盾构机内循环水自动反冲洗装置的应用研究

刘永刚

摘  要：文章主要介绍了盾构机内循环水自动反冲洗、自动补水和补压装置。实现了盾构机内循环水的自动清洁，自动调压，自动补水的控制。本系统解决了由于盾构机长时间运行，造成盾构机内部水源污染，对电气元件造成损坏，管路堵塞等问题，为盾构机的可靠施工提供保障。

关键词：自动反冲洗;自动调压;自动补水

中图分类号：U455.3 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）34-0175-02

Abstract： This paper mainly introduces the automatic backwashing， automatic water replenishment and pressure replenishment device for circulating water in the shield machine. The automatic cleaning of circulating water in the shield machine， automatic pressure regulation and automatic water replenishment control are realized. This system solves the problems of pollution of the internal water source of the shield machine， the damage to electrical components， and the blockage of the pipeline， due to long-term operation of the shield machine， thus providing guarantee for the reliable construction of the shield machine.

Keywords： automatic backwashing; automatic pressure regulation; automatic water replenishment

1 概述

在盾構机使用过程中，掘进需要将热量和用水吸收，因此其换热效率和节能要求尤其重要[1]。盾构机内液压系统、主驱动部分及配电柜内电器部件等往往会产生大量的热量，使电机、泵等设备及隧道内的环境温度升高，一旦温度过高，会造成设备损坏和人员危险，所以，必须采取措施使其及时冷却[2]。盾构机功率比较大，大部分电机都是水冷电机。为了更好地对电机冷却，并且防止外部来的水被污染，对盾构机的管路，电气元件，换热片等造成污染。盾构机的内部都有内循环水作为电机冷却用水。目前的内循环水系统存在以下缺点：内循环水重复利用，由于管路内部的污染，长时间运行之后，会对整个的内循环水产生一些杂质。产生的杂质不能及时排除掉，容易对换热片，电气元件造成堵塞，损坏。目前大部分内循环水电机都是直接启动，不是变频启动，当管路由于堵塞，造成压力高时，不能及时调节泵的出口压力。本文设计一套智能盾构机内循环水自动反冲洗装置，解决了由于盾构机长时间运行，造成盾构机内部水源污染，对电气元件造成损坏，管路堵塞等问题，为盾构机的可靠施工提供保障。

2 控制系统硬件构成

智能盾构机泡沫自动控制系统硬件主要由输入信号、输出信号、变频器、控制器、显示屏部分组成。各部分功能如下：

（1）输入信号部分：包括反冲洗进口压力传感器，内循环水温度传感器，内循环水液位传感器，反冲洗出口压力传感器，内循环水流量传感器。

反冲洗进口压力传感器，反冲洗出口压力传感器，主要负责采集自动反冲洗装置的输入，输出口压力信息，并将信息传送给控制器。

内循环水温度传感器，采集内循环管路水的温度，并将信息传送给控制器。

内循环水液位传感器，采集内循环水箱的液位，并将信息传送给控制器。

内循环水流量传感器，采集内循环水管路的流量，并将信息传送给控制器。

（2）输出信号部分：包括自动加水阀，反冲洗电磁阀1，反冲洗电磁阀2，内循环水电机变频器。

自动加水阀，当内循环水箱液位低时自动加水，当水箱液位高时，自动停止。

反冲洗电磁阀1，反冲洗电磁阀2用于根据反冲洗过滤站的压力自动启动，控制[3]。

内循环水电机变频器用于调节内循环水的流量，压力。

（3）控制键盘部分：主要用于控制模式的切换，各控制功能的启动。

（4）控制器部分：主控制器是整个控制系统的核心部分，主要对现场采集到的信号进行计算，并通过控制键盘进行控制，最后经过变频器、接触器、电磁阀等执行机构进行相应的控制。

（5）监控部分：主要负责现场设备运行状态的监视，传感器实时数据和报警信息的显示、存储及查看。

3 工作原理

整个盾构机内循环自动反冲洗装置分为压差模式，时间模式，压差-时间间隔控制模式。

3.1 压差控制

内循环水泵输出的内循环水由进水口进入自动反冲洗过滤站，分别经主阀一、主过滤器一和主阀二、主过滤器二到达出水口并流向盾构机内部系统。当测得入口与出口压力差大于10bar且时间持续5s以上时，（1）电磁先导阀一动作，控制液通过电磁先导阀一、控制主阀一动作，进液经主阀二、主过滤器二、主过滤器一、主阀一至冲洗排液口排出，反冲洗时间1-10s，反冲洗结束时电磁先导阀一复位;（2）电磁先导阀二动作，控制液通过电磁先导阀二控制主阀二动作，进液经主阀一、主过滤器一、主过滤器二、主阀二至反冲洗排液口排出，反冲洗时间1-10s，反冲洗结束时电磁先导阀二复位。每反冲洗电磁先导阀一和电磁先导阀二均按顺序动作一次。

当连续反冲洗两个循环，入口点与出口点压力差仍大于30bar，且时间持续30s以上时，反冲洗过滤站发出声光报警。并记录报警时间和过滤器的进出口压力。

3.2 时间控制

当过滤站连续工作时间大于设定值（1-60min可调）时，如前所述，电磁先导阀一、电磁先导阀二后动作，实现主过滤器一、主过滤器二的反冲洗，反冲洗时间为1-10s可调。

3.3 压差-时间间隔控制

当入口，出口两处的压差或过滤站工作时间任一项超过设定值时，如前所述，电磁先导阀一、电磁先导阀二先后动作，实现主过滤器一、主过滤器二的反冲洗，反冲洗时间为1-10s可调。

3.4 自动补水控制

根据内循环水箱的液位，自动加水阀能自动进行开启控制，控制水箱的液位在合理的液位。

3.5 自动补压，补流量控制

根据内循环水的流量和入口压力数值，自动调节内循环水泵的转速，以达到合理内循环压力和流量。

4 结论

本论文通过内循环水自动反冲洗装置，自动补水装置，实现了盾构机内部水源污染，电气元件损坏，管路堵塞问题，为盾构机的可靠施工提供保障。

参考文献：

[1]赵海云.盾构机循环水系统换热效率的探讨[J].山东工业技术，2018（2）：29.

[2]牟映洁，胡广权，柳艳清.盾构机工业水循环系统设计[J].隧道建设，2012，6（32）：907-910.

[3]耿泽昕，等.液压支架乳化液高压反冲洗过滤站自动控制系统开发[J].煤矿机械，2015（12）：178-182.