疏浚船舶堵管的智能感知與應(yīng)對(duì)方法與流程

本發(fā)明屬于疏浚工程，具體地說(shuō)，是關(guān)于一種疏浚船舶堵管的智能感知與應(yīng)對(duì)方法。

背景技術(shù)：

1、疏浚工程是指采用挖泥船或其他機(jī)具以及人工進(jìn)行水下挖掘，為拓寬和加深水域而進(jìn)行的土石方工程，是開發(fā)、改善和維護(hù)航道、港口水域的主要手段之一。疏浚工程中按規(guī)定范圍和深度挖掘航道或港口水域的水底泥、沙、石等并加以處理，通過改變河道水流幾何邊界，引起水流內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，減少泥沙淤積，維持航道穩(wěn)定。

2、耙吸挖泥船是疏浚工程中使用的一種具有航行、疏浚、駁運(yùn)、吹填多種功能的特種工程船舶，通常配備有泥泵、高壓沖水泵、封水泵、a字架、絞車、耙頭、耙管、泥艙、泥門、抽艙門、閘閥等特種裝置。耙吸挖泥船工作時(shí)主要有五種工況：疏浚挖泥、泥門卸泥、艏吹卸泥、自由航行、載泥航行。其中，艏吹卸泥的工作方式如圖6所示：首先由高壓沖水沖散泥艙中沉積的沙床，形成泥水混合物；然后抽艙門開啟，泥水混合物通過抽艙門掉入閘閥管路，同時(shí)海水經(jīng)由抽艙引水閘閥進(jìn)入閘閥管路；被海水稀釋的泥漿通過一級(jí)艙內(nèi)泵及二級(jí)艙內(nèi)泵輸送至岸端排泥區(qū)。

3、在艏吹卸泥工況下，由于泥漿排岸管路較長(zhǎng)且不規(guī)則，泥水混合物在排送過程中逐漸沉降，在一些流速較慢的點(diǎn)位慢慢累積，最后將排岸管路堵住(即“堵管”)。若在排岸管路某一點(diǎn)位處形成堵塞，管內(nèi)泥水混合物流速降低，將加速排岸管路中其他位置的泥沙沉降，造成管路的大范圍堵死。同時(shí)泥泵排壓上升，當(dāng)超過管路最大壓力限制時(shí)，將出現(xiàn)爆管。因此，施工過程中若發(fā)生堵管，將對(duì)船端疏浚設(shè)備和排岸管路造成巨大傷害，且沉降的泥沙大大增加了設(shè)備維修和管路疏通的難度，嚴(yán)重影響到疏浚工程的效率、成本以及安全性。

4、為了減少堵管的發(fā)生，需要對(duì)排岸管路內(nèi)的泥漿流通情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但由于排岸管路較長(zhǎng)，很難完整全面地監(jiān)控到管路內(nèi)各處位置的泥水混合物的流速、濃度和沉降情況?，F(xiàn)有技術(shù)中，一般是通過船端傳感器的測(cè)量值，比如泥泵排壓、流量、濃度等，來(lái)反推排岸管路內(nèi)的情況，但這種方法在實(shí)際實(shí)施時(shí)仍存在一些難以解決的問題：一方面，堵管是由多因素、多變量引起的，很難依據(jù)某個(gè)單一變量的變化準(zhǔn)確判斷，施工人員需要長(zhǎng)時(shí)間關(guān)注多個(gè)參數(shù)的變化并依靠經(jīng)驗(yàn)做出及時(shí)準(zhǔn)確的判定，難度極高，且有非常大的不確定性。另一方面，由堵管引起的數(shù)據(jù)變化往往和正常施工引起的數(shù)據(jù)變化是重疊的，比如：堵管會(huì)引起艙內(nèi)泥泵排壓上升，而正常施工抽艙門開度過大導(dǎo)致泥水混合物濃度變高，同樣也會(huì)導(dǎo)致艙內(nèi)泥泵排壓上升，更加大了判斷堵管的難度，增加了判斷出錯(cuò)的概率。此外，反推方式得到的結(jié)果有較大的延時(shí)性，加之人工判定難度大、周期較長(zhǎng)，難以及時(shí)采取措施處理，即使準(zhǔn)確判斷出了堵管故障，往往也錯(cuò)過了處理堵管故障的最佳時(shí)機(jī)。

5、因此，堵管故障一直是影響疏浚施工的重大難題，目前尚沒有很好的預(yù)防和解決方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種疏浚船舶堵管的智能感知與應(yīng)對(duì)方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種疏浚船舶堵管的智能感知與應(yīng)對(duì)方法，包括堵管預(yù)報(bào)警流程和堵管預(yù)處理流程，其中：

4、堵管預(yù)報(bào)警流程包括：

5、步驟s1-1：以固定頻率調(diào)取疏浚船舶上傳感器檢測(cè)得到的艙內(nèi)泥泵排壓和排岸管路管內(nèi)流速數(shù)據(jù)；

6、步驟s1-2：根據(jù)泥泵排壓和管內(nèi)流速數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)識(shí)別，判斷是否存在堵管趨勢(shì)，若存在堵管趨勢(shì)，則進(jìn)入步驟s1-3；若無(wú)堵管趨勢(shì)，則回到步驟s1-1；

7、步驟s1-3：通過延時(shí)t1過濾正常施工的數(shù)據(jù)波動(dòng)，若延時(shí)t1后堵管趨勢(shì)仍存在，則發(fā)出堵管預(yù)報(bào)警，堵管預(yù)報(bào)警流程回到步驟s1-1繼續(xù)循環(huán)；

8、堵管預(yù)處理流程包括：

9、步驟s2-1：記錄堵管預(yù)處理流程開始時(shí)刻的抽艙門初始開度y1，抽艙引水閘閥初始開度y2；

10、步驟s2-2：減小抽艙門的開度，加大抽艙引水閘閥的開度；

11、步驟s2-3：判斷堵管預(yù)報(bào)警是否還存在，若判斷結(jié)果為是，則回到步驟s2-2再次調(diào)整開度；若判斷結(jié)果為否，則延時(shí)t2，若結(jié)果仍為否，則進(jìn)入步驟s2-4；

12、步驟s2-4：將抽艙門恢復(fù)初始開度y1、抽艙引水閘閥恢復(fù)初始開度y2，此過程中，若再度觸發(fā)堵管預(yù)報(bào)警，且延時(shí)t3后堵管預(yù)報(bào)警仍存在，則回到步驟s2-1重復(fù)執(zhí)行堵管預(yù)處理流程；若延時(shí)t3后堵管報(bào)警消失，則繼續(xù)恢復(fù)抽艙門和抽艙引水閘閥的開度，恢復(fù)完成后，堵管預(yù)處理流程結(jié)束。

13、進(jìn)一步的，在步驟s1-2中，根據(jù)泥泵排壓和管內(nèi)流速數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)識(shí)別，當(dāng)達(dá)到以下任一條件時(shí)，判斷為存在堵管趨勢(shì)；若所有條件均不符合，則判斷為暫無(wú)堵管趨勢(shì)，

14、趨勢(shì)識(shí)別條件包括：

15、條件(1)：根據(jù)傳感器測(cè)得的當(dāng)前泥泵排壓pt1和前次泥泵排壓pt0，計(jì)算排壓變化量δp，將排壓變化量δp與預(yù)先設(shè)定的最大排壓變化量pδmax進(jìn)行比較，滿足δp＝(pt1-pt0)＞pδmax；

16、條件(2)：根據(jù)傳感器測(cè)得的當(dāng)前泥漿流速vt1和前次泥漿流速vt0計(jì)算流速變化量δv，將流速變化量δv與預(yù)先設(shè)定的最小流速變化量vδmin進(jìn)行比較，滿足

17、δv＝(vt1-vt0)＜vδmin；

18、條件(3)：將當(dāng)前泥泵排壓pt1與預(yù)先設(shè)定的預(yù)報(bào)警排壓值pwarning進(jìn)行比較，滿足pt1＞pwarning；

19、條件(4)：將當(dāng)前泥漿流速vt1與預(yù)先設(shè)定的預(yù)報(bào)警流速值vwarning進(jìn)行比較，滿足vt1＜vwarning。

20、進(jìn)一步的，最大排壓變化量pδmax為正值；

21、最小流速變化量vδmin為負(fù)值；

22、預(yù)報(bào)警排壓值pwarning小于排岸管線的最高壓力限值palarm；

23、預(yù)報(bào)警流速值vwarning大于最低實(shí)用流速vp。

24、進(jìn)一步的，最低實(shí)用流速vp＝kv*vc，其中，kv為比例系數(shù)，vc為臨界流速；

25、臨界流速通過下述經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

26、vc＝(90*cvd)1/3*g1/4*d1/2*vt1/2*dm-1/4

27、式中，臨界流速vc的單位為m/s；cvd為土顆粒體積密度，單位g/cm3；g為重力加速度，單位m/s2；d為管道內(nèi)徑，單位m；vt為顆粒沉速，單位m/s；dm為顆粒平均粒徑單位mm。

28、進(jìn)一步的，根據(jù)疏浚土質(zhì)，粉砂取kv＝1.20，中粗砂取kv＝1.25，礫石取kv＝1.30。

29、優(yōu)選的，t1、t2以及t3的時(shí)長(zhǎng)為3s～10s。

30、進(jìn)一步的，疏浚船舶堵管的智能感知與應(yīng)對(duì)方法還包括堵管報(bào)警流程和堵管處理流程，其中：

31、堵管報(bào)警流程包括：

32、步驟s3-1：以固定頻率調(diào)取疏浚船舶上傳感器檢測(cè)得到的泥泵排壓和管內(nèi)流速數(shù)據(jù)；

33、步驟s3-2：根據(jù)傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行堵管判定，若存在堵管現(xiàn)象，則進(jìn)入步驟s3-3；若未堵管，則回到步驟s3-1；

34、步驟s3-3：通過延時(shí)t4過濾正常施工的數(shù)據(jù)波動(dòng)，若延時(shí)t4后堵管現(xiàn)象仍存在，則發(fā)出堵管報(bào)警，堵管報(bào)警流程回到步驟s3-1繼續(xù)循環(huán)；

35、堵管處理流程包括：

36、步驟s4-1：記錄堵管處理流程開始時(shí)刻的泥泵吸口閘閥初始開度y3，泥泵初始轉(zhuǎn)速w；

37、步驟s4-2：判斷當(dāng)前泥泵排壓pt1是否超過預(yù)先設(shè)定的最高壓力限值palarm，若結(jié)果為是，則單獨(dú)增大泥泵吸口閘閥的開度；若結(jié)果為否，則在增大泥泵吸口閘閥的開度的同時(shí)加大泥泵的轉(zhuǎn)速；

38、步驟s4-3：判斷堵管報(bào)警是否還存在，若結(jié)果為是，則回到步驟s4-2；若結(jié)果為否，則延時(shí)t5，若結(jié)果仍為否，則進(jìn)入步驟s4-4；

39、步驟s4-4：將泥泵吸口閘閥恢復(fù)初始開度y3、泥泵恢復(fù)初始轉(zhuǎn)速w，在此過程中，若再度觸發(fā)堵管報(bào)警，且延時(shí)t6后堵管報(bào)警仍存在，則回到步驟s4-1重復(fù)執(zhí)行堵管處理流程；若延時(shí)t6后堵管報(bào)警消失，則繼續(xù)恢復(fù)泥泵吸口閘閥開度和泥泵轉(zhuǎn)速，恢復(fù)完成后，堵管處理流程結(jié)束。

40、進(jìn)一步的，步驟s3-2中，根據(jù)傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行堵管判定，當(dāng)達(dá)到以下任一條件時(shí)，判斷為存在堵管現(xiàn)象；若所有條件均不符合，則判斷為未堵管；

41、堵管判定條件包括：

42、條件(1)：堵管預(yù)處理流程連續(xù)執(zhí)行時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)長(zhǎng)tx，堵管預(yù)報(bào)警仍存在；

43、條件(2)：將當(dāng)前泥漿流速vt1與預(yù)先設(shè)定的最低實(shí)用流速vp進(jìn)行比較，滿足vt1＜vp。

44、優(yōu)選的，t4、t5以及t6的時(shí)長(zhǎng)為3s～10s。

45、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

46、1、本發(fā)明的疏浚船舶堵管的智能感知與應(yīng)對(duì)方法，利用傳感器檢測(cè)到的艙內(nèi)泥泵排壓和排岸管路的管內(nèi)流速來(lái)識(shí)別堵管趨勢(shì)，免去人工判斷和處理的冗長(zhǎng)周期，可有效減少堵管對(duì)施工帶來(lái)的危害。

47、2、本發(fā)明的疏浚船舶堵管的智能感知與應(yīng)對(duì)方法利用“趨勢(shì)識(shí)別”作為堵管預(yù)報(bào)警的輔助判定條件，可以忽略復(fù)雜多樣的“趨勢(shì)”形成原因，在“堵管現(xiàn)象”形成之前快速進(jìn)行預(yù)處理，可有效降低堵管發(fā)生的概率。