清淤管控系統的製作方法

2023-10-09 21:49:04 1

本發明涉及一種清淤管控系統，特別是涉及一種自動化連續抽取河、海、水庫或湖泊中的淤泥並進行數位化監控的清淤管控系統。

背景技術：

中國臺灣水庫由於每年颱風暴雨不斷衝刷，岸邊泥沙累積至水庫中，導致淤積狀況日益嚴重。然而，一般清淤抽泥採抽至沉澱池方式進行量測，其量測數據常因置放時間有爭議，再以機械或人工清淤及挖運淤泥，由於清運作業緩慢，且其量測數據常因置放時間有爭議，如何有效監控也十分困難。因此，需要一套能自動化連續抽取水庫中的淤泥並進行數位化監控的清淤管控系統。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種解決先前技術缺失的清淤管控系統。

本發明的清淤管控系統在一些實施態樣中包含一浮臺、一輸泥管線、一控制機房、一吸取式抽泥泵、一絞刀削泥吸頭、一泥沙輸送泵、一量測平臺及一監控設備。

該浮臺漂浮於一水體上並位於一預定位置。該輸泥管線位於該浮臺上並用以輸送該預定位置底下的泥水。該控制機房設置於該浮臺上。該吸取式抽泥泵設置於該浮臺上並受該控制機房控制以吸取該預定位置附近的一泥水。該絞刀削泥吸頭設置於該浮臺上並受該控制機房控制，且連接該吸取式抽泥泵，系將壓密的底泥攪動成泥水再抽取該泥水。該泥沙輸送泵設置於該浮臺上並受該控制機房控制，使該吸取式抽泥泵吸取的泥水導入該輸泥管線。該量測平臺具有一儲存筒及一由該儲存筒界定的可供該泥水流通地連接該輸泥管線的容置空間。該監控設備對於該泥水進行量測並依據量測結果進行數據化處理而輸出該泥水的一泥沙量測數據。

在一些實施態樣中，該絞刀削泥吸頭連接該吸取式抽泥泵並具有數個絞刀、一攪拌器、一過濾器、一導流座及一抽沙葉輪，所述絞刀 以動力翻攪底層硬土使成泥漿，然後由該攪拌器攪拌泥沙及水，且配合該過濾器過濾及篩選，再經由該導流座中的該抽沙葉輪收集吸入的泥沙及水。

在一些實施態樣中，該吸取式抽泥泵的輸泥流速大於該輸泥管線內的臨界沉降速度。

在一些實施態樣中，該清淤管控系統還包括一泵浦模塊，該輸泥管線具有一高壓抽泥管與一排泥管線,該泵浦模塊具有一泥沙輸送泵、一衝水泵及一抽水泵，該泥沙輸送泵用於將該吸取式抽泥泵吸取的泥水導入高壓抽泥管及排泥管線，該抽水泵用以抽取清水，該衝水泵則利用清水洗管，該高壓抽泥管供泥水流通地連接該量測平臺，該排泥管線排出泥水至預定地點存放。

在一些實施態樣中，該監控設備包括一電磁流量計、一超音波濃度計、一儲存裝置、一運算裝置及一輸出裝置。該電磁流量計依據電磁感應偵測該泥水流動時產生的一第一運作信息。該超音波濃度計設置於該儲存筒，具有一發送超音波以通過該泥水的發射器，及一接收經過該泥水衰減運作後的回波以產生一第二運作資訊的接收器。該儲存裝置記錄該電磁流量計的量測結果及/或該超音波濃度計的量測結果。該運算裝置電性連接該電磁流量計、該超音波濃度計及該儲存裝置，對該泥水流過的一輸送時間加以計時，且依據該泥水流動的磁場變化關係將該第一運作信息換算為一流量值，依據該泥水通過的運作衰減關係將該第二運作信息換算為一濃度值，並藉由該輸送時間、該流量值及該濃度值換算一泥沙含量值。該輸出裝置電性連接該運算裝置，用以輸出該運算裝置的運算結果、該電磁流量計的量測結果及/或該超音波濃度計的量測結果。

在一些實施態樣中，所述的清淤管控系統還包括一率定裝置，該率定裝置具有一運算主機、一類比/數字轉換器、一冷卻模塊、一金屬棒及一攪拌器，該運算主機通過該類比/數字轉換器數位化控制冷卻模塊設定在不同的預定溫度，並通過該金屬棒傳導至一預定濃度的泥水，且該攪拌器攪拌泥水使濃度均勻化，並使泥水保持在預定溫度，藉此，該率定裝置配合該超音波濃度計以不同溫度的該泥水建立濃度及回波能量的對應關係以供該監控設備進行運算。

在一些實施態樣中，所述的清淤管控系統還包括一全球定位系統偵測器，供該運算裝置記錄該全球定位系統偵測器對於該預定位置的一坐標信息於該儲存裝置。

在一些實施態樣中，所述的清淤管控系統還包括一取樣閥及一電性連接該運算裝置的輸入設備，該取樣閥設置於清淤管控系統以供取得該泥水的一樣本，該輸入設備用以輸入該樣本的人工檢測結果以供該運算裝置與該運算裝置的運算結果進行比對，且令該輸出裝置輸出其比對結果。

在一些實施態樣中，該運算裝置依據一第一預定規則比對該超音波濃度計的量測結果，若依據該第一預定規則比對為不合格，則令該輸出裝置產生一第一警示信息；該運算裝置依據一第二預定規則比對該電磁流量計的量測結果，若依據該第二預定規則比對為不合格，則令該輸出裝置產生一第二警示信息，該運算裝置繫於符合該第一預定規則及該第二預定規則的情況下，開始換算該泥沙含量值並以該輸出裝置輸出該泥沙含量值的運算結果。

在一些實施態樣中，所述的清淤管控系統還包括一壓力計，該壓力計偵測該泥水通過該清淤管控系統的一壓力偵測結果，供該運算裝置利用該壓力偵測結果與一預定壓力值比對，若比對為超出該預定壓力值，則令該輸出裝置產生一第三警示信息。

本發明至少具有以下功效：採用地毯式的浚渫方式，避免浪費水資源、電力、人力，且可維持最高的抽泥效率及安全。若抽出的泥水含泥率降低，可配合水庫底的地形調整抽泥深度與抽泥位置，以免浪費水源。每次抽泥作業開始時，先抽取水庫清水進行輸泥管線的衝洗後，再漸漸調整抽泥濃度達到規定值後，再進行水庫抽泥作業，停止抽泥時則循上述相反程序進行，以避免管中積泥。配合泥沙含量值及gps定位而適時移動抽泥位置以達最高抽泥成效。使用高壓電力設備為動力以減少水汙染。抽泥計量及計價方式具獨特性，經過運算後可實時監測及產生報表。濃度計及流量計數值配合每二至六小時人工採樣比對，可確保其精確度。

附圖說明

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地 呈現，其中：

圖1是本發明清淤管控系統的一實施例的一局部示意圖；

圖2是圖1的俯視示意圖；

圖3是該實施例具有的一絞刀削泥吸頭的示意圖；

圖4是該實施例控制該絞刀削泥吸頭的的流程圖；

圖5是該實施例的監控設備的一種實施態樣的示意圖；

圖6是該實施例的監控設備的另一種實施態樣的示意圖；

圖7是該實施例執行監控方法的流程圖；

圖8是該實施例執行監控方法產生的一操作界面的示意圖；

圖9是該實施例執行監控方法產生的一查詢界面的示意圖；

圖10是該實施例的率定裝置的一示意圖；

圖11是該實施例執行率定方法的流程圖；

圖12是該實施例執行率定方法所建立的一曲線圖。

具體實施方式

參閱圖1至圖3，本發明的實施例中，清淤管控系統1包含一浮臺21、一絞刀削泥吸頭22、一吸取式(suctiontype)抽泥泵23、一控制機房25、一高壓抽泥管241、一排泥管線242、一泵浦模塊26、一量測平臺3及一監控設備11(如圖5)。需說明的是，高壓抽泥管241及排泥管線242均屬於運送泥水用的輸泥管線，監控設備11可以設置在岸上，也可以設置在船型的浮臺21上，均屬於本發明可應用的範疇。

浮臺21是一鋼製船型結構，用以漂浮於一水體4上以進行清淤作業，船型結構的船頭至船尾的長度約50公尺。浮臺21具有多組錨錠(圖未示)可使浮臺21定置於水體4中的一預定位置。錨錠能適應水體4的水位漲落狀況(如：漲落60公尺)及/或至少能承受一平均最大風速(如：10分鐘平均風速60公尺/秒)以避免浮臺21傾覆。本實施例中，水體4是位於水庫中，其他實施例中也可位於河岸、海岸或湖泊，均屬於本發明可應用的範疇。

吸取式抽泥泵23設置於浮臺21上以吸取預定位置附近的一泥水。吸取式抽泥泵23的輸泥流速大於高壓抽泥管241內的臨界沉降速度以避免淤泥積存於管中造成爆管。高壓抽泥管241經由吸取式抽 泥泵23驅動以輸送泥水。須說明的是，吸取式抽泥泵23的揚程需滿足水庫最高水位標高(如：el.2242公尺)、最低水位標高(如：el.180公尺)、淤泥面標高(如：el.165公尺)及高壓抽泥管241最高點標高(如：el.240公尺)的條件抽取淤泥。

控制機房25設置於浮臺21上，用以控制吸取式抽泥泵23、絞刀削泥吸頭22及泵浦模塊26運作。泵浦模塊26具有一泥沙輸送泵261、一衝水泵262及一抽水泵263，泥沙輸送泵261用於將吸取式抽泥泵23吸取的泥水導入高壓抽泥管241及排泥管線242，抽水泵263用以抽取清水，衝水泵262則利用清水洗管。高壓抽泥管241可供泥水流通地連接量測平臺3。排泥管線242排出泥水至預定地點存放。

參閱圖3，絞刀削泥吸頭22連接吸取式抽泥泵23並具有二絞刀221、222、一攪拌器223、一過濾器224、一導流座225及一抽沙葉輪226。本實施例的雙絞刀型的絞刀削泥吸頭22的重量為9.6公噸(四絞刀型重量為11.6公噸)，絞刀221、222間的距離約2.9公尺。絞刀221、222的動力約75馬力用以翻攪底層硬土使成泥漿，然後由攪拌器223攪拌泥沙及水，且配合過濾器224過濾及篩選，再經由導流座225中的抽沙葉輪226收集吸入的泥沙及水。絞刀削泥吸頭22更具有一高壓衝水泵可協助衝散泥沙，以協助吸收式抽泥泵23順利抽取泥沙。

參閱圖4，控制該絞刀削泥吸頭的流程包含下述步驟：開始抽泥前準備作業(步驟s401)；運轉前清淤管控系統1各項設備檢查，添加潤滑油品(步驟s402)；啟動電源(步驟s403)；緩降下吸取式抽泥泵23,啟動泵浦模塊26中衝水泵262、抽水泵263以先抽清水衝洗輸泥管線的管內異物及泥沙等雜物(步驟s404)。若是正常運作狀態(步驟s405)，則吸取式抽泥泵23緩降至泥面15公尺左右，開啟高壓衝水泵、吸取式抽泥泵23與泥沙輸送泵261以抽取泥砂，高壓衝水泵(壓力12～15公斤/平方公分)協助衝散泥沙,並藉由吸取式抽泥泵23與泥沙輸送泵261作動以經攪拌器223、過濾器224、導流座225及抽沙葉輪226抽取泥沙進入輸泥管路(步驟s406)，並配合量測平臺3及監控設備11來即時量測、監看抽泥流量、濃度等數值(如圖7的監控方法)，機動調整深度及位置(步驟s407)，繼續搭配監控設備11來進行 抽泥計量作業(步驟s408)。

若是絞刀削泥吸頭22遇到固結底泥(步驟s411)；則接續開啟絞刀削泥吸頭22的絞刀221、222(轉速約40～70轉/分)協助打散固結底泥(步驟s412)。若是絞刀削泥吸頭22遇到障礙(步驟s421)；則暫停以排除障礙(步驟s422)。

參閱圖5，量測平臺3分別連接一流入管29、一流出管27及一排氣管28，且流入管29連通如圖1的排泥管線242。量測平臺3具有一儲存筒31、一由儲存筒31界定的一可供泥水流通的容置空間32，及一取樣閥33。本實施例中，取樣閥33設置於清淤管控系統1以供取得泥水的一樣本，來進行人工檢測以取得人工檢測結果。

監控設備11包括一電磁流量計111、一超音波濃度計112、一儲存裝置113、一運算裝置114、一輸出裝置115及一輸入設備116。監控設備11對於泥水進行量測並依據量測結果進行數據化處理而輸出泥水的一泥沙含量。

電磁流量計111可設置於流入管29或流出管27上，依據電磁感應偵測泥水流動時產生的一第一運作信息。超音波濃度計112設置於儲存筒31，具有一發送超音波以通過泥水的發射器112a，及一接收經過泥水衰減運作後的回波以產生一第二運作信息的接收器112b。

儲存裝置113記錄電磁流量計111的量測結果及/或超音波濃度計112的量測結果。本實施例中，清淤管控系統1還包括一全球定位系統偵測器(圖未示)，供運算裝置114記錄全球定位系統偵測器對於預定位置的一坐標信息於儲存裝置113。

運算裝置114電性連接電磁流量計111、超音波濃度計112及儲存裝置113，對泥水流過的一輸送時間加以計時，且依據泥水流動的磁場變化關係將第一運作信息換算為一流量值，依據泥水通過的運作衰減關係將第二運作信息換算為一濃度值，並藉由輸送時間、流量值及濃度值換算一泥沙含量值。

輸出裝置115於本實施例是一顯示器，用以輸出運算裝置114的運算結果、電磁流量計111的量測結果及/或超音波濃度計112的量測結果。其他實施例可以是一列印裝置，或其他可呈現信息的裝置。

輸入設備116用以輸入樣本的人工檢測結果以供運算裝置114與 運算裝置114的運算結果進行比對，且令輸出裝置115輸出其比對結果。例如：採用比重瓶檢測，並建立『比重瓶檢驗紀錄表』，以將人工濃度檢測值與系統的濃度平均值進行比對並計算誤差量是否符合標準，如正負5％範圍內為符合標準，超過正負5％則為不符合標準。

參閱圖6，不同於圖5的是超音波濃度計112』是一種管路型濃度計，其亦屬於本發明的一種實施態樣。

參閱圖7，配合圖5，運算裝置114收到超音波濃度計112的量測結果(步驟s101)，依據一第一預定規則(如：大於或等於200000ppm)比對超音波濃度計112的量測結果，以判斷是否符合第一預定規則(步驟s102)，若依據第一預定規則比對為不合格，則令輸出裝置115產生警示(步驟s107)，如圖8所示的操作界面51中的作業狀態中的濃度欄位，若合格以綠色表示，若不合格以紅色表示。當看到警示時,操作者排除異常況狀(步驟s108)，如機動調整抽泥深度、抽泥位置後繼續抽泥計量作業。

運算裝置114收到電磁流量計111的量測結果(步驟s103)，依據一第二預定規則(如：大於或等於0.2立方米/秒)比對電磁流量計111的量測結果，以判斷是否符合第二預定規則(步驟s104)，若依據第二預定規則比對為不合格，則令輸出裝置115產生警示(步驟s107)，如圖8所示的操作界面51中的作業狀態中的流量欄位，若合格以綠色表示，若不合格以紅色表示。

清淤管控系統1還包括一壓力計(圖未示)，壓力計偵測泥水通過清淤管控系統1的一壓力偵測結果(步驟s105)，供運算裝置114利用壓力偵測結果與一第三預定規則(如：預定壓力值0.3公斤力/平方公分)比對，以判斷是否符合第三預定規則(步驟s106)，若依據第三預定規則比對為不合格，則令輸出裝置115產生警示(步驟s107)，如圖8所示的操作界面51中的作業狀態中的壓力欄位，若合格以綠色表示，若不合格以紅色表示。

參閱圖8，操作界面51的各數值說明如下。人工校正係數：該係數用來調整計算泥沙濃度(ppm)，目前所代表的偏移值，其公式為：系統記錄的ppm(加、減、乘、除)人工校正係數＝實際顯示的ppm值，且默認值為(乘)1。總時間：每日開始作業後的總累積操作時數(含排 除異狀暫停監測的時間)，於每日操作期間，若途中計算機或系統程序重新啟動，系統會去抓取當日已運行的總操作時數來當基準點，並於後續操作時繼續累積總時數。累計有效工作時間：公式為總時間–異常總時間＝累計有效工作時間。當日有效平均濃度：公式為(當日總時數累積濃度-當日異常時數累積濃度)/當日有效時間＝當日有效時間平均濃度。

計價折數：一、當日有效平均濃度＞20萬ppm，計價折數為100％。二、20萬ppm＞當日有效平均濃度≧15萬ppm，計價折數為90％。三、15萬ppm＞當日有效平均濃度≧10萬ppm，計價折數為60％。四、當日有效平均濃度<10萬ppm，計價折數為0％。

瞬時幹土重：顯示當前一分鐘所累積的幹土重量(包含有效時間和無效時間)。累計幹土重：顯示當日運轉至目前，所累積的幹土重(包含有效時間和無效時間)。計價幹土重：公式為有效時間幹土重*計價折數＝計價幹土重。每分鐘抽水體積：顯示當前一分鐘的抽水體積(包含有效時間和無效時間)。當日總抽水體積：顯示當日總抽水體積(包含有效時間和無效時間)。

運算裝置114繫於符合第一預定規則、第二預定規則、第三預定規則，且判斷是否發生其他異常狀況？(步驟s110)若為無異常情況下，開始換算泥沙含量值並以輸出裝置115輸出泥沙含量值的運算結果(步驟s111)，如圖9所示的查詢界面52可供查詢、觀看及列印各種報表。若有發生其他異常狀況，暫停監測狀態(步驟109)後執行排除異常狀況(s108)。

參閱圖10，清淤管控系統1還包括一率定裝置6，率定裝置6配合如圖4的超音波濃度計112的發射器112a及接收器112b以不同溫度的泥水建立濃度及回波能量的對應關係以供監控設備11進行運算。

率定裝置6具有一運算主機60、一類比/數字轉換器61、一冷卻模塊621、一金屬棒623及一攪拌器63。運算主機60可通過類比/數字轉換器61數位化控制冷卻模塊621設定在不同的預定溫度，並通過金屬棒623傳導至預定濃度的泥水，且攪拌器63攪拌泥水使濃度均勻化，並使其保持在預定溫度，然後通過超音波濃度計112的發射器112a及接收器112b的量測結果通過類比/數字轉換器61傳回運算 主機60。

參閱圖11，使用率定裝置6對超音波濃度計112的率定程序包括：加熱乾燥泥水樣本(步驟s201)，決定泥水的濃度範圍及區間(步驟s202)，量測泥水樣本中的泥沙及水的重量(步驟s203)，攪拌泥水(步驟s204)，並量測溫度(步驟s205)，藉此，於運算主機60建立如圖12對應不同溫度、回波能量及濃度的關聯，以儲存於監控設備11的儲存裝置113，讓運算單元依此來計算泥沙含量,讓監控設備11精確計算泥沙含量。

綜上所述，本發明的清淤管控系統1具有下列技術及功效，故確實能達成本發明目的。

一、採用地毯式的浚渫方式，避免浪費水資源、電力、人力，且可維持最高的抽泥效率及安全。

二、若抽出的泥水含泥率降低，可配合水庫底的地形調整抽泥深度與抽泥位置，以免浪費水源。

三、每次抽泥作業開始時，先抽取水庫清水進行輸泥管線的衝洗後，再漸漸調整抽泥濃度達到規定值後，再進行水庫抽泥作業，停止抽泥時則循上述相反程序進行，以避免管中積泥。

四、配合泥沙含量值及gps定位而適時移動抽泥位置以達最高抽泥成效。

五、使用高壓電力設備，減少水汙染。

六、抽泥計量及計價方式具獨特性，經過運算後可實時監測及產生報表。

七、濃度計及流量計數值配合每二至六小時人工採樣比對，可確保其精確度。