(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210589265.4 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 中交疏浚技 术装备国家工程研究中 心有限公司 地址 200092 上海市杨 浦区许昌路12 96号2 楼203室 (72)发明人 王费新　周忠玮　尹纪富　洪国军　 邢津　程书凤　鲁嘉俊　冒小丹　 张忱　舒敏骅　刘功勋　周振燕　 (74)专利代理 机构 上海科律专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 31290 专利代理师 叶凤 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 基于机理的挖泥船输送系统全管段运行参 数动态监测与优化方法 (57)摘要 本发明基于机理的挖泥船输送系统全管段 运行参数动态 监测与优化方法， 属于水力输送领 域， 应用于疏浚工程， 涉及步骤有： S1测量输送系 统主要参数， 并通过数学推演方法获得全管道输 送参数； S2选取临界流速计算公式， 用于确定实 用流速区间合理取值范围； S3计算流速最低下限 与安全监测； S4实用流速区间计算与安全性、 经 济性监测； S5参数动态优化与定量调控。 通过本 发明监测和优化方法， 保持系统的自我调节机 制， 既遵从了疏浚作业自身动态波动的特性， 又 有效提升 了输送系统的安全性和经济性。 权利要求书5页 说明书14页 附图4页 CN 115062457 A 2022.09.16 CN 115062457 A 1.基于机理的挖泥船输送系统全管段运行参数动态监测与优化方法， 其特征是， 按照 如下步骤实施： S1： 测量输送系统主 要参数， 并通过 数学推演方法获得全管道输送参数 S1‑1： 通过传感器测量输送系统以下参数用于提供 给后续步骤， 包括： (1)工程水文地质条件参数： 绞吸船挖深Hdown、 潮位Htide和管路在陆地上的爬高Hup； (2)挖泥船船舶 机具性能参数： 该船所用水下泵和舱内泵的清水额定扬程Hwe、 清水额定 流量Qwe， 水下泵额定转速nwe1， 两台舱内泵额定转速nwe2， 管道布置情况； (3)输送工况参数： 管道内径D， 浆体的容重γm， 输送载液的容重γw， 固体的容重γs， 摩 擦系数 μs， 管道起始点的浓度C， 浆体流速V， 输送颗粒均值粒径ds， 泥沙颗粒沉速Vss； S1‑2： 使用已知数学推演模型实时输入数学推演模型测量参数进行计算， 从而输出实 时的整管道浓度分布， 进而将全管道的两个输送 参数， 即全管道上的浓度分布和流速， 提供 给S3、 S4和S5； S2： 选取临界流速计算公式， 用于确定实用流速区间合理取值范围， 用于提供给S3和 S4； S2‑1： 构建新临界流速公式进行计算； 构建新的临界流速公式(2)用于计算重点监测点下限流速Vc， 其中倾斜管段临界流速修 正系数为kp， 通过实验验证其与管道倾斜角度非线性相关； S2 ‑2： 采用实用流速区间作为流 速控制阈值的方法， 而 所述实用流速区间是通过利用S2 ‑1阻力最低的临界流速公式和工程 试验数据确定， 以输送 管线平均浓度 计算的临界流速 乘以倍数kmax和kmin作为工作流速 控制的上下限Vcmax和Vcmin， 即公式(3)所示的实用流速区间， 以实现输送系统的相对安全性 和经济性； 所述实用流速区间[Vcmin， Vcmax]的计算是基于全管平均浓度的； S3： 计算流速最低下限与安全监测 采用取多个重点监测点临界流速Vc1， Vc2， Vc3……的最大值作为总的流速最低 下限Vc的 方法， 即Vc＝max(Vc1， Vc2， Vc3，……)， 来实现对管线堵管风险的监测与评估； 具体的布置方案和匹配的算法方案如下： S3‑1： 识别重点 监测点， 用于提供 给S3‑2 所述重点 监测点包括： (1)重点监测点A： 全管浓度最大值 点 利用S1全管段浓度分布数据用于实时客观确定出真实位置， 并借以设计重点监测点下 限流速Vc计算模型； (2)重点监测点B： 沉管浓度最大值 点 利用S1全管段浓度分布数据用于实时客观确定出真实位置， 并借以设计重点监测点下 限流速Vc计算模型； (3)重点监测点C： 为 沉管起始点 利用S1全管段浓度分布数据用于实时客观确定出真实位置并结合布置后确定的沉管权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115062457 A 2起始点位置， 借以设计重点 监测点下限流速Vc计算模型； S3‑2： 根据识别的重点监测点位置信息， 从S1的全管道输送参数中提取出所述重点监 测点的浓度C1， C2， C3， 以及流速V1， V2， V3数据， 不同位置的流速值相同， 即为管道起始点测量 的流速值V0， 也就是监测的工作流速V， 如此V＝V0＝V1＝V2＝V3； S3‑3： 将重点监测点的输送参数管道倾斜系数kp， 浓度C， 管径D， 颗粒沉降速度Vss， 颗粒 粒径ds输入步骤S2中的临界流速公式(2)以计算得各监测点对应的实时临界流速Vc1， Vc2， Vc3， 分别对应监测点A、 B、 C， 用于提供 给S3‑4； S3‑4： 对比S3 ‑2中工作流速V与S3 ‑3中各监测点临界流速Vc1， Vc2， Vc3， 若工作流速V低于 其中任何一个监测点的临界流速， 则识别当前输送系统可能会发生淤堵的安全风险， 进入 S3‑5； S3‑5： 预警存在安全风险， 确定需及时调整作业 参数， 则进入S5； S4： 实用流速区间计算与安全性、 经济性 监测 S4‑1： 从步骤S1得到的全管道输送参数中， 提取全管道浓度分布数据和临界流速公式 (2)所需的管径D， 颗粒沉降速度Vss， 颗粒粒径ds， 计算整个管线上的浓度平均值 将这些 数据提供给S4 ‑2； 提取管道起始位置流速测量值V0， 该流速视为工作流速V， 用于提供给S4 ‑ 4； S4‑2： 将所述平均浓度 等代入到阻力最低的临界流速公式(2)Vc＝kp·(14·C)1/3· g1/4·D1/2·vss1/2·ds‑1/4， 计算得到 “全管道实时临界流速 ”， 所述“全管道实时临界流速 ”视为整个管道统计平均情况， 区别于监测点的局部临界流速； S4‑3： 进一步， 根据S2 ‑2实用流速区间推荐取值， 计算具体的实用流速区间[Vcmin， Vcmax]， 提供给S4‑4； S4‑4： 对比S4 ‑1中所述工作流速V与S4 ‑3中所述实用流速区间[Vcmin， Vcmax]， 判断流速是 否超出该区间； S4‑5： 以安全性和经济性进行 预警并分类执 行： S4‑5‑1： 若工作流速V小于实用流速下限Vcmin， 则预警输送流速过低， 有堵管风险， 调整 作业参数， 则进入S5； 实用流速下限Vcmin对应的临界流速 并不等同于S3 ‑3步骤中管道局 部的临界流速Vc1， Vc2， Vc3， 且不能确定实用流速下限Vcmin与Vc1， Vc2， Vc3具体哪个更大， 为此， 对于安全性的监测并同时对所监测的工作流速V与实用流速下限Vcmin进行对比， 即工作流 速V小于Vc1， Vc2， Vc3和Vcmin中的任意 一个， 都触发安全性预警； S4‑5‑2： 若工作流速V高于实用流速上限Vcmax， 则预警输送流速过高， 输送系统能耗大， 不经济， 需调整作业 参数， 则进入S5； 否则当前作业 参数不变， 维持工况； S5： 参数动态优化与定量调控方法 对于步骤S3 ‑5和S4‑5‑1的安全性预警的情况， 需提高泥泵转速， 而对于S4 ‑5‑2的经济 性预警的情况， 需降低泥 泵转速， 分别进行调控： (1)所述安全性预警： S5‑1‑1： 设定泥 泵转速的初步计划提高值 为总转速的百分比例；权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115062457 A 3