注浆泵安全阀的改进

徐刚(镇江宝城注浆设备有限公司,江苏 镇江 212125)

注浆泵是建筑施工过程中常用设备，注浆泵的注浆质量及安全性能对注浆工程的质量、安全和效率具有决定作用，如水利工程、隧道施工、建筑施工、桥梁建设、矿井施工、地铁施工等需要注浆堵水、填充空隙和加固破碎岩层的工程需要注浆泵注浆施工的地点，更是离不开性能稳定、安全可靠的注浆设备。随着注浆泵施工地点环境恶劣程度不断增加，对注浆泵的性能要求也不断提高，尤其是关系到注浆设备使用的关键部件——安全阀也在不断改进。

1 安全阀改进

1.1 安全阀改进前后结构对比

1.1.1 改进前安全阀结构组成及特点

改进前安全阀结构如图一，该结构类似于单向阀，主要组成部件为弹簧、调节螺杆、螺座、阀座、阀芯、阀套等，其中阀座上的小孔与阀芯的锥面之间是密封的。该结构简单、加工方便，适合在粘度低、不易凝固的注浆液为介质的环境下作业。

1.1.2 改进后安全阀结构组成及特点

改进后的安全阀在结构上和普通的安全阀有较大差异，具体工艺图可参见图二。新型安全阀组成部件为调节螺钉、压力表、排气螺钉、三通、爆破膜、阀芯、油液、小阀芯、弹簧等组成。新型安全阀在密封型式维持原状，但增加了液压倍增系统、爆破膜和压力表三个功能型系统部件。其中液压倍增系统是在原有阀芯的基础上增加了小阀芯，利用大小阀芯的面积差，改变所传递的作用力的大小。其中涉及到的物理原理为，液体可以传递压强，且不改变压强的大小。根据公式F=pS，其中F为力，p为压强，S为受力面积。当压强相等时，受力面积的大小决定了力的大小。由此实现液压倍增的目的。

图一 改进前安全阀工艺图

图二 改进后安全阀工艺图

1.2 安全阀改进前后功能对比

1.2.1 改进前安全阀工作原理及弊端

弹簧顶针式安全阀保护原理为：注浆泵在排除浆液时，进入空气室的部分浆液经过阀座小孔作用在阀芯锥面上，形成向右的作用力，而位于阀芯右边的弹簧经过调节螺旋杆压缩作用，对阀芯形成向左的作用力，当阀芯所受到的向右的力较大时，就会右移，安全阀打开，排除多于浆液传达预警信息，同时也起到泄压作用，形成过载保护。

若注浆介质为高粘度，易凝固的浆液时，如水泥、黄泥等容易在阀座部位凝固沉淀，影响安全阀内弹簧受力时的形变程度及形变速度。若发套内死角部位沉积大量浆液，会堵塞泄压口，安全阀的泄压功能和预警功能无法正常实施。若要解决问题，需要增大阀芯处密封小孔的直径，但也会造成弹簧直径的增大和弹簧钢丝的变粗，降低安全阀对注浆泵的保护作用。另一方面，压力表位于空气室上方，与浆液直接接触，表针指数受注浆压力影响较大，不易稳定，若压力过大，有可能损坏压力表。

1.2.2 改进后安全阀优势

改进后的安全阀工作原理不变，但由于增加了三个功能型部件，大大提高了安全阀的实用性能，这些实用性能的优势主要体现在以下三点：

首先，液压倍增系统可解决弹簧承受力和弹簧体积之间的矛盾。液压倍增系统中的小阀芯与阀芯间的空腔里充满油液，在注浆泵工作时，浆液对阀芯密封锥面形成向上的作用力的同时，也对空腔内的油液产生等大的作用力。液体可以传递压强，油液将浆施加的压强传递阀芯，对小阀芯也产生一定作用力。由于小阀芯的面积相对于阀芯而言要小得多，因此同等压强下，作用在小阀芯的压力就会降低很多（可根据压强计算公式p=F/S推导而得）。根据液压倍增系统工作原理可知，通过调整阀芯与小阀芯之间的面积差，可将注浆泵排浆压力的大小调节到弹簧所能承受的作用力范围内。同时，还可以通过此系统降低排浆液对弹簧的压力，从而改变弹簧的体积，增大弹簧的形变幅度，提高安全阀的可靠性。

其次，安全阀下端爆破膜的增加解决了由于浆液沉积造成压力巨变，引起安全事故的问题。在实际施工作业过程中，由于各种原因，需要注浆泵进行间歇性作业，在停止工作的时间内，管路中粘度较高的浆液会凝固沉淀，堵塞管路。当再次开机工作时，由于管路内堵塞造成压力急剧升高，超出注浆泵承受范围，容易引起安全事故。在安全阀下端增加爆破膜后，在压力超出额定注浆压力的瞬间，膜片可自动爆破，排除浆液，从而保护设备，防止安全事故发生。

最后，安全阀上的压力表延长了使用寿命。传统注浆泵内的压力表直接与浆液接触，而注浆液的压力不稳定，很容易造成压力表指针在很大范围内波动，若浆液渗透到压力表内反馈信号油管内，会发生凝固现象，导致压力表失效。而安全阀上的压力表则利用空腔内油液传导浆液压强产生压力示数，避免浆液与压力表的直接接触，有效降低压力表由于浆液凝固而损坏的可能性，大大延长其使用寿命。

2 结语

通过对注浆泵安全阀的改进，提高了注浆泵的实用性能，不仅有效控制注浆液压力变化对注浆泵各部件的损害，还能扩大注浆泵适用范围，注浆泵可以在低粘度或高粘度注浆液环境下正常停止或启动。值得注意的是，在改进过程中，要注意油液的密封性、在加工各种阀芯的外圆面和阀体的内孔时注意精准度；另外应注意排查空腔内油液中是否含有空气，保证油液传递压强的准确性。

[1]张金双,李大男,刘红专等.注浆泵用安全阀的改进[J].煤矿机械,2002,(6):61-62.

[2]陈从平,谭宗柒,黄星德等.一种液动注浆泵液压系统设计[J].液压与气动,2010,(6):13-14.