深海采矿船存储转运系统关键技术研究

针对深海采矿船存储转运系统设备在远海特殊环境下作业需面对的特殊问题,通过对输送系统设备现状的分析,结合深海采矿船存储转运系统的工作流程,对舱内矿物合理布矿、水密隔舱的安全性、舱型对设备选型的影响等关键技术进行研究,为深海采矿船存储转运系统的研发提供设计基础,并提出了适合未来深海采矿的智能化存储转运系统成套技术的发展展望。     

船舶运动对管线受力特性的影响

针对深海采矿船矿物水力输送时管线在船舶运动作用下的受力问题,建立了管线和管内流体的耦合模型。综合考虑船舶运动及管内部流体耦合作用的影响,分析了不同工况下管线的变形、应力及支座反力。计算结果表明:受船舶运动的影响,在某些工况下管内流体载荷对管线的作用力有一定程度的加强。在管线设计时需重点考虑惯性力和重力叠加的工况。这项研究可为船舶上管线、支座、接头、法兰等的设计提供参考。     

深海采矿船矿物输送设备布放回收系统总体设计

该文基于主流深海采矿作业模式，提出矿物输送设备布放回收系统总体规划方法，重点针对大钩载荷、管柱张紧力、输送管存放方式、输送管转运方式、扬矿泵和中继站转运方式等关键点开展论证分析，确定系统主要技术参数，规划塔架平台、月池、堆场等区域布置，形成一套适用于目标船的矿物输送设备布放回收系统总体设计方案，该方案可作为深海采矿船船型开发的设计基础。     

深海采矿系统模型水池试验方案

深海采矿系统单一模块研究无法准确反应其实际运行特性。搭建深海采矿系统模型水池试验平台,分析深海采矿系统运动力学特性,提出深海采矿系统模型全流程水池试验方案,为深海采矿系统全流程模拟提供技术支撑。     

浮式LNG生产储卸装置卸料系统研究

海上液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)的输送需要采用特殊设计的卸料系统,以满足低温和晃动工况的严苛要求。介绍2类卸料系统,重点剖析低温软管的结构和参数,揭示低温软管在柔韧性、耐腐蚀性和隔热性等方面的综合优势。研究结果表明:并靠卸料系统适于在海况较好的近海进行LNG输送,而串靠卸料系统更适用于在海况相对恶劣的深海的LNG输送;低温软管在海上LNG输送领域具有良好的应用前景。     

脐带缆深水安装的参数影响分析(英文)

随着水深的增加引起外部压力的增大和脐带缆的重量相应增加,且由于海洋环境载荷和浮体的运动引起复杂的动力特性使得脐带缆的受力复杂,其安全性受到很大的挑战,故深水安装是脐带缆的关键问题之一。文章详细分析了安装过程中不同浮力块的布置方式(不同尺寸,长度和布置位置)和波浪与流的方向对脐带缆的影响。利用悬链线方程构建自由悬挂的脐带缆的模型,然后施加浮力与环境载荷得到动态脐带缆的安装模型。通过对比分析表明,浮力块的布置方案和波浪与流的方向对脐带缆的安装都有很大的影响,上述这些参数在安装中需要给予重视。     

深海应急救生舱波浪中的运动响应数值分析

为探明浮力材料配置体积对深海应急救生舱水面耐波性能的影响,运用CFD软件进行浮力材料3种不同配置体积的深海应急救生舱在水面规则波下横摇和垂荡运动的数值模拟,得到横摇和垂荡运动频响曲线,采用统计分析方法,求得3种深海应急救生舱在三级、四级和五级海况下横摇和垂荡运动幅值。分析结果表明,深海应急救生舱浮力材料配置体积对深海应急救生舱水面耐波性能有较大影响,在满足总体要求和上浮过程安全稳定的基础上,浮力材料配置体积越小,深海应急救生舱的水面耐波性能越好。     

大深度载人潜水器浮力块的加工和安装

介绍了满足大深度载人潜水器要求的浮力块的使用条件和技术要求;根据各类浮力块的组成和工艺性能,提出了浮力块的粘接、机加工和表面处理、以及安装工艺。由于潜水器的载体框架是由钛合金焊接而成,而浮力块是由浮力材料毛坯粘接并经过数控机床加工而成,这样在载体框架和浮力块中由于加工方法的不同,造成了加工精度的不相称,从而导致浮力块安装时二者之间不匹配的矛盾。通过对载体框架和浮力块装配尺寸链的分析和计算,采用极值互换法,成功地解决了浮力块在载体框架上的安装难题,满足了潜水器的安装技术要求。所获得的经验和工艺参数将为深海水下机器人浮力块加工和安装提供依据,为编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范提供参考。     

低温软管在海上LNG输送领域的应用研究

在液化天然握(LNG)的装卸过程中,传统的刚性装卸臂虽可完成LNG的输送,但其技术条件和操作上的缺点无法满足LNG输送的多种操作条件。随着低温软管技术的不断更新,使船舶间LNG的输送领域不再是单一的旁靠式刚性装卸臂。通过对悬浮式低温软管和漂浮式低温软管技术条件的详细介绍,采用低温软管输送LNG,能完全满足安全技术要求且可适应多种操作条件,更重要的是软性连接延长了LNG的装卸载距离,两种软管技术优势互补,使LNG输送领域由近海走向深海。低温软管在海上LNG输送领域的应用前景良好。     

全海深载人潜水器用浮力材料的初步研究

目前我国有两台全海深载人潜水器和几台全海深无人潜水器和着陆器正在研制。在所有的这些深海装备中,全海深载人潜水器代表着深海技术的制高点。要设计一台全海深载人潜水器,如何来选择浮力材料就是其中的关键问题之一。文章针对全海深载人潜水器浮力材料选择过程中所涉及的各种问题开展初步研究。通过研究,获得的主要结论是,满足规范要求的1.5倍安全系数的浮力材料目前还没有。如果要降低安全系数,根据有限的试验数据的经验外插,可以把安全系数降至1.4,但需要对满足1.4倍安全系数的浮力材料开展深入的吸水率特性研究。同时,针对现有浮力材料密度过大的问题,文中提出了一种在大型浮力块中添加陶瓷球的思路,可以把密度从0.7 g/cm~3下降至0.64 g/cm~3。该文的研究可为全海深载人潜水器浮力材料的选择提供一定的理论基础。     

海上油田设施补给软管改进

针对海洋石油海上设施在补给淡水或者柴油过程中,发生补给软管绞入补给拖船尾部螺旋桨位置时被绞断的问题,分析补给软管浮力设计、材料选择、安装设计等技术环节,对现有补给软管和操作程序进行改进,降低补给作业风险。     

深海采矿船船体结构设计综述

随着技术的进步,深海采矿活动已经逐渐从科研进入商业开采阶段。深海采矿船是深海采矿作业的主要装备,对我国的海洋矿产资源开发有着重要意义。文章依托工信部深海采矿船课题,进行了采矿船结构设计的相关规范适用性研究,适用的设计载荷研究,结构设计特点研究,特殊采矿作业装备加强设计研究等方面的工作,为深海采矿船系统的国产化进行技术储备。     

动力定位深海采矿船作业过程数值分析

深海采矿是一种高科技且高难度的深水、超深水采矿技术,以往的研究成果中对采矿船动力定位过程与立管及设备耦合分析尚不充分.该文采用势流理论分析采矿船水动力性能,采用集中质量法与Morison方程对立管与中继舱进行动力学建模.船舶动力定位系统采用PID控制器结合Kalman滤波进行建模,同时模拟了推力分配单元,充分计及动力定位对耦合运动系统的影响,完成采矿船动力定位过程中的深海采矿系统时域耦合数值分析;计算获得指定海况下的采矿船、中继舱的运动状态,立管的张力以及推进器推力等信息;分析了动态模拟中动力定位的影响.仿真过程对于深海采矿设计分析具有参考价值.     

基于颗粒流理论的深海沉积物土力学特性研究

深海沉积物剪切与承载特性是决定深海采矿车行走稳定性重要参数。分析深海沉积物的物理力学性质, 基于颗粒流理论，建立了具有高孔隙比、高含水率和长条状等特性的深海沉积物颗粒流模型。开展不同深度下的十字板剪切和静力触探的数值模拟，获得了深海沉积物剪切应力-转角及贯入阻力-深度曲线，初步阐明深海沉积物剪切与贯入细观破坏机理。研究表明，深海沉积物的剪切应力-转角及贯入阻力-深度的模拟曲线与原位测试曲线吻合，验证了深海沉积物颗粒流模型及数值模拟方法的正确性。深海沉积物的剪切与贯入破坏形式主要为沉积物颗粒的挤压破坏，且应力集中于触地边缘。     

深海剖面测量浮标节能研究

为了设计体积小、重量轻的深海水深剖面测量浮标,论文提出了一种节能方案。为了实现对深海剖面测量浮标能耗的模拟研究,通过试验获得深海剖面测量浮标特定元件功耗等特性数据。考虑海水密度变化对其浮力调节的影响,对深海剖面测量浮标建立纵向运动模型,并应用四阶五级龙格库塔法对常微分方程的初值问题进行求解。结果表明:该节能方案有效地控制了上浮速度,其上浮速度在0.1~0.19m/s之间,并节约能量约51.16%,为深海剖面测量浮标的优化设计提供了理论基础。     

深海采矿船水下设备布放回收工艺

综合考虑复杂的海洋环境和水下设备形式,深入分析深海采矿作业中水下设备布放回收的技术难点和作业效率,开展布放回收系统中的集矿车、中继仓、提升泵和扬矿管等水下设备的配置和布局设计,形成深海采矿船水下设备布放回收工艺。研究结果可为深海采矿船水下设备布放回收系统的设计制造提供参考,为深海采矿船工程应用提供技术支撑。     

深海采矿平台矿物入舱自动布载

采用离散元方法结合放大颗粒,对深海采矿平台矿物入舱自动布载方案进行了模拟仿真。为保证舱内矿物最终堆积形态和实际工况相似,利用墙角倾倒法对2种不同尺寸的矿物参数进行了标定。采用Johnson-Kendall-Roberts理论的Hertz-Mindlin接触模型计算颗粒与颗粒、颗粒与几何体之间的碰撞关系。基于仿真计算结果,分析了不同颗粒大小和舱摇摆运动下矿物堆积的形态和堆积密度的变化。采用布料设备可方便实现舱内全方位自动布料,并提高布料效率和舱容率。     

一种深海采矿用矿浆输送泵的设计及计算分析

针对深海采矿矿浆输送的需求和工作特点,论证分析矿浆输送泵的结构型式。为减少泵在运行过程中出现的堵塞和磨损等情况,重点探讨样机中矿浆颗粒的通过性。通过两相流数值模拟计算,揭示矿浆颗粒在泵内部的分布特性和流动轨迹。试验结果表明,样机性能达到设计要求,流动稳定,具有较好的参考价值,可为矿浆泵的进一步改进完善提供依据。     

大深度载人潜水器浮力块的结构设计

依据大深度载人潜水器浮力块的使用条件及主要技术性能指标,提出了浮力块的质量和质心坐标的计算方法、布置和分块原则、强度校核标准,并通过对浮力块密度测试和水压试验,测得了浮力块的主要物理性能参数。上述研究结果为浮力块的结构设计、编制我国大深度载人潜水器入级和建造规范中浮力块的结构设计、以及研制同类大深度水下载人/无人潜水器(HOV,ROV,AUV)提供了依据。     

一种用于深海采矿的柔性软管布放回收系统的计算分析

根据深海采矿作业需求和船舶甲板总体布置,考虑月池旁、船艉和舷侧三种布放回收模式的优缺点,认为柔性软管舷侧布放回收的作业模式较为适用,采用Solidworks软件建立三维模型,采用ANSYS Workbench对作业平台和导向机构的结构强度进行有限元分析,结果表明,结构强度满足深海采矿的使用需求。