針對疏浚船舶現(xiàn)役泥漿流量計多為接觸電磁式，無法確定新型非接觸式泥漿流量計（超聲波、聲吶陣列）是 否適用的問題；對不同工作原理泥漿流量計（電磁、超聲波、聲吶陣列在相同工況下進行測試，分析對比測試數(shù) 據(jù)。實際測試結(jié)果表明：疏浚船舶進入穩(wěn)定施工階段后，新型聲吶陣列流量計具有更好的測量穩(wěn)定性，新型超聲波 流量計與現(xiàn)役電磁流量計測量穩(wěn)定性相當。綜合考慮新型泥漿流量計固有特性，新型泥漿流量計（超聲波、聲吶陣 列)均適用于疏浚船舶。

0.引言

疏浚船舶泥漿流量計是計算挖泥產(chǎn)量、指導 施工操作的重要設備之所測流量數(shù)據(jù)為施工 管理提供重要的決策依據(jù)?，F(xiàn)階段疏浚船舶泥漿 流量計多為接觸式電磁流量計，新型超聲波及聲 吶陣列流量計應用于石油化工、礦山采礦、鋼鐵 等行業(yè)，應用于疏浚船舶的案例較少[2]。疏浚船舶泥漿流量計測量介質(zhì)為固液兩相流，施工過程復 雜多變，衡量泥漿流量計是否適用于疏浚船舶的 首要因素為測量穩(wěn)定性，測量的穩(wěn)定性直接影響著施工效率；流量計的測量穩(wěn)定性與流量計的工 作原理、安裝方式、使用壽命及測量介質(zhì)有著密 切的關系。

將新型超聲波流量計、新型聲吶陣列流量計 安裝在某絞吸船，測量介質(zhì)為貝殼泥沙海水混合 液體；通過對絞吸船施工監(jiān)測來記錄新型流量計 的流速數(shù)據(jù)，并與絞吸船現(xiàn)役的電磁流量計所測流速數(shù)據(jù)對比分析，通過對比可知新型流量計是 否適用于疏浚船舶。

1.工作原理

1.1電磁流量計

電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成 的一種測量導電液體體積流量的儀表；電磁流量 計的基本原理是法拉第電磁感應定律，即導體在 磁場中切割磁力線運動時在其兩端產(chǎn)生感應電動 勢。如圖1所示，導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內(nèi)流動，與流動方向垂直的方向上產(chǎn) 生與流量成正比的感應電動勢，其值如下：

E=kBDv

式中：E為感應電動勢；k為系數(shù)；B為磁感應強 度；D為測量管內(nèi)徑；￥為平均流速。

由上式可知，體積流量認與感應電動勢E和 測量管內(nèi)徑D成線性關系，與磁場的磁感應強度 B成反比，與其它物理參數(shù)無關。

1.2超聲波流量計

超聲波流量計是利用超聲脈沖在流體中傳播 的速度與流體的速度有對應的關系，即順流時的 超聲脈沖傳播速度比逆流時傳播的速度要快，順 流與逆流兩種超聲脈沖傳播的時間差越大，則流 量越大原理。如圖2所示流量計工作時，處在上 游的換能器發(fā)射調(diào)制后的超聲波脈沖，為順流傳 播，下游的換能器接收到脈沖后再返回一個相同 調(diào)制脈沖，該脈沖逆流傳播到上游換能器，根據(jù) 兩束脈沖的傳播距離、傳播時間可以計算出聲速、 被測量介質(zhì)流速。新型超聲波流量計的改進之處 即在于這個脈沖的抗干擾性，脈沖由一個已知低頻波形去調(diào)制固定高頻，這樣接收端可以進行波 形比對，濾除常見的介質(zhì)噪聲；計算聲波傳輸時 間時采取波形鑒相技術，提高了聲波傳輸時間的 精確性，進而提高流量計的測量精度。

1.3聲吶陣列流量計

聲吶陣列流量計由環(huán)繞式帶狀傳感器、保護 傳感器帶的玻璃纖維或不銹鋼外殼、變送器數(shù)字 信號處理器組成。聲吶陣列流量計的測量原理是 當管道中的流體達到湍流狀態(tài)，湍流產(chǎn)生漩渦與 流體形成對流，漩渦的運動對管壁的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生微 小應力，該應力使管壁產(chǎn)生動態(tài)形變，由于流體 流速v與漩渦的頻率f和波長A存在v = f x A的 關系，被動聲吶傳感器陣列偵聽到漩渦的頻率f 和波長A,結(jié)合陣列算法，從而計算出漩渦的平 均流速，即管道內(nèi)的流體速度。

2.流量計應用測試

2.1測試條件

1）時間：2016年4月15曰；

2）地點：廈門新機場；

3）船舶：新海豚絞吸船；

4）流量計型號：電磁流量計、便攜式外夾超聲波流量計(4個探頭、美 國CIDRA抱箍式聲吶陣列波流量計；

5）流量計口徑：DN850；

6）安裝位置：排泥金屬主管道(如圖3依次 為超聲波、聲吶陣列、電磁流量計；

7）介質(zhì)：貝殼泥沙海水混合液體(施工穩(wěn)定 階段濃度為30 %。

2.2測試準備與開始

超聲波流量計的安裝對管道要求較高，安裝 前需對管道的內(nèi)壁進行厚度測量，測厚過程中發(fā) 現(xiàn)管道內(nèi)壁厚薄不均勻，為了避免管道表面不平 整導致探頭信號衰減，安裝探頭時在其表面涂抹 較厚的耦合劑以此填補管道表面凹痕。為確保測 試原始真實性，3種流量計儀表通電后，除基本 參數(shù)外，其余優(yōu)化參數(shù)均不設置。

測試準備完成后，對絞吸船啟泵、停泵及施 工穩(wěn)定階段流量計的應用情況進行測試，并記錄 測試數(shù)據(jù)。

3.流量計測試數(shù)據(jù)及分析

3.1施工穩(wěn)定階段測試

對施工穩(wěn)定階段中3種流量計所測介質(zhì)流速 數(shù)據(jù)記錄，截取其中一段數(shù)據(jù)繪制成曲線如圖4 所示。

對曲線中3種流量計所測介質(zhì)流速數(shù)據(jù)做比數(shù)據(jù)段的平均倍數(shù)：

v超聲波=1.046v電磁

v聲吶=1.056v電磁

標準差是反映數(shù)據(jù)樣本內(nèi)個體間的離散型，

流速的標準差可反映3種流量計測量的穩(wěn)定性。

3種流量計所測流速數(shù)據(jù)的標準差分別為： s電磁=0.54 s超聲波=0.51 s聲吶=0.47

由圖4及數(shù)據(jù)分析可知，因第1次測試，流量計儀表只進行初始參數(shù)設置，此次測試3種流 量計流速波動都較大。根據(jù)測量情況，對3種流量計儀表參數(shù)進行優(yōu)化設置，優(yōu)化后再次進行測 試，測試數(shù)據(jù)曲線如圖5所示。

選取其中一段相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)進一步分析可 知(選取的樣本數(shù)與第i次測試相同）：

v超聲波=i.03iw電磁

v聲吶=1.044w電磁

3種流量計所測流速數(shù)據(jù)的標準差為： s電磁=0.42

s超聲波=0.41

s 聲吶 = 0.35

綜上可知2次測試中3種流量計所測介質(zhì)流 速之間關系為v聲吶> v超聲波> ?電磁；第2次測試中

種流量計所測流速較第1次更加穩(wěn)定，且聲吶 陣列流量計所測流速依然是最穩(wěn)定，超聲波流量 計所測流速的穩(wěn)定性與電磁流量計所測流速的穩(wěn) 定性相當。

3.2啟動、停止測試

施工穩(wěn)定階段測試中用于分析的數(shù)據(jù)是截取 流量穩(wěn)定后的一段，對于絞吸船泥泵啟動初期、 停止時流量計所測流速數(shù)據(jù)沒有進行比較分析； 為綜合分析施工各個階段流量計測量情況，將絞 吸船泥泵啟動初期、停止時的流量計所測流速數(shù) 據(jù)進行對比分析。截取測試中泥泵由停止再到啟 動時的流量計所測流速數(shù)據(jù)繪制成曲線，如圖6

所示。

由圖6可知在泵停止階段，在流速下降階段 聲吶陣列流量計相對有較大的波動，超聲波及電 磁流量計相對穩(wěn)定；小流速階段，聲吶陣列流量 先無法測量到流速，后出現(xiàn)間歇的抖動；超聲波 流量計和電磁流量計所測流速相對平滑下降直到 流速為0。在泵啟動初期，聲吶陣列流量計會有 較大的波動，超聲波流量計和電磁流量計上升相 對穩(wěn)定平滑。

新型聲吶陣列流量計所測介質(zhì)流速在泵啟動 階段雖然有較大的波動，但是能在短時間內(nèi)穩(wěn)定 下來，因此波動不會對施工穩(wěn)定階段產(chǎn)生較大的 影響。

4.流量計固有特性分析

1）安裝方式

電磁流量計為接觸式安裝，需安裝在管道上, 安裝時需拆卸管道；新型超聲波流量計和聲吶陣 列流量計都為非接觸式安裝，只需對管路進行處 理后外夾在管路上即可。

2）使用壽命

安裝方式很大程度上決定流量計的使用壽命; 電磁流量計是接觸式安裝，流量計受介質(zhì)流動而磨損，新型超聲波流量計和聲吶陣列流量計為非 接觸式安裝，不受介質(zhì)流動影響，故新型超聲波 流量計與聲吶陣列流量計的使用壽命比電磁流量 計使用壽命長。

5.結(jié)語

通過對新型泥漿流量計測試含貝殼泥沙海水 混合液體介質(zhì)并與現(xiàn)役電磁流量計對比可知，新 型超聲波流量計、聲吶陣列流量計所測介質(zhì)流速 大于現(xiàn)役電磁流量計所測介質(zhì)流速；在施工穩(wěn)定 階段，新型聲吶陣列流量計流速測量具有更好的 穩(wěn)定性，新型超聲波流量計與船舶現(xiàn)役電磁流量 計流速測量穩(wěn)定性相當。綜合考慮泥漿流量計固 有特性及測試結(jié)果，新型超聲波流量計與聲吶陣 列流量計流速測量穩(wěn)定性滿足疏浚船舶要求，適 用于疏浚船舶。