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液位變送器

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耙吸式挖泥自動液位變送器在航道疏浚中的應(yīng)用

作時間:2019-09-19  來源:  作者:
   
摘要: 為解決自航耙吸船在航道疏浚特別是沖淤變化大、施工中無法精que測量水下土方的難題,依托大型自航耙吸式挖泥船 “長鯨 6”在長江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程施工中進(jìn)行研究,采用自動液位變送器進(jìn)行耙吸船疏浚精que計量,探討自動液位變送器原理并總結(jié)應(yīng)用。
土方計量是耙吸船施工中的一個基本環(huán)節(jié),不但能統(tǒng)計產(chǎn)量、核算成本,也可通過計算效率提高產(chǎn)量,是指導(dǎo)船舶施工的重要依據(jù)。目前在航道疏浚施工中常用的計量方法有格網(wǎng)法、斷面法、平均水深法。但在長江南京以下12. 5 m 深水航道受上游來沙、沖淤變化較大,回淤工程量無法明確。采用傳統(tǒng)設(shè)計圖和水深圖為基礎(chǔ)的普通斷面法計算施工工程量存在較大誤差。在長江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程施工中耙吸船施工計量采用自動液位變送器計量,并以船體排水量法人工計算校核的計量方法取得了很好的效果。
1 工程概況
長江南京以下 12. 5 m 深水航道二期工程位于長江下游南通 (天生港區(qū)) —南京 (新生圩港區(qū)) 河段,航道全長約 227 km,重點(diǎn)整治福姜沙水道、口岸直水道、和暢洲水道和儀征水道,工程完工后將建成 12. 5 m 深水航道,滿足 5 萬噸級集裝箱船、5 萬噸級其他海輪減載雙向通航,兼顧10 萬噸級散貨船減載通航。本工程的整治建筑物施工過程中,通過初通基建疏浚,實(shí)現(xiàn) 12. 5 m 深水航道初通至南京的階段目標(biāo),并通過維護(hù)疏浚措施,將初通航段維護(hù)水深在每年 4—11 月和12—3 月期間分別達(dá)到 12. 5 、11. 5 m。基建疏浚和維護(hù)疏浚采用耙吸挖泥船施工,通過艏吹方式將疏浚土吹卸至指定地點(diǎn)并負(fù)責(zé)相應(yīng)的航道測量等工作。全河段航道具體為福中單向航道 + 口岸直鰻魚沙段左、右汊單向航道 + 落成洲段雙向航道 + 和暢洲右汊單向航道 + 世業(yè)洲雙向航道,具體尺度見表 1。
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2 計量方法的選擇
本工程位于南通至南京河段,該河段處于潮汐河口向感潮河段過渡區(qū)域,存在漲落潮雙向流,落潮流是主要造床動力,流速大,隨潮流界的移動發(fā)生季節(jié)性變化,并存在大小潮、豐枯水(年)變化。下游深水航道抗自然災(zāi)害的能力較弱,南京以下河段,特別是江陰以下的潮流河段,除受上游徑流影響外,還受潮汐潮流的影響,該段潮汐類型為非正規(guī)半日潮,通常一日內(nèi)兩漲兩落,日潮不等現(xiàn)象較明顯。
上游來水、來沙條件的不穩(wěn)定性和因河勢不同造成沿程阻力多變,決定了沿程及底沙輸移的不均勻性。維護(hù)期間的回淤規(guī)律仍需深入研究,施工期內(nèi)仍存在較大回淤風(fēng)險,回淤工程量無法明確,采用普通斷面法進(jìn)行工程量計算存在較大誤差。因此本項(xiàng)目采用自動液位變送器器計量,采用船體排水量法人工計算校核。
3 自動液位變送器器計量原理
目前我國大型耙吸船均配備有先金的自動液位變送器器,以投入施工的艙容 13 280 m 3 大型耙吸挖泥船長鯨 6 輪為例。其生產(chǎn)計量系統(tǒng)包括:船舶吃水傳感器、液面雷達(dá)、γ 放射源濃度計等計量設(shè)施,以及用于計算、存儲、顯示和傳輸相關(guān)參數(shù)、裝艙土方量等數(shù)據(jù)的設(shè)施。
其測定方法是使用雷達(dá)液位傳感器和吃水壓力變送器,在給定的時間測量裝艙泥漿的濃度,計算容積同時測量船shou、船尾吃水的增量。再根據(jù)人工輸入的水密度及水下天然土的容量,計算艙內(nèi)泥漿的平均密度、土方量[1]。
船舶排水量和艙容量由傳感器測定。其他儀器如下:
1) 密度計 2 臺,安裝在左右泥泵出口處的泥管上,用于測量工作時泥漿的密度。
2) 超聲波變送器 4 個,安裝在泥艙上方,用于測量泥艙中泥漿液面的高度,通過超聲波變送器和吃水壓力變送器可計算出泥艙中泥漿的裝載量。
3) 吃水壓力變送器 4 個,安裝在船體前、后、左、右,用于測量船舶的吃水狀態(tài)。
考慮到船shou、船尾吃水傳感器位置以及船舶縱傾和橫傾,所以在確定排水量和艙容時必須做相應(yīng)船體的變形、縱傾、橫傾修正。
根據(jù)修正后平均吃水值由靜水力曲線,即可查得裝載時船舶排水量 W Z 和空載排水量 W O 。艙容計算根據(jù)雷達(dá)液面?zhèn)鞲衅鳒y得泥艙液面高度,由艙容曲線來決定泥艙裝載量。艙載土方量可按下式[2]計算:
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式中: V B 為艙載土方量(m 3 ); W Z 為重載時船舶的閉泥門排水量(t),由船舶重載平均吃水閉泥門排水量曲線求得; W O 為輕載時船舶的開泥門排水量(t),由船舶輕載平均吃水開泥門排水量曲線求 得; V C 為 實(shí) 際 裝 載 的 泥 漿 體 積 ( m 3 );ρ B 為施工區(qū)域水的密度(tm 3 ),通過多次試驗(yàn)獲得; ρ W 為施工區(qū)段疏浚土密度(tm 3 ),通過多次試驗(yàn)獲得。
4 計量系統(tǒng)校驗(yàn)
1) 靜態(tài)校驗(yàn)法。
即在靜水狀態(tài)下通過人工實(shí)測,對生產(chǎn)計量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)和校驗(yàn)。主要包括:
①實(shí)測液面艙高、艙容與儀表艙高、艙容比對。通過不同裝艙量時實(shí)測液面艙高和儀表液面艙高的比對來校驗(yàn)液面雷達(dá)的準(zhǔn)確性; 通過計量系統(tǒng)顯示液面艙高所對應(yīng)的泥艙艙容曲線表和生產(chǎn)計量系統(tǒng)上顯示的艙容對比校驗(yàn)準(zhǔn)確性。
②實(shí)測排水量和儀表排水量比對。在靜水狀態(tài)下,分別在清水滿載、半載、輕載 3 種狀態(tài)下小船繞挖泥船一周,記錄船舶各種狀態(tài)下的外觀吃水,與生產(chǎn)計量系統(tǒng)顯示的船舶吃水值比對;將船舶靜水力曲線表中的排水量與生產(chǎn)計量系統(tǒng)上的排水量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。
2) 動態(tài)比對和儀表的穩(wěn)定性觀察法。耙吸船靜態(tài)校驗(yàn)通過后,必須通過駐船監(jiān)理采集施工數(shù)據(jù)逐船手工計算裝艙土方量與生產(chǎn)計量系統(tǒng)上所顯示船載土方量進(jìn)行動態(tài)比對,以及儀表的穩(wěn)定性觀察,得出校驗(yàn)的結(jié)論。船體排水量計算可通過施工數(shù)據(jù)逐船手工計算裝艙土方量,其計算公式如下:
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式中: G 1 為重載排水量(t); G2 為輕載排水量(t);G 3 為卸泥后泥艙余水(t),G 1 、G 2 、G 3 均通過吃水監(jiān)測系統(tǒng)測得; V 漿 為泥艙滿載泥漿容積(m 3 );ρ 土 為疏浚區(qū)土水下天然密度(tm 3 ),通過多次試驗(yàn)獲得; ρ 水 為疏浚區(qū)水的密度(tm 3 ),通過多次試驗(yàn)獲得。
選取長鯨 6 在施工中的連續(xù) 8 船作對比,數(shù)據(jù)見表 2。
20190919095458.jpg
從表 2 可知,通過手算獲得的泥艙裝載土方量與計量儀記錄的土方量偏差率均在 1%以內(nèi),耙吸船液位變送器記錄的土方量是精que的。
5 結(jié)論
1) 由于上游來水、來沙條件的不穩(wěn)定性和因河勢不同造成沿程阻力多變,決定了沿程及底沙輸移的不均勻性,耙吸船在長江南京以下 12. 5 m深水航道二期工程中選用自動液位變送器器計量,船體排水量法人工計算校核。
2) 通過靜態(tài)校驗(yàn)法和動態(tài)比對及儀表穩(wěn)定性觀察法對耙吸船 “長鯨 6”在航道疏浚施工中自動液位變送器計量結(jié)果進(jìn)行校核,校核結(jié)果顯示自動土方計量是精que的。
3) 自動液位變送器可以準(zhǔn)確計算挖泥船裝載土方量,減少因人為因素造成的土方量誤差。為耙吸船科學(xué)施工提高了依據(jù),特別是在沖淤變化大、無法精que測量水下土方量的航道疏浚施工具有重大意義。
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