深海近底层多网分段/分层生物幼体保压取样器研究

论文摘要

随着陆地资源的耗竭,人们把目光投向了浩瀚的海洋。伴随着科技的进步,人们加紧了探索海洋生物的步伐,因此各种海洋生物取样器应运而生。本文主要是针对深海近底层的热液生物幼体研制一套生物幼体保压采样系统。目前大多数的生物拖网取样系统存在两大问题:(1)不能保压;(2)只能在水柱中垂直分层拖曳采样,不能在近底层分段采集,本文设计的取样器可望解决上述两大问题。全文共分六章:第一章首先引入深海生物取样器的背景知识,然后分析了生物取样器在国内外的研究现状,最后提出了课题研究的目的、意义和主要内容。第二章先介绍了生物幼体保压取样器的总体结构。然后就三个研究内容进行了原理上的阐述。第三章主要针对生物幼体保压取样器的多网分段/分层自动开闭机构进行了研究。提出三种设计方案:弹簧机构、拨杆机构和液压缸驱动机构。通过对这三种方案的比较,最后采用了液压缸驱动方案来实现网的自动开闭功能。第四章首先大体介绍了生物取样器保压系统的总体结构,接着研究了保压筒材料的选择和保压筒的耐压设计准则,在设计保压筒的时候,采用了五个耐压准则中最保守的壁厚,使得设计出的保压筒更安全可靠。为了验证设计的可靠性,我们对简体做了有限元分析。然后介绍了球阀的设计,借助于ANSYS软件对球阀进行了应力分析。接着阐述了保压系统主要部件的密封设计。第五章主要围绕压力补偿器设计进行了深入研究,通过对保压筒压力损失的计算证明了设计压力补偿器的必要性。通过对四种压力补偿装置的研究,选择了预充压力蓄能器作为取样器的压力补偿器。接着对蓄能器的保压过程进行了深入研究,建立了蓄能器压力补偿过程的数学模型,推导出了保压筒样品最终压力计算公式。通过MATLAB仿真研究得出了蓄能器容积和预充压力和保压筒样品最终压力之间的关系。最终我们选取了容积为0.63L预充压力为30MPa的蓄能器。第六章总结全文,阐述本论文的研究成果,并提出了下一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第二章 生物幼体保压取样器总体设计
• 2.1 生物幼体保压取样器简介
• 2.2 生物幼体保压取样器框架设计
• 2.3 基于多网分段/分层拖曳取样的自动开闭装置的研制
• 2.4 多网分段/分层拖曳取样的网底管样品保压系统的研制
• 2.5 本章小结
• 第三章 多网分段/分层自动开闭技术研究
• 3.1 自动开闭装置的三种设计方案
• 3.1.1 弹簧机构
• 3.1.2 拨杆机构
• 3.1.3 液压缸驱动机构
• 3.1.4 方案比较
• 3.2 自动开闭装置结构设计
• 3.2.1 液压缸初步设计
• 3.2.2 自动开闭装置其他部件设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 网底管样品保压技术研究
• 4.1 保压系统的组成部分
• 4.2 保压筒设计
• 4.2.1 保压筒材料的选择
• 4.2.2 保压筒的耐压设计准则研究
• 4.2.3 保压筒壁厚计算
• 4.2.4 保压筒应力分析
• 4.3 球阀设计
• 4.3.1 球阀简介
• 4.3.2 球阀总体结构
• 4.3.3 球阀阀体的壁厚设计
• 4.3.4 球阀的有限元应力分析
• 4.4 保压系统的密封设计
• 4.4.1 密封概述
• 4.4.2 保压系统主要部件的密封设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 压力补偿器设计
• 5.1 压力补偿器结构选择
• 5.2 保压筒压力损失计算
• 5.3 压力补偿装置研究
• 5.4 基于蓄能器的压力补偿过程研究
• 5.4.1 蓄能器气体状态变化过程研究
• 5.4.2 蓄能器内气体最终压力计算公式
• 5.5 基于MATLAB的仿真
• 5.5.1 蓄能器实际开启压力计算
• 5.5.2 蓄能器预充压力与样品最终压力关系
• 5.5.3 蓄能器容积与样品最终压力关系
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 论文主要创新点
• 6.3 论文展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢