输送软管的结构特性及工艺要求

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   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   牵引软管行进，显然需要   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   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      软管水阻力控制问题。

通过定性分析，将软管的空间构形定位在较为伸展的双拱结构的马鞍形形态。这种形态是通过在软管两处分布浮力元构成的，靠近中间仓的为第1浮力元，靠近集矿机的为第2浮力元。

在这种形态下，无论是横向开采或是纵向开采过程中集矿机作避障绕障的横向运动，均可第2浮力元到中间舱管段不动或小速率运动，集矿机只需牵引由集矿机到第2浮力元之间的软管行进。需要集矿机克服的水阻力便得以减小。第2浮力元布置在软管的何处，则需视横向开采的宽度或绕障的宽度而定。

软管输送参数   是针对中试系统结核开采工艺要求，分析管内水与结核两相流在不同工况下沿管线流向的压力损失，归纳出合理的输送参数。

中试采矿系统运行时，结核矿石经过软管输送至中间舱。输送结核的软管呈空间曲线状态，且这种空间曲线状况会随着集矿机和中间舱的运动而变化，在运动过程中，管线还可能出现摇摆。输送的结核粒度较大，粒径不均匀，形状不规则，在相同的管段内，不同的结核会以不同的速度运行，在不同的管段内，即使同一结核运行的速度也不   相同。也就是说管道中任意位置任意时刻浓度均不一致。有时会因为结核运行速度的差别形成局部浓集引起管道阻塞，并且管线越长、空间形态越复杂，管道阻塞的可能性越大。因此软管输送有两大特点，一是结核浆体流动的边界条件是变化的，二是浆体在管内浓度不是均一的。针对这种情况，特作了两方面的简化处理。一方面假设软管形线变化时，管壁对浆体的作用与流向垂直，对压力损失没有贡献，沿管线的压力损失只与输油软管实时空间状态相关；另一方面假设结核和水在管中的流量不随时间变化，当结核浆体通畅地流动时，以管道中的通过浓度代替软管各局部的当地浓度，对管中浆体浓度进行均一化处理。这样，软管输送参数   可归结为如下几个方面：

(1)   沿管线流向的压力梯度，再通过压力梯度在管线上的曲线积分求出全管路的压力损失；

(2)进行具有复杂形态的长管道输送试验，比较实测的长管道压力损失和曲线积分计算的结果，并观察输送的通畅性；

(3)根据海底可能出现的策动频率，   管线摆动对压力损失的贡献。