[发明专利]一种深海采矿扬矿管升沉补偿系统及补偿方法

说明书

本发明公开了一种深海采矿扬矿管升沉补偿系统及补偿方法，所述升沉补偿系统包括采矿船、动态波浪检测模块、工控模块、液压补偿控制模块、升沉补偿装置和扬矿管，所述液压补偿控制模块能够实现主动补偿和被动补偿，可以根据不同的海况，选择不同的补偿方式，针对两种补偿方式进行单独设计，让他们集成在同一个液压系统中，两种液压补偿系统可单独作业且互不干扰，有效的抑制扬矿管的纵向振动，减小纵向振动的振幅。

技术领域

本发明涉及一种扬矿管升沉补偿系统，尤其涉及一种深海采矿扬矿管升沉补偿系统及补偿方法。

背景技术

人类为了挖掘海底的矿产资源，提出了许多的采矿方案，但最为普遍使用的是集矿机加管道提升系统。该采矿系统方案主要由以采矿船为主的水面支持系统、以扬矿硬管为主的扬矿子系统和以海底的集矿机为主的集矿子系统组成。用一根细长的扬矿硬管管线将海底的集矿机与海面的采矿船连接起来，这样就可以将集矿机收集到的多金属结核泵送到采矿船上。当采矿船在海面上工作时，会受到海浪的作用发生升沉运动，采矿船带动下端铰接的扬矿管线一起运动，这样会诱发扬矿子系统产生纵向振动，扬矿管的纵向振动会使扬矿管柱产生极大的轴向应力和振幅，严重影响扬矿管的使用寿命以及采矿作业的安全，因此，必须想办法抑制管道的纵向振动，减小纵向振动的振幅。为解决以上问题，本发明提出了一种深海采矿扬矿管升沉补偿系统及补偿方法。

发明内容

为了抑制扬矿管的纵向振动，减小纵向振动的振幅，本发明提供一种深海采矿扬矿管升沉补偿系统及补偿方法。

一种深海采矿扬矿管升沉补偿系统，所述升沉补偿系统包括采矿船、动态波浪检测模块、工控模块、液压补偿控制模块、升沉补偿装置和扬矿管，所述采矿船与升沉补偿装置的上支撑板铰接，升沉补偿装置的两个液压补偿缸的缸体固接在上支撑板上，液压补偿缸的活塞杆固接在下支撑板上，下支撑板与扬矿管铰接，所述液压补偿控制模块设置在采矿船上，在液压补偿控制模块的左右两侧分别伸出两根油管，两根油管分别连接到补偿液压缸的缸体底端和缸体顶端设置的油口处，在扬矿管上安装有位移传感器，位移传感器通过数据线与工控模块一端连接，工控模块另一端与液压补偿控制模块的数据输入端口连接，动态波浪检测装置通过悬吊布放装置布放到海水中，动态波浪监测装置将测得的海况数据通过数据线经数据暂存处理装置传递给工控模块，所述液压补偿控制模块能够实现主动补偿和被动补偿，根据不同海况，工控模块智能选择不同的补偿方式。

进一步地，所述的工控模块由A/D转换器、工控机和D/A转换器组成，所述位移传感器通过数据线经过A/D转换器与工控机连接，工控机通过数据线经过D/A转换器与液压补偿控制模块连接。

进一步地，所述液压补偿控制模块包括空载油路模块、溢流油路模块、蓄能器充能模块、主动补偿模块和被动补偿模块且所述液压补偿控制模块由油箱、第一电磁换向阀、溢流阀、第二电磁换向阀、单向节流阀、第三电磁换向阀、蓄能器、截止阀、第一单向阀、安全阀、比例方向阀、减压阀、第二单向阀、滤油器、电机和液压泵组成。

进一步地，其特征在于，所述的主动补偿模块工作油路为，液压泵泵送的高压油液依次经过滤油器、第二单向阀和比例方向阀流入第一液压补偿缸和第二液压补偿缸，控制比例方向阀的工位实现活塞杆的伸出与缩回，从而实现主动补偿，第一补偿液压缸和第二补偿液压缸流出的液压油经比例方向阀流回油箱，当处于主动补偿模式时，蓄能器与第二电磁换向阀和第三电磁换向阀均处于断开状态。

进一步地，所述被动补偿模块工作油路为，比例方向阀处于中位，蓄能器与第二电磁换向阀处于连通状态，第二电磁换向阀也与第一液压补偿缸和第二液压补偿缸的无杆腔连通，蓄能器经第三电磁换向阀和单向节流阀与第一液压补偿缸和第二液压补偿缸的有杆腔连通，第一液压补偿缸和第二液压补偿缸的无杆腔经第二电磁换向阀、第一单向阀和截止阀回到蓄能器，当第一液压补偿缸和第二液压补偿缸的有杆腔压力发生变化时，蓄能器充放液，使得活塞杆运动，实现被动补偿，当被动补偿油路出现压力激增时，安全阀可溢流卸载，保护油路液压元件。