CN209324766U - 气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，包括气垫舱，气垫舱设有并联气体调节单元。系统的变量是泥水仓的正面支撑的泥水压力，通过闭环反馈调节来调整双并联回路进排气阀动作顺序和阀门开度来控制进排气流量大小，速度放大器加快了阀门反应时间提高了系统的灵敏度，压差控制阀稳定了进气阀前后两端压力减少系统冲击，两者从而来稳定气垫舱压力，达到快速响应。

Description

气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统

技术领域

本实用新型涉气动控制方案领域，特别应用气垫式泥水平衡盾构气垫舱压力平衡控制，尤其在超大直径泥水平衡盾构上应用的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统。

背景技术

随着盾构掘进技术的发展，越来越多的越江跨海隧道工程开始采用大直径的盾构机。一般来讲，直径11米以上的大直径盾构，大多采用泥水平衡型。目前泥水平衡盾构有两种形式设计：直接控制型和间接控制型。采用气垫式平衡盾构为间接控制型，间接控制型泥水平衡盾构与直接控制型相比，控制系统更为简化，对开挖面土层支护更为稳定，对地表沉陷的控制更为方便。而对于大直径气垫式平衡泥水盾构，同样采用常规的气垫舱支撑泥水舱压力，气垫舱压力通过压缩空气来调节，压缩空气压力的调整通过一套进排气阀门来调整，但是大直径气垫式平衡泥水盾构的应用工况更加复杂，常规的气垫舱支撑泥水舱压力调整系统并不适用。

实用新型内容

针对上述现有技术中描述的不足，本实用新型提供一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，包括气垫舱，气垫舱设有并联气体调节单元。多组并联同时控制，用以应对不同大小流量下的压缩空气使用。

所述并联气体调节单元的进气组件设有压差控制阀，用以控制进气阀前后两端压差控制，维持压力平衡，从而减少系统压力波动，压差控制阀的特性带有“+”和“-”两个信号，“-”端信号取值于气垫舱压力，“+”端信号取值于进气阀进气端管道压力，“-”端和“+”端压力差控制通过阀门本身自带弹簧来调整压差大小。

所述并联气体调节单元的进气阀和出气阀均设有速度放大器5，速度放大器来增控双并联气体保压调节系统，用以加快系统反应时间，加快大小并联的进排气阀门反应速度。

所述并联气体调节单元为双并联气体调节单元，进气阀和排气阀双并联设计，用以应对不同大小流量下的压缩空气使用。

所述并联气体调节单元，包括进气组件和出气组件；所述进气组件，包括进气阀Ⅰ、进气阀Ⅱ、进气管道Ⅰ、进气管道Ⅱ、进气管道Ⅲ和气源处理件；进气管道Ⅰ的进气端与外部气源连通；进气管道Ⅰ的出气端分别与进气管道Ⅱ和进气管道Ⅲ连通，进气管道Ⅱ和进气管道Ⅲ并联设置并分别与气垫舱连通；进气阀Ⅰ设置在进气管道Ⅱ上，进气阀Ⅱ设置在进气管道Ⅲ上；且进气阀Ⅰ的阀门执行器和进气阀Ⅱ的阀门执行器经气源处理件与外部气源连通。

进气管道Ⅰ的进气端经压差控制阀与外部气源连通，用以控制进气阀前后两端压差控制，维持压力平衡，从而减少系统压力波动。

并且在进气阀Ⅰ的阀门执行器与气源处理件之间、进气阀Ⅱ的阀门执行器与气源处理件之间均设有速度放大器；进气阀Ⅰ的阀门定位器与对应的速度放大器连通，进气阀Ⅱ的阀门定位器与对应的速度放大器连通。

所述出气组件，包括出气阀Ⅰ、出气阀Ⅱ、出气管道Ⅰ、出气管道Ⅱ、出气管道Ⅲ和气源处理件；出气管道Ⅰ和出气管道Ⅱ并联设置并分别与气垫舱连通；出气管道Ⅰ的一端经出气阀Ⅰ与出气管道Ⅲ连通；出气管道Ⅱ的一端经出气阀Ⅱ与出气管道Ⅲ连通；出气阀Ⅰ的阀门执行器和出气阀Ⅱ的阀门执行器经气源处理件与外部气源连通。

在出气阀Ⅰ的阀门执行器与气源处理件之间、出气阀Ⅱ的阀门执行器与气源处理件之间均设有速度放大器，出气阀Ⅰ的阀门定位器与对应的速度放大器连通，出气阀Ⅱ的阀门定位器与对应的速度放大器连通。

为了减少系统排气时噪音，在出气管道Ⅲ上设有消音器。

为了实现自动化，所述并联气体调节单元还包括控制组件，所述控制组件包括压力传感器、PI控制盒和减压阀；减压阀的一端经气源处理件与外部气源连通；减压阀的另一端与PI控制盒连通，PI控制盒与压力传感器连通，压力传感器与气垫舱连通，且压力传感器的反馈端与PI控制盒连通；PI控制盒分别与进气阀Ⅰ的阀门定位器、进气阀Ⅱ的阀门定位器、出气阀Ⅰ的阀门定位器、出气阀Ⅱ的阀门定位器连接。减压阀是用以设置比较压力来让压力变送器实现反馈信号给PI控制盒。

压力传感器用以测量气垫舱压力，并给PI控制盒反馈测量的压力信号。PI控制盒有手动和自动模式，可以手动调整进排气阀的动作顺序来达到系统所需要的压力大小值，也可以在自动模式下设置需要的压力大小值来自动调整进排气阀动作顺序及阀门开度大小，系统全自动无需干预就可以实现压力平衡控制。

本实用新型既可以手动控制也可以全自动控制，手动模式下可以调整阀门控制信号，分段控制进气大小阀和排气大小阀的动作，当进气阀或排气阀需要动作时，进气阀或排气阀的阀门定位器会给速度放大器提供控制信号，从而速度放大器为进气阀或排气阀提供驱动气源。自动模式下，PI控制盒设置好气垫舱需要的压力，压力传感器测得气垫舱压力大小，输出压力信号给PI控制盒进行比较，PI控制盒就会输送信号给进气阀和排气阀的阀门定位器，通过输送信号的大小来控制进气阀或排气阀的阀门定位器动作。阀门定位器输送信号开启速度放大器，从而驱动进排气阀驱动器实现进排气阀动作。通常情况下，在应对小气量进或排气时，双并联的回落只有进气或排气小阀在动作，从而减少系统波动。在应对大流量进或排气时，双并联回落的进或排气大小阀都会同时动作，从而应对突发情况，及时调整压力减少压力波动，在这一过程中，所有的速度放大器都在加快阀门动作，从而进行快速响应压力波动信号，减少系统压力不稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的管路连接图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，包括气垫舱，气垫舱设有并联气体调节单元。

实施例2：一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，所述并联气体调节单元的进气组件设有压差控制阀，其余均与实施例1相同。

实施例3：一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，所述并联气体调节单元的进气阀和出气阀均设有速度放大器，其余均与实施例2相同。

实施例4：一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，如图1所示，包括气垫舱12，气垫舱12设有并联气体调节单元。所述并联气体调节单元为双并联气体调节单元。

并且为了减少系统的波动，所述并联气体调节单元的进气组件设有压差控制阀2；为了加快反应，所述并联气体调节单元的进气阀和出气阀均设有速度放大器5。

具体地，所述并联气体调节单元，包括进气组件和出气组件；所述进气组件，包括进气阀Ⅰ31、进气阀Ⅱ32、进气管道Ⅰ33、进气管道Ⅱ34、进气管道Ⅲ35和气源处理件9；进气管道Ⅰ33的进气端与外部气源连通；优选地，进气管道Ⅰ33的进气端经压差控制阀2与外部气源连通。

进气管道Ⅰ33的出气端分别与进气管道Ⅱ34和进气管道Ⅲ35连通，进气管道Ⅱ34和进气管道Ⅲ35并联设置并分别与气垫舱连通。

进气阀Ⅰ31设置在进气管道Ⅱ34上，进气阀Ⅱ32设置在进气管道Ⅲ35上；且进气阀Ⅰ31的阀门执行器和进气阀Ⅱ32的阀门执行器经气源处理件9与外部气源连通；

为了加快反应，在进气阀Ⅰ31的阀门执行器与气源处理件9之间、进气阀Ⅱ32的阀门执行器与气源处理件9之间均设有速度放大器5；进气阀Ⅰ31的阀门定位器与对应的速度放大器5连通，进气阀Ⅱ32的阀门定位器与对应的速度放大器5连通。

所述出气组件，包括出气阀Ⅰ41、出气阀Ⅱ42、出气管道Ⅰ43、出气管道Ⅱ44、出气管道Ⅲ45和气源处理件9；出气管道Ⅰ43和出气管道Ⅱ44并联设置并分别与气垫舱连通；出气管道Ⅰ43的一端经出气阀Ⅰ41与出气管道Ⅲ45连通；出气管道Ⅱ44的一端经出气阀Ⅱ42与出气管道Ⅲ45连通；并且为了减少噪音，在出气管道Ⅲ45上设有消音器10。

出气阀Ⅰ41的阀门执行器和出气阀Ⅱ42的阀门执行器经气源处理件9与外部气源连通。

为了加快反应，在出气阀Ⅰ41的阀门执行器与气源处理件9之间、出气阀Ⅱ42的阀门执行器与气源处理件9之间均设有速度放大器5，出气阀Ⅰ41的阀门定位器与对应的速度放大器5连通，出气阀Ⅱ42的阀门定位器与对应的速度放大器5连通。

为了实现自动化，所述并联气体调节单元还包括控制组件，所述控制组件包括压力传感器6、PI控制盒7和减压阀8；减压阀8的一端经气源处理件9与外部气源连通；减压阀8的另一端与PI控制盒7连通，PI控制盒7与压力传感器6连通，压力传感器6与气垫舱连通，且压力传感器6的反馈端与PI控制盒7连通；PI控制盒7分别与进气阀Ⅰ31的阀门定位器、进气阀Ⅱ32的阀门定位器、出气阀Ⅰ41的阀门定位器、出气阀Ⅱ42的阀门定位器连接。减压阀是用以设置比较压力来让压力变送器实现反馈信号给PI控制盒。

本实施例是以泥水盾构设计为例进行说明的，但不限制这个范围，主要工作原理：气垫式泥水平衡盾构需要在气垫舱内提供一定的支持压力来维持泥水舱的压力稳定，从而达到支撑地表。而气垫舱的压力调整通过PI控制盒来控制进排气阀的流量大小来及时稳定气垫舱压力。PI控制盒有手动模式和自动模式。

手动模式下可以调整阀门控制信号，分段控制进气大小阀和排气大小阀的动作，本实施例中，将进气阀Ⅰ31作为进气大阀，进气阀Ⅱ32为进气小阀；出气阀Ⅰ41作为出气大阀，、出气阀Ⅱ42作为出气小阀。

当进气阀或排气阀需要动作时，进气阀或排气阀的阀门定位器会给速度放大器提供控制信号，从而速度放大器为进气阀或排气阀提供驱动气源。

自动模式下，PI控制盒设置好气垫舱需要的压力，压力传感器测得气垫舱压力大小，输出压力信号给PI控制盒进行比较，PI控制盒就会输送信号给进气阀和排气阀的阀门定位器，通过输送信号的大小来控制进气阀或排气阀的阀门定位器动作。阀门定位器输送信号开启速度放大器，从而驱动进排气阀驱动器实现进排气阀动作。

通常情况下，在应对小气量进或排气时，双并联的回落只有进气或排气小阀在动作，从而减少系统波动。在应对大流量进或排气时，双并联回落的进或排气大小阀都会同时动作，从而应对突发情况，及时调整压力减少压力波动，在这一过程中，所有的速度放大器都在加快阀门动作，从而进行快速响应压力波动信号，减少系统压力不稳定。

系统的变量是泥水仓的正面支撑的泥水压力，通过闭环反馈调节来调整双并联回路进排气阀动作顺序和阀门开度来控制进排气流量大小，速度放大器加快了阀门反应时间提高了系统的灵敏度，压差控制阀稳定了进气阀前后两端压力减少系统冲击，两者从而来稳定气垫舱压力，达到快速响应。

上面所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，包括气垫舱（12），其特征在于：气垫舱（12）设有并联气体调节单元。

2.根据权利要求1所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：所述并联气体调节单元的进气组件设有压差控制阀（2）。

3.根据权利要求1或2所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：所述并联气体调节单元的进气阀和出气阀均设有速度放大器（5）。

4.根据权利要求3所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：所述并联气体调节单元为双并联气体调节单元。

5.根据权利要求1或2或4所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：所述并联气体调节单元，包括进气组件和出气组件；所述进气组件，包括进气阀Ⅰ（31）、进气阀Ⅱ（32）、进气管道Ⅰ（33）、进气管道Ⅱ（34）、进气管道Ⅲ（35）和气源处理件（9）；进气管道Ⅰ（33）的进气端与外部气源连通；进气管道Ⅰ（33）的出气端分别与进气管道Ⅱ（34）和进气管道Ⅲ（35）连通，进气管道Ⅱ（34）和进气管道Ⅲ（35）并联设置并分别与气垫舱连通；进气阀Ⅰ（31）设置在进气管道Ⅱ（34）上，进气阀Ⅱ（32）设置在进气管道Ⅲ（35）上；且进气阀Ⅰ（31）的阀门执行器和进气阀Ⅱ（32）的阀门执行器经气源处理件（9）与外部气源连通；

所述出气组件，包括出气阀Ⅰ（41）、出气阀Ⅱ（42）、出气管道Ⅰ（43）、出气管道Ⅱ（44）、出气管道Ⅲ（45）和气源处理件（9）；出气管道Ⅰ（43）和出气管道Ⅱ（44）并联设置并分别与气垫舱连通；出气管道Ⅰ（43）的一端经出气阀Ⅰ（41）与出气管道Ⅲ（45）连通；出气管道Ⅱ（44）的一端经出气阀Ⅱ（42）与出气管道Ⅲ（45）连通；出气阀Ⅰ（41）的阀门执行器和出气阀Ⅱ（42）的阀门执行器经气源处理件（9）与外部气源连通。

6.根据权利要求5所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：进气管道Ⅰ（33）的进气端经压差控制阀（2）与外部气源连通。

7.根据权利要求5所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：在进气阀Ⅰ（31）的阀门执行器与气源处理件（9）之间、进气阀Ⅱ（32）的阀门执行器与气源处理件（9）之间均设有速度放大器（5）；进气阀Ⅰ（31）的阀门定位器与对应的速度放大器（5）连通，进气阀Ⅱ（32）的阀门定位器与对应的速度放大器（5）连通。

8.根据权利要求5所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：在出气阀Ⅰ（41）的阀门执行器与气源处理件（9）之间、出气阀Ⅱ（42）的阀门执行器与气源处理件（9）之间均设有速度放大器（5），出气阀Ⅰ（41）的阀门定位器与对应的速度放大器（5）连通，出气阀Ⅱ（42）的阀门定位器与对应的速度放大器（5）连通。

9.根据权利要求8所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：在出气管道Ⅲ（45）上设有消音器（10）。

10.根据权利要求8所述的气垫式泥水平衡快速响应双并联调节系统，其特征在于：所述并联气体调节单元还包括控制组件，所述控制组件包括压力传感器（6）、PI控制盒（7）和减压阀（8）；减压阀（8）的一端经气源处理件（9）与外部气源连通；减压阀（8）的另一端与PI控制盒（7）连通，PI控制盒（7）与压力传感器（6）连通，压力传感器（6）与气垫舱连通，且压力传感器（6）的反馈端与PI控制盒（7）连通；PI控制盒（7）分别与进气阀Ⅰ（31）的阀门定位器、进气阀Ⅱ（32）的阀门定位器、出气阀Ⅰ（41）的阀门定位器、出气阀Ⅱ（42）的阀门定位器连接。