朱科，袁發(fā)菊

重慶某水庫自動制漿站的研制

朱科，袁發(fā)菊

（三川德青工程機械有限公司，湖北宜昌，443000）

重慶秀山某水庫自動制漿站能滿足40方/小時時的制漿能力，它可以配制兩種物料，全自動流程工作，操作方式為上位機觸摸屏。工作兩年來，能充分滿足制漿需要，本文對制漿站的創(chuàng)新設(shè)計及參數(shù)計算進行說明，可供類似制漿站借鑒。

全自動制漿站；剪切制漿；帷幕注漿；PLC 觸摸屏

引言：

水庫位于重慶市秀山土家族苗族自治縣，水庫大壩位于平江河上。施工單位承接制漿站，需要把配制好的漿液通過注漿泵輸送到各施工點，然后各點按要求配制相應(yīng)水灰比進行帷幕注漿。制漿站制備漿液要求水:灰:粉煤灰質(zhì)量比為0.5:1:0.33,制漿能力為40方/小時，要求制漿從上水，上灰，制漿，排漿全自動工作,能對歷史記錄進行查詢和統(tǒng)計。根據(jù)這些要求，我們成功研制ZDJ-40全自動制漿站，施工兩年已圓滿的完成制漿任務(wù)。

1 ZDJ-40全自動制漿站及ZJ-1500高速制漿機

1.1 ZJ-1500高速制漿機

ZJ-1500高速制漿機是此制漿站主要工作部分，制漿能力為1.5方/次，其工作原理如下(圖1)

圖1 ZJ-1500工作原理圖

制漿機結(jié)構(gòu)：制漿機由剪切泵，高速攪拌器，稱重模塊，氣動聯(lián)動蝶閥機構(gòu)，管路組成。氣動聯(lián)動蝶閥機構(gòu)可分別實現(xiàn)制漿功能（回漿閥開，出漿閥關(guān)）和排漿功能（回漿閥關(guān)，出漿閥開）。

漿液制漿原理：粉料進入水中需要充分剪切擴散，使?jié){液密度均勻，才能達到注漿要求，我們這里用剪切泵和高速旋轉(zhuǎn)漿葉聯(lián)合制漿，高速旋轉(zhuǎn)漿葉負責(zé)粉料從螺旋輸送機投入時打散，避免粉料落下時形成塊，初步打散的粉料與水初步結(jié)合后進入剪切泵。漿液充分剪切功能在剪切泵中完成。剪切泵外形和碴漿泵相似，但葉片功能完全不一樣。[1]

配料原理:只用一組稱重模塊分別稱桶體皮重,清水重,水泥灰重,粉煤灰重,每到達一種介質(zhì)規(guī)定質(zhì)量相應(yīng)機構(gòu)停止止料。在上水時，高速攪拌器不運轉(zhuǎn)，其余配料流程高速運轉(zhuǎn)。在投料時，投入質(zhì)量有一個沖擊誤差，產(chǎn)生一個附加質(zhì)量，可以把附加質(zhì)量設(shè)定到上位機軟件中，實際質(zhì)量=理論質(zhì)量-附加質(zhì)量。

1.2 ZDJ-40自動制漿站制漿流程

本制漿站由水泥灰罐，粉煤灰罐，螺旋輸送機，ZJ-1500高速制漿機，清水泵，注漿泵，低速攪拌機，流量計等部件組成。上水，上灰，稱重，制漿及排漿過程在ZJ-1500高速制漿機內(nèi)完成。（見圖2）

圖2 制漿站流程圖

1.2.1 準備階段：

先通過上位機設(shè)定制漿水灰比，上位機自動計算上料所需水的質(zhì)量G1、水泥的質(zhì)量G2，粉煤灰的質(zhì)量G3。

1.2.2 人工啟動空壓機和清水泵

1.2.3 上位機自檢

ZJ-1500制漿機氣動聯(lián)動閥控制在制漿位，制漿桶內(nèi)質(zhì)量G0為初始值（設(shè)置為G0為皮重，則凈重=所稱質(zhì)量-G0）。上位機系統(tǒng)控制潛水泵氣動閥打開加水到規(guī)定值，位于ZJ-1500制漿機機架底部重力傳感器檢測到達預(yù)定值(G0+G1)時，潛水泵氣動閥關(guān)閉加水結(jié)束。然后上位機系統(tǒng)控制ZJ-1500剪切泵啟動，水泥粉料螺旋輸送機開始輸送，當稱重傳感器第二次稱重檢測到達預(yù)定值(G0+G1+G2)時，水泥粉料螺旋輸送機停止上料, 粉煤灰料螺旋輸送機開始輸送，當重力傳感器第三次稱重檢測到達預(yù)定值(G0+G1+G2+G3)時，粉煤灰料螺旋輸送機停止上料。剪切泵持續(xù)制漿達到設(shè)定制漿時間后，氣動聯(lián)動閥控制制漿機在輸漿位泵開始排漿，重力傳感器第四次稱重檢測到達初始值G0時，制漿一個過程結(jié)速，制漿機初始化準備下一個制漿循環(huán)。[2]

1.2.4 漿液輸送：

ZJ-1500制好的漿液輸送到大容量低速攪拌機中，通過機械往復(fù)泵輸送到各個制漿點，制漿點如果距制漿站很遠可通過多臺泵及攪拌機接力輸送。

1.3 上位機系統(tǒng)

電氣控制采用PLC控制器，上位機選用觸摸屏，實現(xiàn)對制漿設(shè)備和工作流程的時實監(jiān)控。制漿單元包括以下幾方面內(nèi)容：本地手動；遠程手動；遠程自動。上位機系統(tǒng)可以實現(xiàn)報表查詢及數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

2 制漿站參數(shù)計算。

2.1 制漿機的參數(shù)確定

要求制漿能力為40噸/小時，如果每制一次漿周期為5分鐘，

則每小時運行次數(shù)n=60/5=12次/小時，每次制漿質(zhì)量=40/12=3.33噸/次，圓整為3噸/次，則每小時運行次數(shù)n=40/3=13.3次取14次，則制漿機容積為3噸/次，制漿能力為42噸/小時。我們可以制做一臺制漿能力為3方的制漿機，或兩臺1.5方的制漿機。根據(jù)實際經(jīng)驗做一臺3方的制漿機最為簡便，但如果此機在工作中出現(xiàn)故障需要停機修理，那么制漿站將不能提供漿液。用兩臺1.5方制漿機完全可以避免出現(xiàn)無漿可供的現(xiàn)象。所以我們選擇兩臺1.5方制漿機做為工作主機。

2.2 制漿方案配套參數(shù)計算

已知漿液要求水：灰：粉煤灰質(zhì)量比為0．5：1:0.33,每次制備1.5方的體積，則需要計算物料各自質(zhì)量。根據(jù)水灰比公式[3]

w=(μc-μ)/[μc(μ-1)]推出μ=μc（w+1）/(μc×w+1)，其中

μc-水泥，粉煤灰的表觀密度3.1g/cm3.

w-漿液水灰比0.5:1.33即0.38:1(因為兩種粉表觀密度一樣，為1.33 )；

μ—漿液密度，這里可計算出μ=1.97 g/cm3,1.5方漿液質(zhì)量=2955kg,其中含水質(zhì)量=807kg,灰總質(zhì)量=2148kg,由于水泥：粉煤灰=1：0.33，則水泥質(zhì)量=615kg, 粉煤灰質(zhì)量=2148-1615=533kg.

1.5方漿液中各組分質(zhì)量明細：

項目水水泥粉煤灰合計 質(zhì)量（kg）80716155332955

制漿時間分配：

每次制漿周期=40/14=4.29分鐘=257秒

項目上水上水泥上粉煤制漿輸漿合計 時間（秒）3097326830257

潛水泵流量確定：Q1=807×60/（30/60）=96.8噸/小時，這里選取流量為100方/小時，揚程10米的潛水泵。水泥螺旋輸送機輸送能力：T1=1615×60/（97/60）=59.9噸/小時，粉煤灰旋輸送機輸送能力：T2=533×60/（38/60）=50.5噸/小時。這里選取兩種螺旋輸送機輸送能力60噸/小時。漿輸漿時間為30秒，要求ZJ-1500的減切泵流量=1.5×60/(30/60)=180方/時，這樣在制漿68秒內(nèi)，ZJ-1500內(nèi)漿液將有2.3次循環(huán)。

低速攪拌器的容量應(yīng)大于兩臺ZJ-1500一個周期的制漿量，即容量應(yīng)大于3方。攪拌葉片轉(zhuǎn)速可選擇40-50轉(zhuǎn)/分。

注漿泵的輸送能力，即流量應(yīng)滿足3 方漿液在一個制漿周期內(nèi)運完，這里計算按3方漿在4分鐘內(nèi)運完，則Q=3×（60/4）=45方/小時=750升/分，采用兩臺泵時每臺泵流量為375升/分。泵的壓力按帷幕注漿最遠點到制漿站沿程損失計算。

3 重慶某水庫制漿站布置圖

制漿站占地面積為12米（寬）×10（長），布局緊湊。（見圖3,圖4）

圖3 制漿站平面布置圖

圖4 制漿站現(xiàn)場圖

4 ZDJ-40制漿站的特點。

4.1 除PLC為德國西門子，ZJ-1500制漿機聯(lián)動閥氣缸為日本SMC以外，其余部分全部為國內(nèi)生產(chǎn)件，出現(xiàn)故障更換方便。

4.2 上位機控制采用觸屏操作，全自動工作操作方便，一名工人一般三小時以內(nèi)就會操作。由于電器集成度高,平時此制漿站僅需一人操作。

4.3 用一組3只質(zhì)量稱量模塊就能稱量多種粉料。

4.4 制漿采用剪切泵制漿，制漿效率高配制密度精確度高。

5 目前國內(nèi)水電制漿站配置狀況。

目前國內(nèi)制漿站，從烏江渡制漿站的單階式結(jié)構(gòu)到清江隔河巖制漿站的雙階式結(jié)構(gòu)，各有利弊。

5.1 單階式結(jié)構(gòu)：

水泥從水泥罐放出后直接落入高速攪拌機內(nèi)，不需要螺旋輸送提升。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單運行方便。缺點是整體高度太高需要制作鋼制結(jié)構(gòu)框架。

5.2 雙階式結(jié)構(gòu)：

水泥通過螺旋輸送提升落入高速攪拌機內(nèi)。優(yōu)點是整體高度不高占用場地尺寸不大。水通過定量水表控制體積，灰料單獨稱重配制精度高。缺點是傳感器多，易發(fā)生故障。

國內(nèi)絕大多數(shù)制漿站還只是半自動需要三四個人員參與，數(shù)據(jù)完全由人工來記錄。

本制漿站最主要特點：（1）全自動工作：物料按設(shè)定密度（或水灰比）自動配料自動制漿，數(shù)據(jù)可查詢可統(tǒng)計。（2）占地面積小。本制漿站占地面積為12米×10米。（3）操作人員少。一般情況只需一名操作者就能操作。

6 使用過程發(fā)生的故障問題。使用兩年來出現(xiàn)過的故障：

剪切泵的機械密封損壞一次；氣動電磁閥損壞一次，稱重運算放大器損壞一次,SMC氣缸密封件更換一次，我們帶著配件到現(xiàn)場更換后可立即投入工作。維修其間，另一臺泵一直正常工?，F(xiàn)場了解到兩臺泵同時出故障不能使用的現(xiàn)象還沒有發(fā)生。

7 結(jié)論

重慶某水庫自動制漿站能滿足40方/小時時的制漿能力，它能配制兩種物料，其工作過程為全自動，操作方式為上位機觸摸屏。工作期間，兩臺制漿機一起工作很少出現(xiàn)兩臺設(shè)備同時出現(xiàn)不制漿的現(xiàn)象，保障了制漿站正常工作。本制漿站的研制成功受到客戶的肯定。

[1] 朱宏武，離心式低減切泵的設(shè)計研究，石油機械，2002第30卷。地基與基礎(chǔ)工程第一卷，中國電力出版社，2004年8月北京第一版。

[2] 張桂玉，加氣混凝土制漿站控制系統(tǒng)設(shè)計，工業(yè)控制計算機，2009年第22卷第7期.

[3] 地基與基礎(chǔ)工程第一卷，中國電力出版社，2004年8月北京第一版。

[4] 機械設(shè)計手冊第2卷，機械工業(yè)出版社。1991年9月第1版式

[5] 往復(fù)泵設(shè)計，機械工業(yè)出版社。1987年2月北京第一版。

Design of automatic slurrying station in Xiushan’s Hydropower Station,chongqing

ZHUKE，YUAN FAJU

(Safecleen Engineering Machinery Co.Ltd. Yichang Hubei 443000 china )

The slurrying station is located in Xiushan’s Hydropower Station, chongqing,China.This automatic batching plant Capacity is 40 m3/h,It can make two kinds of materials.The plant operation mode is upper computer and touch screen.After two years of work,It can fully meet the needs of slurrying.This article explains the innovative design and parameter calculation of slurrying station, which can be used for reference by similar slurrying stations.

Automatic slurrying station; Shear slurrying ; Curtain grouting PLC ; Touch screen

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.019

TU99

B

1672-9129(2019)03-0055-04

朱科（1974-）籍貫：湖北省宜昌市；學(xué)歷：本科；職稱：高級工程。E-mail：zgbjyy1234@126.com