

本实施例中，柔性循环管2中，连接水面操作平台1和待试验的水下采集深度处的两个管段上各设有至少一个配重块21，起到使柔性循环管2保持形态、调整重心的作用，避免柔性循环管2出现缠绕或无法达到待试验的水下采集深度处。

本实施例中，循环设备3包括比例调整装置31，比例调整装置31包括分储仓311和给料机312，分储仓311包括将固液混合物分离并分别储存的固体储存区和液体储存区，二者通过连接管与柔性循环管2的一端连通，且至少一个连接管上设有通过调节转速来控制给料速度的给料机312，分储仓311的进口与柔性循环管2的另一端连通。比例调整装置31能够实时对固液混合物的固液比例进行调整，确保试验条件的高度一致性，进一步优化了试验结果的可靠性，当进行不同的开采情况试验时，还可以模拟实际情形对固液比例进行灵活调节，进一步丰富了试验条件。在试验过程中，通过调节给料机312的转速，能够调节固体储存区和液体储存区的下料速度，从而调节液体和固体进入柔性循环管2的相对速度，使二者的比例发生变化。本实施例中，给料机312仅设置在了固体储存区的连接管处。

本实施例中，分储仓311的固体储存区和液体储存区位于同一水平位置上，分储仓311内设有将固体储存区和液体储存区分隔开来的筛网隔板3111，固体储存区内的液体能够通过筛网隔板3111进入液体储存区中，但是矿料等固态物不会落入液体储存区中，避免影响固液比例调节。在分储仓311下料时，虽然固体储存区内因矿石间隙会存在液体，但是固态的矿石会沉淀至固体储存区的底部，因此固体储存区出口处的矿石和液体比例是一定的，而适当的液体存在还能够方便矿石顺利从固态储存区下料，再通过调节固体储存区和液体储存区的下料速度即可调整分储仓311下料的固液比例。

本实施例中，循环设备3还包括至少一个输送泵32，输送泵32连接于柔性循环管2的管段上。为柔性循环管2的循环输送提供动力。

本实施例的试验系统，在开始试验前，先向液体储存区加水至一定高度，同时固体储存区内加入矿料。此时，保证分储仓311、柔性循环管2、输送泵32内均充满水。开启输送泵32，在输送泵32的作用下，分储仓311内的水经柔性循环管2、输送泵32以及柔性循环管2重新回到分储仓311，保证循环通畅后再进行给料。

开启给料机312，固体储存区内矿料通过给料机312按照设定的参数送入到柔性循环管2内，矿料在柔性循环管2内与水形成矿水混合物。矿水混输物可通过给料机312的转速调节两者的比例。矿水混合物在输送泵32的作用下，经柔性循环管2重新回到分储仓311。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。