深海采礦揚礦管道系統(tǒng)力學行為模擬試驗系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著陸地資源的日趨枯竭，世界資源開發(fā)的戰(zhàn)略眼光開始聚集到海洋上。對于正逐步崛起的世界新興經(jīng)濟體之一的中國來說，開發(fā)深海礦產(chǎn)資源正成為影響國家長遠發(fā)展的一項重大課題。
　　 深海采礦揚礦管道系統(tǒng)是深海采礦系統(tǒng)的重要組成部分，包括升沉補償裝置、揚礦硬管、中間倉、提升泵及軟管。論文以大洋多金屬結(jié)核開采及我國采礦系統(tǒng)技術(shù)方案為工程背景，針對深海采礦揚礦管道系統(tǒng)動力學問題，提出了揚礦管系力學行為模擬試驗研究方案，并在此基礎(chǔ)上建立了一套模擬

2、試驗研究系統(tǒng)，旨在完成升沉補償模擬試驗、揚礦管道力學行為性能分析模擬試驗、布放回收過程水動力學性能分析模擬試驗等等，可對計算機仿真進行驗證，提供仿真的邊界條件以及水動力系數(shù)等等，為未來的采礦作業(yè)和海試提供理論分析與技術(shù)參考。論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 1.進行了深海采礦揚礦管道系統(tǒng)力學行為模擬試驗系統(tǒng)的方案設計，提出一種便于在實驗室開展的模擬試驗系統(tǒng)方案，即采礦船運動模擬器方案，用Stewart六自由度平臺模擬采礦船在海面的

3、運動，在此基礎(chǔ)上進行各項模擬試驗研究。
　　 2.提出了深海采礦揚礦管系動力學分析模擬試驗系統(tǒng)的功能要求，分別提出了升沉補償模擬試驗、揚礦管道力學行為性能分析模擬試驗、布放回收過程水動力學性能分析模擬試驗的方案設計，最后提出了可以進行這三種模擬試驗的試驗平臺的實驗室建設方案。
　　 3.對海浪進行研究，并確定采礦船在隨機海浪中的響應。根據(jù)采礦船在隨機海浪中的響應，依據(jù)相似原理，確定采礦船運動模擬器的參數(shù)，研制了一臺采礦船

4、運動模擬器，以實現(xiàn)采礦船在海浪中橫搖、縱搖、升沉運動以及試驗時需要的任意運動姿態(tài)(油缸行程范圍內(nèi))。采礦船運動模擬器采用PID控制，為了確定PID控制參數(shù)，建立了閥控缸系統(tǒng)的數(shù)學模型，并用試驗驗證了該數(shù)學模型的合理性。在此數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，進行了Simulink中參數(shù)的初步調(diào)整和試驗中進一步調(diào)整，確定了PID控制器參數(shù)，以達到最佳控制效果。最后進行了采礦船運動模擬器的性能測試，結(jié)果表明，該運動模擬器可以在預定的軌跡下按照一定的幅度和周期

5、運動，能夠用于模擬采礦船在海面的隨機運動。
　　 4.提出升沉補償模擬試驗系統(tǒng)的具體方案設計，升沉補償采用主動電液系統(tǒng)，縱橫搖補償采用萬向架平臺，并在此基礎(chǔ)上建立了升沉補償模擬試驗系統(tǒng)。采用PID控制方法，進行了Simulink中參數(shù)的初步調(diào)整和試驗中進一步調(diào)整，確定了PID控制器參數(shù)。進行了不同海況下的采礦船運動模擬器簡諧運動及隨機運動的升沉補償試驗，升沉補償?shù)男Ч^了預期的目標，對影響升沉補償效果的因素進行了研究。

6、　　 5.對采礦系統(tǒng)布放回收過程中水動力學的模擬試驗系統(tǒng)進行了具體的方案設計，在采礦船運動模擬器的基礎(chǔ)上建立了模擬試驗系統(tǒng)，進行了布放過程入水工礦的模擬試驗，試驗結(jié)果驗證了仿真結(jié)果的正確性。
　　 本文研究為揚礦管系動力學問題的研究提供了一個有效的實驗室模擬試驗平臺。提出并實現(xiàn)了深海采礦揚礦管系力學行為模擬試驗研究系統(tǒng)，進行了升沉補償模擬試驗及布放回收過程水動力學性能分析模擬試驗。論文為解決深海采礦揚礦管系動力學研究問題提供了