漿體輸送壓力測試系統(tǒng)研究

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）.