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新型泥漿流量計(jì)在疏浚船舶上的使用規(guī)則來源：上海自動化儀表銷售官網(wǎng)作者：上海自動化儀表股份聯(lián)系地址
面對疏浚船舶現(xiàn)役泥漿流量計(jì)多為接觸電磁式，無法確定新型非接觸式泥漿流量計(jì)（聲吶陣列）是否適用的問題；對不同工作原理泥漿流量計(jì) （電磁、超聲波、聲吶陣列） 在相同工況下進(jìn)行測試，分析對比測試數(shù)據(jù)。實(shí)際測試結(jié)果表明：疏浚船舶進(jìn)入穩(wěn)定施工階段后，新型聲吶陣列流量計(jì)具有更好的測量穩(wěn)定性，新型超聲波流量計(jì)與現(xiàn)役電磁流量計(jì)測量穩(wěn)定性相當(dāng)。綜合考慮新型泥漿流量計(jì)固有特性，新型泥漿流量計(jì)（超聲波、聲吶陣列）均適用于疏浚船舶。 引言 疏浚船舶泥漿流量計(jì)是計(jì)算挖泥產(chǎn)量、指導(dǎo)施工操作的重要設(shè)備之一，所測流量數(shù)據(jù)為施工管理提供重要的決策依據(jù) [1] ?，F(xiàn)階段疏浚船舶泥漿流量計(jì)多為接觸式電磁流量計(jì)，新型超聲波及聲吶陣列流量計(jì)應(yīng)用于石油化工、礦山采礦、鋼鐵等行業(yè)，應(yīng)用于疏浚船舶的案例較少 [2] 。疏浚船舶泥漿流量計(jì)測量介質(zhì)為固液兩相流，施工過程復(fù)雜多變，衡量泥漿流量計(jì)是否適用于疏浚船舶的首要因素為測量穩(wěn)定性，測量的穩(wěn)定性直接影響著施工效率；流量計(jì)的測量穩(wěn)定性與流量計(jì)的工作原理、安裝方式、使用壽命及測量介質(zhì)有著密切的關(guān)系。 將新型超聲波流量計(jì)、新型聲吶陣列流量計(jì)安裝在某絞吸船，測量介質(zhì)為貝殼泥沙海水混合液體；通過對絞吸船施工監(jiān)測來記錄新型流量計(jì)的流速數(shù)據(jù)，并與絞吸船現(xiàn)役的電磁流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)對比分析，通過對比可知新型流量計(jì)是否適用于疏浚船舶。 1 工作原理 1.1 電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)是利用法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表；電磁流量計(jì)的基本原理是法拉第電磁感應(yīng)定律，即導(dǎo)體在磁場中切割磁力線運(yùn)動時(shí)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如圖 1 所示，導(dǎo)電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn)生與流量成正比的感應(yīng)電動勢，其值如下： E = kBDv 式中：E 為感應(yīng)電動勢；k 為系數(shù)；B 為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D 為測量管內(nèi)徑；v為平均流速。  體積流量：  由上式可知，體積流量 Q v 與感應(yīng)電動勢 E 和測量管內(nèi)徑 D 成線性關(guān)系，與磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)。 1.2 超聲波流量計(jì) 超聲波流量計(jì)是利用超聲脈沖在流體中傳播的速度與流體的速度有對應(yīng)的關(guān)系，即順流時(shí)的超聲脈沖傳播速度比逆流時(shí)傳播的速度要快，順流與逆流兩種超聲脈沖傳播的時(shí)間差越大，則流量越大原理。如圖 2 所示流量計(jì)工作時(shí)，處在上游的換能器發(fā)射調(diào)制后的超聲波脈沖，為順流傳播，下游的換能器接收到脈沖后再返回一個(gè)相同調(diào)制脈沖，該脈沖逆流傳播到上游換能器，根據(jù)兩束脈沖的傳播距離、傳播時(shí)間可以計(jì)算出聲速、被測量介質(zhì)流速。新型超聲波流量計(jì)的改進(jìn)之處即在于這個(gè)脈沖的抗干擾性，脈沖由一個(gè)已知低頻波形去調(diào)制固定高頻，這樣接收端可以進(jìn)行波形比對，濾除常見的介質(zhì)噪聲；計(jì)算聲波傳輸時(shí)間時(shí)采取波形鑒相技術(shù)，提高了聲波傳輸時(shí)間的精確性，進(jìn)而提高流量計(jì)的測量精度。  對于逆流傳播的超聲波脈沖傳播時(shí)間為：  對于順流傳播的超聲波脈沖傳播時(shí)間為：  傳輸時(shí)間差：  由以上可知流體速度 v、聲速 c 分別為：  由流體速度進(jìn)而可算得流體的體積流量。 1.3 聲吶陣列流量計(jì) 聲吶陣列流量計(jì)由環(huán)繞式帶狀傳感器、保護(hù)傳感器帶的玻璃纖維或不銹鋼外殼、變送器/數(shù)字信號處理器組成。聲吶陣列流量計(jì)的測量原理是當(dāng)管道中的流體達(dá)到湍流狀態(tài)，湍流產(chǎn)生漩渦與流體形成對流，漩渦的運(yùn)動對管壁的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生微小應(yīng)力，該應(yīng)力使管壁產(chǎn)生動態(tài)形變，由于流體流速 v 與漩渦的頻率 f 和波長 λ 存在 v = f × λ 的關(guān)系，被動聲吶傳感器陣列偵聽到漩渦的頻率 f和波長 λ，結(jié)合陣列算法，從而計(jì)算出漩渦的平均流速，即管道內(nèi)的流體速度。 2 流量計(jì)應(yīng)用測試 2.1 測試條件 1） 時(shí)間：2020年 1月 15 日； 2） 地點(diǎn)：廈門新機(jī)場； 3） 船舶：新海豚絞吸船； 4） 流量計(jì)型號：科隆電磁流量計(jì)、德國FLEXIM 便攜式外夾超聲波流量計(jì)（4 個(gè)探頭）、美國 CIDRA 抱箍式聲吶陣列波流量計(jì)； 5） 流量計(jì)口徑：DN850； 6） 安裝位置：排泥金屬主管道（如圖 3 依次為超聲波、聲吶陣列、電磁流量計(jì)）； 7） 介質(zhì)：貝殼泥沙海水混合液體（施工穩(wěn)定階段濃度為 30 %）。  2.2 測試準(zhǔn)備與開始 超聲波流量計(jì)的安裝對管道要求較高，安裝前需對管道的內(nèi)壁進(jìn)行厚度測量，測厚過程中發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)壁厚薄不均勻，為了避免管道表面不平整導(dǎo)致探頭信號衰減，安裝探頭時(shí)在其表面涂抹較厚的耦合劑以此填補(bǔ)管道表面凹痕。為確保測試原始真實(shí)性，3 種流量計(jì)儀表通電后，除基本參數(shù)外，其余優(yōu)化參數(shù)均不設(shè)置。測試準(zhǔn)備完成后，對絞吸船啟泵、停泵及施工穩(wěn)定階段流量計(jì)的應(yīng)用情況進(jìn)行測試，并記錄測試數(shù)據(jù)。 3 流量計(jì)測試數(shù)據(jù)及分析 3.1 施工穩(wěn)定階段測試 對施工穩(wěn)定階段中 3 種流量計(jì)所測介質(zhì)流速數(shù)據(jù)記錄，截取其中一段數(shù)據(jù)繪制成曲線如圖 4所示。  對曲線中 3 種流量計(jì)所測介質(zhì)流速數(shù)據(jù)做比較分析，3 種流量計(jì)所測流速之間關(guān)系為（系數(shù)為數(shù)據(jù)段的平均倍數(shù)）： v 超聲波 =1.046v 電磁 v 聲吶 = 1.056v 電磁 標(biāo)準(zhǔn)差是反映數(shù)據(jù)樣本內(nèi)個(gè)體間的離散型，流速的標(biāo)準(zhǔn)差可反映 3 種流量計(jì)測量的穩(wěn)定性。  3 種流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差分別為： s 電磁 = 0.54 s 超聲波 = 0.51 s 聲吶 = 0.47 由圖 4 及數(shù)據(jù)分析可知，因第 1 次測試，流量計(jì)儀表只進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，此次測試 3 種流量計(jì)流速波動都較大。根據(jù)測量情況，對 3 種流量計(jì)儀表參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，優(yōu)化后再次進(jìn)行測試，測試數(shù)據(jù)曲線如圖 5 所示。 選取其中一段相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析可知（選取的樣本數(shù)與第 1 次測試相同）： v 超聲波 =1.031v 電磁 v 聲吶 = 1.044v 電磁 3 種流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差為： s 電磁 = 0.42 s 超聲波 = 0.41 s 聲吶 = 0.35 綜上可知 2 次測試中 3 種流量計(jì)所測介質(zhì)流速之間關(guān)系為 v 聲吶 > v 超聲波 > v 電磁 ；第 2 次測試中3 種流量計(jì)所測流速較第 1 次更加穩(wěn)定，且聲吶陣列流量計(jì)所測流速依然是非常穩(wěn)定，超聲波流量計(jì)所測流速的穩(wěn)定性與電磁流量計(jì)所測流速的穩(wěn)定性相當(dāng)。 3.2 啟動、停止測試 施工穩(wěn)定階段測試中用于分析的數(shù)據(jù)是截取流量穩(wěn)定后的一段，對于絞吸船泥泵啟動初期、停止時(shí)流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)沒有進(jìn)行比較分析；為綜合分析施工各個(gè)階段流量計(jì)測量情況，將絞吸船泥泵啟動初期、停止時(shí)的流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。截取測試中泥泵由停止再到啟動時(shí)的流量計(jì)所測流速數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖 6所示。  由圖 6 可知在泵停止階段，在流速下降階段聲吶陣列流量計(jì)相對有較大的波動，超聲波及電磁流量計(jì)相對穩(wěn)定；小流速階段，聲吶陣列流量先無法測量到流速，后出現(xiàn)間歇的抖動；超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)所測流速相對平滑下降直到流速為 0。在泵啟動初期，聲吶陣列流量計(jì)會有較大的波動，超聲波流量計(jì)和電磁流量計(jì)上升相對穩(wěn)定平滑。 新型聲吶陣列流量計(jì)所測介質(zhì)流速在泵啟動階段雖然有較大的波動，但是能在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定下來，因此波動不會對施工穩(wěn)定階段產(chǎn)生較大的影響。 4 流量計(jì)固有特性分析 1） 安裝方式 電磁流量計(jì)為接觸式安裝，需安裝在管道上，安裝時(shí)需拆卸管道；新型超聲波流量計(jì)和聲吶陣列流量計(jì)都為非接觸式安裝，只需對管路進(jìn)行處理后外夾在管路上即可。 2） 使用壽命 安裝方式很大程度上決定流量計(jì)的使用壽命；電磁流量計(jì)是接觸式安裝，流量計(jì)受介質(zhì)流動而磨損，新型超聲波流量計(jì)和聲吶陣列流量計(jì)為非 接觸式安裝，不受介質(zhì)流動影響，故新型超聲波流量計(jì)與聲吶陣列流量計(jì)的使用壽命比電磁流量計(jì)使用壽命長。 5 結(jié)語 通過對新型泥漿流量計(jì)測試含貝殼泥沙海水混合液體介質(zhì)并與現(xiàn)役電磁流量計(jì)對比可知，新型超聲波流量計(jì)、聲吶陣列流量計(jì)所測介質(zhì)流速大于現(xiàn)役電磁流量計(jì)所測介質(zhì)流速；在施工穩(wěn)定階段，新型聲吶陣列流量計(jì)流速測量具有更好的穩(wěn)定性，新型超聲波流量計(jì)與船舶現(xiàn)役電磁流量計(jì)流速測量穩(wěn)定性相當(dāng)。綜合考慮泥漿流量計(jì)固有特性及測試結(jié)果，新型超聲波流量計(jì)與聲吶陣列流量計(jì)流速測量穩(wěn)定性滿足疏浚船舶要求，適用于疏浚船舶。
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