一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法与流程

本发明涉及一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法。

背景技术：

1、疏浚吹填施工吹填一般是指用船机设备从水底取泥后，通过管线把泥水混合物，排放到指定围区位置，在区域内泥砂沉降水溢流排除，从而形成陆地，而吹填工程的核心设备是泥泵。浆体通过泥泵管路系统被推送到指定的区域，泥泵的性能及效率直接影响了工程的进度以及施工成本。泥浆中含有大量的泥沙和其他颗粒物，这些颗粒在泥泵输送过程中会造成泥泵备件的汽蚀和磨损，进而造成泥泵泵效下降，带来的直接的影响为输送同等方量的物质泥泵需要消耗更多的油耗，带来输送成本升高，而这种影响可通过更换磨损的泥泵构件来改善输送成本，但是存在构件更换成本与输送成本之间的平衡点，且国内疏浚船舶驾驶人员仅参考泥泵叶轮的设计性能来指导施工，并通过泥泵震动情况和以往泥泵更换时的累计输送方量来制定泥泵策略，导致泥泵磨损后期施工油耗提升，导致输送单方输送成本增高，在施工一段时间后其多余消耗的成本大于更换配件的本，导致施工经济效益变差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，通过该方法计算的更换节点能够有效节省施工成本，为工程带来经济效益。

2、实现上述目的的技术方案是：

3、一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，包括：

4、步骤s1，统计分析泥泵的历史数据中磨损老化过程效率变化规律，并通过历史记录数据统计一个泥泵备件到更换为止累计输送方量大小；

5、步骤s2，构建输送方量与效率变化的相关关系，将生命周期能够输送的方量等分10个阶段；

6、步骤s3，计算泥泵在每个阶段对应时间段效率e1,e2,...,e10，以及不同输送方量时其效率差异；

7、步骤s4，将输送过程的能耗与船舶的油耗之间建立线性关系；

8、步骤s5，将泥泵效率与船机设备的油耗进行匹配分析，得到不同输送方量的下的油耗信息；

9、步骤s6，计算不同磨损阶段输送作业生产成本；

10、步骤s7，进行不同更换节点的经济效益评估，得到最佳更换时间节点。

11、优选的，所述步骤s1中，计算输送方量大小公式如下：

12、

13、式中，va是泥泵构件使用时长tg内输送方量v的总和，va、v单位为万方。

14、优选的，所述步骤s3中，泥泵的输入功率w是转轴的扭矩t和转速r乘积，这些能量转换成泥泵出口的流量q和排压p，两者之间的比值称为泵率e，泥泵效率的计算式如下：

15、

16、式中，e是泥泵转换效率，单位为％；q是输送流量，单位为m3/s；p是排除压力，单位kpa；t是扭矩，单位n·m；r是转速，单位r/min；

17、采用平均效率减缓因输送介质不均匀引起的效率波动，t(n-1)/10至tn/10时间内的平均效率et计算式如下：

18、

19、

20、式中et是t-d至t时间内的平均泥泵转换效率，单位为％，avg是求平均值的函数；

21、输送方量v与泥泵的输送q直接相关并且具有如下关系：

22、

23、式中，cvs是流量中泥沙含量的体积浓度，单位为％，因此，在同等cvs、p情况下转换效率越高q越大输送的体积v越多，同等情况下，效率下降输送方量下降，或者同等方量下需要消耗的能量增多。

24、优选的，所述步骤s3中，将构件生命周期能够输送的方量等分10个阶段每个阶段，每个阶段分别记为v1/10、v2/10、...v10/10，阶段划分用于分段分析数据，并找出对应的时间点t1/10、t2/10、..t10/10，计算每个v1/10、v2/10、...v10/10阶段对应时间段的泥浆效率e1,e2,...,e10，具体包括：

25、回归拟合构建输送方量与效率的关系函数，该函数为线性相关，即

26、将v1/10、v2/10、...v10/10作为x集合；

27、将e1,e2,...,e10作为y集合；

28、进行y＝ax+b中的a、b参数估计，通过最小二乘法计算出a、b的值，建立v-e之间的相关函数为e＝av+b，进而计算输送一定方量后的泥泵效率。

29、优选的，所述步骤s3中，泥泵在使用一段时间后效率差异采用历史数据归纳的e＝av+b公式进行计算，不同输送方量时其效率差异δe采用差分的计算方式:

30、δe＝avt1+b-(avt2+b)。

31、式中，δe是输送方量vt1阶段与输送方量vt2阶段的效率差异，t1、t2表示两个阶段的时间。

32、优选的，所述步骤s6中，通常输送将船舶上每日油耗记录为dday，同时统计每日的泥泵消耗的能量power，其具体计算式如下：

33、

34、式中，power是一天内累计总计的能量单位，t×r是瞬时泥泵输入，功率单位kw；

35、进一步的进行powerday与dday的线性曲线拟合，即

36、将power1,power2,...,powern作为x集合；

37、将d1,d2,...,dn作为y集合；

38、进行y＝cx+d中的c、d参数估计，通过最小二乘法计算出c、d的值，建立power-d之间的相关函数d＝c×power+d，通过该函数可计算泥泵输入功率与船机设备油耗的相关关系。

39、优选的，所述步骤s6、步骤s7中，建立不同更换节点的油耗成本函数，在油耗的成本上增加构件更换成本，计算式如下：

40、

41、v＝∑dayvday；

42、式中，m是总输送v方量累计消耗的费用，pricey是油价、priceb是单个构件的价格，vday是每天的输送方量，mod是取余函数、int是取整函数，vs是泥泵构件输送多少方量进行更换的数值；

43、不同更换节点的差异对比，将va可等分n份量分别计算不同阶段更换总成本差异，并将计算值对比va更换的差异，计算式如下：

44、d1＝m1-ma,d2＝m2-ma,...,dn＝mn-ma；

45、式中，d为不同节点的更换差异更换的差异，d1,d2,...,dn中最低值则是更换节点的最佳更换时间，ma为泥泵构件使用时长tg内输送方量v的总和va方量累计消耗的费用，m1,m2,...,mn分别为va等分n份量分别计算不同阶段更换总成本。

46、本发明的有益效果是：本发明通过采用泥泵输送理论、施工历史数据、生产油耗等多方面建立泥泵在输送工程中的更换测量计算方法，分析泥泵不同磨损阶段运行工艺参数和泥泵效率变化特性，对比不同累计输送方量下泥泵更换的成本投入、产能提升和整体经济效益，从而形成适用于大型绞吸船中粗砂输送甲板泵叶轮更换策略，通过该方法计算的更换节点能够有效节省施工成本，为工程带来经济效益。

技术特征：

1.一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，其特征在于，所述步骤s1中，计算输送方量大小公式如下：

3.根据权利要求2所述的一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，其特征在于，所述步骤s3中，泥泵的输入功率w是转轴的扭矩t和转速r乘积，这些能量转换成泥泵出口的流量q和排压p，两者之间的比值称为泵率e，泥泵效率的计算式如下：

4.根据权利要求3所述的一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，其特征在于，所述步骤s3中，将构件生命周期能够输送的方量等分10个阶段每个阶段，每个阶段分别记为v1/10、v2/10、...v10/10，阶段划分用于分段分析数据，并找出对应的时间点t1/10、t2/10、...t10/10，计算每个v1/10、v2/10、...v10/10阶段对应时间段的泥浆效率e1,e2,...,e10，具体包括：

5.根据权利要求4所述的一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，其特征在于，所述步骤s3中，泥泵在使用一段时间后效率差异采用历史数据归纳的e＝av+b公式进行计算，不同输送方量时其效率差异δe采用差分的计算方式:

6.根据权利要求5所述的一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，其特征在于，所述步骤s5中，通常输送将船舶上每日油耗记录为dday，同时统计每日的泥泵消耗的能量power，其具体计算式如下：

7.根据权利要求6所述的一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，其特征在于，所述步骤s6、步骤s7中，建立不同更换节点的油耗成本函数，在油耗的成本上增加构件更换成本，计算式如下：

技术总结
本发明公开了一种疏浚泥泵磨损更换策略的分析方法，包括：步骤S1，统计分析泥泵的历史数据中磨损老化过程效率变化规律，并通过历史记录数据统计一个泥泵备件到更换为止累计输送方量大小；步骤S2，构建输送方量与效率变化的相关关系，将生命周期能够输送的方量等分10个阶段；步骤S3，计算泥泵在每个阶段对应时间段效率E<subgt;1</subgt;,E<subgt;2</subgt;,...,E<subgt;10</subgt;，以及不同输送方量时其效率差异ΔE；步骤S4，将输送过程的能耗与船舶的油耗之间建立线性关系；步骤S5，将泥泵效率与船机设备的油耗进行匹配分析；步骤S6，计算不同磨损阶段输送作业生产成本；步骤S7，进行不同更换节点的经济效益评估。通过该方法计算的更换节点能够有效节省施工成本，为工程带来经济效益。

技术研发人员：赵国权,魏建峰,陈少军,陈险峰,卢进,骆佳成,袁超哲,叶祥明,傅荣华,韩建兵,孙鹏鹏
受保护的技术使用者：中交上海航道局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27