CN109910170A - 智能小体积动态配浆方法及系统 - Google Patents

Abstract

智能小体积动态配浆方法及系统。用程控配浆:1)当检测配浆桶中液面低高位压力计失效，启动小体积配浆。2)检测返浆密度C0和桶内浆液剩余体积V0,及灌浆孔最后需要的浆液小体积V孔和密度C孔；计算桶内这次配浆需要的小体积Vx和设计密度Cx。3)控制Cx和C0误差,并可修正。4)用多次小体积配浆,达标后注浆,小体积退出。首先计算方法保证获得需要的密度和体积。控制密度误差,准确度高。用多次少量加浆和水方式，不仅准确度高,避免浆液量过度增加,造成浪费。灌浆孔密度检测仍用返浆密度计，方便准确测量密度。解决了仅有大体积程控配浆造成极大浪费、环境污染和清洗麻烦。又解决小体积密度和体积精配、检测和程控。小体积配浆系统即用智能灌浆循环回路系统。可用于水电站智能灌浆单元系统。

Description

智能小体积动态配浆方法及系统

技术领域

本发明智能小体积动态配浆方法及系统,涉及灌浆单元机系统的计算机编程控制方法。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)。

背景技术

配浆过程是将密度为1.82g/cc的水泥原浆加清水重新配置为一定密度水泥浆液的过程。中国发明专利申请公开了<智能无级配浆实现方法>(申请号201810529060.0)此专利提供了用计算机编程控制的灌浆系统中的配浆方法。此方法解决传统灌浆工艺中人工配浆质量不稳定、成本高、易造假，损害灌浆工程质量。解决现在有众多因素制约的状况下,实现了无级配浆的精确程控。这个配浆方法可称为智能配浆方法。

图1是实现这个智能配浆方法的灌浆循环回路之一。灌浆回路包括:配浆桶1从下方配浆出口1F由管路2顺次连接灌浆泵3、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8、返浆流量传感器9、调压阀10、有密度传感器的返浆密度桶4、最后由返浆密度桶上方顶臂排浆口4.1与配浆桶连通；形成使浆液流动的现有基本灌浆循环回路。

配浆桶1内由原浆1o和清水1w配制的配浆1s由配浆出口1F排出到灌浆孔6进行注浆,剩余的再循环由返浆密度桶4返回配浆桶1。所述<动态配浆>就是配浆桶内在进行配浆同时又在灌浆孔进行注浆、返浆。由于每个灌浆孔的注浆量是按水电站不同位置设计的水泥层高度而定,是变数,而配浆桶的大小也不能实现很多规格,因此,由上述专利<智能无级配浆实现方法>提供的程控的<智能动态配浆>过程中,当这个灌浆孔注入了整数n桶配浆漿液后,只需很少的一点浆液便可注满,例如:只需1/3桶浆液,如果仍按上述原程序配制一桶浆液(加水加浆),那在注浆后,配浆桶中剩余的2/3浆液用排污方法排除,是必造成极大的浪费、环境污染和清洗麻烦。

如果想控制配浆桶内只配入灌浆孔所需的1/3桶浆液,此时仍按上述原程序配制1/3浆液,则不可能实现:见图1,配浆密度的检测值是由高、低位压力传感器1C和1D的压差值而获得的(详见上述专利说明书),而现在液面下降(例如H1＝1/3H),此时高位压力传感器1C己测不到浆液压力,所以运行到这种动态配浆工况,再继续采用上述原程序智能配浆方法无法实现,必须开发新的智能动态配浆方法和系统。

发明内容

本发明提供的智能小体积动态配浆方法和系统.目的之一是解决完全用上述智能无级配浆实现方法,用在需小体积配浆时造成的极大浪费、环境污染和清洗麻烦。目的之二是解决小体积配浆的密度和体积精确配置、检测和程控。

技术方案如下

智能小体积动态配浆方法,具有浆液循环回路；其特征是,包括下列步骤:

1)确定是否启动小体积动态配浆

检测高位压力计和低位压力计是否失效，当高位压力计失效，而低位压力计有效时，进行小体积配浆；反之,高位压力计有效，低位压力计失效,小体积动态配浆自动退出。当然要进行小体积配浆,首先需保证高、低位压力计不能因自身损坏而失效。所述压力计即为压力传感器。

现有配浆桶内浆液密度C的测量方法。见图1,在配浆桶1内分别设有低位压力计1D和高位压力计1C，分别通过电信号线1Da、1Ca连接到微控制器11数据中心接口11d、11c,分别可测得浆液内低位压强P1和高位压强P2,其公式:P₁＝Cg(h₀+Δh)<公式1A> P₂＝Cg h₀。<公式1B>

浆液密度C＝(P₁-P₂)/gΔh….<公式1>,

见图1,上<公式1>中:Δh为高、低压力计高度差；h₀为低位压力计高；g为常数；.P1、P2是由数据中心检测得到的己知数，由此便可以计算出浆液密度C。所以在本步骤1)中,若要进行小体积动态配浆,必须是浆液液面低于高位压力计1的有效检测高度,即高位压力计1C失效状态,正常的大体积配浆浆液密度C按公式<1>不能测量获得,便启动小体积动态配浆。

2)确定配浆桶内进行小体积配浆的设计密度Cx和对应的配浆小体积Vx

确定Cx、Vx计算原理,符合下<公式2A>、<公式2C>:见图2

配浆桶内两种浆液体积V₀+V_x＝灌浆孔内需要实际注浆小体积V_孔 <公式2A>

V_x＝V_孔--V₀ <公式2B>

配浆桶内两种浆液质量M₀+M_x＝灌浆孔内需要实际注浆小体积质量M_孔 <公式2C>

C₀V0₊CxV_x＝C_孔V_孔 <公式2D>

<公式2B><公式2D>中

V₀、C₀—为配浆桶内返浆体积V₀和对应的返浆密度C₀。

V_孔、C_孔--灌浆孔还需要实际注浆小体积V_孔和孔中注浆密度C_孔,均为己知数据。(从大体积配浆程序中可以获得)一般C_孔＝C₀

从<公式2B><公式2D>中可以得出:要计算确定设计密度Cx和对应的配浆小体积Vx,首先要进行2.1)获取实时返浆密度C₀,同时检测配浆桶内返浆体积V₀。然后进行2.2)判别是否还进行小体积配浆？若此时V₀>V_孔,此时可将V₀直接注入孔内,不需要再配浆。最后进行2.3)按<公式2B><公式2D>确定Vx、Cx。

3)判断配浆设计密度Cx与返浆密度C₀的偏差范围C3是超标,并修正；

3.1)若Cx与C₀偏差范围预设值C3》0.01,若否,进行3.2》配浆；若是,进行3.3》修正<公式2B>、<公式2D>后再进行3.2)。

3.2)根据计算获得配浆设计密度Cx和配浆小体积Vx进行小体积配浆。

配浆过程是水泥原浆的稀释过程，水泥浆液属于悬浊液，其稀释过程服从以下公式：

V_水+V_浓浆＝Vx <公式3A>

C_水V_水+C_浓浆V_浓浆＝CxVx <公式3B>

联立解<公式3A>和<公式3B>,获得:

V_水＝Vx/1+R <公式3C>

V_浓浆＝Vx-V_水 <公式3D>

上式中:R＝V_浓浆/V_水；V_浓浆、V_水、Vx分别为浓浆、水和配浆小体积；

C_浓浆、C_水、Cx分别为浓浆、水和配浆密度。

C_浓浆＝1.82g/cc

C_水＝1.0g/cc

4)根据上述Cx和Vx,进行多次小体积配浆。

6)正常小体积注浆；灌浆孔浆液的密度检测方法,仍采用返浆桶内的测量返浆密度计；若这个灌浆孔完成进入7)。

7)小体积动态配浆退出。

上述步骤1)中可优选先检测高位压力计,后检测低位压力计。

上述步骤3)中密度偏差范围若大于等于0.01,可进行3.3)步可对公式进行修正以减小误差。即上述<公式2B><公式2D>中实际注浆体积V_孔可用计算注浆体积V_孔2替代,且

V_孔2＝V_孔+V0…<公式2F>。

即计算注浆体积V_孔2包括灌浆孔实际注浆小体积V_孔和配浆桶内浆液剩余体积V₀之和。

实现上述智能小体积动态配浆方法所需的配浆系统,其特征是

1)设有包括供浆阀门1A、供水阀门1B、高低位压力计、含数据中心和控制中心的微控制器11等的智能灌浆循环回路:后面结合附图详细说明。2)灌浆孔允许注浆总容积V6减去返浆体积V0再与配浆桶1总容积V1之比为N,即N＝(V6-V0)/V1；N不为整数,V0为常数。一般V0为14升。

本发明有益效果：

1.解决了现有智能配浆方法用于小体积动态配浆造成极大浪费、环境污染和清洗麻烦。解决了高位密度计失效无法精准配置少量浆液的问题。

2.由2.1)步,首先通过返浆密度C₀、返浆体积V₀以及灌浆孔需要量来确定小体积配浆的设计密度Cx和配浆体积Vx，保证了获得需要的密度和体积的浆液。由2.2)步,用检测的返浆体积V₀与孔内需求量比较,再次确定现在是否需进行小体积配浆,以免浪费。

3.由3)步,根据确定的设计密度Cx和返浆密度C₀比较,控制误差小于0.01,且当误差大时对需要浆液量修正。保证小体积配置浆液密度与返浆密度C₀(也是孔中浆液密度)误差最小,配置准确度高。

4.由4)步,根据确定的设计密度Cx和配浆体积Vx,采用多次小体积配浆。采用多次少量加浆和水方式，避免浆液量过度增加，所以配置的浆液密度与设定的浆液密度接近，配置准确度高。另一方面也避免配置的浆液过多，造成浪费。

5.采用小体积注浆时,灌浆孔浆液的密度检测方法,仍采用测量返浆桶内返浆密度计可以直接测量返浆密度，而返浆密度C₀接近配浆桶的出浆1S密度和孔内密度C_孔(1S见图1)，所以通过测量返浆密度计算配置浆液设计密度C_X，能够极方便又准确测量浆液密度。

附图说明

图1在灌浆回路中的智能小体积配浆系统示意图。

图2确定配浆小体积Vx和设计密度Cx原理示意图。

图3智能小体积配浆控制流程图。

具体实施方式

见图3,本实施例智能小体积动态配浆方法，包括以下步骤：

1.1)检测高位压力计1C是否失效？若否,进入7)退出小体积动态配浆；若是,进入1.2)。

1.2)检测低位压力计1D是否失效？若是,进入7)退出小体积动态配浆；若否,进入2.1)。

2.1)获取实时返浆密度C₀；同时检测配浆桶内浆液的剩余体积V₀后.,进入2.2)。

见图3,配浆桶1内浆液剩余体积V0,它的密度应该为返浆密度C₀。因为,见图1,配浆桶内浆液剩余体积V0均是从返浆桶4上方顶臂排浆口4.1排入配浆桶内的,因此,剩余体积V0的密度为返浆密度C₀。

2.2)判定小体积配浆是否还需要？若否,小体积动态配浆退出；若是,,进入2.3)。

由2.1)步获得了返浆密度C₀和对应的配浆桶内浆液剩余体积V₀,此时用体积V₀与灌浆孔内还需要的注浆体积V_孔相比较,,若V₀>V_孔,则不需要再进行小体积配浆,小体积动态配浆退出；反之,V₀<V_孔,,则还需要进行小体积动态配浆,进入2.3)步。

2.3)根据灌浆孔还需要注入的实际注浆小体积V_孔和注浆密度C_孔以及由2.1)获取的返浆密度C₀和配浆桶内浆液的剩余体积V₀；计算配浆小体积Vx和对应设计密度Cx:按前述公式<2B>和<2D>确定:其原理参见图2。

3.1)判断配浆设计密度Cx与返浆密度C₀的偏差范围是否大于等于预设值C3＝0.01,若否,直接进入3.2》；若是,先进行3.3)修正后,再进入3.2》。

3.2)根据配浆设计密度Cx和配浆体积Vx配置小体积浆液。按按前述<公式3A>、<公式3B>、<公式3C>、<公式3D>进行配置。

3.3)当Cx和C₀偏差范围C3大于等于0.01,则需要修正。即上述<公式2B><公式2D>中实际注浆体积V_孔可用计算注浆体积V_孔2替代,且

V_孔2＝V_孔+V₀…<公式2F>。

V₀+V_x(配浆桶内两种浆液体积)＝V_孔2＝V_孔+V₀ <公式2AF>

由<公式2AF>,获得Vx＝V_孔 <公式2BF>

设计密度Cx＝(V_孔2C_孔--V₀C₀)/Vx＝[(V_孔+V₀)C_孔--V₀C₀)]/V_孔 <公式2CF>

若一般孔内注浆密度C_孔＝返浆密度C₀,则<公式2CF>为:

Cx＝C_孔＝C₀ <公式2DF>

比较密度修正前后,即从<公式2B.>到<公式2D>,从<公式2BF.>到<公式2DF>,得出:要想减小设计密度Cx与返浆密度C₀误差,则可取配浆小体积Vx等于孔内需实际注浆小体积V_孔,并可获得Cx＝C_孔＝C₀。

4)进行多次小体积配浆；是指将需要配置的浆液Vx分成多次进行配置，每次加入少量的浆和水，通过多次的加入，使浆液的密度逐步的增加和改变，最终达到目标浆液密度Cx，防止一次性加入大量的浆液，而浆液密度没有达到符合的密度，浆液密度不好调整，继续调整后得到浆液的体积会超出需要的浆液体积，造成浆液的浪费。当需要10L浆液，本来一次就可以往里面注入，但这样配置浆液准确度下降，可以通过多次，比如5次，每次2L的方式，提高准确度。

5)检测配浆体积Vx和设计密度Cx是否达标？

6)若达标，进行正常小体积注浆。灌浆孔浆液的密度检测方法,仍采用返浆桶内的测量返浆密度计；若这个灌浆孔完成进入7)。

7)若这个灌浆孔正常小体积注浆完成,则小体积动态配浆退出。

为实现上述智能小体积动态配浆方法所需智能小体积动态配浆系统,结构参数如下:

1)见图1,设有智能灌浆循环回路,包括:顺次连接的配浆桶1、下方出口管路2、灌浆泵3、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8、返浆流量传感器9、调压阀10、有密度传感器的返浆密度桶4、最后由返浆密度桶上方顶臂排浆口4.1与配浆桶连通。

见图1,在向配浆桶内排放原浆1o和清水1w的管路中分.别装设供浆阀门1A、供水阀门1B,分别通过原浆和清水电信号1Aa、1Ba接微控制器11控制中心接口11a、11b。配浆桶1内分别设有低位压力计1D和高位压力计1C，分别通过电信号线1Da、1Ca连接到微控制器11数据中心接口11d、11c,用以分别测得浆液内低位压强P1和高位压强P2。

2)见图2,在智能动态配浆中,灌浆孔允许注浆总容积V6减去返浆密度桶4内常规剩余浆液体积V0再与配浆桶1允许配制浆液总容积V1之比为N,即N＝(V6-V0)/V1；N不为整数。其中返浆体积V0为常数,一般选V0＝14升。即是说,若需要进行智能小体积配浆,则配浆系统中的V6,V1,V0结构参数关系是满足公式中N不为整数。若N为整数则最后将返浆体积V0注入灌浆孔6内正好注满,则不需要进行智能小体积配浆。

Claims (5)

1.智能小体积动态配浆方法,具有浆液循环回路；其特征是,包括下列步骤:

.1)检测高位压力计和低位压力计是否失效，当高位压力计失效，而低位压力计有效时，进行小体积配浆；反之,高位压力计有效，低位压力计失效,小体积动态配浆自动退出；

2)确定配浆桶内需要的小体积配浆设计密度Cx和对应的配浆小体积Vx；

2.1)获取实时返浆密度C₀,同时检则配浆桶内返浆体积V0；

2.2)由配浆桶内返浆体积V0确定是否还需进行小体积配浆,若否,退出；若是,进行2.3)；

2.3)根据灌浆孔内还需要注入浆液的实际小体积V_孔和对应密度C_孔以及上述获取的返浆密度C₀和返浆体积V0；计算小体积浆液设计密度Cx和对应的配浆小体积Vx；按

Vx＝V_孔--V₀ <公式2B> C₀V₀+C_XVx＝C_孔V_孔 <公式2D>

3)判断配浆设计密度Cx与返浆密度C₀的偏差范围是超标,并修正；

3.1)判断Cx与C₀偏差范围是否大于等于0.01,若否,进行3.2)小体积配浆；若是,进行3.3)修正后再进行3.2)；

3.2)根据计算获得配浆设计密度Cx和配浆小体积Vx进行小体积配浆；

4》进行多次小体积配浆；

5).判断小体积配浆的体积Vx和设计密度Cx是否达标，若是,进行6)；若未达标,重复进行3.2)、4)和5),直到达标；

6)正常小体积注浆；灌浆孔浆液的密度检测方法,仍采用返浆桶内的测量密度计；若这个灌浆孔完成进入7)；

7)小体积动态配浆退出。

2.按权利要求1所述智能小体积动态配浆方法,其特征是所属步骤1)采用如下两步；1.1)检测高位压力计是否失效？若否,小体积动态配浆退出；若是,进入1.2)；1.2)检测低位压力计是否失效？若是,小体积动态配浆退出；若否,进入2.1)。

3.按权利要求1所述智能小体积动态配浆方法,其特征是步骤3.3)密度偏差范围大于等于0.01,上述<公式2B>、<公式2D>中V_孔用灌浆孔内需要注入的计算注浆小体积V_孔2替代；且V_孔2＝V_孔+V0。

4.实现权利要求1所述智能小体积动态配浆方法所需配浆系统,其特征是:

1)设有智能灌浆循环回路,包括:顺次连接的配浆桶、下方出口管路、灌浆泵、进浆流量传感器、灌浆孔、孔口压力传感器、抬动传感器、返浆流量传感器、调压阀、有密度传感器的返浆密度桶、最后由返浆密度桶上方顶臂排浆口与配浆桶连通；在向配浆桶内排放原浆和清水的管路中,分别装设供浆阀门、供水阀门,分别通过电信号线接微控制器控制中心接口；配浆桶内分别设有低位压力计和高位压力计，分别通过电信号线连接到微控制器数据中心接口；2)灌浆孔允许注浆总容积V6减去返浆密度桶内返浆体积V0再与配浆桶允许配制浆液总容积V1之比为N,即N＝(V6-V0)/V1；N不为整数,其中返浆体积V0为常数。

5.按权利要求1所述智能小体积动态配浆系统,其特征是:返浆体积V0为14升。