CN107053457A - 盾构制浆设备及其制浆工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及盾构泥浆制备技术领域，具体指一种盾构制浆设备及其制浆工艺，盾构制浆设备整体安装于盾构机内部，包括循环箱、制浆泵、料斗、存储箱，制浆泵入口管连接循环箱的底部，制浆泵的出口管与主管连接，主管的内径大小是出口管内径的2‑4倍，出口管的端部延伸入主管内；料斗的底端垂直连接主管，在主管内壁上位于料斗底端出口的右侧设置钢环；主管上设置支管I和支管II，支管I连接循环箱的上部，支管II连接存储箱的顶部，在支管I和支管II上分别设置一个蝶阀；循环箱、制浆泵、料斗通过管路连接形成一个循环制浆回路；所述的制浆工艺包括5个步骤，利用上述的制浆设备进行制浆，工艺简单合理，制浆效果好，工作效率高。
Description
技术领域
本发明涉及盾构泥浆制备技术领域，具体指一种盾构制浆设备及其制浆工艺。
背景技术
盾构隧道掘进机，简称盾构机，是一种隧道掘进的专用工程机械，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。盾构机在施工时需向土仓、刀盘注入泡沫和膨润土进行渣土改良，特别是下穿卵石、标贯值高的砂层时对膨润土泥浆的质量及数量要求非常苛刻，膨润土泥浆质量和数量供应决定该区间成败。目前盾构用膨润土泥浆的制备需要在地面设置两个容量非常大的容器，一个发酵，另一个用于施工。每次电瓶车到达洞口，将制备好的泥浆从发酵池输送至电瓶车，待电瓶车到达盾构机台车时，再将该泥浆泵送到盾构机上。采用目前的泥浆制备工艺，制浆设备的占地面积大，而且泥浆在发酵池中发酵耗时长，工作效率低；盾构用膨润土泥浆运输繁琐，不仅耗费人力，影响工作效率，而且在繁琐的运输过程还会使泥浆受污染，影响泥浆的质量，从而影响盾构的效率和质量。另外采用目前的发酵池进行制浆的方法，当需要在泥浆中加入聚合物或者单独制备聚合物浆液时，由于缺乏高效的搅拌设备，利用人工在低速搅拌机上搅拌，导致聚合物浆液搅拌不均匀出现聚合物自吸附疙瘩，不但吸水效果不佳，而且还可能会出现浆液堵塞泵的情况，造成浪费以及影响设备的运行；在低速搅拌机上搅拌，浆液质量差，浆液伴有较多疙瘩，在遇到喷涌风险时无法很快应对，在风险预控能力较弱。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的缺陷，提供一种制浆效率高，制浆效果好的盾构制浆设备及其制浆工艺。
本发明的技术方案如下：
盾构制浆设备，该制浆设备整体安装于盾构机内部，包括循环箱、制浆泵、料斗、存储箱，所述的制浆泵入口管连接循环箱的底部，制浆泵的出口管与主管连接，主管的内径大小是出口管内径的2-4倍，出口管的端部延伸入主管内；所述料斗的底端垂直连接主管，料斗底端出口位于出口管端部的右侧，在主管内壁上位于料斗底端出口的右侧设置钢环，钢环的内径与出口管的内径大小相等；所述主管上设置支管I和支管II，支管I连接循环箱的上部，支管II连接存储箱的顶部，在支管I和支管II上分别设置一个蝶阀；所述的循环箱、制浆泵、料斗通过管路连接形成一个循环制浆回路，由于出口管的内径小于主管的内径，由高速旋转的制浆泵产生的高流速高压液体，在从出口管流入主管的时候形成射流，料斗内的膨润土从射流处的右侧流下，并随着射流进入循环系统，在射流的作用下与液体充分混合，进入循环箱与箱内液体混合后，再进入制浆泵进行进行剪切搅拌，形成循环制浆过程；在射流口的右侧设置钢环可有效防止浆液倒流。
所述的料斗包括储料部、锥形部、直管部，锥形部的大端朝上并与储料部底端的中心连接，锥形部的小端连接直管部的上端，直管部的下端垂直连接主管。
所述的制浆泵为高速泵，高速泵由功率为55KW的电机驱动，转速为2500r/min，制浆泵的高速旋转使膨润土得到充分搅拌，并产生高流速高压促进膨润土与水的融合。
所述的循环箱内连通高压气管I，存储箱内连通高压气管II，高压气管通入高压气体，可对箱内浆液进行搅拌，更好保证浆液的粘稠度。
所述的主管上设置减震喉，有效缓冲因高流速高压对管路产生的震动作用。
本发明还公开一种盾构制浆工艺，应用如上所述的制浆设备，包括以下步骤：
A、经龙门吊将袋装膨润土从地面仓库吊到井下电瓶车上，由电瓶车运输到盾构机台车上；
B、向循环箱内注入其体积三分之二的洁净水，按1 m³的水配100 kg的膨润土的配比向料斗内添加膨润土；
C、启动制浆泵，关闭支管II上的蝶阀，打开支管I上的蝶阀，使循环箱、制浆泵、料斗通过管路连接形成一个循环回路；制浆泵高速旋转产生的高压水从出口管进入主管形成射流，高压水与料斗下端的膨润土快速融合，由主管、支管I输送到循环箱，在制浆泵的动力作用下实现高压循环制浆过程；
D、根据步骤C的循环过程，当泥浆的粘稠度达到要求后，关闭制浆泵以及支管I上的蝶阀与循环箱出口管上的开关，使泥浆停留在循环箱内；
E、待存储箱内缺少泥浆液时，启动制浆泵，打开支管II上的蝶阀与循环箱出口管上的开关，通过制浆泵的驱动作用将循环箱内的泥浆输送到存储箱内备用。
步骤C中所述的循环制浆过程持续4-10分钟。
所述的步骤D中，当泥浆停留在循环箱时，通过高压气管I向循环箱内通入高压气体，对泥浆进行搅拌，避免泥浆与水分离，保证泥浆有更好的粘稠度。
所述的步骤E中，待制浆泵停止输送后，通过高压管II向存储箱内通入高压气体，对泥浆进行搅拌，避免泥浆与水分离，保证泥浆有更好的粘稠度。
如果盾构在掘进时遇到地下水较丰富地层，可伴随膨润土向料斗内加入聚合物或单独搅拌聚合物浆液。
本发明的有益效果在于：循环箱、制浆泵、料斗由管路连接成循环回路，通过制浆泵的动力作用对料斗处的膨润土与存储箱内的液体进行循环搅拌，从而达到制浆的目的，操作简便，简化了制浆工序；制浆泵采用转速为2500r/min的高速泵，使膨润土得到充分搅拌，高速旋转产生高流速高压促进膨润土与水的融合；在管路设置上，使制浆泵出口管的管径小于主管的管径，当制浆泵高速旋转产生的高流速高压液体从出口管进入主管的时候形成射流，极大地提高了管路中液体与料斗处下降的膨润土的融合效率，达到浆液发酵的效果，大大缩短了浆液制备的时间；高速泵高速旋转产生的高压液体在形成射流后，出口压力达到15 bar以上，促使料斗下放的膨润土与管道内的液体快速融合以达到发酵的效果，采用该方法比传统方法中用容器进行发酵制浆的效率提高了72倍以上；在液体射流口的右侧设置钢环，可有效防止浆液倒流，提高制浆效率；循环箱与存储箱内分别连通高压气管，在制浆泵关闭的情况下，对箱内的泥浆进行搅拌作用，更好地保证泥浆的粘稠度；在主管上设置减震喉，有利于缓冲液体高流速产生的高压对管路的冲击作用，延长管路的寿命；由于制浆过程浆液是在密闭的循环系统内，有效地避免了泥浆被污染，保证了泥浆的质量。
附图说明
图1为本发明所述的制浆设备示意图
图2为本发明管路与料斗连接关系结构示意图
图3为本发明所述的制浆工艺流程图
图中个序号标识及其对应的结构名称如下：1-循环箱，2-制浆泵，3-料斗，31-储料部，32-锥形部，33-直管部，4-存储箱，5-制浆泵的出口管， 6-主管，7-减震喉，8-蝶阀，9-支管I，10-支管II，11-高压气管I，12-高压气管II，13-钢环。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
盾构制浆设备，该制浆设备整体安装于盾构机内部，包括循环箱1、制浆泵2、料斗3、存储箱4，所述的制浆泵2入口管连接循环箱1的底部，制浆泵2的出口管5与主管6连接，主管6的内径大小是出口管5内径的2倍，其中制浆泵出口管5的内径为φ50mm，主管6的内径为φ100mm；出口管5的端部延伸入主管6内；所述料斗3的底端垂直连接主管6，料斗3底端出口位于出口管5端部的右侧，在主管6内壁上位于料斗3底端出口的右侧设置钢环13，钢环13的内径与出口管5的内径大小相等；所述主管6上设置支管I9和支管II10，支管I9连接循环箱1的上部，支管II10连接存储箱4的顶部，在支管I9和支管II10上分别设置一个蝶阀8；所述的循环箱1、制浆泵2、料斗3通过管路连接形成一个循环制浆回路。
所述的料斗3包括储料部31、锥形部32、直管部33，锥形部32的大端朝上并与储料部31底端的中心连接，锥形部32的小端连接直管部33的上端，直管部33的下端垂直连接主管6。
所述的制浆泵2为高速泵，高速泵由功率为55KW的电机驱动，转速为2500r/min，制浆泵2的高速旋转使膨润土得到充分搅拌，并产生高流速高压促进膨润土与水的融合。
所述的循环箱1内连通高压气管I11，存储箱4内连通高压气管II12。
所述的主管6上设置减震喉7。
本发明还公开盾构制浆工艺，应用如上所述的制浆设备，包括以下步骤：
A、经龙门吊将袋装膨润土从地面仓库吊到井下电瓶车上，由电瓶车运输到盾构机台车上；
B、向循环箱1内注入其体积三分之二的洁净水，按1 m³的水配100 kg的膨润土的配比向料斗3内添加膨润土；
C、启动制浆泵2，关闭支管II10上的蝶阀8，打开支管I9上的蝶阀8，使循环箱1、制浆泵2、料斗3通过管路连接形成一个循环回路；制浆泵2高速旋转产生的高压水从出口管5进入主管6形成射流，高压水与料斗3下端的膨润土快速融合，由主管6、支管I9输送到循环箱1，在制浆泵2的动力作用下实现高压循环制浆过程；
D、根据步骤C的循环过程，当泥浆的粘稠度达到要求后，关闭制浆泵2以及支管I9上的蝶阀与循环箱1出口管上的开关，使泥浆停留在循环箱1内；
E、待存储箱4内缺少泥浆液时，启动制浆泵2，打开支管II10上的蝶阀与循环箱1出口管上的开关，通过制浆泵2的驱动作用将循环箱1内的泥浆输送到存储箱4内备用。
步骤C中所述的循环制浆过程持续4分钟，得到的浆液粘稠度等同于在容器中发酵12h得到的浆液效果，大大缩短了制浆时间，提高工作效率。
所述的步骤D中，当泥浆停留在循环箱1时，通过高压气管I11向循环箱1内通入高压气体。
所述的步骤E中，待制浆泵2停止输送后，通过高压管II12向存储箱4内通入高压气体，对泥浆进行搅拌，避免泥浆与水分离，保证泥浆有更好的粘稠度。通过加泥系统将存储箱4内的泥浆输送到盾构掌子面。
如果盾构在掘进时遇到地下水较丰富地层，可伴随膨润土向料斗内加入聚合物或单独搅拌聚合物浆液。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：主管6内径大小是制浆泵出口管5内径的3倍；其中制浆泵出口管5的内径为φ50mm，主管6的内径为φ150mm。步骤C中所述的循环制浆过程持续6分钟。其它技术内容与实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：主管6内径大小是制浆泵出口管5内径的4倍；其中制浆泵出口管5的内径为φ50mm，主管6的内径为φ200mm。步骤C中所述的循环制浆过程持续10分钟。其它技术内容与实施例1相同。
Claims (9)
1.盾构制浆设备，该制浆设备整体安装于盾构机内部，包括循环箱（1）、制浆泵（2）、料斗（3）、存储箱（4），其特征在于：所述的制浆泵（2）入口管连接循环箱（1）的底部，制浆泵（2）的出口管（5）与主管（6）连接，主管（6）的内径大小是出口管（5）内径的2-4倍，出口管（5）的端部延伸入主管（6）内；所述料斗（3）的底端垂直连接主管（6），料斗（3）底端出口位于出口管（5）端部的右侧，在主管（6）内壁上位于料斗（3）底端出口的右侧设置钢环（13），钢环（13）的内径与出口管（5）的内径大小相等；所述主管（6）上设置支管I（9）和支管II（10），支管I（9）连接循环箱（1）的上部，支管II（10）连接存储箱（4）的顶部，在支管I（9）和支管II（10）上分别设置一个蝶阀（8）；所述的循环箱（1）、制浆泵（2）、料斗（3）通过管路连接形成一个循环制浆回路。
2.如权利要求1所述的盾构制浆设备，其特征在于：所述的料斗（3）包括储料部（31）、锥形部（32）、直管部（33），锥形部（32）的大端朝上并与储料部（31）底端的中心连接，锥形部（32）的小端连接直管部（33）的上端，直管部（33）的下端垂直连接主管（6）。
3.如权利要求1所述的盾构制浆设备，其特征在于：所述的制浆泵（2）为高速泵。
4.如权利要求1-3任一项所述的盾构制浆设备，其特征在于：所述的循环箱（1）内连通高压气管I（11），存储箱（4）内连通高压气管II（12）。
5.如权利要求4所述的盾构制浆设备，其特征在于：所述的主管（6）上设置减震喉（7）。
6.盾构制浆工艺，应用如权利要求5所述的制浆设备，其特征在于包括以下步骤：
A、经龙门吊将袋装膨润土从地面仓库吊到井下电瓶车上，由电瓶车运输到盾构机台车上；
B、向循环箱（1）内注入其体积三分之二的洁净水，按1 m³的水配100 kg的膨润土的配比向料斗（3）内添加膨润土；
C、启动制浆泵（2），关闭支管II（10）上的蝶阀（8），打开支管I（9）上的蝶阀（8），使循环箱（1）、制浆泵（2）、料斗（3）通过管路连接形成一个循环回路；制浆泵（2）高速旋转产生的高压水从出口管（5）进入主管（6）形成射流，高压水与料斗（3）下端的膨润土快速融合，由主管（6）、支管I（9）输送到循环箱（1），在制浆泵（2）的动力作用下实现高压循环制浆过程；
D、根据步骤C的循环过程，当泥浆的粘稠度达到要求后，关闭制浆泵（2）以及支管I（9）上的蝶阀与循环箱（1）出口管上的开关，使泥浆停留在循环箱（1）内；
E、待存储箱（4）内缺少泥浆液时，启动制浆泵（2），打开支管II（10）上的蝶阀与循环箱（1）出口管上的开关，通过制浆泵（2）的驱动作用将循环箱（1）内的泥浆输送到存储箱（4）内备用。
7.如权利要求6所述的盾构制浆工艺，其特征在于：步骤C中所述的循环制浆过程持续4-10分钟。
8.如权利要求6所述的盾构制浆工艺，其特征在于：所述的步骤D中，当泥浆停留在循环箱（1）时，通过高压气管I（11）向循环箱（1）内通入高压气体。
9.如权利要求6所述的盾构制浆工艺，其特征在于：所述的步骤E中，待制浆泵（2）停止输送后，通过高压管II（12）向存储箱（4）内通入高压气体。
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