深海采矿输送管道内流体对管道的作用力分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.comISSNl0o5—2763矿业研究与开发第24卷第6期2004年l2月CN43—1215／TDMININGR＆D，Vo1．24，No．6Dec．20o4深海采矿输送管道内流体对管道的作用力分析徐海良，何清华(中南大学机电工程学院，湖南长沙410083)摘要：根据深海采矿系统工作时其输送管道的运动规律和海底淤泥中的锰结核和覆盖于海底岩石上的钴结壳管道内流体的流动情况，采用牛顿第二定理和冲量定理对管极具开采价值。上世纪初，人类就开始研究其开采中流体流动时对

2、管道的作用力进行了分析。通过理论分析，方法，到目前为止，被认为具有商业开采价值的采矿得出了采矿系统在一般工作情况下管内流体流动对管道作系统由海面的开采船、海底的自行式采矿车和矿石用力的表达式，并分析了表达式中各项的物理意义及计算方输送管道3部分组成¨。法。所推导出的表达式可直接应用于深海采矿系统的受力分析，当系统在特殊的工作条件下，也可以根据具体情况对采矿系统是通过弹性橡胶管道把海面上的采矿表达方式进行合理简化而应用于输送系统受力的分析计算。船和海底的采矿车连接成一个整体，采矿船和采矿关键词：海洋采

3、矿：采矿系统；输送管道；受力分析车牵引管道作空间运动。输送管道在工作中的外部中图分类号：TD857．3，0359文献标识码：A载荷十分复杂，除承受自身的重力和海水的浮力外，文章编号：1005—2763(2oo4)o6—0046一o4还受到管内流体的作用力、海水的阻力、海水压力、海浪和海流的作用力。为了设计和控制软管系统，TheAnalysesofForcesAppUedonTransportationPipingby必须对输送系统进行力学分析，分析管道的空间形InnerFluidforDeep--s

4、eaMiningXUHai一如，HEQ一hua状和管道两端的作用力，特别是管道对采矿车的作(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，CentralSouth用力。而管道内流体对管道的形状和管道两端的受University，Changsha，Hunan410083，China)力有很大影响，需要进行理论分析。Abstract：BasedonNewton"ssecondlawandimpulsetheorem，对于管道的力学分析，国内外的一些研究者作the

5、forcesappliedonthetransportationpipingbythefluidinthe了很多工作J。但对于浸入流体中管道的运动和pipingwhilethefluidflowshavebeenanalyzedaccordingtothe载荷所进行的分析，都对管内流体流动情况进行了lawofmotionoftransportationpipingandflowingconditionof简化。在对输送管道的运动和受力进行理论分析thefluid．Throughthetheoreti

6、calanalyses，theexpressionsof时，只有在对管内流体流动和系统进行合理简化，分theforcesappliedonthepipingbyinnerfluidwhiledeep—seamiuingsystemoperatesingeneralconditionhavebeengained，析出管内流体流动对于管道的运动和受力的影响，andthephysicalmeaningsandcalculatingmethodsoftheterms才能比较正确地对管道运动和受力进行分析。本

7、文oftheexpressionshavebeendiscussed．Thederivedexpressions分析了管道内流体流动对管道的作用力。Canbedirectlyappliedintotheforceanalyscsoftransportingsystemfordeep—seamiuing．Ifminingsystemoperatesinspe—1海洋采矿系统分析cialconditions，theexpressionsalsocanbeappliedintothe海洋采矿系统如图1所示

8、，其输送管道一般采forceanaly8esofthetransportingsystemafterheyarerationally用具有较高抗拉强度、较小抗弯强度、柔韧性较好且simplifiedaccordingtothespecificoperatingconditionsofmin·ingsystem．用钢丝加强的橡胶管。输送管道上端与采矿船连KeyWords：Oceanmining，Miningsystem，Transportationpip·接，下端与海底