深海保压防污物采样器设计与研究
发布时间：2022-02-24 11:56
海水蕴含着丰富的信息。分析研究水样物理、化学特性,对探寻深海矿物资源、了解海洋微生物特性、认识地球内部自然规律等有着重要意义。市面上,现有深海保压采样器普遍存在样品污染问题,且至今仍罕见针对万米深海的保压采样装置。本文针对此问题提出了一种可用于万米深海的新型保压防污物采样筒体结构,并对其关键技术展开了研究,主要内容如下:调研了国内外先进深海采样器的采样原理及结构特点,整理分析了现有深海采样器存在的样品防污物机构、超高压密封形式、样品保压方案、整体紧凑结构等设计技术难点,为新型采样装置设计提供了技术背景。针对样品污染问题,提出了一种带污水收集功能的新型筒体结构,利用带截面差的活塞将筒体分隔出样品腔、污水腔、蓄能腔,最后对新型采样器各部分组成、安装、工作原理进行了详细阐述。针对采样器端部关键密封部位在不同海深工况下的密封可靠性问题,选用了加强型组合式直角密封圈,并基于ANSYS有限元软件进行了非线性仿真,通过对密封圈接触状况的分析,发现挡圈与端部配合面的接触情况是密封成功与否的关键点,并通过挡圈接触压力的计算验证了所选组合式端部直角密封圈在各海深下的密封可靠性,为后续机构设计提供了参考。针...
【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】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关研究进展
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 研究难点
1.4 本文研究内容
1.5 本章小结
2 深海保压采样器系统整体方案
2.1 引言
2.2 采样器设计指标与作业环境
2.3 采样器系统分析与设计
2.3.1 采样器系统的功能分析
2.3.2 采样器关键技术设计
2.4 采样器系统方案说明
2.4.1 采样器系统安装流程
2.4.2 采样器系统取样过程
2.5 本章小结
3 密封圈可靠性建模与分析
3.1 引言
3.2 接触问题概述
3.3 接触分析步骤
3.4 基于ANSYS的有限元仿真
3.4.1 密封圈类型及材料模型确定
3.4.2 密封圈和沟槽尺寸
3.4.3 加强型组合直角密封圈有限元模型建立
3.4.4 密封圈过盈安装
3.4.5 流体压力加载
3.4.6 网格无关性验证
3.5 仿真结果分析
3.5.1 应力分析
3.5.2 密封环接触压力分析
3.6 小结
4 新型采样器采样原理可行性及保压性能分析
4.1 引言
4.2 新型采样器采样原理可行性分析
4.2.1 采样器初始长度确定
4.2.2 蓄能腔气腔初始有效预充体积的计算
4.2.3 蓄能气腔预充压力限制条件分析
4.3 样品终态压降模型
4.3.1 高压海水状态方程
4.3.2 终态水体及气体体积计算
4.3.3 终态筒体容积计算
4.3.4 终态样品压力方程
4.4 结果分析
4.4.1 目标海深压降结果
4.4.2 预充压力与采样体积、终态压力的关系
4.5 小结
5 深海保压采样器结构设计与优化
5.1 引言
5.2 装置结构材料选择
5.3 采样器关键结构及尺寸设计
5.3.1 筒体结构设计
5.3.2 筒体结构尺寸设计
5.3.3 螺纹套筒结构设计与尺度计算
5.3.4 变截面活塞杆及其配件结构设计
5.4 筒体连接机构ANSYS有限元分析与优化
5.4.1 深海采样器新型连接机构整体有限元分析
5.4.2 结果分析
5.4.3 参数优化
5.5 小结
6 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 本文创新点
6.3 展望
参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]不锈钢在海水中的腐蚀行为研究进展[J]. 戚柳明. 科学技术创新. 2018(21)
[2]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)
[3]A Remotely Operated Serial Sampler for Collecting Gas-Tight Fluid Samples[J]. 吴世军,杨灿军,丁抗,谭春阳. China Ocean Engineering. 2015(05)
[4]钛及钛合金材料经济性及低成本方法论述[J]. 李献民,刘立,董洁,赵普. 中国材料进展. 2015(05)
[5]电控多瓶采水器系统的优化设计[J]. 宋义昭,兰卉,贾文娟,程敏,廖和琴,张孝薇. 海洋技术学报. 2014(05)
[6]“海洋金属”钛的特性及应用[J]. 邹武装. 世界有色金属. 2014(08)
[7]海底观测网络关键技术研究进展[J]. 杜立彬,李正宝,刘杰,吕斌,曲君乐. 山东科学. 2014(01)
[8]锥阀密封结构的静态接触分析[J]. 聂威,俞浙青,阮健,郑波. 浙江工业大学学报. 2008(01)
[9]滑环式组合密封件的研究（Ⅱ）——阶梯形同轴密封件（斯特圈）的有限元分析[J]. 谭晶,梁军,杨卫民,丁玉梅,李建国. 润滑与密封. 2007(07)
[10]O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析[J]. 周志鸿,张康雷,李静,许同乐. 润滑与密封. 2006(04)
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
[5]承压设备强度数值模拟若干问题及其工程应用研究[D]. 苏文献.浙江大学 2003
硕士论文
[1]深海微生物的多样性及其功能酶研究[D]. 王淑艳.国家海洋局第一海洋研究所 2018
[2]高压航空作动器主密封性能研究[D]. 吴长贵.清华大学 2016
[3]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
[4]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
[5]基于ANSYS的O形密封圈的有限元分析[D]. 徐同江.山东大学 2012
[6]高温高压模拟平台控制技术研究[D]. 张建文.浙江大学 2004
[7]圆柱壳大开孔应力分析研究[D]. 张洪伟.大连理工大学 2003
本文编号：3642674
【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】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外相关研究进展
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 研究难点
1.4 本文研究内容
1.5 本章小结
2 深海保压采样器系统整体方案
2.1 引言
2.2 采样器设计指标与作业环境
2.3 采样器系统分析与设计
2.3.1 采样器系统的功能分析
2.3.2 采样器关键技术设计
2.4 采样器系统方案说明
2.4.1 采样器系统安装流程
2.4.2 采样器系统取样过程
2.5 本章小结
3 密封圈可靠性建模与分析
3.1 引言
3.2 接触问题概述
3.3 接触分析步骤
3.4 基于ANSYS的有限元仿真
3.4.1 密封圈类型及材料模型确定
3.4.2 密封圈和沟槽尺寸
3.4.3 加强型组合直角密封圈有限元模型建立
3.4.4 密封圈过盈安装
3.4.5 流体压力加载
3.4.6 网格无关性验证
3.5 仿真结果分析
3.5.1 应力分析
3.5.2 密封环接触压力分析
3.6 小结
4 新型采样器采样原理可行性及保压性能分析
4.1 引言
4.2 新型采样器采样原理可行性分析
4.2.1 采样器初始长度确定
4.2.2 蓄能腔气腔初始有效预充体积的计算
4.2.3 蓄能气腔预充压力限制条件分析
4.3 样品终态压降模型
4.3.1 高压海水状态方程
4.3.2 终态水体及气体体积计算
4.3.3 终态筒体容积计算
4.3.4 终态样品压力方程
4.4 结果分析
4.4.1 目标海深压降结果
4.4.2 预充压力与采样体积、终态压力的关系
4.5 小结
5 深海保压采样器结构设计与优化
5.1 引言
5.2 装置结构材料选择
5.3 采样器关键结构及尺寸设计
5.3.1 筒体结构设计
5.3.2 筒体结构尺寸设计
5.3.3 螺纹套筒结构设计与尺度计算
5.3.4 变截面活塞杆及其配件结构设计
5.4 筒体连接机构ANSYS有限元分析与优化
5.4.1 深海采样器新型连接机构整体有限元分析
5.4.2 结果分析
5.4.3 参数优化
5.5 小结
6 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 本文创新点
6.3 展望
参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]不锈钢在海水中的腐蚀行为研究进展[J]. 戚柳明. 科学技术创新. 2018(21)
[2]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)
[3]A Remotely Operated Serial Sampler for Collecting Gas-Tight Fluid Samples[J]. 吴世军,杨灿军,丁抗,谭春阳. China Ocean Engineering. 2015(05)
[4]钛及钛合金材料经济性及低成本方法论述[J]. 李献民,刘立,董洁,赵普. 中国材料进展. 2015(05)
[5]电控多瓶采水器系统的优化设计[J]. 宋义昭,兰卉,贾文娟,程敏,廖和琴,张孝薇. 海洋技术学报. 2014(05)
[6]“海洋金属”钛的特性及应用[J]. 邹武装. 世界有色金属. 2014(08)
[7]海底观测网络关键技术研究进展[J]. 杜立彬,李正宝,刘杰,吕斌,曲君乐. 山东科学. 2014(01)
[8]锥阀密封结构的静态接触分析[J]. 聂威,俞浙青,阮健,郑波. 浙江工业大学学报. 2008(01)
[9]滑环式组合密封件的研究（Ⅱ）——阶梯形同轴密封件（斯特圈）的有限元分析[J]. 谭晶,梁军,杨卫民,丁玉梅,李建国. 润滑与密封. 2007(07)
[10]O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析[J]. 周志鸿,张康雷,李静,许同乐. 润滑与密封. 2006(04)
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
[5]承压设备强度数值模拟若干问题及其工程应用研究[D]. 苏文献.浙江大学 2003
硕士论文
[1]深海微生物的多样性及其功能酶研究[D]. 王淑艳.国家海洋局第一海洋研究所 2018
[2]高压航空作动器主密封性能研究[D]. 吴长贵.清华大学 2016
[3]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
[4]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
[5]基于ANSYS的O形密封圈的有限元分析[D]. 徐同江.山东大学 2012
[6]高温高压模拟平台控制技术研究[D]. 张建文.浙江大学 2004
[7]圆柱壳大开孔应力分析研究[D]. 张洪伟.大连理工大学 2003
本文编号：3642674
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