深海扬矿硬管系统设备可行性分析

较全面地介绍了国外深海采矿扬矿硬管系统设备的结构和主要技术参数, 对国内潜水电泵、石油套管生产厂家和研究部门进行了调研和分析。根据我国深海采矿扬矿硬管系统工艺要求, 讨论了泵的工作参数和管接头的结构。提出的潜水电泵的设计参数和管接头设计的技术要求, 已应用于海上中试扬矿硬管系统设备的设计和研制之中。     

大洋锰结核深海开采扬矿技术

介绍了国外大洋锰结核深海开采扬矿技术与关键设备的研究开发状况和我国扬矿技术研究现状。通过对各种扬矿方法优缺点的分析评价得出采用矿浆泵水力提升和气举泵提升进行深海开采扬矿的现实可行性, 认为矿浆泵提升最有可能成为商业开采的第一代扬矿方法。为了有效开采大洋锰结核, 应十分重视扬矿参数的基础研究和扬矿设备的研制。     

深海采矿扬矿管纵向振动的有限元分析

建立了深海采矿扬矿管的纵向振动微分方程,应用矩阵迭代法求取扬矿管的固有频率和固有振型,使用MAT-LAB得到了扬矿管固有频率,并绘制扬矿管的固有振型曲线。采用直接积分法中的Newmark法求解扬矿管的动力学响应,利用abaqus对扬矿管的纵向振动进行了仿真计算,绘制了扬矿管上4个位置的振动随时间的变化曲线,以及在10个采样时间点扬矿管振动随位置的变化曲线。     

深海采矿扬矿实验系统相似条件及相似准数的确定

根据流体动力学原理,从深海采矿扬矿实验系统中流体动力学相似条件入手,利用数学分析方法,研究实验系统中各参数之间的关系,确定实验系统中几何相似、运动相似及动力相似条件以及应遵循的准数。结果表明,主要相似准数为雷诺数(动力相似准数)。试验时根据雷诺数的范围进行速度变化,从而实现运动相似,可为以后建立实验室及具体试验提供理论依据。     

深海采矿扬矿管的横向运动响应分析

在陆地矿产资源日渐枯竭与工业需求不断增长的矛盾下,深海矿物的开采已是势在必行。深海采矿扬矿管有区别于石油平台立管的特殊之处,由于处于悬垂状态而具有高自由度,因此其水平运动响应值得关注。采用有限元软件Abaqus的Aqua模块对其进行有限元模拟,通过建模计算,得到扬矿管在作业状态与不同拖航速度下的水平偏移与弯矩分布情况,得到了一些具有参考价值的结论。     

深海海底采矿扬矿管系统的三维动态分析

对于过去文章中提出的从5000m和6000m深的海底开采锰结核的2种扬矿管模型，分别完成了时域内垂直状态下轴向强迫振动和三维拖曳特性的非线性动态分析。所用的海底采矿分析方法以集中质量法和增量迭代法为基础。用纽马克（Newmark）方法进行时间积分。水中的泵及缓冲器看作刚体。基于模拟分析，对扬矿管设计的两个问题进行了讨论：管的结构强度和采矿作业的总体集中控制。     

基于多体动力学的深海开采装备虚拟样机设计及仿真

深海资源开发项目是我国根据《联合国海洋公约法》的规定在北太平洋克拉里昂一克林帕顿断裂带所拥有的7．5万Km^2的商业资源开采权。项目具有开发周期长、涉及装备多且复杂、开发费用高、涉及知识领域多和参加单位多等特点，采用虚拟样机技术进行开采装备设计和虚拟开采符合我国的国情，也是利用信息化技术改造我国传统装备设计水平和     

波流联合作用下深海扬矿管的水平液动力载荷

深海多金属结核采矿系统由集矿机、输送软管、中间矿仓、扬矿管及采矿船等组成,如图1所示。其基本工作原理是：采矿船在海面按设计的线路行走,同时集矿机在海底运行并采取半埋入海底表面的多金属结核。采集的结核在集矿机内清洗、脱泥和破碎后,经软管输送到连接于扬矿管下端的中间矿仓,并经扬矿管扬送到海面的采矿船上。串接于扬矿管道中间的潜水矿浆泵作为动力装置,将中间矿仓内的结核矿浆吸入管道并泵送到采矿船上。     

深海采矿扬矿管的运动对流动参数影响的研究

结合深海开采扬矿应用条件建立了模拟扬矿管升沉、摆动和倾斜的提升试验系统, 进行了较大摆幅和较宽频率范围的试验, 获得了比较全面的试验数据, 建立了计算模型。研究所确定的提升管升沉、摆动和倾斜对管内流动参数的影响规律已应用于5 000 m深海采矿系统中试技术设计和1 000 m水深海试采矿系统设计及其扬矿设备的研制。     

深海采矿扬矿泵内固体颗粒运动特性数值模拟

针对深海采矿输送系统中扬矿泵易堵塞和磨损等问题,采用标准κ-ε湍流模型求解扬矿泵内流场,并运用离散相模型模拟颗粒流动轨迹,研究了颗粒粒径、导叶进口安放角、导叶数量对扬矿泵堵塞及磨损特性的影响。结果表明,总体上,颗粒在导叶1区与前盖板碰撞次数最多,对导叶前盖板磨损严重;在3、4区与压力面碰撞次数最多,颗粒与导叶碰撞主要起到改变颗粒运动轨迹的作用,对3、4区的导叶压力面的磨损并不严重。随着粒径增大,平均过导叶时间和碰撞次数呈增加趋势,且增加了颗粒与吸力面碰撞的可能性。随着导叶进口安放角增大,平均碰撞次数和平均过导叶时间均随之增加,颗粒与压力面碰撞区域越靠近导叶进口处,对压力面进口造成的磨损越严重。随着导叶数量增加,过导叶时间有减小的趋势;颗粒与导叶压力面碰撞位置向导叶中部移动,对压力面的磨损程度较轻。     

等直径提升系统的提升动力学研究

研究等直径提升系统的提升动力学，建立相应的物理模型和动力学设计的数学模型。采用该模型和设计理论。可比较精确地设计提升动力，确保矿井提升的安全可靠性。     

深海潜浮式提升舱的结构设计及水力学计算

基于深海采矿非连续输送模式,设计了一种潜浮式提升舱,用于海底多金属结核的运输.根据潜浮式提升舱的功能需求进行了总体结构及布局设计,并通过流体仿真软件对其进行了水力学仿真分析,研究不同海况下提升舱的受力情况.计算结果表明,提升舱水平运动时,以压差阻力为主,主体所受的阻力最大;提升舱竖直运动时,以声学仓迎流的姿态有利于减少...     

防爆车液压举升系统的建模与仿真

针对防爆无轨胶轮运输车的双缸举升系统,运用AMESim软件进行建模和仿真分析,得出双缸举升系统在工作时的特性。通过研究发现,此双缸举升系统在伸出顺序与实际情况相符,为双缸举升系统的进一步改进提供了理论依据。     

基于谐响应分析的扬矿泵安装位置的研究

取不同长度管道,以弹性约束代替升沉补偿装置作用,采用能量积分法建立管道的振动方程,使用有限元方法分析了扬矿泵安装在管道的不同位置时的动力学响应。结果表明,单载荷激励作用下,应力谐响应由小到大分别为：扭矩激励、波浪纵向激励、波流联合水平激励,三者联合且同相位激励时,系统谐响应显著增大;扬矿泵安装位置从高往低下降时,管道最大等效应力呈现由大到小、再由小到大的变化规律,最大等效应力的极小值所对应的扬矿泵位置为次优安装位置。根据特定长度管道的扬矿泵次优安装位置,建立了扬矿泵的次优安装位置经验公式,为扬矿系统的定量设计提供参考依据。     

深海采矿系统软管段输送阻力损失研究

基于深海采矿软管输送模拟试验系统, 分析了不同混合物流速、不同颗粒粒径、不同颗粒体积浓度、不同软管形态条件下软管阻力损失变化特征, 为深海采矿系统软管设计提供参考。结果表明, 水力坡度随物料体积浓度增大而增大, 随粗颗粒粒径增加而呈下降趋势, 随软管弯曲度增大而增加。复杂形态软管中粗颗粒输送水力坡度变化与水平管道、垂直管道和倾斜管道具有一定的相似性, 对比分析了倾斜直管和软管的水力坡度, 拟合了复杂形态软管输送的水力坡度计算公式, 误差范围控制在1.6%以内。     

垂直提升管道中粗颗粒滑移速度试验研究

为了研究粗颗粒在深海采矿管道系统中的滑移速度, 采用粒子图像测速法对粒径为10 mm, 30 mm, 50 mm的锰结核、富钴结壳、多金属硫化物和模拟结核颗粒在垂直提升管道中的滑移速度进行了研究。试验结果表明, 粗颗粒矿石在提升管道中的滑移速度随颗粒形状系数、颗粒粒径和颗粒密度增加而增加, 随水流速度增加而减小。得到了粗颗粒矿石滑移速度计算公式, 计算结果与试验实测数据吻合较好, 对提升管道水力输送系统机理研究有一定参考价值。