深海底岩芯取样钻机强电系统的设计

发布时间：2017-09-29 03:06

  本文关键词：深海底岩芯取样钻机强电系统的设计

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【摘要】：深海岩芯取样钻机是进行深海底地质调查、深海底矿产资源勘探不可缺少的重大技术装备。我国第1台由蓄电池组供电的深海浅地层岩芯取样钻机于2003年研制成功,受电池本身性能的影响,存在一些使用限制。大功率的深海钻机等大型海底设备的研制需要克服利用铠装通讯动力复合电缆提供动力电这一瓶颈技术,在此之前,国内科学考察船还没有这方面的应用先例。分别于2009年和2010年研发成功的深海2米岩芯取样钻机和深海底中深孔岩芯取样钻机均采用复合电缆向海底进行大功率长距离输电和光纤通信,这在我国大洋调查中也是首次应用。本文首先介绍了海底钻机系统研制的背景、目的和意义,国内外研究现状和主要研究内容,以及海底中深孔岩芯钻机系统的总体构成,在此基础上阐明了本论文研究对象为海底钻机的强电输送。本文采用理论分析推导与建模及计算、试验样机研制、实验室检测调试及试验研究、海上试验等方法,对深海底岩芯取样钻机强电输送及电力参数监测的关键技术进行了研究,本文的主要研究内容有：1.在钻机系统作业对象和作业条件的基础上,介绍了钻机的基本设计研究思路,包括钻机系统总体构成和各个子系统、系统工作模式和系统基本设计指标的选择等。2.介绍了海底钻机强电系统的研制背景、详细设计、工作原理与步骤等,引述出功率补偿的问题。随后介绍了无功功率并阐述了无功功率的控制及补偿方法；将其应用到海底钻机高压供电系统并推导建立了海底钻机高压供电系统的基本设计理论与计算公式,以及在海底进行就地功率因数补偿的理论；在此基础上研制出了实用的万米铠装通讯动力复合缆高压供配电系统,并在实验室进行大量试验研究；同时对充油压力平衡型深海高压继电控制装置与技术展开了研究,进行了大量试验,提出了实用的操作技术方法。3.介绍了钻机电子监控系统整体设计,主要包括水上系统、水下系统和光纤通信系统。然后详细介绍了强电监控系统的硬件设计和软件设计。4.介绍了海底钻机强电供电系统海上试验的过程、步骤和结果。依据本论文的的研究成果研制的万米铠装光电复合缆高压供配电系统在实验室进行了全面检测调试,达到了全部设计功能和指标；在海上试验中整个强电系统运行可靠,各项参数均正常。首次应用通讯动力复合缆长距离高压变送电给大型海底岩芯钻探设备取得成功,为以后甲板给其它的大型海底设备供电奠定了基础。
【关键词】：海底钻机 深海电机 光电复合缆 无功功率补偿
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634.31;P715.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 研究目的和意义15-17
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势17-18
• 1.4 本论文主要研究内容18-20
• 第2章 深海底岩芯取样钻机总体设计20-29
• 2.1 系统作业方式20-21
• 2.2 系统作业环境21-22
• 2.3 系统总体设计22-27
• 2.3.1 机械子系统设计22-25
• 2.3.2 高压强电供变电子系统设计25-26
• 2.3.3 电子监控子系统设计26-27
• 2.4 系统部分设计指标和参数27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 通讯动力复合缆供电及海底继电控制技术29-62
• 3.1 海底钻机强电系统研制背景29-30
• 3.2 钻机强电供电系统设计30-37
• 3.2.1 钻机强电系统框架设计30-31
• 3.2.2 工作原理与步骤31-35
• 3.2.3 供电控制原理框图35-37
• 3.3 通讯动力复合缆供电能力分析37-38
• 3.4 功率因数对电路的影响和无功功率的补偿38-40
• 3.4.1 功率因数和无功功率对电路影响分析38-39
• 3.4.2 影响功率因数的主要因素39
• 3.4.3 无功功率的补偿方法和补偿设备39-40
• 3.5 深海电机无功功率就地补偿理论与技术40-52
• 3.5.1 无功功率就地补偿理论41-44
• 3.5.2 深海电机无功功率就地补偿方法和补偿电容量计算44-47
• 3.5.3 无功功率就地补偿效果试验47-48
• 3.5.4 深海耐压电容改造研制及试验48-52
• 3.6 深海电机继电控制技术研究52-56
• 3.6.1 充油平衡式继电控制装置的基本结构及原理52-53
• 3.6.2 深水压力对接触器不带载通断能力的影响53-54
• 3.6.3 深水压力和充油对接触器触点带载通断能力的影响54
• 3.6.4 继电控制装置在海底可行的工作方式54-55
• 3.6.5 试验情况及和结论55-56
• 3.7 钻机强电系统介绍56-60
• 3.8 本章小结60-62
• 第4章 钻机供配电系统监测技术62-69
• 4.1 钻机电子监控系统整体设计62-65
• 4.2 水面强电监测系统整体设计65-67
• 4.2.1 接口转换卡设计66
• 4.2.2 仪表与计算机通信66-67
• 4.3 水面强电监测系统软件设计67
• 4.4 系统调试67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 钻机强电系统海上试验69-74
• 5.1 海试绝缘检测69-70
• 5.2 海试过程70-71
• 5.3 海试结果71-74
• 总结与展望74-76
• 参考文献76-79
• 致谢79

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本文编号：939594