我国传统注浆泵采用双作用气缸, 利用活塞杆的往返运动带动柱塞运动, 完成吸浆、排浆过程。其中排浆方式为交替式, 注双液浆时, 交替出浆的形式, 容易引发安全事故。随着注浆泵施工环境的多边形及复杂性, 工程施工对注浆泵的工作性能要求逐渐提高。根据传统注浆泵在施工运行中出现的问题, 对气动注浆泵进行改进升级, 以实现双液同步的目的。
1 改进前注浆泵的结构及工作特点
(1) 改进前注浆泵内部结构排浆单向阀、排浆钢球、吸浆单向阀、吸浆钢球、柱塞 (1, 2) 、浆缸 (1, 2) 、活塞杆 (1, 2) 、气缸活塞、气缸筒和端盖等。其中注浆泵两侧为两部分相同的吸浆、排浆出口及部件, 具体结构见图1。
(2) 改进前注浆泵工作原理注浆泵工作时, 柱塞2向左运行时, 浆缸2中的吸浆阀处于打开状态, 而排浆阀处于关闭状态, 同时浆缸1中排浆阀打开, 吸浆阀关闭, 完成一次吸浆、排浆工作流程。柱塞1向右运动时, 浆缸1和2中的吸浆阀及排浆阀的闭合状态互换, 完成另一次吸浆、排浆过程。两个吸排浆过程交替进行, 完成设备的工作循环。具体工作原理为:阿伏伽德罗定律:PV=n RT (其中P为压强, V为气体体积, n气体的物质的量, R为常数, T为温度) 由公式可知, 当气体物质的量、温度不变时, 气体的压强与气体的体积成反比, 体积增大时, 压强减小, 反之, 体积缩小时, 压强增大。
当活塞杆2向左运动时, 推动柱塞一起向左运动, 此时柱塞的运动使浆缸2中压强减小, 吸浆单向阀中的钢球所受到的压强减小, 而与外界连通的压强不变, 这就造成钢球下部所受到的压强大于上部所受到的压强, 上下表面所受到的压力不等, 推动钢球向上运行, 打开吸浆排气阀, 完成吸浆过程。同时活塞杆1连同活塞1向左方运动, 浆缸1中的压强增大, 而浆缸1中吸排浆单向阀中钢球外侧的压强不变, 对于排浆阀中的钢球而言, 此时下侧压力大于上侧压力, 钢球被顶起, 处于打开状态, 浆液排出。
(3) 改进前注浆泵运行状况评价由以上工作过程分析可知, 改进前注浆泵在工作过程中, 浆缸1和浆缸2的吸排浆工作无法同时进行, 始终处于双方交替进行的状态, 容易引发安全事故。首次改进思路定位, 将浆缸由两侧转为同侧, 以达到缩短吸浆、排浆时长的目的。结合工程生产的实际需要, 应对注浆泵进行改进, 以实现吸浆、排浆的同时性、连续性及稳定性。
2 改进后的注浆泵的结构及优势
(1) 改进后的注浆泵结构改进后注浆泵结构与之前差异较大, 主要包括的组件有:闷盖、浆缸、浆缸活塞、阀座、阀门、弹簧、排浆口、活塞芯、吸浆单向阀、吸浆钢球、吸浆口、阀托等。改进后的注浆泵, 在两侧的浆缸中分别安装了浆缸活塞, 浆液通道设于活塞芯内部, 安装单向阀, 浆缸下侧单向阀和活塞将浆缸分为两部分, 有杆腔浆缸和无杆腔浆缸。改进后的浆缸内单向阀由阀座、阀门和弹簧组成。见表2。
(2) 改进后注浆泵工作原理气缸内气体压缩做功, 推动气缸内活塞杆及活塞向左运动, 此时, 左侧为无杆腔浆缸, 右侧为有杆腔浆缸。吸浆单向阀保持关闭状态, 处于浆缸左侧的浆液在压力作用下顶开阀门, 进入浆缸右侧, 并从右侧的排浆口排出。与此同时, 气缸活塞带动右侧浆缸内的活塞向左侧运动, 活塞内的单向阀受到弹簧和浆液两种压力, 在压力差作用下保持关闭状态。活塞右侧浆缸内气体压强减小, 外侧压强不变, 吸浆单向阀中的钢球在外界压力作用下向上抬起, 打开吸浆阀, 浆液通过入口进入右侧浆缸内, 而浆缸左侧浆液则在活塞作用下, 通过排浆口排出。
(3) 改进后注浆泵优势分析 (1) 改进后的浆缸在结构上进行了进一步优化。单向阀组成包括阀座、阀门和弹簧, 阀门由橡胶阀片和阀托组成, 橡胶阀片和阀座之间的锥面密封方式要优于钢球、阀座之间的密封性;单向阀受弹簧和浆液双重压力, 当单项阀需要闭合时, 弹簧一侧的浆液压力与弹簧压力共同作用在单向阀的阀片上, 加强了单向阀的密封性能, 同时提升注浆泵的工作效率。 (2) 浆缸内的单向阀和活塞将浆缸分为无杆腔浆缸和有杆腔浆缸两部分, 活塞向做左侧运动时, 气缸两侧排浆阀打开, 排出浆液, 若活塞向右侧运动时, 气缸两侧均有排浆口打开保证浆液的及时排除。活塞往返运动时, 浆液均可通过气缸两侧的排浆口排除, 而吸浆工作同时进行, 这就保障了吸浆、排浆工作的稳定性和同步性。
3 结语
改进后的气动注浆泵, 除可以实现吸浆、排浆的同步性操作外, 还缩短了工作周期, 为注浆泵安全、稳定运行提供了有力保障。另外, 注浆泵气缸容积的增大, 也提升了注浆泵的工作效率, 满足工程施工的需求。
摘要：气动注浆泵由于吸浆、排浆无法同步运行, 造成注浆泵工作周期延长, 可能引起浆液凝固, 从而影响设备运行的安全性和稳定性。将注浆泵内部结构进行改进后, 大大提升了注浆泵的工作效率。文章从注浆泵结构、工作原理两方面进行对比, 说明双液同步注浆泵的改进构思及改进后的效果, 改进后气动注浆泵实现双液同步, 并提高了注浆泵工作效率。
关键词：注浆泵,双液,同步
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