(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210699259.4 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 上海海事大学 地址 201306 上海市浦东 新区海港大道 1550号 (72)发明人 刘祥伟　杨书豪　 (74)专利代理 机构 深圳泛航知识产权代理事务 所(普通合伙) 44867 专利代理师 邓爱军 (51)Int.Cl. G01M 99/00(2011.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 机械-水力混合式颗粒体垂直提升实验平台 及其实验方法 (57)摘要 本发明公开了一种机械 ‑水力混合式颗粒体 垂直提升实验平台， 包括主体管道、 循环水力动 力系统、 机械提升系统、 测量监视系统、 控制系 统、 数据处理系统； 主体管道包括垂直管体； 循环 水力系统至少包括循环管道、 水箱、 水泵和阀门； 机械提升系统至少包括运载体、 牵引绳、 卷扬机、 电机； 测量监视系统至少包括拉力计、 流量计、 高 速摄像机和转速传感器； 控制系统用于实现电机 开关控制、 电机转速控制、 水泵 开关控制、 水泵 转 速控制； 数据处理系统至少包括数据处理分析软 件和计算机硬件。 该实验平台可 以模拟机械 ‑水 力混合式颗粒体垂直提升系统的颗粒相 ‑流体 相‑机械相三相间相 互作用， 分析不同输送参数 对颗粒、 流体、 机械三相间相互作用机理的影响 规律。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115077964 A 2022.09.20 CN 115077964 A 1.一种机械 ‑水力混合式颗粒体垂直提升实验平台， 其特征在于： 包括主体管道、 循环 水力动力系统、 机 械提升系统、 测量 监视系统、 控制系统和数据处 理系统； 所述主体管道包括透明或非透明或部分透明的垂直管体和连接法兰， 使颗粒体、 流体 和运载体在所述垂直管体内垂直上 下运动； 所述循环水力系统至少包括用于与所述主体管道连通并共同形成循环水路的循环管 道、 用于为循环水路提供水 的水箱， 用于提供水循环动力的水泵和用于控制循环水路开闭 的阀门； 所述机械提升系统至少包括运载体、 连接运载体的牵引绳、 用于缠绕牵引绳的卷扬机 和用于驱动卷扬机的电机； 所述运载体包括上圆盘、 下圆盘和固定上圆盘和下圆盘的中间 连接杆， 且上圆盘与下圆盘之间形成颗粒体承载区； 所述测量监视系统包括用于采集所述牵引绳拉力的拉力计、 用于采集循环水路内流体 流量的流量计、 用于拍摄运载体内颗粒运动的高速摄像机和用于采集电机转速的转速传感 器； 所述控制系统用于控制所述电机的启停和转速、 所述水泵的启停和转速； 所述数据处理系统包括信号采集卡和用于处理数据的计算机； 所述实验平台中各传感 器与信号采集卡信号连接， 用于将实验过程中的数据传输至计算机中， 由数据 处理软件对 数据进行处 理。 2.根据权利要求1所述的机械 ‑水力混合式颗粒体垂直提升实验平台， 其特征在于： 所 述主体管道内的运载体设有两个， 两运载体分别用于承载粗颗粒和细颗粒； 所述机械提升 系统的牵引绳、 卷扬机和变频调速电机 设置两组， 分别用于垂 直提升两运载体； 所述运载体 的中间连接杆为空心杆， 使其中一牵引绳可穿过 上方的运载体与下 方的运载体连接 。 3.根据权利要求1所述的机械 ‑水力混合式颗粒体垂直提升实验平台， 其特征在于： 所 述循环管道包括回水管道和水平管道； 所述水箱包括回水水箱和供水水箱； 所述回水水箱 设置于主体管道上端； 所述水平管道 一端与主体管道下端连通， 另一端与供水水箱连通； 所 述回水管道一端与回水水箱连通， 另一端与供水水箱连通； 所述水泵、 流量计和阀门均与水 平管道相连接 。 4.根据权利要求1所述的机械 ‑水力混合式颗粒体垂直提升实验平台， 其特征在于： 所 述机械提升系统还包括限位开关； 当所述运载体被垂直提升至 极限位置时将 触发限位开关 动作， 控制电机停转。 5.一种采用权利要求1 ‑5任一项所述的颗粒体垂直提升实验平台的实验方法， 其特征 在于， 包括以下步骤： s1.确保所述主体管道内无流体， 在两所述 运载体内分别装载粗颗粒和细颗粒； s2.改变所述主体管道的材质、 运载体内粗颗粒的堆积高度、 细颗粒的堆积高度进行运 载体垂直 提升实验； 通过高速摄 像机获得颗粒运动特 征， 通过拉力计获得牵引绳的拉力值； s3.分析运载体的垂直提升运动阻力与主体管道材料、 运载体内颗粒堆积高度、 粒径大 小的关系。 6.一种采用权利要求1 ‑5任一项所述的颗粒体垂直提升实验平台的实验方法， 其特征 在于， 包括以下步骤: s1.在两所述 运载体内分别装载粗颗粒和细颗粒；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115077964 A 2s2.确保所述主体管道内充满流体， 并关闭所述阀门， 使 主体管道内的流体保持静止； s3.改变流体密度、 主体管道的材质、 运载体内粗颗粒的堆积高度、 细颗粒的堆积高度 进行运载体垂直提升实验； 通过高速摄像机获得颗粒运动特征， 通过拉力计获得牵引绳的 拉力值； s4.分析运载体在不同密度、 不同黏度的静止流体条件下的垂直提升运动阻力与主体 管道材料、 流体密度、 流体黏度、 运载体内颗粒堆积高度、 粒径大小的关系。 7.一种采用权利要求1 ‑5任一项所述的颗粒垂直提升实验平台的实验方法， 其特征在 于， 包括以下步骤: s1.在一个所述 运载体内装载颗粒； s2.确保所述主体管道内充满流体， 并开启所述阀门和水泵， 使主体管道内的流体在循 环管路中循环流动并通过流 量计和水泵控制流体的流速； s3.改变流体密度、 流体流速和运载体内颗粒的堆积高度， 并保持运载体静止； 通过高 速摄像机获得颗粒运动特 征， 通过拉力计获得牵引绳的拉力值； s4.分析运载体在不同密度、 不同流速流体条件下， 运载体的受力与主体管道内流体密 度、 流速和运载体内颗粒堆积高度的关系。 8.一种采用权利要求1 ‑5任一项所述的颗粒垂直提升实验平台的实验方法， 其特征在 于， 包括以下步骤: s1.在一个所述 运载体内装载颗粒； s2.确保所述主体管道内充满流体， 并开启所述阀门和水泵， 使主体管道内的流体在循 环管路中循环流动并通过流 量计和水泵控制流体的流速； s3.改变流体密度、 流体流速、 运载体内颗粒的堆积高度和运载体垂直提升速度， 进行 运载体垂直提升实验； 通过高速摄像机获得颗粒运动特征， 通过拉力计获得牵引绳的拉力 值； s4.分析运载体在不同密度、 不同流速流体条件下， 运载体的受力与颗粒 ‑流体密度比、 流速、 运载体垂直 提升速度和颗粒堆积高度的关系。 9.一种采用权利要求1 ‑5任一项所述的颗粒垂直提升实验平台的实验方法， 其特征在 于， 包括以下步骤: s1.在两所述 运载体内分别装载粗颗粒和细颗粒； s2.确保所述主体管道内充满流体， 并开启所述阀门和水泵， 使主体管道内的流体在循 环管路中循环流动并通过流 量计和水泵控制流体的流速； s3.改变流体密度、 流体流速、 运载体内粗颗粒的堆积高度、 运载体内细颗粒的粒径大 小和运载体垂直提升速度， 进 行运载体垂 直提升实验； 通过高速摄像机获得颗粒运动特征， 通过拉力计获得牵引绳的拉力值； s4.分析运载体在不同密度、 不同流速流体条件下， 运载体的受力与颗粒 ‑流体密度比、 粗‑细颗粒粒径比、 流体流速、 运载体垂直 提升速度和颗粒堆积高度的关系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115077964 A 3