基于RBF-ARX模型的耙吸挖泥船泥浆管道输送模型预测控制*

针对耙吸挖泥船挖泥装舱过程中管道内泥浆输送流速过低导致管道堵塞影响疏浚效率、造成安全风险等问题,进行泥浆管道输送模型预测控制研究。提出一种基于RBF-ARX模型的预测控制方法,通过改变泥泵转速控制耙吸挖泥船输送管道中泥浆的流速。建立基于RBF-ARX模型的泥浆管道输送模型,设计基于RBF-ARX模型的预测控制器,并对泥浆输送过程进行仿真。结果表明,设计的模型预测控制器与PID控制器相比,该控制方法具有较好的动态控制效果与较强的鲁棒性。     

基于机器学习的排泥管线压降预测

福建沿海地区的吹填工程中，主要的土质颗粒为中粗砂。该类型土质在输送过程中阻力大较易发生堵管，导致施工进程延缓。在输送环境下施工，掌握管路内输送阻力的实时信息至关重要。粗颗粒条件下，常用的经验方法如Durand公式法的计算精度较差。基于已有的管路输送研究，以及福建沿海工程的测试数据，使用高斯过程回归方法和支持向量机方法建立管路压降预测模型。两种回归模型均能在训练期得到较为理想的效果，模型R2指标达到0.80以上。在模型的预测期，支持向量机回归模型的R2指标为0.78，高斯过程回归预测模型的R2指标达到0.95。结果表明：基于高斯过程回归的机器学习模型能够较好地预测中粗砂吹填工程的疏浚参数。     

基于特征模型的疏浚泥浆浓度与流速联合控制研究

针对在疏浚过程中泥浆浓度与流速的控制存在建模困难和耦合性的问题,文章根据实测数据建立泥浆浓度与流速的双输入双输出特征模型,并将特征模型输出与实船测量数据进行对比,以验证模型的准确性。基于特征模型设计泥浆浓度与流速的全系数自适应控制器,并进行恒值控制仿真实验。仿真结果表明,该控制器能在施工环境改变的情况下使泥浆浓度与流速保持在期望值附近,并且有很好的跟踪性能。     

超大型绞吸船长吹距黏土混姜结石复杂土质施工工艺

以连云港港赣榆港区10万吨级航道延伸段工程施工（HD-SG-2标段）为例,针对绞吸船在长吹距工况下（标准岸管长度7 km）施工4、5级黏土混姜结石的问题,从挖掘工艺、输送工艺两方面进行分析,在施工参数优化方面,在黏土混姜结石工况运用自动挖泥技术,通过多组参数对比分析,实现自动挖泥技术最优施工参数组合;并基于自动挖泥数据,修正施工流速与泥浆密度计算模型以及Durand水力梯度计算模型。结果表明,该技术的成功实施可提高超大型绞吸船长吹距输送黏土混姜结石产能的测算精度,并确定该类土质最优施工参数组合,保证该类土质在管道中输送的平稳性,避免堵管现象发生。     

岩石水力输送的管阻特性和阻力模型修正

岩石破碎后在排泥管线内的运动状态、管阻特性与其他土质有较大区别,岩石输送的阻力损失机理复杂,因而针对岩石输送,目前在疏浚领域内缺乏通用性的计算模型。对固体颗粒运动状态及阻力损失特性、阻力模型基本理论进行论述,对Durand经典阻力模型的特点和适用性进行分析,并基于“天鲲号”在大连大窑湾和俄罗斯某岩石疏浚工程中的输送数据,对Durand模型进行修正计算,得出杜兰德系数KD的修正值。结果表明,管阻计算精度得到较大提高,使得模型的适用范围扩展至粒径100 mm以内的岩石土质。     

绞吸挖泥船吸扬系统数字仿真匹配计算

针对绞吸式挖泥船吸扬系统匹配选型不佳和产量预测不准等问题,利用数字仿真建模技术重构绞吸挖泥船吸扬系统的镜像数字模型。针对不同的绞吸挖泥船,通过调整模型参数可求解得到与之相对应的各子系统数字模型。在绞刀及其驱动系统中定量分析了绞刀转速、横移速度和吸口流速与泥浆比重的关系;在泥泵与管路系统中根据相似定律构建了泥泵-管路模型,研究了不同土质和泥浆浓度对泥泵扬程的影响,并求解预测出不同管道流速下的施工最佳工况点。将仿真系统应用到实验室小型疏浚平台上进行试验验证,试验结果显示数字系统能准确预测施工动态参数和产量,并能提前为施工策略提供指导性建议。     

长直管道输砂的沿程临界流速*

近年来，河湖水库的环保疏浚、港口航道建设与维护性疏浚工程越来越多，管道输送是疏浚泥沙搬运的主要方式，输送距离也越来越长。管道输送中流速沿程的再分布情况和临界流速尚待进一步研究。基于古雷镇填沙工程清水工况及输沙工况分层取样浓度实测数据对模型进行率定。在此基础上对长直管道输送砂类泥沙颗粒进行三维水动力及砂的运动模拟，分析了直管道沿程的剖面流速再分布特征和泥沙淤积临界流速规律，提出长管中不同断面位置发生泥沙淤积的临界流速公式，为疏浚工程设计提供参考依据。     

振动流变对泥浆管道输送的减阻效果研究*

泥浆在管道输送中阻力大导致能耗高,严重制约疏浚生产效益。本文将泥沙流变学的振动加载流化技术应用到泥浆管道输送减阻研究中,在管道系统中开展振动流变减阻效果研究。结果表明,减阻效果随着振动频率的增大先显著提升后趋于平缓;随着体积浓度的增加而增强,但其增强的速度逐渐减小;随着输送流速的增加而不断减弱直至趋于平稳。且对于试验泥样,存在一个最优振动频率为40 Hz,此时系统达到了最佳减阻效益状态;在内径为100 mm管道中,当泥浆体积浓度为29.94%、管道输送流速为0.9 m/s、微幅机械振动频率为100 Hz时,对于中值粒径为31 μm的奉贤海滩泥沙能减小20%以上的阻力损失;最后,提出了泥浆管道输送振动流变减阻的计算模型。     

挖泥船管道输泥的加气助送阻力特性试验研究

由于疏浚船舶排泥管中的泥浆在管道输送中阻力大,常常引起管道磨损、堵塞和输送功耗大等技术问题,限制了疏浚船舶作用的发挥.加气助送输泥方式是解决该问题的一种方法.能够有效地减小泥浆的管道阻力.通过试验研究了泥浆浓度、管道流量和加气压力等因素的改变对泥浆的管道阻力的影响关系,从试验数据得到在高浓度和大流量的泥浆中加入压力较低的压缩气体具有明显的减阻效果的结论.     

基于大数据的绞吸挖泥船参数自主寻优方案设计

绞吸挖泥船的施工过程非常复杂,具有较多的不确定性和随机性。针对绞吸挖泥船生产过程中疏浚产量受施工环境影响较多、稳定性不足、生产率不高的问题,以绞吸挖泥船传输管道中的泥浆为研究对象,分析挖泥施工的特性与影响因素,将疏浚工程历史大数据进行预处理,比较T-S模型和历史数据最近邻的两种不同的流量预测方案,采用偏差反馈控制器进行基于大数据的施工参数自主寻优。结果表明：由于数据进行了预处理,第2种流量预测方案准确率更高;按寻优参数进行反馈控制调节的流量比原始流量更高。