CN114112792B - 流态浆体处理系统及其密度的瞬时检测装置、方法 - Google Patents

流态浆体处理系统及其密度的瞬时检测装置、方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流态浆体处理系统及其密度的瞬时检测装置、方法。流态浆体密度的瞬时检测装置用于检测浆体输送管道中流态浆体的瞬时密度，基于流态浆体的瞬时密度的计算公式进行构建，包括速度检测器、力学探测器以及信号接收处理器；速度检测器安装在浆体输送管道上所设置的速度采集位点，用于采集浆体输送管道中流态浆体的流速；力学探测器安装在浆体输送管道上所设置的瞬时冲击力监测点，用于检测流态浆体在瞬时冲击力监测点位置处的瞬时冲击力，并按照预设的时间间隔将各检测时刻对应的瞬时冲击力传输至信号接收处理器。因此，本发明可以快速地检测流态浆体的瞬时密度，有益于工程上更有针对性地处理流态浆体。

Description

流态浆体处理系统及其密度的瞬时检测装置、方法
技术领域
本发明属于流态浆体处理的技术领域，尤其针对废弃泥浆和/或污水的处理，提供了一种流态浆体处理系统及其密度的瞬时检测装置、方法，有利于选择针对性的流态浆体处理工艺，极大地提高废弃流态浆体的减量化、资源化处理效率。
背景技术
随着盾构工程与市政工程的不断发展，每年产生的废弃泥浆和生活污水不断增加，这些废弃浆体的处理通常是运输到固定处理场地，对污水进行加药生化处理，对废弃泥浆进行减量化处理。其处理过程中一般都会涉及到药剂添加环节，因此，为了提高处理流动化废弃浆体的效率，有必要在处理工艺前检测流动化废弃浆体的密度或含水率或浓度。
市场上关于废弃泥浆或污水密度的检测装置多为振动管式流体密度计、射线式流体密度计、浮子式流体密度计等，主要应用于静止流体的密度检测，且适用范围小，如申请号为20150590785.7的中国发明专利公开《一种悬梁臂式流体密度计及其检测方法》，提出通过建立密度与频率的关系式测得流体的密度，该方法可以最大程度地消除外界振动对测量流体密度产生的影响，不易受外界影响。但此种流体密度的检测方法适用范围小，仅适用于静止流体的密度检测，无法检测流动过程中的密度检测，不适用于工程上使用。
目前，在对流体化废弃浆体进行处理时，针对药剂的添加量多为根据废弃泥浆和污水的体积预估，有的并未针对流体化废弃浆体的密度、浓度、含水率做出针对性的药剂添加。如申请号为201410629035.1的中国发明专利公开《一种用于建筑废弃泥浆减量化处理的专用系统》在泥浆预处理中，并没有涉及到对泥浆的密度、含水率或浓度进行检测或预估，因此，在配置絮凝剂时，存在絮凝剂浓度、添加量模糊不明确的问题。
如申请号为202011497154.8的中国发明专利公开《一种钻井废弃泥浆减量化无害化资源化处理方法及系统》提出在泥浆处理中药剂的添加量根据摄入系统泥浆的体积估算，由于泥浆会持续地进入系统且泥浆的密度、浓度、含水率具有不均匀性，因此会造成药剂添加量过剩或过少的现象，从而影响泥浆的处理效率。
鉴于此，工程上急需一种能够弥补上述缺陷的高效的、快速的一种流态浆体密度的瞬时检测装置及实施方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种流态浆体密度的瞬时检测装置及方法，可以快速地检测流态浆体的瞬时密度，有益于工程上更有针对性地处理流态浆体。
为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：
一种流态浆体密度的瞬时检测装置，用于检测浆体输送管道中流态浆体的瞬时密度，浆体输送管道的进料口与物料池的浆体输送口连通，包括速度检测器、力学探测器以及信号接收处理器，其中：
所述的速度检测器，安装在浆体输送管道上所设置的速度采集位点，用于采集浆体输送管道中流态浆体的流速v，并传输至信号接收处理器；
所述的力学探测器，安装在浆体输送管道上所设置的瞬时冲击力监测点，用于检测流态浆体在瞬时冲击力监测点位置处的瞬时冲击力G，并按照预设的时间间隔将各检测时刻对应的瞬时冲击力G传输至信号接收处理器；
速度采集位点、瞬时冲击力监测点按照浆体输送管道中流态浆体的流向顺序设置于所述的浆体输送管道上；
所述的信号接收处理器，用于接收速度检测器传输来的流速v以及力学探测器传输来的瞬时冲击力G并进行处理，包括瞬时密度检测模块；
所述瞬时密度检测模块，对所接收到的流速v、瞬时冲击力G进行计算，以得到流态浆体的瞬时密度并输出；流态浆体的瞬时密度的计算公式如下：
δi＝Git/vV
式中：Gi表示力学探测器所反馈的第i时刻的瞬时冲击力，i的取值为1,2,3……N；t表示流态浆体冲击力学探测器的应变片所需的形变时间；V表示速度采集位点与瞬时冲击力监测点之间的流态浆体体积；v表示速度检测器在速度采集位点所检测到的流态浆体的流速。
作为上述的流态浆体密度的瞬时检测装置进一步改进，所述的速度采集位点设置于浆体输送管道上安装抽滤泵的位置处；所述速度检测器所采集到的流态浆体的流速v即可根据所述抽滤泵的旋转角速度计算而来。
作为上述的流态浆体密度的瞬时检测装置进一步改进，还包括旁路回流管道、切换开关、智能开关控制器以及气液混合预警装置；
所述的旁路回流管道，一端与浆体输送管道旁路连接，另一端则与物料池连接，且旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点位于瞬时冲击力监测点的后端；
所述的切换开关，安装在旁路回流管道与浆体输送管道的连接位点处，并通过智能开关控制器的控制来实现启闭；
所述的信号接收处理器，还包括气液混合预警模块；
所述的气液混合预警模块，通过所接收到的瞬时冲击力G，计算出流态浆体的冲击力变化率μj，并通过判断模块以判断出流态浆体中的气体含量是否满足需求：
当判断结果表明流态浆体中的气体含量超出预设范围时，触发气液混合预警装置发出警报，同时，发出控制信号，通过智能开关控制器控制切换开关，促使旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点连通，浆体输送管道中所输送的流态浆体通过旁路回流管道回流至物料池；
当判断结果表明流态浆体中的气体含量满足需要时，信号接收处理器根据当前检测时刻所接收到的瞬时冲击力G以及流态浆体的流速v，采用流态浆体的瞬时密度的计算公式，计算出当前检测时刻的流态浆体的瞬时密度并输出；
流态浆体的冲击力变化率μj的计算公式为：
μj＝|Gj-1-Gj|/Gj-1，
式中：μj表示力学探测器所反馈的流态浆体的第j时刻对应的瞬时冲击力Gj相对于第j-1时刻对应的瞬时冲击力Gj-1的冲击力变化率，j的取值为1,2,3,……,N-1。
作为上述的流态浆体密度的瞬时检测装置进一步改进，所述判断模块，包括两个顺序进行的判断子模块，对应为第一、第二判断子模块；
所述的第一判断子模块用于比较第j时刻对应的冲击力变化率μj与预设的冲击力变化率阈值的大小，并将判断结果上传至第二判断子模块；
所述的第二判断子模块，在接收到冲击力变化率μj大于预设的冲击力变化率阈值的判断结果时，开始计数，数值为1；并在后续接收到的冲击力变化率μj+1、μj+2……μj+k均大于预设的冲击力变化率阈值的判断结果时，依次进行累计计数，直至累计计数数值k+1大于预设的警报触发阈值时，触发气液混合预警装置发出警报，同时，发出控制信号，通过智能开关控制器控制切换开关，促使旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点连通，浆体输送管道中所输送的流态浆体通过旁路回流管道回流至物料池。
作为上述的流态浆体密度的瞬时检测装置进一步改进，当速度检测器所反馈的第i+1次瞬时冲击力Gi+1相对于第i次瞬时冲击力Gi的时间间隔为0.1s时，预设的冲击力变化率阈值为5％，预设的警报触发阈值为5。
作为上述的流态浆体密度的瞬时检测装置进一步改进，气液混合预警装置、智能开关控制器、切换开关和旁路回流管道均以可拆卸的连接方式安装。
作为上述的流态浆体密度的瞬时检测装置进一步改进，流态浆体体积V通过下式计算：
V＝sl
式中：s为浆体输送管道的横截面积，l为速度采集位点至瞬时冲击力监测点之间的浆体输送管道的长度。
本发明的另一个技术目的是提供一种流态浆体密度的瞬时检测方法，基于上述的流态浆体密度的瞬时检测装置而实现，包括以下步骤：
步骤一、安装流态浆体密度的瞬时检测装置
以既有的连接在物料池与浆体处理装置之间的浆体输送管道为基础，安装流态浆体密度的瞬时检测装置：在抽滤泵上安装速度检测器，在抽滤泵后端的浆体输送管道上安装力学探测器，在力学探测器后端的浆体输送管道上安装一个一通二切换开关，切换开关的其中一个出口与浆体处理装置连接，余下的另一个出口则通过旁路回流管道连接至物料池；
采用信号传输线，将速度检测器以及力学探测器分别与信号接收处理器的信号接收端连接，将信号接收处理器的控制信号输出端分别与智能开关控制器、气液混合预警装置连接，智能开关控制器与切换开关连接；
步骤二、检测
步骤2.1、启动步骤一所安装的流态浆体密度的瞬时检测装置；常态下，在切换开关的安装位置处，浆体输送管道与旁路回流管道之间通过切换开关而处于截流状态，而浆体输送管道与浆体处理系统之间通过切换开关而处于接通状态；
步骤2.2、速度检测器将所检测到的流态浆体的流速v传输至信号接收处理器；
力学探测器按照预设的检测时间间隔，将各检测时刻对应的瞬时冲击力G一一传送至信号接收处理器；
步骤2.3、信号接收处理器根据所接收到的各检测时刻对应的瞬时冲击力G，按照冲击力变化率μj的计算公式，一一计算出各冲击力变化率μj；
步骤2.4、逐一判断步骤2.3所计算出的各冲击力变化率μj，以确定出流态浆体中的气体含量是否满足需求：
当判断结果表明流态浆体中的气体含量超出预设范围时，触发气液混合预警装置发出警报，同时，发出控制信号，通过智能开关控制器控制切换开关，促使旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点连通，浆体输送管道中所输送的流态浆体通过旁路回流管道回流至物料池；
当判断结果表明流态浆体中的气体含量满足需要时，信号接收处理器根据当前检测时刻所接收到的瞬时冲击力G以及流态浆体的流速v，采用流态浆体的瞬时密度的计算公式，计算出当前检测时刻的流态浆体的瞬时密度并输出。
作为上述的流态浆体密度的瞬时检测方法的进一步改进，步骤2.4中，流态浆体的气体含量是否满足需求的判断方式以及气液混合预警装置的预警方式如下：
a、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ≤5％时，表明此时浆体输送管道中浆体的气体含量较少，满足需要，气液混合预警装置不做任何预警；
b、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ>5％，且连续次数在5次以内，表明此时流态浆体的密度突变引起冲击力变化率μ>5％，气液混合预警装置依然不做任何预警；
c、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ>5％，且持续次数超过5次，说明此时浆体输送管道中的气体含量较多，超出预设范围，信号接收处理器触发气液混合预警装置发出警报，提醒工作人员检查抽滤泵是否发生堵塞和/或浆体输送管道发生漏气的现象。
本发明的再一个技术目的是提供一种流态浆体处理系统，包括物料池、抽滤泵以及浆体处理装置，物料池的浆体输送口通过管道与抽滤泵的进口连通，抽滤泵的出口通过浆体输送管道与浆体处理装置连接，所述浆体输送管道上安装有上述的流态浆体密度的瞬时检测装置。
基于上述的技术目的，相对于现有技术，本发明具有如下的优势：
1、本发明在仔细研判既有流体浆体处理系统的基础上，在将浆体从物料池泵送至浆体处理装置的流路(浆体输送管道)上，设置了流态浆体密度的瞬时检测装置，使得浆体处理装置能够根据所述流态浆体密度的瞬时检测装置所检测到的流态浆体的瞬时密度，进行针对性的浆体处理工艺调整，从而提高流态浆体处理的效率。
2、本发明所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，基于流态浆体的瞬时密度计算公式δi＝Git/vV来搭建，具体地，在浆体输送管道上依次设置速度采集位点、瞬时冲击力监测点，并在速度采集位点安装速度检测装置进行浆体输送管道中流态浆体流速v的检测、在瞬时冲击力监测点安装力学探测器进行浆体输送管道中流态浆体瞬时冲击力Gi的检测，从而可以通过所创建的流态浆体的瞬时密度计算公式计算出流态浆体的瞬时密度，为流态浆体的处理工艺提供了技术支持。
3、在实际应用过程中，流态浆体的瞬时密度发生变化，会有流态浆体自身的内因造成，也会有抽滤泵堵塞或者浆体输送管道漏气等外因造成。由于本发明所述的浆体处理装置会根据流态浆体的瞬时密度进行相关处理工艺调整，因此，流态浆体的瞬时密度能够更为准确地反映流态浆体自身的体征，是流态浆体密度的瞬时检测装置本身所要追求的。为此，本发明所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，还配设有由旁路回流管道、切换开关、气液混合预警模块、智能开关控制器以及气液混合预警装置构成的“去噪”装置，以有效地截断存在抽滤泵堵塞或者浆体输送管道漏气等外因引起瞬时密度变化的流态浆体流入浆体处理装置，保证浆体处理装置的工艺参数调整与流态浆体自身的体征匹配，促使流态浆体处理的效率得到真正的有效提升。
4、本发明中，浆体输送管道、抽滤泵、信号传输器、力学探测器和信号接收处理模块，气液混合预警装置、智能开关控制器、开关和旁路回流管道管道均可拆卸均，占用场地小，运输安装方便，物料池属于场地自建装置。
附图说明
图1为本发明所述的流态浆体密度的瞬时检测装置的结构简图；
图2为图1中信号接收处理模块的局部结构图；
图3为本发明局部结构图(旁路回流管道处于截断状态)；
图4为本发明局部结构图(旁路回流管道处于接通状态)；
图5为本发明流程图
其中：物料池1、浆体输送口2、抽滤泵3、速度检测装置4、信号接收处理模块5、浆体输送管道6、切换开关7、智能开关控制器8、力学探测器9、气液混合预警装置10、旁路回流管道11、浆体处理装置12。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
如图1-4所示，本发明所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，用于检测处于流动状态的浆体(简称流态浆体，本发明中，流态浆体通过抽滤泵2泵送，具有恒定的流速，流态浆体的流速可以通过监测抽滤泵2的转速而获得)的瞬时密度，便于后续能够针对性地选择适宜的浆体处理装置12来处理前述的流态浆体(由抽滤泵2泵送而来)。
抽滤泵2的进料口通过浆体输入管道与物料池1的浆体输送口3连接，而抽滤泵2的出料口则通过浆体输出管道与浆体处理装置12连接。浆体输入管道、浆体输出管道共同构成附图1中所述的浆体输送管道6。
所述的流态浆体密度的瞬时检测装置包括速度检测装置4、信号接收处理模块5、切换开关7、智能开关控制器8、力学探测器9、气液混合预警装置10以及旁路回流管道11。其中：
所述的速度检测装置4，用于检测抽滤泵2泵送的流态浆体的流速并以电信号的形式传递至信号接受处理模块5；速度检测装置4安装在抽滤泵2的表面。本发明所述的速度检测装置4的型号可选用TS2640N321E64型旋转变压器。
所述的力学探测器9，用于检测抽滤泵2泵送的流态浆体的实时冲击力，并以电信号的形式传递至信号接受处理模块5；力学探测器9安装在浆体输出管道上所设置的瞬时冲击力监测点，为应变力传感器，能够根据抽滤泵2泵送的流态浆体的冲力所产生的应变来检测流态浆体的实时冲击力，可选用的型号为KFW防水应变片。
另外，本发明所述的速度检测装置4的安装位置，并不局限于安装在抽滤泵2上，事实上，其可以选择安装在浆体输送管道6上的任意位置处，其安装位置的要求仅在于处于力学探测器9安装位置处的前端即可。
所述的旁路回流管道11，一端与浆体输出管道旁路连接，另一端则与物料池1连通。所述旁路回流管道11与浆体输出管道的连接位点设置在瞬时冲击力监测点的后端，同时，所述旁路回流管道11与浆体输出管道的连接位点处安装有切换开关7，切换开关7的启闭由智能开关控制器8进行控制。为便于较为清楚地说明切换开关7的流路切换功能，此处将旁路回流管道11与浆体输出管道的连接位点定义为流路分叉点O，浆体输出管道处于流路分叉点O前端的部分定义为A侧浆体输出管道，浆体输出管道处于流路分叉点O后端的部分定义为B侧浆体输出管道。在智能开关控制器8的控制下，切换开关7存在两个工作状态，对应为第一、第二工作状态，当切换开关7处于第一工作状态时，切换开关7断开A侧浆体输出管道与旁路回流管道11之间的流路，并接通A侧浆体输出管道与B侧浆体输出管道，即抽滤泵2泵送的流态浆体能够顺畅地输送至浆体处理装置12中进行处理；当切换开关7处于第二工作状态时，切换开关7接通A侧浆体输出管道与旁路回流管道11之间的流路，并截断A侧浆体输出管道与B侧浆体输出管道，此时抽滤泵2泵送的流态浆体仅能通过旁路回流管道11回流至物料池1。
所述信号接收处理模块5，包括信号接收器501与信号处理器502，信号接收器501用于接收速度检测装置4以及力学探测器9所传输来的电信号；信号处理器502用于处理速度检测装置4以及力学探测器9所传输来的电信号。所述信号接收处理模块5安装在浆体输出管道的表面，包括气液混合预警模块以及瞬时密度检测模块；其中：
所述的气液混合预警模块，能够根据力学探测器9所传输来的电信号，计算出流态浆体的冲击力变化率计算值，并与预设的冲击力变化率阈值比较，以判断出输送至瞬时冲击力监测点的流态浆体中气体含量是否满足需要；假若气液混合预警模块计算出的流态浆体的冲击力变化率计算值，处于预设的冲击力变化率阈值范围内，表明输送至瞬时冲击力监测点的流态浆体中气体含量符合要求，旁路回流管道11处于截流状态，流态浆体能够顺畅地输送至浆体处理装置12中进行处理，瞬时密度检测模块采用流态浆体的瞬时密度的计算公式，计算出当前检测时刻的流态浆体的瞬时密度并输出；假若气液混合预警模块计算出的流态浆体的冲击力变化率计算值，在一段时间内连续超出预设的冲击力变化率阈值范围，且连续次数超过气液混合预警模块内预设的警报触发阈值时，触发气液混合预警装置，发出警报，并发出控制信号，通过智能开关控制器8触发切换开关7，旁路回流管道11处于接通状态，流态浆体通过旁路回流管道11回流至物料池，反之，不做报警处理，也不控制切换开关7切换流路；警报发出时，表明输送至瞬时冲击力监测点的流态浆体中气体含量不符合要求，提醒工作人员检查抽滤泵是否发生堵塞或发生漏气的现象。
流态浆体的冲击力变化率μj的计算公式为：
μj＝|Gj-1-Gj|/Gj-1，
式中：μj表示速度检测器所反馈的流态浆体的第j时刻对应的瞬时冲击力Gj相对于第j-1时刻对应的瞬时冲击力Gj-1的冲击力变化率，j的取值为1,2,3,……,N-1。本发明中，第j时刻与第j-1时刻的时间间隔为0.1s，事实上，第j时刻与第j-1时刻的时间间隔的确定，是根据经验限定的，其目的是能够在短时间内将不满足要求(含气量过大)的浆体检测而出，从而可以促使后续的浆体处理装置能够及时地调整相应的处理工艺。
具体地，本发明中，第j时刻与第j-1时刻的时间间隔为0.1s(间隔时间较短，即在间隔时间内流过的浆体较少，保证装置的精确性)时，预设的冲击力变化率阈值为5％(根据小试实验测得当冲击力变化率阈值等于5％时，管道中的气液体积比约为1:20，气体含量较多，冲击力变化率阈值越大，管道中气体含量越多)，预设的警报触发阈值为5，则所述的气液混合预警模块具有如下的控制方式：
a、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ≤5％时，说明此时浆体输送管道中流态浆体的气体含量较少，可忽略不计，气液混合预警装置不做任何预警。
b、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ>5％，且连续次数在5次以内，造成的原因是由流态浆体的密度突变引起的，气液混合预警装置不做任何预警。
c、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ>5％，且持续次数超过5次，说明造成此种情况的原因是浆体输送管道中的气体含量较多造成的，气液混合预警装置发出警报，提醒工作人员检查抽滤泵是否发生堵塞或发生漏气的现象。
所述的瞬时密度检测模块，能够根据速度检测装置4以及力学探测器9所传输来的电信号，采用流态浆体的瞬时密度的计算公式计算出流态浆体的瞬时密度。
流态浆体的瞬时密度的计算公式如下：
δi＝Git/vV
式中：Gi表示速度检测器所反馈的第i时刻的瞬时冲击力，i的取值为1,2,3……N；t表示流态浆体冲击力学探测器的应变片所需的形变时间，可根据小试试验控制物体速度，穿过等厚度的力学探测器测得，t＝H/v，H为力学探测器厚度；V表示速度采集位点与瞬时冲击力监测点之间的流态浆体体积；v表示速度检测器在速度采集位点所检测到的流态浆体的流速。
实施例1
某市政工程产生了大量的生活污水，该工程产生的污水集中排放到物料池内，需要对污水进行密度检测，然后具有针对性的处理处置。
首先，抽滤泵3一端通过浆体输送口2与物料池1相连，一端与浆体输送管道6相连，负责将物料池1内的污水以固定的流速v＝4m/s运送至浆体输送管道6，信号传输器4将污水的流速以电信号的形式传递至信号接收器501，力学探测器9通过污水的冲击产生应变，生成污水的冲击力并以电信号的形式传递至信号接收器501，气液混合预警装置10检测在装置运行过程中每隔1s记录一次力学探测器9检测的污水冲击力，其中某时间段连续7个污水的冲击力分别为G1＝70000N，G2＝70750N，G3＝72000N，G4＝77250N，G5＝78000N，G6＝78850N，G7＝79400N，则根据流态浆体的瞬时冲击力变化率μ的计算公式，可以计算出此时间段污水的冲击力变化情况分别为μ1＝1.1％，μ2＝1.8％，μ3＝7.3％，μ4＝1.0％，μ5＝1.1％，μ6＝0.7％，即在此阶段管道中的污水气体含量较少可以忽略不计，造成μ3＝7.3％>5％的原因是污水密度发生突变。智能开关控制器8控制切换开关7截断与旁路回流管道11的连接通道，而连通浆体输送管道6与后续浆体处理装置之间的流道。
本实施例中，浆体输送管道6的横截面积为s＝50cm2，抽滤泵3至力学探测器9之间的浆体输送管道6长度为l＝50cm，抽滤泵3至力学探测器9之间的浆体输送管道6之间的体积为V＝50×50＝2500cm3，污水与力学探测器9的接触时间t＝0.15s，信号处理器502与信号接收器501相连，负责处理信号接收器501接收的电信号，根据流态浆体的瞬时密度计算公式，可以计算此7点的密度分别为δ1＝1.05g/cm3，δ2＝1.06g/cm3，δ3＝1.08g/cm3，δ4＝1.15g/cm3，δ5＝1.17g/cm3，δ6＝1.18g/cm3，δ7＝1.19g/cm3，计算出瞬时密度的污水进入后续的处理系统。
实施例2
某顶管工程隧道施工中产生了高达300万方的废浆，该工程产生的废弃泥浆运送至某泥浆处理场地物料池中统一处理。在泥浆进入处理装置前，需要对泥浆的密度进行检测，然后具有针对性的处理处置。
首先，抽滤泵3一端通过浆体输送口2与物料池1相连，一端与浆体输送管道6相连，负责将物料池1内的泥浆以固定的流速v＝4m/s运送至浆体输送管道6，信号传输器4将污水的流速以电信号的形式传递至信号接收器501，力学探测器9通过污水的冲击产生应变，生成污水的冲击力并以电信号的形式传递至信号接收器501，气液混合预警装置10检测在装置运行过程中每隔1s记录一次力学探测器9检测的污水冲击力，其中某时间段连续7个污水的冲击力分别为G1＝80000N，G2＝75000N，G3＝70000N，G4＝76000N，G5＝71000N，G6＝75000N，G7＝79400N，则此时间段污水的冲击力变化情况分别为μ1＝6.3％，μ2＝6.7％，μ3＝8.6％，μ4＝6.6％，μ5＝5.6％，μ6＝5.9％，即在此阶段管道中的泥浆气体含量较多，此时，智能开关控制器8发出警报并控制开关7打开与旁路回流管道11的连接通道，流态浆体进入旁路回流管道11后运送至物料池1，工作人员关闭整个装置检查浆体输送管道6是否漏气或抽滤泵3是否发生堵塞，排查结束后打开装置继续运行，气液混合预警装置10检测在装置运行过程中每隔1s记录一次力学探测器9检测的污水冲击力，其中某时间段连续7个污水的冲击力分别为G1＝80000N，G2＝82000N，G3＝84000N，G4＝85000N，G5＝87000N，G6＝87000N，G7＝88000N，则根据流态浆体的冲击力变化率计算公式，可以计算出此时间段泥浆的冲击力变化率分别为μ1＝2.5％，μ2＝2.4％，μ3＝1.2％，μ4＝2.4％，μ5＝0％，μ6＝1.5％。此时间段中，μn<5％，表明在此阶段管道中的泥浆气体含量较少可以忽略不计。浆体输送管道6的横截面积为s＝50cm2，抽滤泵3至力学探测器9之间的浆体输送管道6长度为l＝50cm，抽滤泵3至力学探测器9之间的浆体输送管道6之间的体积为V＝50×50＝2500cm3，污水与力学探测器9的接触时间t＝0.15s，信号处理器502与信号接收器501相连，负责处理信号接收器501接收的电信号，根据流态浆体的瞬时密度计算公式，可以计算此七点的密度分别为δ1＝1.20g/cm3，δ2＝1.23g/cm3，δ3＝1.26g/cm3，δ4＝1.28g/cm3，δ5＝1.31g/cm3，δ6＝1.31g/cm3，δ7＝1.32g/cm3，计算出瞬时密度的污水进入后续的浆体处理系统，浆体处理系统根据瞬时密度的不同，调整相应的工艺参数。
实施例3
某建筑场地施工过程中产生了大量的废弃泥浆，该工程产生的废弃泥浆运送至某泥浆处理场地物料池中统一处理。本实施例与实施例2的不同在于，本发明所述的判断模块中，不具有气液混合预警模块。其工作过程如下：
首先，抽滤泵3一端通过浆体输送口2与物料池1相连，一端与浆体输送管道6相连，负责将物料池1内的泥浆以固定的流速v＝4m/s运送至浆体输送管道6，信号传输器4将污水的流速以电信号的形式传递至信号接收器501，力学探测器9通过污水的冲击产生应变，生成污水的冲击力并以电信号的形式传递至信号接收器501，其中某时间段连续7个污水的冲击力分别为G1＝80000N，G2＝75000N，G3＝70000N，G4＝76000N，G5＝71000N，G6＝75000N，G7＝79400N，浆体输送管道6的横截面积为s＝50cm2，抽滤泵3至力学探测器9之间的浆体输送管道6长度为l＝50cm，抽滤泵3至力学探测器9之间的浆体输送管道6之间的体积为V＝50×50＝2500cm3，污水与力学探测器9的接触时间t＝0.15s，信号处理器502与信号接收器501相连，负责处理信号接收器501接收的电信号，根据公式δn＝Gnt/vV，计算此七点的瞬时密度分别为δ1＝1.20g/cm3，δ2＝1.13g/cm3，δ3＝1.05g/cm3，δ4＝1.14g/cm3，δ5＝1.07/cm3，δ6＝1.13g/cm3，δ7＝1.19g/cm3，由此可知，计算得出的泥浆瞬时密度忽高忽低，造成的原因可能是抽滤泵3堵塞或者管道漏气，计算结果失真，假如直接根据瞬时密度来调整废弃泥浆的处理工艺，则会影响后期对废弃泥浆的处理效率。因此，为保证计算出的瞬时密度能够较为真实地反应流动浆体的自身特性，信息处理模块中很有必要配备气液混合预警模块，以及时筛检出浆体输送管道6出现漏气或者抽滤泵3堵塞等不利工况，并报警检修，致使整个浆体处理工艺的高效、有序进行。

Claims (10)

1.一种流态浆体密度的瞬时检测装置，用于检测浆体输送管道中流态浆体的瞬时密度，浆体输送管道的进料口与物料池的浆体输送口连通，其特征在于，包括速度检测器、力学探测器以及信号接收处理器，其中：
所述的速度检测器，安装在浆体输送管道上所设置的速度采集位点，用于采集浆体输送管道中流态浆体的流速v，并传输至信号接收处理器；
所述的力学探测器，安装在浆体输送管道上所设置的瞬时冲击力监测点，用于检测流态浆体在瞬时冲击力监测点位置处的瞬时冲击力G，并按照预设的时间间隔将各检测时刻对应的瞬时冲击力G传输至信号接收处理器；
速度采集位点、瞬时冲击力监测点按照浆体输送管道中流态浆体的流向顺序设置于所述的浆体输送管道上；
所述的信号接收处理器，用于接收速度检测器传输来的流速v以及力学探测器传输来的瞬时冲击力G并进行处理，包括瞬时密度检测模块；
所述瞬时密度检测模块，对所接收到的流速v、瞬时冲击力G进行计算，以得到流态浆体的瞬时密度并输出；流态浆体的瞬时密度的计算公式如下：
δi＝Git/vV
式中：Gi表示力学探测器所反馈的第i时刻的瞬时冲击力，i的取值为1,2,3……N；t表示流态浆体冲击力学探测器的应变片所需的形变时间；V表示速度采集位点与瞬时冲击力监测点之间的流态浆体体积；v表示速度检测器在速度采集位点所检测到的流态浆体的流速。
2.根据权利要求1所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，其特征在于，所述的速度采集位点设置于浆体输送管道上安装抽滤泵的位置处；所述速度检测器所采集到的流态浆体的流速v即可根据所述抽滤泵的旋转角速度计算而来。
3.根据权利要求1所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，其特征在于，还包括旁路回流管道、切换开关、智能开关控制器以及气液混合预警装置；
所述的旁路回流管道，一端与浆体输送管道旁路连接，另一端则与物料池连接，且旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点位于瞬时冲击力监测点的后端；
所述的切换开关，安装在旁路回流管道与浆体输送管道的连接位点处，并通过智能开关控制器的控制来实现启闭；
所述的信号接收处理器，还包括气液混合预警模块；
所述的气液混合预警模块，通过所接收到的瞬时冲击力G，计算出流态浆体的冲击力变化率μj，并通过判断模块以判断出流态浆体中的气体含量是否满足需求：
当判断结果表明流态浆体中的气体含量超出预设范围时，触发气液混合预警装置发出警报，同时，发出控制信号，通过智能开关控制器控制切换开关，促使旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点连通，浆体输送管道中所输送的流态浆体通过旁路回流管道回流至物料池；
当判断结果表明流态浆体中的气体含量满足需要时，信号接收处理器根据当前检测时刻所接收到的瞬时冲击力G以及流态浆体的流速v，采用流态浆体的瞬时密度的计算公式，计算出当前检测时刻的流态浆体的瞬时密度并输出；流态浆体的冲击力变化率μj的计算公式为：
μj＝|Gj-1-Gj|/Gj-1，
式中：μj表示力学探测器所反馈的流态浆体的第j时刻对应的瞬时冲击力Gj相对于第j-1时刻对应的瞬时冲击力Gj-1的冲击力变化率，j的取值为1,2,3,……,N-1。
4.根据权利要求3所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，其特征在于，所述判断模块，包括两个顺序进行的判断子模块，对应为第一、第二判断子模块；所述的第一判断子模块用于比较第j时刻对应的冲击力变化率μj与预设的冲击力变化率阈值的大小，并将判断结果上传至第二判断子模块；
所述的第二判断子模块，在接收到冲击力变化率μj大于预设的冲击力变化率阈值的判断结果时，开始计数，数值为1；并在后续接收到的冲击力变化率μj+1、μj+2……μj+k均大于预设的冲击力变化率阈值的判断结果时，依次进行累计计数，直至累计计数数值k+1大于预设的警报触发阈值时，触发气液混合预警装置发出警报，同时，发出控制信号，通过智能开关控制器控制切换开关，促使旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点连通，浆体输送管道中所输送的流态浆体通过旁路回流管道回流至物料池。
5.根据权利要求4所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，其特征在于，当速度检测器所反馈的第i+1次瞬时冲击力Gi+1相对于第i次瞬时冲击力Gi的时间间隔为0.1s，预设的警报触发阈值为5。
6.根据权利要求4所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，其特征在于，气液混合预警装置(10)、智能开关控制器(8)、切换开关(7)和旁路回流管道(11)均以可拆卸的连接方式安装。
7.根据权利要求1所述的流态浆体密度的瞬时检测装置，其特征在于，流态浆体体积V通过下式计算：
V＝sl
式中：s为浆体输送管道的横截面积，l为速度采集位点至瞬时冲击力监测点之间的浆体输送管道的长度。
8.一种流态浆体密度的瞬时检测方法，基于权利要求1所述的流态浆体密度的瞬时检测装置而实现，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、安装流态浆体密度的瞬时检测装置
以既有的连接在物料池与浆体处理装置之间的浆体输送管道为基础，安装流态浆体密度的瞬时检测装置：在抽滤泵上安装速度检测器，在抽滤泵后端的浆体输送管道上安装力学探测器，在力学探测器后端的浆体输送管道上安装一个一通二切换开关，切换开关的其中一个出口与浆体处理装置连接，余下的另一个出口则通过旁路回流管道连接至物料池；
采用信号传输线，将速度检测器以及力学探测器分别与信号接收处理器的信号接收端连接，将信号接收处理器的控制信号输出端分别与智能开关控制器、气液混合预警装置连接，智能开关控制器与切换开关连接；
步骤二、检测
步骤2.1、启动步骤一所安装的流态浆体密度的瞬时检测装置；常态下，在切换开关的安装位置处，浆体输送管道与旁路回流管道之间通过切换开关而处于截流状态，而浆体输送管道与浆体处理系统之间通过切换开关而处于接通状态；
步骤2.2、速度检测器将所检测到的流态浆体的流速v传输至信号接收处理器；力学探测器按照预设的检测时间间隔，将各检测时刻对应的瞬时冲击力G一一传送至信号接收处理器；
步骤2.3、信号接收处理器根据所接收到的各检测时刻对应的瞬时冲击力G，按照冲击力变化率μj的计算公式，一一计算出各冲击力变化率μj；
步骤2.4、逐一判断步骤2.3所计算出的各冲击力变化率μj，以确定出流态浆体中的气体含量是否满足需求：
当判断结果表明流态浆体中的气体含量超出预设范围时，触发气液混合预警装置发出警报，同时，发出控制信号，通过智能开关控制器控制切换开关，促使旁路回流管道与浆体输送管道之间的连接位点连通，浆体输送管道中所输送的流态浆体通过旁路回流管道回流至物料池；
当判断结果表明流态浆体中的气体含量满足需要时，信号接收处理器根据当前检测时刻所接收到的瞬时冲击力G以及流态浆体的流速v，采用流态浆体的瞬时密度的计算公式，计算出当前检测时刻的流态浆体的瞬时密度并输出。
9.根据权利要求6所述的流态浆体密度的瞬时检测方法，其特征在于，步骤2.4中，流态浆体的气体含量是否满足需求的判断方式以及气液混合预警装置(10)的预警方式如下：
a、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ≤5％时，表明此时浆体输送管道(6)中浆体的气体含量较少，满足需要，气液混合预警装置(10)不做任何预警；
b、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ>5％，且连续次数在5次以内，表明此时流态浆体的密度突变引起冲击力变化率μ>5％，气液混合预警装置(10)依然不做任何预警；
c、将计算出的冲击力变化率μ与预设的冲击力变化率阈值5％比较，当μ>5％，且持续次数超过5次，说明此时浆体输送管道(6)中的气体含量较多，超出预设范围，信号接收处理器触发气液混合预警装置(10)发出警报，提醒工作人员检查抽滤泵(3)是否发生堵塞和/或浆体输送管道(6)发生漏气的现象。
10.一种流态浆体处理系统，包括物料池、抽滤泵以及浆体处理装置，物料池的浆体输送口通过管道与抽滤泵的进口连通，抽滤泵的出口通过浆体输送管道与浆体处理装置连接，其特征在于，所述浆体输送管道上安装有如权利要求1至8中任一权利要求所述的流态浆体密度的瞬时检测装置。
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