CN111254894B - 气泡帘排污系统及气泡帘排污系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气泡帘排污系统及控制方法，包括开有排气孔的气泡帘发生管、用于向气泡帘发生管输送高压气体的高压气体供应装置、用于采集排气孔处气体速度的第一采集模块、用于采集水流速度的第二采集模块、与第一采集模块和第二采集模块电性连接的控制模块、及用于调节高压气体流量的调节模块，调节模块与控制模块电性连接。在作业过程中，通过第一采集模块、第二采集模块实时获取排气孔处气体排放速度和水流速度，控制模块对采集的数据进行处理并控制调节模块进行工作，该系统能够实现实时监控，使系统的控制更精准，并能根据不同大小的水流速度调整气泡帘发生管的气体排放速度，适应于不同大小的洋流或河流速度环境下的排污阻隔作业。

Description

气泡帘排污系统及气泡帘排污系统的控制方法

技术领域

本发明涉及疏浚排污技术领域，特别涉及一种气泡帘排污系统及气泡帘排 污系统的控制方法。

背景技术

传统的疏浚施工会使周围水域中沉积的悬浮物在水中扩散甚至漂浮在水 面，对环境造成很大的污染。为响应国家生态环保法律法规，改善疏浚污染严 重的问题迫在眉睫。气泡帘管道在疏浚作业过程中能对周围的悬浮物扩散起到 一定的阻隔效果，它既允许船只和设备在气泡帘上自由移动，同时又可阻隔悬 浮物质。但在疏浚工程中使用防污系统进行环保疏浚仍处于起步阶段，对于具 体的防污系统和防污特性等都缺乏的研究，现有的气泡帘排污装置不仅无法实 现实时监督控制，也无法适用于不同大小的洋流或河流速度环境下的排污阻隔 作业。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气泡帘排污系统及气泡帘排污系统的控制方 法，能够实现实时监控，也能适应于不同大小的洋流或河流速度环境下的排污 阻隔作业。

为实现本发明的目的，采取的技术方案是：

一种气泡帘排污系统，包括开有排气孔的气泡帘发生管、用于向气泡帘发 生管输送高压气体的高压气体供应装置、用于采集排气孔处气体速度的第一采 集模块、用于采集水流速度的第二采集模块、与第一采集模块和第二采集模块 电性连接的控制模块、及用于调节高压气体流量的调节模块，调节模块与控制 模块电性连接。

该气泡帘排污系统在作业过程中，通过第一采集模块、第二采集模块实时 获取排气孔处气体排放速度和水流速度，并将采集的数据发送至控制模块，控 制模块对接收到的数据进行处理，并判断当前的排气孔处的气体排放速度是否 满足要求，若不满足要求，则发送信号给调节模块，对高压气体流量进行调节， 增大或减少向气泡帘发生管输送的高压气体流量，从而提高或减小排气孔处的 气体排放速度，确保阻隔效果，防止失效。气泡帘排污系统能够实现实时监控， 使系统的控制更精准，并能根据不同大小的水流速度调整气泡帘发生管的气体 排放速度，适应于不同大小的洋流或河流速度环境下的排污阻隔作业。

下面对技术方案进一步说明：

进一步的是，气泡帘排污系统还包括用于采集高压气体流量的第三采集模 块，第三采集模块与控制模块电性连接。通过第三采集模块实时监控管道内的 高压气体流量，使系统的控制更精准。

进一步的是，气泡发生管和高压气体供应装置之间连接有连通管，第三采 集模块和调节模块均连接于连通管上，且第三采集模块设于调节模块和所述高 压气体供应装置之间。

进一步的是，气泡帘排污系统还包括用于采集连通管管道压力的第四采集 模块、及用于采集气泡发生管管道压力的第五采集模块，第四采集模块和第五 采集模块均与控制模块电性连接。进一步提高系统控制的精准性。

进一步的是，气泡帘排污系统还包括用于显示各采集数据的显示模块和用 于输入数据的输入模块，显示模块和输入模块均与控制模块电性连接。通过显 示模块实时观察该系统所采集到的数据，便于观察和判断，且可通过输入模块 输入数据，方便系统的设置和控制。

进一步的是，气泡帘排污系统还包括计算机设备，计算机设备包括控制模 块、显示模块和输入模块。

进一步的是，气泡帘发生管的放置方向与水流方向垂直布置，气泡帘发生 管沿其自身轴线方向间隔布置有多个排气孔，排气孔的开口朝向水面，气泡帘 发生管的一端为进气端，另一端密封设置，进气端用于接入高压气体，相邻两 个排气孔之间的间距由进气端向另一端依次变小。相邻两个排气孔之间的间距 由进气端向另一端依次变小，提高排气孔出口流量的均匀性，使各个排气孔处 的气体流速大致相同，使产生的气泡帘形成一道均匀隔膜，在流动方向上加强 流体的扰动，强化流体质量和能量的交换过程，提高阻隔效果。

进一步的是，排气孔的总数量为N，排气孔的编号由进气端向另一端依次为 1至N，第n个排气孔和第n+1个排气孔之间的间距

其中1≤n ＜N，N和n均为自然数，C为第1个排气孔和第2个排气孔之间的间距。相邻 两个排气孔的间距由进气端向另一端按照上述公式依次衰减，进一步提高排气 孔出口流量的均匀性，提高阻隔效果。

本发明还提供一种气泡帘排污系统的控制方法，包括以下步骤：

设定气泡帘发生管的排气孔尺寸及相邻两个排气孔之间的间距；

获取疏浚施工水域的水流速度和气泡帘发生管排气孔处的气体速度，判断 所述气体速度是否在预设范围内；

若气体速度偏离预设范围，控制模块输出信号启动调节模块，控制向气泡 发生管输送的高压气体流量，直至气体速度控制在预设范围内。

该气泡帘排污系统在作业过程中，获取排气孔处气体排放速度和水流速度， 并将采集的数据发送至控制模块，控制模块对接收到的数据进行处理，并判断 当前的排气孔处的气体排放速度是否在预设范围内，若不满足要求，则发送信 号给调节模块，对高压气体流量进行调节，增大或减少向气泡帘发生管输送的 高压气体流量，从而提高或减小排气孔处的气体排放速度，确保阻隔效果，防 止失效。气泡帘排污系统能够实现实时监控，使系统的控制更精准，并能根据 不同大小的水流速度调整气泡帘发生管的气体排放速度，适应于不同大小的洋 流或河流速度环境下的排污阻隔作业

进一步的是，若排气孔的直径为0.2mm或1mm，且水流速度为0.01m/s时， 预设范围为1±0.1m/s或4±0.1m/s；若排气孔的直径为0.2mm或1mm，且水流 速度为0.05m/s时，预设范围为4±0.1m/s。当气泡帘排污系统在上述不同的环 境下，将气体速度控制在不同的预设范围，则大大提高该系统的阻隔效果。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在作业过程中，通过第一采集模块、第二采集模块实时获取排气孔 处气体排放速度和水流速度，并将采集的数据发送至控制模块，控制模块对接 收到的数据进行处理，并判断当前的排气孔处的气体排放速度是否满足要求， 若不满足要求，则发送信号给调节模块，对高压气体流量进行调节，增大或减 少向气泡帘发生管输送的高压气体流量，从而提高或减小排气孔处的气体排放 速度，确保阻隔效果，防止失效。气泡帘排污系统能够实现实时监控，使系统 的控制更精准，并能根据不同大小的水流速度调整气泡帘发生管的气体排放速 度，适应于不同大小的洋流或河流速度环境下的排污阻隔作业。

附图说明

图1是本发明实施例气泡帘排污系统的结构示意图；

图2是本发明实施例气泡帘发生管的排气孔排布示意图。

附图标记说明：

10.高压气体供应装置，20.气泡帘发生管，210.排气孔，220.进气端，310. 第一采集模块，320.第二采集模块，330.第三采集模块，340.第四采集模块， 350.第五采集模块，40.计算机设备，410.控制模块，420.显示模块，430.输入 模块，440.存储介质，50.调节模块，60.连通管，70.张紧器,80.水面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

如图1至图2所示，一种气泡帘排污系统，包括开有排气孔210的气泡帘 发生管20、用于向气泡帘发生管20输送高压气体的高压气体供应装置10、用 于采集排气孔210处气体速度的第一采集模块310、用于采集水流速度的第二采 集模块320、与第一采集模块310和第二采集模块320电性连接的控制模块410、 及用于调节高压气体流量的调节模块50，调节模块50与控制模块410电性连接， 电性连接既可以是无线连接，也可以是有线连接，根据实际需要选择不同的电 性连接方式。

该气泡帘排污系统在作业过程中，通过第一采集模块310、第二采集模块 320实时获取排气孔210处气体排放速度和水流速度，并将采集的数据发送至控 制模块410，控制模块410对接收到的数据进行处理，并判断当前的排气孔210 处的气体排放速度是否满足要求，若不满足要求，则发送信号给调节模块50， 对高压气体流量进行调节，增大或减少向气泡帘发生管20输送的高压气体流量， 从而提高或减小排气孔210处的气体排放速度，确保水泡帘阻隔效果，防止失 效。气泡帘排污系统能够实现实时监控，使系统的控制更精准，并能根据不同 大小的水流速度调整气泡帘发生管20的气体排放速度，适应于不同大小的洋流 或河流速度环境下的排污阻隔作业。

在本实施例中，第一采集模块310为无线通讯电导探针，第二采集模块320 为海流仪，调节模块50为流量控制阀，第一采集模块310、第二采集模块320 和调节模块50还可以根据实际需要采用其他形式。

如图1所示，控制模块410集成在计算机设备40中，计算机设备40还包 括用于显示各采集数据的显示模块420和用于输入数据的输入模块430，显示模 块420和输入模块430均与控制模块410电性连接。通过显示模块420实时观 察该系统所采集到的数据，便于观察和判断，且可通过输入模块430输入数据， 方便系统的设置和控制。

该计算机设备40还包括有存储介质440，该存储介质440上存储有程序， 程序被运行时执行气泡帘排污系统的控制方法。该控制方法包括以下步骤：

通过输入模块430设定气泡帘发生管20的排气孔210尺寸及相邻两个排气 孔210之间的间距；

获取疏浚施工水域的水流速度和气泡帘发生管20排气孔210处的气体速 度，判断所述气体速度是否在预设范围内；

若气体速度偏离预设范围，控制模块410输出信号启动调节模块50，控制 向气泡发生管输送的高压气体流量，直至气体速度控制在预设范围内。

在本实施例中，气体速度的预设范围设定如下情况：

情况一：若排气孔210的直径为0.2mm，且水流速度为0.01m/s时，气体速 度的预设范围为1m/s或4m/s，当气泡帘排污系统在上述环境下，将气体速度控 制在预设范围，将最大提高该系统的阻隔效果，该预设范围还可以根据实际情 况设置为1±0.1m/s或4±0.1m/s；

情况二：若排气孔210的直径为1mm，且水流速度为0.01m/s时，气体速度 的预设范围为1m/s或4m/s，当气泡帘排污系统在上述环境下，将气体速度控制 在预设范围，将最大提高该系统的阻隔效果，该预设范围还可以根据实际情况 设置为1±0.1m/s或4±0.1m/s；

情况三：若排气孔210的直径为0.2mm，且水流速度为0.05m/s时，气体速 度的预设范围为4m/s，当气泡帘排污系统在上述环境下，将气体速度控制在预 设范围，将最大提高该系统的阻隔效果，该预设范围还可以根据实际情况设置 为4±0.1m/s；

情况四：若排气孔210的直径为1mm，且水流速度为0.05m/s时，气体速度 的预设范围为4m/s，当气泡帘排污系统在上述环境下，将气体速度控制在预设 范围，将最大提高该系统的阻隔效果，该预设范围还可以根据实际情况设置为4 ±0.1m/s。

如图1至图2所示，气泡帘发生管20的放置方向与水流方向垂直布置，气 泡帘发生管20的管体沿其自身轴线方向间隔布置有多个排气孔210，第一采集 模块310与排清孔210一一对应，排气孔210的开口朝向水面80，气泡帘发生 管20远离进气端220的一端密封设置，相邻两个排气孔210之间的间距由进气 端220向另一端依次变小。气泡帘发生管20使用时放置在水下的底泥表面，相 邻两个排气孔210之间的间距由进气端220向另一端依次变小，提高排气孔210 出口流量的均匀性，使各个排气孔210处的气体流速大致相同，使产生的气泡 帘形成一道均匀隔膜，在流动方向上加强流体的扰动，强化流体质量和能量的 交换过程，提高气泡帘排污系统的阻隔效果。

在本实施例中，如图2所示，排气孔210的总数量为N，排气孔210的编号 由进气端220向另一端依次为1至N，且第n个排气孔210和第n+1个排气孔 210之间的间距

其中1≤n＜N，N和n均为自然数，C为第1个 排气孔210和第2个排气孔210之间的间距。相邻两个排气孔210的间距由进 气端220向另一端按照上述公式依次衰减，进一步提高排气孔210出口流量的 均匀性，提高阻隔效果。施工前，根据疏浚施工区域的大小确定气泡帘所需要 的长度，选取孔间距的初始值C,确定总的孔口数量和相邻两个排气孔210的间 隔。相邻两个排气孔210的间隔还可以根据其他方式依次衰减设置。

所有排气孔210的中心轴线位于同一平面上，使产生的气泡帘更集中，效 果更好。且所有排气孔210的形状相同，在本实施例中，排气孔210的形状为 圆形，排气孔210的形状还可以根据实际需要设置为三角形、方形、椭圆形等 其他形状。

如图1所示，气泡帘排污系统还包括用于采集高压气体流量的第三采集模 块330，第三采集模块330与控制模块410电性连接，通过第三采集模块330实 时监控管道内的高压气体流量，使系统的控制更精准。气泡发生管和高压气体 供应装置10之间连接有连通管60，第三采集模块330和调节模块50均连接于 连通管60上，且第三采集模块330设于调节模块50和高压气体供应装置10之 间。

在本实施例中，第三采集模块330为气体质量流量计，第三采集模块330 还可以根据实际需要采用其他形式。

如图1所示，气泡帘排污系统还包括用于采集连通管60管道压力的第四采 集模块340、及用于采集气泡发生管管道压力的第五采集模块350，第四采集模 块340和第五采集模块350均与控制模块410电性连接，根据两个管道压力的 数据精准控制调节模块5050，进一步提高系统控制的精准性。第四采集模块340 位于水上并设置在高压气体供应装置10和调节模块50之间，第五采集模块350 位于水下并设置在气泡帘发生管20上。

在本实施例中，第四采集模块340和第五采集模块350均为无线管道压力 传感器，第四采集模块340和第五采集模块350还可以根据实际需要采用其他 形式。

如图1所示，高压气体供应装置10和连通管60之间、连通管60和气泡帘 发生管20之间均通过法兰连接，便于安装和拆卸。且连通管60和气泡帘发生 管20通过张紧器70在水底固定，提高整个系统的稳定性。

在本实施例中，气泡帘发生管20的管体为橡胶软管，连通管60则为塑料 材质，塑料管和橡胶软管均重量轻且防腐蚀，延长使用期限，且便于运输保存。 气泡帘发生管20的管体和连通管60还可以根据实际需要采用其他材质。高压 气体供应装置10为空气压缩机，空气压缩机在陆地上，还配套设置有应急保护 装置和接地保护装置，使用更安全。高压气体供应装置10还可以根据实际需要 采用其他形式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。

Claims (10)

1.一种气泡帘排污系统，其特征在于，包括开有排气孔的气泡帘发生管、用于向所述气泡帘发生管输送高压气体的高压气体供应装置、用于采集所述排气孔处气体速度的第一采集模块、用于采集水流速度的第二采集模块、与所述第一采集模块和所述第二采集模块电性连接并用于判断排气孔处的气体排放速度是否满足要求的控制模块、及用于调节高压气体流量的调节模块，所述调节模块与所述控制模块电性连接；该气泡帘排污系统能够实现实时监控，并能根据不同大小的水流速度调整所述气泡帘发生管的气体排放速度，该气泡帘排污系统适应于不同大小的洋流或河流速度环境下的排污阻隔作业。

2.根据权利要求1所述的气泡帘排污系统，其特征在于，还包括用于采集高压气体流量的第三采集模块，所述第三采集模块与所述控制模块电性连接。

3.根据权利要求2所述的气泡帘排污系统，其特征在于，所述气泡发生管和所述高压气体供应装置之间连接有连通管，所述第三采集模块和所述调节模块均连接于所述连通管上，且所述第三采集模块设于所述调节模块和所述高压气体供应装置之间。

4.根据权利要求3所述的气泡帘排污系统，其特征在于，还包括用于采集所述连通管管道压力的第四采集模块、及用于采集所述气泡发生管管道压力的第五采集模块，所述第四采集模块和所述第五采集模块均与所述控制模块电性连接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的气泡帘排污系统，其特征在于，还包括用于显示各采集数据的显示模块和用于输入数据的输入模块，所述显示模块和所述输入模块均与所述控制模块电性连接。

6.根据权利要求5所述的气泡帘排污系统，其特征在于，还包括计算机设备，所述计算机设备包括所述控制模块、所述显示模块和所述输入模块。

7.根据权利要求1至4任一项所述的气泡帘排污系统，其特征在于，所述气泡帘发生管的放置方向与水流方向垂直布置，所述气泡帘发生管沿其自身轴线方向间隔布置有多个所述排气孔，所述气泡帘发生管的一端为进气端，另一端密封设置，所述进气端用于接入高压气体，相邻两个所述排气孔之间的间距由所述进气端向另一端依次变小。

8.根据权利要求7所述的气泡帘排污系统，其特征在于，所述排气孔的总数量为N，所述排气孔的编号由所述进气端向另一端依次为1至N，第n个排气孔和第n+1个排气孔之间的间距

其中1≤n＜N，N和n均为自然数，C为第1个排气孔和第2个排气孔之间的间距。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的气泡帘排污系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定气泡帘发生管的排气孔尺寸及相邻两个排气孔之间的间距；

获取疏浚施工水域的水流速度和气泡帘发生管排气孔处的气体速度，判断所述气体速度是否在预设范围内；

若所述气体速度偏离所述预设范围，控制模块输出信号启动调节模块，控制向气泡发生管输送的高压气体流量，直至所述气体速度控制在所述预设范围内。

10.根据权利要求9所述的气泡帘排污系统的控制方法，其特征在于，若所述排气孔的直径为0.2mm或1mm，且所述水流速度为0.01m/s时，所述预设范围为1±0.1m/s或4±0.1m/s；若所述排气孔的直径为0.2mm或1mm，且所述水流速度为0.05m/s时，所述预设范围为4±0.1m/s。

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