CN205246637U - 一种基于三角转子注浆泵的智能注浆试验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于三角转子注浆泵的智能注浆试验系统，包括注浆泵，该注浆泵包括泵壳，泵壳设有浆液入口和浆液出口；在空腔内设有三角转子，转子套在输入轴的偏心块处旋转以实现工作腔的增大或减小；所述转子与输入轴间隙配合，泵壳内固设有定齿轮，转子中部设有与定齿轮配合的齿圈，齿圈固定连接转子；注浆泵内转子与驱动装置连接，注浆泵的浆液入口连接储浆桶，浆液出口通过出口管连接到试验台，出口管管壁设有压力检测装置和液体流量计，压力检测装置和液体流量计分别与控制器单独连接，控制器与驱动装置连接。本实用新型的有益效果是：操作简单、使用方便，适用于隧道注浆的智能化控制，对于地下工程防渗水和加固有重大的实际意义。

Description

一种基于三角转子注浆泵的智能注浆试验系统

技术领域

本实用新型涉及边坡防护，具体涉及一种基于三角转子注浆泵的智能注浆试验系统。

背景技术

我国地下空间建设发展迅速，在项目进行中时而会遭遇突水突泥等地质灾害，给项目进行带来了许多问题，严重影响施工进度。为了防治恶劣地质环境的影响，人们采取了许多手段，注浆已成为解决这些地下突水和加固软弱岩土层的主要技术手段。现在被广泛应用于矿山、水利水电、交通、建筑等许多行业，具有成本低、环境适应性强、浆液凝结强度高、施工简单等优点，其作用受到广泛认可。随着注浆的广泛应用，注浆在材料、技术、理论等方面都有了不小的发展。目前注浆已经发展成包含岩土力学、渗流力学、机械自动化、分子材料等多种学科的交叉应用学科。

随着注浆在技术、理论和材料方面的发展，注浆在施工中的应用愈加显示出科学化。利用科学的理论指导注浆施工设计、利用先进设备和技术保证施工速度、利用合适的注浆材料保证施工效果，这是现代科学化注浆的特征。注浆施工设计时，大多以注浆终压或者预期注浆量作为结束注浆的施工标准。这种以结果为标准的注浆方式缺乏了动态的过程控制，往往会造成注浆量不饱和或者过饱和的工况。不同的地质条件对注浆的浆液流量和注浆压力的变化有不同的要求，从而导致了不同的加固效果。根据不同的工况如：裂隙岩体、溶腔、断层破碎带等，注浆设计中浆液的流量、注浆压力的选择都不相同，所以注浆过程中的压力和流量的耦合控制技术显得尤为重要。

注浆的动态控制主要由注浆泵和控制系统实现。在注浆领域中应用最广的是容积泵中的活塞泵和气动隔膜泵。其中活塞泵可分为单缸和多缸活塞泵,活塞泵体大，而且易出故障，拆卸维修较麻烦,输出脉冲大，容易对软弱岩层造成二次破坏，可产生较大注浆压力，但效率不高。而气动隔膜泵相配套设备空压机体积大，不宜用于地下复杂现场，且噪音大，脉冲大，同样易对岩层形成二次破坏。最主要的是现有的注浆泵系统集成程度低，缺乏动态控制系统，且不易于改装。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种科学化、智能化的基于三角转子注浆泵的智能注浆试验系统。

为了达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于三角转子注浆泵的智能注浆试验系统，包括注浆泵，该注浆泵包括泵壳，泵壳内设有空腔，泵壳设有浆液入口和浆液出口；在空腔内设有三角转子，转子套在输入轴的偏心块处旋转以实现工作腔的增大或减小；所述转子与输入轴间隙配合，泵壳内固设有定齿轮，转子中部设有与定齿轮配合的齿圈，齿圈固定连接转子；注浆泵内转子与驱动装置连接，注浆泵的浆液入口连接储浆桶，浆液出口通过出口管连接到试验台，出口管管壁设有压力检测装置和液体流量计，压力检测装置和液体流量计分别与控制器单独连接，控制器与驱动装置连接。

进一步地，所述驱动装置包括电机，电机通过减速机与所述转子连接，电机由驱动器控制，所述控制器为PLC编码器。

进一步地，各个机构均设置在可移动的小车上。

进一步地，所述浆液入口和浆液出口各有两个，浆液入口与浆液出口交错设置，四个口上下左右对称设置。

进一步地，所述泵壳包括一环形或长圆形侧壁，侧壁的两侧分别设有封盖，所述转子与所述封盖之间设有密封圈。

进一步地，所述转子的三条边为向外凸的弧线。

进一步地，所述转子与所述泵壳形成3个工作腔，所述转子的顶角处装有可伸缩的硬质密封条以密封工作工作腔。

进一步地，在所述出口管处设置溢流阀并连接到溢流桶，所述储浆桶分为两个，两个储浆桶中浆液不同，二者各自连接一个浆液入口。

所述储浆桶包括水泥桶与水玻璃桶。

本实用新型的工作原理是：转子的转动分为由输入轴转动来带动转子绕输入轴转动以及内齿圈与定齿轮的啮合运动完成转子的自转两部分。转子的几何中心绕输入轴中心公转的同时，转子本身又绕自身几何中心自转。在转子转动时，以转子中心为中心的内齿圈与以输入轴中心为中心的定齿轮啮合，定齿轮与泵壳相对静止，固定在泵壳上。转子以及封盖把侧壁分成了互不相通的三个工作腔，通过转子的复合运动改变三个工作腔的容积变化来完成工作，即转子完成一个周期的转动，泵完成六次吸浆六次排浆过程；由输入轴提供动力，因内齿圈、定齿轮相啮合，内齿圈固定在转子上，定齿轮与侧壁相对静止，内齿圈与定齿轮的齿数之比为3:2，上述运动关系使得转子顶点的运动轨迹似椭圆，转子把侧壁分成三个独立工作腔，三个工作腔各自先后完成进浆和排浆，如图3中A到G过程为图4中所指浆液入口d开始进油的一个工作腔的进浆排浆过程，此过程转子自转了半圈，因此输入轴的转速是转子自转速度的3倍，所以可以得出：输入轴转一圈，可完成两个工作腔的进浆和排浆过程。

基于三角转子泵的智能注浆试验系统，并且能够提供两个进浆口，使得可以使双液在管道内充分混合，更方便于双液注浆。

本实用新型的有益效果是：

1)三角转子把侧壁分成三个独立空间，三个空间各自先后完成进浆和排浆，三角转子自转一周，完成三次进出浆，注浆流量大；偏心回转注浆泵，结构简单，体积减小，维修容易，调试方便。

2)由于地层结构的和注浆条件的复杂性，通过注浆压力和流量的关联性调节的智能注浆系统，能更好的优化注浆施工设计、节约施工材料、保证注浆施工效果。本系统操作简单、使用方便，适用于隧道注浆的智能化控制，对于地下工程防渗水和加固有重大的实际意义。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型侧视图；

图3为本实用新型原理控制图；

图4是泵体结构示意图。

图5是转子示意图。

图6是内齿圈示意图。

图7是输入轴示意图。

图8是工作腔进出浆过程示意图

其中：1--小车、2--伺服电机、3--减速机、4—注浆泵、5--驱动器、6--PLC编码器、7-10--单向阀、11--管路三通、12--压力检测装置、13--液体流量计、14--溢流阀、15/16--进浆管、17-18--出浆管、19--出浆总管、20--溢流管道；

21--螺母；22--螺栓；23--前封盖；24--侧壁；25--后封盖；26--转子；27--侧壁内壁；28--内齿圈；29--定齿轮；30--输入轴；31--轴承；32—轴承端盖。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1、2所示，小车1长1.2m、宽0.8m、高0.7m，底部有四条支撑腿并安有4个带制动器的万向轮，所有器材全部集成在小车平板内。伺服电机2与减速机3通过联轴器与三角转子泵4联结在一起，三者底部均通过螺栓固定在平板内，通过调节高度填充块使三者中心在一条直线上。单向阀9、10分别连结在注浆泵的两个浆液入口处，单向阀7、8分别联结在两个浆液出口处，单向阀与进浆管15、16或者出浆管17、18联结。管路三通11使两出浆管变为一个出浆总管19，方便记录测量。压力检测装置12(压力表)和液体流量计13附着于管道出浆前部和后部，采用机械连接进行密封。溢流阀14附着于支路管前部，支路管路与主管路采用三通联结。PLC编码器6通过自身所带附着于主管路的压力传感器测量主管路压力，并记录数据。驱动器5固定在伺服电机2左侧，通过控制数据线分别与伺服电机2和PLC编码器6联结。

通过PLC编码器6监测主管路压力，结合施工标准要求并根据压力的变化输出控制信号，直达驱动器5，驱动器5根据上级命令控制伺服电机2的输出转速，从而减小或增大输出流量与压力，实现对注浆流量与压力的量化控制。

三角转子注浆泵4浆液入口设有两个，可实现双液注浆技术，浆液比例1:1，且混合较为均匀，有利于浆液的下一步输送。

单向阀7-10共4个，根据管路压力与流量要求，选用铜质弹簧式单向阀。压力要求≥2Mpa，流量≥0.5m³/h。通过螺纹与泵体和管路连接，并在螺纹处使用适当生料带密封。

附属于PLC编码器6的压力信号传感器设置在溢流支路之后，可实时测量主管路压力的大小，并将实时信号传递给主控单元-PLC编码器6。

满管式液体流量计13设置在主管路末端，可测量并记录主管路浆液累加流量和实时流量，选用要求流量≥2m³/h。

溢流阀14设置在支流管路前段，可通过设置该装置压力系数调节溢流压力值，可调范围0.5Mpa～2Mpa。其支流管路出口置于废弃浆液收集桶内，防止污染周围环境。

其中，如图4-8所示，注浆泵，包括转子26、侧壁24、输入轴30、内齿圈28、定齿轮29、前封盖23、后封盖25，紧固螺栓22，轴承31，轴承端盖32。

偏心回转注浆泵的三角转子26通过轴套与输入轴30偏心处配合；输入轴30输入端通过轴承11以及端盖32与前封盖23装配在一起；输入轴10另一端通过轴套与后封盖25装配在一起；前后两个端面通过紧固螺栓22固定在侧壁4上。内齿圈28镶嵌在转子26内部，定齿轮29镶嵌在前端面上。转子26两侧面装配有耐磨密封环，以实现转子26侧面与前后封盖的密封；转子26三个尖角处设有凹槽，凹槽与弹簧密封片配合以实现转子26与工作腔的密封。

侧壁24内腔型线为内切创成法形成的双弧外次摆线，转子26的轮廓线是侧壁型线的内包络线。

以电机驱动转子26绕输入轴10转动，转子26又由内齿圈8和定齿轮9限定绕输入轴10自转，两种运动复合为转子26顶点轨迹近似一个椭圆，通过改变各工作腔体积变化来完成浆液的吸入和排出，完成输送浆液。内齿圈28与定齿轮29的齿数之比为3:2，实现电机(输入轴10)每转一周，转子26转1/3周。

三角转子26把侧壁24分成三个独立空间，侧壁内壁27是硬质的，三个空间各自先后完成进浆和排浆，三角转子26自转一周，完成三次进出浆。根据以上运动关系，输入轴30的转速是转子26自转速度的3倍，这与往复运动式泵的活塞与输入轴1:1的运动关系完全不同。

电机带动输入轴30转动，输入轴30通过偏心处带动三角转子26转动，由于三角转子26内部镶嵌的内齿圈28与定齿轮29相互啮合，所以三角转子26产生一种自转。三角转子26的几何中心绕输入轴30中心公转的同时，三角转子26本身又绕自身几何中心自转。

此外，转子26通过轴套与输入轴30的偏心块处配合；输入轴30的输入端通过轴承以及轴承端盖32装配在一起，前封盖23与侧壁24配合，在轴承前通过轴承端盖32固定；输入轴30的另一端通过轴承以及后轴承端盖装配在一起，后轴承端盖通过紧固螺栓与后封盖25固定。前封盖23与后封盖25通过紧固螺栓固定在侧壁24上。内齿圈28镶嵌在转子26内部，定齿轮29镶嵌在前封盖23上。转子26的侧面装配有耐磨密封环，以实现转子26侧面与前后封盖的密封；转子26三个尖角处设有凹槽，凹槽装有弹簧密封片以实现转子26与工作腔的密封。

如图6所示，转子26在转动过程中，所示着色工作工作腔积增大，由A管口吸浆，工作腔内浆液不断增多到位置4时所示工作腔容积最大，随着转子继续转动，工作腔容积逐渐减小，浆液由B管口排出，到位置6时，工作腔容积最小，然后继续由D管口吸浆，随即由管口C排出。转子在一个转动周期内共完成三个工作腔的进出浆。

基于压力和流量模糊控制的智能注浆试验系统的使用方法：按图1-3进行组装试验系统，试验各设备的运转情况和该装置管道及其连接处密封性，待空转试验完毕后，进行注浆试验。选取合适的充填介质置于试验台中，并在储浆桶中储备适当的浆液，可为水泥：水玻璃＝1：1。注浆试验开始，通过浆液的慢慢注入，压力检测装置12的压力以及浆液流量计的累积读数逐步增大，待压力达到溢流阀14的设置额定压力时，溢流阀14打开工作，多余浆液通过支流管路20进入溢流桶中，与此同时通过压力信号传感器接受信号的PLC编码器，根据注浆试验前输入的既定程序，通过驱动器5调节伺服电机2的转速变小，进而使得注浆流量下降，由于流量与压力为耦合参数，压力随之下降，溢流阀14关闭，继续注浆试验。待压力再次达到溢流阀14设定额定压力时，系统再次如上工作，完成梯度注浆试验，注浆梯度的变化规律可通过输入PLC编码器6的程序设定，待程序过程完成后，拆卸并清洗试验系统装置，结束实验。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于三角转子注浆泵的智能注浆试验系统，其特征在于，包括注浆泵，该注浆泵包括泵壳，泵壳内设有空腔，泵壳设有浆液入口和浆液出口；在空腔内设有三角转子，转子套在输入轴的偏心块处旋转以实现工作腔的增大或减小；所述转子与输入轴间隙配合，泵壳内固设有定齿轮，转子中部设有与定齿轮配合的齿圈，齿圈固定连接转子；注浆泵内转子与驱动装置连接，注浆泵的浆液入口连接储浆桶，浆液出口通过出口管连接到试验台，出口管管壁设有压力检测装置和液体流量计，压力检测装置和液体流量计分别与控制器单独连接，控制器与驱动装置连接。

2.如权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述驱动装置包括电机，电机通过减速机与所述转子连接，电机由驱动器控制，所述控制器为PLC编码器。

3.如权利要求1所述的试验系统，其特征在于，各个机构均设置在可移动的小车上。

4.如权利要求1或2或3所述的试验系统，其特征在于，所述浆液入口和浆液出口各有两个，浆液入口与浆液出口交错设置，四个口上下左右对称设置。

5.如权利要求4所述的试验系统，其特征在于，所述泵壳包括一环形或长圆形侧壁，侧壁的两侧分别设有封盖，所述转子与所述封盖之间设有密封圈。

6.如权利要求1或5所述的试验系统，其特征在于，所述转子的三条边为向外凸的弧线。

7.如权利要求1或2或5所述的试验系统，其特征在于，所述转子与所述泵壳形成3个工作腔，所述转子的顶角处装有可伸缩的硬质密封条以密封工作工作腔。

8.如权利要求4所述的试验系统，其特征在于，在所述出口管处设置溢流阀并连接到溢流桶，所述储浆桶分为两个，两个储浆桶中浆液不同，二者各自连接一个浆液入口。

9.如权利要求8所述的试验系统，其特征在于，所述储浆桶包括水泥桶与水玻璃桶。