基于小型海洋装备的沉浮式安全系统研究

发布时间：2017-12-26 22:04

本文关键词：基于小型海洋装备的沉浮式安全系统研究　出处：《上海海洋大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着中国综合国力的发展，海洋的开发与利用越来越广泛，而海洋环境具有多变、复杂的特性，对于海洋监测浮标、小型海洋波浪能发电装置、渔业资源网箱等小型海洋装备长期工作在海面，，直接承受风、浪、流、冰等载荷的影响，特别是在风暴潮、台风、巨浪、海啸等极端海况下，会直接损坏装备，造成巨大的损失。本文设计研究一种基于小型海洋装备的沉浮式安全系统，能够通过下沉的手段将海洋工程装备沉降到水下一定的深度，躲避了恶劣海况的直接作用，提高了海洋装备的使用寿命和工作稳定性。安全系统由电源供给系统、控制系统、密封盖板、执行机构、安装耳板、浮筒体、锚泊系统构成。安全系统可替代浮式小型海洋装备的浮子使用，承载着小型海洋装备装置长期工作在海面，出现恶劣海况时，通过GPRS网络传输下沉信号，执行机构改变安全系统浮力同重力之间的平衡关系，进而下沉保护海洋工程装备。安全系统自身安全性高、应用性广泛，不但可以替代小型海洋装备的浮子，而且可直接作为浮标使用。研究中对安全系统中的浮筒体在静水中的稳性进行了分析，计算可得稳心高度大于浮心和重心到浮筒底部的高度，自身稳性良好。安全系统漂浮在海面，承受着波浪的冲击，将波浪简化为二维简谐波，对升沉运动和无阻尼横摇运动进行了研究，通过MATLAB软件仿真得到了升沉运动的响应，对垂荡运动的固有周期、横摇运动固有周期进行了计算，结果均小于2.5-3s，可避开波浪的主能量频率，反映出良好的随波性。对沉浮运动过程时的状态进行研究，推导出安全系统运动的数学模型，运用MATLAB对模型进行仿真，得到了关于速度、加速度、位移的仿真曲线，能够反映安全系统在水中的运动状态，为今后的研究奠定了理论基础。为了更好的研究下沉与上浮的运动状态，借助ANSYSY Fluent进行三维流体仿真，通过仿真我们能够得到安全系统在下沉和上浮两个过程中流场速度与压强的变化，为模型的优化提供了一个参考方案；对阻力系数与升力系数的仿真求解，验证了数学模中系数取值正确、数学模型受力分析正确。为了验证沉浮工作原理，对安全系统主要零部件进行加工与实验，通过水下实验证明了采用变体积工作方式是可行的，安全系统设计正确；对充气泵在不同深度（3m、5m）负载下的工作时间进行统计，实验证明了充气泵在深度负载增加时流量较实验室空载时小，深度越大，流量越小，运动状态在下沉与上浮时产生的差异来自泵的工作状态，为安全系统自动控制充气时间的设定提供了参考方案。小型海洋装备的沉浮式安全系统的设计与研究，增加了海洋工程装备抵抗恶劣海况的能力，提高了海洋装备的使用寿命和工作稳定性，具有一定的实用意义和推广价值，对未来的浮式（浮子式）小型海洋装备、水下运载设备的研究提供一个参考的依据。
[Abstract]:With the development of Chinese comprehensive national power, marine development and utilization of more and more widely, and the marine environment has the characteristics of complex, the marine monitoring buoy, small ocean wave energy power generation device of fishery resources, marine equipment and other small cages in the sea for a long time, the direct effects of wind, wave and flow under ice load, etc. in particular, storm tide, typhoon, tsunami, waves and other extreme sea conditions will directly damage the equipment, causing huge losses. This study design a floating security system based on small marine equipment, through sinking means of marine engineering equipment under water deposition to a certain depth, to avoid the direct effect of bad sea conditions, improve marine equipment service life and stability. The safety system is composed of power supply system, control system, sealing cover plate, actuator, mounting ear plate, buoy body and anchorage system. The security system can replace the floating small marine float equipment use, carrying a small marine equipment device working in the sea long, bad sea conditions, through the GPRS network transmission sink signal, actuator system change the security relationship with the buoyancy balance between gravity and sinking, the protection of the marine engineering equipment. The security system has high security and wide application. It can not only replace the buoy of small marine equipment, but also can be used directly as a buoy.
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P742

【参考文献】