[发明专利]基于总线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统及方法

权利要求书

1.一种基于总线的浆体输送管线沿程压力同步测量方法，其特征在于，

该测量方法的实施基于总线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统，该系统包括采集系统、基于总线技术的数据传输系统、数据处理终端和电源；

采集系统包括压力传感器设备、实时流量计、密度计；若干压力传感器设备依次设置在疏浚排泥管线的各个测点处，用以监测疏浚排泥管线的沿程压力；实时流量计和密度计安装在疏浚船上，用以分别监测浆体的实时流速和浓度数据；

所述数据传输系统分别连接采集系统与数据处理终端，用以进行数据传输；

所述数据处理终端用以实现参数的设置与数据存储功能，并根据疏浚船实时流速、浓度以及疏浚介质特性参数计算出疏浚排泥管线沿程摩阻系数λ_m；

所述电源用以为整个测量系统供电；

所述压力传感器设备为推板式防泥沙淤堵压力传感器设备(1)，包括螺栓式压力传感器(11)、液晶显示屏(12)、挡砂孔板(13)，外接法兰盘(15)和球阀(16)；

所述外接法兰盘(15)安装在疏浚排泥管线(5)的45°角方向上作为螺栓式压力传感器(11)和球阀(16)的连接件；外接法兰盘(15)上设有第一螺孔(151)和第二螺孔(152)，所述第一螺孔(151)用以安装螺栓式压力传感器(11)，所述第二螺孔(152)用以安装球阀(16)；

所述螺栓式压力传感器(11)用于监测疏浚排泥管线(5)的沿程压力；液晶显示屏(12)安装在螺栓式压力传感器(11)的后端用于显示螺栓式压力传感器(11)采集到的数据；螺栓式压力传感器(11)的前端设有与第一螺孔(151)配合的第一螺纹杆(163)，所述第一螺纹杆(163)与第一螺孔(151)配合用于将螺栓式压力传感器(11)安装在外接法兰盘(15)上；

所述第一螺纹杆(163)的前端设有螺纹接口(133)，所述挡砂孔板(13)上设有挡砂孔口(131)以及与所述螺纹接口(133)配合的内螺纹(132)，挡砂孔板(13)通过内螺纹(132)与螺纹接口(133)安装在第一螺纹杆(163)的前端用于限制部分泥沙穿过；

所述球阀前端设有第二螺纹杆(162)，第二螺纹杆(162)与第二螺孔(152)配合用于将球阀(16)安装在外接法兰盘(15)上；球阀(16)上还设有手柄(161)用于控制球阀(16)的开关，从而实现球阀(16)对外接法兰盘(15)进行冲刷，清除淤堵在螺栓式压力传感器(11)前端的泥沙；

所述螺栓式压力传感器(11)与外接法兰盘(15)之间，以及球阀(16)与外接法兰盘(15)之间均设置有O型橡胶垫圈(14)，以密封螺栓式压力传感器(11)和外接法兰盘(15)、以及球阀(16)与外接法兰盘(15)；

所述第一螺孔(151)配有第一闷头(1511)，用于在不接入传感器时封闭第一螺孔(151)；所述第二螺孔(152)配有第二闷头(1521)，用于在不接入球阀时封闭第二螺孔(152)；

所述数据传输系统包括4芯总线(21)、屏蔽保护套管(22)、接线盒(23)；所述4芯总线(21)包括两根电源线(211)和两根信号线(212)，所述电源线(211)和信号线(212)均穿设于屏蔽保护套管(22)中；所述接线盒(23)上设置有通用接口(231)，所述通用接口(231)包括通用接口母口(2311)、通用接口子口(2312)；

所述压力传感器设备通过通用接口子口(2312)与通用接口母口(2311)连接后，接入4芯总线(21)；

所有通用接口(231)均配置有一个隔离接口(232)，用于保护接口；

所述数据处理终端包括硬件部分(31)和软件部分：所述硬件部分(31)包含工控机(311)、显示器(312)、岸上无线同步接收端(313)和船上无线同步发送端(314)；所述船上无线同步发送端(314)设置在疏浚船上，与实时流量计、密度计连接，用以采集浆体的实时流速和浓度数据，并发送至岸上无线同步接收端(313)；所述岸上无线同步接收端(313)用以接收船上无线同步发送端(314)发送的数据信息；所述工控机(311)分别与显示器(312)、岸上无线同步接收端(313)、数据传输系统连接；所述软件部分通过工控机(311)中设置的软件处理模块实现软件参数的设置功能和数据同步、采集、存储和分析功能；

所述电源为锂电池组(4)，所述锂电池组包括电源开关(41)、锂电池(42)和电池箱(43)；所述锂电池(42)位于电池箱(43)中，并与电源开关(41)连接；同时，所述锂电池(42)分别与数据传输系统以及数据处理终端连接；

实施方法包括以下步骤：

步骤A、测量设备及其配套设施的安装：

(1).沿程压力测点处，将外接法兰盘(15)焊于疏浚排泥管线(5)的45°角方向；

(2).螺栓式压力传感器(11)安装期间，将沿程压力测点所在处的外接法兰盘(15)上的第一螺孔(151)和第二螺孔(152)上的第一闷头(1511)和第二闷头(1521)打开，使疏浚排泥管线(5)内浆体(6)流净，并将外接法兰盘(15)的第一螺孔(151)和第二螺孔(152)上的砂砾清除干净，以防球阀(16)和螺栓式压力传感器(11)安装失败；

(3).将球阀(16)安装于外接法兰盘(15)上的第二螺孔(152)，安装时在球阀(16)的第二螺纹杆(162)处放置O型密封圈(14)，并将球阀(16)的手柄(161)旋至关闭状态；

(4).标定螺栓式压力传感器(11)，并根据输送介质的中值粒径，选取合适孔径的挡砂孔口(131)；并将挡砂孔板(13)通过内螺纹(132)及螺纹接口(133)安装至螺栓式压力传感器(11)前端处，将该螺栓式压力传感器(11)安装于外接法兰盘(15)上的第一螺孔(151)处，安装时在螺栓式压力传感器(11)的第一螺纹杆(163)处放置O型橡胶圈(14)密封；

(5).疏浚船(7)正常施工时，将4芯总线(21)沿着疏浚排泥管线(5)进行布置，4芯总线(21)经过各个压力测点时，通过接线盒(23)将螺栓式压力传感器(11)的通用接口子口(2312)与通用接口母口(2311)进行快速连接，将螺栓式压力传感器(11)并入4芯总线(21)；

(6).依次将螺栓式压力传感器(11)通过步骤(5)中所述方法，并入4芯总线(21)；

(7).在疏浚船(7)上安装无线同步发送端(314)、实时流量计(8)、密度计(9)；同时选取某一合适的压力测点，布置数据处理终端和锂电池组(4)，并通过数据处理终端的无线同步接收端(313)，将疏浚船(7)的实时流量计(8)测得的流速和密度计(9)测得的浓度数据传输至数据处理终端(3)；

(8).将4芯总线中的两根信号线(212)通过子母接口接入数据处理终端；

(9).锂电池组(4)的开关关闭的前提下，将4芯总线中的两个电源线(211)与锂电池组(4)相连，并将数据处理终端(3)的电源线与锂电池组(4)相连；

步骤B、沿程压力管线的测量过程：

(10).开启锂电池组(4)和数据处理终端的电源开关(41)，启动船端无线同步发送端(314)；依次检查各个螺栓式压力传感器(11)、数据处理终端和船端无线同步发送端(314)的供电情况；同时确认陆地无线同步接受端(313)和船上无线同步发送端(314)的信号传输情况，将船端数据和管线压力实测数据进行时钟同步；

(11).确认步骤(10)中各个环节的同时，依次开启压力测点处外接法兰盘(15)上的球阀(16)排出气体，直至喷出浆体后将球阀(16)关闭；

(12).在数据处理终端，调出软件设置界面，设置数据采集频率、同步频率和存储频率，并输入管径、土颗粒密度和中值粒径参数；

(13).运行数据采集软件，进行疏浚排泥管线(5)沿程压力实时监测和实时摩阻系数λ_m计算；

(14).查看数据处理终端由硬件部分(31)的显示器(312)上的压力实测数据，根据螺栓式压力传感器(11)的液晶显示屏(12)上的压力实测数值与显示器(312)上的数据进行对比，并根据沿程压力变化情况，大致判断每个压力测点处螺栓式压力传感器(11)是否正常工作；

(15).如果螺栓式压力传感器(11)实测值异常，再次启闭外接法兰盘(15)上的球阀(16)进行调试；或者在疏浚船(7)检修期间，对螺栓式压力传感器(11)进行更换；

(16).如果螺栓式压力传感器(11)实测值均正常，且锂电池组(4)电量充足，则对疏浚排泥管线(5)沿程压力进行同步采集与存储；

所述摩阻系数λ_m的计算方式为：

其中：λ_m为输送泥浆时的管路沿程阻力系数；

C——土颗粒体积浓度，用百分比表示；

C_m——船载密度计实测浓度，用百分比表示；

g——重力加速度，取9.81m/s²；

K_D——实验系数，根据疏浚介质及管道粗糙度的不同而不同；

k——绝对当量粗糙度；

v——管路泥浆平均流速，单位为m/s；

D——管路内径，取0.85m；

γ_s——土颗粒密度，取2.65t/m³；

γ_o——原状土密度，取2.65t/m³；

γ_w——清水密度，取2.65t/m³；

d₅₀——中值直径，单位为m；

v_ss——土颗粒沉降速度，单位为m/s；

ν——粘滞系数，单位为N.S/㎡；

I_f——每米管道的沿程摩擦损失；

ΔP——实测压强差；

Δh——压力测点高差；

在获取该疏浚吹填管线的摩阻系数时，首先通过公式(1)获取实验系数K_D，再将试验系数K_D代回到公式(2)中，即可获取该吹填管线的摩阻系数计算公式。