CN108755690B - 智能灌浆单元过压保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

智能灌浆单元过压保护方法及系统,在现有灌浆回路中；设微控制器至少接收孔口压力传感器信号,并预设设定压力F0、报警压力F2。孔口管路处设智能圧力开关,预设报警压力F3。可进行压力预警、快速泄压和压力报警:检测压力变化率,可未达预警压力前提前泄圧；快速泄压标志被置位后，直接进行泄压；检测迖报警压力F2,程控阀门全打开降压；智能圧力开关达报警压力F3切断电源停泵。灌浆泵出口装安全阀,用于管路堵塞、微控器无法检测等排除过压；且管路保护范围大,安装方便。本发明为软硬件结合、单独硬件的全方位自动过压保护,不仅解决了现有灌浆炸管带来的停工及人身安全；且为实现<一键灌浆，无需人参与>的全自动灌浆工艺提供了安全的运转保证。可用于智能灌浆和无人全自动智能灌浆系统。

Description

智能灌浆单元过压保护方法及系统

(一)技术领域：本发明智能灌浆单元过压保护方法及系统,涉及灌浆单元机系统的硬件和软件均有的过压控制方法。用于水电站灌浆工程中的工程计量和质量监控。属容量、流量测量类(G01F)。

(二)背景技术：

灌浆是水利水电工程的一项基础处理工程，是地基加固和防渗处理的重要手段。灌浆是指以一定的压力将水泥、砂浆等物质灌入电站水坝的堤岸、地基等岩石缝隙中，以提高岩石性能，起加固和防渗的效果。在灌浆过程中，浆液需要以一定的压力灌入岩石缝隙中，根据灌浆部位以及岩石参数等的不同，灌浆压力在0MPa到8MPa之间变化。

在传统灌浆过程中灌浆管路在这种压力作用下常常容易出现的炸管现象, 不仅造成停工,且危及人身安全。

中国专利申请<智能灌浆工艺方法及系统>提供一种全方位自动化、智能化的灌浆工艺。实现一键灌浆，无需人为参与。该专利申请中还提供了实现上述智能化灌浆工艺方法所需的工艺系统,它包括:在各处灌浆现场设一台及以上的智能灌浆单元机；设一台中央服务器以及分别设在两者中的专家系统。其中的智能灌浆单元为实现<一键灌浆，无需人为参与>,则是将传统灌浆中的人工配浆、灌浆、清洗过程进行全面智能化。而这种全智能化的装备中必须要采用与之配套的防炸管等的全自动过压保护,以保证全自动智能灌浆单元运转的安全性。

(三)发明内容

本发明提供的智能灌浆单元过压保护方法及系统,目的是解决传统灌浆系统常常出现的过压炸管现象,不仅造成停工,且危及人身安全的问题。且使本发明将实现的全自动的防炸管过压保护,与全自动智能灌浆工艺相配套。

技术方案如下

智能灌浆单元过压保护方法,包括浆液流动的灌浆管路；其特征是,过压保护方法包括下列步骤:

一、在现有灌浆管路中配置过压保护系统:

1)在孔口压力传感器7旁装设智能数字压力开关8,智能数字压力开关控制信号线8a接灌浆泵3供电控制回路3B中。2)在灌浆泵出口端3.1处增设安全阀3A；安全阀安装在灌浆泵的出口处,装设三通3.2.三通上通口装稳压罐 3.5和其上的泵头压力表3.3,三通后通口装与灌浆循环回路连通的侧管道 3.4,安全阀3A直接套装在侧管道入口处。3)系统中设可编程的微控制器12；各传感器电信号线接微控制器输入口；调压阀11的控制信号线接微控制器执行电路输出口。

二、启动灌浆前,现场人员在微控制器上设置设定压力F0、报警压力F2；在智能压力开关上设置报警压力F3；在安全阀上设置安全阀泄压压力F4,并将安全阀的安全销3A3插入。

三、微控制器按过压保护程序进行控制,其步骤如下:

1)检查设定压力F0值,保证设定压力大于等于系统最小允许压力。2)计算触发压力预警值F1；F1值取1.2倍设定压力。3)判别孔口压力F7是否等于大于F1；若是,进行过压保护步骤4)；若否,进行过压保护步骤6)。4)置位快速泄压标志。5)估算下一次压力F7是否等于F1；若是,进行过压保护步骤4)；若否,进行过压保护步骤7)。6)判定是否有预警标志；若是,进行过压保护步骤5)；若否, 进行过压保护步骤7)。7)判定是否有快速泄压标志；若是,进行过压保护步骤 8)；若否,进行过压保护步骤16)不触发压力预警状态。8)判别过压保护程序执行次数是否为0；若是,进行过压保护步骤9)；若否,进行过压保护步骤11)。9) 初始化快速恢复压力程序变量及状态。10)记录当前调压阀位置。11)孔口压力达到报警压力F2＝1.3F0，触发压力预警状态。12)判定调压阀是否为高速挡位；若是,进行过压保护步骤14)；若否,进行过压保护步骤13)。13)设定调压阀速度为高速挡。14)开调压阀。15)记录过压保护程序执行次数。16)不触发压力报訾状态。17)判定过压保护程序执行次数是否不为0；若是,进行过压保护步骤18)；若否,过压保护步骤结束。18)清零执行过压保序执行次数；计算调压阀开阀步数,置位快速恢复压力标志。

上述过压保护过程中微控制器同时检测压力变化率,其检测步骤如下:

1.>判断是否有过压预警标志：若有,进行检测步骤2>；若没有,进行检测步骤4>。2>判断压力控制任务是否响应过压预警:若是,进行检测步骤3>；若不是,进行检测步骤4>。3>清除压力控制任务响应标志,清除过压预警标志,清除过压预警计数。4>计算压力变化斜率。5>判断压力变化是否超过预警值；若是,进行检测步骤6>若不是,进行检测步骤7>。6>压力超过预警值次数累加。7>压力超过预警值次数置0。8>判断次数是否大于37；若是,进行检测步骤9>；若不是,检测步骤结束。9>置位过压预警标志；保存当前压力变化率。

上述现场人员在微控制器中设置压力可为如下:设定压力F0＝0-8MPa；在智能压力开关上设置报警压力F3＝1.4F0，安全阀上设置安全阀泄压压力 F4＝1.5F0。

上述智能灌浆单元过压保护方法所需配置的智能灌浆单元过压保护系统, 与保护方法步骤<一.在现有灌浆管路中配置过压保护系统>完全相同,这里不再重复描述。

本发明有益效果：

1)本发明过压保护的策略是软件程控选择三个压力阶段进行保护:压力预警、快速泄压和压力报警:①压力预警:首先微控制器通过孔口压力传感器检测灌浆孔孔内压力F7在设定压力F0和预警压力F1之间,并实时监测压力变化率(见微控制器检测压力变化率,即图7中九个步骤),若达到预警条件,系统提前执行泄压操作[见图6步骤7)-8)]。②快速泄压:当快速泄压标志被置位后，直接进行泄压[见图6步骤7)]。③压力报警:当检测压力迖到报警压力 F3时，控制信号线8a断开灌浆泵供电控制回路，从而切断灌浆泵电源，达到停泵的目的(见图1、图5)。④压力设置关系：F1＝1.2F0、F2＝1.3F0、 F3＝1.4F0、F4＝1.5F0,这种压力关系能有效的在各个阶段对系统进行保护。智能数字压力开关设置值F3大于微控制器输入压力F2，是因为过压发生时往往是一瞬间的事情，开阀的动作无法在瞬间完成，所以需要智能数字压力开关进行硬件保护。因灌浆过程中不允许随意停泵，所以能通过开阀泄压时，尽量不停泵，设F3大于F2就达到此目的。2)安全阀单件硬件保护: 当灌浆过程中，出现管路堵塞、传感器故障、传感器所使用油杯堵塞时，微控制器无法检测到管路压力时，软、硬件结合的保护无法起到保护作用，此时可依靠安全阀单独作用便可对过压进行保护。安全阀结构及过压冲断已插入的安全销,进行泄压过程,见后页对图描述。3)安全阀安装位置及结构优点如下:首先是直观、安装方便,快捷。见图1,因为安装在灌浆泵出口处,直接测泵出口压力,可以保护从泵出口至调压阀11间的管路过压,保护范围大。见图2,图3,安全销3A4按不同类型安全阀和不同插孔有不同的压力保护值,可适应很大保护范围。

综上所述,本发明用程控软件和硬件相结合方式不仅实现三个阶段的程控全自动过压保护,且能实现过压对灌浆泵切断电源停机保护。同时用安全阀解决了微控制器无法检测时的过压保护。因此是全方位全功能的防过压炸管保护方法。

(四)附图说明

图1配置的过压保护系统总布置图。

图2安全阀3A正剖视图。(Z-X面)

图3为图1的A-A剖面图。(Y-X面)

图4为图1中智能数字压力开关安装后外形立体图。

图5灌浆泵供电控制电路3B示意图。

图6微控制器过压保护流程图。

图7微控制器过压保护中压力变化率检测流程图。

(五)具体实施方式

见图1,本实施例智能灌浆单元过压保护方法,首先这个保护方法是在现有的如下灌浆回路中实现:由管路2顺次连接的配浆罐1、灌浆泵3、分流阀 4m、进浆流量传感器5、灌浆孔6、孔口压力传感器7、抬动传感器9、返浆流量传感器10、调压阀11、密度传感器4的返浆密度桶、最后由上方入口连通配浆罐；形成使浆液流动的现有灌浆循环回路。

本实施例智能灌浆单元过压保护方法,包括下列步骤:

一、在上述现有灌浆回路中配置过压保护系统:

见图1,在孔口压力传感器7旁装设智能数字压力开关8,本实施例可用于报警压力F3＝1.4F0时,控制灌浆泵断电停转。见图4,智能数字压力开关 8是一种数字压力开关,功能是将管道中浆液压力转换为电信号控制灌浆泵电源的开断。它是市售产品,这里不再详述内部结构。本实施例选择型号为HPC-1000。见图1,智能数字压力开关控制信号线8a接灌浆泵3供电控制回路3B中。

见图5,灌浆泵供电控制回路3B如下组成:主回路:市电(380V三相交流电)3B0输入,顺次连接供电断路器3B1、第一交流接触器3B₂、并联的软启动器3B3和第二交流接触器3B4、灌浆泵断路器3B5,最后接灌浆泵3。控制回路:第二交流接触器3B4线圈3B₄1电路中串接继电器3C,继电器线圈3C1电路中串接智能压力开关控制信号线8a。当智能压力数字开关检测达报警压力,控制信号线8a断开,继电器线圈3C1失电,继电器3C断开,第二交流接触器3B4线圈3B₄1断电,主回路第二交流接触器3B4断开,因第一交流接触器3B₂、灌浆泵断路器3B5为常闭触点,由此灌浆泵电源切断停泵。

见图1,在灌浆泵出口端3.1处增设安全阀3A,用于管路堵塞、微控制器无法检测等状况的过压保护。安全阀安装位置及结构:在灌浆泵3的出口 3.1处(也称泵头3.1),其上装三通3.2,三通上通口装设稳压罐3.5和泵头压力表3.3,三通后通口装与灌浆循环回路连通的侧管道3.4,安全阀3A直接套装在侧管道入口处。见图2,图3,安全阀3A包括阀体3A1、顶杆3A2、限位体3A3、安全销3A4、旋转销3A₅、溢流管3A6等。安全阀是市售产品, 这里不再详述。通过阀体3A1串联于排浆管路3.4上，当进浆管路内压力大于安全阀设定压力F4时,见图2,顶杆3A2向上移动，推动限位体3A3，限位体围绕旋转销3A₅转动(见图2中虚线)，剪断安全销3A4，溢流通道打开，浆液通过溢流管3A6流出(见图3)，从侧管道3.4处泄压，也就是循环回路中进浆管道泄圧,达到安全保护目的。

见图1,系统中设可编程的微控制器12；进浆流量传感器5、孔口压力传感器7、返浆流量传感器10、抬动传感器9各传感器电信号线5a、7a、 10a、8a均接微控制器输入口。调压阀11的控制信号线11a接微控制器执行电路输出口12.11。

二、启动灌浆前,现场人员在微控制器上设置本实施例设定压力 F0＝6MPa、报警压力F2＝1.3×6＝7.8MPa；在智能压力开关上设置报警压力F3＝1.4×6＝8.4MPa；在安全阀上设置安全阀泄压压力F4＝1.5×6＝9MPa,并将安全阀的安全销3A3插入。

三、微控制器按过压保护程序进行控制,其步骤如下:见图6

1)检查设定压力F0＝6MPa值,保证设定压力大于等于系统最小允许压力。2) 计定算触发压力预警压力值F1＝1.2×6＝7.2MPa；F1值取1.2倍设压力。3)判别孔口压力F7是否等于大于F1；若是,进行过压保护步骤4)；若否,进行过压保护步骤6)；孔口压力F7是由孔口压力传感器7检测数值。4)置位快速泄压标志。5)估算下一次压力F7是否等于F1；若是,进行过压保护步骤4)；若否,进行过压保护步骤7)。6)判定是否设预警标志；若是,进行过压保护步骤5)；若否,进行过压保护步骤7)。7)判定是否有置快速泄压标志；若是,进行过压保护步骤 8)；若否,进行过压保护步骤16)不触发压力预警状态。8)判别过压保护程序执行次数是否为0；若是,进行过压保护步骤9)；若否,进行过压保护步骤11)。9) 初始化快速恢复压力程序变量及状态。10)记录当前调压阀位置。11)孔口压力达到报警压力F2,触发压力预警状态。12)判定调压阀是否为高速挡位；若是, 进行过压保护步骤14)；若否,进行过压保护步骤13)。13)设定调压阀速度为高速挡。14)打开调压阀。15)记录过压保护程序执行次数。16)不触发压力报警状态。17)判定过压保护程序执行次数是否不为0；若是,进行过压保护步骤18)；若否,过压保护步骤结束。18)清零执行过压保序执行次数；计算调压阀开阀步数,置位快速恢复压力标志。

上述过压保护过程中同时微控制器检测压力变化率,其步骤如下:见图7 1>判断是否有过压预警标志：若有,进行检测步骤2>；若没有,进行检测步骤4>。2>判断压力控制任务是否响应过压预警:若是,进行检测步骤3>；若不是,进行检测步骤4>。3> 清除压力控制任务响应标志,清除过压预警标志,清除过压预警计数。4>计算压力变化斜率。5>判断压力变化是否超过预警值；若是,进行检测步骤6>若不是,进行检测步骤7>。6>压力超过预警值次数累加。7>压力超过预警值次数置0。8>判断次数是否大于37；若是,进行检测步骤9>；若不是,检测步骤结束。9>置位过压预警标志；保存当前压力变化率。

本实施例智能灌浆单元过压保护方法所需配置的智能灌浆单元过压保护系统,与上述<智能灌浆单元过压保护方法><一、在上述现有灌浆回路中配置过压保护系统:>描述完全相同,这里不再重复描述。

Claims (3)

1.智能灌浆单元过压保护方法,包括浆液流动的灌浆管路；其特征是,过压保护方法包括下列步骤:

一、在现有灌浆管路中配置过压保护系统:

1)在孔口压力传感器(7)旁装设智能数字压力开关(8),智能数字压力开关控制信号线(8a)接灌浆泵(3)供电控制回路(3B)中；

2)在灌浆泵出口端(3.1)处增设安全阀(3A)；安全阀安装在灌浆泵的出口处,装设三通(3.2)、三通上通口装稳压罐(3.5)和其上的泵头压力表(3.3),三通后通口装与灌浆循环回路连通的侧管道(3.4),安全阀直接套装在侧管道入口处；

3)系统中设可编程的微控制器(12)；各传感器电信号线接微控制器输入口；调压阀(11)的控制信号线接微控制器执行电路输出口；

二、启动灌浆前,现场人员在微控制器上设置设定压力F0、报警压力F2；在智能压力开关上设置报警压力F3；在安全阀上设置安全阀泄压压力F4,并将安全阀的安全销(3A4)插入；

三、微控制器按过压保护程序进行控制,其步骤如下:

1)检查设定压力F0值,保证设定压力大于等于系统最小允许压力；

2)计算触发压力预警值F1；F1值取1.2倍设定压力；

3)判别孔口压力F7是否等于大于F1；若是,进行过压保护步骤4)；若否,进行过压保护步骤6)；

4)置位快速泄压标志；

5)估算下一次压力F7是否等于F1；若是,进行过压保护步骤4)；若否,进行过压保护步骤7)；

6)判定是否有预警标志；若是,进行过压保护步骤5)；若否,进行过压保护步骤7)；

7)判定是否有快速泄压标志；若是,进行过压保护步骤8)；若否,进行过压保护步骤16)不触发压力预警状态；

8)判别过压保护程序执行次数是否为0；若是,进行过压保护步骤9)；若否,进行过压保护步骤11)；

9)初始化快速恢复压力程序变量及状态；

10)记录当前调压阀位置；

11)孔口压力达到报警压力F2＝1.3F0，触发压力预警状态；

12)判定调压阀是否为高速挡位；若是,进行过压保护步骤14)；若否,进行过压保护步骤13)；

13)设定调压阀速度为高速挡；

14)开调压阀；

15)记录过压保护程序执行次数；

16)不触发压力报警状态；

17)判定过压保护程序执行次数是否不为0；若是,进行过压保护步骤18)；若否,过压保护步骤结束；

18)清零执行过压保序执行次数；计算调压阀开阀步数,置位快速恢复压力标志；

上述过压保护程序开始时,微控制器同时检测压力变化率,其检测步骤如下:

1>判断是否有过压预警标志：若有,进行检测步骤2>；若没有,进行检测步骤4>；

2>判断压力控制任务是否响应过压预警:若是,进行检测步骤3>；若不是,进行检测步骤4>；

3>清除压力控制任务响应标志,清除过压预警标志,清除过压预警计数；

4>计算压力变化斜率；

5>判断压力变化是否超过预警值；若是,进行检测步骤6>若不是,进行检测步骤7>；

6>压力超过预警值次数累加；

7>压力超过预警值次数置0；

8>判断次数是否大于37；若是,进行检测步骤9>；若不是,检测步骤结束；

9>置位过压预警标志；保存当前压力变化率。

2.按权利要求1所述智能灌浆单元过压保护方法,其特征是

在微控制器中设置设定压力F0＝0-8MPa；在智能压力开关上设置报警压力F3＝1.4F0，安全阀上设置安全阀泄压压力F4＝1.5F0。

3.一种智能灌浆单元过压保护系统,其特征是按权利要求1所述智能灌浆单元过压保护方法进行配置的系统。

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