CN113359887B - 超高压灌浆压力控制装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高压灌浆压力控制装置，包括空气压缩机、气动灌浆泵、电控进气阀、压力传感器、压力控制***；所述电控进气阀设置在所述连接空气压缩机与气动灌浆泵之间的进气管道上，所述压力传感器设置在所述电控进气阀与气动灌浆泵之间的进气管道上；所述压力控制***与所述电控进气阀、压力传感器电路连接，用于采集气动灌浆泵低压腔压力值，计算电控进气阀的开度控制值并控制电控进气阀的开度大小。同时，公开了一种超高压灌浆压力控制方法。这样的设计，增强了调控超高压灌浆压力的精确性和稳定性，提高了灌浆作业的质量，避免了灌浆管道高压爆管问题的发生，同时也提升了操作人员使用灌浆***作业的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及灌浆工程领域，特别是涉及一种超高压灌浆压力控制装置及控制方法。
背景技术
灌浆施工是国内外大坝基础施工中常用的加固手段，灌浆压力是影响灌浆质量的关键参数之一。由于灌浆过程中存在非线性、地层变化的不确定性等因素影响，在灌浆过程中会出现高压灌浆方式；现灌浆施工过程中使用电动灌浆泵作为动力机构，在灌浆管路中串联一个压力调节阀进行自动压力控制方法无法达到超高压灌浆，在使用电动灌浆泵中也可能会由于堵管引起爆管问题的发生。
目前，在灌浆施工过程中主要存在以下问题：一是出于灌浆泵的排出流量不稳和扬程较小等原因，现场灌浆压力很不稳定，影响了灌浆作业的质量；二是灌浆压力的控制多数采用电动灌浆泵和调压阀组成的控制方法，灌浆压力偏小，还不能达到特殊条件下的超高压灌浆方式；三是采用电动灌浆泵作为动力时，可能会发生爆管问题；四是将压力传感器设置在灌浆管道内监测灌浆压力，由于压力传感器会受到浆液的污损，从而导致测量不准确，使用寿命过短，需要定期进行清理维护；五是由于灌浆作业采用高电压控制，施工中可能会发生操作人员触电伤亡事故。
发明内容
本发明的目的在于；针对现有技术的缺点和不足，提出一种超高压灌浆压力控制装置及控制方法，通过在气动灌浆泵的进气管道上设置电控进气阀和压力传感器，再利用压力控制***进行监测和控制，增强了调控超高压灌浆压力的精确性和稳定性，提高了灌浆作业的质量，避免了灌浆管道高压爆管问题的发生，同时也提升了操作人员使用灌浆***作业的安全性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
超高压灌浆压力控制装置，包括空气压缩机、气动灌浆泵、电控进气阀、压力传感器、压力控制***；
所述电控进气阀设置在所述连接空气压缩机与气动灌浆泵之间的进气管道上，用于调节进入气动灌浆泵低压腔的空气压力大小，所述压力传感器设置在所述电控进气阀与气动灌浆泵之间的进气管道上，用于监测进入气动灌浆泵低压腔的空气压力值；
所述压力控制***与所述电控进气阀、压力传感器电路连接，用于采集气动灌浆泵低压腔压力值，计算电控进气阀的开度控制值并控制电控进气阀的开度大小。
通常，气动灌浆泵主要包括了容纳压缩空气的低压腔和容纳灌浆浆液的高压腔，其作用在于通过低压腔中的气动压力控制高压腔中的灌浆压力。本方案中，通过在气动灌浆泵低压腔连接的进气管道上设置电控进气阀和压力传感器，压力控制***通过压力传感器实时监测采集气动灌浆泵低压腔中压缩空气压力值，再结合气动灌浆泵高压腔需要提供的灌浆作业压力值及气动灌浆泵的低压腔与高压腔的压力比值(其中，灌浆作业压力值为初始设置的输出压力值，压力比值为气动灌浆泵的恒定值)，计算得出电控进气阀的开度控制值并控制电控进气阀的开度大小，这样通过精确控制电控进气阀的开度大小，可以保持气动灌浆泵高压腔的灌浆作业输出压力稳定。同时，由于气动泵使用压缩空气为动力，在工作过程中出现堵管的现象时，气压就无法将浆液压出气动泵，使得灌浆压力不会随着时间增加而升高，避免了灌浆管道高压爆管问题的发生。
并且，将压力传感器设置在气动灌浆泵的进气管道上，监测得到的气压大小比直接监测管道浆液的压力大小更为准确。同时，由于压力传感器没有直接接触浆液而受到污损，其维护更加方便，使用寿命更长。
进一步地，所述压力控制***包括光耦隔离电路、单片机、A/D转换器；所述光耦隔离电路用于将压力控制***与电控进气阀和压力传感器进行电隔离；所述单片机用于接收参数输入、输出压力控制***需要显示的数据以及计算电控进气阀的开度控制值。
采用光耦隔离电路能有效防止压力控制***的高电压对使用低电压的电控进气阀和压力传感器的干扰，有利于提高压力传感器监测压力以及控制电控进气阀开度大小的精度。
进一步地，所述单片机的输入端口、输入端口分别连接有输入设备和显示器；所述输入设备用于设定气动灌浆泵需要输出的灌浆作业压力值，所述显示器显示所述气动灌浆泵内的压力值和工作状态。
在施工中，对不同地域、不同环境、不同地质条件的作业段面进行灌浆作业时要求的灌浆压力会有所区别，因此通过确定对作业段面进行作业时的灌浆压力，并将其通过输入设备输入压力控制***中作为初始控制参数值。压力控制***根据这一初始的灌浆作业压力值，通过监测和计算，精确控制电控进气阀开度大小，从而为灌浆作业提供稳定可靠的灌浆压力，提高了灌浆作业的质量。
进一步地，所述压力控制***连接有声光报警器，所述声光报警器用于压力控制异常时的报警。
进一步地，所述电控进气阀为电控压力调节器。采用电控压力调节器，其控制的精确更高。
在本方案灌浆施工中，可选择使用低压腔与高压腔的压力比值为1：30～1：100之间的气动灌浆泵，这样的气动灌浆泵能够提供较好的施工作业灌浆压力，当采用1：50的压力比值时，施工作业的效果更好。
进一步地，所述气动灌浆泵、电控进气阀和压力传感器的控制电压不大于48V。
上述灌浆***的设备均采用弱电控制，并且如前所述该弱电灌浆***与压力控制***前端的高电压通过光耦隔离电路进行了电隔离，尽管空气压缩机采用常规电压，但操作人员进行灌浆作业更多地与灌浆***的上述前端设备接触，因此操作人员进行灌浆作业时不会因触电发生人员伤亡事故，提高了操作人员使用灌浆***作业的安全性。
同时，本方案提供了超高压灌浆压力控制方法，如上述超高压灌浆压力控制装置的超高压控制步骤如下：
S1：通过所述输入设备向压力控制***输入气动灌浆泵需要输出的灌浆作业压力值以及气动灌浆泵的低压腔与高压腔的压力比值；
S2：所述压力控制***采集压力传感器监测得到的连接气动灌浆泵低压腔的空气管道内的空气压力值；
S3：步骤S2所述的空气压力值先经光耦隔离电路输入给A/D转换器，再由A/D转换器对所述空气压力值进行数模转换后输入至单片机；
S4：所述单片机根据步骤S1所述的灌浆作业压力值、压力比值以及步骤S2所述的空气压力值，计算得到电控进气阀的开度控制值；
S5：所述压力控制***将步骤S4所述的开度控制值经光耦隔离电路传输给电控进气阀，通过控制电控进气阀的开度大小，调节气动灌浆泵低压腔的压力大小，从而实现气动灌浆泵高压腔的超高压灌浆压力输出。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1.由于在气动灌浆泵的进气管道上设置电控进气阀和压力传感器，压力控制***通过采集气动灌浆泵低压腔中空气压力值，再结合所需灌浆作业压力值及低压腔与高压腔的压力比值，计算得出电控进气阀的开度控制值并控制电控进气阀的开度大小，增强了调控超高压灌浆压力的精确性和稳定性，也提高了灌浆作业的质量；
2.由于气动泵使用压缩空气为动力，在工作过程中出现堵管的现象时，气压就无法将浆液压出气动泵，使得灌浆压力不会随着时间增加而升高，避免了灌浆管道高压爆管问题的发生；
3.将压力传感器设置在气动灌浆泵的进气管道上，因此压力传感器没有直接接触浆液而受到污损，其维护更加方便，也提高了压力传感器的使用寿命；
4.由于灌浆***的前端设备均采用弱电控制，并且该弱电灌浆***与压力控制***前端的高电压通过光耦隔离电路进行了电隔离，因此操作人员进行灌浆作业时不会因触电发生人员伤亡事故，提高了操作人员使用灌浆***作业的安全性。
附图说明
图1为超高压灌浆压力控制装置的结构示意图；
图2为超高压灌浆压力控制方法的流程图。
图中标记：1-空气压缩机，2-气动灌浆泵，3-电控进气阀，4-压力传感器，5-压力控制***，51-光耦隔离电路，52-单片机，53-A/D转换器，6-输入设备，7-显示器，8-声光报警器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了超高压灌浆压力控制装置，包括空气压缩机1、气动灌浆泵2、电控进气阀3、压力传感器4、压力控制***5；
所述电控进气阀3设置在所述连接空气压缩机1与气动灌浆泵2之间的进气管道上，用于调节进入气动灌浆泵2低压腔的空气压力大小，所述压力传感器4设置在所述电控进气阀3与气动灌浆泵2之间的进气管道上，用于监测进入气动灌浆泵2低压腔的空气压力值；
所述压力控制***5与所述电控进气阀3、压力传感器4电路连接，用于采集气动灌浆泵2低压腔压力值，计算电控进气阀3的开度控制值并控制电控进气阀3的开度大小。
通常，气动灌浆泵主要包括了容纳压缩空气的低压腔和容纳灌浆浆液的高压腔，其作用在于通过低压腔中的气动压力控制高压腔中的灌浆压力。本方案中，通过在气动灌浆泵低压腔连接的进气管道上设置电控进气阀和压力传感器，压力控制***通过压力传感器实时监测采集气动灌浆泵低压腔中压缩空气压力值，再结合气动灌浆泵高压腔需要提供的灌浆作业压力值及气动灌浆泵的低压腔与高压腔的压力比值(其中，灌浆作业压力值为初始设置的输出压力值，压力比值为气动灌浆泵的恒定值)，计算得出电控进气阀的开度控制值并控制电控进气阀的开度大小，这样通过精确控制电控进气阀的开度大小，可以保持气动灌浆泵高压腔的灌浆作业输出压力稳定。同时，由于气动泵使用压缩空气为动力，在工作过程中出现堵管的现象时，气压就无法将浆液压出气动泵，使得灌浆压力不会随着时间增加而升高，避免了灌浆管道高压爆管问题的发生。
并且，将压力传感器设置在气动灌浆泵的进气管道上，监测得到的气压大小比直接监测管道浆液的压力大小更为准确。同时，由于压力传感器没有直接接触浆液而受到污损，其维护更加方便，使用寿命更长。
进一步地，所述压力控制***5包括光耦隔离电路51、单片机52、A/D转换器53；所述光耦隔离电路51用于将压力控制***5与电控进气阀3和压力传感器4进行电隔离；所述单片机52用于接收参数输入、输出压力控制***5需要显示的数据以及计算电控进气阀3的开度控制值。
采用光耦隔离电路能有效防止压力控制***的高电压对使用低电压的电控进气阀和压力传感器的干扰，有利于提高压力传感器监测压力以及控制电控进气阀开度大小的精度。
进一步地，所述单片机52的输入端口、输入端口分别连接有输入设备6和显示器7；所述输入设备6用于设定气动灌浆泵2需要输出的灌浆作业压力值，所述显示器7显示所述气动灌浆泵2内的压力值和工作状态。
在施工中，对不同地域、不同环境、不同地质条件的作业段面进行灌浆作业时要求的灌浆压力会有所区别，因此通过确定对作业段面进行作业时的灌浆压力，并将其通过输入设备输入压力控制***中作为初始控制参数值。压力控制***根据这一初始的灌浆作业压力值，通过监测和计算，精确控制电控进气阀开度大小，从而为灌浆作业提供稳定可靠的灌浆压力，提高了灌浆作业的质量。
进一步地，所述压力控制***5连接有声光报警器8，所述声光报警器8用于压力控制异常时的报警。
进一步地，所述电控进气阀3为电控压力调节器。采用电控压力调节器，其控制的精确更高。
本实施例灌浆施工中，采用低压腔与高压腔的压力比值为1：50的气动灌浆泵，提供了更好的施工作业效果。
进一步地，所述空气动灌浆泵2、电控进气阀3和压力传感器4的控制电压不大于48V。
上述灌浆***的设备均采用弱电控制，并且如前所述该弱电灌浆***与压力控制***前端的高电压通过光耦隔离电路进行了电隔离，尽管空气压缩机采用常规电压，但操作人员进行灌浆作业更多地与灌浆***的上述前端设备接触，因此操作人员进行灌浆作业时不会因触电发生人员伤亡事故，提高了操作人员使用灌浆***作业的安全性。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本实施例提供了超高压灌浆压力控制方法，如实施例1中所述的超高压灌浆压力控制装置的超高压控制步骤如下：
S1：通过所述输入设备6向压力控制***5输入气动灌浆泵2需要输出的灌浆作业压力值以及气动灌浆泵2的低压腔与高压腔的压力比值；
S2：所述压力控制***5采集压力传感器4监测得到的连接气动灌浆泵2低压腔的空气管道内的空气压力值；
S3：步骤S2所述的空气压力值先经光耦隔离电路51输入给A/D转换器53，再由A/D转换器53对所述空气压力值进行数模转换后输入至单片机52；
S4：所述单片机52根据步骤S1所述的灌浆作业压力值、压力比值以及步骤S2所述的空气压力值，计算得到电控进气阀3的开度控制值；
S5：所述压力控制***5将步骤S4所述的开度控制值经光耦隔离电路51传输给电控进气阀3，通过控制电控进气阀3的开度大小，调节气动灌浆泵2低压腔的压力大小，从而实现气动灌浆泵2高压腔的超高压灌浆压力输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，皆应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.超高压灌浆压力控制方法，其特征在于：包括超高压灌浆压力控制装置，该装置包括空气压缩机(1)、气动灌浆泵(2)，其特征在于：还包括电控进气阀(3)、压力传感器(4)、压力控制***(5)；
所述电控进气阀(3)设置在连接空气压缩机(1)与气动灌浆泵(2)之间的进气管道上，用于调节进入气动灌浆泵(2)低压腔的空气压力大小，所述压力传感器(4)设置在所述电控进气阀(3)与气动灌浆泵(2)之间的进气管道上，用于监测进入气动灌浆泵(2)低压腔的空气压力值；
所述压力控制***(5)与所述电控进气阀(3)、压力传感器(4)电路连接，用于采集气动灌浆泵(2)低压腔压力值，计算电控进气阀(3)的开度控制值并控制电控进气阀(3)的开度大小；
所述压力控制***(5)包括光耦隔离电路(51)、单片机(52)、A/D转换器(53)；所述光耦隔离电路(51)用于将压力控制***(5)与电控进气阀(3)和压力传感器(4)进行电隔离；所述单片机(52)用于接收参数输入、输出压力控制***(5)需要显示的数据以及计算电控进气阀(3)的开度控制值；
所述单片机(52)的输入端口与输入设备(6)连接，单片机(52)的输出端口与显示器(7)连接；所述输入设备(6)用于设定气动灌浆泵(2)需要输出的灌浆作业压力值，所述显示器(7)显示所述气动灌浆泵(2)内的压力值和工作状态；
该控制方法包括以下步骤：
控制步骤如下：
S1：通过所述输入设备(6)向压力控制***(5)输入气动灌浆泵(2)需要输出的灌浆作业压力值以及气动灌浆泵(2)的低压腔与高压腔的压力比值；
S2：所述压力控制***(5)采集压力传感器(4)监测得到的连接气动灌浆泵(2)低压腔的空气管道内的空气压力值；
S3：步骤S2所述的空气压力值先经光耦隔离电路(51)输入给A/D转换器(53)，再由A/D转换器(53)对所述空气压力值进行数模转换后输入至单片机(52)；
S4：所述单片机(52)根据步骤S1所述的灌浆作业压力值、压力比值以及步骤S2所述的空气压力值，计算得到电控进气阀(3)的开度控制值；
S5：所述压力控制***(5)将步骤S4所述的开度控制值经光耦隔离电路(51)传输给电控进气阀(3)，通过控制电控进气阀(3)的开度大小，调节气动灌浆泵(2)低压腔的压力大小，从而实现气动灌浆泵(2)高压腔的超高压灌浆压力输出。
2.如权利要求1所述的超高压灌浆压力控制方法，其特征在于：所述压力控制***(5)连接有声光报警器(8)，所述声光报警器(8)用于压力控制异常时的报警。
3.如权利要求2所述的超高压灌浆压力控制方法，其特征在于：所述电控进气阀(3)为电控压力调节器。
4.如权利要求3所述的超高压灌浆压力控制方法，其特征在于：所述气动灌浆泵(2)、电控进气阀(3)和压力传感器(4)的控制电压不大于48V。
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