【摘要】：深海礦產(chǎn)資源已成為國際競爭焦點,深海海底開采礦產(chǎn)資源已成為不可阻擋的發(fā)展趨勢。海底采礦活動難免會對海洋生態(tài)環(huán)境造成一定的影響,而集礦機結(jié)合管道提升的采礦系統(tǒng)采礦效率較高且對海底生態(tài)環(huán)境的影響較小,是一種環(huán)境友好型的深海采礦系統(tǒng),具有良好的工業(yè)應用前景。該系統(tǒng)中的柔性軟管是連接中間倉和集礦機的必不可少的重要環(huán)節(jié),其受到的多種綜合受力和空間形態(tài)對集礦機的受力影響以及軟管安全輸送參數(shù)具有很大影響。因此,軟管的漿體安全輸送和集礦機受力狀態(tài)的研究對于深海采礦十分重要。根據(jù)實際深海采礦軟管輸送工藝,設(shè)計并建立了深海采礦軟管輸送模擬試驗系統(tǒng),分析了復雜工況下集礦機受力狀態(tài)的變化特征和規(guī)律,探究單拱軟管形態(tài)的安全輸送速度以及突發(fā)停泵后雙拱軟管拱底沉積顆粒再起動運動狀態(tài)和速度的變化規(guī)律,研究特殊形狀顆粒在管道輸送過程中的安全輸送條件,提出輸送參數(shù)優(yōu)化。得到如下結(jié)論:(1)隨著集礦機與中間倉之間水平距離的增加,輸送軟管對集礦機垂直方向上的分力基本不變,水平方向上的分力呈指數(shù)增長,輸送軟管對集礦機傾斜向上的拉力隨之增大;其中,內(nèi)流流體對集礦機的反作用力在垂直方向上的分力減小,而在水平方向上的分力增大。軟管空間形態(tài)趨于平緩,單拱軟管的漿體安全輸送速度隨之增大,雙拱軟管突發(fā)停泵后拱底角度增大,沉積顆粒的堆積形態(tài)發(fā)生變化,沉積顆粒的再起動速度均不斷減小。(2)隨著內(nèi)流流速逐漸增大,內(nèi)流流體對集礦機的反沖力增大,軟管對集礦機垂直方向和水平方向的分力均呈減小的趨勢。清水內(nèi)流時,單拱軟管形態(tài)下內(nèi)流流體對集礦機的反沖力較大,有利于海底集礦機維持較好的運動性能。(3)隨著內(nèi)流漿體體積濃度的增高,集礦機受力狀態(tài)的變化規(guī)律與清水內(nèi)流時基本一致,但集礦機在垂直和水平方向上的受力大小明顯減小。當漿體流速大于3m/s時,雙拱軟管對集礦機的力學作用較小,更有利于集礦機的安全行駛。單拱軟管漿體的安全輸送速度隨著顆粒粒徑、體積濃度的增大而增大。雙拱軟管突發(fā)停泵后拱底夾角減小,顆粒堆積高度增高,拱底位置沉積顆粒的再起動難度增大。在長條狀顆粒垂直管道輸送過程中,隨著顆粒平均體積濃度減小,長條狀顆粒群最小輸送速度逐漸增大。(4)雙拱軟管拱底沉積顆粒在管道斷面上所占比例隨著漿體體積濃度的增大或拱底角度的減小而增大。無論是在揚動狀態(tài)或連續(xù)推移狀態(tài),隨著沉積顆粒斷面占比的增大,沉積顆粒進入再起動運動狀態(tài)的內(nèi)流速度均不斷增大。通過量綱分析法并結(jié)合實際情況,提出軟管沉積顆粒兩種再起動狀態(tài)的起動速度計算公式。本研究成果可為實際深海采礦輸送工藝參數(shù)優(yōu)化提供參考依據(jù),確保海底集礦機在作業(yè)過程中維持較好的受力狀態(tài),揚礦系統(tǒng)軟管漿體輸送保持安全、高效的輸送狀態(tài)。
【學位授予單位】：中央民族大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD50
【圖文】：

圖１－３技術(shù)路線圖逡逑

受力狀態(tài)為主，無法具體地模擬出實際的輸送軟管空間構(gòu)型，且考慮的軟管形態(tài)影響因逡逑素也較少。在王志［６４】與肖芳其［６７］的研宄中，選取了相似系數(shù)Ｃｍ＝０．０１５來設(shè)計軟管空間逡逑形態(tài)模型試驗裝置，如圖２－２所示。在模擬試驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，研究不同浮力配置方案逡逑下軟管的空間形態(tài)的變化規(guī)律，以及分析不同軟管空間形態(tài)下軟管的輸送狀態(tài)。得到兩逡逑１４逡逑

邋＿逡逑方案邋２（Ｆ＝Ｇ，均布，Ｄｉ＝０，Ｄ２＝Ｌ／２）方案邋１５０＾＝２１＾＝２０／３，集中，Ｂ�。剑蹋常拢海剑玻蹋常╁义蠄D２－１兩者優(yōu)選軟管初試構(gòu)型方案逡逑２．２．２物理模型試驗逡逑國內(nèi)外己有部分學者針對軟管空間構(gòu)型的基本特性，基于相似理論，建立實際深海逡逑采礦軟管輸送系統(tǒng)的物理模型設(shè)備，通過模擬實驗數(shù)據(jù)分析實際軟管輸送系統(tǒng)中軟管的逡逑空間構(gòu)型變化趨勢。逡逑郭小剛［６１］通過建立一個小型的風洞試驗設(shè)備，模擬并測定軟管在海流作用下的動力逡逑學特性，在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上模擬實際輸送軟管的空間構(gòu)型。此方法主要以研宄軟管的逡逑受力狀態(tài)為主，無法具體地模擬出實際的輸送軟管空間構(gòu)型，且考慮的軟管形態(tài)影響因逡逑素也較少。在王志［６４】與肖芳其［６７］的研宄中，選取了相似系數(shù)Ｃｍ＝０．０１５來設(shè)計軟管空間逡逑形態(tài)模型試驗裝置，如圖２－２所示。在模擬試驗設(shè)備的基礎(chǔ)上，研究不同浮力配置方案逡逑下軟管的空間形態(tài)的變化規(guī)律

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本文編號：2784535