深海采矿被动升沉补偿系统参数设计与仿真研究.pdf

中南大学硕士学位论文深海采矿被动升沉补偿系统参数设计与仿真研究姓名：倪佳申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：刘少军20090515摘要升沉补偿系统是保证水力提升式深海采矿系统正常工作的关键装置。目前对应用于深海采矿的升沉补偿系统的研究较少且限于补偿精度高、需要外界提供能量的主动补偿系统的研究。但实际上由于深海采矿升沉补偿系统要求的补偿精度不高探讨不消耗动力、节能简单的被动系统是很有意义的。针对泄笱蠖嘟鹗艚岷瞬煽笙低常岢隽艘恢执钅器的被动升沉补偿系统。综合利用数学建模及多领域联合仿真建模的研究方法研究了系统工作过程中的主要影响因素系统的控制效果系统在随机波作用下的响应蓄能器接入系统的方式对系统的影响分析了补偿率无法进一步有效提升的原因进行了改进系统的探索性研究。本文的主要成果及结论如下：⒏萆敛钩プ饕堤跫擞檬的Ｄ獾姆椒ǖ贸隽怂募逗况下的随机波及采矿船的响应提出了带蓄能器的被动补偿系统分析了被动系统的工作原理及工作特点设计了系统的主要参数；⒔⒘吮欢低彻ぷ鞴淌Ｐ停致哿讼低持饕S跋煲素完成了相应参数的设计选取研究了系统的控制效果；研究结果表明取蓄能器体积管道直径管道长度谋欢系统对我国矿区四级海况下海浪能量集中频段有较好的补偿效果；随机波作用下系统补偿率大于％；⒗枚嗔煊蛄:戏抡娼５姆椒ǎ⒘松敛钩ハ低车耐用仿真模型探讨了蓄能器接入系统的方案结果表明系统中先接入负载后接入蓄能器且蓄能器采用分段预充的方法是一种较优方案；分析了被动系统的补偿过程结果表明调节蓄能器和油缸内的压力变化可以提升补偿系统的补偿能力；⑻岢隽艘恢执诹鞣У母慕捅欢敛钩ハ低常芯苛讼统在不同海浪频率下的补偿特性；研究结果表明系统添加固定开度的节流阀后对低频海浪有较好的抑制作用。⒔⒘嘶贚的升沉补偿蓄能器性能试验系统实验验证了蓄能器对升沉补偿系统的作用效果。关键词：深海采矿被动补偿系统蓄能器建模仿真中南大学硕士学位论文甅．—·；．％．瑃瓵甌簍瓵瑆；瑃琩琣．琱中南大学硕士学位论文篸甅甪疭．產甌；瓵畉籺．甌中南大学硕士学位论文．作者签名：际η┟喝菲冢骸M履甏跄慷呷作者签名：—掌冢撼螅鼓阩』￡日原创性声明关于学位论文使用授权说明用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论本人声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知除了论文中特别加以标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使文中作了明确的说明。本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定即：学校有权保留学位论文允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。第一章绪论课题研究背景．7⑸詈？蟛试吹谋匾P随着世界经济的迅速发展人类对矿产资源的需求日益增加资源的开采亦日益加剧陆地资源正日趋贫化和枯竭丰富的海底矿产资源将成为人类可持续发展的重要物质基础【俊Ｐ矶喙乙丫芽7⒗煤Ｑ笞试醋魑;竟撸恍矶著名的政治家、经济学家都预言二十一世纪将是“海洋经济时代．俊根据国内外科学家多年的勘探和研究表明占地球表面积约％的海洋是一个巨大的资源宝库其矿产资源存储量大大高于陆地的存储量而且一些新的矿床还不断被发现【俊Ｔ谝逊⑾值纳詈？蟛试粗校匀死嗌钣兄卮笥τ眉值的主要有多金属结核矿、铁锰结壳矿和海底热液矿等。其中大洋多金属结核是一种富含锰、铜、钴、镍等多种金属的结核矿主要分布在世界大洋底部水深．的海底表层在整个大洋底的储量约为蛞诙郑渲薪鎏窖蟮和丁】。可见深海的矿产资源不