CN104847369B - 一种泥水盾构机用冲洗水压力控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种泥水盾构机用冲洗水压力控制系统,包括PLC控制器、通过控制线路与PLC控制器相连的空气保压系统、液位调节组件和进水调节组件,所述空气保压系统、液位调节组件和进水调节组件均与水罐相连,水罐的出水口连接至若干个终端;水罐的出水口以及增压水泵机组均与终端管路连接;液位开关包括位于不同高低水平面的至少两个液位开关;空气保压系统包括进气调节阀、排气调节阀和压力传感器;终端管路包括连接在管路上的流量计、电动球阀、单向阀、手动球阀和终端球阀。本申请通过空气保压系统保持水罐的出口压力,使得冲刷水的供水压力不受消耗量变化的影响,有效防止供水压力波动。
Description
技术领域
本发明涉及盾构机技术领域,特别地,涉及一种泥水盾构机用冲洗水压力控制系统及控制方法。
背景技术
泥水盾构机是目前地铁隧道中应用很多的盾构机型,它有很高的地面沉降控制精度,其最大的特点是通过泥浆管道系统将刀盘开挖的渣土输送到隧道外面。泥水盾构机的泥浆管道系统也叫环流系统,它主要由进浆管道、排浆管道、旁通管道和其他辅助管道组成。泥浆管道上布置有阀门、泥浆泵、检测元件等,其中球阀使用数量最多,特别是规格为DN200以上的球阀。
由于球阀的结构特点,球阀阀芯和阀体之间存在较大的环向空隙,在球阀使用过程中特别是启闭过程中,管道内的泥浆往往会进入球阀的环向空隙内,如果不及时将其泄放或冲刷掉,泥浆所携带的固体杂质将很快沉淀和累积,达到一定程度将阻碍球阀的正常启闭,如果发生固结,甚至使球阀完全无法动作。因此,对球阀进行冲洗是非常必要和重要的,而冲洗方式主要是采用高压水。
由于泥浆管道系统上安装的球阀数量众多(尤其是大直径泥水盾构,数量多,规格大),不同位置的球阀其启闭时间和规律随着泥水盾构机的掘进状态不断变化,这导致泥浆管道上冲洗球阀所需的冲洗水量波动较大。
目前所使用的冲洗水供水系统一般不配备水罐,且任意一处球阀需要冲洗均需启动增压水泵,这种冲洗水供水方式有以下缺点:1)增压泵频繁启动,影响其使用寿命;2)在一定工作时间段内,增压泵工作总时间长;3)增压泵的额定流量往往大于单个球阀冲洗时的需求水量,当前采用溢流的方式泄压既浪费水又浪费电;4)供水压力随着冲洗水消耗量变化而波动巨大,影响冲刷效果并易导致泥浆渣土残留在球阀内,影响球阀启闭。
发明内容
本发明目的在于提供一种泥水盾构机用冲洗水压力控制系统,以解决增压泵频繁启动、供水压力随着冲洗水消耗量变化而波动巨大的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种泥水盾构机用冲洗水压力控制系统,包括PLC控制器、通过控制线路与PLC控制器相连的空气保压系统、液位调节组件和进水调节组件,所述空气保压系统、液位调节组件和进水调节组件均与水罐相连,水罐的出水口连接至若干个需要使用所述冲洗水的含球阀的终端;
所述空气保压系统包括进气调节阀、排气调节阀和压力传感器,所述进气调节阀、排气调节阀分别安装在进气管道和排气管道上,所述进气管道和排气管道与水罐内部相通;压力传感器设置在最高的高位液位开关所在水平面的上方;
所述液位调节组件位于水罐侧面,包括位于不同水平面高低的至少一个高位液位开关和至少一个低位液位开关;
所述进水调节组件包括进水手动球阀、第一单向阀和增压水泵机组,所述增压水泵机组通过进水管路连接至水罐,所述进水手动球阀、第一单向阀安装在进水管路上。
优选的,所述终端包括连接在冲洗管路上的流量计、电动球阀、第二单向阀、手动球阀和终端球阀;所述冲洗管路与水罐连通。
优选的,所述空气保压系统还包括阀门控制器,所述阀门控制器与进气调节阀、排气调节阀、压力传感器相连。
优选的,进气管道上设置进气手动球阀,排气管道上设置排气手动球阀。
优选的,在水罐顶部区域安装安全阀。
优选的,在所述冲洗管路的主干管道上设置电磁流量计。
本申请还提供了一种泥水盾构机用冲洗水压力控制方法,包括步骤:
A、在系统启动前设定阀门控制器的保压值和安全阀的起跳压力,调节连接终端的冲洗管路上的电动球阀的开度,保持进气手动球阀和排气手动球阀、电动球阀均处于关闭状态,进水手动球阀、出水手动球阀、终端手动球阀处于打开状态,
B、启动增压水泵机组开始往进水管路和水罐内充水;
C、当水罐内液位达到液位开关位置时,液位开关发出信息,PLC控制器发出指令停止增压水泵机组,然后打开进气手动球阀和排气手动球阀,启动空气保压系统,系统初始状态准备就绪;
D、在终端球阀需要清洗时,在终端球阀动作前先打开电动球阀通过冲洗管路对终端球阀进行冲洗,在终端球阀动作停止后再关闭电动球阀。
优选的,当水罐内液位降低至低位液位开关以下时,PLC控制器启动增压水泵机组,增压水泵机组开始往水罐内充水,直至水罐内液位到达高位液位开关的位置。
优选的,冲洗管路上的供水压力在8到20Bar之间。
本申请提供了一种泥水盾构机,所述泥水盾构机含有如上述的冲洗水压力控制系统。
本发明具有以下有益效果:
1、在PLC控制器与终端管路间设置用于存储冲洗水的水罐,冲洗用水可直接从水罐中导出,不但减少了增压水泵启动次数,而且减少了电力和冲刷水的浪费;例如,在没有设置水罐时,任一球阀需要冲洗时(不论需要的冲洗水量多少)都要启动增压水泵,而安装水罐后由于水罐自身具有一定储水量且压力恒定(由保压装置维持),依靠水罐内的储水即可满足一定频次的球阀冲洗需求。
2、通过空气保压系统保持水罐的出口压力,使得冲刷水的供水压力不受消耗量变化的影响,压力稳定,有效防止冲刷水消耗量变动引起的供水压力波动;
3、终端管路用电动球阀取代常规的电磁阀,并且在电动球阀后部管路上加设手动球阀,提高了管路系统的可靠性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图,对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例的实施例一结构图;
图2是本发明优选实施例的实施例二结构图;
其中,1、PLC控制器,
2、空气保压系统,21、进气调节阀,22、排气调节阀,23、压力传感器,24、进气管道,25、排气管道,26、阀门控制器,27、进气手动球阀,28、排气手动球阀;
3、液位调节组件,31、高位液位开关,32、低位液位开关;
4、进水调节组件,41、进水手动球阀,42、第一单向阀,43、增压水泵机组,44、进水管路;
5、水罐,51、安全阀;52、出水手动球阀,
6、终端,61、冲洗管路,62、流量计,63、电动球阀,64、第二单向阀,65、终端手动球阀,66、终端球阀,67、电磁流量计。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1,一种泥水盾构机用冲洗水压力控制系统,包括PLC控制器1、通过控制线路与PLC控制器1相连的空气保压系统2、液位调节组件3和进水调节组件4,所述空气保压系统2、液位调节组件3和进水调节组件4均与水罐5相连,水罐5的出水口连接至若干个终端6,以便于利用水罐内的水对终端管路进行清洗。
所述空气保压系统2包括进气调节阀21、排气调节阀22和压力传感器23,所述进气调节阀21、排气调节阀22分别安装在进气管道24和排气管道25上,所述进气管道24和排气管道25与水罐5内部相通;压力传感器23设置在最高的高位液位开关31所在水平面的上方。
空气保压系统2还可以包括阀门控制器26,所述阀门控制器26与进气调节阀21、排气调节阀22、压力传感器23相连,对这三者进行管理。进气管道24上设置进气手动球阀27,排气管道25上设置排气手动球阀28,以便控制进气管道24和排气管道25的开合。
所述液位调节组件3位于水罐5侧面,包括位于不同水平面高低的至少一个高位液位开关31和至少一个低位液位开关32,分别检测多个液位水平面。例如,设置高低两个液位开关,当水罐内液位达到高位液位开关31位置时,该液位开关发出信息,PLC控制器发出指令停止增压水泵机组向水罐内加水的工作;当水罐内液位达到低位液位开关32位置时,该液位开关发出信息,PLC控制器发出指令开启增压水泵机组向水罐内加水的工作。
高位液位开关31可以位于水罐的顶点和上三分点之间,即处于水罐的最上1/3区域内。
压力传感器23可设置在处于最高位的液位开关的上方,以获得水罐内的水承受的实时压力,确认水是否可以顺畅从水罐出口流出。
所述进水调节组件4包括进水手动球阀41、第一单向阀42、增压水泵机组43,所述增压水泵机组43通过进水管路44连接至水罐5,所述进水手动球阀41、单向阀42安装在进水管路44上。第一单向阀42保证水罐5内的水不会倒灌到增压水泵机组43内;并确保在增压水泵机组43没有启动期间,仅依赖水罐5的压力可以保持整个冲洗水管路的压力恒定。
水罐5的出水口以及增压水泵机组43均与终端6进行管路连接,以便在需要时,可以由水泵和水罐共同向管路系统供水。也可以根据PLC控制器1的控制,选择任一种管路系统供水。管路系统的供水压力一般在8-20Bar之间比较适宜。
可在水罐5的顶部区域安装安全阀51。安全阀主要起到保护水罐的作用,原因如下:当压力传感器因故障引起压力测量不准确时,会传给PLC错误的信号,此时进气调节阀21可能会持续向水罐充气加压,而排气调节阀22可能关闭,这样水罐气压会越来越高,超过罐体承压能力。因此,必须设置一个罐体安全阀进行保护。可在水罐5的底部区域安装出水手动球阀52,以控制出水管路。
所述终端6包括连接在冲洗管路61上的流量计62、电动球阀63、第二单向阀64、手动球阀65和终端球阀66;所述冲洗管路66与水罐5连通。在所述冲洗管路61的主干管道上还可以设置电磁流量计67,实时检测主干管道消耗的冲刷水流量并传至PLC控制器1。电磁流量计可为插入式电磁流量计。
为实现终端的冲洗水压力控制,本申请还提供一种泥水盾构机用冲洗水压力控制方法,包括步骤:
A、在系统启动前设定阀门控制器24的保压值和安全阀51的起跳压力,调节连接终端6的冲洗管路61上的电动球阀63的开度,保持手动球阀(27、28)、电动球阀63均处于关闭状态,手动球阀(41、52、65)处于打开状态,
B、启动增压水泵机组43开始往进水管路44和水罐5内充水;
C、当水罐5内液位达到液位开关31位置时,液位开关发出信息,PLC控制器1发出指令停止增压水泵机组43,然后打开手动球阀(27、28),启动空气保压系统,系统初始状态准备就绪;
D、在终端球阀66需要清洗时,在终端球阀66动作前先打开电动球阀63通过冲洗管路61对终端球阀66进行冲洗,在终端球阀66动作停止后再关闭电动球阀63。
冲洗管路61上的供水压力控制在8到20Bar之间。
持续冲洗,当水罐6内液位降低至低位液位开关32以下时,PLC控制器1启动增压水泵机组43,增压水泵机组43开始往水罐6内充水,直至水罐6内液位到达高位液位开关31的位置。
具体实施方式可见以下实施例。
实施例一:如图1所示,系统初始状态调节:在系统启动前设定阀门控制器26的保压值(即要求保压系统控制的压力数值)和安全阀51的起跳压力,调节好终端冲洗管路61上的电动球阀63的开度,保持手动球阀27、28处于关闭状态,电动球阀63处于关闭状态,手动球阀41、65处于打开状态,然后启动增压水泵机组43开始往冲刷管路和水罐5内充水,当水罐内液位达到高位液位开关31位置时,液位开关发出信息,PLC控制器发出指令停止增压水泵机组,然后打开手动球阀27、28,启动空气保压系统,系统初始状态准备就绪。
阀门冲洗状态:当终端冲洗管路61上的终端球阀66需要冲洗时(如进行开关动作),在终端球阀66动作前先打开电动球阀63对终端球阀66进行冲洗,在终端球阀66动作停止后再关闭电动球阀63,该终端球阀66的冲洗工作随即停止。
在进行终端球阀66冲洗时,只要水罐5的液位不低于低位液位开关32,增压水泵机组43将不会启动,仅依靠水罐5供水。
当水罐内液位降低至低位液位开关32以下时,PLC控制器立即启动增压水泵机组43,水泵开始往水罐5内充水直至水罐5内液位到达高位液位开关31的位置。当电动球阀63或电磁流量计67或终端球阀66出现故障需在线维修时,关闭终端手动球阀65,同时其他分支管路仍可正常冲刷。
实施例二:
作为实施例一的进一步改进,在第一单向阀42和终端冲洗管路61之间的主干管道上加设一电磁流量计67。在管路系统工作期间,电磁流量计实时检测主干管道消耗的冲刷水流量并传至PLC控制器1。在阀门冲洗状态下,当同时冲刷的球阀数量较多从而导致瞬时冲刷水消耗量超过了控制程序中的设定值时,PLC控制器1启动增压水泵机组43,由水泵和水罐共同向管路系统供水。该方案特别适合终端冲洗管路61数量很多的情况(如大直径泥水盾构上的冲洗水管路系统)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种泥水盾构机用冲洗水压力控制系统,其特征在于,包括PLC控制器(1)、通过控制线路与PLC控制器(1)相连的空气保压系统(2)、液位调节组件(3)和进水调节组件(4),所述空气保压系统(2)、液位调节组件(3)和进水调节组件(4)均与水罐(5)相连,水罐(5)的出水口连接至若干个需要使用所述冲洗水的含球阀的终端(6);
所述空气保压系统(2)包括进气调节阀(21)、排气调节阀(22)和压力传感器(23),所述进气调节阀(21)、排气调节阀(22)分别安装在进气管道(24)和排气管道(25)上,所述进气管道(24)和排气管道(25)与水罐(5)内部相通;压力传感器(23)设置在最高的高位液位开关(31)所在水平面的上方;
所述液位调节组件(3)位于水罐(5)侧面,包括位于不同水平面高低的至少一个高位液位开关(31)和至少一个低位液位开关(32);
所述进水调节组件(4)包括进水手动球阀(41)、第一单向阀(42)和增压水泵机组(43),所述增压水泵机组(43)通过进水管路(44)连接至水罐(5),所述进水手动球阀(41)、第一单向阀(42)安装在进水管路(44)上;
在水罐(5)顶部区域安装安全阀(51),所述终端(6)包括连接在冲洗管路(61)上的流量计(62)、电动球阀(63)、第二单向阀(64)、手动球阀(65)和终端球阀(66);所述冲洗管路(61)与水罐(5)连通。
2.根据权利要求1所述的控制系统,其特征在于,所述空气保压系统(2)还包括阀门控制器(26),所述阀门控制器(26)与进气调节阀(21)、排气调节阀(22)、压力传感器(23)相连。
3.根据权利要求1所述的控制系统,其特征在于,进气管道(24)上设置进气手动球阀(27),排气管道(25)上设置排气手动球阀(28)。
4.根据权利要求1所述的控制系统,其特征在于,在冲洗管路(61)的主干管道上设置电磁流量计(67)。
5.一种泥水盾构机用冲洗水压力控制方法,其特征在于,包括步骤:
A、在系统启动前设定阀门控制器(26)的保压值和安全阀(51)的起跳压力,调节连接终端(6)的冲洗管路(61)上的电动球阀(63)的开度,保持进气手动球阀(27)和排气手动球阀(28)、电动球阀(63)均处于关闭状态,进水手动球阀(41)、出水手动球阀(52)、终端手动球阀(65)处于打开状态,
B、启动增压水泵机组(43)开始往进水管路(44)和水罐(5)内充水;
C、当水罐(5)内液位达到液位开关(31)位置时,液位开关发出信息,PLC控制器(1)发出指令停止增压水泵机组(43),然后打开进气手动球阀(27)和排气手动球阀(28),启动空气保压系统,系统初始状态准备就绪;
D、在终端球阀(66)需要清洗时,在终端球阀(66)动作前先打开电动球阀(63)通过冲洗管路(61)对终端球阀(66)进行冲洗,在终端球阀(66)动作停止后再关闭电动球阀(63)。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,当水罐(5)内液位降低至低位液位开关(32)以下时,PLC控制器(1)启动增压水泵机组(43),增压水泵机组(43)开始往水罐(5)内充水,直至水罐(5)内液位到达高位液位开关(31)的位置。
7.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,冲洗管路(61)上的供水压力在8到20Bar之间。
8.一种泥水盾构机,其特征在于,所述泥水盾构机含有如权利要求1至5中任一项所述的冲洗水压力控制系统。
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