CN116880187A - 泥水仓随动压力自适应电动控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盾构泥水仓压力调节技术领域，公开了一种泥水仓随动压力自适应电动控制装置及其控制方法。旨在解决现有技术中在盾构中易造成盾构超挖，地表沉降变形；或泥水仓压力过大，盾构掘进较慢的技术问题。本发明包括气垫仓、泥水仓、控制设备，气垫仓设有进气管道和出气管道；泥水仓通过进水管道连通气垫仓，通过出水管道连通储水箱；气垫仓与泥水仓上均间隔布设有若干压力变送器；控制设备的输入端连接压力变送器，以控制气垫仓进气与出气、泥水仓进水与出水。本发明通过控制电动阀门的自适应启闭，通过在泥水仓设置压力传感器，调节气垫仓压力实现泥水仓压力的随动变化，实现盾构过程中开挖面的稳定。

Description

泥水仓随动压力自适应电动控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及盾构泥水仓压力调节技术领域，尤其涉及一种泥水仓随动压力自适应电动控制装置及其控制方法。

背景技术

泥水盾构在掘进过程中，现有技术中的泥水仓压力控制系统均为气动控制，而启动控制方式反应时间较慢，且压力控制精度较低。而且传统的泥水盾构主要利用气垫仓压力来预估泥水仓压力，一旦气垫仓与泥水仓压力连接管路出现问题，则会造成泥水仓压力不准确。

现有技术中的中国专利文献：201210353777.7中公开了一种气垫式泥水盾构气体调压系统， 泥水仓和气垫仓底部连通， 在气垫仓顶部设置有液位传感器， 该液位传感器与外部智能控制器输入端连接， 智能控制器输出端与气电压力调节器输入端连接。 气电压力调节器输出端分别与安装在气垫仓上的进气阀和出气阀连接。 本发明可以根据液面的高度来判断气垫仓内气体的压力， 当液面改变时， 液位传感器把液位信息反馈到控制器， 由控制器把对应的电信号传送到电、 气双控压力变送器， 由压力变送器根据对应关系调整气垫仓压力， 达到底部压力保持基本不变。

但上述方案在实施过程中，至少存在如下技术问题：在盾构中气垫仓和泥水仓通过下部闸门连通，当泥水仓液体稠度较大时或者有石块堵住时，气垫仓压力不管增大还是变小，泥水仓压力均没有反应。体现在工程案例中就是气垫仓压力符合要求，但是此时泥水仓压力较小，易造成盾构超挖，地表沉降变形；或者由于闸门被堵前方泥水仓渣土无法排出，造成实际泥水仓压力过大，盾构掘进较慢，但是气垫仓压力仍然较小。

发明内容

鉴于以上技术问题，本公开提供了一种泥水仓随动压力自适应电动控制装置及其控制方法，解决了现有技术中在盾构中易造成盾构超挖，地表沉降变形；或泥水仓压力过大，盾构掘进较慢的技术问题。

根据本公开的一个方面，提供一种泥水仓随动压力自适应电动控制装置，包括气垫仓、泥水仓、PLC控制设备，所述气垫仓设有进气管道和出气管道，所述进气管道连通气源，所述进气管道上设有进气电动阀门，所述出气管道上设有出气电动阀门；所述泥水仓通过进水管道连通所述气垫仓，所述进水管道上设有进水电动阀门，所述泥水仓通过出水管道连通储水箱，所述出水管道上设有出水电动阀门；所述气垫仓与所述泥水仓上均间隔布设有若干压力变送器；所述PLC控制设备的输入端连接所述压力变送器，以获取气垫仓压力和泥水仓压力，所述PLC控制设备的输出端连接所述进气电动阀门、出气电动阀门、进水电动阀门、出水电动阀门，以控制所述气垫仓进气与出气、泥水仓进水与出水。

在本公开的一些实施例中，所述进气管道上靠近气源处还设有气体减压器和进气压力变送器，所述出气管道上还设有出气压力变送器。

在本公开的一些实施例中，所述进气管道上还设有进气手动阀门，所述出气管道上还设有出气手动阀门。

在本公开的一些实施例中，所述进水管道上还设有液体减压器和进水压力变送器，所述出水管道上还设有出水压力变送器。

在本公开的一些实施例中，所述进水管道上还设有进水手动阀门，所述出水管道上还设有出水手动阀门。

根据本公开的另一个方面，提供一种泥水仓随动压力的控制方法，使用上述的泥水仓随动压力自适应电动控制装置，包括如下步骤：

(1)设定泥水仓压力目标值；

(2)调节气垫仓压力：

比较泥水仓实际压力值与目标值的大小，

2.1当泥水仓压力目标值大于实际值时，打开进气电动阀门实现气垫仓压力升高，

2.2当泥水仓压力目标值小于实际值时，打开出气电动阀门实现气垫仓压力降低，

以实现气垫仓压力的自适应调节；达到气垫仓压力值+10×液位高差=泥水仓压力目标值；

(3)泥水仓压力随动调节：

3.1当气垫仓压力升高时，压迫液体充满泥水仓，进而流向储水箱，此时关闭出水电动阀门，继续增大气垫仓压力使泥水仓压力达到目标值，

3.2当气垫仓压力降低时，泥水仓内液体流向气垫仓，以使泥水仓压力降低至目标值；

实现通过气垫仓随动控制泥水仓，确保盾构过程中开挖面的稳定。

在本公开的一些实施例中，所述步骤（2）调节气垫仓压力之前，还包括对气垫仓压力变送器与泥水仓压力变送器的压力数据进行极差判断，极差=(最大值-最小值)/平均值×100%，极差范围取20%，当大于20%时剔除最小值，再重新进行极差判断，最终实际测量压力取平均值。

本发明的有益效果在于：

本发明通过设置气垫仓和泥水仓模拟真实的泥水盾构保压系统，通过PLC控制电动阀门的自适应启闭，实现气垫仓压力的自适应调节；通过在泥水仓设置压力传感器，以泥水仓压力为控制目标，通过调节气垫仓压力实现泥水仓压力的随动变化， 实现盾构过程中开挖面的稳定，该随动的调节，为首次提出，过程中并非把调节直接落在泥水仓，而是通过压力作用在其他仓，实现对泥水仓的二次调节，该随动的方式，相当于多了一个缓冲装置，有效防止了频繁变化给设备带来的损害，且实现了平缓的调节，进一步实现了压力精准的控制；

通过控制进气电动阀门、出气电动阀门、进水电动阀门、出水电动阀门，实现泥水仓压力小于预设计值时，气垫仓充气，压迫液体充满泥水仓，流向储水箱；泥水仓压力大于预设计值时，气垫仓排气；实现泥水仓压力的动态调节，自动化程度高；

进气管道上沿气体流动方向依次设置气体减压器、进气压力变送器、进气手动阀门、进气电动阀门；实现进气管道的灵活控制，以使气垫仓压力达到预设计值，便于工作人员操作；

气垫仓与泥水仓上均间隔布设若干压力变送器，对其压力数据进行极差判断，极差范围取20%，当大于20%时剔除最小值，再重新进行极差判断，最终实际测量压力取平均值，避免误差较大，提高数据检测的准确性。

附图说明

图1为泥水仓随动压力自适应电动控制装置结构示意图；

图2为控制过程的流程图；

图中各部件名称：1、气垫仓；11、气垫仓压力变送器；12、第一手动开关；2、泥水仓；21、泥水仓压力变送器；22、第二手动开关；3、PLC控制设备；4、进气管道；41、气体减压器；42、进气手动阀门；43、进气电动阀门；44、进气压力变送器；5、出气管道；51、出气电动阀门；52、出气手动阀门；53、出气压力变送器；6、气源；7、进水管道；71、液体减压器；72、进水电动阀门；73、进水手动阀门；8、出水管道；81、出水电动阀门；82、出水手动阀门；83、出水压力变送器；9、储水箱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本例公开一种泥水仓随动压力自适应电动控制装置，参见图1，包括气垫仓1、泥水仓2、PLC控制设备3，气垫仓1设有进气管道4和出气管道5，进气管道4连通气源6，进气管道4上沿气体流动方向依次设有气体减压器41、进气手动阀门42、进气电动阀门43、进气压力变送器44，出气管道5上设有出气电动阀门51、出气手动阀门52、出气压力变送器53；泥水仓2通过进水管道7连通气垫仓1，进水管道7上设有液体减压器71、进水电动阀门72、进水手动阀门73、进水压力变送器74，泥水仓2通过出水管道8连通储水箱9，出水管道8上设有出水电动阀门81、出水手动阀门82、出水压力变送器83；气垫仓1上间隔布设有若干气垫仓压力变送器11，气垫仓压力变送器11连接有第一手动开关12，泥水仓2上间隔布设有若干泥水仓压力变送器21，泥水仓压力变送器21连接有第二手动开关22；PLC控制设备的输入端连接气垫仓压力变送器11与泥水仓压力变送器21，以获取气垫仓1压力和泥水仓2压力，PLC控制设备3的输出端连接进气电动阀门43、出气电动阀门51、进水电动阀门72、出水电动阀81，以控制气垫仓1进气与出气、泥水仓2进水与出水。

参见图2，本例实施方式为：

本发明通过设置气垫仓1和泥水仓2模拟真实的泥水盾构保压系统，通过PLC控制设备3控制进气电动阀门43、出气电动阀门51、进水电动阀门72、出水电动阀81的自适应启闭，实现气垫仓1压力的自适应调节；通过在泥水仓2设置泥水仓压力传感器21，以泥水仓2压力为控制目标，通过调节气垫仓1压力实现泥水仓2压力的随动变化，实现盾构过程中开挖面的稳定；当泥水仓2压力小于预设计值时，气垫仓1充气，压迫液体充满泥水仓2，流向储水箱9；泥水仓2压力大于预设计值时，气垫仓1排气；实现泥水仓2压力的动态调节， 以使泥水仓2压力达到预设计值；

气垫仓1充气：设定泥水仓2压力目标值在1.5bar~10bar之间，通过PLC控制设备3比较泥水仓2实际压力值与目标值的大小，当目标值大于实际值时，打开进气电动阀门42实现气垫仓1充气，当气垫仓1压力值+10×液位高差=泥水仓2压力目标值时，停止充气。通过PLC控制设备3内嵌的PID进行控制充气的过程，不断的打开/关闭进气电动阀门42和出气电动阀门51进行动态调节。

气垫仓1排气：当泥水仓2压力目标值小于实际值时，打开出气电动阀门51实现气垫仓压力降低，当气垫仓1压力值+10×液位高差=泥水仓2压力目标值时，停止排气。通过PLC控制设备3内嵌的PID进行控制充气的过程，不断的打开/关闭进气电动阀门42和出气电动阀门51进行动态调节。

随动调节：当气垫仓1中压力变大时，压迫液体充满泥水仓2，流向储水箱9。在储水箱9中存水时，说明泥水仓2内充满水，此时关闭出水电动阀门81，继续增大气垫仓1压力使泥水仓2顶部压力达到目标压力，实现通过气垫仓1随动控制泥水仓的目的。

通过气垫仓1与泥水仓2上间隔布设若干气垫仓压力变送器11与泥水仓压力变送器21，对其压力数据进行极差判断，极差范围取20%，当大于20%时剔除最小值，再重新进行极差判断，最终实际测量压力取平均值，避免误差较大，极差=(最大值-最小值)/平均值×100%。

尽管已描述了本发明的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本实发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种泥水仓随动压力自适应电动控制装置，其特征在于：包括气垫仓、泥水仓、控制设备，所述气垫仓设有进气管道和出气管道，所述进气管道连通气源，所述进气管道上设有进气电动阀门，所述出气管道上设有出气电动阀门；所述泥水仓通过进水管道连通所述气垫仓，所述进水管道上设有进水电动阀门，所述泥水仓通过出水管道连通储水箱，所述出水管道上设有出水电动阀门；所述气垫仓与所述泥水仓上均间隔布设有若干压力变送器；所述控制设备的输入端连接所述压力变送器，以获取气垫仓压力和泥水仓压力，所述控制设备的输出端连接所述进气电动阀门、出气电动阀门、进水电动阀门、出水电动阀门，以控制所述气垫仓进气与出气、泥水仓进水与出水。

2.如权利要求1所述的泥水仓随动压力自适应电动控制装置，其特征在于：所述进气管道上靠近气源处还设有气体减压器和进气压力变送器，所述出气管道上还设有出气压力变送器。

3.如权利要求1所述的泥水仓随动压力自适应电动控制装置，其特征在于：所述进气管道上还设有进气手动阀门，所述出气管道上还设有出气手动阀门。

4.如权利要求1所述的泥水仓随动压力自适应电动控制装置，其特征在于：所述进水管道上还设有液体减压器和进水压力变送器，所述出水管道上还设有出水压力变送器。

5.如权利要求1所述的泥水仓随动压力自适应电动控制装置，其特征在于：所述进水管道上还设有进水手动阀门，所述出水管道上还设有出水手动阀门。

6.一种泥水仓随动压力的控制方法，使用如权利要求1所述的泥水仓随动压力自适应电动控制装置，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设定泥水仓压力目标值；

(2)调节气垫仓压力：

比较泥水仓实际压力值与目标值的大小，

2.1当泥水仓压力目标值大于实际值时，打开进气电动阀门实现气垫仓压力升高，

2.2当泥水仓压力目标值小于实际值时，打开出气电动阀门实现气垫仓压力降低，

以实现气垫仓压力的自适应调节；达到气垫仓压力值+10×液位高差=泥水仓压力目标值；

(3)泥水仓压力随动调节：

3.1当气垫仓压力升高时，压迫液体充满泥水仓，进而流向储水箱，此时关闭出水电动阀门，继续增大气垫仓压力使泥水仓压力达到目标值，

3.2当气垫仓压力降低时，泥水仓内液体流向气垫仓，以使泥水仓压力降低至目标值；

实现通过气垫仓随动控制泥水仓，确保盾构过程中开挖面的稳定。

7.如权利要求6所述的泥水仓随动压力的控制方法，其特征在于：步骤（2）调节气垫仓压力之前，还包括对气垫仓压力变送器与泥水仓压力变送器的压力数据进行极差判断，极差=(最大值-最小值)/平均值×100%，极差范围取20%，当大于20%时剔除最小值，再重新进行极差判断，最终实际测量压力取平均值。