学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

深海采矿阀控式清水泵矿石输送系统研究

作　者: 杨培邦
导　师: 徐海良
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 深海采矿多金属结核水力提升输送系统几何非线性
分类号: TD424
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 42次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

大洋蕴藏着丰富的矿产资源,陆地资源的日益贫乏使人类将目光转向海底资源。我国从20世纪70年代末开始多金属结核的勘查和研究,确定多金属结核中试采矿系统为履带自行式采矿车加水力提升系统的采矿系统,并在此基础上完成了深海中试系统技术设计。作为深海采矿两大关键技术之一的输送技术,要求输送系统具有输送量大、能够长期安全可靠工作的特点。目前输送系统存在的主要问题是扬矿管轴向力大、长度超过3000m容易拉断,以及水泵容易磨损破坏、寿命短等。针对上述问题,在对国内外矿石输送系统分析研究的基础上,设计出一种阀控式清水泵矿石输送系统,并对该系统进行研究。首先,结合储料罐输送固体颗粒和高压水泵具有的优点,提出了一种阀控式矿石输送设备,根据复合材料混合定理,设计出一种比重小、强度高、耐磨性能好的碳纤维复合管,再与软管等组成阀控式清水泵矿石输送系统；其次利用管道输送原理和两相流理论,对该输送系统进行参数计算分析,论证该系统的可行性；接着根据阀控式清水泵矿石输送系统的工作特点,对其关键部件进行设计；然后建立输送系统的有限元模型,运用虚功原理建立几何非线性基本方程,对在波流联合作用、船等速拖航以及采矿车牵引作用下的扬矿管和矿石输送系统进行静态分析,结果表明碳纤维复合管可作为扬矿管,矿石输送系统对采矿船和采矿车的作用力不大,不影响其正常工作；最后利用相似理论建立水泵与储料罐组合的矿石输送设备的实验模型,通过实验分析,验证水泵与储料罐组合的矿石输送设备能够将矿石从5000m海底直接输送到海面采矿船上。本文的研究成果对于深海硬管采矿系统的设计有重要的理论指导意义,同时有助于建立我国的开采技术体系,完成相关技术的储备。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 课题研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 深海采矿系统的国内外研究现状  9-13
    1.2.2 深海硬管采矿系统扬矿管的国内外研究现状  13-14
  1.3 论文研究的目的和意义  14-15
  1.4 论文研究的主要内容  15
  1.5 本章小结  15-16
第二章阀控式清水泵矿石输送系统设计及参数分析计算  16-47
  2.1 中国矿区状况及矿石输送系统主要参数  16
  2.2 阀控式清水泵矿石输送系统设计  16-19
    2.2.1 水泵与储料罐组合的矿石输送设备结构及工作原理  16-17
    2.2.2 阀控式清水泵矿石输送系统  17-19
  2.3 矿石输送系统的参数分析与计算  19-25
    2.3.1 输送管道的参数分析  20-21
    2.3.2 水泵的参数分析  21-24
    2.3.3 矿石输送系统的参数计算  24-25
  2.4 阀门结构设计  25-37
    2.4.1 阀门的工作情况和设计要求  25-26
    2.4.2 阀门的整体结构设计  26-28
    2.4.3 阀门的主要部件设计  28-30
    2.4.4 阀门的基本参数分析  30-34
    2.4.5 阀门的基本参数计算  34-35
    2.4.6 阀杆的强度校核分析  35-37
  2.5 储料罐结构设计  37-43
    2.5.1 储料罐的工作情况和设计要求  37
    2.5.2 储料罐的结构设计  37-38
    2.5.3 储料罐的参数分析  38-41
    2.5.4 储料罐的参数计算  41-43
  2.6 碳纤维复合管的结构和性能  43-44
    2.6.1 碳纤维复合管的结构  43
    2.6.2 碳纤维复合管的性能  43-44
  2.7 矿石输送系统输送浓度的控制  44-45
  2.8 管道堵塞的预防和排除  45-46
  2.9 本章小结  46-47
第三章矿石输送系统的载荷分析与计算方法  47-55
  3.1 矿石输送系统力学模型的建立  47-48
  3.2 液动力分析计算  48-50
  3.3 矿石输送系统其它载荷分析  50
  3.4 矿石输送系统载荷的计算方法  50-51
  3.5 管梁单元的切线刚度矩阵  51-53
  3.6 正交各向异性材料管单元的切线刚度矩阵  53-54
  3.7 本章小结  54-55
第四章矿石输送系统几何非线性静态分析  55-78
  4.1 有限元模型的建立  55
  4.2 扬矿管几何非线性静态分析  55-60
    4.2.1 采矿船静止时扬矿管的静态分析  56-58
    4.2.2 采矿船等速拖航时扬矿管的静态分析  58-60
  4.3 不考虑海水阻力的输送系统几何非线性静态分析  60-68
    4.3.1 采矿车沿X轴方向运动  61-64
    4.3.2 采矿车沿Y轴方向运动  64-68
  4.4 考虑海水阻力的输送系统几何非线性静态分析  68-77
    4.4.1 采矿车运动方向对系统的影响  68-72
    4.4.2 波浪海流运动对系统的影响  72-77
  4.5 本章小结  77-78
第五章矿石输送设备实验研究  78-85
  5.1 实验目的、内容和原理  78
    5.1.1 实验目的  78
    5.1.2 实验研究内容和原理  78
  5.2 实验模型设计  78-82
    5.2.1 模型相似设计原理  78-80
    5.2.2 矿石输送设备模型相似比例尺的分析  80-81
    5.2.3 相似比例尺和模型参数的拟定  81-82
  5.3 实验设备  82-83
  5.4 实验结果及其分析  83-84
  5.5 本章小结  84-85
第六章全文总结和展望  85-87
  6.1 全文总结  85-86
  6.2 展望  86-87
参考文献  87-91
致谢  91-92
攻读学位期间主要的研究成果  92

深海采矿阀控式清水泵矿石输送系统研究

内容摘要

全文目录

相似论文