【摘要】：利用管道將海底礦石提升到海面是目前最清潔高效的深海采礦方式。軟管段是深海采礦系統(tǒng)中連接中繼倉和集礦機的關(guān)鍵環(huán)節(jié),受力學特性、海底地形及回采工藝等多種約束條件的影響,其空間形態(tài)復雜,對輸送工藝和參數(shù)匹配要求比較嚴格。論文基于深海采礦軟管輸送模擬試驗系統(tǒng),分析了不同工況條件下軟管形態(tài)動態(tài)變化特征及其規(guī)律,根據(jù)軟管空間形態(tài)分析了不同工況條件下軟管輸送參數(shù)特征,提出深海采礦系統(tǒng)輸送參數(shù)優(yōu)化方法。主要工作和結(jié)論如下：(1)深入分析了泵體對于管道內(nèi)流速和壓力分布的影響。安裝在軟管之前的泵為其提供正壓,安裝在軟管之后的泵為其提供負壓,雙泵串聯(lián)時,管道壓力有相互抵消的作用,最大負壓降低到單泵控制時的1/2,最大正壓降為單泵控制時的1/5。管內(nèi)內(nèi)流流速增大,最大流速比單泵控制時約增加了1/3。試驗時,為避免軟管內(nèi)部出現(xiàn)負壓,應(yīng)使主管泵保持在較低轉(zhuǎn)速,而調(diào)節(jié)軟管泵轉(zhuǎn)速以達到試驗需求。(2)確定了軟管空間形態(tài)與集礦車移動距離、內(nèi)流流速和內(nèi)流特性之間的關(guān)系。當拱頂高度不受水面高度限制時,集礦車移動距離增大和內(nèi)流流速增加均使軟管拱頂高度和曲率線性增加；而當內(nèi)流為漿體時,軟管形態(tài)變化趨勢與內(nèi)流為清水時一致,但軟管拱頂高度和曲率增幅均小于清水內(nèi)流,原因在于包含粗顆粒的漿體密度遠遠大于清水密度,單位流體重力增幅大于垂向沖力的增幅,因此,軟管隆起高度和曲率均比內(nèi)流為清水時偏小,且兩側(cè)下垂更加明顯。(3)建立了顆粒粒徑、顆粒體積濃度、內(nèi)流流速、管道形態(tài)和水力坡度之間的定量關(guān)系。復雜形態(tài)軟管中粗顆粒輸送水力坡度隨著顆粒物料的體積濃度增加而增加,隨混合物流速增加而增加,隨顆粒粒徑增加而降低,此規(guī)律與眾多水平及傾斜管道研究結(jié)果一致。此外,當傾斜角度差別不大時,隨著軟管彎曲度增大,顆粒紊動動能增加,水力坡度隨之增加。對比分析軟管及傾斜管道中阻力損失關(guān)系,利用量綱分析法并結(jié)合試驗實際情況,提出了軟管阻力損失計算公式。(4)探究了粗顆粒漿體安全輸送速度的影響因素及其定量關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),軟管安全輸送速度隨著漿體體積濃度、顆粒粒徑增加而增加,但隨著軟管拱頂上升,傾斜角度增加反而降低。對比軟管實測安全輸送速度及傾斜直管安全輸送速度關(guān)系,利用量綱分析法并結(jié)合試驗實際情況,提出了軟管安全輸送速度計算公式。其研究結(jié)果可為深海采礦輸送參數(shù)優(yōu)化提供參考,在實際采礦過程中,可根據(jù)集礦機位置合理設(shè)計軟管輸送速度,以確保軟管處于最佳輸送狀態(tài)。
[Abstract]:It is the cleanest and most efficient deep-sea mining method to raise seabed ore to sea surface by pipeline. Hose section is the key link of connecting relay bin and ore collector in deep sea mining system. It is affected by mechanical characteristics, submarine topography and mining process, and its spatial form is complex, and the matching requirements of transportation technology and parameters are relatively strict. Based on the simulation test system of hose transportation in deep sea mining, this paper analyzes the dynamic characteristics and rules of hose morphology under different working conditions, and analyzes the characteristics of hose transport parameters under different working conditions according to the spatial configuration of hose. A method for optimizing transportation parameters of deep sea mining system is presented. The main work and conclusions are as follows: (1) the influence of pump body on velocity and pressure distribution in pipeline is analyzed. The pump installed in front of the hose provides a positive pressure, and the pump installed behind the hose provides a negative pressure. When the two pumps are in series, the pipeline pressure is counteracting each other, and the maximum negative pressure is reduced to 1 / 2 of the control of the single pump. The maximum positive pressure drop is 1 / 5 of the single pump control. The flow velocity in the tube increases by about 1 / 3 of the maximum velocity compared with that of the single pump. In order to avoid the negative pressure inside the hose, the in-charge pump should be kept at a low speed, and the hose pump speed should be adjusted to meet the test requirements. (2) the space configuration of the hose and the distance between the moving distance of the collector and the hose should be determined. The relationship between flow velocity and flow characteristics. When the height of the vault is not limited by the water surface height, the height and curvature of the hose dome increase linearly with the increase of the moving distance and the flow velocity of the collecting truck. When the inner flow is the slurry, the change trend of the hose configuration is the same as that of the inner flow, but the height and curvature increase of the hose arch is smaller than that of the clear water, because the density of the slurry containing coarse particles is much larger than that of the clear water. The increase of gravity per unit fluid is larger than that of vertical impulse. Therefore, the height and curvature of hose bulge are smaller than those of clear water, and the droop of both sides is more obvious. (3) the particle size, particle volume concentration and flow velocity are established. Quantitative relationship between pipe shape and hydraulic gradient. The hydraulic gradient of coarse-particle conveying in the complex hose increases with the increase of the volume concentration of the particles, increases with the increase of the flow rate of the mixture, and decreases with the increase of the particle size, which is consistent with the research results of many horizontal and inclined pipelines. In addition, when the angle of inclination is not different, the kinetic energy of particle turbulence increases and the hydraulic gradient increases with the increase of the bend of the hose. By comparing and analyzing the relationship of resistance loss in hose and inclined pipe, using dimensional analysis method and combining with the actual situation of test, The formula for calculating the resistance loss of hose is put forward. (4) the factors affecting the safe conveying speed of coarse granular slurry and its quantitative relationship are discussed. It is found that the safe conveying speed of hose increases with the increase of slurry volume concentration and particle size, but with the increase of hose dome, the inclined angle decreases. Compared with the relation between the measured safe conveying speed of hose and the safe conveying speed of inclined straight pipe, a formula for calculating the safe conveying velocity of hose is put forward by using the dimensional analysis method and combining with the actual conditions of the test. The research results can provide a reference for the optimization of transportation parameters in deep-sea mining. In the actual mining process, the conveying speed of hose can be reasonably designed according to the position of the collector, so as to ensure that the hose is in the best state of transportation.
【學位授予單位】：中央民族大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD857

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本文編號：2333181