海高压环境下往复运动组合密封结构的密封性能研究（英文）

深针对深海装备在深海高压环境下安全稳定运行的需要,以深海高压环境下的往复运动用组合密封结构为对象,研究不同海水深度、轴的不同往复运动速度对组合密封结构密封性能的影响,探明在不同工况下往复运动组合密封结构密封性能的变化规律。研究表明:在往复运动组合密封结构中,O形橡胶密封圈的Von Mises应力与主接触面上的接触应力的作用点随往复运动方向的变化而同向变化,且O形橡胶密封圈的Von Mises应力及接触应力随着海水深度的增大而逐渐增大;同时,在轴上行过程中,O形橡胶密封圈的Von Mises应力大于轴下行过程中的Von Mises应力,使得轴上行过程更易引起O形橡胶密封圈松弛与疲劳;而轴的往复运动速度对O形橡胶密封圈的Von Mises应力及接触应力的影响并不显著。研究结果为深海高压环境下组合密封结构几何参数的选择与优化设计提供理论指导与技术支撑。     

深海干式云台设计与实验验证

水下云台是深海装备的重要组成部件。本文基于干式密封结构设计，研制了一套直流伺服电机驱动的深海二自由度云台，其具备更优的转向控制精度，同时可实现大负载、高转速和实时角度反馈功能。云台主体采用陶瓷角轴承运动承力、蜗轮蜗杆自锁、格莱圈旋转密封等设计，实现云台的俯仰旋转和水平旋转，并对云台关键部件进行强度校核，确保水下工作的稳定性。干式云台可内置磁编码器及主控电路，实现深海移动观测和目标跟踪所需的高精度反馈控制。转向测试与压力测试结果证明，所设计的云台可以实现5 kg负载下30（°）/s的高速精准转向，工作水深可达2 000 m。     

深海生物原位实验与生态监测研究进展

深海在黑暗、高静水压、低温(黑烟囱等热液系统除外)和寡营养的极端环境下形成了特殊的生境。对深海生物/微生物的研究,不仅可以揭示各种深海生物的生理代谢特性和动态变化规律,而且有助于深海生物资源的开发利用,特别是深海微生物碳循环机制的相关研究可为全球实现碳中和目标提供新的路线图。研究深海生物的首要条件是获得大量保持原位特性的样本,然而传统深海采样手段的局限可能导致深海相关研究结果无法反映深海环境下真实的生命过程,亟需发展满足深海生物原位研究的采样方法和生态监测技术。本文对深海生物研究现状,相关科学问题和原位组学研究进展,以及原位生态监测装备研发和应用进行综述,并对深海原位生物实验室进行了展望。     

深海作战战场环境保障需求问题研究

深海战场空间的独特性和超前性引发了深海军事的发展和变革,并逐步改变军事斗争的战略态势。因此,迫切需要加速形成深海战场环境保障能力,为维护我国安全和海外利益拓展等提供基础支撑。总结归纳了深海概念及环境影响,提出面临形势与未来挑战,深入分析深海战略威慑、水下航行、导航定位、预置武器和预报预警等场景下的战场环境保障需求,最后提出深海战场环境保障建设的措施建议。     

深水潜标的耐压计算与变形分析

深海观测潜标是一种深海观测仪器设备,用于深海底部的环境观测和研究。深海潜标设计的难点之一是潜标壳体的结构设计、耐压计算及材料选择。在初步设计的基础上,利用abaqus软件,采用有限元方法,计算出额定外压下壳体的形变,并进行了额定外压下的失稳计算,计算了壳体在高压环境下的体积和浮力变化。通过计算结果的分析比较,选择了合适的材料,设计出满足强度要求的壳体。     

马里亚纳海槽沉积岩心主要元素的地球化学特征

深海沉积物地球化学的早期研究工作证明,岩性不同的深海沉积物中主要元素的含量差别很大,而且某些深海沉积物所聚集的痕量元素则明显不同于大陆和近岸环境下的沉积[1].本文研究的61KL和57KL岩心是在1988年7～8月,中国-联邦德国马里亚纳海槽和西菲律宾海盆海洋地质联合调查期间取得的.对岩心样品进行了9种主要化学元素的分析.     

深海极端环境模拟装置设计

为了满足深海极端环境科学研究的需求,设计了深海极端环境模拟装置。对系统结构以及工作原理进行分析,介绍了培养釜、温度控制子系统和压力控制子系统。重点针对当前模拟装置压力控制精度不高的问题,设计了高精度压力传感器,并提出一种迭代自学习PID压力控制算法,实现系统压力自动检测和连续控制,同时带有观察窗的培养釜结构可以实现微生物状况实时观测。实验结果表明,该系统能够实现深海极端环境参量高精度模拟,可以为深海极端环境科学研究提供很好的平台。     

深海锰结核开采对环境的影响研究进展

海深海锰结核开采活动已提上日程,而深海锰结核开采对环境产生何种影响,影响范围与影响程度如何成为人们普遍关注的热点问题。对目前国际上在深海锰结核开采的环境影响方面取得的研究成果进行了凝练与总结,从现代沉积环境、海洋地球化学环境、海洋生态环境与气候环境四方面进行了论述,并提出了目前研究工作中尚未解决的问题及未来的研究方向、研究重点与难点。该工作对于深入研究与认识人类活动引起的海洋环境与气候变化具有重要意义,对于促进与丰富国内深海锰结核开采的环境影响研究具有重要的指导意义。     

深海能源开发现状和前景研究

走向深海大洋、探测深海环境和获取深海能源对未来国家能源战略开发至关重要。文章借助相关历史数据,回顾包括石油和天然气、天然气水合物以及可再生能源在内的深海能源的开发历史;阐述在技术、投资和全球经济环境驱动下的深海能源开发现状,即技术和产业不断发展、合作和投资亮点频出以及开发重点随全球经济变化而调整;在此基础上,分别对主要深海能源的发展前景进行展望,即石油开发步伐放缓、天然气迎来发展高峰、天然气水合物规模化商业开采有待观察以及可再生能源获得更多关注和投资。     

深海水文仪研制中的几个问题

深海环境的测量标志着海洋调查的进步。深海观测仪应有特定的性能。本文在研制深海水文仪器的基础上,对于深海环境对结构.传感器的要求以及海洋环境对测量结果的影响做了初步讨论。     

直流无刷电机驱动的水下电缆绞车系统

水下电缆绞车多采用液压驱动,但液压驱动存在无效动力转换,能源使用率不高,因此直流无刷电机驱动的水下电缆绞车具有实际意义。采用直流无刷电机驱动,不仅提高了水下电缆绞车系统的能源利用率,而且改善了系统的调速性能。与直流有刷电机相比,直流无刷电机可实现充油均压密封,更有利于在水下工作。介绍了直流无刷电机驱动水下电缆绞车的组成、功能及工作原理,针对研制的专用水下直流无刷电机,重点论述了其充油密封原理和工艺,并设计了一种全新的低成本高性能驱动控制电路。该水下电缆绞车系统已初步调试完毕,试验表明各项性能良好,即将投入实际应用。它具有结构简单,工作可靠,成本低的优点,因此在实际工程应用中具有推广意义。     

Research on rotating speed’s influence on performance of Deep-Sea lifting motor pump based on DEM-CFD

Abstract

Metal minerals in deep sea are considered to be the most important mineral resources in the 21st century. With the development of science and technology, deep-sea mining has gained more and more attention, and the pipeline lifting method is the most promising for mining. It is particularly important to use the pump as a key component in the pipeline upgrading. In this paper, the DEM–CFD method is used to study the solid–liquid two-phase fluid flow in the Deep-Sea lifting motor pump. Data about the distribution of pressure on the suction surface and pressure surface as well as the distribution of particles in the pump under different rotation speed can be obtained. Tests verify the efficiency and head of the pump by numerical simulation. It provides a theoretical method for the study of solid–liquid two-phase fluid flow in deep-sea mining.     

Contribution of trimethylamine N-oxide on the growth and pressure tolerance of deep-sea bacteria

Trimethylamine N-oxide(TMAO) is widely dispersed in marine environments and plays an important role in the biogeochemical cycle of nitrogen. Diverse marine bacteria utilize TMAO as carbon and nitrogen sources or as electron acceptor in anaerobic respiration. Alteration of respiratory component according to the pressure is a common trait of deep-sea bacteria. Deep-sea bacteria from dif ferent genera harbor high hydrostatic pressure(HHP) inducible TMAO reductases that are assumed to be constitutively expressed in the deep-sea piezosphere and facilitating quick reaction to TMAO released from ?sh which is a potential nutrient for bacterial growth. However, whether deep-sea bacteria universally employ this strategy remains unknown. In this study, 237 bacterial strains affliated to 23 genera of Proteobacteria,Bacteroidetes, Firmicutes and Actinobacteria were isolated from seawater, sediment or amphipods collected at dif ferent depths. The pressure tolerance and the utilization of TMAO were examined in 74 strains. The results demonstrated no apparent correlation between the depth where the bacteria inhabit and their pressure tolerance, regarding to our samples. Several deep-sea strains from the genera of Alteromonas, Halomonas,Marinobacter, Photobacterium, and Vibrio showed capacity of TMAO utilization, but none of the isolated Acinebacter, Bacillus, Brevundimonas, Muricauda, Novosphingobium, Rheinheimera, Sphingobium and Stenotrophomonas did, indicating the utilization of TMAO is a species-speci?c feature. Furthermore, we noticed that the ability of TMAO utilization varied among strains of the same species. TMAO has greater impact on the growth of deep-sea isolates of Vibrio neocaledonicus than shallow-water isolates. Taken together, the results describe for the ?rst time the TMAO utilization in deep-sea bacterial strains, and expand our understanding of the physiological characteristic of marine bacteria.     

Design and analysis of an innovative deep-sea lifting motor pump

The lifting motor pump is the core equipment of the deep-sea hydraulic pipeline lifting system, and its research results are one of the important technical reserves for the research and development of marine mineral resources. It is an essential capacity for lifting motor pump to allow coarse particles pass through the flow passages, to realize this requirement, an increased flowrate method is employed to design a wide flow passage for an innovative six-stage lifting motor pump. Based on Computational Fluid Dynamics (CFD), the anti-blocking performance of the lifting motor pump designed by the conventional method and the increased flowrate method are compared, which show that the latter is better than the former. Numerical simulations of the internal two-phase flow inside the innovative pump are presented, and the flow parameters such as pressure, velocity and particle trajectory are obtained. According to the design method of the six-stage lifting motor pump, a two-stage lifting motor pump is manufactured, and the relevant performance experiments are performed. The results obtained by numerical simulation is in a good agreement with the experimental ones, thus the validity and accuracy of the numerical model and method is verified. The innovative two-stage lifting motor pump can operate smoothly with low noise and no blockage occurs, and its performance meets the design goals and requirements.     

Accumulator-Based Deep-Sea Microbe Gastight Sampling Technique

1.IntroductionPlenty of microbes exist in deep sea(Jiang,2000).They can survive and propagate under theconditions of extraordinary cold or heat and high pressure(Liu,2001).Studies on deep-sea microbesshowthat they have the function of decomposing petroleu…     

深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。     

基于预应力钢丝缠绕技术的深海超高压试验装置研制与应用

深海超高压环境模拟试验装置是深海关键技术与装备研究中必不可少的测试装置。采用传统的一体式压力筒研制大直径、超高压试验装置时难以克服应力集中的问题,安全性较低且造价昂贵。采用预应力钢丝缠绕技术研制的深海超高压环境模拟试验装置克服了其局限性,该装置是目前国内工作压力最高、可实现筒内环境数据监测且升降压自动控制的压力试验装置。文中简要介绍了该装置的系统组成及研制过程中主要关键技术问题及解决方法,最后介绍了典型实验应用,为深海超高压环境模拟试验装置的研制与应用提供参考。     

深海能源土含气储层力学特性三轴试验研究

为研究深海能源土在负压开采过程中含气储层的力学特性,基于含气土赋存理论,提出一种能够控制含气量及气泡大小的制样方法,通过GDS标准应力路径三轴试验系统,开展深海能源土含气储层的固结排水试验研究,分析深海能源土在不同黏土含量及不同含气量下的力学响应规律。研究结果表明：围压变化对深海能源土含气储层的抗剪强度峰值大小影响显著,围压越大抗剪强度峰值越高;黏土含量是决定应力应变曲线变化趋势的关键影响因素,黏土含量越高试样抗剪强度越低,试样抵抗应变软化效应的能力越强;含气土比饱和土体承载能力更低,且承载能力随含气量的增大呈衰减趋势;黏土含量和含气量是深海能源土含气储层抗剪强度指标的重要影响因素,黏土含量、含气量越高,土体自身的总抗剪强度值越低。     

万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆流场数值模拟

耐压结构是深海潜器的重要组成部分,但在深海的高压环境中却存在内爆的风险。为研究陶瓷耐压结构水下内爆的流场特性,使用针对可压缩多相流问题开发的开源代码,采用直接数值模拟,应用自适应直角网格,对两种压力条件下的耐压结构水下内爆进行了数值模拟。通过低压模拟结果与理论解和试验值比较,验证了模拟方法的有效性,进而开展万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆模拟。分析发现：陶瓷耐压结构发生内爆后,其内部气腔存在多次压缩—反弹现象,深海环境压力越大则反弹越不明显;气腔反弹阶段,在结构外部将产生数倍于深海环境压力的冲击波,且传播速度接近声速;冲击波压力峰值与到球心距离呈负指数幂函数关系;在相同深海环境压力下,耐压结构外部监测点的冲击波压力与球体半径呈正比例关系。