[发明专利]一种模拟深海采矿扬矿作业的实验装置

说明书

本发明提供了一种模拟深海采矿扬矿作业的实验装置，涉及深海采矿实验设备技术领域，解决了模拟深海采矿中扬矿作业时空间结构的动态特性，该装置包括实验箱、造波机构、流速控制机构、模拟采矿机构和监测机构，造波机构包括控制箱和推波板，用于模拟波浪；流速控制机构包括水泵、电机、栅板和歧管，利用栅板和歧管调节流速和流量；模拟采矿机构包括实验船模型、扬矿管、混合料箱、矿浆泵、送料管和回料管，用于模拟扬矿作业状态；监测机构包括波高测量仪、位移传感器、流速测量仪和图像采集装置，用于检测采矿过程中尤其是扬矿作业中波高和流速对模拟采矿机构的动态影响。另外本装置还具有多参数实时监测，装置制作成本低，操作简单等优点。

技术领域

本发明涉及深海采矿实验设备技术领域，尤其是一种用于模拟深海采矿的扬矿作业的实验装置。

背景技术

随着陆地资源的日益枯竭，对深海蕴藏的矿产资源进行开采变得尤为重要，除海洋石油气和海滨矿砂外，海底还有丰富的多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物等金属矿产资源，这些矿物中富含镍、钴、铜、锰及金和银金属等，开发利用海洋金属矿产资源已成为必然的趋势。《中国制造2025》把“深海工程装备及高科技船舶”归为重点突破的十大战略领域之一，要求进一步推进先进海洋工程装备的实验及研发。

现有的深海采矿系统主要由母船、扬矿硬管、集矿机等部分组成，其中将矿产资源从海底集矿系统提升到水面母船的扬矿系统是研究的重点对象。深海采矿扬矿系统受复杂的海洋环境的影响。数千米长的输送管道不仅受到复杂的风、浪、流等海洋环境载荷，而且受到海面采矿船升沉、摇滚、漂移等影响。集矿机通过软管与扬矿硬管相连接，集矿机的运动范围和运动轨迹需要根据扬矿硬管空间偏移位置以及开采的工艺进行合理确定。研究复杂条件下采矿系统特别是扬矿硬管的动态特性，包括扬矿管的形态、运动位移、受力、振动等规律，分析系统的振动固有特性，对于整个系统工作的安全性、可靠性、使用寿命和开采效率等都具有极为重要的理论意义和应用价值。因此开发一种模拟深海环境的扬矿作业实验装置意义重大，能够极大促进该领域的科学进步和工程技术发展。

利用实验装置通过模拟深海作业现场环境和扬矿作业过程，来分析不同海浪、海流条件下扬矿管的形态、运动位移、受力和振动等，对工程实际具有重要的意义。实验装置需要能够实时的控制波浪波长、波高，以及水流的流速和流量，并能够模拟扬矿作业状态，实现采矿作业的一体化多参数检测。

发明内容

为解决模拟深海采矿中扬矿作业时空间结构的动态特性的技术问题，本发明提供了一种模拟深海采矿扬矿作业的实验装置，具体技术方案如下。

一种模拟深海采矿扬矿作业的实验装置，包括实验箱、造波机构、流速控制机构、模拟采矿机构和监测机构；所述造波机构包括控制箱和推波板，所述推波板设置在实验箱上部的侧壁上，控制箱通过联轴器和推波板相连；所述流速控制机构包括水泵、电机、栅板和歧管，所述歧管包括进水歧管和出水歧管，所述栅板贴临歧管的支路面设置；所述模拟采矿机构包括实验船模型、扬矿管、混合料箱、矿浆泵、中间仓、送料管和回料管；所述送料管包括送料硬管和送料软管；所述实验船模型和中间仓之间设置有扬矿管，矿浆泵和混合料箱之间通过送料硬管连接，混合料箱和实验船模型之间设置有回料管；所述送料软管一端与矿浆泵连接，送料管穿过实验箱的通过孔进入实验箱内和中间仓相连；所述监测机构包括波高测量仪、位移传感器、流速测量仪和图像采集装置，所述流速测量仪和位移传感器设置在中间仓上。

优选的是，实验箱上部设置有两个托架，托架上设置有工作台；所述控制箱、混合料箱和矿浆泵均设置在工作台上。

优选的是，控制箱内设置有电机、减速器和波高测量仪；所述电机和减速器相连，减速器和联轴器相连。

进一步优选的是，监测机构的波高测量仪包括浮标，浮标设置在实验箱内的液面上；所述波高测量仪具体为光学测波仪，测量并记录波高、波向和周期。

进一步优选的是，监测机构的图像采集装置设置有两个，图像采集装置固定在实验箱的内侧。