全海深保压采水器结构设计及密封技术研究
发布时间：2021-05-18 20:46
采集海水样品并获取其成分信息,对海洋探索和微生物研究而言具有十分重要的意义。为此,国内外研制了各种类型的深海取样器,随着人类深海装备技术的进步,具备保压功能的全海深采水器已成为重要的取样工具,其结构和性能仍具有一定的提升空间。因此,本文对全海深采水器进行结构设计,并针对其关键性的密封和保压技术进行研究。通过对国内外深海采样器相关技术的研究,结合本课题全海深和保压的关键设计要求,提出了采水器的总体结构方案。设计了超高压阀体的平衡式阀芯结构,并在此基础上创新性地设计了基于爆炸螺栓的采样阀驱动装置。针对爆炸螺栓内火药引爆后可能带来的海水样品污染问题,在驱动装置基础上设计了水下防污染隔离装置。根据爆炸螺栓的工作原理及触发条件,对比多种水下供电方式,提出了电磁感应式水下无线供电方案,并对水下触发装置进行了初步测试。分析了含蓄能腔的采样筒体结构在样品回收过程中的压力补偿作用,介绍了一种可用于防止取样管海水和压力平衡采样阀死区容积杂质对样品污染的采样筒体结构,并论述其可行性。基于有限元法对全海深保压采水器关键性的密封技术进行研究。分析了阀芯-阀座的锥面密封性能,其结果表明:在仿真环境下,非均匀锥面密...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 深海采样器发展现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 研究意义
1.4 本文的主要研究内容
2 全海深保压采水器总体方案设计
2.1 总体方案概述
2.1.1 设计要求
2.1.2 总体结构及关键部位
2.2 全海深采样阀
2.2.1 平衡阀芯结构
2.2.2 工作原理
2.3 基于爆炸螺栓的采样阀驱动装置
2.3.1 水下驱动方式介绍
2.3.2 基于爆炸螺栓的驱动装置
2.3.3 爆炸螺栓工作原理
2.3.4 驱动装置工作原理
2.3.5 水下防污染隔离机构
2.4 爆炸螺栓的水下触发方式
2.4.1 爆炸螺栓桥路接线
2.4.2 爆炸螺栓水下无线供电方案
2.4.3 电磁感应式无线供电工作原理
2.4.4 电磁感应装置实验测试
2.5 采样筒体结构
2.5.1 含蓄能腔的采样筒体结构
2.5.2 防污物采样筒体结构
2.6 保压转移装置介绍
2.7 本章小结
3 采水器密封技术研究
3.1 基于ANSYS Workbench的仿真分析
3.1.1 有限元的分析方法
3.1.2 结构非线性分析
3.1.3 接触问题有限元分析
3.2 采样阀锥面密封仿真
3.2.1 锥面密封比压
3.2.2 锥面密封模型建立
3.2.3 仿真结果分析
3.3 O形密封圈仿真
3.3.1 O形圈密封模型建立
3.3.2 仿真结果分析
3.3.3 密封圈选型
3.4 本章小结
4 采样阀及其驱动装置关键部位设计及校核
4.1 阀芯结构有限元分析
4.2 螺纹连接强度计算
4.2.1 螺杆强度计算
4.2.2 螺纹强度计算
4.3 水下爆炸螺栓选型
4.4 弹簧设计
4.5 螺纹拧紧力矩和轴向力的关系
4.6 本章小结
5 采样筒体保压性能研究
5.1 采样筒体结构设计
5.1.1 材料选择
5.1.2 采样腔尺寸设计
5.1.3 蓄能腔尺寸设计
5.1.4 筒体壁厚设计
5.1.5 采样筒体结构参数和工作环境参数
5.2 不含蓄能腔的采样筒体保压性能
5.2.1 压力因素导致的筒体体积变化
5.2.2 温度因素导致的筒体体积变化
5.2.3 样品的保压率
5.3 含蓄能腔的采样筒体保压性能
5.3.1 筒体内气体和液体体积变化
5.3.2 样品的保压率
5.4 采样筒体保压性能的影响因素
5.4.1 采样筒体壁厚对保压率影响分析
5.4.2 蓄能腔气体预充压力对保压率影响分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 论文创新点
6.3 工作展望
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]齿形滑环组合密封的摩擦力矩计算[J]. 陈家旺,郦炳杰,杨俊毅,郑旻辉. 海洋工程. 2018(01)
[2]深海能源开发现状和前景研究[J]. 何琦,汪鹏. 海洋开发与管理. 2017(12)
[3]深海矿产资源潜力与全球治理探析[J]. 张涛,蒋成竹. 中国矿业. 2017(11)
[4]水下无线电能传输研究进展[J]. 牛王强. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]深海生物采样工具研制报告[J]. 任翀,王峰,刘小涯,王旭阳,曾润颖. 科技创新导报. 2016(05)
[6]基于ANSYS Workbench的O形密封圈有限元分析研究[J]. 王刚,张晞,张弋,刘凯. 煤矿机械. 2015(10)
[7]无线输电关键技术及其应用[J]. 程时杰,陈小良,王军华,文劲宇,黎静华. 电工技术学报. 2015(19)
[8]无污染爆炸螺栓动态断裂特性的数值模拟[J]. 刘怀亮,崔德林,阎绍泽. 清华大学学报(自然科学版). 2015(03)
[9]机械密封O形橡胶密封圈力学行为的有限元分析[J]. 王财生,秦瑶,安琦. 华东理工大学学报(自然科学版). 2013(06)
[10]蛟龙号载人潜水器的7000米级海上试验[J]. 崔维成,刘峰,胡震,朱敏,郭威,刘诚刚. 船舶力学. 2012(10)
博士论文
[1]深海气密采水系统设计及其海试[D]. 黄豪彩.浙江大学 2010
[2]深海热液保真采样机理及其实现技术研究[D]. 吴世军.浙江大学 2009
[3]深海热液保压采样器的关键技术研究[D]. 刘伟.浙江大学 2007
[4]深海浮游微生物浓缩保压取样关键技术研究[D]. 黄中华.中南大学 2006
硕士论文
[1]高压航空作动器主密封性能研究[D]. 吴长贵.清华大学 2016
[2]Y型气动密封圈的可靠性建模与实验研究[D]. 迪力夏提·艾海提.清华大学 2015
[3]水下无人航行器无线充电技术研究[D]. 余涛.哈尔滨工程大学 2015
[4]水下测量装置的无线电能传输技术研究[D]. 富一博.中国舰船研究院 2015
[5]新型天然气水合物保真筒保压特性研究[D]. 安莉.浙江大学 2014
[6]基于电机驱动采样阀的深海水体采样技术研究[D]. 孙辉.浙江大学 2013
[7]水下非接触电能传输装置的设计、试验与研究[D]. 林麟.浙江大学 2012
[8]某型无污染爆炸螺栓的研制[D]. 孙勇.南京理工大学 2008
本文编号：3194458
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 深海采样器发展现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 研究意义
1.4 本文的主要研究内容
2 全海深保压采水器总体方案设计
2.1 总体方案概述
2.1.1 设计要求
2.1.2 总体结构及关键部位
2.2 全海深采样阀
2.2.1 平衡阀芯结构
2.2.2 工作原理
2.3 基于爆炸螺栓的采样阀驱动装置
2.3.1 水下驱动方式介绍
2.3.2 基于爆炸螺栓的驱动装置
2.3.3 爆炸螺栓工作原理
2.3.4 驱动装置工作原理
2.3.5 水下防污染隔离机构
2.4 爆炸螺栓的水下触发方式
2.4.1 爆炸螺栓桥路接线
2.4.2 爆炸螺栓水下无线供电方案
2.4.3 电磁感应式无线供电工作原理
2.4.4 电磁感应装置实验测试
2.5 采样筒体结构
2.5.1 含蓄能腔的采样筒体结构
2.5.2 防污物采样筒体结构
2.6 保压转移装置介绍
2.7 本章小结
3 采水器密封技术研究
3.1 基于ANSYS Workbench的仿真分析
3.1.1 有限元的分析方法
3.1.2 结构非线性分析
3.1.3 接触问题有限元分析
3.2 采样阀锥面密封仿真
3.2.1 锥面密封比压
3.2.2 锥面密封模型建立
3.2.3 仿真结果分析
3.3 O形密封圈仿真
3.3.1 O形圈密封模型建立
3.3.2 仿真结果分析
3.3.3 密封圈选型
3.4 本章小结
4 采样阀及其驱动装置关键部位设计及校核
4.1 阀芯结构有限元分析
4.2 螺纹连接强度计算
4.2.1 螺杆强度计算
4.2.2 螺纹强度计算
4.3 水下爆炸螺栓选型
4.4 弹簧设计
4.5 螺纹拧紧力矩和轴向力的关系
4.6 本章小结
5 采样筒体保压性能研究
5.1 采样筒体结构设计
5.1.1 材料选择
5.1.2 采样腔尺寸设计
5.1.3 蓄能腔尺寸设计
5.1.4 筒体壁厚设计
5.1.5 采样筒体结构参数和工作环境参数
5.2 不含蓄能腔的采样筒体保压性能
5.2.1 压力因素导致的筒体体积变化
5.2.2 温度因素导致的筒体体积变化
5.2.3 样品的保压率
5.3 含蓄能腔的采样筒体保压性能
5.3.1 筒体内气体和液体体积变化
5.3.2 样品的保压率
5.4 采样筒体保压性能的影响因素
5.4.1 采样筒体壁厚对保压率影响分析
5.4.2 蓄能腔气体预充压力对保压率影响分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 研究总结
6.2 论文创新点
6.3 工作展望
参考文献
附录
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]齿形滑环组合密封的摩擦力矩计算[J]. 陈家旺,郦炳杰,杨俊毅,郑旻辉. 海洋工程. 2018(01)
[2]深海能源开发现状和前景研究[J]. 何琦,汪鹏. 海洋开发与管理. 2017(12)
[3]深海矿产资源潜力与全球治理探析[J]. 张涛,蒋成竹. 中国矿业. 2017(11)
[4]水下无线电能传输研究进展[J]. 牛王强. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]深海生物采样工具研制报告[J]. 任翀,王峰,刘小涯,王旭阳,曾润颖. 科技创新导报. 2016(05)
[6]基于ANSYS Workbench的O形密封圈有限元分析研究[J]. 王刚,张晞,张弋,刘凯. 煤矿机械. 2015(10)
[7]无线输电关键技术及其应用[J]. 程时杰,陈小良,王军华,文劲宇,黎静华. 电工技术学报. 2015(19)
[8]无污染爆炸螺栓动态断裂特性的数值模拟[J]. 刘怀亮,崔德林,阎绍泽. 清华大学学报(自然科学版). 2015(03)
[9]机械密封O形橡胶密封圈力学行为的有限元分析[J]. 王财生,秦瑶,安琦. 华东理工大学学报(自然科学版). 2013(06)
[10]蛟龙号载人潜水器的7000米级海上试验[J]. 崔维成,刘峰,胡震,朱敏,郭威,刘诚刚. 船舶力学. 2012(10)
博士论文
[1]深海气密采水系统设计及其海试[D]. 黄豪彩.浙江大学 2010
[2]深海热液保真采样机理及其实现技术研究[D]. 吴世军.浙江大学 2009
[3]深海热液保压采样器的关键技术研究[D]. 刘伟.浙江大学 2007
[4]深海浮游微生物浓缩保压取样关键技术研究[D]. 黄中华.中南大学 2006
硕士论文
[1]高压航空作动器主密封性能研究[D]. 吴长贵.清华大学 2016
[2]Y型气动密封圈的可靠性建模与实验研究[D]. 迪力夏提·艾海提.清华大学 2015
[3]水下无人航行器无线充电技术研究[D]. 余涛.哈尔滨工程大学 2015
[4]水下测量装置的无线电能传输技术研究[D]. 富一博.中国舰船研究院 2015
[5]新型天然气水合物保真筒保压特性研究[D]. 安莉.浙江大学 2014
[6]基于电机驱动采样阀的深海水体采样技术研究[D]. 孙辉.浙江大学 2013
[7]水下非接触电能传输装置的设计、试验与研究[D]. 林麟.浙江大学 2012
[8]某型无污染爆炸螺栓的研制[D]. 孙勇.南京理工大学 2008
本文编号：3194458
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