一种绞吸挖泥船泥泵效率测试方法及其采集系统

技术领域

本发明属于疏浚工程技术领域，特别是涉及一种绞吸挖泥船泥泵效率测试方法及其采集系统。

背景技术

绞吸挖泥船是目前应用最多的疏浚船舶，在国内挖泥船总数中占到50％以上。随着作业范围的不断扩大，对国内绞吸挖泥船的作业环境、绞刀切削力、产量、挖深及排距等性能均提出了更高要求。泥泵是绞吸式挖泥船的心脏，挖泥船的吸、排泥都是通过泥泵进行的，泥泵的工作状态对挖泥船的生产效率，挖泥成本和船舶的安全运转都起着重要作用。其中泥泵效率是泥泵最主要的性能参数，测试和采集泥泵效率，对判断泥泵的运行状态和提高绞吸挖泥船的工作效率有重要意义。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的问题，提出了一种绞吸挖泥船泥泵效率测试方法及其采集系统，该系统能够采集绞吸挖泥船施工期间泥泵的主要工作参数及泥泵效率，通过不间断采集泥泵的各项数据，经过监测计算机计算分析，实现绞吸挖泥船施工期间泥泵主要参数实时记录及泥泵系统的实时分析。

本发明是这样实现的，一种绞吸挖泥船泥泵效率测试方法，包括如下步骤：

S1、在泥泵进口管路上加装电磁流量计，得到泥泵的进口流量Q；在泥泵的进口和出口分别加装压力传感器，得到泥泵的进口压力P

通过如下公式计算泥泵的水功率：P

式中：P

ρ为海水的密度，一般取1020，单位为kg/m

g为重力加速度，取9.8，单位为m/s

Q为泥泵的流量，单位为m

H为泥泵的扬程，单位为m；其计算公式如下：

其中，P

S2、在泥泵轴上安装扭矩采集模块，经过测试得到泥泵轴扭矩N；在泥泵轴上粘贴反光标签，并在附近安装可向反光标签发射红外线信号、并可接收反光标签反射回的红外线信号的光电转速传感器，经过测试得到泥泵轴转速n；

通过如下公式计算泥泵的轴功率：P

式中：P

T为泥泵轴扭矩，单位为N·m；

n为泥泵轴转速，单位为r/min；

S3、依据监测计算机内的软件，通过如下公式计算泥泵的效率η，η＝P

在绞吸挖泥船施工过程中通过提高泥泵轴转速和降低泥泵轴转速，比较泥泵在不同转速下工作的扬程、轴功率和效率，得到泥泵在不同转速下的性能曲线，即同一转速下泥泵扬程随流量变化的曲线、泥泵轴功率随流量变化的曲线和泥泵效率随流量变化的曲线；

S4、在上述泥泵的性能曲线中，找到泥泵效率最高的最佳工况点，及最佳工况点对应的泥泵轴转速、泥泵轴功率；通过船员的操作，使绞吸挖泥船在泥泵的最佳工况点下运行，即最佳转速、最佳轴功率下运行。

一种绞吸挖泥船泥泵效率测试采集系统，包括电阻应变片组、扭矩采集模块、扭矩采集电源模块、反光标签、光电转速传感器、转速测量模块、监测计算机、信号接收器、进口压力传感器、出口压力传感器和电磁流量计，所述电阻应变片组安装在所测泥泵轴上，所述电阻应变片组与扭矩采集模块连接，所述扭矩采集模块与扭矩采集电源模块连接，所述反光标签安装在所测泥泵轴上，所述光电转速传感器与反光标签之间通过红外线传输，所述光电转速传感器与转速测量模块连接，所述转速测量模块、所述信号接收器、所述进口压力传感器、出口压力传感器和所述电磁流量计均与监测计算机连接，所述信号接收器用于接收扭矩采集模块的数据。

在上述技术方案中，优选的，所述扭矩采集模块与信号接收器之间通过无线信号传输传递数据。

在上述技术方案中，优选的，所述电阻应变片组由两个工作片组成，电阻应变片组采用半桥连接方式，两个工作片与所测泥泵轴轴线成45°及135°夹角固定在泥泵轴上。

在上述技术方案中，优选的，所述扭矩采集模块和扭矩采集电源模块通过不锈钢卡箍固定在泥泵轴上，可通过遥控器远程控制扭矩采集模块进行数据的采集。

在上述技术方案中，优选的，所述反光标签与所测泥泵轴轴线平行且粘贴在泥泵轴上。

在上述技术方案中，优选的，所述光电转速传感器发射红外线信号，红外线信号由反光标签反射回来，光电转速传感器接收红外线信号并传输给转速测量模块，转速测量模块将测得信号进行转换并传输给监测计算机，得到泥泵轴转速。

在上述技术方案中，优选的，所述信号接收器与监测计算机的RJ45接口连接，信号接收器接收扭矩采集模块传输来的无线信号，并传输给监测计算机，得到泥泵轴功率。

在上述技术方案中，优选的，所述监测计算机可通过软件实时显示泥泵的轴扭矩、轴转速、轴功率、进口压力、出口压力、进口流量和效率，实现绞吸挖泥船施工期间主要泥泵参数的实时记录和分析。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明的绞吸挖泥船泥泵效率测试方法及采集系统，可以通过泥泵效率及时、准确判定泥泵运转状态，可进一步优化绞吸挖泥船施工状态下泥泵性能测试、运转状态监测，提升绞吸挖泥船工作效率，增加挖泥船产值及竞争力。

2、本发明在不影响绞吸挖泥船正常施工的前提下，通过监测计算机可以实时显示泥泵的轴扭矩、轴转速、轴功率、进出口压力、进口流量和效率等，实现绞吸挖泥船施工期间主要泥泵参数的实时记录和分析。具有便于安装、操作简单、通用性强等优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的绞吸挖泥船泥泵效率测试采集系统的示意图。

图中：1、电阻应变片组；2、扭矩采集模块；3、扭矩采集电源模块；4、反光标签；5、光电转速传感器；6、转速测量模块；7、监测计算机；8、信号接收器；9、出口压力传感器；10、进口压力传感器；11、电磁流量计。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明的实施例提供一种绞吸挖泥船泥泵效率测试采集系统，包括电阻应变片组1、扭矩采集模块2、扭矩采集电源模块3、反光标签4、光电转速传感器5、转速测量模块6、监测计算机7、信号收集器8、出口压力传感器9、进口压力传感器10、电磁流量计11。所述电阻应变片组1安装在所测泥泵轴上，所述电阻应变片组1与扭矩采集模块2连接，所述扭矩采集模块2与扭矩采集电源模块3连接，所述反光标签4安装在所测泥泵轴上，所述光电转速传感器5与反光标签4之间通过红外线传输，所述光电转速传感器5与转速测量模块6连接，所述转速测量模块6、所述信号接收器8、所述进口压力传感器10、出口压力传感器9和所述电磁流量计11均通过数据线与监测计算机7连接所述信号接收器8用于接收扭矩采集模块2的数据，所述扭矩采集模块2与信号接收器8之间通过无线信号传输传递数据，。

具体的，所述电阻应变片组1由两个工作片组成，电阻应变片组1采用半桥连接方式，两个工作片与所测泥泵轴线成45°及135°夹角固定在泥泵轴上。利用半桥电路可以提高电阻应变片组的灵敏度，并使输入和输出呈线性关系。

所述扭矩采集模块2和扭矩采集电源模块3通过不锈钢卡箍固定在泥泵轴上，可通过遥控器远程控制扭矩采集模块2进行数据的采集。

所述反光标签4与所测泥泵轴轴线平行且粘贴在泥泵轴上，提高了泥泵轴转速测量的准确性。

所述光电转速传感器5发射红外线信号，红外线信号由反光标签4反射回来，光电转速传感器5接收红外线信号并传输给转速测量模块6，转速测量模块6将测得信号进行转换，传输给监测计算机7，得到泥泵轴转速。

所述信号接收器8与监测计算机7的RJ45接口连接，信号接收器8接收扭矩采集模块2传输来的无线信号，并传输给监测计算机7，得到泥泵轴功率。

所述进口压力传感器10、出口压力传感器9与监测计算机7连接，通过数据线将信号传输给监测计算机7，得到泥泵进出口压力值。所述电磁流量计11与监测计算机7连接，通过数据线将信号传输给监测计算机7，得到泥泵的进口流量。所述监测计算机7可通过软件实时显示泥泵的轴扭矩、轴转速、轴功率、进口压力、出口压力、进口流量和效率等，实现绞吸挖泥船施工期间主要泥泵参数的实时记录和分析。

本发明的具体测试过程如下：

S1、将扭矩采集模块2与扭矩采集电源模块3用电线连接起来，用电烙铁焊接连接点。将泥泵轴表面的油漆去掉，用粗砂纸将泥泵轴表面打磨至出现金属亮面，并打磨光滑。然后将电阻应变片组1用胶水粘贴在泥泵轴表面并与所测泥泵轴轴线成45°及135°夹角，将电阻应变片组1与扭矩采集模块2连接，用电烙铁焊接连接点。将扭矩采集模块2和扭矩采集电源模块3通过不锈钢卡箍固定在泥泵轴上。

S2、将反光标签4与所测泥泵轴轴线平行粘贴在泥泵轴上。将光电转速传感器5与转速测量模块6之间用快速接头连接好，转速测量模块6与监测计算机7连接通过USB接口连接，信号接收器8与监测计算机7连接通过RJ45接口连接。将出口压力传感器9、进口压力传感器10、电磁流量计11与监测计算机7连接。

S3、用遥控器控制扭矩采集模块2开始采集信号，信号接收器8接受扭矩采集模块2发出的信号，在监测计算机7上显示泥泵轴扭矩。光电转速传感器5向反光标签4发射红外线，反光标签4接收红外线并反射，光电转速传感器5接收红外线，通过转速测量模块6进行信号转换，并将信号传输给监测计算机7，在监测计算机7上显示泥泵轴转速。监测计算机7通过软件计算得到泥泵轴功率并记录数据，监测计算机7通过记录的数据每60秒进行一次泥泵轴功率统计，以每5秒为间隔共统计12次泥泵轴功率，分别记为P

S4、监测计算机7接收出口压力传感器9和进口压力传感器10发出的信号，得到泥泵进口压力，监测计算机7接收电磁流量计11发出的信号，得到泥泵进口流量，监测计算机7通过软件实时记录数据，根据公式计算得到泥泵水功率。监测计算机7通过记录的数据每60秒进行一次泥泵水功率统计，以每5秒为间隔共统计12次泥泵水功率。监测计算机7获得的12次泥泵水功率，分别记为P

S5、监测计算机7获得泥泵60秒内记录的泥泵轴功率P

S6、在绞吸挖泥船施工过程中通过提高泥泵轴转速和降低泥泵轴转速，比较泥泵在不同转速下工作的扬程、轴功率和效率，得到泥泵在不同转速下的性能曲线，即同一转速下泥泵扬程随流量变化的曲线、泥泵轴功率随流量变化的曲线和泥泵效率随流量变化的曲线。

S7、在上述泥泵的性能曲线中，找到泥泵效率最高的最佳工况点，及最佳工况点对应的泥泵轴转速、泥泵轴功率；通过船员的操作，使绞吸挖泥船在泥泵的最佳工况点下运行，即最佳转速、最佳轴功率下运行。

本发明可以通过泥泵效率及时、准确判定泥泵运转状态，可进一步优化绞吸挖泥船施工状态下泥泵性能测试、运转状态监测，提升绞吸挖泥船工作效率，增加挖泥船产值及竞争力。在不影响绞吸挖泥船正常施工的前提下，通过监测计算机可以实时显示泥泵的轴扭矩、轴转速、轴功率、进出口压力、进口流量和效率等，实现绞吸挖泥船施工期间主要泥泵参数的实时记录和分析。具有便于安装、操作简单、通用性强等优点。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。