CN114135790A - 一种全电控智能互联盾构保压系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种全电控智能互联盾构保压系统，主要由压缩空气单元、储气容器、进气管路、泥水仓、排气管路构成，压缩空气单元用于与储气容器连接向储气容器供给压缩空气，进气管路上设有进气阀，排气管路上设有排气阀，泥水仓上设有压力传感器与有害气体监测传感器；本发明还包括微型计算机与数据采集发送终端，微型计算机采样连接压力传感器、有害气体监测传感器，微型计算机控制连接进气阀、排气阀，微型计算机与数据采集发送终端电连接，用于将保压系统施工数据采集发送至施工大数据平台，实现系统与外部施工大数据平台的数据交互，提供了一种智能化、信息化水平较高的全电控智能互联盾构保压系统。

Description

一种全电控智能互联盾构保压系统

技术领域

本发明涉及盾构掘进技术领域，更具体地说，它涉及一种全电控智能互联盾构保压系统。

背景技术

盾构因其施工速度快、安全性好的优势被广泛应用在公路、铁路、地铁等工程领域的修建中，水下或者沉降要求严格的盾构隧道一般需要泥水盾构施工。作为泥水盾构的核心系统，泥水盾构保压系统对泥水压力的调节精度关系到工作面的稳定和地表沉降量，其可靠性、稳定性直接影响施工安全与质量。随着盾构装备的智能化发展，对盾构保压系统要求逐步提高，目前盾构保压系统无法实现智能互联功能，功能单一，系统封闭，不利于实现盾构保压系统信息化、智能化。

发明内容

本发明的目的在于提出一种全电控智能互联盾构保压系统，能够解决目前盾构保压系统功能单一、系统封闭的技术问题。

本发明提供了如下技术方案：一种全电控智能互联盾构保压系统，主要由压缩空气单元、储气容器、进气管路、泥水仓、排气管路构成，压缩空气单元包括空气压缩机，用于与储气容器连接向储气容器供给压缩空气，进气管路连接于储气容器与泥水仓进气端之间，排气管路与泥水仓出气端连接，进气管路上设有进气阀，排气管路上设有排气阀，泥水仓上设有压力传感器与有害气体监测传感器；

还包括微型计算机与数据采集发送终端，微型计算机采样连接压力传感器、有害气体监测传感器，微型计算机控制连接进气阀、排气阀，微型计算机与数据采集发送终端电连接，用于将保压系统施工数据发送至施工大数据平台；

进气管路包括第一进气管路与并联在第一进气管路上的第二进气管路，排气管路包括第一排气管路与并联在第一排气管路上的第二排气管路；进气阀包括设置在第一进气管路上的第一进气阀、设置在第二进气管路上的第二进气阀，排气阀包括设置在第一排气管路上的第一排气阀、设置在第二排气管路上的第二排气阀，第一进气阀位于第一进气管路上并联于第二进气管路之间的位置处；第一排气阀位于第一排气管路上并联于第二排气管路之间的位置处。

有益效果：本发明的全电控智能互联盾构保压系统，微型计算机根据泥水仓压力设定值与压力传感器输入值进行运算，输出脉冲信号控制进气阀与排气阀调节阀门开度，以对泥水仓内压力进行调整；同时记录有气体监测传感器采集的气体浓度，将调节数据、检测数据等保压系统施工数据通过数据采集发送终端发送至记录施工数据的施工大数据平台，对施工数据进行储存，微型计算机具有一定分析预警功能：例如将预警消息进行消息推送等，提高了施工安全性。本发明中多通过电信号传输信息，打破盾构保压系统与盾构内部其他系统、与大数据云平台数据壁垒，实现泥水仓压力精准控制的同时实时上传保压系统施工数据，实现数据互联互通，对于提高盾构保压系统信息化程度、提高装备智能化水平、延长寿命周期具有重要意义。本发明中设有第一进气/排气管路与第二进气/排气管路，系统应急保障能力较好。

进一步的，进气阀、排气阀内均安装有阀门智能定位器，阀门智能定位器根据微型计算机输出的电信号控制阀门执行相应开度，并将阀门阀芯运动量通过电信号传输给微型计算机。

有益效果：设置阀门定位器，一方面能够保证接受电信号、输出控制信号功能正常实施，另一方面，可将阀门阀芯运动量（阀芯转动角度或者阀芯位移量）传输给微型计算机，微型计算机将执行元件（进气阀、排气阀）接收的脉冲信号与实际阀芯运动量进行对比，超出设定偏差范围后以警示信息提醒操作人员检查阀门，有利于在设备故障或程序错误时及时发现问题，保证系统正常保压工作。

进一步的，储气容器包括多个并列设置的单体储气容器，每个单体储气容器的进气端均设有单体开关阀。

有益效果：设置多个单体储气容器，在保证整体储气容积较大的基础上方便在盾构机内部设置储气容器，储气容器分布、位置设置更加灵活。另外，可以分级改变储气容器整体容积，使用方式多样化。

进一步的，所述压力传感器设有多个。

有益效果：将所有压力传感器设置在泥水仓内距离靠近的位置，微型计算机能够根据多组压力传感器传输数据减少压力信息采集误差，在其中一个压力传感器出错时及时发现，提高数据采集可靠性。

进一步的，压缩空气单元还包括位于空气压缩机下游的油气过滤器、油水过滤器、干燥机、空气过滤器。

有益效果：对空气压缩机产生的压缩空气进行充分过滤，防止管路内部出现堵塞或者油水沉积。

进一步的，全电控智能互联盾构保压系统还包括UPS电源与柴油发电机组，UPS电源分别与微型计算机、进气阀、排气阀、压力传感器、有害气体监测传感器、数据采集发送终端连接，柴油发电机组分别与UPS电源、微型计算机、进气阀、排气阀、有害气体监测传感器、压力传感器、数据采集发送终端、压缩空气单元连接。

有益效果：日常情况下所有部件通过盾构机供电，盾构机断电时，UPS电源启动为关键执行、监测部件供电，待柴油发电机组启动后，柴油发电机组同时向所有部件供电并对UPS电源充电，以备下次断电使用；采用以上临时供电模式设计巧妙，合理利用UPS电源供电快、电量少以及柴油发电机组启动慢、可持续供电的特点，保证盾构保压系统持续工作。

附图说明

图1是本发明的一种全电控智能互联盾构保压系统的具体实施例1的系统原理图；

附图标记：1-压缩空气单元；2-储气容器；3-第一开关阀；4-自力式压力调节阀；5-第二开关阀；6-第三开关阀；7-第一进气阀；8-第二进气阀；9-泥水仓；10-有害气体监测传感器；11-压力传感器；12-第四开关阀；13-第五开关阀；14-第一排气阀；15-第二排气阀；16-数据采集发送终端；17-施工大数据平台；18-微型计算机；19-UPS电源；20-显示器；21-空气压缩机；22-油气过滤器；23-油水过滤器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

本发明的全电控智能互联盾构保压系统的具体实施例1：

如图1所示，本发明包括压缩空气单元1、储气容器2、第一进气管路、第二进气管路、泥水仓9、第一排气管路以及第二排气管路。压缩空气单元1主要由空气压缩机21、油气过滤器22以及油水过滤器23构成，在其他实施例中，为达到更好的过滤效果，压缩空气单元还可以包括干燥机、空气过滤器。压缩空气单元1与储气容器2的进气端连接，用于向储气容器2中供给经过过滤的压缩空气。储气容器2的出气端通过第一进气管路连接泥水仓9，第一进气管路上并联有第二进气管路，第一进气管路上于第二进气管路的上游位置设有第一开关阀3、自力式压力调节阀4，自力式压力调节阀4能够根据泥水仓工作压力区间对其阀后压力进行调整，起到降压、稳压作用。第一进气管路上于第一开关阀3、自力式压力调节阀4的下游位置设有第二开关阀5和第一进气阀7，第二进气管路上设有与第二开关阀5、第一进气阀7相互并联的第三开关阀6、第二进气阀8。本实施例中第一、第二进气管路构成进气管路，第一、第二排气管路构成进气管路，第一、第二进气阀构成进气阀，第一、第二排气阀构成排气阀。

泥水仓9的出气端连接第一排气管路，第二排气管并联在第二排气管上，第一排气管路设置第四开关阀12与第一排气阀14，第二排气管路上设置第五开关阀13与第二排气阀15，其中第四开关阀12、第一排气阀14与第五开关阀13、第二排气阀15并联。泥水仓9上设有分别用于对CH₄、CO气体浓度进行检测的有害气体监测传感器10，还设有用于对泥水仓内压力进行测量的压力传感器11，有害气体监测传感器10具有蜂鸣报警功能，在有害气体浓度超过上限值时通过蜂鸣器报警。

全电控智能互联盾构保压系统还包括微型计算机18、显示器20、数据采集发送终端16，微型计算机18作为处理中心，分别与有害气体监测传感器10、压力传感器11、第一进气阀7、第二进气阀8、第一排气阀14、第二排气阀15、显示器20、数据采集发送终端16电连接。微型计算机18根据压力传感器11测量的压力电信号与泥水仓压力设定值进行控制运算，发出脉冲信号控制第一进气阀7、第二进气阀8、第一排气阀14、第二排气阀15调整阀门开度，其数据经显示器20进行显示。由于第一进气阀7、第二进气阀8、第一排气阀14、第二排气阀15内均设阀门智能定位器，阀门智能定位器能够接收微型计算机发出的电信号，控制阀门执行相应开度，并将阀门阀芯运动量(阀芯位移量或者阀芯旋转角度)通过电信号传输给微型计算机18进行反馈，因此在微型计算机控制执行元件（第一、第二进气阀，第一、第二排气阀）调整泥水仓压力的同时，能够接收到阀门阀芯实际运动量，将预期阀芯运动量（输出脉冲对应的阀芯运动量）与其反馈的实际阀芯运动量对比并经显示器20进行显示，操作人员如果发现执行元件预期动作与实际动作误差超过5%，对相应执行元件进行排查。另外，当有害气体浓度超标时，微型计算机18根据有害气体监测传感器10传输信号通过显示屏发出警示信息。

本实施例中，储气容器2包括多个并列设置的单体储气容器（图中未显示），在每个单体储气容器的进气端均设有单体开关阀（图中未显示）；该种结构能够降低单体储气容器的体积要求，储气容器在盾构机中分布更为灵活，更容易满足现场施工要求；另一方面，可以分级改变储气容器总容积，使用更加方便；此外将个别单体储气容器出现泄漏突发情况的影响降到最低。压力测量传感器11设有三个，所有压力传感器11安装在泥水仓9内较为靠近的位置，均向微型计算器18传输压力信息，微型计算机接收、储存数据并对数据进行分析，当某压力传感器测量值与其他压力传感器测量值误差超过2%时，计算机通过显示器20报警，操作人员可对该压力传感器进行检修，起监控测量元件正常工作的作用。

微型计算机18可通过显示器显示数据，供现场人员参考。数据采集发送终端16内置4G/5G通信模块，微型计算机18可通过数据采集发送终端16与施工大数据平台17进行数据交换，施工大数据平台能够在施工过程中对保压系统施工数据进行储存。本发明内部数据多通过电信号形式传输，方便进行互传；在保证保压功能的基础上实现云数据储存，实现施工大数据平台与微型计算机的数据互联，具有一定数据开放性。

本发明中设有UPS电源与柴油发电机组，UPS电源分别与微型计算机、显示器、第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀、第二排气阀、有害气体监测传感器、压力传感器、数据采集发送终端连接，柴油发电机组分别与UPS电源、微型计算机、显示器、第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀、第二排气阀、有害气体监测传感器、压力传感器、数据采集发送终端、压缩空气单元连接。日常供电时，所有部件（微型计算机、显示器、第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀、第二排气阀、有害气体监测传感器、压力传感器、数据采集发送终端、压缩空气单元）通过盾构机获得日常供电；盾构机意外断电时，由于UPS电源启动快而柴油发电机组启动所需时间长，UPS电源仅向主要检测、执行元件（微型计算机、显示器、第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀、第二排气阀、有害气体监测传感器、压力传感器、数据采集发送终端）临时供电，以保证基本保压功能；但是UPS电源电量有限，柴油发电机组开启后用于向所有部件供电并同时给UPS电源充电。以上临时供电模式，巧妙利用UPS电源与柴油发电机组的优缺点，保证意外断电时系统基本功能不失效。

本发明的一种全电控智能互联盾构保压系统的具体实施例2：

与实施例1不同的是，压力传感器设有四个、五个或其他多个，所有压力传感器安装在泥水仓内较为靠近的位置。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全电控智能互联盾构保压系统，其特征是，主要由压缩空气单元、储气容器、进气管路、泥水仓、排气管路构成，压缩空气单元包括空气压缩机，用于与储气容器连接向储气容器供给压缩空气，进气管路连接于储气容器与泥水仓进气端之间，排气管路与泥水仓出气端连接，进气管路上设有进气阀，排气管路上设有排气阀，泥水仓上设有压力传感器与有害气体监测传感器；

还包括微型计算机与数据采集发送终端，微型计算机采样连接压力传感器、有害气体监测传感器，微型计算机控制连接进气阀、排气阀，微型计算机与数据采集发送终端电连接，用于将保压系统施工数据发送至施工大数据平台；

进气管路包括第一进气管路与并联在第一进气管路上的第二进气管路，排气管路包括第一排气管路与并联在第一排气管路上的第二排气管路；进气阀包括设置在第一进气管路上的第一进气阀、设置在第二进气管路上的第二进气阀，排气阀包括设置在第一排气管路上的第一排气阀、设置在第二排气管路上的第二排气阀，第一进气阀位于第一进气管路上并联于第二进气管路之间的位置处；第一排气阀位于第一排气管路上并联于第二排气管路之间的位置处。

2.如权利要求1所述的全电控智能互联盾构保压系统，其特征是，进气阀、排气阀内均安装有阀门智能定位器，阀门智能定位器根据微型计算机输出的电信号控制阀门执行相应开度，并将阀门阀芯运动量通过电信号传输给微型计算机。

3.如权利要求1或2所述的全电控智能互联盾构保压系统，其特征是，储气容器包括多个并列设置的单体储气容器，每个单体储气容器的进气端均设有单体开关阀。

4.如权利要求1或2所述的全电控智能互联盾构保压系统，其特征是，所述压力传感器设有多个。

5.如权利要求2所述的全电控智能互联盾构保压系统，其特征是，压缩空气单元还包括位于空气压缩机下游的油气过滤器、油水过滤器、干燥机、空气过滤器。

6.如权利要求1或2或5所述的全电控智能互联盾构保压系统，其特征是，还包括UPS电源与柴油发电机组，UPS电源分别与微型计算机、进气阀、排气阀、压力传感器、有害气体监测传感器、数据采集发送终端连接，柴油发电机组分别与UPS电源、微型计算机、进气阀、排气阀、有害气体监测传感器、压力传感器、数据采集发送终端、压缩空气单元连接。

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