深海用液压电机泵关键技术的研究中文摘要

本项目研究深海用(水和液压油)液压电机泵的共性关键技术。模拟深海低温环境,研究电机泵电磁场、温度场和气隙内流场的特点，得出深海用高转速、高功率密度电机的设计理论和方法。研究深海高压低温环境中浸液高速转子偏心间隙内流体动压和热压效应对转子动力学影响，建立偏心间隙内 电磁-机械-液压等力耦合的机电动力学模型，为电机泵整体动力学性能设计、故障诊断和轴承结构参数设计及选材提供理论和方法。考虑柱塞泵的柱塞间隙处流体动压、材料弹性变形和粘弹性对柱塞摩擦副受力的影响，建立高滑动速度下柱塞副流体动压润滑和缸孔侧向承载能力模型，研究深海大水深压力环境中典型配流阀结构参数和泵的工作参数影响吸入腔压力变化规律和数量关系，得出深海用高转速柱塞式液压泵的设计理论和方法。最终形成能满足电机和液压泵二者性能良好匹配、达到小型化要求的两种介质液压电机泵整体优化设计理论，并用于两种介质改进样机的研制中以验证之。

液压电机泵是将液压泵嫁接于电机转子内的新型液压元件，具有功率密度高和减振降噪优势，适用于深海及海洋船舶、航空和压力加工等领域，本项目研究深海用液压电机泵关键技术。以双斜盘柱塞式电机泵为研究对象，建立电机泵转子所受单边磁拉力、液压侧向力和摩擦阻力等多种力耦合作用的动力学模型，研究不同同步转速、不同轴承结构形式和不同柱塞数的电机泵转子动力学特性，为液压电机泵总体设计提供理论基础和设计方法。研究浸液转子小间隙内（ η≥0.97）泰勒库特流的阻力矩、流动流态以及传热学特性，提出了适用于小间隙转子阻力矩计算经验公式，得出无量纲阻力矩 Nuω 随 Ta 数的变化规律，即在Ta ≈3.5E 7 时，进入极限湍流状态，并且符合指数规律： Nuω ~ Ta^0.39。转子表面对流换热能力随着转速升高而加强，在雷诺数 Re为330~495内转子表面温度快速下降，通过仿真研究发现该现象源于间隙内的 Taylor 涡开始形成，得出小间隙内浸液电机转子外圆表面积通过油和水两种介质散热的表面传热系数。建立了双斜盘泵配流机构的动力学模型，研究各种结构参数和工作参数对配流特性的影响，尤其是配流阀芯所受离心力对配流特性的影响。以仿真模型和得出的单个柱塞腔的压力响应曲线和输出流量曲线为基础，研究该类型泵流量脉动和侧向力脉动的特点，同时研究了一种通过改变两个斜盘之间周向相位角度的新变量方式。实验研究了与缸体一起高速旋转下旋转配流阀沿径向离心出流的流量系数，研究结果表明，旋转配流阀阀口出流不仅受压差驱动，还受离心力驱动、科氏力的作用，离心力有助于液流沿径向离心出流，且抑制液流的反向流动。通过样机研究得出了适用于深海用液压电机泵的电机设计所需要磁密度、电密度、线负荷和热负荷等多种设计参数。研制了双斜盘阀配流柱塞式液压电机泵样机，额定压力20 MPa， 输出流量300L /min，容积效率达到 96%，样机实验验证了本项目所研究所取得的理论知识和设计方法。本项目研究解决了应用于深海、使用液压油和水等两种介质液压电机泵及液压泵芯关键技术问题。 2100433B

本项目是针对深海采矿矿石输送设备的控制技术和海洋动力环境对矿石输送设备性能影响的研究。对于输送设备控制技术的研究，首先研究出满足深海采矿要求的储料罐内矿石量检测方法、矿浆浓度检测方法和满足特殊要求的阀门技术，然后研制出实验控制设备，针对输送设备的控制策略、被控制阀门和检测设备与主控制设备之间的通讯技术、阀门开启模式控制等进行研究。对于海洋动力环境对设备性能影响的研究，首先建立矿石输送系统力学分析模型，在对输送系统进行力学仿真分析的基础上，针对管道的运动规律和空间几何形状的控制、管道两端的受力、采矿车和采矿船的工作参数和工作模式、采矿系统极限工作环境等进行研究，然后采用理论与实验相结合的方法，分析海洋动力环境对矿石输送管道内流体的速度、矿石沉降速度、矿石临界流速等流体特性参数的影响，以及对扬程、功率等矿石输送设备性能参数的影响。项目完成后，将为深海采矿矿石输送设备的设计和控制提供技术储备。

本项目是针对深海采矿矿石输送设备的控制技术和海洋动力环境对矿石输送设备性能影响的研究。对于输送设备控制技术的研究，首先研究出满足深海采矿要求的储料罐内矿石量检测方法、矿浆浓度检测方法和满足特殊要求的阀门技术，然后研制出实验控制设备，针对输送设备的控制策略、被控制阀门和检测设备与主控制设备之间的通讯技术、阀门开启模式控制等进行研究。对于海洋动力环境对设备性能影响的研究，首先建立矿石输送系统力学分析模型，在对输送系统进行力学仿真分析的基础上，针对管道的运动规律和空间几何形状的控制、管道两端的受力、采矿车和采矿船的工作参数和工作模式、采矿系统极限工作环境等进行研究，然后采用理论与实验相结合的方法，分析海洋动力环境对矿石输送管道内流体的速度、矿石沉降速度、矿石临界流速等流体特性参数的影响，以及对扬程、功率等矿石输送设备性能参数的影响。项目完成后，将为深海采矿矿石输送设备的设计和控制提供技术储备。

中国科学院深海科学与工程研究所形象标识

中国科学院深海科学与工程研究所标识以圆为总体图形，表示地球。以蓝色为总体色调，诠释海洋。中间核心部分是船舶和潜水器的图形结合，底部狮子鱼是深海特有生物，IDSSE是深海所英文简写，整体既代表深海科学与工程技术研究的学科方向，也寓意人与自然的有机结合。靠上部分翻涌的海浪及浪花展示深海人砥砺探索、勇立潮头的精神，右部分的线条也代表三亚湾，浪花入海处代表深海所的地理位置。所全称采用篆体，与中国国内绝大多数标识形成鲜明对比，具有独特性和强烈的视觉效果，也传递一种向深海领域探索的神秘感。

中国科学院深海科学与工程研究所精神文化

• 主旨

研究所以深海环境与生态过程、深海地质构造、沉积演变及其油气矿产资源、深海环境下的生物学特征为主要研究方向，致力于深海核心科学问题的解决，并促进与深海科学研究相关的深海工程技术与装备设备研发；利用地域位置，避开传统领域的竞争，形成专业特色，营造文化优势，进入国际前沿，在中国最为临近深海的省份建立完备的国立深海研发基地，成为国家深海研发试验的共享开放平台，填补中国深海战略上的地域空白。

• 中国科学院精神

追求真理、勇攀高峰，服务国家、造福人民，自强不息、艰苦奋斗，淡薄名利、团结协作，实事求是、科学严谨。

• 中国科学院院风

唯实、求真、协力、创新