CN108801539B - 基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统和方法 - Google Patents

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CN108801539B CN201810760975.2A CN201810760975A CN108801539B CN 108801539 B CN108801539 B CN 108801539B CN 201810760975 A CN201810760975 A CN 201810760975A CN 108801539 B CN108801539 B CN 108801539B
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    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials

Abstract

本发明提供一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统及方法，所述测量系统采用大量程、高精度、推板式防泥沙淤堵的压力传感器，在疏浚排泥管线上每隔一段距离安装一个压力传感器，以太阳能板联合锂电池对测量系统供电，以无线模式实现压力传感器数据的同步、传输和存储功能，通过无线传输设备将船端数据传输至数据处理终端，并将船端数据与数据处理终端的压力数据同步，能在数据处理终端的显示屏上实时显示压力变化曲线，能根据实测数据给出测量管段沿程摩阻系数λm的计算值；能实时、同步、长期、稳定的对疏浚排泥管线沿程压力变化情况进行监控和预测，填补了疏浚排泥管线输送领域从未触及有关实时、同步的监测分析沿程压力的技术空白。

Description

基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统和方法
技术领域
本发明涉及管道浆体输送测量技术领域，尤其涉及一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统和方法。
背景技术
疏浚工程施工的环境条件日趋复杂，施工难度不断增加，对现有疏浚设备、工艺及吹填技术提出了更高的要求。疏浚企业只有不断提升自身综合实力，努力提高疏浚工艺技术水平以及施工效率，强化施工管理，降低施工能耗及施工成本，才能从容应对复杂多变的施工环境条件。
目前，大型疏浚船在围海造地工程中使用的排泥管线，其管径一般在750～900mm，长度在6～12m，主要采用Q235材质，并通过法兰口串联。在施工过程中，排泥管线未涉及压力传感器，无法实时、准确的获取浆体输送时排泥管线的压力变化情况，无法指导排泥管线的现场布置，更无法满足日益复杂的疏浚环境条件，无法满足精细化施工、提高吸输效率的要求。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的不足，为了更加全面、准确的获取施工过程中排泥管线的压力变化情况，更好的指导疏浚船舶的精细化施工，提出一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量方法，设计并开发一套切实可行的针对疏浚排泥管线沿程压力实时、同步、高频监测和存储的系统及其配套设施，实现管道压力地实时、同步、在线监测和数据采集，解决排泥管线吹填过程中沿程压力数据缺失、疏浚排泥管线浆体输送阻力无法预知，不能有效指导施工工艺和管线布置的问题。
本发明给出的基于无线技术的浆体输送管线沿程压力同步测量系统，采用大量程、高精度、推板式防泥沙淤堵的压力传感器，在疏浚排泥管线上每隔一段距离安装一个压力传感器，以无线模式实现压力传感器的锂电池供电、数据同步、传输和存储功能，同时将采集到的数据在电脑端同步、实时显示压力变化曲线，并根据疏浚船实时流速、浓度以及疏浚介质特性参数实时计算并验证疏浚排泥管线沿程摩阻系数λm。该测量系统，通过现场应用验证了这一种基于无线技术的浆体输送管线沿程压力同步测量系统的可行性：极好地实时、同步、长期、稳定的对疏浚排泥管线沿程压力变化情况进行监测，填补了疏浚排泥管线无实时、同步的沿程压力变化监测数据的空白；为疏浚排泥管线摩阻的分析提供了大量实测数据；为绞吸船施工工艺参数优化提供了技术支持。
本发明采用了下列技术方案解决了其技术问题：
一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统，包括数据采集设备、支架、基于无线技术的测点终端、基于无线技术的数据处理终端和电源。
数据采集设备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绞吸船上，用以分别监测浆体的实时流速和浓度数据。上述数据采集设备均通过基于无线技术的测点终端接入测量系统。
由于疏浚排泥管线与其他领域管线输送不同，管道内输送介质为水砂混合物，因此压力传感器采用推板式防泥砂淤堵的压力传感器，在推板前方设置有挡砂孔板，该挡砂孔板的开孔孔径大小根据室内试验获取。在测量砂质输送介质时，其开孔孔径大小取值在1.5～3.0倍中值粒径。该挡砂孔板开孔不能过小，以防止水砂混合物能够自由出入淤堵压力传感器前段的孔板，防止压力传感器前段堵塞影响压力值的正常传递；同时，该挡砂孔板开孔不能过大，以防止较大的颗粒对压力传感器前段的推板造成冲击，避免压力传感器受到冲击造成损伤。压力传感器的安装采用在测量管道上焊制外接法兰盘。在外接法兰盘上设置两个螺孔，其中一个螺孔用于安装推板式压力传感器，另一个螺孔安装球阀用于排气和防止淤堵。在开始测量前，通过启闭排除测量点处的空气，使得管道内压力能够正常传递给压力传感器，同时当压力传感器前端发生堵塞时，通过启闭球阀对法兰盘进行冲刷，清除淤堵在压力传感器前端的泥沙。所采用的推板式防泥沙淤堵的螺栓压力传感器和法兰盘式的测量方法，经过现场测试验证，其安装方便、操作简单、防淤堵性佳。同时在压力测量点处布设一个接线盒，接线盒设置有通用接口，用于无线的串联、压力传感器的接入和数据处理终端的接入。
基于无线技术的测点终端，用以实现测点处数据的采集、发送与存储，并与测点处的数据采集设备、电源相连接。本发明中，疏浚排泥管线沿程压力传感器设备所在管段以及绞吸船上均设置有所述基于无线技术的测点终端。进一步，基于无线技术的测点终端包括信号天线、控制柜和信号天线杆；信号天线置于信号天线杆顶端，并与控制柜连接；疏浚排泥管线端的控制柜与螺栓式压力传感器连接，用以获取疏浚排泥管线的沿程压力数据；绞吸船端的控制柜与实时流量计以及密度计连接，用以获取浆体的流速数据和浓度数据；且该控制柜还用以将获取的数据在测点处进行存储，以及将获取的数据通过信号天线发送至基于无线技术的数据处理终端。
基于无线技术的数据处理终端包括数据接收硬件和软件模块。数据接收硬件包括信号发送天线、信号接收天线、网关和平板工控机；所述信号接收天线和信号发送天线均通过网关连接于平板工控机；信号接收天线用于接收浆体的流速数据、浓度数据和疏浚排泥管线的沿程压力数据；信号发送天线用于发送同步时钟信号，以此同步疏浚排泥管线沿程设置的基于无线技术的测点终端的时钟，以及绞吸船端的流速和浓度数据。软件模块设置在数据接收硬件的平板工控机中，能够实现参数的设置，数据的发送、同步、接收、存储、分析和预测功能，并能够根据疏浚船实时流速、浓度和疏浚介质特性参数计算并验证测量管段沿程摩阻系数λm大小，还能根据疏浚船试试流速、浓度和疏浚介质特性参数对排距和产量进行预测。
测点处的基于无线技术的测点终端配置有电源；所述电源包括大容量的锂电池和太阳能板；所述太阳能板在白天为锂电池充电，以实现锂电池可以持续24小时供电。
本发明中的支架包括框架本体、控制柜安装平面和太阳能板安装支架；所述框架本体预设有内部走线孔，用于隐藏电源线和信号线，以提高电源线和信号线的使用寿命；所述控制柜安装平面设置在框架本体上，用以安装控制柜；所述太阳能板安装支架位于框架本体顶部，用以安装太阳能板。
本发明中，压力传感器通过外接法兰盘的方式安装于疏浚排泥管线，采用现场无线传输系统实现数据同步、传输和存储功能，并由太阳能板联合锂电池发电对测量系统供电，在疏浚排泥管线输送特性的研究领域具有极高的应用前景和科研价值。
本发明还提供一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量方法，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，将外接法兰盘焊于疏浚排泥管线45°角方向；
(2)绞吸船停工后，将沿程压力测点所在处的外接法兰盘上的两个闷头打开，使管道内浆体流净，并将外接法兰盘上的砂砾清除；
(3)将球阀安装于外接法兰盘上的其中一个螺孔，并将球阀旋至关闭；
(4)将经过标定的推板式压力传感器安装于外接法兰盘上的另一个螺孔；
(5)绞吸船可以开始正常施工前，将疏浚排泥管线沿程压力传感器设备所在管段上通过支架安装基于无线技术的测点终端以及电源；
(6)在绞吸船上安装实时流量计、密度计、以及基于无线技术的测点终端，并将实时流量计和密度计接到前述基于无线技术的测点终端上，通过绞吸船上220v电源直接对前述基于无线技术的测点终端供电；
(7)前序工作完成后，将基于无线技术的数据处理终端在项目部或绞吸船驾驶台上进行安装，并通过项目部或绞吸船上220v电源直接对前述基于无线技术的数据处理终端供电；
步骤B、沿程压力管线的测量过程：
(8)开启所有基于无线技术的测点终端和基于无线技术的数据处理终端的电源；依次检查各个压力传感器设备、基于无线技术的测点终端和基于无线技术的数据处理终端供电情况；同时确认无线传输设备的信号传输情况，将绞吸船端数据和疏浚排泥管线沿程压力实测数据进行时钟同步；时钟同步是将疏浚排泥管线各个测点之间的时钟进行同步；同时，对船端的流速和浓度的时钟也进行同步；
(9)依次开启每个压力测点处外接法兰盘处的球阀排出气体，待喷出浆体后将球阀关闭；
(10)打开数据接收硬件，调出软件参数设置模块的设置界面，设置数据采集频率、同步频率和存储频率；
(11)运行数据处理模块，进行疏浚排泥管线沿程压力实时监测，并通过实时压力、流速、浓度实测数据，实时进行疏浚排泥管线摩阻系数λm计算；
(12)查看压力实测数据，根据沿程压力降低的情况，判断每个压力测点处压力传感器是否正常工作；
(13)如果压力传感器实测值异常，可再次启闭外接法兰盘的球阀进行调试，或在绞吸船停工期间，对压力传感器进行更换；
(14)如果压力传感器实测值均正常，且太阳能板和锂电池工作均正常，则对疏浚排泥管线沿程压力和绞吸船上浆体的流速和浓度等数据进行同步采集、存储、实时分析和实时预测。
本发明中，用于计算、分析和预测方式为:
所述摩阻系数λm的计算方式为：
根据实时监测的疏浚排泥管线沿程压力、流速和浓度的变化特性，采用公式(1)进行λm值的初步计算；并根据公式(2)实时获取摩阻If公式计算值。
基于疏浚排泥管线沿程压力实测值，根据公式(3)计算摩阻If实测实测值。
将摩阻If公式计算值与摩阻If实测实测值进行对比分析，并通过调整系数KD使得公式(4)成立。以此获取经过实测值验证，且适用于该疏浚排泥管线的摩阻系数λm的计算公式。
所述实时分析和实时预测方式为：
上述经过疏浚排泥管线实测沿程压力验证过的公式(1)可以实时计算管道阻力，通过公式(5)实时计算分析当前流速、浓度条件下疏浚排泥管线可铺设的距离；
上述经过疏浚排泥管线实测沿程压力验证过的公式(1)可以分析当前疏浚排泥管线输送流速、浓度条件下，管线可铺设的最远距离和最大产量；
其中：λm为输送泥浆时的管路沿程阻力系数；
C——土颗粒体积浓度(％)；
Cm——船载密度计实测浓度(％)；
g——重力加速度(9.81m/s2)
KD——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(m/s)；
D——管路内径(0.85m)；
γs——土颗粒密度(2.65t/m3)；
γo——原状土密度(2.65t/m3)；
γw——清水密度(2.65t/m3)；
d50——中值直径(m)；
vss——土颗粒沉降速度(m/s)；
υ——粘滞系数(N.S/㎡)；
If——每米管道的沿程摩擦损失；
ΔP——实测压强差；
Δh——压力测点高差；
P泵排——船上泥泵排压；
P管口——疏浚排泥管线出口压力；
L排距——疏浚排泥管线排距(浆体输送距离)。
综上所述，本发明给出的基于无线技术的浆体输送管线沿程压力同步测量系统和方法，能实时、同步且高频的采集、显示和存储疏浚排泥管线沿程压力变化数据，为疏浚排泥管线浆体输送特性研究提供了稳定、有效的测量方法，并为疏浚排泥管线的现场布置和工艺优化提供了技术支持，为疏浚工程往精细化施工的方向发展提供了新方法和新思路。
进一步，本发明的突出特点是采用外接法兰式方便拆装防淤堵的压力传感器，基于无线技术的数据处理终端能够实时计算排泥管线沿程摩阻系数λm；并根据该摩阻系数λm对疏浚排泥管线的排距和产能进行预测；该系统通过太阳能板和锂电池组合实现24小时连续不间断供电；其在现场应用过程中，整套测量系统方便拆装、布置与转场，在疏浚排泥管线输送特性的研究领域具有极高的应用前景和科研价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于无线技术的测点终端在疏浚排泥管线沿程的布设示意图；
图2为本发明实施例提供的外接法兰盘、压力传感器及球阀安装设备示意图；
图3为本发明实施例提供的推板式防泥砂淤堵压力传感器示意图；
图4为本发明实施例提供的基于无线技术的测点终端的示意图；
图5为本发明实施例提供的基于无线技术的数据处理终端的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例以及附图对本发明做进一步的描述。
实施例
如图1至图5所示，提供一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统，包括数据采集设备、支架、基于无线技术的测点终端、基于无线技术的数据处理终端和电源；数据采集设备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绞吸船上，用以分别监测浆体的实时流速和浓度数据；基于无线技术的测点终端，用以实现测点处数据的采集、发送与存储，并与测点处的数据采集设备、电源相连接；基于无线技术的数据处理终端，用以实现各个压力测点之间的时钟同步、数据传输与数据存储，并根据疏浚船实时流速、浓度以及疏浚介质特性参数实时计算并验证疏浚排泥管线沿程摩阻系数λm；并根据疏浚排泥管线沿程摩阻系数λm对疏浚排泥管线的排距和产能进行预测；电源用以为所述同步测量系统持续供电；支架为电源、基于无线技术的测点终端和走线提供了平台和空间。
本发明中，压力传感器设备采用推板式防泥沙淤堵压力传感器设备1。
如图2、图3所示，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，O型橡胶垫圈14，外接法兰盘15和球阀16。
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。
外接法兰盘15安装在疏浚排泥管线5的45°角方向上作为连接件。由于排泥管线内浆体往往发生沉降，大量的浆体输送过程中分布在管线的下半部分；同时，由于绞吸船施工过程中管线会有少量气泡存在于管线的上部。因此，压力传感器安装在45°角上，即能避免气泡对压力测量的影响，又能减少浆体对传感器的磨损，还能避免浆体沉降堵塞压力传感器的现象。
外接法兰盘15上开设有第一螺孔151、第二螺孔152，且第一螺孔151配有第一闷头1511，第二螺孔152配有第二闷头1521；螺栓式压力传感器11通过第一螺孔151与外接法兰盘15连接，球阀16通过第二螺孔152与外接法兰盘15连接。
进一步，螺栓式压力传感器11的底部设置有第一螺纹杆，并通过第一螺纹杆与第一螺孔151连接；同样的，在球阀16的底部设置有第二螺纹杆，并通过第二螺纹杆与第二螺孔152连接。
进一步，在螺栓式压力传感器11的底端设置有挡砂孔板13，所述挡砂孔板13的板面中设置有若干开孔，用于限制部分泥沙穿过。
进一步，可以在第一螺纹杆的底端设有螺纹接口，同时在挡砂孔板13上设置与所述螺纹接口相匹配的内螺纹，挡砂孔板13通过内螺纹与螺纹接口连接，从而安装在第一螺纹杆的前端用于限制部分泥沙穿过。
进一步，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。
进一步，在螺栓式压力传感器11与外接法兰盘15的连接处，以及球阀16与外接法兰盘15的连接处分别设置有O型橡胶垫圈14以起到密封作用。
疏浚排泥管线沿程压力传感器设备所在管段以及绞吸船6上均设置有基于无线技术的测点终端。进一步，基于无线技术的测点终端3包括信号天线31、控制柜32和信号天线杆33；信号天线31设置于信号天线杆33顶端，并与控制柜32连接；疏浚排泥管线端的控制柜32与螺栓式压力传感器11连接，用以获取疏浚排泥管线5的沿程压力数据；绞吸船6端的控制柜32与实时流量计7以及密度计8连接，用以获取浆体的流速数据和浓度数据；控制柜32还用以并将获取的数据在测点处进行存储，以及将获取的数据通过信号天线31发送至基于无线技术的数据处理终端。
如图5所示，基于无线技术的数据处理终端包括数据接收硬件和软件模块：数据接收硬件包括第一信号天线411、第二信号天线412、网关413和平板工控机414；第一信号天线411和第二信号天线412均通过网关413连接于平板工控机414；第一信号天线411用于接收浆体的流速数据、浓度数据和疏浚排泥管线的沿程压力数据；第二信号天线412用于发送同步时钟信号，以此同步疏浚排泥管线沿程设置的基于无线技术的测点终端的时钟；软件模块设置在数据接收硬件的平板工控机414中，包括软件参数设置模块和数据处理模块，用以分别实现软件参数的设置功能和数据同步、接收、存储、分析和预测功能。
测点处的基于无线技术的测点终端3配置有电源；电源包括大容量的锂电池51和太阳能板52；太阳能板52在白天为锂电池51充电，以实现锂电池51的持续供电。
如图4所示，支架包括框架本体21、控制柜安装平面22和太阳能板安装支架23；框架本体21预设有内部走线孔，用于隐藏电源线和信号线，以提高电源线和信号线的使用寿命；控制柜安装平面22设置在框架本体21上，用以安装控制柜32；太阳能板安装支架23位于框架本体21顶部，用以安装太阳能板52。
本发明还提供一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量方法，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，将外接法兰盘焊于疏浚排泥管线45°角方向；
(2)绞吸船停工后，将沿程压力测点所在处的外接法兰盘上的两个闷头打开，使管道内浆体流净，并将外接法兰盘上的砂砾清除；
(3)将球阀安装于外接法兰盘上的其中一个螺孔，并将球阀旋至关闭；
(4)将经过压力标定的推板式压力传感器安装于外接法兰盘上的另一个螺孔；
(5)绞吸船开始正常施工前，将疏浚排泥管线沿程压力传感器设备所在管段上安装基于无线技术的测点终端以及电源；
(6)在绞吸船上安装实时流量计、密度计、以及基于无线技术的测点终端，并将实时流量计和密度计接到前述基于无线技术的测点终端上，通过绞吸船上220v电源直接对前述基于无线技术的测点终端供电；
(7)前序工作完成后，将基于无线技术的数据处理终端在项目部或绞吸船驾驶台上进行安装，并通过项目部或绞吸船上220v电源直接对前述基于无线技术的数据处理终端供电；
步骤B、沿程压力管线的测量过程：
(8)开启所有基于无线技术的测点终端和基于无线技术的数据处理终端的电源；依次检查各个压力传感器设备、基于无线技术的测点终端和基于无线技术的数据处理终端供电情况；同时确认无线传输设备的信号传输情况，将绞吸船端数据和疏浚排泥管线沿程压力实测数据进行时钟同步；
(9)依次开启每个压力测点处外接法兰盘处的球阀排出气体，待喷出浆体后将球阀关闭；
(10)打开数据接收硬件，调出软件参数设置模块的设置界面，设置数据采集频率、同步频率和存储频率；
(11)运行数据处理模块，进行疏浚排泥管线沿程压力实时监测，并通过实时压力、流速、浓度实测数据，实时进行疏浚排泥管线摩阻系数λm计算；
(12)查看压力实测数据，根据沿程压力降低的情况，判断每个压力测点处压力传感器是否正常工作；
(13)如果压力传感器实测值异常，可再次启闭外接法兰盘的球阀进行调试，或在疏浚船停工期间，对压力传感器进行更换；
(14)如果压力传感器实测值均正常，且太阳能板和锂电池工作均正常，则对疏浚排泥管线沿程压力和绞吸船上浆体的流速、浓度等数据进行同步采集、存储、实时分析和实时预测。
进一步，所述摩阻系数λm的计算方式为：
根据实时监测的疏浚排泥管线(5)沿程压力、流速和浓度的变化特性，采用公式(1)进行λm值的初步计算；并根据公式(2)实时获取摩阻If公式计算值；
基于疏浚排泥管线(5)沿程压力实测值，根据公式(3)计算摩阻If实测实测值；
将摩阻If公式计算值与摩阻If实测实测值进行对比分析，并通过调整系数KD使得公式(4)成立，以此获取经过实测值验证，且适用于该疏浚排泥管线(5)的摩阻系数λm的计算公式；
所述实时分析和实时预测方式为：
通过上述经疏浚排泥管线(5)实测沿程压力验证过的公式(1)实时计算管道阻力，通过公式(5)实时计算分析当前流速、浓度条件下疏浚排泥管线(5)可铺设的距离；
通过上述经过疏浚排泥管线(5)实测沿程压力验证过的公式(1)分析当前疏浚排泥管线(5)输送流速、浓度条件下，管线可铺设的最远距离和最大产量；
其中：λm为输送泥浆时的管路沿程阻力系数；
C——土颗粒体积浓度(％)；
Cm——船载密度计实测浓度(％)；
g——重力加速度(9.81m/s2)
KD——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(m/s)；
D——管路内径(0.85m)；
γs——土颗粒密度(2.65t/m3)；
γo——原状土密度(2.65t/m3)；
γw——清水密度(2.65t/m3)；
d50——中值直径(m)；
vss——土颗粒沉降速度(m/s)；
ν υ——粘滞系数(N.S/㎡)；
If——每米管道的沿程摩擦损失；
ΔP——实测压强差；
Δh——压力测点高差；
P泵排——船上泥泵排压；
P管口——疏浚排泥管线出口压力；
L排距——疏浚排泥管线排距(浆体输送距离)。
以下是本发明的一个具体应用实例：
现场绞吸船为3500m3大型绞吸挖泥船，其疏浚排泥管线内径为DN850。本实施例针对该疏浚排泥管线的岸上管段进行沿程压力变化的同步测量。对岸上管线沿程压力值的估算，其管内压力在200kPa～800kPa之间变化，采用量程为0～1.0mPa的推板式防泥沙淤堵压力传感器，其精度等级为0.05％(可允许偏差±5kPa)，具有150％过载保护。
本实施例沿程安装七个压力传感器，沿着疏浚排泥管线每隔200m设置一个压力测量点。在绞吸船停工时，依次将推板式防泥沙淤堵压力传感器和球阀安装于疏浚排泥管线沿程的压力测点处的外接法兰盘上的螺孔处。其中外接法兰盘焊接在疏浚排泥管线45°角方向；安装过程中，首先将其中一个外接法兰盘上的两个闷头取下，再分别换上推板式防泥沙淤堵压力传感器和球阀，并将球阀至于关闭状态。
安装完各个测点的压力传感器后，沿着疏浚排泥管线上的压力测量点布设无线。本实施例中，项目部作为基于无线技术的数据处理终端布置点。然后将数据处理终端、锂电池组、七个压力传感器接入无线。
确保排气球阀和压力传感器安装牢固后，开启锂电池组电源，再开启平板工控机，设置数据采集频率为1Hz、同步频率为2Hz和存储文件大小为1hour；最后开启数据同步、采集和存储功能，对沿程压力进行实时监测和存储，并根据公式(1)获取KD，从而得到摩阻系数计算公式，并通过公式(5)实时计算分析当前流速、浓度条件下疏浚排泥管线可铺设的距离；通过公式(1)分析当前疏浚排泥管线输送流速、浓度条件下，管线可铺设的最远距离和最大产量。
查看平板工控机显示器上的压力实测数据，对比沿程压力测点处推板式防泥沙淤堵压力传感器上液晶显示屏上的压力值。根据沿程压力降低的情况，各个压力测点处压力传感器均正常工作；且锂电池组电量充足。
该疏浚排泥管线沿程压力同步测量系统连续稳定的获取了5天的实测数据。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非是对本发明范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量方法，其特征在于，
该测量方法基于无线的浆体输送管线沿程压力同步测量系统，所述测量系统包括数据采集设备、支架、基于无线技术的测点终端、基于无线技术的数据处理终端和电源；
数据采集设备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绞吸船上，用以分别监测浆体的实时流速和浓度数据；
所述基于无线技术的测点终端，用以实现测点处数据的采集、发送与存储，并与测点处的数据采集设备、电源相连接；
所述基于无线技术的数据处理终端，用以实现各个压力测点之间的时钟同步、数据传输与数据存储，并根据疏浚船实时流速、浓度以及疏浚介质特性参数实时计算并验证疏浚排泥管线沿程摩阻系数λm；并根据疏浚排泥管线沿程摩阻系数λm对疏浚排泥管线的排距和产能进行预测；
所述电源用以为所述同步测量系统持续供电；
所述支架为电源、基于无线技术的测点终端和走线提供了平台和空间；
所述压力传感器为推板式防泥沙淤堵压力传感器设备，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)，第一螺孔(151)配有第一闷头(1511)，第二螺孔(152)配有第二闷头(1521)；第一螺孔(151)用以安装螺栓式压力传感器(11)，第二螺孔(152)用以安装冲刷球阀(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；
所述螺栓式压力传感器(11)的底端设置有挡砂孔板(13)，所述挡砂孔板(13)的板面中设置有若干开孔(131)，用于限制部分泥沙穿过；
所述球阀(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)；
疏浚排泥管线沿程压力传感器设备所在管段以及绞吸船(6)上均设置有所述基于无线技术的测点终端(3)；所述基于无线技术的测点终端(3)包括信号天线(31)、控制柜(32)和信号天线杆(33)；所述信号天线(31)设置于信号天线杆(33)顶端，并与控制柜(32)连接；疏浚排泥管线端的控制柜(32)与螺栓式压力传感器(11)连接，用以获取疏浚排泥管线(5)的沿程压力数据；绞吸船(6)端的控制柜(32)与实时流量计(7)以及密度计(8)连接，用以获取浆体的流速数据和浓度数据；控制柜(32)还用以并将获取的数据在测点处进行存储，以及将获取的数据通过信号天线(31)发送至基于无线技术的数据处理终端；
所述基于无线技术的数据处理终端包括数据接收硬件和软件模块：所述数据接收硬件包括信号接收天线(411)、信号发送天线(412)、网关(413)和平板工控机(414)；所述信号接收天线(411)和信号发送天线(412)均通过网关(413)连接于平板工控机(414)；信号接收天线(411)用于接收浆体的流速数据、浓度数据和疏浚排泥管线的沿程压力数据；信号发送天线(412)用于发送同步时钟信号，以此同步疏浚排泥管线沿程设置的基于无线技术的测点终端的时钟；所述软件模块设置在数据接收硬件的平板工控机(414)中，包括软件参数设置模块和数据处理模块，用以分别实现软件参数的设置功能和数据同步、接收、存储、分析和预测功能；
测点处的基于无线技术的测点终端(3)配置有电源；所述电源包括大容量的锂电池(51)和太阳能板(52)；所述太阳能板(52)在白天为锂电池(51)充电，以实现锂电池(51)的持续供电；
所述支架包括框架本体(21)、控制柜安装平面(22)和太阳能板安装支架(23)；所述框架本体(21)预设有内部走线孔，用于隐藏电源线和信号线，以提高电源线和信号线的使用寿命；所述控制柜安装平面(22)设置在框架本体(21)上，用以安装控制柜(32)；所述太阳能板安装支架(23)位于框架本体(21)顶部，用以安装太阳能板(52)；
所述测量方法包括以下步骤：
步骤A、测量设备及其配套设施的安装：
(1)沿程压力测点处，将外接法兰盘焊于疏浚排泥管线45°角方向；
(2)绞吸船停工后，将沿程压力测点所在处的外接法兰盘上的两个闷头打开，使管道内浆体流净，并将外接法兰盘上的砂砾清除；
(3)将球阀安装于外接法兰盘上的其中一个螺孔，并将球阀旋至关闭；
(4)将经过压力标定的推板式压力传感器安装于外接法兰盘上的另一个螺孔；
(5)绞吸船开始正常施工前，将疏浚排泥管线沿程压力传感器设备所在管段上安装基于无线技术的测点终端以及电源；
(6)在绞吸船上安装实时流量计、密度计、以及基于无线技术的测点终端，并将实时流量计和密度计接到前述基于无线技术的测点终端上，通过绞吸船上220v电源直接对前述基于无线技术的测点终端供电；
(7)前序工作完成后，将基于无线技术的数据处理终端在项目部或绞吸船驾驶台上进行安装，并通过项目部或绞吸船上220v电源直接对前述基于无线技术的数据处理终端供电；
步骤B、沿程压力管线的测量过程：
(8)开启所有基于无线技术的测点终端和基于无线技术的数据处理终端的电源；依次检查各个压力传感器设备、基于无线技术的测点终端和基于无线技术的数据处理终端供电情况；同时确认无线传输设备的信号传输情况，将绞吸船端数据和疏浚排泥管线沿程压力实测数据进行时钟同步；
(9)依次开启每个压力测点处外接法兰盘处的球阀排出气体，待喷出浆体后将球阀关闭；
(10)打开数据接收硬件，调出软件参数设置模块的设置界面，设置数据采集频率、同步频率和存储频率；
(11)运行数据处理模块，进行疏浚排泥管线沿程压力实时监测，并通过实时压力、流速、浓度实测数据，实时进行疏浚排泥管线摩阻系数λm计算；
(12)查看压力实测数据，根据沿程压力降低的情况，判断每个压力测点处压力传感器是否正常工作；
(13)如果压力传感器实测值异常，再次启闭外接法兰盘的球阀进行调试，或在疏浚船停工期间，对压力传感器进行更换；
(14)如果压力传感器实测值均正常，且太阳能板和锂电池工作均正常，则对疏浚排泥管线沿程压力和绞吸船上浆体的流速、浓度数据进行同步采集、存储、实时分析和实时预测；
所述摩阻系数λm的计算方式为：
根据实时监测的疏浚排泥管线(5)沿程压力、流速和浓度的变化特性，采用公式(1)进行λm值的初步计算；并根据公式(2)实时获取摩阻If公式计算值；
基于疏浚排泥管线(5)沿程压力实测值，根据公式(3)计算摩阻If实测实测值；
将摩阻If公式计算值与摩阻If实测实测值进行对比分析，并通过调整系数KD使得公式(4)成立，以此获取经过实测值验证，且适用于该疏浚排泥管线(5)的摩阻系数λm的计算公式；
所述实时分析和实时预测方式为：
通过下述经疏浚排泥管线(5)实测沿程压力验证过的公式(1)实时计算管道阻力，通过公式(5)实时计算分析当前流速、浓度条件下疏浚排泥管线(5)可铺设的距离；
通过下述经过疏浚排泥管线(5)实测沿程压力验证过的公式(1)分析当前疏浚排泥管线(5)输送流速、浓度条件下，管线可铺设的最远距离和最大产量；
其中：λm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；
Cm——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；
KD——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；
γs——土颗粒密度，取2.65t/m3；
γo——原状土密度，取2.65t/m3；
γw——清水密度，取2.65t/m3；
d50——中值直径，单位为m；
vss——土颗粒沉降速度，单位为m/s；
υ——粘滞系数，单位为N.S/㎡；
If——每米管道的沿程摩擦损失；
ΔP——实测压强差；
Δh——压力测点高差；
P泵排——船上泥泵排压；
P管口——疏浚排泥管线出口压力；
L排距——疏浚排泥管线排距，浆体输送距离。
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