介绍
  疏浚船泥浆流量计是计算疏浚输出和指导施工作业的重要设备之一。测量流量数据为施工管理提供了重要的决策依据[1]。目前,疏浚船泥浆流量计大多是接触式电磁流量计。新型超声波和声纳阵列流量计用于石油化工,采矿,钢铁等行业,疏浚船舶的情况很少[2]。疏浚船泥浆流量计测量介质为固液两相流,施工过程复杂多变。测量泥浆流量计是否适合疏浚船舶的主要因素是测量稳定性,测量的稳定性直接影响施工效率;测量稳定性与流量计的工作原理,安装方法,使用寿命和测量介质密切相关。
  新型超声波流量计和新型声纳阵列流量计安装在刀具吸入容器上,测量介质为壳沉积物海水混合液;通过监测扭曲抽吸船的结构来记录新流量计的流量数据,并且利用刀具抽吸容器起作用。通过电磁流量计测量的流量数据的对比分析表明新流量计是否适用于疏浚船舶。
1、工作原理
1.1、电磁流量计
  电磁流量计是利用法拉第电磁感应定律用于测量导电液体的体积流量的仪表;电磁流量计的基本原理是法拉第电磁感应定律,即当在磁场中切割磁场线时,在导体的两端产生感应电动势[3]。如图1所示,导电液体在垂直于磁场的非磁性测量管中流动,并产生与垂直于流动方向的流速成比例的感应电动势,其值为如下:
  E = kBD`v
  其中:E是感应电动势; k是系数; B是磁感应强度; D是测量管的内径; `v是平均流量。
电磁流量计测量原理图
电磁流量计测量原理图
体积流量:
QV =πD2`v/ 4 =πDE/ 4kB的
  从上式可以看出,体积流量Qv与感应电动势E和测量管内径D成线性关系,与磁场的磁感应强度B成反比,与其他物理无关。参数。
1.2、超声波流量计
  超声波流量计使用超声波脉冲以与流体速度相对应的速度在流体中传播,即,正向流动中的超声波脉冲传播速度快于正向流动传播,以及上游和反向流动超声波脉冲传播。时间差越大,流速越大[4]。当流量计如图2所示工作时,它位于顶部。行进换能器发射调制的超声脉冲用于下游传播,下游换能器接收脉冲然后根据两个脉冲的传播距离返回相同的调制脉冲,该脉冲逆流传播到上游换能器。传播时间可以计算声速和被测介质的流速。新型超声波流量计的改进在于该脉冲的抗干扰。脉冲由已知的低频波形调制以固定高频,使接收端可以进行波形比较,滤除常见的介质噪声,并计算声波传输时间。采用波形相位鉴别技术,提高声波传播时间的精度,从而提高流量计的测量精度。
 
超声波流量计测量原理图
 
超声波流量计测量原理图
 
2、流量计应用测试
2.1、试验条件
1)时间:2016年4月15日;
2)地点:厦门新机场;
3)船舶:新型Dolphin绞吸船;
4)流量计型号:科隆电磁流量计,德国FLEXIM便携式外夹式超声波流量计(4个探头),美国CIDRA环型声纳阵列波流量计;
5)流量计口径:DN850;
6)安装位置:用于排放金属的主管(如图3所示,超声波,声纳阵列,电磁流量)仪表)
7)介质:贝壳砂和海水混合液(施工稳定期间浓度为30%)
2.2、测试准备和开始
  超声波流量计的安装对管道有很高的要求。在安装之前,需要测量管道内壁的厚度。在厚度测量过程中,管道的内壁厚度不均匀。为了避免探针表面的不均匀性,探针信号被衰减。使用较厚的偶联剂填充管道表面。为了保证测试的原始真实性,在三个流量计上电后,除了基本参数外,不设置优化参数。
试验准备完成后,在施工稳定阶段测试切割泵,泵停止和流量计的应用,并记录测试数据。
3、流量计测试数据和分析
3.1、施工稳定性阶段试验
  对于在施工稳定阶段由三种流量计记录的中等流量数据,将一部分数据切割成如图4所示的曲线。
  比较和分析曲线中三个流量计测量的介质流速数据。三个流量计测量的流量之间的关系是(系数是数据段的平均倍数):
  v ultrasonic = 1.046v电磁
  v声纳= 1.056v电磁标准偏差反映了数据样本中离散类型的个体,并反映了流速的标准偏差
  三种流量计测量的稳定性。
由三个流量计测量的流量数据的标准偏差为:
s电磁= 0.54
超声波= 0.51
声音呐= 0.47
  从图4和数据分析可以看出,由于第一次测试,流量计只进行初始参数设定,三种流量计的流量波动很大。根据测量情况,优化三种流量计仪表参数的设置,优化后再次测试。测试数据曲线如图5所示。
 
  选择一个相对稳定的数据进行进一步分析(所选样品数与第一次测试相同):
v ultrasonic = 1.031v电磁
v声纳= 1.044v电磁
三个流量计测量的流量数据的标准偏差为:
s电磁= 0.42
超声波= 0.41
声音呐= 0.35
  总之在两个测试中由三个流量计测量的介质流速之间的关系是v声> v超声> v电磁;在第二次试验中,三个流量计测得的流量比第一个流量计更稳定,声纳阵列流量计测得的流量仍然是最稳定的,超声波测量的流速稳定性流量计相当于电磁流量计测量的流速的稳定性。
 
3.2、启动,停止测试
  在施工稳定性阶段试验中用于分析的数据是截留流量稳定后的一个部分。在切割器抽吸泵的初始启动和停止期间由流量计测量的流量数据不进行比较和分析;比较并分析在切割器抽吸泵的开始和停止时由流量计测量的流量数据。在拦截试验中,由流量计从泥浆泵的停止到开始测量的流量数据被绘制成如图6所示。
  从图6可以看出,在泵停止阶段,声纳阵列流量计在流量减少阶段具有较大的波动,超声波和电磁流量计相对稳定;在小流速阶段,声纳阵列流速不能先测量流速,然后发生间歇性抖动。由超声波流量计和电磁流量计测量的流量相对平稳地减小,直到流量为零。在泵启动开始时,声纳阵列流量计会有很大的波动,超声波流量计和电磁流量计会相对稳定平稳地上升。
  虽然新型声纳阵列流量计测得的介质流量在泵启动阶段有较大波动,但可以在短时间内稳定,因此波动对施工稳定阶段影响不大。
4、流量计固有特性分析
1)安装方法
  电磁流量计采用接触式安装,需要安装在管道上。管道需要在安装过程中拆卸[6];新型超声波流量计和声纳阵列流量计均为非接触式安装,只需在管道夹紧后即可对管道进行处理。
2)使用寿命
  安装方法在很大程度上决定了流量计的使用寿命;电磁流量计为接触式安装,流量计由介质流量磨损,新型超声波流量计和声纳阵列流量计为非接触式安装,不受介质流量的影响。因此,新型超声波流量计和声纳阵列流量计的使用寿命比电磁流量计长。
5、结论
  通过测试混合泥浆介质与壳泥和海水为新的泥浆流量计,并与有源电磁流量计进行比较,新的超声波流量计和声纳阵列流量计测量的介质流速大于活动测量的流速 电磁流量计; 在此阶段,新型声纳阵列流量计的流量测量具有更好的稳定性,新型超声波流量计相当于现有有源电磁流量计的流速测量稳定性。 考虑到泥浆流量计的固有特性和测试结果,新型超声波流量计和声纳阵列流量计的流量测量稳定性符合疏浚船的要求,适用于疏浚船舶。
 
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