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。     

深海采矿船船体结构三维直接设计分析

依托大型科研项目深海采矿船,从结构布置及构造、作业功能,载荷工况等方面与常规海船进行对比,确定采矿船船体结构设计适用的规范并采用三维直接设计分析技术对舯剖面特性进行复核、舯部月池和塔架等局部结构进行分析,总结深海采矿船的结构设计兼具常规海船和海工装置的特点;借助直接分析结果,通过采取针对性措施,提出安全性较高的方案,解决局部强度问题,确保结构设计的安全。     

基于管道水力提升式采矿系统的深海采矿船总体设计研究

在分析目前国际主流管道水力提升式深海采矿系统的组成和采矿作业工程实际需求的基础上,对深海采矿船(水面支持系统)的主要功能、系统配备和布置特点进行研究。结合工程案例分析,提出商业化深海采矿船总体设计要求和发展趋势。通过研究,为将来商业性、标准化深海采矿船总体设计提供参考。     

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。     

基于主尺度的深海采矿船多目标优化

针对深海采矿船早期设计阶段的方案生成问题,结合采矿船的指标要求、船型特点和功能需求,选择船体空船重量最小、货舱利用率最大、船体横摇周期和纵摇周期最大为优化目标,建立适用于深海采矿船主尺度优化的多目标数学模型,采用NSGA-Ⅱ算法进行迭代求解。结果表明,该方法快捷可靠,优化模型合理,短时间内生成大量备选方案,在船舶设计中具有较高可行性,为最终设计方案的确定提供方案选择基础。     

深海采矿船总纵强度设计分析

基于国内对于深海采矿船这一特殊船型还未形成设计规范的现状，为了研究该船型总纵强度问题，首先从结构形式入手，接着分别对校核剖面和计算工况选取进行了研究论述，针对航行工况和在位工况下具有不同的服役功能，采用了规范计算和水动力分析相结合的方法对波浪载荷进行了计算；最后采用三维直接分析技术对全船总纵强度进行了评估，明确了结构设计应重点关注的区域；通过月池区船体梁理论值与实际值的对比，总结出了适用于深海采矿船总纵强度的评估方法，为该船型强度分析和结构设计提供参考。     

深海采矿船脱水装置设计

深海采矿船从深海海底采集到矿、水的混合物,为便于安全存储、转运,满足相关的规范要求,必须进行脱水处理。根据脱水原理和流程,以及采矿船甲板实际的空间和设备装船规范,进行脱水装置的模块设计,为推进船用脱水装置的实船应用创造有利条件,可供以后建造采矿船配备脱水装置时参考。     

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。     

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.     

深海采矿船布放回收系统负荷试验方法研究

对布放回收系统投入使用前的负荷试验进行研究分析,根据规范要求从试验载荷选定、加载措施、静态试验、动态试验4个方面进行探讨,得出了试验所需数据,用于指导深海采矿船布放回收系统的实船负荷试验,并对试验方法进行总结和展望,为深海采矿布放回收设备的运用提供指导作用和经验积累。     

中国建世界首艘深海矿船

正中国已完成世界首艘深海采矿船的船体建造工作,该船全长227米,可以在近年来,中国不断研发建造水下采矿船,一旦建成,这艘深海采矿船将成为中国船舶制造业的一个里程碑。该船载重4.5万吨,能在海上连续作业5年多时间。英国《泰晤士报》8月25日报道称,该船将于     

深海采矿船技术标准的研究与制订

研究和编制了深海采矿船技术标准(船型评估/认可和审图);介绍了该船型的现行规范标准应用,入级符号及附加标志,送审文件,船舶设计基础及环境条件,航行及在位状态下的布放、作业、自存等工况和配套的多种组合装载模式;提出了该类船舶的评估技术标准。作为全球范围内首个专门针对深海采矿船这一新颖船型的评估技术标准,对我国自主开发、设计、建造深海采矿船具有重要指导意义。     

深海采矿钢结构塔架和底座平台的结构设计和强度分析

分析对比深海采矿试验工程装置与海洋石油钻井平台的不同之处,通过对设计载荷的计算和作业工况进行分析,设计深海采矿工程的钢结构塔架和底座平台,采用有限元分析软件ANSYS对塔架和底座平台进行建模和静力结构强度分析。计算结果表明,该塔架和底座平台设计满足深海采矿的特殊作业需求,可为后续深海采矿工程塔架和底座平台的功能设计、结构优化和总体布局优化等提供参考。     

227m深海采矿船电气设备布置和电缆分隔方案

以世界首艘深海采矿船——227 m深海采矿船为研究对象,提出基于"DPS-2,EHS-F"入级符号冗余要求的电气设备布置与电缆分隔方案。该方案按照三个冗余组的设计原则对船舶主要结构进行设置,各冗余组之间电缆连接采用左右交叉的方法,可以解决"DPS-2,EHS-F"入级符号所要求的备用系统与主系统之间分隔隔离的问题;在电缆分隔方面,摒弃在后期电缆敷设过程中穿管或临时增加通道的传统做法,创新性地采用了在船体结构设计初期就分隔出三个独立的主电缆通道的设计方案,在满足规范要求的同时,减少了设计冲突与现场施工难度。     

基于均匀正交萤火虫算法的采矿船主尺度优化

为优化船舶主尺度,在分析采矿船特点基础上,建立以船体空船重量最小、货舱利用率最大、船体耐波性最优的多目标主尺度优化数学模型,通过最小偏差法统一目标函数,提出采用均匀设计与正交设计联用,获得算法最佳参数并通过均匀设计初始种群,提高算法寻优性能的均匀正交萤火虫算法来求解模型。标准测试函数及优化算例表明,所提出的均匀正交萤火虫算法具有更好的寻优性能,可迅速、稳定地获得深海采矿船主尺度的多目标优化方案。     

采矿船舱段有限元强度分析方法研究

采矿船于船舯处有大开口月池贯穿船底用于矿物开采,并且月池前后均匀分布4个矿物储存舱,采矿船兼有矿砂船和钻井船的共性。矿砂船横剖面形式采用方形截面设计,便于舱内矿物海上输入输出转运作业。舱段有限元相对于全船有限元更加方便快捷,航行状态下采矿船内、外载荷与矿砂船类似。因此对于航行状态,该文按照CCS船舶规范,从结构型式、模型范围、工况选取及参数设置等方面考量,并应用CCS-HCSR-TOOLS软件进行舱段有限元强度分析;根据计算分析结果得出采矿船前期设计需要特别关注的区域,为采矿船结构设计和强度分析提供思路和方向。     

中压双级环形供电系统故障穿越测试方法

针对深海采矿船特有的双级环形供电网络,提出了一种中压双级环形供电系统故障穿越测试方法。该方法主要通过实船短路及接地故障测试进行验证,验证电力系统在电压瞬时突降时维持系统稳定的一个特性;利用采矿船特有的中压双级冗余环形供电网络,进行故障穿越能力测试。经实船验证,该方法具有可行性。与现有技术相比,双级环形供电系统故障穿越测试方法具有提高采矿船海上作业的安全性,以及智能化、满足连续作业及定位的要求等优点。     

深海采矿船月池对阻力性能影响的研究

深海采矿船为了减小作业时设备受波浪力的影响而设置了月池，然而月池会影响船舶的航行性能。论文应用RANS方程和VOF处理自由面的数值模拟方法，研究月池对深海采矿船阻力的影响。在拖曳水池中进行了有月池与无月池条件下的模型阻力试验，对数值计算方法进行了验证。然后基于数值方法开展了3种不同形状月池方案下阻力和航行姿态的研究，获得相应的阻力与兴波特性。研究表明，月池会导致采矿船静水阻力增大，模型阻力增加3%～7%，实船阻力增加6%～12%。     

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。     

深海采矿输送软管受力特性影响因素敏感性分析

研究深海采矿作业过程中矿物输送软管受力特性影响因素的敏感性,能够厘清软管设计过程中各参数的主次关系,减少设计迭代工作量。论文以某深海采矿系统的矿物输送软管为研究对象,建立包括采矿船、输送硬管、中继站、输送软管和采矿车的全系统耦合分析模型,对软管运动响应和受力特性进行时域分析。研究当采矿车按指定路径运动时,软管曲率、等效应力以及采矿车受力大小、角度对流速、流向、浮力块间距、浮力块数量、浮力块位置和矿浆密度等参数的敏感性,为软管构型设计提供参考。