深海采矿水下巡检ROV水动力特性分析

为了高效稳定开采深海矿物资源,需要对深海采矿系统水下作业进行监测、维护。按照实际应用需要,自主研制了一款辅助海底多金属结核开采的水下巡检机器人 （Remotely Operated Vehicle,ROV）。本文基于计算流体动力学方法,研究了 ROV 在进退和升沉两种主要运动模式下的阻力、表面压强及流场流线特点,同时采用滑移网格方法对螺旋桨仿真,分析了螺旋桨转动对 ROV 水动力性能的影响。结果表明：ROV 在前进和下潜时具有较好的水动力性能,螺旋桨转动对 ROV 腔体内部流场及尾流区域产生梳流导流作用,减小了 ROV 负压区及航行阻力,后退和上升时螺旋桨转动则加剧内部流场紊乱,恶化了 ROV 水动力性能。     

四点长基线深海定位模型建立方法及精度分析

高精度水下定位技术对于维护国家海疆安全、海洋权益和国民经济建设具有十分重要意义和实际应用价值。根据射线在水中的传播特性,利用双曲面定位方法建立长基线深海定位模型,通过计算机仿真获得4 000 m水下信源在10 km~2正方形范围内的定位误差精度及分布规律。结果表明:浮标网络中心位置定位精度最高,可得到亚米级;离中心位置越远,定位精度越差。     

深海采矿的环境影响

20世纪70年代以来,随着大洋多金属结核勘查和开发活动的日益频繁,深海采矿可能引起的环境问题亦引起了国际社会的广泛关注,联合国建立了多种临时委员会和常设委员会来研究开发海洋矿产资源的法律、经济、科学和技术方面的问题,《联合国海洋法公约》等有关法律和法规相继出台。而在《联合国海洋法公约》框架基础上成立     

深海采矿势在必行

长期以来,深海采矿一直备受冷落,因为它耗资巨大,且难以付诸实践。现在,深海采矿取得了新的进展。《自然》杂志社记者马克·施罗普(Mark Schrope)报道,有两家公司准备冒险尝试深海采矿。     

采矿车运动对深海采矿软管输送系统的影响分析

根据矿石输送软管挠度变化很大的特点,采用了几何非线性有限元理论对输送系统进行力学分析;根据输送管道在采矿船和采矿车的牵引下运动,同时受到管道和管内流体重力、浮力和海水阻力作用的情况,采用有限元对输送系统进行了计算分析。从计算结果的比较分析可知,在输送管道下端安装浮体,得到了一种十分理想的采矿系统;采矿车牵引输送管道运动时,海水对管道产生很大的阻力,海水阻力对管道两端结点反力和管道形状影响都很大。     

深海采矿转臂机构采矿姿态优化研究

针对海底地形不平坦特性,提出了一种变幅机构来自适应海底地形采矿姿态的采矿机构。综合考虑采矿机构采掘头距海底高度对采矿率影响,利用关键点法建立了节臂上的点到海底地形距离的数学模型。在此基础上,建立了以采矿率最高为目标的最优采矿姿态数学模型。以某实际地形为例,采用模拟退火遗传算法优化求解最优采矿姿态。根据其优化后结果可知,其最优采矿姿态与海底地形坡度变化一致,从而证明了采矿姿态模型的正确性。     

深海采矿技术在缓慢中持续发展

概述７０年代以来深海采矿技术的发展，重点对日本的深海采矿系统进行了展示，指出了未来１０年深海采矿技术的发展方向。     

Coupled dynamic analysis of deep-sea mining support vessel with dynamic positioning

Deep-sea mining (DSM) is an advanced concept. A simulation method of coupled vessel/riser/body system in DSM combined with dynamic positioning (DP) is proposed. Based on the three-dimensional potential flow theory, lumped mass method, and Morison’s equations the dynamic models of the production support vessel, riser and slurry pump are established. A proportion integration differentiation (PID) controller with a nonlinear observer and a thrust allocation unit are used to simulate the DP system. Coupled time domain simulation is implemented with the vessel operated in two DP modes. Results of the vessel and pump motions, riser tension, and thruster forces are obtained. It shows that the pump will be lifted by the riser when the vessel is chasing the next set point. Riser tension is influenced by the wave frequency motions of the vessel in positioning mode and low-frequency motions in tracking mode. The proposed simulation scheme is practical to study the DSM operation.     

UML在深海集矿机远程监控系统中应用研究

分析了UML（unified modeling language）建模方法在信息建模中的优点,具体研究了UML建模方法在深海集矿机远程监控系统建模中的应用;针对深海集矿机远程监控系统的工艺流程,采用UML中的用例图、活动图和序列图等描述远程监控系统的需求、分析和设计阶段的信息系统模型;并对深海集矿机远程监控系统进行建模,使系统模型更通用、更易理解,增强了系统模型的重用性和互操作性。以Rational Rose 2002为工具来描述UML方法的建模过程,开发了深海集矿机远程监控系统,在海洋采矿系统的模型机上试验运行情况良好。     

基于矢量信号处理的水声定位系统

将传统的水声定位系统与矢量水听器相结合，设计了一种全新的轻便型长基线被动水声定位系统。介绍了系统的组成和工作原理，并结合近年来出现的矢量信号处理技术，设计了新的实时信号处理软件。经湖试和海试，系统的可行性得到了初步的验证。     

Heave compensation system of lifting pipeline for deep-sea mining based on combined action of vibration absorber and accumulator

ABSTRACT

A heave compensation system combined with a vibration absorber and accumulator is proposed, with regard to the requirement for poly-metallic nodule mining systems at an ocean depth of 6,000?m in China. The principle of the compensation system was analyzed, its main parameters were designed, and its mathematical model was established. The system performance was simulated and analyzed in MATLAB, and the frequency domain characteristics and compensation rate of the system with different volume accumulators, and with or without vibration absorbers, were compared. A simulation test of the compensation system was conducted. The proposed compensation system had a better compensation effect for a random wave interference under level-6 sea conditions, and the compensation rate being more than 72% with optimal system parameters.     

自治水下机器人在深海采矿系统湖试中的应用

以大洋采矿前期的湖试为例,介绍了AUV在矿产资源调查和深海采矿中的应用。在深海采矿系统作业前期,利用AUV调查湖底的地形地貌、结核的分布与覆盖率,确定集矿机作业地点的大地坐标。在深海采矿系统作业后期,利用AUV调查集矿机在湖底的行走轨迹和压陷深度,估算回采率。     

履带式深海采矿车软底质行走性能分析

海底底质的物理力学参数不同于陆地土壤,其极低的抗剪强度和承压强度对深海采矿车的行走性能提出高要求。分析基于车辆地面力学理论,开展了底质土力学特性试验研究,建立了深海底质力学模型。根据深海重载作业采矿车样机结构参数,在大型动力学仿真软件Recurdyn中建立了仿真模型。通过直线行走多体动力学仿真与直线行走海试试验的对比,验证了仿真模型的准确性。在此基础上开展了采矿车样机在深海软底质上的多种行走工况动力学仿真,分析与评价其行走性能。结果表明,采矿车样机可以顺利完成转弯、爬坡、越障等基本功能。该研究成果可为深海采矿车海底行走性能评估提供理论参考,为深海采矿车和软底质的相互作用力学研究提供借鉴。     

深海采矿扬矿泵导叶区域粗颗粒通过特性试验研究

在深海采矿系统中,海底矿石必须经过扬矿泵才能提升到海面船上,但矿石粒径较粗,容易在泵体中形成堵塞,尤其是在扬矿泵导叶区域,因此,研究粗粒在导叶中的运动特性对于保障系统安全工作具有重要意义。针对深海矿物粒径较大的特点,设计并制作了具有宽流道的扬矿泵流道模型,安装于管道输送试验系统。利用高速摄像机对扬矿泵导叶内粗颗粒运动特性进行了记录,并对其运动轨迹、碰撞情况以及颗粒速度等信息进行了分析。结果表明:颗粒在通过导叶区域时,运动轨迹与水流流向基本一致;颗粒与导叶发生碰撞位置主要集中于导叶背面入口处、导叶压力面中部和导叶背面出口处;颗粒粒径越小,跟随性越好,碰撞次数越少。试验结果可为扬矿电泵设计提供参考。     

深海采矿提升管泵级设置优化研究

随着陆上资源的日渐枯竭,深海开发已经成为世界主要大国的重要战略目标,实现高效、低能耗的深海矿产提升具有重要意义。基于大颗粒垂直管道提升理论和离心泵理论,针对不同矿浆浓度设定多种工况,假定泵级数,分别求解系统工作点。从效率、产量、功率和单位产量能耗四个优化指标出发,借助图像进行直观分析比较,优化泵级数的设置。分析结果表明,单位产量能耗在某一较高泵级数处可取得最小值,此时亦可保证较高的产量和泥泵效率较好的发挥,该泵级数可选取为最优泵级数方案。     

深海采矿整体联动风险分析及应急撤离策略研究

深海采矿作为新领域资源重点开发项目,国外已开展部分试验研究,国内现阶段仅停留在重点设备部件级功能验证,还未开展过系统整体联动,距离海洋油气等正在进行的规模化商业开采还有很大距离.本文以深海采矿系统整体联动模型为基础,与海洋油气工程作业平台技术模型进行对比,对整体联动风险点进行深度分析,并根据重点风险部件开展其悬挂模式、...