注漿泵安全閥的改進(jìn)

徐剛(鎮(zhèn)江寶城注漿設(shè)備有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212125)

注漿泵是建筑施工過程中常用設(shè)備，注漿泵的注漿質(zhì)量及安全性能對(duì)注漿工程的質(zhì)量、安全和效率具有決定作用，如水利工程、隧道施工、建筑施工、橋梁建設(shè)、礦井施工、地鐵施工等需要注漿堵水、填充空隙和加固破碎巖層的工程需要注漿泵注漿施工的地點(diǎn)，更是離不開性能穩(wěn)定、安全可靠的注漿設(shè)備。隨著注漿泵施工地點(diǎn)環(huán)境惡劣程度不斷增加，對(duì)注漿泵的性能要求也不斷提高，尤其是關(guān)系到注漿設(shè)備使用的關(guān)鍵部件——安全閥也在不斷改進(jìn)。

1 安全閥改進(jìn)

1.1 安全閥改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)對(duì)比

1.1.1 改進(jìn)前安全閥結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

改進(jìn)前安全閥結(jié)構(gòu)如圖一，該結(jié)構(gòu)類似于單向閥，主要組成部件為彈簧、調(diào)節(jié)螺桿、螺座、閥座、閥芯、閥套等，其中閥座上的小孔與閥芯的錐面之間是密封的。該結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，適合在粘度低、不易凝固的注漿液為介質(zhì)的環(huán)境下作業(yè)。

1.1.2 改進(jìn)后安全閥結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)

改進(jìn)后的安全閥在結(jié)構(gòu)上和普通的安全閥有較大差異，具體工藝圖可參見圖二。新型安全閥組成部件為調(diào)節(jié)螺釘、壓力表、排氣螺釘、三通、爆破膜、閥芯、油液、小閥芯、彈簧等組成。新型安全閥在密封型式維持原狀，但增加了液壓倍增系統(tǒng)、爆破膜和壓力表三個(gè)功能型系統(tǒng)部件。其中液壓倍增系統(tǒng)是在原有閥芯的基礎(chǔ)上增加了小閥芯，利用大小閥芯的面積差，改變所傳遞的作用力的大小。其中涉及到的物理原理為，液體可以傳遞壓強(qiáng)，且不改變壓強(qiáng)的大小。根據(jù)公式F=pS，其中F為力，p為壓強(qiáng)，S為受力面積。當(dāng)壓強(qiáng)相等時(shí)，受力面積的大小決定了力的大小。由此實(shí)現(xiàn)液壓倍增的目的。

圖一 改進(jìn)前安全閥工藝圖

圖二 改進(jìn)后安全閥工藝圖

1.2 安全閥改進(jìn)前后功能對(duì)比

1.2.1 改進(jìn)前安全閥工作原理及弊端

彈簧頂針式安全閥保護(hù)原理為：注漿泵在排除漿液時(shí)，進(jìn)入空氣室的部分漿液經(jīng)過閥座小孔作用在閥芯錐面上，形成向右的作用力，而位于閥芯右邊的彈簧經(jīng)過調(diào)節(jié)螺旋桿壓縮作用，對(duì)閥芯形成向左的作用力，當(dāng)閥芯所受到的向右的力較大時(shí)，就會(huì)右移，安全閥打開，排除多于漿液傳達(dá)預(yù)警信息，同時(shí)也起到泄壓作用，形成過載保護(hù)。

若注漿介質(zhì)為高粘度，易凝固的漿液時(shí)，如水泥、黃泥等容易在閥座部位凝固沉淀，影響安全閥內(nèi)彈簧受力時(shí)的形變程度及形變速度。若發(fā)套內(nèi)死角部位沉積大量漿液，會(huì)堵塞泄壓口，安全閥的泄壓功能和預(yù)警功能無法正常實(shí)施。若要解決問題，需要增大閥芯處密封小孔的直徑，但也會(huì)造成彈簧直徑的增大和彈簧鋼絲的變粗，降低安全閥對(duì)注漿泵的保護(hù)作用。另一方面，壓力表位于空氣室上方，與漿液直接接觸，表針指數(shù)受注漿壓力影響較大，不易穩(wěn)定，若壓力過大，有可能損壞壓力表。

1.2.2 改進(jìn)后安全閥優(yōu)勢

改進(jìn)后的安全閥工作原理不變，但由于增加了三個(gè)功能型部件，大大提高了安全閥的實(shí)用性能，這些實(shí)用性能的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

首先，液壓倍增系統(tǒng)可解決彈簧承受力和彈簧體積之間的矛盾。液壓倍增系統(tǒng)中的小閥芯與閥芯間的空腔里充滿油液，在注漿泵工作時(shí)，漿液對(duì)閥芯密封錐面形成向上的作用力的同時(shí)，也對(duì)空腔內(nèi)的油液產(chǎn)生等大的作用力。液體可以傳遞壓強(qiáng)，油液將漿施加的壓強(qiáng)傳遞閥芯，對(duì)小閥芯也產(chǎn)生一定作用力。由于小閥芯的面積相對(duì)于閥芯而言要小得多，因此同等壓強(qiáng)下，作用在小閥芯的壓力就會(huì)降低很多（可根據(jù)壓強(qiáng)計(jì)算公式p=F/S推導(dǎo)而得）。根據(jù)液壓倍增系統(tǒng)工作原理可知，通過調(diào)整閥芯與小閥芯之間的面積差，可將注漿泵排漿壓力的大小調(diào)節(jié)到彈簧所能承受的作用力范圍內(nèi)。同時(shí)，還可以通過此系統(tǒng)降低排漿液對(duì)彈簧的壓力，從而改變彈簧的體積，增大彈簧的形變幅度，提高安全閥的可靠性。

其次，安全閥下端爆破膜的增加解決了由于漿液沉積造成壓力巨變，引起安全事故的問題。在實(shí)際施工作業(yè)過程中，由于各種原因，需要注漿泵進(jìn)行間歇性作業(yè)，在停止工作的時(shí)間內(nèi)，管路中粘度較高的漿液會(huì)凝固沉淀，堵塞管路。當(dāng)再次開機(jī)工作時(shí)，由于管路內(nèi)堵塞造成壓力急劇升高，超出注漿泵承受范圍，容易引起安全事故。在安全閥下端增加爆破膜后，在壓力超出額定注漿壓力的瞬間，膜片可自動(dòng)爆破，排除漿液，從而保護(hù)設(shè)備，防止安全事故發(fā)生。

最后，安全閥上的壓力表延長了使用壽命。傳統(tǒng)注漿泵內(nèi)的壓力表直接與漿液接觸，而注漿液的壓力不穩(wěn)定，很容易造成壓力表指針在很大范圍內(nèi)波動(dòng)，若漿液滲透到壓力表內(nèi)反饋信號(hào)油管內(nèi)，會(huì)發(fā)生凝固現(xiàn)象，導(dǎo)致壓力表失效。而安全閥上的壓力表則利用空腔內(nèi)油液傳導(dǎo)漿液壓強(qiáng)產(chǎn)生壓力示數(shù)，避免漿液與壓力表的直接接觸，有效降低壓力表由于漿液凝固而損壞的可能性，大大延長其使用壽命。

2 結(jié)語

通過對(duì)注漿泵安全閥的改進(jìn)，提高了注漿泵的實(shí)用性能，不僅有效控制注漿液壓力變化對(duì)注漿泵各部件的損害，還能擴(kuò)大注漿泵適用范圍，注漿泵可以在低粘度或高粘度注漿液環(huán)境下正常停止或啟動(dòng)。值得注意的是，在改進(jìn)過程中，要注意油液的密封性、在加工各種閥芯的外圓面和閥體的內(nèi)孔時(shí)注意精準(zhǔn)度；另外應(yīng)注意排查空腔內(nèi)油液中是否含有空氣，保證油液傳遞壓強(qiáng)的準(zhǔn)確性。

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