深海保真采样设备密封结构特性分析及试验研究

摘要

海洋蕴藏着丰富的自然资源，包括海洋生物资源，矿产资源和能源。但是海洋环境的自然条件非常的严酷，所以，无论是对海洋的科学考察，还是对海底矿产资源的开采，都需要有现代化的水下作业技术。水下作业设备，特别是深海高压海洋环境条件下的保真采样设备对于密封结构的要求就特别苛刻，那么对于密封结构的研究就成为了重中之重。
　　 本文针对深海高压球阀和深海高压盖板阀进行了密封技术研究和试验研究，并且针对整个保真采样系统的压力补偿系统做了研究和试验。
　　 全文共分六章。
　　 第一章介绍了课题背景。即深海保真采样设备的发展现状以及应用在其上的密封结构的概况，并且阐述了本课题研究的目的和意义以及主要研究内容。
　　 第二章介绍了深海高压球阀密封技术研究。研究了球阀的整体结构、密封力、球体与阀座间的比压、球体直径和球阀阀杆启闭的力矩，并分析了液压传动机构。最后对深海高压球阀性能做了试验研究。
　　 第三章介绍了深海高压盖板阀密封技术研究。对O型橡胶密封圈受深海高压环境影响而出现的体积压缩特性做出了ANSYS有限元仿真分析和压缩试验研究。并针对深海高压下使用的盖板阀的密封结构作了优化设计。提出了较为准确地预测橡胶材料体积压缩率的方法。
　　 第四章介绍了深海保真采样设备压力补偿技术研究。针对保压筒在高压下的体积变化情况做出了理论分析和试验研究。对压力补偿器——蓄能器的补偿能力做出了分析。
　　 第五章介绍了应用深海高压球阀密封结构的国家863项目——“深海近底层生物幼体高保真直视取样技术”的深海保真采样器搭载“大洋一号”科学考察船于2009年6月在南海进行海试的情况。
　　 第六章对全文进行了总结，并介绍了下一步工作的开展方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1课题背景

1.1.1深海保真采样设备的发展现状

1.1.2深海保真采样器密封结构概述

1.2课题研究的目的和意义

1.3课题的主要研究内容

1.4本章小结

2深海高压球阀密封技术研究

2.1球阀的原理与结构

2.1.1球阀的作用原理

2.1.2浮动球球阀

2.1.3固定球球阀

2.1.4球阀的特点

2.2深海高压球阀的密封

2.2.1深海高压球阀整体结构

2.2.2球阀的密封力

2.2.3球体与阀座间的比压

2.2.4球体直径的确定

2.2.5球阀启闭转矩

2.3深海高压球阀电液传动机构

2.4深海高压球阀性能试验研究

2.4.1试验平台的建立

2.4.2常压下球阀动作和保压筒保压试验

2.4.3模拟深海高压环境球阀动作和保压性能试验

2.4.4试验结论

2.5本章小结

3深海高压盖板阀密封技术研究

3.1盖板阀的结构与密封原理

3.1.1盖板阀的结构

3.1.2 O型橡胶密封圈概述

3.1.3盖板阀密封原理

3.2盖板阀驱动结构设计

3.3 O型橡胶密封圈有限元仿真分析

3.3.1有限元方法概述

3.3.2 ANSYS软件介绍

3.3.3基于Mooney-Rivlin模型的O型圈有限元分析

3.4 O型橡胶密封圈体积压缩试验研究

3.4.1体积压缩试验理论基础

3.4.2试验平台的建立

3.4.3 O型橡胶密封圈试样的制备

3.4.4试验结果分析

3.5有限元仿真计算值与试验值对比分析

3.6深海高压盖板阀密封结构的优化设计

3.7本章小结

4深海保真采样设备压力补偿技术研究

4.1压力补偿技术概述

4.2高压条件下保压简体积变化研究

4.3高压条件下保压简体积变化试验研究

4.3.1保压筒体积变化试验测量原理

4.3.2试验平台的建立

4.3.3试验结果分析

4.3.4保压简体积变化对保压性能的影响

4.4蓄能器压力补偿能力

4.4.1蓄能器概述

4.4.2蓄能器补偿能力研究

4.5本章小结

5深海保真采样器海上试验

5.1“大洋一号”科学考察船简介

5.2试验背景

5.2.1深海近底层生物幼体高保真直视采样系统简介

5.2.2深海近底层生物幼体高保真直视采样系统密封结构

5.3试验结果分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

硕士期间所获奖励及科研成果