[发明专利]泥水平衡盾构泥浆密度检测装置及其检测方法

权利要求书

1.一种泥水平衡盾构泥浆密度检测装置，所述盾构包括泥水仓以及连接在泥水仓与地面之间的进泥管道及排泥管道；其特征在于，所述泥浆密度检测装置包括：

所述进泥管道，具有进泥水平管及进泥竖直管连接组成；

所述排泥管道，具有排泥水平管及排泥竖直管连接组成；

流量计，用于检测所述进泥管道及排泥管道的管内泥浆流量；

压力传感器，用于检测所述进泥管道及所述排泥管道的管内泥浆压力，所述压力传感器包括设于所述进泥水平管上的二个水平进泥压力传感器、设于所述进泥竖直管上的二个竖直进泥压力传感器、设于所述排泥水平管上的二个水平排泥压力传感器以及设于所述排泥竖直管上的二个竖直排泥压力传感器；其中，所述二个水平进泥压力传感器之间的水平间距差和所述二个竖直进泥压力传感器之间的垂直高度差相等；所述二个水平排泥压力传感器之间的水平间距差和所述二个竖直排泥压力传感器之间的垂直高度差相等；

控制器，与所述流量计及述压力传感器连接，用以接收所述流量计输出的流量信号以及所述压力传感器输出的压力信号、水平间距差信号及垂直高度差信号，并依据所述流量信号、所述压力信号、所述水平间距差信号及所述垂直高度差信号获得所述进泥管道及排泥管道的管内泥浆重力原始密度；

所述管内泥浆重力原始密度根据下列式(6)计算获得：

其中，

σ，为管道内泥浆重力原始密度，单位为kg/m³；

dph，为竖直管差压，单位为Pa；

dpL，为水平管差压，单位为Pa；

g，为重力常数，单位为kg/s²；

h，为被测点高度差，单位为m。

2.根据权利要求1所述的泥水平衡盾构泥浆密度检测装置，其特征在于：所述压力传感器设于水平管与竖直管上靠近管路转角处，且各所述压力传感器与所述管路转角处的距离相等；所述距离大于等于3米。

3.根据权利要求1所述的泥水平衡盾构泥浆密度检测装置，其特征在于：

所述泥浆密度检测装置还包括工控计算机及盾构数据采集系统；

所述工控计算机与所述控制器连接，用以接收所述控制器输出的流量信号、压力信号、水平间距差信号和垂直高度差信号，所述工控计算机分析并计算所述信号，以输出一包括密度计算结果的信号；所述工控计算机依所述式(6)计算获得所述管道内泥浆重力原始密度；

所述盾构数据采集系统与所述工控计算机连接，用以接收并存储所述包括密度计算结果的信号。

4.根据权利要求3所述的泥水平衡盾构泥浆密度检测装置，其特征在于：

所述工控计算机用于由静态泥浆密度公式建立所述进泥管道及所述排泥管道的竖直管和水平管的静态差压分量公式，以及用于由流体力学建立所述进泥管道及所述排泥管道的竖直管和水平管的动态差压分量公式；联立所述静态差压分量公式与所述动态差压分量公式求得竖直管合成压力差公式及水平管合成压力差公式；联立所述竖直管合成压力差公式及水平管合成压力差公式求解计算得出所述泥浆重力原始密度；

所述静态差压分量公式为dp＝σ’gh；其中，g是重力常数；h是被测点高度差；dp是在h工况下的差力压；σ’是静态泥浆密度；

所述动态差压分量公式为dq＝df*L；其中，L是被测点水平间距差；df*是管道动态流量引起的单位长度压差分量；dq是在L工况下的流量差。

5.根据权利要求4所述的泥水平衡盾构泥浆密度检测装置，其特征在于：

所述工控计算机用于建立进泥管道及排泥管道的流量系数Kqd(i,j)；所述流量系数Kqd(i,j)＝γi/σi，其中，

i为管道有效流量范围的多个区间；

j为有效原始密度范围的多个区间；

γi为泥水于所述多个有效流量范围区间测得的实际密度；i＝1指进泥管道内测得；i＝2指排泥管道内测得；

σi为所述工控计算机计算获得的泥浆重力原始密度；i＝1指进泥管道内的泥浆重力原始密度；i＝2指排泥管道内的泥浆重力原始密度。