低速大扭矩水液压马达的深海性能迁移特性

为实现深海水液压机械手回转关节的稳定输出,研制了一种新型阀配流低速大扭矩水液压马达。搭建了其数学及物理模型,完成了马达与机械手腕部关节的集成设计,通过马达的AMESim仿真模型分析了深海环境对马达输出性能的影响。研究发现:随着海深的增加,马达的输出扭矩显著降低,输出转速也出现一定变化,环境压力从0 MPa增加至120 MPa的过程中,马达的输出扭矩累计降低了34%,最大稳定转速却较陆上工况增加了13%。此研究为马达的结构优化与深海作业控制提供了理论依据。

深海潜水器无刷直流电机驱动器电磁兼容设计

深海潜水器无刷直流电机驱动器,直接驱动推进器、液压源和海水泵等设备,其电磁兼容设计直接关系到自身工作可靠性和对其他设备的影响。本文针对该驱动器,分析驱动器带动电机工作时的干扰源、耦合路径和敏感设备,对控制器辅助电源和线路进行电磁兼容设计,然后对驱动器整体进行电磁兼容设计,最终使得驱动器具有较高的可靠性。

压力补偿式深海伺服电机及其角度传感器选型

深海伺服电机能够根据角度反馈信息进行高精度的角度伺服控制,其在海洋工程领域具有广泛的应用。受限于外界高压环境,深海伺服电机通常采用充油压力补偿式设计,这就要求所选用角度传感器同样具备耐油耐压的能力。文章设计一种一体集成式的充油压力补偿式深海伺服电机结构,并分别针对旋转变压器、磁编码器和导电塑料电位计3种油浸耐压传感器进行详细介绍。

半潜平台高效电机节能改造探索

近年来,我国持续加强对企业碳排放的管理,海上油气田平台生产中节能减排变得更为重要。2021年6月,我国实施了新的电机能效标准要求。某深水半潜油气生产平台于2021年建成投产,该平台的多数电机未能满足此标准。如果全部更换为满足新标准的高效电机,则费用较高且原电机仍较新,而采用相关的电机节能改造,能在达到标准节能要求的同时兼顾一定的性价比。通过分析高效电机、电机节能改造相关技术的特点,结合半潜平台实际的生产需求及环境条件,探索讨论两者在平台应用的可行性和节能效果。

深海液压动力源发展现状及关键技术

通过对电力、气压、液压深海动力源进行比较,重点论述了深海液压动力源的两种类型:油压驱动和水压驱动,概括了各自的特点及应用领域。介绍了深海驱动电机的结构形式及一种直浸式深海直流无刷电机的结构实例。液压源是深海动力源的主要部件之一,分别从油压和水压两方面介绍了其国内外发展概况。油压驱动主要以闭式集成液压动力源为例,并介绍了液容、液感两种储存压力能的驱动方式。海水液压驱动由于其节能、不燃烧、无污染等特点,广泛应用于海洋领域。最后,分别就油压和水压驱动两方面总结了深海液压动力源研究的几个关键技术问题。

深海扬矿硬管系统设备可行性分析

较全面地介绍了国外深海采矿扬矿硬管系统设备的结构和主要技术参数 ,对国内潜水电泵、石油套管生产厂家和研究部门进行了调研和分析。根据我国深海采矿扬矿硬管系统工艺要求 ,讨论了泵的工作参数和管接头的结构。提出的潜水电泵的设计参数和管接头设计的技术要求 ,已应用于海上中试扬矿硬管系统设备的设计和研制之中。

用Workbench对深海电机密封圈进行有限元分析

用Workbench建立深海电机密封圈的有限元模型,计算密封圈在安装和工作过程中的受力和变形情况。结果表明:安装过程中密封圈所受应力先增大后减小,壳体移动距离为0.17mm时,密封圈在Y方向所受应力最大;随着壳体继续运动,密封圈所受应力逐渐减小;当壳体移动距离为0.86mm时,密封圈所受应力几乎不再变化;密封圈在X方向所受应力可表示预紧力,电机正常工作时密封圈所受最大应力大于安装时的预紧力,可以保证电机正常工作。

深海行星轮式采矿车液压驱动系统建模分析

针对传统履带式海底行走机构结构复杂、机动性差、耗能大等缺点,采用静液压驱动对海底车的驱动系统进行设计分析。根据驱动系统的结构特点和对负载分析,设计驱动方案,并对驱动系统的执行元件即液压马达相关参数进行设计。搭建基于AMESim的系统仿真分析模型,选取平稳加速、方向变化、单轮打滑、执行系统举升后下降等四种典型的常用越障工况进行模拟分析。分析结果表明采用静液压驱动系统越障时整车的运行工况良好;马达扭矩最大值出现在由静止转为运动的瞬间,动作缓和可减小峰值;可以平稳实现预期要求。设计分析过程可以为海底车液压驱动系统的设计优化及其他研究提供依据和参考。

基于MC68HC908GP32的深海热液多点温度、压力采集及控制系统

为了实现深海热液采样器对深海热液的数据采集及控制,设计了一种多点温度、压力采集及步进电机、电磁阀控制系统。该系统用MOTOROLA单片机MC68HC908GP32进行数据处理和控制。测温范围0～500℃,测压范围0～45Mpa,由数码管实时显示并存储至EEPROM,也可与PC机通信做更复杂的数据处理。同时通过继电器控制电磁阀吸合,并实时调整步进电机转速。

深海潜水器集成电机推进器的研究

在深海观测和作业领域,推进器是一种非常过关键的设备,深海潜水器上一般都配备三个或三个以上的推进器。将控制器、电机、减速器、联轴器和螺旋桨集成一体的集成推进器是当今推进器研究的一种新方向。论文介绍了这种集成化推进器的结构,分析了其中的关键技术。

基于Simulink深海海底车行走液压机构建模分析

为高效开采运输海底矿产,深海行走机构多采用液压系统驱动执行机构,系统性能对整个机构性能影响较大。根据海底车液压行走机构的总体设计模型和液压驱动系统原理,建立了行走驱动液压系统的数学模型。根据系统设计参数,建立各个环节的数学模型,基于MATLAB/Simulink建立深海行走机构各单元及整机的分析模型。通过调速系统对直流电机的负载进行调节,对电枢电流与输出转速之间的关系进行分析;并对液压驱动系统的静动态特性及机构越障性能进行分析。分析结果可知:通过速度调节,控制液压主回路中的流量满足各个驱动马达的需要,实现驱动马达输出转速,使各个轮边马达按照设定的速度运行;通过增加积分环节,可使行走机构在给定的转矩运行,能够完全消除静态误差;机构越障时,轮系的变化趋势基本相同,可以很好地满足海底行走越障的需要。

深海油压动力源效率的试验研究

通过对深海油压动力源结构组成的分析,揭示了深海油压动力源功率的传递过程。首先,在深海油压动力源三个系列的地面试验中,采集了输入电压、电流以及输出的流量(调定压力下)等参数。然后,以深海油压动力源电机的测试数据为样本,通过数据拟合得到电机不同负载率下功率因数计算公式。最后,再结合泵的参数及试验采集数据进行计算,得到了深海油压动力源的容积效率曲线和总效率曲线。结果表明:低负载时,总效率低。而其主要原因为:低负载时电机的机械损耗与铁耗占电机输入功率的比例较大,导致电机效率偏低,继而影响整机的效率。

深海采矿高扬程粗颗粒多级输送电泵研究

针对扬矿电泵高扬程、粗颗粒过流及轴向流等问题,以深海采矿多级输送电泵整体设计为研究对象,通过对比国内外优秀的深海采矿泵模型,提出高扬程粗颗粒多级输送电泵的设计方法,并进行四级扬矿电泵设计。分析并计算多级输送电泵所受的外载荷、轴向力和螺栓承受的拉力,利用有限元分析软件对泵体的强度和刚度进行计算,最后对两级扬矿电泵的工作特性进行实验研究。研究结果表明:当设计流量为432 m3/h时,两级电泵的扬程为82 m;当结核浆体体积分数为0~10%时,泵的功率-流量曲线变化平缓,泵的颗粒过流能力强,泵的各部件均满足强度和刚度的要求,验证了多级输送电泵设计方法的有效性。

深海机械手关节伺服控制

针对一台2功能无刷直流电机驱动的深海作业机械手系统,论述了其结构和原理,重点研究了其控制系统的实现.在以PC104和VxWorks为硬、软件平台,以网络为信息交换手段的基础上研制了一套机械手关节伺服控制系统,试验证明该系统结构简单、体积小、控制效果达到要求,非常适用于深海作业机械手关节伺服控制.

深海推进用永磁无刷电机温度场分析

深海推进用永磁无刷电机在低温、高压的海水中运行,并且电机内部充油,其热源和散热条件与普通工业电机不同。准确计算推进电机的温升对其高功率密度与轻量化设计具有指导意义。以"思源号"全海深自治遥控潜水器(ARV)主推进电机为例,基于计算流体力学和传热学理论搭建了包含导管螺旋桨、推进电机及内外流域的三维稳态流场-温度场仿真模型,研究了电机充油及驱动螺旋桨旋转对其温升的影响,并分析了电机主要部件的温度分布。最后,通过温升试验验证了仿真分析的有效性和准确性。

外挂式可回转推进装置研制课题技术总结

该报告对外挂式可回转一体化推进装置项目2013年度技术工作进行了全面总结,2013年完成了推进装置初样的方案设计和技术设计,并组织了方案设计评审,以及技术设计评审的全部准备工作。在研究中将推进装置划分为推进装置总体、全回转机构和推进电机三个分系统,推进装置总体分系统中完成了高效导管桨和槽道桨的设计研究,全回转机构分系统完成了全回转机构结构设计和回转角度控制和定位研究,推进电机分系统完成了主推进电机、槽道电机和回转驱动电机的设计,基于粘流的数值计算建立了导管桨在回转过程中的水动力载荷分析技术,采用磁耦合及动密封传动方式建立了大功率深水电机动力传动技术,采用高精度的蜗轮+双导程蜗杆传动机构的设计形成了深海回转机构的密封和角度定位技术,在数值计算和模型试验基础上评估的外挂式全回转推进装置和槽道推进装置初样的技术指标可以满足课题任务书和小站的技术要求。

基于STM32F103的深海远程电机控制系统

深海科学考察所用的调查设备其动力系统往往采用锂电池供电加有刷直流电机的方式,但锂电池供电存在较多弊端,且有刷直流电机机械换相部分容易因工作环境的恶劣出现故障,针对这种情况设计了一种基于STM32F103微控制器的远程永磁同步电机控制系统,采用同轴电缆供电,使系统的运行更加高效更加可靠,有效延长了作业时间。

深海立管系统参数激励试验模拟装置设计

为了便于对深海立管系统参数振动进行研究,以及涡激-参激联合振动的研究得以展开,设计海洋立管参数激励装置。通过PLC控制2台双轴步进电机分别来模拟平台的垂荡和海水流过立管的相对运动,通过改变装置上主动杆和从动杆的连接部位来调节平台的垂荡振幅,绘制装置模型图、PLC控制流程图、I/O分配表、硬件接线图和装置逻辑图,基本实现平台的升沉频率为0.4 rad/s^1.6 rad/s,深沉幅度为0 m^2 m,海水的海面流速为0.1 m/s^1 m/s,满足试验条件。

深海采矿大功率长距离动力输送系统

随着海底采矿深度的不断增加,深海采矿装备功率越来越大,电机功率可达数兆瓦级。与陆地电网相比,船舶电网容量非常小,大功率电机直接启动会对船舶电网造成严重冲击,需要采用软启动的方式减小启动电流,而目前已有项目采用晶闸管式的软启动装置来启动电机,存在电机无法启动、电压谐振、脐带缆绝缘击穿等问题。因此,基于电机启动无冲击和实时可控的项目需求,文章根据水下电机的启动特性和定子及转子的参数,对变压器及供电脐带缆的参数进行匹配计算,提出一种适用于深海的大功率长距离动力输送系统,其具备在线监测和接地检测功能,可满足2000 m水深的电能输配及控制要求。文中搭建了仿真模型进行系统仿真,实现水下大功率电机的平滑启动及实时调控;并通过海试验证了该动力输送系统参数计算的正确性和系统方案的可行性,为后续更大规模的研究及商业项目开展提供了参考。

深海电机无功功率就地补偿技术研究

许多用于深海的机电设备上都使用三相交流深海电机,需要通过脐带缆从海面支持母船供电。由于深海电机功率因素低,供电脐带缆需要传输大量无功功率,这使得供电电流大幅增加,导致水下设备可用电功率不足、供电缆发热严重及缆端供电电压波动大等问题。解决这些问题的最经济实用的办法就是对深海电机进行无功功率就地补偿。以深海岩芯钻机及其配套的深海电机为例,导出了对深海电机进行无功功率就地补偿的一般理论计算公式,给出了实现该技术的一般方法。试验研究表明,在合适的条件下采用无功功率就地补偿技术,可使电缆供电电流下降30%以上(或者水下可用电功率提高30%以上),电缆沿程发热功率降低50%以上。