专利名称：轻便式变态混凝土加浆计量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土施工设备，具体涉及一种轻便式变态混凝土加浆 计量装置。
技术背景常规混凝土护面和变态混凝土护面是目前最为流行的两大技术趋势。变 态混凝土施工法即在碾压混凝土摊铺前或摊铺后，向碾压混凝土中注入浆体 材料，使用插入式振捣棒振实的混凝土施工方法。目前国内已有多座碾压混凝土坝采用变态混凝土施工。最早在1991年荣地坝开始采用变态混凝土施 工，但是真正大量采用变态混凝土筑坝应该是从1996年江垭大坝开始的。 早期变态混凝土主要用于模板周边和两岸岩石接触部位，目的在于解决碾压 混凝土外观及其与两岸基岩的结合问题。江垭大坝扩大了变态混凝土的应用 范围，使变态混凝土用量达到碾压混凝土总用量的1.8%,达2万n^左右。 在此以后，大朝山、山口三级和沙牌等工程中变态混凝土用量均较大。因此， 解决龙滩变态混凝土施工中的难题意义重大。目前变态混凝土的施工方法有多种，主要区别在于加浆方式，有代表性 的主要有表层铺浆、沟槽注浆、二次铺浆、多点注浆等。例如，红水河龙滩水电站位于广西境内，坝型为碾压混;疑土重力坝，最 大坝高达216.5m，坝体混凝土用量达535万m3，其中碾压混凝土用量为340 万m3,占坝体总用量的64%。为了便于快速施工和提高上游面的防渗性能， 在上游面采取了变态混凝土设计。在龙滩这样高的重力坝上采用碾压混凝土 在世界上尚属首次，它的设计与施工难度均超过目前世界水平，因而有一系 列的重大关键技术问题需要进行研究，对于变态混凝土施工技术的研究便是 其中一项。早期的变态混凝土的加浆方式以表层铺浆为主，该方法的优点在于方便 性，不干扰仓面施工。但是这种方法加浆不能使浆液均匀，而是倾向于浆液 上浮，因为用量有限，所以它加浆不匀的缺陷没有暴露出来。当变态混凝土 用量越来越多，应用范围越来越广，这种局限性将会越来越突出。因此，广 大技术人员探索了多种新方法，诸如二次铺浆、沟槽注浆、多点注浆等。这 些新方法均在技术上得到了改进，均匀性也有提高，不过仍有不可避免的缺 陷。二次铺浆是将碾压混凝土分两层摊铺，并分别在摊铺前铺洒一半水泥浆 的方法，该方法使施工工序增加，不利于现场施工组织和纟是高施工速度。沟槽注浆只能解决一定深度的均匀问题，不能满足一个浇注层的均匀问 题。因为沟槽深度一般只能做到几厘米，在这样深的沟槽中注浆，浆液很难 渗透到整个浇筑层中，当施加振捣时浆液反而上浮，因此不能满足整个浇筑 层均匀的要求。多点注浆主要是先打孔，后在孔内注浆。现有的多点注浆方式是打孔、 注浆分离式设计，即首先打孔，然后注浆，而且打孔和注浆均为人工操作。 这种工作方式在面广量大的龙滩大坝变态混凝土施工中将会出现生产率低 或者较多施工干扰的问题。如果采用高密度布点打孔合并注浆的机械化操作 并解决了计量问题，应该说是应用前景^f艮好的。因为高密度多点注浆相当于
预留均布的低约束通道，注入浇注层底部的浆液在经过渗透后，在底部已经 比较均匀，开始振捣后，这些浆液将会均匀的沿着预留的低约束通道上浮， 从而使中上层浆液均匀分布。该方法的难点在于选择合适的注浆机具、计量 方法以及合适的布点密度。 发明内容针对现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种新型的轻便式变态 混凝土加浆计量装置，该装置能够满足变态混凝土加浆施工的需要，可实现 数字化计量，自动按照预先规定的计量进行注浆施工，而且便于调节、便于 实施、成本较低。完成上述发明任务的技术方案是， 一种轻便式变态混凝土加浆计量装 置，由三相交流异步电动机带动浆料泵，该浆料泵的进料口经输浆管与贮浆桶连接；浆料泵的出料口经输浆管与注浆头连接，其特征在于，所述的浆料 泵上设有转速表和智能数显计数器；所述的三相交流异步电动机与电源之间 设有变频调速器和计数控制器，该转速表和智能数显计数器的数据输出给计 数控制器。本发明的轻便式变态混凝土加浆计量装置的工作原理是，在一定的转速 下加浆计量系统在一定时间内输出一定粘度的浆液的量一致，通过调整转速或时间可以实现对注浆量的改变。当转速表和智能数显计数器的计数达到预定数值时，计数控制器自动切断三相交流异步电动机的电源，达到按规定的计量注浆的目的。变频调速器通过对电源的整流一一变频一一逆变过程，改变电机转速以实现调速目的。变频调速器首先将三相交流电源转换为直流
电，此过程为整流；然后改变电源频率，形成满足需要的频率，此频率将决 定转速；最后将直流电再转换为交流电供电机使用，此过程为逆变。该变频 器可直接显示和控制电机转速。以上方案中，对浆料泵主要有以下要求1)可输送水泥粉煤灰浓浆；2) 流量范围宽。该浆;纤泵可以采用隔膜泵、软管泵和螺杆泵。本发明推荐采 用螺杆泵。对各种泵的性能分析如下DBY系列电动隔膜泵是一种新型输送机械，对于各种腐蚀性液体、带 颗粒的液体、高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。隔 膜泵根据不同液体介质分别采用丁晴橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯。 该泵已被石油、化工、电子和纺织系统等单位采用，安置在某种特殊场合， 用来抽送各种常规泵不能抽吸的介质，取得了满意的效果。电动软管泵主要是用来输送腐蚀性介质、长纤维介质、气液混合介质、 固液混合介质、有毒介质、放射性介质和高粘度介质。轻而易举地解决很多 行业生产过程中的输送难题。例如，它可以在输送棉花或破布屑时表现优异； 用其取代隔膜泵输送陶瓷泥釉、混凝土浆连续工作寿命提高数倍。泵的转子 在注满润滑剂的泵室内旋转，和泵壳一起紧压着软管内的介质(如所示)。在 旋转过程中，管内介质被输送到出口处，这使得入口产生真空并吸入介质。 转子间的容积等于每转输送的容积的一半。在旋转过程中，泵不停地将这个 容积流量从入口输送到出口。该泵允许双向运转、双向输送。软管泵无阀门、 无密封、不会发生任何泄漏；它可以干转，不会发生轴封、轴承或转子故障； 通过调节泵的转速可以达到改变流量的目的。同时保持出口压力基本不变。 光滑的软管空腔使之能泵吸含有杂质的流体、各种纤维物体以及固体颗粒料 浆，并不会产生任何堵塞及故障。软管泵效率高，输送矿浆类介质最高浓度可达75%。比离心泵节能50%以上。软管泵可选装多种材质的软管，输送的 介质仅与软管接触，根据介质的化学性质选用不同材质的软管，就能可靠地 输送各类腐蚀性化学介质。软管泵无剪切力，特别适用于输送对剪切应力敏 感的流体。单螺杆浓浆泵属容积式泵。它的主要工作部件是偏心螺旋体的螺杆(称 转子)和内表面呈双线螺旋面的螺杆衬套(称定子)。其工作原理是当电机带动 泵轴转动时，螺杆一方面绕本身的轴线旋转，另一方面它又沿衬套内表面滚 动，于是形成泵的密封腔室，螺杆每转一周，密封腔中的液体向前推进一个 螺距，随着螺杆的连续转动，液体以螺旋形的方式从一个密封腔压流向另一 个密封腔，最后挤出泵体。螺杆泵是一种新型的输送液体的机械，具有结构 简单，工作安全可靠，使用维修方便，出液连续均匀，压力稳定等优点。螺 杆泵适用于接触物料胶、食品浆料和粘度(1~1000000)厘泊含有固体颗粒 或胶块的溶液浆、悬浮液的腐蚀性介质，工作温度可达120度。该泵型可以 输送不同漏斗粘度的水泥粉煤灰浆，而且配置调速装置后，泵出流量将可以 实现无级调节。应该说隔膜泵能满足泵送水泥浆的要求，流量可选范围也较宽。然而， 隔膜泵的工作原理决定了该泵型的泵出流量有明显的脉冲波动，这种特点将 导致计量不准，不符合计量精确的要求。软管泵机构简单，用于泵送水泥浆 效率较高，但它同样存在脉动问题，影响计量准确。螺杆泵虽机构较复杂， 然而适用性很强，无论对介质的要求还是流量的稳定性都是符合变态混凝土 注浆的要求的，因此选择螺杆泵作为NBJ型轻便式加浆计量系统的部件能够
满足加浆计量系统对流量、浆液、控制等方面的要求。本发明技术方案中所述的变频调速器是用于三相交流异步电动机的无级调速。其原理是根据电动机拖动负载的性质及状态，改变电机工作电源 的电压(380V或中、高压)和频率(一般为50HZ),使电机在拖动不同负 载时达到最佳工作状态。其作用是(l)节约能源其节电率可达(20~80) %; (2)保护电动机及负载设备免受瞬时启动的冲击，延长其工作寿命；(3) 提高电动机及负载设备的工作精度。本发明要求高的计量精度并需要调节流 量，配备变频器可以方便的满足这些要求。交流电机变频调速技术发展至今已日溱成熟，它除具有卓越的调速性能 外，还有非常显著的节电效果，具有效率高、范围宽、精度高、且能无级变 速的优点，这对于水泵，风机等设备是很适用的。根据螺杆泵配备电机规格以及NBJ型轻便式加浆计量系统的使用要求， 本发明推荐采用7200MA系列，3HP马力，电压级为380V,该产品的高起 动转矩特性对于变态混凝土 NBJ型轻便式加浆计量系统有重要意义，因为在 变态混凝土注浆过程中，单次注浆时间较短，计量误差主要集中在泵的启动 时间，当变频器给予泵一个高的起动转矩，则泵能够在很短的时间内达到稳 定转速，因而减小误差。本发明技术方案中所述的计数控制器是专为工业自动化控制而设计的， 它可按设置的预定数进行精确自动控制，即当计数达到和预定数相符合时， 机内执行继电器动作，用来开关电器设备，达到自控目的。本发明技术方案中所述的输浆管的要求是由于施工现场条件恶劣，输浆管应优选耐候、耐压型软管，如高压尼龙树脂管及多层尼龙复合管等。这些软管的纵向、横向承压变形量应较小，可 以不降低计量精度。在条件许可情况下，尽可能缩短连接软管的长度。本发明技术方案中所述的贮浆桶是集中制浆站与加浆计量系统在注浆 现场的过渡，是为了保证加浆计量系统用浆的连续、稳定。因此，贮浆桶的 容量必须合适。过大的贮浆桶不仅会造成过多浆液沉淀，而且在现场占地较 多，容易产生干扰。太小的贮浆桶则会产生加浆计量系统断浆的危险，从而影响生产的连续性。试验证明200L左右容量的贮浆桶大小较为合适，基本 可以保证4m3左右变态混凝土的用浆量。另夕卜，考虑到贮浆桶的坚固耐用要 求，优先考虑选用不锈钢材料制作。本发明的进一步改进，还有以下优化方案所述的注浆头可以采用两种注浆头设计型式，分别是注浆振捣一体型式 注浆头或单独注浆型式注浆头。其一所述的注浆头与插入式振捣器为一体化结构。即将注浆和振捣集 合为一体，构成注浆振捣一体型式注浆头，实现边加浆边振捣。本发明推荐 以下具体方案注浆头采用混凝土工程中常用的500mm插入式振捣器改装， 震动体为cp25振捣棒，外加cp50振捣棒套管，套管接近头部处打孔作为出浆 孔，浆液通过振捣棒与套管之间的空腔向注浆头头部输送，如图4所示。其二单独注浆型注浆头采用高强度钢管定制，长度为500mm。本发明提供的轻便式变态混凝土加浆计量装置能够满足变态混凝土加 浆施工的需要，实现了数字化计量，可以自动按照预先规定的计量进行注浆 施工，而且便于调节、便于实施、成本较低。总体结构轻便，可以安装在任 何形式的移动装置上使用。
图1为轻便式加浆计量系统原理框图； 图2为实施例1的注浆振捣一体型式注浆头示意图； 图3为轻便式加浆计量系统注浆流程图； 图4为实施例2的单独注浆型注浆头示意图； 图5为注浆量Q与频率时间乘积之间的线性关系图。
具体实施方式
实施例1,注浆振捣一体型式的轻便式变态混凝土加浆计量装置，参照 图1:轻便式变态混凝土加浆计量装置，由三相交流异步电动机带动浆料泵， 该浆料泵的进料口经输浆管与贮浆桶连接；浆料泵的出料口经输浆管与注浆 头连接，所述的浆料泵上设有转速表和智能数显计数器；所述的三相交流异 步电动机与电源之间设有变频调速器和计数控制器，该转速表和智能数显计 数器的数据输出給计数控制器。浆料泵采用螺杆泵。变频调速器是用于三相交流异步电动机的无级调速。该变频调速器有以 下主要特点① 操作简便，只需调节控制面板就可以进行频率调节；② 体积小，重量轻，可采用桂壁安装，占地面积小；③ 频率数字显示，频率分辨率精确；④ 可实现远距离操纵，简便可靠；⑤ 具有丰富的保护功能，并能数字显示故障所在，维护简便；⑥ 具有目前国际通用的外部接口端子，可以和m型表、可编程控制器及计算机连接，便于进行闭环控制；
⑦ 开机可实现软启动，关机实现软停车，使电机起停平稳，启动电流小，减小对电网和设备的冲击；⑧ 高速响应，低噪音，高制动转矩。根据螺杆泵配备电机规格以及NBJ型轻便式加浆计量系统的使用要求， 本发明推荐采用7200MA系列，3HP马力，电压级为380V,该产品的高起 动转矩特性对于变态混凝土 NBJ型轻便式加浆计量系统有重要意义，因为在 变态混凝土注浆过程中，单次注浆时间较短，计量误差主要集中在泵的启动 时间，当变频器给予泵一个高的起动转矩，则泵能够在很短的时间内达到稳 定转速，因而减小误差。智能数显计数器采用HB72智能数显计数器、智能数显计数器和转速表 采用国际流行的72mmx72mm的标准仪表机箱，内部采用智能芯片，程序控 制，功能强大、精确度高、稳定性好，仪表可通过面板按键预置倍率、设定 值等参数，按计数位数有四位、八位，共四种计数方式。该计数器主要技术 参数如下显示方式八位0.56英寸LED数码双排显示；输入信号开关触点信号、光电对管、电平脉冲信号；脉冲电平低电平-30V 0.6V;高电平4V 30V;复位方式面板按键手动复位、复位端子给定复位；掉电保护仪表掉电，设定值不变；專叙出方式达到或超过设定值， 一组继电器吸合或释放输出;电源电压AC220V;触点容量AC220V 3A或DC24V 5A; 安装方式盘装卡入式。该计数器四位LED数码管显示设定数，数值范围从0.01s 9999min。当 时间设定为O.Ols时，假设变频器设定无减速，则注浆量约为0.02L,考虑变 频器适当减速后则最小注浆量应在0.01L以下；当时间设定为9999min时， 假设变频器设定无减速，则注浆量约为933m3。单次注浆量0.01L 933m3 完全满足NBJ型轻便式加浆计量系统注浆流量范围。输浆管釆用高压尼龙树脂管及多层尼龙复合管。贮浆桶的大小为200L左右容量；选用不锈钢材料制作。贮浆桶的总体结构轻便，总重量120kg,可以安装在任何形式的移动装 置上使用。NBJ型轻便式加浆计量系统的工作过程为计时器发出启动指令 开始计时——变频器按照预设频率起动电机驱动螺杆泵~~~螺杆泵抽取贮 浆桶中的浆液，经连接软管输送至注浆头——注浆头完成注浆。参照图2:注浆头1采用混凝土工程中常用的500mm插入式振捣器改 装，震动体为cp25振捣棒2，外加cp50振捣棒套管3，套管3接近头部处打 孔作为出浆孔4,浆液通过振捣棒2与套管3之间的空腔向注浆头头部输送。 图中5为输浆管；6为软轴套管。采用该注浆头注浆的操作步骤参照图3:振动—插入—开启注浆—继续 振动至表面泛浆—换点重复以上步骤。该注浆方式的优点是注浆振捣一次完 成，工艺筒化，便于操作，现场施工干扰小等。由于注浆与振捣合二为一， 导致注浆头体型较大，直径50mm,施工人员操作费力、劳动强度大，并且 在振捣的同时将也容易沿孔洞上浮，不容易振捣均匀。实施例2，与实施例l基本相同，但是注浆头采用单独注浆型，参照图 4:注浆头采用高强度钢管定制，长度为500mm。插入深度可达400mm。由 于注浆头直径仅为15mm,所以注浆头重量很轻，操作人员劳动强度大大降 低。注浆后的振捣工作交由大型联排振捣机械完成，生产效率高。由于结构 简单、体形小，所以操作方便、便于集束扩展。采用类似联排振揭装置的模 式将注浆头多组集成，便成为联排注浆头，可以实现工程现场变态注浆机械 化操作，提高生产效率和质量水平。注浆头中的增强端头由于反复插入摊铺 后的碾压混凝土，因此容易磨损，可更换式设计使得此易耗件的更换成为可 能，亦可降低生产成本。图中7为增强端头；8为注浆孔；9为注浆管；10 为输浆管接驳口； ll为加载及固定端。
权利要求
1、一种轻便式变态混凝土加浆计量装置，由三相交流异步电动机带动浆料泵，该浆料泵的进料口经输浆管与贮浆桶连接；浆料泵的出料口经输浆管与注浆头连接，其特征在于，所述的浆料泵上设有转速表和智能数显计数器；所述的三相交流异步电动机与电源之间设有变频调速器和计数控制器，该转速表和智能数显计数器的数据输出给计数控制器。
2、 根据权利要求1所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其特征在 于，所述的浆料泵采用螺杆泵。
3、 根据权利要求1所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其特征在 于。所述的输浆管釆用高压尼龙树脂管或多层尼龙复合管。
4、 根据权利要求1所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其特征在 于，所述的注浆头采用两种注浆头设计型式，分别是注浆振捣一体型式注浆 头或单独注浆型式注浆头。
5、 根据权利要求4所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其特征在 于，所述的注浆振捣一体型式注浆头的具体结构是注浆头采用混500mm 插入式振捣器为主体震动体为cp25振捣棒，外加cp50振揭棒套管，套管接 近头部处打孔作为出浆孔，浆液通过振捣棒与套管之间的空腔向注浆头头部 输送。
6、 根据权利要求4所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其特征在 于，所述的单独注浆型注浆头采用高强度钢管制作，长度为500mm。
7、 根据权利要求1~6之一所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其 特征在于，所述的贮浆桶釆用200L左右容量的J)li浆桶。
8、 根据权利要求7所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其特征在 于，所述的贮浆桶采用不锈钢材料制作。
9、 根据权利要求8所述的轻便式变态混凝土加浆计量装置，其特征在 于，螺杆泵配备电机的规格采用7200MA系列，3HP马力，电压级为380V。
全文摘要
轻便式变态混凝土加浆计量装置，由三相交流异步电动机带动浆料泵，该浆料泵的进料口经输浆管与贮浆桶连接；浆料泵的出料口经输浆管与注浆头连接，其特征在于，所述的浆料泵上设有转速表和智能数显计数器；所述的三相交流异步电动机与电源之间设有变频调速器和计数控制器，该转速表和智能数显计数器的数据输出给计数控制器。浆料泵最好采用螺杆泵。输浆管采用高压尼龙树脂管或多层尼龙复合管。注浆头采用两种注浆头设计型式，分别是注浆振捣一体型式注浆头或单独注浆型式注浆头。本发明能满足变态混凝土施工对于加浆方式和计量精度的要求，可实现数字化计量，自动按照预先规定的计量进行注浆施工，而且便于调节、便于实施、成本较低。
文档编号E02D15/00GK101148881SQ200710133938
公开日2008年3月26日 申请日期2007年10月16日 优先权日2007年10月16日
发明者刘伟东, 刘伟宝, 梅国兴, 珩 王, 陆采荣 申请人:水利部交通部电力工业部南京水利科学研究院