流體網(wǎng)中的泥沙控制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種檢測(cè)在流體流動(dòng)網(wǎng)的管道或明渠(14)中的泥沙(32)積累的方法。所述管道或明渠有設(shè)有至少一組速度傳感器(V1......V8)的系統(tǒng)以測(cè)量在預(yù)定的水平位置(50......58)上的流速。所述方法包括下述步驟：使用所測(cè)量的流速以及用于每個(gè)流層的橫截面面積計(jì)算流量，并且疊加各流量以提供總流量，監(jiān)測(cè)所測(cè)量的流速并且存儲(chǔ)流速以檢測(cè)至少最底下的速度傳感器(V1)的流速的任何持續(xù)下降以提供在管道或明渠中泥沙積累的跡象。
【專利說明】流體網(wǎng)中的泥沙te.制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流體流動(dòng)網(wǎng)中的泥沙厚度的檢測(cè)以及測(cè)量。

【背景技術(shù)】
[0002]在PCT/AU2010/001052號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)(出版為W02011/020143)文獻(xiàn)中，其公開了流量計(jì)組件以及流量測(cè)量的方法，其全文被并入于此。
[0003]傳統(tǒng)的流量測(cè)量技術(shù)中(諸如，電磁流量計(jì))，流量通過已知的管道或明渠的橫截面面積乘以通過此已知橫截面的平均速度來確定。通常，此處有一個(gè)流速傳感器，并且所述平均速度使用此傳感器確定。流量通過所述的管道或明渠的總橫截面面積乘以此平均速度得到。此測(cè)量的問題是，使用平均速度乘以總橫截面面積可能產(chǎn)生顯著的誤差。遺憾的是，泥沙在管道或明渠中可能累積，減小所述管道或明渠的橫截面面積。相對(duì)于干凈管道或明渠，由于被泥沙堵塞的管道或明渠中流體流動(dòng)穿過的面積減小，導(dǎo)致在流量測(cè)量計(jì)算中假設(shè)的面積大于流體流動(dòng)穿過的真實(shí)的橫截面面積。通過平均速度乘以假設(shè)的管道橫截面面積，流量持續(xù)的被計(jì)算。這將導(dǎo)致確定流量時(shí)的顯著誤差。
[0004]使用PCT/AU2010/001052號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)文獻(xiàn)中公開的系統(tǒng)，上述問題減少。此系統(tǒng)設(shè)置使用“傳播時(shí)間”聲或者“通過時(shí)間”方法的流量計(jì)以測(cè)量穿過流量計(jì)的橫截面面積的多個(gè)片處的多個(gè)速度。此系統(tǒng)提供穿過管道或明渠的在多個(gè)水平放置的層的速度的多路徑分析。計(jì)算流量的方法是首先計(jì)算在每個(gè)離散水平層的速度。之后，在每個(gè)層的速度乘以此層的寬度以及高度以確定穿過此層的流量。之后，穿過每層的流量疊加以確定穿過流量計(jì)的橫截面的總流量。因此，穿過管道的流量是每個(gè)離散流層的總和。此類計(jì)算使用多個(gè)傳感器提供了流量的準(zhǔn)確測(cè)定。
[0005]當(dāng)泥沙累積時(shí)，管道的橫截面面積改變。在同樣的時(shí)間，在此橫截面的實(shí)際速度曲線改變。由于在泥沙-水界面處的流速為零，因此底部路徑速度減小。為了保持通過管道或明渠的流量相同，剩余的路徑速度必須略微增加。由于在流量計(jì)橫截面的已知高度進(jìn)行多個(gè)速度的測(cè)量，因此實(shí)際速度曲線被用于計(jì)算流量。相比先前描述的使用單一速度測(cè)量計(jì)算流量的傳統(tǒng)流量測(cè)量技術(shù)，所計(jì)算的流量的誤差將減小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種檢測(cè)在流體流動(dòng)網(wǎng)中泥沙的方法。
[0007]本發(fā)明的另一目的是在艱苦的條件下提高在流體流動(dòng)網(wǎng)中流體流動(dòng)的測(cè)量精度。
[0008]在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種檢測(cè)在流體流通網(wǎng)的管道或明渠中的泥沙累積的方法，所述管道或明渠有至少一組垂直放置的速度傳感器以測(cè)量在預(yù)定的水平位置處的流速，所述方法包括下述步驟:使用所測(cè)量的流速以及每個(gè)流層的橫截面面積計(jì)算流量，并且疊加所述流量以提供在所述至少一組垂直放置的速度傳感器處的總流量，監(jiān)測(cè)所述測(cè)量的流速并且存儲(chǔ)所述流速以檢測(cè)在選定總流量的情況下在至少最底下的速度傳感器的流速的任何持續(xù)下降，從而，所述持續(xù)下降提供了在所述管道或明渠中泥沙積累的跡象。
[0009]本發(fā)明還提供了一種測(cè)量在流體流動(dòng)網(wǎng)的管道或明渠中的泥沙累積的方法，所述管道或明渠有設(shè)有至少一組垂直放置的速度傳感器的系統(tǒng)以測(cè)量在預(yù)定的水平位置處的流速，所述方法包括下述步驟:監(jiān)測(cè)所述測(cè)量流速并且存儲(chǔ)所述流速，校準(zhǔn)所述系統(tǒng)以提供所述至少一組垂直放置的速度傳感器的無泥沙速度曲線以及在預(yù)定泥沙厚度處的多個(gè)速度曲線使得泥沙厚度與在選定總流量的情況下在至少最底下的速度傳感器的流速之間的關(guān)系被計(jì)算，如所述至少最底下的速度傳感器的流速的減小與泥沙的厚度成正比，并且在選定總流量以及所述關(guān)系的所述至少最底下的速度傳感器的流速的基礎(chǔ)上計(jì)算泥沙的厚度。
[0010]在又一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，提供一種測(cè)量在流體流動(dòng)網(wǎng)的管道或明渠中的流體流量的方法，所述管道或明渠有設(shè)有至少一組垂直放置的速度傳感器的系統(tǒng)以測(cè)量在預(yù)定的水平位置處的流速，所述方法包括前款的步驟，通過使用所計(jì)算的泥沙的厚度減小所計(jì)算的最底下的流層的橫截面面積，使用所測(cè)量的流速以及用于每個(gè)流層的橫截面面積計(jì)算流量，并且疊加所述流量以提供在所述至少一組垂直放置的速度傳感器處的總流量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]結(jié)合附圖，從下述詳細(xì)描述中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)以及功能特征將變得更加顯而易見，其中
[0012]圖1是表示當(dāng)前在管道或明渠中無泥沙時(shí)，由管道或明渠的不同高度處的各自速度傳感器檢測(cè)的速度對(duì)管道或渠道的深度的圖線；
[0013]圖2是表示與圖1中所示的相似的圖線，但是其包括示出在管道或明渠中泥沙層效果的附加圖；
[0014]圖3是表示與圖1中所示的相似的圖線，其示出由本發(fā)明的一方面進(jìn)行的校正，其中對(duì)于存在泥沙層的圖線已被校正；
[0015]圖4是在圖1以及圖3中示出的圖線的組合；
[0016]圖5是表示與圖2中所示的相似的圖線，但是其示出在不同泥沙厚度時(shí)泥沙的效果;
[0017]圖6是表示為了根據(jù)本發(fā)明的另一方面確定泥沙厚度，由較高的相鄰傳感器至最底下的傳感器的最底下的傳感器的速度的劃分對(duì)所計(jì)算的泥沙厚度的泥沙厚度計(jì)算曲線的圖線；
[0018]圖7是PCT/AU2010/001052號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)文獻(xiàn)中詳細(xì)介紹的流量測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的立體圖。此優(yōu)選實(shí)施例是具有速度測(cè)量的8個(gè)水平面的方形界面流量計(jì)組件；
[0019]圖8是在圖7中提到的速度測(cè)量的8個(gè)水平面的流量計(jì)組件的側(cè)面剖視圖；以及
[0020]圖9是在圖7中提到的流量計(jì)組件的俯視剖面圖，其示出用于確定在流量計(jì)的每個(gè)水平速度測(cè)量平面內(nèi)的平均速度的交叉路徑聲波傳輸測(cè)量技術(shù)(cross-path acoustictransit measurement technique)。

【具體實(shí)施方式】
[0021]優(yōu)選的實(shí)施例是公開在PCT/AU2010/001052號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)文獻(xiàn)中的發(fā)明的增強(qiáng)。為了減少描述的重復(fù)，PCT/AU2010/001052號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)(出版為WO 2011/020143)的全部?jī)?nèi)容被并入至本說明書中。本發(fā)明可以使用在PCT/AU2010/001052號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)文獻(xiàn)中圖1至圖25以及圖28至圖47中示出的任何一個(gè)實(shí)施例。如在PCT說明書中公開的，所使用的速度傳感器是優(yōu)選的多對(duì)聲學(xué)傳感器。其他傳感器也可以被使用，例如，具有設(shè)置在管道或明渠的不同高度的電極的電磁傳感器。傳感器的類型并不關(guān)鍵，但其必須準(zhǔn)確的測(cè)量流速。
[0022]圖7是流量測(cè)量系統(tǒng)100的優(yōu)選實(shí)施例的透視圖。此優(yōu)選實(shí)施例是有速度測(cè)量的8個(gè)水平面的方形截面流量計(jì)組件，標(biāo)號(hào)為101至108。在本發(fā)明中可以使用任意數(shù)量的水平測(cè)量平面，從最少的2個(gè)測(cè)量平面到可切實(shí)可行的并入至流量計(jì)組件中的盡可能多的測(cè)量平面。圖7示出8個(gè)速度傳感器Vl至V8(圖8)，但是本發(fā)明并非限制于此數(shù)量。能夠根據(jù)所需的流量測(cè)量的環(huán)境增加或者減少速度傳感器的數(shù)量。
[0023]圖8是圖7中示出的速度測(cè)量的8個(gè)水平面的流量計(jì)組件的側(cè)面剖視圖，101-108。在101-108的每個(gè)測(cè)量平面內(nèi)有一個(gè)速度測(cè)量傳感器，在每個(gè)平面內(nèi)包括4個(gè)聲學(xué)傳感器。這些傳感器協(xié)作以提供在其水平面內(nèi)的交叉路徑聲波時(shí)間速度測(cè)量，如在PCT/AU2010/001052號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)文獻(xiàn)中的詳細(xì)介紹。在優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)平面包括4個(gè)聲學(xué)傳感器，然而任意數(shù)量的傳感器可被使用是切實(shí)可行的。
[0024]圖9是在圖7中提到的流量計(jì)組件的俯視剖面圖，其示出交叉路徑聲波傳輸測(cè)量平面101?？梢娫诖似矫鎯?nèi)有4個(gè)傳感器，標(biāo)記為101a、101b、101c、101d。這些傳感器用于測(cè)量在如PCT/AU2010/001052號(hào)PCT申請(qǐng)文獻(xiàn)中的詳細(xì)介紹的測(cè)量平面內(nèi)的平均流速。
[0025]圖1是表示在101-108的每個(gè)測(cè)量平面內(nèi)所測(cè)速度的圖線。注意，此示圖僅示出底部5個(gè)測(cè)量平面101-105。每個(gè)速度測(cè)量平面的高度被繪制在y軸10上，并且在每個(gè)各自的平面內(nèi)所測(cè)量的速度被繪制在X軸12上。圖1示出當(dāng)流量計(jì)(或安裝至其的管道或明渠)的底部或基底14沒有泥沙時(shí)流量計(jì)內(nèi)一個(gè)典型的速度曲線。公知的科學(xué)事實(shí)是，在邊界層的速度為零，即，在管道的底部或基底14以及頂部(未示出)。其在點(diǎn)16處可容易的看出。在距邊界偏移的距離處，速度將增加。
[0026]圖線示出在各自測(cè)量平面V1-V5內(nèi)所感應(yīng)的速度18-26并且示出由此產(chǎn)生的圖形或曲線28。系統(tǒng)設(shè)置了穿過管道或明渠在多個(gè)水平層50-58的速度的多路徑分析。計(jì)算流量的方法是首先計(jì)算每個(gè)離散層的流量(速度乘以橫截面面積)。因此，穿過管道或明渠的流量是每個(gè)離散流層的總和。由這些速度樣品的集成導(dǎo)致的區(qū)域(陰影區(qū)域48)等于穿過系統(tǒng)的流量計(jì)每個(gè)單元寬度的流量。此類計(jì)算使用多個(gè)傳感器V1-V8提供流量的準(zhǔn)確測(cè)定。
[0027]圖2是與圖1中所述的相似的圖線，但其有一由厚度34的泥沙層導(dǎo)致的疊加圖或曲線30。速度由傳感器V1-V4測(cè)量并且所述速度示出為點(diǎn)36-42。所述圖線示出了在相同流量的情況下泥沙32的出現(xiàn)對(duì)速度的影響。對(duì)于傳感器Vl的點(diǎn)36處的速度減小，而在點(diǎn)38-42處的速度增加用以補(bǔ)償。系統(tǒng)推斷在傳感器Vl的平面內(nèi)所測(cè)量的速度降至流量計(jì)或明渠或管道的底面14處的已知的零速度16。通過連接點(diǎn)18以及16的線示出無泥沙時(shí)的此推斷。通過連接點(diǎn)36以及16的線示出有泥沙時(shí)的所述推斷。由于泥沙厚度34處以及低于此厚度時(shí)的流速為零，因此所述推斷將高估了底部測(cè)量平面下方的平面速度。不清楚泥沙32是否存在并且因此不清楚在高度34處并且低于此高度的速度是否等于零。在速度推斷以及流量測(cè)量中的誤差由陰影區(qū)域46表示，此陰影區(qū)域46涵蓋點(diǎn)16連接至44(泥沙厚度)的直線、點(diǎn)44連接至36的直線以及點(diǎn)36連接至16的直線。所述誤差是有界的，其中泥沙越厚在平面Vl上測(cè)量的速度越小，并且因此誤差區(qū)域越??；并且相反的泥沙越淺誤差區(qū)域越小。因此，在選定總流量的情況下，傳感器Vl的流速的任何持續(xù)減小的檢測(cè)將提供在所述管道或明渠中的泥沙積累的跡象。流量測(cè)量精度仍然保持為泥沙的累積。設(shè)備自然的補(bǔ)償用于測(cè)量流量方法的此原因，即，計(jì)算每個(gè)層的流量，而非獲得用于整個(gè)橫截面的平均速度的傳統(tǒng)技術(shù)并且之后乘以總面積。當(dāng)泥沙累積，穿過底層的流量減小，并且因此任何與此測(cè)量有關(guān)的誤差也減小。如果泥沙覆蓋了傳感器VI，所述系統(tǒng)將仍然提供流量的準(zhǔn)確測(cè)量。
[0028]流動(dòng)干擾實(shí)驗(yàn)已證實(shí)對(duì)于由泥沙導(dǎo)致的此類干擾，所述系統(tǒng)保持準(zhǔn)確度。在所述系統(tǒng)的底面安裝0.25米厚度的泥沙層，在這種情況下允許保持準(zhǔn)確度。重要的是，無論泥沙或者其他的阻礙覆蓋多少測(cè)量平面，保持此同樣的原理。流量測(cè)量的此方法可以與閘門(gate)組合或者不與其組合。
[0029]在圖1以及圖2中示出的實(shí)施例允許泥沙的檢測(cè)并且提供一種在泥沙厚度變化的情況下保持相當(dāng)準(zhǔn)確度的系統(tǒng)。為了進(jìn)一步增加所述系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，必須計(jì)算泥沙的厚度。為了減少重復(fù)的描述，與圖1和2類似的部分在圖3-圖5中使用相同的附圖標(biāo)記。假設(shè)泥沙沒有覆蓋傳感器Vl，所述系統(tǒng)使用由傳感器Vl測(cè)量的底部路徑速度36來確定泥沙34的厚度，泥沙34的厚度在所述系統(tǒng)的底面14上累積。如果泥沙覆蓋傳感器VI，傳感器V2會(huì)用于計(jì)算泥沙的厚度。在無泥沙情況下，系統(tǒng)的速度曲線作為主校準(zhǔn)的結(jié)果是已知的，并且其作為曲線28在圖4中示出。泥沙的效果是減小底部路徑速度低于無泥沙情況下所觀察的其值18至所減小的值36，如圖2中所示。在傳感器Vl處底部路徑速度的減小正比于所述系統(tǒng)底部14上的泥沙的厚度。通過比較在底部路徑50處所測(cè)量的速度至在所述系統(tǒng)的路徑52-58處所測(cè)量的速度，確定由泥沙累積引起的底部速度36的偏差。通過示出所測(cè)量的速度在零泥沙厚度的曲線28、在厚度34處的曲線30以及在厚度62處的曲線60，圖5示出了所需的校準(zhǔn)。從這些校準(zhǔn)確定的是能夠繪制最底下的傳感器Vl到相鄰傳感器V2的傳感器速度比V1/V2對(duì)泥沙厚度的影響以提供在圖6中所示的曲線64。從圖6中所示的圖線中，使用傳感器速度Vl以及V2的測(cè)量值，曲線64允許計(jì)算任意厚度的泥沙。因此，底部路徑速度的減小與泥沙厚度之間的關(guān)系可確定。此關(guān)系是已知的以在所述系統(tǒng)運(yùn)行情況下穿過全范圍的流量保持基本不變。
[0030]如果泥沙覆蓋了底部速度傳感器VI，之后通過比較由傳感器V2與由V3所測(cè)量的速度來操作泥沙檢測(cè)運(yùn)算。同樣的，如果泥沙覆蓋了速度傳感器V2，之后通過比較由傳感器V3與由V4所測(cè)量的速度來操作泥沙檢測(cè)運(yùn)算。泥沙引起隱藏在泥沙之下的速度傳感器記錄的零讀數(shù)或零速度測(cè)量值，并且此事實(shí)用于鑒定哪些速度傳感器隱藏在泥沙之下。通過比較置于最高的所隱藏的速度傳感器之上的兩速度傳感器的速度測(cè)量的比值，泥沙檢測(cè)算法測(cè)量最高的所隱藏的速度傳感器之上的泥沙的厚度。
[0031]給定在底部路徑速度減小的測(cè)量值，可計(jì)算泥沙的厚度。之后，所述系統(tǒng)的底面14被設(shè)置為等于此泥沙厚度，并且僅在低至泥沙厚度的底面執(zhí)行速度整合。這意味著僅流動(dòng)區(qū)域整合，并且零流動(dòng)的泥沙區(qū)域從速度整合中排除。因此，所述系統(tǒng)檢測(cè)泥沙厚度并且從所述系統(tǒng)的內(nèi)部頂端低至泥沙底面32來整合速度曲線。此整合提供了穿過所述系統(tǒng)的流體流量的高精度測(cè)量。因此，所述系統(tǒng)有不受泥沙影響的流量測(cè)量準(zhǔn)確度。圖3示出基于點(diǎn)44的整合曲線66，點(diǎn)44被轉(zhuǎn)移至在泥沙水平處的泥沙厚度34。
[0032]圖4示出與圖1的無泥沙曲線28相比較的圖3的曲線66。在圖1_圖6的實(shí)施例中的泥沙檢測(cè)也能夠允許并入至此系統(tǒng)的泥沙報(bào)警。通過預(yù)定泥沙的水平能夠激活報(bào)警以警告操作者泥沙的累積。之后，操作者可以在維護(hù)制度下采取行動(dòng)移除泥沙。
[0033]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是應(yīng)理解本發(fā)明將擁有許多進(jìn)一步的修改，并且其被視為在較寬的范圍內(nèi)并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)，通過示例的方式在此已經(jīng)闡述了本發(fā)明廣泛的性質(zhì)以及某些具體的實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)在流體流動(dòng)網(wǎng)的管道或明渠中泥沙累積的方法，所述管道或明渠有設(shè)有至少一組速度傳感器的系統(tǒng)以測(cè)量在預(yù)定的水平位置處的流速，所述方法包括下述步驟，使用所測(cè)量的流速以及用于每個(gè)流層的橫截面面積計(jì)算流量，并且疊加所述的流量以提供總流量，監(jiān)測(cè)所述測(cè)量的流速并且存儲(chǔ)所述流速以檢測(cè)在至少最底下的流速傳感器的流速的任何持續(xù)下降，用以提供在所述管道或明渠中泥沙累積的跡象。
2.—種測(cè)量在流體流動(dòng)網(wǎng)的管道或明渠中泥沙累積的方法，所述管道或明渠有設(shè)有至少一組速度傳感器的系統(tǒng)以測(cè)量在預(yù)定的水平位置處的流速，所述方法包括下述步驟，監(jiān)測(cè)所述測(cè)量的流速并且存儲(chǔ)所述流速，校準(zhǔn)所述系統(tǒng)以提供所述至少一組垂直放置的速度傳感器的無泥沙速度曲線以及在預(yù)定泥沙厚度處的多個(gè)速度曲線以使泥沙厚度與在所觀察的速度曲線的至少最底下的速度傳感器的流速之間的關(guān)系可計(jì)算，應(yīng)用所述的關(guān)系至所述至少最底下的速度傳感器的速度以計(jì)算泥沙的厚度。
3.一種測(cè)量在流體流動(dòng)網(wǎng)的管道或明渠中流體流量的方法，所述管道或明渠有設(shè)有至少一組速度傳感器的系統(tǒng)以測(cè)量在預(yù)定的水平位置處的流速，所述方法包括權(quán)利要求2的步驟，通過使用所計(jì)算的泥沙的厚度，減小所計(jì)算的最底下的流層的橫截面面積，使用所測(cè)量的流速以及用于每個(gè)流層的橫截面面積計(jì)算流量，并且疊加所述的流量以提供在所述至少一組垂直放置的速度傳感器處的總流量。
【文檔編號(hào)】F17D5/00GK104487754SQ201380036050
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】D.V.皮爾遜, R.J.蒂勒爾, G.J.比什 申請(qǐng)人:魯比康研究有限公司