CN102606164A

CN102606164A - 一种盾构机泡沫注射系统及其工作方法

Info

Publication number: CN102606164A
Application number: CN2012101096587A
Authority: CN
Inventors: 刘喜才
Original assignee: DALIAN CREST FLUID EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: DALIAN HUAFENG DEVELOPMENT COMPANY
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: CN102606164B

Abstract

本发明公开了一种盾构机泡沫注射系统及其工作方法，所述的注射系统包括供液系统、供气系统、计量调节和泡沫发生系统；所述的供液系统包括泡沫剂罐、泡沫剂计量泵、泡沫剂计量泵安全阀、静态混合器、供水泵和清洗泵，所述的供气系统包括截止阀D、压力表B及来气管线，所述的计量调节和泡沫发生系统包括供液泵、液体计量调节阀、液体流量计B、气体流量计、气体剂量调节阀、泡沫发生器。由于本发明静态混合器采用折流体结构，为泡沫发生器形成高质量的泡沫奠定了基础，使泡沫剂的混合效果提高了10％。由于本发明的泡沫发生器内部具有陶瓷管填料，增大了泡沫液与空气的接触面积，使进入泡沫发生器内的泡沫液和空气充分混合，有利于形成泡沫。

Description

一种盾构机泡沫注射系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种盾构机的辅助系统，特别是一种盾构机泡沫注射系统及其工作方法。

背景技术

近年来，我国城市地下交通建设发展迅速。作为一种高效的地下暗挖隧道专用工程机械，盾构机已经成为城市地铁、隧道建设中不可或缺的工具。盾构机施工过程中，大多数地层都需要进行有效的土体改良来保证施工的顺利进行，其中向土体加注泡沫是非常有效的土体改良方法。通常，盾构机的泡沫注射系统是用一个大流量的离心泵向主管路泵输送产生泡沫所需的水。水与泡沫剂充分混合后产生泡沫，然后被注射到不同的注入点，经泡沫调节后的土壤具有良好的流动性和塑性以及防水渗透性，极大地扩大了盾构机适宜开挖的土壤范围，同时大大降低了刀盘扭矩，减少了刀具的磨损。因此，目前泡沫注射系统成为盾构机主要的辅助系统之一。但现有技术存在以下缺点：

1、泡沫剂的发散效果不好。

2、泡沫注射压力低，对待掘土体、土仓中渣土等润滑效果不够。

3、泡沫管路较易堵塞，影响泡沫注射系统的正常运行。

发明内容

为了避免上述技术中存在的缺点和不足之处，本发明的目的是要设计一种可提高泡沫剂发散效果、增加泡沫注射压力、避免泡沫管路堵塞的盾构机泡沫注射系统及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种盾构机泡沫注射系统，包括供液系统、供气系统、计量调节和泡沫发生系统；

所述的供液系统包括泡沫剂罐、泡沫剂计量泵、泡沫剂计量泵安全阀、静态混合器、供水泵和清洗泵，所述的泡沫剂罐的出口通过管线经截止阀A、泡沫剂计量泵、单向阀A与静态混合器的入口连接，所述的泡沫剂计量泵安全阀的一端连接泡沫剂罐、另一端连接到泡沫剂计量泵与单向阀A之间的管线上；所述的供水泵的入口通过管线经截止阀B、过滤器与来水管线连接，其出口通过管线经液体流量计A、单向阀B与静态混合器的入口连接；所述的清洗泵的一端经单向阀C连接到计量调节和泡沫发生系统的出口泡沫管线上，其另一端通过管线经截止阀C、压力表A连接到供水泵和截止阀B之间的管线上；所述的静态混合器的出口与计量调节和泡沫发生系统的供液泵的入口连接；

所述的静态混合器包括静态混合器壳体、折流体，所述的折流体由折流板A、折流板B、芯杆组成，折流板A和折流板B依次焊接在芯杆上，每相邻两层折流板方向相反，折流体最上端折流板和最下端折流板分别焊在静态混合器壳体上；

所述的供气系统包括截止阀D、压力表B及来气管线，所述的来气管线经截止阀D和压力表B与计量调节和泡沫发生系统的气体流量计的一端连接；

所述的计量调节和泡沫发生系统包括供液泵、液体计量调节阀、液体流量计B、气体流量计、气体剂量调节阀、泡沫发生器，所述的供液泵的出口通过管线经液体流量计B、压力表C、截止阀E、单向阀D连接到泡沫发生器的入口，泡沫发生器的出口泡沫管线上安装有单向阀E；所述的供液泵的入口端安装有液体压力传感器；所述的气体流量计的一端安装有气体压力传感器，另一端经气体剂量调节阀、单向阀F、截止阀F连接到泡沫发生器的入口；

所述的泡沫发生器由泡沫发生器壳体、内支架和陶瓷管填料组成，内支架焊接在泡沫发生器壳体内，用于支撑泡沫发生器壳体内不同高度处的填料，陶瓷管填料规格为

本发明所述的清洗泵和单向阀C组成清洗泵组件，所述的供液泵、液体流量计B、压力表C、截止阀E、单向阀D、泡沫发生器和单向阀E组成泡沫发生器组件，所述的气体流量计、气体剂量调节阀、单向阀F和截止阀F组成气体剂量调节阀组件；所述的清洗泵组件、泡沫发生器组件和气体剂量调节阀组件均有4组；所述的4组清洗泵组件的入口管线并联后通过管线经截止阀C、压力表连接到供水泵和截止阀B之间的管线上，其出口端连接到对应的泡沫发生器组件的出口管线上；所述的多组泡沫发生器组件的入口管线并联后与静态混合器的出口管线连接；所述的气体剂量调节阀组件入口管线并联后与供气系统的出口管线连接，其出口端连接到对应的泡沫发生器组件的出口管线上。

一种盾构机泡沫注射系统的工作方法，包括以下步骤：

A、泡沫液配置：泡沫剂计量泵将泡沫剂从泡沫剂罐中泵出，并与来水管线进来的水根据自动控制系统提供的泡沫液浓度指令进行混合，形成泡沫液，泡沫液进入静态混合器并形成充分混合的泡沫液；所述的泡沫液浓度为泡沫剂体积与水体积之间的比值；

B、泡沫生成：经静态混合器充分混合后的泡沫液由供液泵输送给泡沫发生器，同时供气系统将空气输送到泡沫发生器中，泡沫液和空气在泡沫发生器内部陶瓷管填料的作用下充分混合产生泡沫；所述的供气系统在空气进入泡沫发生器前要经过气体流量计和气体计量调节阀，气体计量调节阀根据气体流量计测量的流量值按照泡沫膨胀率进行流量控制，泡沫液和调节后空气混合产生泡沫；所述的泡沫膨胀率是产生的泡沫体积与泡沫液的体积之比，膨胀率越高，泡沫的发泡效果越好；

C、管路清洗：当泡沫停止注射时，供液系统中的供水泵关闭，清洗泵启动，向泡沫管线输送一定压力的清水，泡沫管线不断有流体流出，可避免泡沫管线堵塞。

本发明所述的泡沫液浓度为2％-5％。

本发明所述的泡沫膨胀率为5-20。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明静态混合器采用折流体结构，折流体的作用是增加泡沫液的运动梯度，不仅使泡沫液不断地被分割、移动、重新汇合，还会在断面方向产生涡流，对泡沫液产生很强的剪切力，使泡沫液进一步分割混合，最终形成所需要的乳化液，为泡沫发生器形成高质量的泡沫奠定了基础，使泡沫剂的混合效果提高了10％。

2、由于本发明的泡沫发生器内部具有陶瓷管填料，陶瓷管填料具有良好的亲水性，表面可形成极薄的液膜，液膜的湍动及结构的倾斜曲折能促进气体加快流动，增大了泡沫液与空气的接触面积，使进入泡沫发生器内的泡沫液和空气充分混合，有利于形成泡沫。

3、由于本发明在泡沫管线上各增加了一台供液泵提高泡沫的输送压力，因此泡沫注射压力高，减少了盾构机故障率，节省了大量的运行维修成本。

4、由于本发明采用了增加一条与泡沫管线并联的清洗回路，由清洗泵向泡沫管线输送工业用水，这种方法不仅可以避免泡沫管线堵塞，而且工作量小、成本低、可靠性高。

附图说明

本发明共有4幅附图。其中：

图1是盾构机泡沫注射系统结构示意图。

图2是静态混合器结构示意图。

图3是泡沫发生器结构示意图。

图4是盾构机泡沫注射系统的工艺流程示意图。

图中：1、泡沫剂罐，2、截止阀A，3、泡沫剂计量泵，4、泡沫剂计量泵安全阀，5、单向阀A，6、来水管线，7、过滤器，8、截止阀B，9、供水泵，10、液体流量计A，11、单向阀B，12、静态混合器，13、压力表A，14、截止阀C，15、清洗泵，16、单向阀C，17、来气管线，18、截止阀D，19、压力表B，20、液体压力传感器，21、供液泵，22、液体流量计B，23、液体计量调节阀，24、压力表C，25、截止阀E，26、单向阀D，27、泡沫发生器，28、泡沫管线，29、单向阀E，30、气体压力传感器，31、气体流量计，32、气体计量调节阀，33、单向阀F，34、截止阀F，35、静态混合器壳体，36、折流体，37、芯杆，38、折流板A，39、折流板B，40、泡沫发生器壳体，41、内支架，42、陶瓷管填料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1-3所示，一种盾构机泡沫注射系统，包括供液系统、供气系统、计量调节和泡沫发生系统；

所述的供液系统包括泡沫剂罐1、泡沫剂计量泵3、泡沫剂计量泵安全阀4、静态混合器12、供水泵9、清洗泵15，所述的泡沫剂罐1的出口通过管线经截止阀A2、泡沫剂计量泵3、单向阀A5与静态混合器12的入口连接，所述的泡沫剂计量泵安全阀4的一端连接泡沫剂罐1、另一端连接到泡沫剂计量泵3与单向阀A5之间的管线上；所述的供水泵9的入口通过管线经截止阀B8、过滤器7与来水管线6连接，其出口通过管线经液体流量计A10、单向阀B11与静态混合器12的入口连接；所述的清洗泵15的一端经单向阀C16连接到计量调节和泡沫发生器系统的出口泡沫管线28上，其另一端通过管线经截止阀C14、压力表A13连接到供水泵9和截止阀B8之间的管线上；所述的静态混合器12的出口与计量调节和泡沫发生系统的供液泵21的入口连接；

所述的静态混合器12包括静态混合器壳体35、折流体36，所述的折流体由折流板A38、折流板B39、芯杆37组成，折流板A38和折流板B39依次焊接在芯杆37上，每相邻两层折流板方向相反，折流体36最上端折流板和最下端折流板分别焊在静态混合器壳体35上，所述的折流体36的作用是增加泡沫液的运动梯度，不仅使泡沫液不断地被分割、移动、重新汇合，还会在断面方向产生涡流，对泡沫液产生很强的剪切力，使泡沫液进一步分割混合，最终形成所需要的乳化液，为泡沫发生器27形成高质量的泡沫奠定了基础。

所述的供气系统包括截止阀D18、压力表B19及来气管线17，所述的来气管线17经截止阀D18和压力表B19与计量调节和泡沫发生系统的气体流量计31的一端连接；

所述的计量调节和泡沫发生系统包括供液泵21、液体计量调节阀23、液体流量计B22、气体流量计31、气体计量调节阀32、泡沫发生器27，所述的供液泵21的出口通过管线经液体流量计B22、压力表C24、截止阀E25、单向阀D26连接到泡沫发生器27的入口，泡沫发生器27的出口泡沫管线28上安装有单向阀E29；所述的供液泵21的入口端安装有液体压力传感器20；所述的气体流量计31的一端安装有气体压力传感器30，另一端经气体计量调节阀32、单向阀F33、截止阀F34连接到泡沫发生器27的入口；

所述的泡沫发生器27由泡沫发生器壳体40、内支架41、陶瓷管填料42构成，内支架焊接在泡沫发生器壳体40内，用于支撑泡沫发生器壳体40内不同高度处的陶瓷管填料42，陶瓷管填料42规格为

陶瓷管填料42具

有良好的亲水性，表面可形成极薄的液膜，液膜的湍动及结构的倾斜曲折能促进气体加快流动，增大了泡沫液与空气的接触面积，利于泡沫形成；

本发明所述的清洗泵15和单向阀C16组成清洗泵组件，所述的供液泵21、液体流量计B22、压力表C24、截止阀E25、单向阀D26、泡沫发生器27和单向阀E29组成泡沫发生器组件，所述的气体流量计31、气体计量调节阀32、单向阀F33和截止阀F34组成气体计量调节阀组件；所述的清洗泵组件、泡沫发生器组件和气体计量调节阀组件均有4组；所述的4组清洗泵组件的入口管线并联后通过管线经截止阀C14、压力表A13连接到供水泵9和截止阀B8之间的管线上，其出口端连接到对应的泡沫发生器组件的出口泡沫管线28上；所述的4组泡沫发生器组件的入口管件并联后与供气系统的出口管线连接，其出口端连接到对应的泡沫发生器组件的出口泡沫管线28上。

所述的计量调节和泡沫发生系统中的供液泵21用于向泡沫发生器27输送经静态混合器12充分混合后的泡沫液，增大了泡沫的注射压力；

如图4所示，一种盾构机泡沫注射系统的工作方法，包括以下步骤：

A、泡沫液配置：泡沫剂计量泵3将泡沫剂从泡沫剂罐1中泵出，并与来水管线6进来的水根据自动控制系统提供的泡沫液浓度指令进行混合，形成泡沫液，泡沫液进入静态混合器12并形成充分混合的泡沫液；所述的泡沫液浓度为泡沫剂体积与水体积之间的比值；

B、泡沫生成：经静态混合器12充分混合后的泡沫液由供液泵21输送给泡沫发生器27，同时供气系统将空气输送到泡沫发生器27中，泡沫液和空气在泡沫发生器27内部陶瓷管填料42的作用下充分混合产生泡沫；所述的供气系统在空气进入泡沫发生器27前要经过气体流量计31和气体计量调节阀32，气体计量调节阀32根据气体流量计31测量的流量值按照泡沫膨胀率进行流量控制，泡沫液和调节后空气混合产生泡沫；

C、管路清洗：当泡沫停止注射时，供液系统中的供水泵9关闭，清洗泵15启动，向泡沫管线28输送一定压力的清水，泡沫管线28不断有流体流出，可避免泡沫管线28堵塞。

本发明所述的泡沫液浓度为泡沫液体积占混合溶液的百分比，一般为2％-5％。

本发明所述的泡沫膨胀率为5-20。

图4所示是本发明的具体实施例，它是盾构机泡沫注射系统工艺流程，组成部分包括供液系统、供气系统和计量调节和泡沫发生系统。其工艺流程如下：首先将供液系统中截止阀A2打开，启动泡沫剂计量泵3将泡沫剂从泡沫剂罐1中泵出，泡沫剂计量泵安全阀4、单向阀A5用于保护计量泵3，一旦泵出口压力过高，安全阀4可以通过泄放一部分泡沫剂对计量泵3进行保护，单向阀A5用于避免泡沫剂反向流动从而保护泡沫剂计量泵3，同时，供水泵9启动，来水管路6的水经过滤器7过滤后经截止阀B8由供水泵9泵出，液体流量计A10用于测量水的流量，泡沫剂计量泵3根据液体流量计A10测得的流量值及自动控制系统提供的泡沫液浓度调整泡沫剂流量，然后泡沫剂和水一起进入静态混合器12，单向阀B11用于避免水反向流动从而保护供水泵9，由于静态混合器12内部的折流体36作用，泡沫剂和水在其中充分混合，形成乳化液，该乳化液经供液泵21、液体流量计B22、液体计量调节阀23、截止阀E25、单向阀D26进入泡沫发生器27，液体压力传感器20用于向自动控制系统传输压力信号，压力表C24用于显示各管路压力值，同时来气管路17的空气经截止阀D18、气体流量计31、气体计量调节阀32、单向阀F33、截止阀F34也进入泡沫发生器27内，气体压力传感器30用于向自动控制系统传输压力信号，压力表B19用于显示来气管线17的压力值，在泡沫发生器27内，陶瓷管填料42增大了空气和泡沫液的接触面积，利于泡沫的产生，并且泡沫的发泡效果非常好，由于增加了供液泵21，泡沫的注射压力非常大，对待掘土体、土仓中渣土等润滑效果非常好，当盾构机停止注射泡沫时，供水泵9停止，清洗泵15启动，来水管路6的水经清洗泵15向泡沫管线28注射清水，单向阀E29可避免水反向进入泡沫发生器27。调试时，可以看到泡沫的发泡效果非常好，充分发泡的泡沫不断从注入孔喷射出来，试用过程中，故障率大大降低，管路堵塞的现象明显减少，提高了盾构机的施工效率。

Claims

1.一种盾构机泡沫注射系统，其特征在于：包括供液系统、供气系统、计量调节和泡沫发生系统；

所述的供液系统包括泡沫剂罐(1)、泡沫剂计量泵(3)、泡沫剂计量泵安全阀(4)、静态混合器(12)、供水泵(9)和清洗泵(15)，所述的泡沫剂罐(1)的出口通过管线经截止阀A(2)、泡沫剂计量泵(3)、单向阀A(5)与静态混合器(12)的入口连接，所述的泡沫剂计量泵安全阀(4)的一端连接泡沫剂罐(1)、另一端连接到泡沫剂计量泵(3)与单向阀A(5)之间的管线上；所述的供水泵(9)的入口通过管线经截止阀B(8)、过滤器(7)与来水管线(6)连接，其出口通过管线经液体流量计A(10)、液单向阀B(11)与静态混合器(12)的入口连接；所述的清洗泵(15)的一端经单向阀C(16)连接到计量调节和泡沫发生系统的出口泡沫管线(28)上，其另一端通过管线经截止阀C(14)、压力表A(13)连接到供水泵(9)和截止阀B(8)之间的管线上；所述的静态混合器(12)的出口与计量调节和泡沫发生系统的供液泵(21)的入口连接；

所述的静态混合器(12)包括静态混合器壳体(35)、折流体(36)，所述的折流体(36)由折流板A(38)、折流板B(39)、芯杆(37)组成，折流板A(38)和折流板B(39)依次焊接在芯杆(37)上，每相邻两层折流板方向相反，折流体(36)最上端折流板和最下端折流板分别焊在静态混合器壳体(35)上；

所述的供气系统包括截止阀D(18)、压力表B(19)及来气管线(17)，所述的来气管线(17)经截止阀D(18)和压力表B(19)与计量调节和泡沫发生系统的气体流量计(31)的一端连接；

所述的计量调节和泡沫发生系统包括供液泵(21)、液体计量调节阀(23)、液体流量计B(22)、气体流量计(31)、气体剂量调节阀、泡沫发生器(27)，所述的供液泵(21)的出口通过管线经液体流量计B(22)、压力表C(24)、截止阀E(25)、单向阀D(26)连接到泡沫发生器(27)的入口，泡沫发生器(27)的出口泡沫管线(28)上安装有单向阀E(29)；所述的供液泵(21)的入口端安装有液体压力传感器(20)；所述的气体流量计(31)的一端安装有气体压力传感器(30)，另一端经气体剂量调节阀、单向阀F(33)、截止阀F(34)连接到泡沫发生器(27)的入口；

所述的泡沫发生器(27)由泡沫发生器壳体(40)、内支架(41)和陶瓷管填料(42)组成，内支架(41)焊接在泡沫发生器壳体(40)内，用于支撑泡沫发生器壳体(40)内不同高度处的填料，陶瓷管填料(42)规格为

2.根据权利要求1所述的一种盾构机泡沫注射系统，其特征在于：所述的清洗泵(15)和单向阀C(16)组成清洗泵(15)组件，所述的供液泵(21)、液体流量计B(22)、压力表C(24)、截止阀E(25)、单向阀D(26)、泡沫发生器(27)和单向阀E(29)组成泡沫发生器(27)组件，所述的气体流量计(31)、气体剂量调节阀、单向阀F(33)和截止阀F(34)组成气体剂量调节阀组件；所述的清洗泵(15)组件、泡沫发生器(27)组件和气体剂量调节阀组件均有4组；所述的4组清洗泵(15)组件的入口管线并联后通过管线经截止阀C(14)、压力表连接到供水泵(9)和截止阀B(8)之间的管线上，其出口端连接到对应的泡沫发生器(27)组件的出口管线上；所述的多组泡沫发生器(27)组件的入口管线并联后与静态混合器(12)的出口管线连接；所述的气体剂量调节阀组件入口管线并联后与供气系统的出口管线连接，其出口端连接到对应的泡沫发生器(27)组件的出口管线上。

3.一种盾构机泡沫注射系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、泡沫液配置：泡沫剂计量泵(3)将泡沫剂从泡沫剂罐(1)中泵出，并与来水管线(6)进来的水根据自动控制系统提供的泡沫液浓度指令进行混合，形成泡沫液，泡沫液进入静态混合器(12)并形成充分混合的泡沫液；所述的泡沫液浓度为泡沫剂体积与水体积之间的比值；

B、泡沫生成：经静态混合器(12)充分混合后的泡沫液由供液泵(21)输送给泡沫发生器(27)，同时供气系统将空气输送到泡沫发生器(27)中，泡沫液和空气在泡沫发生器(27)内部陶瓷管填料(42)的作用下充分混合产生泡沫；所述的供气系统在空气进入泡沫发生器(27)前要经过气体流量计(31)和气体计量调节阀(32)，气体计量调节阀(32)根据气体流量计(31)测量的流量值按照泡沫膨胀率进行流量控制，泡沫液和调节后空气混合产生泡沫；所述的泡沫膨胀率是产生的泡沫体积与泡沫液的体积之比，膨胀率越高，泡沫的发泡效果越好；

C、管路清洗：当泡沫停止注射时，供液系统中的供水泵(9)关闭，清洗泵(15)启动，向泡沫管线(28)输送一定压力的清水，泡沫管线(28)不断有流体流出，可避免泡沫管线(28)堵塞。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机泡沫注射系统的工作方法，其特征在于：所述的泡沫液浓度为2％-5％。

5.根据权利要求3所述的一种盾构机泡沫注射系统的工作方法，其特征在于：所述的泡沫膨胀率为5-20。