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原文传递绞吸式挖泥船吸扬系统动态匹配优化及评价方法研究

论文题名：	绞吸式挖泥船吸扬系统动态匹配优化及评价方法研究
关键词：	疏浚物料;吸扬系统;固液两相流;匹配优化;评价体系
摘要：	绞吸式挖泥船是现代疏浚工程中应用最为广泛的工程船舶之一，它集土质挖掘、沙水混合、泥浆输送等疏浚工序于一体，具有较高的施工效率和良好的适应性，主要应用于沿海、内河的港口航道建设与维护、临海工业区吹填工程、水利防洪清淤、环境保护与改善、海洋资源开发等方面。吸扬系统是绞吸式挖泥船的核心组成部分，长达几十千米的泥浆输送管线上布设有一台或数台大功率离心泵，能量消耗占整个疏浚施工的80％-90％，属于典型的广域高能耗系统，具有巨大的能量节约空间。深化研究吸扬系统内部各关键设备之间以及与疏浚土质的动态工况匹配优化，不仅可以节能降耗、提高产泥率、降低疏浚施工成本、优化施工管理，而且能够延长疏浚设备使用寿命和降低施工风险。　　实际疏浚工程的工况复杂多变，吸扬系统的动态特性亦非常复杂，探索一条反映水力疏浚机理、优化疏浚设备工作环境和环保节能的系统匹配方法并做出科学准确的评价显得尤为重要。本文重点研究了泥沙的运动特性对土壤切削模型的影响，优化了切削土壤和绞刀的匹配模型；将柴油机泥泵机组视为整体，研究吸扬系统的功率、扭矩和转速输出特性，并以此为基础优化泥泵与输泥管线的匹配；输泥管线的阻力损耗模型是本文研究的另一个重点，以系统比能耗最低为优化目标，研究降低输泥能耗的影响因子和能量节点，实现泥浆输送过程的平稳、安全和低成本运行。　　吸扬系统的动态匹配优化可划分为土壤切削过程、泥浆混合过程和泥浆输送过程等三级动态优化过程，涉及到诸多影响因子和评价标准，属于典型的多级决策动态优化问题。本文利用模糊数学中多级模糊决策的动态规划方法，建立了泥沙颗粒粉碎程度、吸入口泥沙的泄漏比、柴油机能量利用率指标、泥泵汽蚀限制指标和输泥管线堵塞风险指标、系统比能耗等综合评价指标，并基于疏浚机理深入分析了评价指标的影响因子，初步形成了吸扬系统匹配优化的评价体系，利用这套评价体系可以比较科学地定量研究疏浚施工具体方案的优劣程度，为“安全疏浚、精确疏浚、环保疏浚”提供科学依据。　　论文各章内容分述如下：　　第1章阐述了绞吸式挖泥船吸扬系统动态匹配优化及评价方法的研究背景、目的和意义，概述了绞吸式挖泥船的施工作业程序、系统构成和应用范围，总结了绞吸式挖泥船国内外的研究热点和取得的研究成果，介绍了本课题的研究内容及论文所进行的研究工作。　　第2章详细描述了疏浚物料的基本特性，阐明了泥沙的相关基本性质和固液两相流在管线中的流动规律，提出并分析了泥沙的沉降速度这一影响吸扬系统匹配特性的关键参数。为课题的深入研究奠定了详实的理论基础。　　第3章作为本论文的主体部分之一，基于疏浚设备的动态特性，建立了吸扬系统中最为关键的几个优化匹配模型，包括泥沙切削与绞刀工况参数的匹配模型、绞刀与其电力驱动系统的匹配模型、柴油机泥泵机组与输泥管线的匹配模型，它们构成了整个吸扬系统动态优化匹配特性的分析模型。　　第4章是本论文的另一个主体部分，针对吸扬系统疏浚工况复杂多变的特点，利用模糊数学中多级模糊决策的动态规划方法，从泥浆形成过程、柴油机能量供应和输泥管线的阻力损耗特点三个方面建立了吸扬系统的匹配评价指标体系。基于这些匹配评价指标，指出了优化泥浆形成过程和降低输泥管线能量损耗的工程途径。　　第5章概括了论文的主要研究工作和研究成果，并展望了今后的研究工作和方向。
作者：	黄豪飞
专业：	轮机工程
导师：	范世东;史大
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文