CN113216189A - 一种灌浆流量及压力同步控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌浆流量及压力同步控制装置及方法，属于地层加固防渗装置及施工领域，该装置包括控制中心、搅浆桶、灌浆泵、变频器、压力控制阀、压力保护开关、限流阀、流量计、进浆管路、传输线路。压力保护开关可监测压力，设定上限保护值并实时反馈给控制中心，当压力超过设计压力时，控制中心控制压力控制阀门泄压，当压力超过上限保护值时，控制中心控制压力阀泄压并停止灌浆泵；流量计可实时监测管路流量。基于W×K=P₁×Q₁(W为灌浆泵输出功率，K为有效利用率，P₁为设计灌浆压力，Q₁为设计灌浆流量)的原理，控制中心通过监测管路中通过流量和管路中浆液压力，调整限流阀、变频器、灌浆泵、压力控制阀进而控制灌浆管路流量和压力，使得压力和流量均满足设计要求。

Description

一种灌浆流量及压力同步控制装置及方法

技术领域

本发明属于地层加固防渗装置及施工领域，采用该装置及方法可在灌浆施工过程中按照设定数值同时调整灌浆压力及灌浆流量，使之满足设计要求。

技术背景

在地层灌浆加固防渗工程及土壤修复工程中，需在土层中注入特定量的固化剂或反应剂，目前施工设备均仅能依靠人工对压力及流量对灌浆压力进行调整，完全依赖现场操作工人的施工经验，无法实现自动化控制。针对特定工况，需对灌浆压力及流量进行自动控制，以更好减轻工人负荷，保证施工质量，发挥材料性能，提高利用率。

发明内容

本发明一种灌浆流量及压力同步控制装置，通过变频器改变灌浆泵的输出功率，通过压力控制阀改变管路中浆液压力，通过限流阀控制进浆管路流量；并基于W×K=P₁×Q₁(W为灌浆泵输出功率，K为效利用率，P₁为灌浆压力，Q₁为灌浆流量)的原理，通过调整输出功率及灌浆压力可以改变灌浆流量。

本发明采用如下技术方案：

一种灌浆流量及压力同步控制装置及方法，装置包括控制中心、搅浆桶、灌浆泵、变频器、限流阀、流量计、进浆管路、压力保护开关、压力控制阀、回浆管路、传输线路；变频器安装在灌浆泵上，限流阀、压力保护开关、流量计安装在灌浆管路上，变频器、限流阀、压力保护开关、压力控制阀、流量计通过传输线路同控制中心连接。

变频器通过变化灌浆泵转速改变泵的输出功率，限流阀通过变化浆液穿过阀门的横截面积改变管路中浆液的流量，压力控制阀通过变化浆液穿过阀门的横截面积改变管路中浆液的压力，在调整压力过程中压力保护开关可以实时监测显示管路中浆液的压力值并反馈到控制中心；基于W×K=P₁×Q₁(W为灌浆泵输出功率,K为有效利用率,P₁为灌浆压力，Q₁为灌浆流量)的原理，通过调整泵的输出功率和管路中浆液压力可以改变灌浆流量；控制中心通过传输线路可收集灌浆过程中泵的输出功率值、灌浆压力值、灌浆流量值，同时反向控制变频器、灌浆泵、压力控制阀、限流阀；同时通过设置压力保护开关的上限安全压力，当管路内压力大于该值时，压力控制阀开关打开泄压，控制中心停止灌浆泵，保证管路压力不超过设定上限压力。

附图说明

图1为一种灌浆流量及压力同步控制装置

图中标记：1-控制中心、2-搅浆桶、3-灌浆泵、4-变频器、5-限流阀、6-流量计、7-进浆管路、8-传输线路、9-压力保护开关、10-压力控制阀、11-回浆管路。

具体实施方式

为使本发明技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明做进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

实施例1

如图1所示，一种灌浆流量及压力同步控制装置包括控制中心1、搅浆桶2、灌浆泵3、变频器4、限流阀5、流量计6、进浆管路7、传输线路8、压力保护开关9、压力控制阀10、回浆管路11。变频器4通过变化灌浆泵3转速改变泵的输出功率，限流阀5通过调节浆液穿过阀门的横截面积改变浆液的进浆流量，压力控制阀10通过调节浆液穿过阀门的横截面积改变灌浆管路中的压力，在调整压力过程中压力保护开关9可以实时监测显示管路中浆液的压力值并反馈到控制中心1；基于W×K=P₁×Q₁(W为灌浆泵输出功率,K为有效利用率,P₁为灌浆压力，Q₁为灌浆流量)的原理，通过调整灌浆泵的输出功率和管路中浆液压力可以改变灌浆流量；控制中心1通过传输线路8可收集灌浆过程中灌浆泵输出功率、灌浆压力、灌浆流量，同时反向控制变频器4、压力控制阀10、限流阀5。

实施例2

在上述实施例基础上，在室外场地上进行设备运行试验，实验孔径为76mm孔深为8m，实验压力为1MPa，最大灌浆流量30L，管径为DN25的高压管路进行灌浆，利用本发明提供一种自动控制双液灌浆一体化装置，用于测试其运行效果，其中具体使用步骤如下：

步骤1：针对目标工况，设计注浆施工控制准则及参数并进行编程，将程序嵌入到控制中心；

步骤2：在控制中心输入浆液最大流量值为30L，然后启动灌浆泵并通过流量计对流量值进行实时监测，当流量大于30L时，控制中心控制限流阀关阀，减小浆液通过阀门的横截面积进而减小流量；当流量小于30L时，控制中心控制限流阀开阀，增大浆液通过阀门的横截面进而增大流量；当流量依然不能满足要求时，控制中心控制变频器增大灌浆泵的转速，进而增大灌浆泵流量的输出；整个灌浆过程中流量一直保持在30L以下，满足设计要求；

步骤3：在控制中心输入设计灌浆压力为1MPa、控制中心基于压力保护开关反馈压力值对压力控制阀门进行实时调整；当压力大于1MPa时，控制中心控制压力控制阀开阀以增大浆液通过阀门的截面积进而减小压力；当压力小于1MPa时，控制中心控制压力控制阀关阀以减小浆液通过的阀门的横截面积进而增大压力；整个灌浆过程中压力波动范围在0.94MPa至1.06MPa之间，平均压力为1.03MPa，符合设计要求；

整个实验过程中，孔内吸浆量持续下降，压力持续上升最终稳定在0.94MPa至1.06MPa之间，符合灌浆客观规律；实验过程持续25分钟，总耗浆流量143L，整个过程实现压力及流量的自动控制，符合设计要求。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种灌浆流量及压力同步控制装置，其特征在于包括：控制中心（1）、搅浆桶（2）、灌浆泵（3）、变频器（4）、限流阀（5）、流量计（6）、进浆管路（7）传输线路（8）、压力保护开关（9）、压力控制阀（10）、回浆管路（11）；变频器（4）安装在灌浆泵（3）上并通过传输线路同控制中心（1）相连；限流阀（5）流量计（6）安装在进浆管路（7）上；压力保护开关（9）压力控制阀（10）安装在回浆管路（11）上；变频器（4）限流阀（5）流量计（6）压力保护开关（9）压力控制阀（10）通过传输线路（8）同控制中心（1）连接；回浆管路（11）在灌浆泵（3）限流阀（5）之间，并同搅浆桶（2）连通。

2.根据权利要求1所述的一种灌浆流量及压力同步控制装置，其特征在于；

所述控制中心（1）可通过在其内嵌入工艺工法控制程序以实现施工过程的自动控制，并可通过传输线路（8）收集灌浆过程中压力、流量及泵的输出功率数值，同时反向控制变频器（4）、灌浆泵（3）、压力控制阀（10）、限流阀（5）；

所述变频器（4）通过变化灌浆泵（3）转速改变泵的输出功率，并通过监测电流值，基于W=V×A(W为输出功率，V为电压，A为电流)原理计算灌浆泵的实时输出功率；

所述限流阀（5）通过调节浆液穿过阀门的横截面积改变管路中浆液的通过流量；

所述压力控制阀（10）通过调节浆液穿过阀门的横截面积改变管路中浆液的压力；

所述压力保护开关（9）可实时监测压力值并通过设定上限保护值保证管路压力不超过设定上限压力且保证灌浆过程中压力安全。

3.一种灌浆流量及压力同步控制方法，其特征在于包括以下步骤：

①针对目标工况，设计注浆施工控制准则及参数并进行编程，将程序嵌入到控制中心（1）；然后启动灌浆泵（3）并实时监测灌浆压力、流量及泵的输出功率；同时基于W×K=P₁×Q₁(W为灌浆泵输出功率，K为效利用率，P₁为设计灌浆压力，Q₁为设计灌浆流量)的原理，通过调整变频器（4）使灌浆泵输出功率W大于设计灌浆压力P₁同设计灌浆流量Q₁的乘积；

②若管路内压力大于设计灌浆压力P₁，通过调节压力控制阀（10）增大浆液穿过阀门的横截面积进而降低管路内压力；若管路内压力小于设计灌浆压力P₁，通过调节压力控制阀（10）减小浆液穿过阀门的横截面积进而增大管路内压力；

③通过限流阀（5）改变浆液穿过阀门的横截面积进而控制管路内流量，当流量大于Q₁，则调节限流阀（5）减小浆液穿过的横截面积进而减小流量，当流量小于Q₁，则调节限流阀（5）增大浆液穿过的横截面积进而增大流量；

④当流量依然不能满足设计要求时通过变频器（4）改变灌浆泵输出功率改变流量；若流量大于Q₁，则通过变频器（4）减小灌浆泵输出功率进而降低流量；若流量小于Q₁，则通过变频器（4）增大灌浆泵输出功率则，进而增大流量；

⑤重复步骤②③④，使灌浆压力和流量均满足设计要求，并保证灌浆过程中施工安全。

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