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    复合输油软管的工作特点

    作者:优源石油设备 日期:2018-11-01
    内容摘要:​复合输油软管在5000m水下作业,可以采用压送或吸送的方式输送结核矿浆。采用压送方式,输送泵安装在集矿机上。

    复合输油软管在5000m水下作业,可以采用压送或吸送的方式输送结核矿浆。采用压送方式,输送泵安装在集矿机上。输送时管内压力高于管外海水静压,管壁承受向外的张力,受力状态比较合理。软管容易被制得强度高,柔性好。采用吸送方式,输送泵安装在洋底中间仓上。输送时管内压力低于管外海水静压,管壁承受压力,软管须具有抗外压能力。在这样的条件,要使软管强度高、柔性好,就必须采用特殊方式进行制造。就输送而论,吸送和压送较根本的区别就在于对软管的要求不同。单纯从输送的角度出发,宜采用压送方式。但是,从采矿系统整体布局考虑,采用压送方式,输送泵组安装在集矿机上,必然会增加集矿机的重量,而整个集矿机系统重量增加,迎水阻力就会增大,运行作业的难度增加,这对总体布局大为不利。而采用吸送方式,虽然软管的加工成本大,制造工艺复杂,可是因为输送泵安装在中间仓上而不是在集矿机上,可大大减少集矿机的设计难度和制造费用,并且泵安装在中间仓上还能起到一定的配重作用,泵的选型也不受限制。因此,从采矿系统全局考虑,应采用吸送式软管输送方式。

    软管输送的特点是:

    (1)开采过程中软管的空间形态是变化的;

    (2)随着结核丰度和集矿机产量的变化,软管输送浓度是变化的。

    以上特点带来的后果是输送参数不稳定,当软管变形或是浓度高引起输送阻力加大时,泵的流量,亦即管内流速就会下降,导致输送困难甚至堵管。为解决这一问题,输油软管输送泵应具有硬工作特性,也就是管网阻力(输送压力)变化时,流量保持不变或变化很小。容积泵是具有完全硬特性的输送泵,离心式矿浆泵也具有较好的硬特性。容积泵的特点是体积大,输送速度有脉动,间歇输送,需要加稳压稳速装置,离心泵的特点是体积小,输送速度稳定。综合考虑,软管输送泵宜选用离心泵。

    针对抽吸输送方式,确定复合软管的结构。输送软管应具备有以下特性:

    (1)软管径向有良好的抗压弯强度和刚度,以保证采矿作业时管道横截面形态不变;

    (2)软管轴向具有良好的柔度,以满足集矿机运动的机动性要求;

    (3)具有足够的起重能力,以便下放和回收集矿机。

    软管长度是采矿系统中一个重要的参数。软管的长短除与输送参数关联外,还与集矿机的采矿运动相关。在集矿过程中,软管长度在很大程度上决定着集矿机的机动性,软管应允许集矿机在海底相对自由运动,缓冲和隔离采矿船的扰动和有利于采矿船修正航迹,以保证集矿机正常作业。软管越长,集矿机相对中间舱的自由活动范围就越大,缓冲和隔离扰动的性能越好,对操纵船舶跟随集矿机航行越有利。然而,软管越长输送阻力越大,软管的空间形态也越不容易控制,输送的不利因素就越多。同时,系统运动时,软管会受到流体动力作用,并且这种作用力将传递到集矿机上,妨碍集矿机作业。由此看来,软管又不宜过长。

    根据上述分析,软管设计长度确定为300m,中间仓离地高度为150m。

    水中运动的复合输油软管受到的水力动力主要表现为阻力形式,它的大小与软管各部分相对水的运动速率和迎水角有关,速率越大、迎水角越大,则水阻力越大。因此,要尽量减小相对运动速率和软管的迎水角,同时要根据回采方式和绕障、避障的要求进行软管形态的布局,使需要集矿机克服的软管水阻力尽可能的小。

    目前所研究的多金属结核回采方式有两种基本形式,一是纵向回采,即集矿机运行方向和船舶一致,平均速率相同的开采方式;二是横采,即集矿机运行方向与船舶、中间舱运行方向垂直,以较大速率采矿和小速率航行。采取横向回采方式,集矿机必须牵引软管行进,显然需要研究采矿时软管水阻力控制问题。采取纵向回采方式,正常采矿时,具有大动力带动的中间舱完全可以牵引软管行进,需要集矿机克服的软管水阻力不会太大,似乎没有必要考虑减少水阻力的问题。可是在做避障、绕障运动时,集矿机不得不牵引软管行进,而这种避障、绕障是集矿机不可避免的运动,这就存在着减少水阻力问题。综上所述,不论是取纵向还是横向回采方式,都有必要研究软管水阻力控制问题。