海底采矿船自动控制选矿系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及船舶装备领域，公开了一种海底采矿船自动控制选矿系统。本实用新型中，包括：液位传感器和矿浆流量控制系统；液位传感器安装在矿池中，用于检测矿池中矿浆液位的高低，并输出矿浆液位信号给矿浆流量控制系统；矿浆流量控制系统，用于根据矿浆液位信号，自动控制渣浆泵的流量，实现渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与矿池中流入的矿浆流量匹配。矿浆流量控制系统根据矿池中矿浆液位的高低自动控制渣浆泵的流量，使渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与流入到矿池中的矿浆流量匹配，实现海底采矿船矿浆流量平衡，不会发生渣浆泵吸入空气造成非正常磨损，也不会发生矿池中的矿浆溢出外流，实现海底采矿船生产均衡。
【专利说明】海底采矿船自动控制选矿系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及船舶装备领域，特别涉及海底采矿船自动控制选矿技术。
【背景技术】
[0002]海底采矿船是采选一体化作业的专业船舶。采矿系统将海底矿浆采到采矿船上，采矿船上选矿系统对采上来的毛矿浆进行粗选、精选、扫选等多个工艺流程，选出有用的精矿，将尾矿排出采矿船。整个选矿系统是一个复杂、系统的过程，粗选、精选、扫选后的中矿浆、精矿浆、尾矿浆分别流入中矿池、精矿池、尾矿池，渣浆泵将中矿浆从矿池中抽吸到螺旋溜槽中，进行精选和扫选。渣浆泵将精矿浆抽吸到驳船运输上岸，将尾矿浆抽吸排放到海
。
[0003]海底采矿船是一个流水线作业模式，采矿船采上的矿浆源源不断的流入到选矿系统矿池里。渣浆泵抽吸输出的矿浆流量必须与流入到矿池中的矿浆流量匹配。渣浆泵抽吸的流量大于流入矿池的流量，会造成渣浆泵吸入空气，这会造成渣浆泵非正常磨损，使用寿命减少；渣浆泵抽吸的流量小于流入矿池的流量，矿池的矿浆就会溢出，造成有用的矿浆流失。
[0004]选矿系统渣浆泵功率大小不同，有的功率大，有的功率小。目前，海底采矿船选矿系统渣浆泵由船上的电网直接给驱动电机供电，电机的转速不可调节，渣浆泵采用交流异步电机驱动，异步电机的启动电流很大，是电机额定电流的5-7倍，海底采矿船整船的电网功率不会特别大，大功率的渣浆泵直接启动或星-三角启动对电网冲击很大，影响电网稳定运行。
[0005]现有技术中，渣浆泵主要有两种工作方式:
[0006]第一种方式是:对渣浆泵的流量和压力不加控制。
[0007]第二种方式是:渣浆泵的流量和压力采用在矿浆输送管路上安装阀门人工控制。
[0008]现有技术存在以下缺点:
[0009](I)对渣浆泵的流量和压力不加控制，很难解决渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与流入到矿池中的矿浆流量匹配问题，很难实现海底采选矿矿浆流量平衡，要么会发生渣浆泵吸入空气造成非正常磨损，要么会发生矿池的矿浆溢出外流。
[0010](2)采用在矿浆输送管路上安装阀门控制流量，缺点:1)设计渣桨泵的流量时，渣浆泵的流量要求有富余量，通过控制阀门减小流量时，渣浆泵电机的功率不会减小，造成不必要的能量损耗。2)人工调整阀门比较繁琐，需要根据矿池矿浆的深度动态调整，人工成本增加。
[0011](3)大功率的渣浆泵直接启动或星-三角启动对电网冲击很大,影响电网稳定运行。
实用新型内容
[0012]本实用新型的目的在于提供一种海底采矿船自动控制选矿系统，矿浆流量控制系统根据矿池中矿浆液位的高低自动控制渣浆泵的流量，使渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与流入到矿池中的矿浆流量匹配，实现海底采矿船矿浆流量平衡，不会发生渣浆泵吸入空气造成非正常磨损，也不会发生矿池中的矿浆溢出外流，实现海底采矿船生产均衡。
[0013]为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种海底采矿船自动控制选矿系统，包括:液位传感器和矿浆流量控制系统；
[0014]液位传感器安装在矿池中，用于检测矿池中矿浆液位的高低，并输出矿浆液位信号给矿浆流量控制系统；
[0015]矿浆流量控制系统，用于根据矿浆液位信号，自动控制渣浆泵的流量，实现渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与矿池中流入的矿浆流量匹配。
[0016]本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于:
[0017]矿池里安装液位传感器，液位传感器的信号送入矿浆流量控制系统，矿浆流量控制系统根据矿池中矿浆液位的高低自动控制渣浆泵的流量，使渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与流入到矿池中的矿浆流量匹配，实现海底采矿船矿浆流量平衡，不会发生渣浆泵吸入空气造成非正常磨损，也不会发生矿池中的矿浆溢出外流，实现海底采矿船生产均衡。
[0018]进一步地，通过这种闭合控制，控制矿池中矿浆液位的高度在设计的范围内，保证渣浆泵不会抽入空气，矿浆也不会溢出矿浆池。
[0019]进一步地，采用变频器控制渣浆泵配套的大功率交流异步电动机，实现电动机平滑启动，不会对海底采矿船的电网造成冲击。
[0020]进一步地，采用软启动器控制渣浆泵配套的大功率交流异步电动机，实现电动机平滑启动，不会对海底采矿船的电网造成冲击。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型第一实施方式中一种海底采矿船自动控制选矿系统的结构示意图；
[0022]图2是本实用新型第一实施方式中一种海底采矿船自动控制选矿系统中渣浆泵控制结构示意图；
[0023]图3是本实用新型第二实施方式中一种海底采矿船自动控制选矿系统的结构示意图；
[0024]图4是本实用新型第三实施方式中一种海底采矿船自动控制选矿系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0026]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。
[0027]本实用新型第一实施方式涉及一种海底采矿船自动控制选矿系统。图1是该海底采矿船自动控制选矿系统的结构示意图。
[0028]具体地说，如图1所示，该海底采矿船自动控制选矿系统包括:液位传感器和矿浆流量控制系统。
[0029]液位传感器安装在矿池中，用于检测矿池中矿浆液位的高低，并输出矿浆液位信号给集成控制系统。
[0030]矿浆流量控制系统，用于根据矿浆液位信号，自动控制渣浆泵的流量，实现渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与矿池中流入的矿浆流量匹配。
[0031]采用计算机集成控制系统自动调节渣浆泵的流量，不需要人工现场操作，节省人力、物力。
[0032]矿池里安装液位传感器，液位传感器的信号送入矿浆流量控制系统，矿浆流量控制系统根据矿池中矿浆液位的高低自动控制渣浆泵的流量，使渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与流入到矿池中的矿浆流量匹配，实现海底采矿船矿浆流量平衡，不会发生渣浆泵吸入空气造成非正常磨损，也不会发生矿池中的矿浆溢出外流，实现海底采矿船生产均衡。
[0033]更进一步地，具体地，矿浆流量控制系统包括:集成控制系统和变频器；
[0034]集成控制系统的输入端与液位传感器的输出端连接；
[0035]变频器的输入端与集成控制系统的输出端连接，变频器的输出端与渣浆泵配套的电动机连接；
[0036]集成控制系统根据矿池中矿浆液位的高低发出控制信号给变频器，变频器根据控制信号的大小输出频率不同的交流电给渣浆泵配套的电动机，电动机的的转速与变频器输出的交流电频率成正比，渣浆泵的转速与电动机的转速相同，渣浆泵的转速与渣浆泵抽吸输出的矿浆流量成正比。
[0037]在海底采矿船选矿系统的矿池安装液位传感器，检测矿池矿浆液位的高低。矿池矿浆液位信号传送到采矿船集成控制系统。集成控制系统根据液位的高低，调节变频器的输出频率(同时也改变了输出功率)来改变电动机的转速，进而改变渣浆泵的输出流量。保证了渣浆泵的抽吸流量与矿浆池的流量匹配。
[0038]通过这种闭合控制，控制矿池中矿浆液位的高度在设计的范围内，保证渣浆泵不会抽入空气，矿浆也不会溢出矿浆池。
[0039]在渣浆泵流量富余的情况下，采用减小变频器的输出频率(功率)减少渣浆泵的流量，实现了节能降耗的目的。
[0040]变频器，还用于在渣浆泵启动时，控制输出的电流低于渣浆泵配套的电动机额定电流，频率从零开始，逐渐升高，实现渣浆泵平滑启动。
[0041]采用变频器控制渣浆泵配套的大功率交流异步电动机，实现电动机平滑启动，不会对海底采矿船的电网造成冲击。
[0042]渣浆泵驱动的交流异步电动机采用变频器控制，渣浆泵电动机采用变频启动，电动机的启动电流小于电动机的额定电流，不会对电网造成冲击。
[0043]此外，需要说明的是，在本实施方式中，液位传感器和变频器都是现有技术中的成熟技术，在此不作详细描述。
[0044]集成控制系统也是现有技术中的成熟技术，在期刊《广东造船》2013年第32(3)期第58-60页的“挖泥船集成控制系统的平台一计算机网络系统”一文中对集成控制系统有介绍。另外，在中国发明专利CN101464690A中也对挖泥船疏浚综合平台管理系统进行了介绍。
[0045]图2是本实施方式中一种海底采矿船自动控制选矿系统中渣浆泵控制结构示意图。
[0046]从图2所示的海底采矿船自动控制选矿系统中渣浆泵控制结构示意图可以看出:矿池里安装液位传感器，液位传感器的信号送入集成控制系统，集成控制系统根据液位的高低发出控制信号给变频器，变频器根据控制信号的大小输出频率不同的交流电给电动机，电动机的的转速与变频器输出的交流电频率成正比，渣浆泵的转速与电动机转速相同，渣浆泵转速高输出的矿浆流量大，渣浆泵转速低输出的矿浆流量小。通过这种闭合控制，控制矿池液位的高度在设计的范围内，保证渣浆泵不会抽入空气，矿浆也不会溢出矿浆池。
[0047]渣浆泵启动时，变频器控制其输出的电流低于电动机额定电流，频率从零开始，逐渐升高，实现渣浆泵平滑启动，对电网没有冲击。
[0048]本实施方式解决了大功率渣浆泵配置的交流异步电机启动问题，实现大功率交流异步电动机平滑启动，不会对采矿船电网造成冲击。保证海底采矿船运行稳定，正常生产。
[0049]本实用新型第二实施方式涉及一种海底采矿船自动控制选矿系统。图3是该海底采矿船自动控制选矿系统的结构示意图。
[0050]第二实施方式与第一实施方式基本相同，区别主要在于:
[0051]矿浆流量控制系统包括:集成控制系统和安装在矿浆输送管路上的电磁阀；
[0052]集成控制系统的输入端与液位传感器的输出端连接，集成控制系统的输出端与电磁阀连接；
[0053]集成控制系统根据矿池中矿浆液位的高低，调节所述电磁阀，控制矿浆输送管路的流量，从而改变渣浆泵的输出流量，实现渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与矿池中流入的矿浆流量匹配。
[0054]在矿浆输送管路上安装电磁阀，采用电磁阀控制矿浆输送管路的流量代替变频器控制电动机转速来控制渣浆泵的流量。
[0055]此外，还包括:软启动器，用于控制渣浆泵配套的电动机，实现电动机平滑启动。
[0056]采用软启动器代替变频器来驱动交流异步电动机，也能实现电动机额定电流平滑启动，不会对采矿船电网造成冲击。
[0057]在矿池安装液位传感器，检测矿池矿浆液位的高低。矿池矿浆液位信号传送到采矿船集成控制系统。集成控制系统根据液位的高低，调节矿浆输送管路上的电磁阀，从而改变渣浆泵的输出流量，实现渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与矿池中流入的矿浆流量匹配。采用软启动器控制渣浆泵配套的大功率交流异步电动机，实现电动机平滑启动，不会对海底采矿船的电网造成冲击。
[0058]此外，需要说明的是，在本实施方式中，电磁阀和软启动器都是现有技术中的成熟技术，在此不作详细描述。
[0059]第一实施方式是与本实施方式相对应的系统实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
[0060]本实用新型第三实施方式涉及一种海底采矿船自动控制选矿系统。图4是该海底采矿船自动控制选矿系统的结构示意图。
[0061]具体地说，如图4所示，该海底采矿船自动控制选矿系统包括:液位传感器和变频器。
[0062]液位传感器安装在矿池中，用于检测矿池中矿浆液位的高低，并输出矿浆液位信号。
[0063]变频器的输入端与液位传感器的输出端连接，变频器的输出端与渣浆泵配套的电动机连接。
[0064]变频器根据矿浆液位信号的大小输出频率不同的交流电给渣浆泵配套的电动机，电动机的的转速与变频器输出的交流电频率成正比，渣浆泵的转速与电动机的转速相同，渣浆泵的转速与渣浆泵抽吸输出的矿浆流量成正比。
[0065]通过液位传感器输出的矿浆液位信号调节变频器的输出频率(同时也改变了输出功率)来改变电动机的转速，进而改变渣浆泵的输出流量。保证了渣浆泵的抽吸流量与矿浆池的流量匹配。
[0066]在渣浆泵流量富余的情况下，采用减小变频器的输出频率(功率)减少渣浆泵的流量，实现了节能降耗的目的。
[0067]变频器，还用于在渣浆泵启动时，控制输出的电流低于渣浆泵配套的电动机额定电流，频率从零开始，逐渐升高，实现渣浆泵平滑启动。
[0068]采用变频器控制渣浆泵配套的大功率交流异步电动机，实现电动机平滑启动，不会对海底采矿船的电网造成冲击。
[0069]渣浆泵驱动的交流异步电动机采用变频器控制，渣浆泵电动机采用变频启动，电动机的启动电流小于电动机的额定电流，不会对电网造成冲击。
[0070]此外，需要说明的是，在本实施方式中，液位传感器和变频器都是现有技术中的成熟技术，在此不作详细描述。
[0071]第一、二实施方式是与本实施方式相对应的系统实施方式，本实施方式可与第一、二实施方式互相配合实施。第一、二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一、二实施方式中。
[0072]综上所述，本实用新型主要解决以下技术问题:
[0073]I)解决海底采矿船选矿系统流入到矿池矿浆的流量与流出流量同步的问题。实现采选矿矿浆流量平衡，不会发生渣浆泵吸入空气造成非正常磨损，也不会发生矿池的矿浆溢出外流。
[0074]2)解决渣浆泵流量不匹配带来的能量损失，减少工人的工作量。
[0075]3)解决大功率渣浆泵配置的交流异步电机启动问题，实现大功率交流异步电动机平滑启动，不会对采矿船电网造成冲击。
[0076]本实用新型技术方案主要包括以下内容:1)在海底采矿船选矿系统矿池安装液位传感器，检测矿池液位的高低。把液位信号送入集成控制系统，集成控制系统根据液位的高低自动控制渣浆泵的流量，实现渣浆泵的抽吸流量与矿浆池流入的流量匹配。2)采用变频器或软启动器控制渣浆泵配套的大功率交流异步电动机，实现电动机平滑启动，不会对海底采矿船的电网造成冲击。
[0077]采用本实用新型技术方案可以带来以下有益效果:
[0078]I)本实用新型解决渣浆泵输出流量与流入到矿池的矿浆流量匹配。实现海底采选矿矿浆流量平衡，不会发生渣浆泵吸入空气造成非正常磨损，也不会发生矿池的矿浆溢出外流，实现海底采矿船生产均衡。
[0079]2)本实用新型解决大功率渣浆泵配置的交流异步电机启动问题，实现大功率交流异步电动机平滑启动，不会对采矿船电网造成冲击。保证海底采矿船运行稳定，正常生产。
[0080]举例说明，假设海底采矿船整船渣浆泵成本200万元，正常情况下，每年易损件需要150万元。如果因为渣浆泵吸入空气而造成渣浆泵易损件非正常磨损，每年易损件需要250万元以上。
[0081]采用本实用新型的技术方案每年能节约的易损件运营成本=250-150 = 100万
J Li ο
[0082]3)解决渣浆泵流量不匹配带来的能量损失，减少工人的工作量。
[0083]假设海底采矿船共有5个矿浆池，13台渣浆泵，采用人工调节阀门控制渣浆泵的流量，每班至少需要I名工人现场巡查调节。按一天3班计算，每艘海底采矿船需要配备3名工人专职调整阀门。
[0084]采用本实用新型技术方案，每艘海底采矿船能减少3名操作工人。
[0085]需要说明的是，本实用新型各设备实施方式中提到的各单元都是逻辑单元，在物理上，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现，这些逻辑单元本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑单元所实现的功能的组合才是解决本实用新型所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实用新型上述各设备实施方式并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的单元。
[0086]需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0087]虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。
【权利要求】
1.一种海底采矿船自动控制选矿系统，其特征在于，包括:液位传感器和矿浆流量控制系统； 所述液位传感器安装在矿池中，用于检测矿池中矿浆液位的高低，并输出矿浆液位信号给所述矿浆流量控制系统； 所述矿浆流量控制系统，用于根据所述矿浆液位信号，自动控制渣浆泵的流量，实现渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与矿池中流入的矿浆流量匹配。
2.根据权利要求1所述的海底采矿船自动控制选矿系统，其特征在于，所述矿浆流量控制系统包括:集成控制系统和变频器； 集成控制系统的输入端与液位传感器的输出端连接； 变频器的输入端与集成控制系统的输出端连接，变频器的输出端与渣浆泵配套的电动机连接； 集成控制系统根据矿池中矿浆液位的高低发出控制信号给变频器，变频器根据控制信号的大小输出频率不同的交流电给渣浆泵配套的电动机，电动机的的转速与变频器输出的交流电频率成正比，渣浆泵的转速与电动机的转速相同，渣浆泵的转速与渣浆泵抽吸输出的矿浆流量成正比。
3.根据权利要求2所述的海底采矿船自动控制选矿系统，其特征在于，所述变频器，还用于在渣浆泵启动时，控制输出的电流低于渣浆泵配套的电动机额定电流，频率从零开始，逐渐升高，实现渣浆泵平滑启动。
4.根据权利要求1所述的海底采矿船自动控制选矿系统，其特征在于，所述矿浆流量控制系统包括:集成控制系统和安装在矿浆输送管路上的电磁阀； 集成控制系统的输入端与液位传感器的输出端连接，集成控制系统的输出端与电磁阀连接； 集成控制系统根据矿池中矿浆液位的高低，调节所述电磁阀，控制矿浆输送管路的流量，从而改变渣浆泵的输出流量，实现渣浆泵抽吸输出的矿浆流量与矿池中流入的矿浆流量匹配。
5.根据权利要求4所述的海底采矿船自动控制选矿系统，其特征在于，还包括:软启动器，用于控制渣浆泵配套的电动机，实现电动机平滑启动。
【文档编号】F04D15/00GK204212776SQ201420562188
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】张学锋, 程卫东 申请人:北车船舶与海洋工程发展有限公司