[发明专利]一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：它包括水池、管道形态采集装置、底部位移模拟装置、输送软管模拟装置和摄像头，底部位移模拟装置固定于水池的底面，管道形态采集装置固定于水池的上端，包括软管位置探测器和软管位置探测器移位装置，输送软管模拟装置连接于底部位移模拟装置和管道形态采集装置之间，通过底部位移模拟装置改变输送软管模拟装置下端的横向和纵向位置，摄像头固定于水池的侧壁用于捕捉管道在水下的空间形态，管道在水下的空间形态通过改变软管位置探测器的位置采集管道各个位置的空间坐标来体现；

所述底部位移模拟装置包括横向和纵向移位组件，纵向移位组件有对称布置的两组，它们均为导轨、丝杠和驱动电机的装配件，丝杠的两端固定于导轨上，驱动电机连接于丝杠的一端；横向移位组件的导轨两端分别通过螺纹孔连接于纵向移位组件的丝杠上，横向位移组件上连接有滑块；

所述软管位置探测器移位装置包括与所述底部位移模拟装置结构相同的横向和纵向移位组件，还包括垂向移位组件，垂向移位组件也为导轨、丝杠和驱动电机的装配件，丝杠的两端固定于导轨上，驱动电机连接于丝杠的一端；垂向移位组件的导轨上端通过螺纹孔连接于横向移位组件的丝杠上；所述软管位置探测器为金属探测器或低照度水下摄像头，通过螺纹孔连接于垂向移位组件的丝杠上；

所述输送软管模拟装置包括中间仓模拟件、所述管道、浮力块模拟件、采矿车模拟件、输送泵模拟件和测力计，管道的两端分别与中间仓模拟件和测力计连接，测力计连接于采矿车模拟件上，浮力块模拟件固定于模拟软管上，输送泵模拟件固定于中间仓模拟件的侧壁，其抽吸口与模拟软管的内腔连通；

所述中间仓模拟件为刚性连接座，其顶面固定于所述管道形态采集装置纵向移位组件的导轨底面，所述浮力块模拟件为中心带圆孔的圆柱状或球状浮体，可拆卸连接于所述模拟软管上；所述采矿车模拟件为刚性连接座，连接于所述滑块上；

所述模拟软管为双层结构，包括测量元器件附着层和强度模拟层，强度模拟层的内腔构成输送腔；

所述测量元器件附着层上沿管道轴线方向布置有标尺和水下灯带，标尺用于模拟软管形变位置的显示，水下灯带用于模拟软管形态的标识。

2.如权利要求1所述的深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：所述水池为上部开口的长方体形大型储水结构体，其上部设有进水口，下部设有排水口。

3.如权利要求1所述的深海采矿输送软管空间构型的实验装置，其特征在于：所述驱动电机为伺服电机。

4.一种利用权利要求3所述的实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：

（1）检查水池水位是否贴近中间仓模拟装置的下沿；

（2）根据实验需要模拟的实际工况和缩尺比计算出底部位移模拟装置的横向和纵向偏移量；

（3）调节底部位移模拟装置的横向和纵向偏移量为步骤（2）计算得出的偏移量；

（4）移动软管位置探测器至贴近软管模拟装置的最上端，微调软管位置探测装置的位置直至其探测信号显示已探测到管道，通过软管位置探测装置移位机构的三台伺服电机的转数获得此时刻软管位置探测装置在三个方向的坐标位置；

（5）控制垂向导轨横向移动一个步长，根据摄像头拍摄的画面，控制软管位置探测器沿垂向和纵向朝管道靠近，直至其探测信号显示已探测到管道，同样通过软管位置探测器移位装置三台伺服电机的转数获得此时刻软管位置探测器的三个方向的坐标位置；

（6）重复步骤（5），直至完成整个模拟软管段的测量；

（7）根据测点坐标和缩尺比计算实际工况的坐标；

（8）在三维坐标系中将所有测点的实际坐标依次标出，其拟合曲线即为试验实际工况的参考空间形态。