CN111485895B - 一种油脂参数实时检测系统及在盾尾密封监测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种油脂参数实时检测系统及在盾尾密封监测中的应用。针对盾构机尾部油脂腔密封性的检测问题，本发明提供了一种能够实时检测油脂电阻率和压力状况的系统。所述检测系统包括检测器主体、电压测量结构、电流测量结构与压力传感器。所述壳体表面具有通孔，可使油脂流入及流出，还包括压力检测及电压、电流检测装置。为了适应盾构油脂腔中的工作环境，本发明针对该检测系统的结构设置进行了深入研究，采用双层壳体内部填充环氧树脂，在市场现有设备系统不充分的基础上，综合考量了盾构现场的施工安全与技术要求，设计了该电阻率测量装置及油脂监测系统，满足盾构施工的长期作业使用。
Description
技术领域
本发明属于盾构机尾部密封性监测技术领域，具体涉及一种油脂参数实时检测系统，以及该检测系统在盾构机尾部油脂腔密封性能监测中的应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
盾尾油脂腔参数的实时监测对于保证盾尾密封性及整个盾构施工的安全性都有至关重要的作用，目前在油脂腔内主要进行压力监测，但压力监测对于盾构油脂腔内漏水漏浆的检验还存在极大的限制。其主要原因在于：油脂腔内水与浆液的混入及时补充了缺失的油脂部分的压力，无法仅通过压力看出漏浆漏水现象。
由于盾构机处于运动状态，油脂、盾尾刷、盾壳与管片处于一种动态移动的过程，盾尾油脂腔内油脂时刻处于变化中，而油脂涉及的盾尾密封对于整个盾构施工安全都有极为重要的意义，现有市场上的设备与系统无法实现对盾尾油脂腔内油脂的实时监测，常规方案难以满足工程实际要求。
目前现有的电阻率及压力测试传感器接头防水性能较差，且极易在外部较大压力下发生破坏。盾构油脂腔内可能存在富水环境，且接头极易受到油脂腔内较大压力的作用从而失效，因此无法满足使用要求。
发明内容
针对盾尾油脂腔密封性的检测问题，本发明在进行压力检测的同时，增加了对油脂电阻率参数的检测，通过压力和电阻率的变化同时监测盾尾油脂腔的密封性能。进一步的，为了实现在油脂腔的富水环境中能够实现稳定的检测效果，本发明针对该油脂电阻率、压力检测装置的设置和构造进行了深入研究，提供了一种油脂参数实时检测系统，该系统尤其适用于盾构机尾部油脂腔中，能够更加准确的指示盾构机尾部密封情况。
针对上述技术效果，本发明提供以下技术方案：
本发明第一方面，提供一种油脂参数实时检测系统，所述检测系统包括检测器主体、压力传感器、电压测量系统与电流测量系统；
所述检测器主体为长方体，由内外两层壳体及两端帽构成，所述内外壳体均为长方形筒体，通过两端帽封堵筒体的开口；
所述壳体其中一组相对的长方形表面具有贯通检测器主体的通孔，用于使油脂能够流入及流出壳体；两端帽同样设置贯通检测器主体的通孔，用于接入导电棒、压力传感器导线及电流探针；
所述压力传感器设置于内层壳体内壁，通过压力传感器导线输出壳体内油脂的压力信号；
所述电压测量系统通过导电棒外接电压检测装置对壳体内油脂的电压进行读取；
所述电流测量系统通过电流探针外接电流检测装置对壳体内油脂的电流进行读取。
采用油脂对腔体进行密封是机械装置中的常见做法，在大型机械中，对油脂腔内的油脂状况进行密切监测对于维护装置的正常运行有着重要的意义。本发明提供的油脂参数实时检测系统，能够同时检测腔体内油脂的压力和电阻率信号，也可以根据需要只检测压力信号，使用方便。目前绝大多数盾构机采用在钢丝刷之间填充密封油脂的方式对盾尾进行密封在盾构掘进时,通过注脂系统向盾尾钢丝刷之间注入油脂,借助油脂的挤压力填充密封钢丝刷内部及钢丝刷间的空隙，增强钢丝刷的密封性能，从而使盾尾形成一道牢固的密封层，防止泥水和土砂渗入。所述油脂参数实时检测系统应用于盾尾油脂腔的密封性检测，设置于油脂腔内壁，可以有效地保护盾尾，保证盾构机的顺利推进，降低泥水和砂浆对盾尾钢结构的磨损。
本发明第二方面，提供第一方面所述油脂参数实时检测系统在盾构机尾部密封性监测中的应用。
所述油脂参数实时检测系统可同时检测油脂电阻率及压力，通过测得被测油脂的电流值I，内部壳体的横截面积为A，电压测量系统测量被测油脂长轴方向距离为k，根据电阻率公式
即可得出被测油脂的电阻率数值。对绝对纯度的油脂电阻率进行测量，可得出一个标准电阻率数值，将此数值与被测油脂的电阻率数值进行对比，即可定性分析被测油脂中是否掺入浆液或地下水，再通过油脂压力传感器的压力数据进行辅助分析，即可更加精确的得出油脂中混入其他掺物的情况。
本发明第三方面，提供一种盾构机，所述盾构机油脂腔内壁设置第一方面所述油脂参数实时检测系统。
本发明第四方面，提供一种适用于盾构环境的油脂监测系统，所述油脂监测系统包括将第一方面所述油脂参数实时检测系统设置于盾尾钢丝刷及盾壳位置。
以上一个或多个技术方案的有益效果如下：
所述油脂参数实时检测系统是在充分考虑地下作业环境恶劣的情况下，设计出了一套特别适用于盾构油脂腔内的油脂电阻率及压力测定装置，并且综合考量了油脂电阻率及压力测量装置的实用性及接头防护要求，设计了防护套衬层，并将压力传感器与电阻率测量装置结合在一起，满足了盾构施工的实用要求与防护目的，将上述装置与外部反馈系统与控制系统相联系，实现整个参数监测的自动化与智能化。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书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。
图1为实施例1中所述油脂参数实时检测系统中检测器主体结构示意图；
图2为实施例1中所述油脂参数实时检测系统结构示意图；
图3为实施例1中所述油脂参数实时检测系统应用于盾尾方式示意图；
图4为实施例2中所述油脂检测系统结构示意图；
图5为实施例1中所述油脂参数实时监测系统中检测器主体两端导电端帽示意图；
图1-图5中，所述1：检测器主体；2：环氧树脂灌入口；3：压力传感器导线接入口a；4：导电铜棒接入口a；5：电流接头接入口a；6：油脂流入与流出口；7：压力传感器导线接入口b；8：导电铜棒接入口b；9：右侧导电端帽；10 内层壳体；11外层壳体；12：左侧导电端帽；13：压力传感器；14:导电铜棒；15：电流探针；16：压力反馈系统；17：电压表；18：电流表；19：电源；20：盾壳；21：油脂注入后管；22：油脂注入前管；23：油脂输入端压力传感器；24：水、浆液压力传感器；25：同步注浆浆液；26盾尾钢丝刷；27：盾尾管片；28：压力控制系统；29：前腔油脂送达；30：后腔油脂送达；31：油脂；32：油脂泵； 33：油脂后腔；34：油脂前腔。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，针对现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种油脂参数实时检测系统及在盾尾密封监测中的应用。
本发明第一方面，提供一种油脂参数实时检测系统，所述检测系统包括检测器主体、压力传感器、电压测量系统与电流测量系统；
所述检测器主体为长方体，由内外两层壳体及两端帽构成，所述内外壳体均为长方形筒体，通过端帽分别封堵筒体的开口；
所述壳体其中一组相对的长方形表面具有贯通检测器主体的通孔，用于使油脂能够流入及流出壳体；两端帽同样设置贯通检测器主体的通孔，用于接入导电棒、压力传感器导线及电流探针；
所述压力传感器设置于内层壳体内壁，通过压力传感器导线输出壳体内油脂的压力信号；
所述电压测量系统通过导电棒外接电压检测装置对壳体内油脂的电压进行读取；
所述电流测量系统通过电流探针外接电流检测装置对壳体内油脂的电流进行读取。
优选的，所述内层壳体与外层壳体之间填充环氧树脂。
进一步优选的，所述外层壳体具有环氧树脂的注入孔，环氧树脂通过该孔注入到内层壳体与外层壳体的腔体之间，从而起到保护导线接头的作用。
在一些具体的实施方式中，在注入环氧树脂前，选择尺寸略小于通孔的管具，并将其贯通壳体，待环氧树脂填充完内外腔空间后，再将其拔出以保留通孔。
优选的，所述内层壳体为PVC材料
优选的，所述外层壳体为不锈钢材料。
优选的，所述端帽为导电材料；进一步的，为铜或其他导电材料。
优选的，所述电压检测装置包括两根导电铜棒、电压表及导线，两根导电铜棒通过导线从端帽的通孔伸入油脂中，与检测器主体外侧的电压表形成回路。
优选的，所述电流检测装置包括电流表、导线及电流探针。
优选的，所述内外层壳体的中心轴线一致。
优选的，所述导电铜棒放置于检测器主体长轴中心线位置，铜棒中心线与长轴中心线重合。
优选的，所述导电棒、压力传感器导线及电流探针的导线采用环氧树脂包裹层，充分保护导线免受油压破坏或受地下水侵蚀。
优选的，所述压力传感器为防水压力传感器。
本发明第二方面，提供第一方面所述油脂参数实时检测系统在盾构机尾部密封性监测中的应用。
本发明第三方面，提供一种盾构机，所述盾构机油脂腔内壁设置第一方面所述油脂参数实时检测系统。
本发明第四方面，提供一种适用于盾构环境的油脂监测系统，所述油脂监测系统包括将第一方面所述油脂参数实时检测系统设置于盾尾钢丝刷及盾壳位置。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例中，提供一种油脂参数实时检测系统，所述检测系统包括检测器主体1、压力传感器13、电压测量系统与电流测量系统。所述检测器主体结构如图1 所示，所述检测器主体1为长方体，由内外两层壳体及右侧导电端帽9与左侧导电端帽12构成，内层壳体10及外层壳体11，所述内外壳体均为长方形筒体，通过端帽分别封堵筒体的开口，所述内层壳体为PVC材料，所述外层壳体为不锈钢材料。内层壳体10按外层壳体11比例为数值0.8进行缩小，两壳体上下两个表面中心各开一个大小相同的油脂流入与流出口6，用于使油脂能够流入及流出。四个开口轴线保持一致，能够实现油脂的贯通，达到油脂随时进入腔体与流出检测器主体腔体的作用，从而实现油脂的实时监测。
图1中，右侧导电端帽9与左侧导电端帽12为导电材料制成，在右侧导电端帽 9与左侧导电端帽12上各开一个足够小的压力传感器导线接入口3、7，从而容纳压力传感器13导线的接出，在右侧导电端帽9上开一个电流接头接入口5，仅容纳电流探针15的进入，在外部腔体靠近边缘一侧的下表面上，均匀切割三个环氧树脂灌入口2，供环氧树脂的灌入，环氧树脂的灌入以保护导线接头免受压力与水、浆液的侵蚀。在左右端帽上同时预留出可供导电铜棒14进入的孔洞。
所述油脂参数实时检测系统结构如图2所示，本实施例中还提供一种安装方式如下：
1)根据图1所示，施工出封闭的内层壳体10与外层壳体11，并按图示要求打好预定孔洞，但内外壳体的上表面暂且不紧密安装在壳体上。
2)将两个压力传感器13放入内层壳体10中，固定于内壁，并将压力传感器13的导线通过图1 压力传感器导线接入口3、7伸出，并接入到外部的压力反馈系统16 中去。
3)电流探针15放在内层壳体10中，将电流探针15与导线接好，将导线通过图1 中端帽上电流接头接入口5与外部电源19和电流表18相连接，另一侧导线一端与左侧导电端帽12相连接，另一端与电源19和电流表18相连接。
4)将两根导电铜棒14放在内层壳体10中，导电铜棒14与导线接好，将导线通过图1中端帽上导电铜棒接入口4、8与外部电压表17相连接。
5)安装好内层壳体10、外层壳体11的上表面封盖，并用电焊将接缝焊接完毕，在注入环氧树脂前，在比上下表面上开口尺寸略小的PVC管表面抹上润滑油，并将其贯通上下表面，将环氧树脂从图1中预设的三个开口2向外壳体11内灌入环氧树脂，待环氧树脂填充完内外腔之间的空间并封堵完三个环氧树脂灌入口2后，加入胺类固化剂，使其凝固硬化，待环氧树脂常温下24h凝固完毕后，再用刀具小心沿PVC管边缘将其从环氧树脂中拔出。
6)所述油脂参数实时检测系统应用于盾尾方式如图3所示，将检测器主体1用电焊焊接在盾尾刷26的钢板及盾壳20位置，在油脂注入前管22与注入后管21向油脂前腔34与油脂后腔33注入油脂后，油脂前腔34与油脂后腔33中油脂由于受到压力的作用从上述内层壳体10、外层壳体11中上表面孔洞挤入，并从下表面孔洞流出，从而实现油脂的循环流动监测。
实施例2
本实施例中，提供一种适用于盾构环境的油脂监测系统，结构如图4所示，包括所述油脂参数实时检测系统的检测器主体1、浆液和水压力传感器24、油脂泵32、油脂输送系统(油脂注入后管21、油脂注入前管22、前腔油脂送达29、后腔油脂送达30)、压力反馈系统16与压力控制系统28和油脂输入端压力传感器23。检测器主体1放置于盾尾刷26钢板上所示位置及盾壳20所示位置，水、浆液压力传感器24位于同步注浆管管口位置，油脂输入端压力传感23器位于油脂输入管口位置，水、浆液压力传感器24和油脂输入端压力传感器23同样通过防水导线与压力反馈系统16相连接，压力反馈系统16、压力控制系统28通过传输信号电缆相连接，油脂泵32连接油脂注入前管22与油脂注入后管21，油脂注入前管22与油脂前腔34相连，油脂注入后管21与油脂后腔33相连。
根据实施例将盾构环境的油脂监测系统的运作方式介绍如下：
1)随着盾构机向前运动，由油脂泵32通过油脂注入前管22与油脂注入后管 21向油脂前腔34与油脂后腔33注入油脂，油脂输入端压力传感器23开始监测油脂输入到油脂后腔33、油脂前腔34内的压力的大小，同时注浆管向管片与上部岩体之间注入浆液，注浆管管口水、浆液压力传感器24开始测定流出的浆液与水压力的大小。
2)随着油脂越来越多流入油脂后腔33、油脂前腔34内，油脂开始从内层壳体10与外部壳体11上部开口流入内层壳体，并从下部开口流出，电源19开始通电，电压表17、电流表18与压力传感器13开始工作，并在外部反馈系统16中显示具体数值。
3)若油脂压力传感器13反馈回来的压力数值不在油脂后腔33、油脂前腔34 内充满单一油脂所测得的油脂压力范围内，且测得的油脂电阻率与油脂后腔33、油脂前腔34内充满单一油脂所测得的油脂电阻率差别很大，则证明可能存在漏浆漏水现象。
4)若存在漏浆漏水现象，则通过压力反馈系统16可以看出，若漏水漏浆不甚严重，可以通过压力控制系统28控制油脂泵32，加大油脂注入油脂后腔33、油脂前腔34中的压力，通过对比油脂输入端压力传感器23与水、浆液压力传感器24 压力的数值的对比，使油脂后腔33、油脂前腔34内注入油脂压力大于注浆浆液与地下水的压力，从而将油脂后腔33、油脂前腔34内地下水与浆液排出，保证油脂后腔33、油脂前腔34内油脂纯度；若漏水漏浆将为严重，则需停止作业进行相关密封处理。
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 (11)
1.一种油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述检测系统包括检测器主体、压力传感器、电压测量系统与电流测量系统；
所述检测器主体为长方体，由内外两层壳体及两端帽构成，所述内外两层壳体均为长方形筒体，通过端帽分别封堵筒体的开口；
所述壳体其中一组相对的长方形表面具有贯通检测器主体的通孔，用于使油脂能够流入及流出壳体；两端帽同样设置贯通检测器主体的通孔，用于接入导电铜棒、压力传感器导线及电流探针；
所述压力传感器设置于内层壳体内壁，通过压力传感器导线输出壳体内油脂的压力信号；
所述电压测量系统通过导电铜棒外接电压检测装置对壳体内油脂的电压进行读取；
所述电流测量系统通过电流探针外接电流检测装置对壳体内油脂的电流进行读取。
2.如权利要求1所述油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述内层壳体与外层壳体之间填充环氧树脂。
3.如权利要求2所述油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述外层壳体具有环氧树脂的注入孔，环氧树脂通过该孔注入到内层壳体与外层壳体的腔体之间，从而起到保护导线接头的作用。
4.如权利要求2所述油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述内层壳体为PVC材料，或所述外层壳体为不锈钢材料。
5.如权利要求1所述油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述电压检测装置包括两根导电铜棒、电压表及导线，两根导电铜棒通过导线从端帽的通孔伸入油脂中，与外侧的电压表形成回路；或所述电流检测装置包括电流表、导线及电流探针。
6.如权利要求1所述油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述内外两层壳体的中心轴线一致；或所述导电铜棒放置于壳体长轴中心线位置，铜棒中心线与长轴中心线重合。
7.如权利要求1所述油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述导电铜棒、压力传感器导线及电流探针的导线采用环氧树脂包裹层。
8.如权利要求1所述油脂参数实时检测系统，其特征在于，所述压力传感器为防水压力传感器。
9.权利要求1-8任一项所述油脂参数实时检测系统在盾构机尾部密封监测中的应用。
10.一种盾构机，其特征在于，所述盾构机油脂腔内壁设置权利要求1-8任一项所述油脂参数实时检测系统。
11.一种适用于盾构环境的油脂监测系统，其特征在于，权利要求1-8任一项所述油脂参数实时检测系统设置于盾尾钢丝刷及盾壳位置。
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