Гидравлический привод глубоководного агрегата на водосодержащей биодеградирующей жидкости

• Автор: Куницкий, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Гидравлические приводы погружных морских технических средств исследования и освоения Мирового Океана. Рабочие жидкости, применяемые в гидросистемах. Постановка задачи.
1.1. Гидравлические приводы морских технических средств
1.1.1 Классификация и краткое описание гидроприводов морских технических средств.
1.1.2 Особенности построения гидравлических схем приводов морских технических средств.
1.1.3. Утечки рабочей жидкости и аварийная разгерметизацация погружных гидравлических систем как основной показатель возможного экологического ущерба в процессе эксплуатации.
1.1.4. Экономическая оценка возможного ущерба от последствий установившихся потерь рабочей жидкости и аварийной разгерметизации гидросистемы.
1.2. Рабочие жидкости погружных гидроприводов.
1.2.1 Гидравлические жидкости погружных гидроприводов и требования предъявляемые к ним. Рабочие жидкости на минеральной и синтетической основах.
1.2.2. Водосодержащие рабочие жидкости. Основные типы и сравни тельные характеристики.
1.2.3. Водосодержащие биодеградирующие рабочие жидкости наземных гидросистем как альтернативный тип рабочей жидкости при разработке экологически безопасных гидросистем. Основные типы и сравнительные характеристики. Важнейшие свойства биодеградирующих рабочих жидкостей.
Выводы к главе 1. Постановка задачи.
Глава 2. Анализ физико-механических и эксплуатационных характеристик экологически чистых рабочих жидкостей и выбор оптимального исходного образца.
2.1. Морская вода в качестве рабочей жидкости погружных систем.
2.2. Биодеградирующая жидкость типа КГЖ-4. Анализ основных свойств. Необходимые требования предъявляемые к исходному образцу.
2.3. Определение физико-механических характеристик модефицирован-ного образца жидкости типа КГЖ-4 в условиях действия гидростатического давления.
2.3.1. Экспериментальная установка и методика исследования вязкостно-
барической и вязкостно- температурной характеристик жидкости.

2.3.2. Экспериментальная установка и методика исследования изотерми
ческого модуля объемной упругости.
2.3.3. Оценка совместимости рабочей жидкости КГЖ-4 с основными кон
струкционными материалами, применяемыми в элементной базе гидросистем.
Выводы к главе
Глава 3. Исследование характеристик распределительной гидроапнара- 71 туры в составе погружной гидросистемы при эксплуатации на жидкости КГЖ-4.
3.1. Экспериментальные исследования электрогидравлической аппа
ратуры упраления.
3.2. Методика проведения эксперимента
3.3. Обработка результатов эксперимента
3.4. Оценка погрешностей эксперимента
3.5. Определение расчетной схемы гидросистемы и математической мо
дели гидрораспределителя в составе гидросистемы по результатам эксперимента.
3.5.1. Блок параметров рабочей жидкости
3.5.2. Блок параметров гидроаппаратуры
3.5.3. Блок параметров гидросистемы
3.6. Исследование характеристик распределительной гидроаппаратуры
по результатам эксперимента. Проверка адекватности математической модели.
Выводы к главе
Глава 4. Исследование гидромашин в камере высокого давления при 97 эксплуатации на рабочей жидкости КГЖ-4 в широком диапазоне изменения параметров окружающей среды.
4.1. Объект и задачи испытантй
4.2. Программа и методика проведения эксперимента
4.3. Анализ результатов испытаний гидромашин 207.20, 207.10, при ра
боте на КГЖ-4 в широком диапазоне параметров нагружения в камере высокого давления.
4.4. Уточнение математической модели гидромашин 207.20, 207.10, в
части определения влияния на объемные и механические потери вязкости КГЖ-4.
4.5. Натурные испытания гидросистемы полномасштабного макета агре
гата сбора твердых полезных ископаемых на жидкости КГЖ-4.
4.5.1. Конструкция ходовой части макета агрегата сбора
4.5.2. Испытания гидросистемы
Выводы к главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ

К числу наиболее острых проблем, следует отнести проблему возрастающего дефицита минерального сырья. Природные ресурсы на континенте ограничены, уменьшается вероятность открытия новых континентальных месторождений. Освоение разведанных запасов все чаще связано с необходимостью разработки месторождений с низким содержанием ценных металлов и минералов, нередко залегающих в сложных условиях. Вместе с тем результаты геологических исследований показывают, что в морях и океанах сосредоточены значительные запасы полезных ископаемых. По ориентировочным подсчетам уже около 40% доходов от мирового морского хозяйства приносит добыча минерального сырья и топлива.
В последнее время за рубежом придают особое значение освоению глубоководных рудных залежей (до 6000м) обнаруженных в центральных районах океанов и в некоторых разломах земной коры на дне океанов. По данным ООН, в Мировом океане содержится в виде твердых полезных ископаемых (ТПИ) 43 млрд. т алюминия, 358 млрд. т марганца, около 8 млрд. т меди, что позволит обеспечить ими промышленность на сотни лет.
Выявление и освоение месторождений твердых полезных ископаемых требует увеличения объемов морских геологоразведочных и морских горных работ, что в свою очередь ставит задачу создания специализированных установок для оснащения экспедиций. При этом разнообразие полезных ископаемых, природно-климатических и горно-геологических условий районов работ обуславливают большую номенклатуру технических средств и необходимость применения различных конструкторских решений зависящих от конкретных условий технологии работ. В свою очередь воздействие водной среды образует не только фон, на котором протекают технологические операции, но и оказывает глубокое влияние практически на любой технологический процесс. Это требует учета при разработке и эксплуатации оборудования ряда характерных особенностей, обусловленных следующими факторами воздействия окружающей среды: высоким гидростатическим давлением, низкой температурой, коррозионной активностью. Эти особенности эксплуатации, в сочетании с требованиями, определяемыми конкретными технологическими задачам, и формируют гамму морских технических средств. Эти технические средства классифицируются следующим образом: для проведения морских геологоразведочных работ, разработки грунтов и твердых полезных ископаемых, добычи и транспортировки нефти и газа, подводных строительно-монтажных работ, выполнения подводно-технических работ общего назначения. Следует отметить, что все типы морских технических средств независимо от их размера, назначения и рабочей глубины погружения имеют ряд одинаковых систем. К одной из таких систем, являющейся наиболее характерной для технических средств относится система приводов, используемая для выполнения технологических операций и для передвижения и маневрирования.

Типовой химический состав водно-гликолевых рабочих жидкостей.
Водно-гликолевые жидкости содержат 35-60% воды, и в отличии от эмульсий являются растворами, т.к. гликоли и их присадки растворяются в воде. Как отмечается в /64, 66, 69/, они представляют трехкомпонентную смесь, состоящую из воды, водорастворимых полимеров и гликоля.
Типичный состав жидкостей НРС с указанием функций, выполняемых компонентами, образующими раствор приведен в табл. 7. Помимо воды, в качестве основного компонента в составе водогликолевых жидкостей применяются гликоли в целях предотвращения замерзания, отмечается, что вид гликоля так же влияет на пенообразование, устойчивость к электрическому разряду, набухание каучука. По мнению зарубежных специалистов, /64,67/ использование в качестве водорастворимых полимеров, повышающих индекс вязкости, поливинилового спирта, полиалкилметакрилата и соединений на основе целлюлозы создает ряд проблем, связанных с растворимостью, устойчивостью к гидролизу, прочностью на сдвиг. Поэтому, в большинстве случаев применяются поли-алкиленгликоли сополимеризованные с окисью этилена и окисью пропилена, кольцевые гидроксильные группы водорастворимых полимеров, повышающие износостойкость. Известным загустителем водногликолевых жидкостей является полиэтиленглнколь /70,72/, причем, в зависимости от его молекулярного веса возможно получение изменения вязкости рабочей жидкости в широком диапазоне.
Большое внимание уделяется присадкам, улучшающим противоизнос-ные, антикоррозионные свойства жидкостей. Подчеркивается, что выбор присадок способствует повышению фрикционных характеристик и устойчивости к коррозии.
Важнейшие свойства биодеградирующих рабочих жидкостей
оценке зарубежных специалистов /72-75,56/ водногликолевые жидкости отличаются высокой стабильностью вязкостно-температурной и вязкостно-барической характеристик. Особого внимания заслуживает жидкость "Кумей" (США), относящаяся к категории маловязких жидкостей (8 сСт при 20 С),она обладает исключительно стабильной вязкостно-барической характерисикой, так в диапазоне изменения гидростатического давления от 20МПа до бОМПа при установившейся температуре 0° С вязкость ее изменяется от 18сСт до 22сСт. К положительным свойствам жидкостей категории НБС следует отнести малую их сжимаемость. Высокий 1200МПа модуль объёмной упругости, незначительно увеличивающийся с ростом гидростатического давления, обеспечивает хорошие динамические характеристики привода. Гидравлические водногликолевые жидкости имеют самую большую теплоёмкость по сравнению с другими рабочими жидкостями (2,5-3,2 кДж/кг с), это в сочетании с хорошей теплопроводностью обеспечивает весьма важное эксплуатационное свойство, а именно, температурную стабильность, что в свою очередь благоприятно сказывается на энергетических характеристиках приводов.