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    漿體輸送壓力測試系統(tǒng)研究

    2013-05-05 13:51:10張家龍
    采礦技術(shù) 2013年2期
    關(guān)鍵詞:采集卡漿體壓差

    張家龍

    (銅陵有色金屬集團(tuán), 安徽 銅陵市 244000)

    進(jìn)入工業(yè)社會以來,隨著人類城鎮(zhèn)化的發(fā)展和對環(huán)境保護(hù)的日益重視,礦體開采后充填成為必然,混凝土等漿體的使用越來越廣泛[1-2]。漿體在管道輸送過程中,隨著距離的增加和濃度的提高,壓力損失也就越大,為了保證漿體的正常輸送,就必須時時監(jiān)測管道壓力,并進(jìn)行必要的調(diào)整。漿體輸送壓力測試系統(tǒng)正是基于此背景而開發(fā)的[3-6]。

    1 測試系統(tǒng)的工作原理

    漿體輸送壓力測試系統(tǒng)通過測量泵壓,彎管段、直管段各取樣點的壓差、流量和溫度來分析漿體在整個管道各個位置的壓力。各個傳感器的數(shù)據(jù)通過采集卡串口傳送到計算機,計算機配置“實驗室漿體輸送泵管道壓差監(jiān)測系統(tǒng)”軟件,實現(xiàn)對實驗數(shù)據(jù)的采集和分析以及打印輸出。

    傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集,其性能直接影響著整個系統(tǒng)的性能,因此傳感器的選擇十分重要。

    考慮水泥漿容易堵塞,壓力傳感器采用平膜片不銹鋼結(jié)構(gòu)形式,避免了由于引壓孔堵塞而使傳感器失效的情況,測量精度也能得到保證。同時要對取壓點壓差精確測量,系統(tǒng)采用遠(yuǎn)傳型大膜片壓差傳感器,既避免了堵塞,同時達(dá)到高精度的測量效果。

    2 測試系統(tǒng)的組成

    漿體管道輸送壓力測試系統(tǒng)的設(shè)計,無論是儀表設(shè)備和軟件研發(fā),還是在系統(tǒng)管理方面都遵循以下基本原則:

    (1)安全可靠性;

    (2)實用性;

    (3)可擴(kuò)充性;

    (4)可維護(hù)性;

    (5)適用性。

    系統(tǒng)主要由計算機、數(shù)據(jù)采集卡、壓差傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、水泥輸送泵、輸送管道、測試工作臺等組成,如圖1、圖2所示。

    圖1 壓力測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

    3 測試系統(tǒng)的功能及程序

    數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)主要包括采集卡的讀取存貯軟件、格式轉(zhuǎn)換軟件和MATLAB軟件。

    (1)主要功能:通過計算機串行口采集儀表測量數(shù)據(jù)并實時顯示、存儲,對存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線分析、曲線打印、趨勢瀏覽、報表生成、報表編輯、報表打印、轉(zhuǎn)化生成TXT、EXCEL文件等,對使用者的技能要求極低,無需組態(tài)編程[7-8]。

    (2)通訊速率:0.01~10Hz,可以設(shè)置。

    (3)存盤周期:0.1~60s,可以設(shè)置,自動校準(zhǔn)定時誤差。

    (4)報表列組合:可以自由設(shè)置,具有最大/最?。骄到y(tǒng)計功能。

    (5)報表行組合:可以自由設(shè)置,包括開始時間/結(jié)束時間/每行時間間隔,按設(shè)置精確篩選數(shù)據(jù)。

    (6)曲線組合:可以自由設(shè)置。

    圖2 壓力測試系統(tǒng)的硬件組成

    (7)曲線橫軸/縱軸范圍:可以自由設(shè)置,橫軸能精確分辨到0.1s,實時曲線/歷史曲線均可,查詢便捷。

    (8)“曲線分析”:對采集卡的數(shù)據(jù)先進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,然后在MATLAB中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。主要程序如下:

    A=load('d:\***.txt'); %將采集數(shù)據(jù)裝入矩陣A

    A(:,1)=[]; %刪除矩陣 A的第一列元素

    A=B; %形成新矩陣

    B=A(:,1); %取出矩陣 A的第一列元素存入矩陣B

    C=B*1000/5000; %將電壓量轉(zhuǎn)化為壓差存入矩陣C中

    北京市政府有關(guān)負(fù)責(zé)人表示,相關(guān)部門也將在充分調(diào)研、集體會商的基礎(chǔ)上,對意見建議逐條分析梳理,逐條推進(jìn)落實。

    A(:,1)=C; %用壓差替代電壓量

    B=A(:,2); %取出矩陣 A的第二列元素存入矩陣B

    C=B*1000/5000; %將測試電壓量轉(zhuǎn)化為取樣點距離存入矩陣C中

    A(:,2)=C; %用距離替代測量電壓量

    B=A(:,3); %取出矩陣 A的第三列元素存入矩陣B

    C=B*500/5500; %將測試電壓量轉(zhuǎn)化為取樣點距離入矩陣C中

    A(:,3)=C; %用距離替代測量電壓量

    B=A(:,4); %取出矩陣 A的第三列元素存入矩陣B

    C=B*500/5500; %將測試電壓量轉(zhuǎn)化為取樣點距離入矩陣C中

    A(:,4)=C; %用距離替代測量電壓量

    xlabel('KPa/N'); %設(shè)置x坐標(biāo)軸

    ylabel('MM'); %設(shè)置y坐標(biāo)軸

    4 系統(tǒng)分析及應(yīng)注意的問題

    該系統(tǒng)采用三路壓差計和一路壓力計,可以很準(zhǔn)確地得出管道各個點的實際壓力;通過對比不同距離壓差的變化,分析出漿體的壓力變化規(guī)律,進(jìn)而得出實驗結(jié)果與設(shè)計結(jié)果存在的差異,但曲線的形狀基本符合設(shè)計要求,說明該測試系統(tǒng)基本上是成功的。

    測試系統(tǒng)同時還加入了溫度計來檢測整個管道系統(tǒng)壓力的變化,觀察溫度因素對壓力差的影響,從而使整個系統(tǒng)更加可靠。該系統(tǒng)作為一個開放系統(tǒng),具有很好的擴(kuò)展功能,可以方便地加入不同的傳感器和其他功能模塊,適應(yīng)多種現(xiàn)場工況。當(dāng)然,此系統(tǒng)還處在試驗階段,有很多值得改進(jìn)和改善的地方。

    傳感器安裝位置和安裝方式的選擇,對系統(tǒng)的性能也有很大的影響,傳感器的正確安裝,可以減小測量誤差,提高測試精度。

    (1)首先在輸送管道上找好取樣點,取樣點的位置取在管道中下部,以免非滿管時無法測量壓力。

    (2)選好取樣點后用手電鉆機等鉆孔,孔徑為12~13mm。

    (3)鉆好引壓孔后,將加工好的傳感器轉(zhuǎn)接頭焊接在輸送管道上,焊接可使用氬氟焊、電焊、氧焊等工藝。焊接后檢查焊接處是否合格。

    (4)使用扳手等工具將傳感器安裝到轉(zhuǎn)接頭上。

    (5)擰開傳感器外殼,將信號電纜線安裝好,連接到采集卡的取樣點。

    (6)將采集卡連接到電腦,采集卡可選擇USB型或PCI型。

    (7)再次檢查連接線和電源線是否正確聯(lián)接。

    (8)打開電腦監(jiān)測軟件,對設(shè)備通電試運行,如發(fā)現(xiàn)泄漏或不能采集信號等情況,應(yīng)斷電重新檢查安裝。

    由于測量介質(zhì)為水泥漿,水泥漿干涸凝結(jié)應(yīng)力很大,會使感壓膜片變形而損壞,當(dāng)次測試完后,要立即卸下傳感器并清洗干凈以備下次使用。

    [1] 張 磊,呂憲俊,金子橋.粉煤灰在礦山膠結(jié)充填中應(yīng)用的研究現(xiàn)狀[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2011,31(4):22-25,129.

    [2] 王新民,張欽禮.新橋硫鐵礦膠結(jié)充填材料物化性能分析及充填配比試驗報告[R].長沙:中南工業(yè)大學(xué),1999.

    [3] 王新民.康家灣礦人工火山灰質(zhì)材料全尾砂膠結(jié)充填性能及配比試驗報告[R].長沙:中南大學(xué),2001.

    [4] 胡家國,古德生,王新民.水泥-粉煤灰-尾砂膠結(jié)充填料配比優(yōu)化及特性研究[J].礦冶,2003,12(4).

    [5] 王新民,等.深井礦山充填理論與技術(shù)[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2005.

    [6] Richard A.Johnson.概率論與數(shù)理統(tǒng)計(第七版)[M].章棟恩改編.北京:電子工業(yè)出版社,2005.

    [7] 王沫然.MATLAB與科學(xué)計算[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.

    [8] 王美石,陳祥光.多元線性回歸方法在油田產(chǎn)量預(yù)測中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程,2004,23(11).

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