基于Wankel泵及最优化注浆控制机理的智能注浆控制方法

发布时间：2020-10-31 10:13

　　 目前是我国西北、西南基础建设飞速发展阶段,贯穿东西的基础交通建设工程是发展西部的关键,在大力发展铁路和公路的过程中需要开挖大量的隧道工程,并呈现“大埋深、长洞线、高应力、强岩溶、高水压、构造复杂、灾害频发”的特征,注浆是改变地层的物理力学性质、加固围岩的主要方法。但现有设备和方法存在以下问题,注浆常用的柱塞式注浆泵由于每冲程产生不同程度的循环压力,输出压力的波动范围可达几兆帕至十几兆帕,注浆脉冲对脆弱围岩会造成二次破坏,还会影响试验数据、工程数据的记录和精确性控制;现有的注浆理论模型都是基于稳定压力作用下研究的,理论曲线中的压力只随被注介质及浆液特性改变而改变,而实际施工过程中浆液压力剧烈波动,很难得到理论扩散结果;使用柱塞泵进行模型试验时较大的注浆脉冲并不能与稳压注浆理论相符合,使用空压机保持气缸恒压来实现稳压注浆可以与理论研究相结合,但与实际工程不相符,不能得到切合实际的试验结果;目前所做的劈裂注浆模型试验中的试验结果普遍为单方向水平劈裂或竖直劈裂,而非理论上所推导的单方向劈裂浆脉会改变地应力方向;目前的渗透注浆理论公式没有考虑重力及浆液惯性的影响。因此本文研发了基于勒洛三角形原理可以实现稳压注浆的Wankel注浆泵,并取得了以下成果:(1)结构原理研究:基于勒洛三角形原理研究Wankel泵的机构原理,建立了 Wankel泵转子型线及缸体内腔型线的数学模型,深入研究了其结构和基本原理,得到了不同Wankel泵的参数设计规则。(2)结构工艺研究:分别设计了单缸与双缸Wankel泵的缸体、转子、曲轴、中隔板、盖板、齿轮座等零部件的构造、尺寸、选材及加工工艺,研究了密封系统及单向阀的结构、选材及选型。(3)输出性能研究:提出了 Wankel泵理论流量、实时容积、机械效率、水力效率、容积效率及总效率的数学模型,通过数值模拟以及室内试验测试了 SDU-1.25D-44的性能参数及空化特性。(4)控制系统开发:基于Fuzzy-PID复合控制方法研发了适用于Wankel泵的SDUZJ智能注浆系统,实现了 Wankel泵无极稳压调速,并拥有方案查询、数据记录、危险报警、阶段数据查询、智能稳压控制等功能,应用TIA Portal软件编写SDUZJ主控程序。(5)最优化注浆控制方法:得到了稳压控制下的最优化劈裂注浆和渗透注浆浆液扩散控制理论,提出了劈裂方向与劈裂距离可控的劈裂注浆控制方程,以及考虑浆液重力及惯性作用下分别研究竖向和横向恒压渗透注浆的浆液扩散规律。(6)模型试验:设计了附加竖直和水平地应力的劈裂注浆模型架与分层可视化渗透注浆模型架,通过模型试验及SDUZJ单液控制系统验证了最优化注浆控制理论。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U455
【部分图文】：

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缸体内往复运动一次，在一侧吸入浆液并在另一侧排出，完成一次吸浆和排浆工作即为单??作用泵；而柱塞在缸体内往复运动一次，在两侧都可以进行吸入和排除工作，完成两次吸??浆和排浆工作，为双作用泵，其工作原理如图１－３所示。目前市场主要应用的柱塞式注浆??泵有手动柱塞泵、２ＴＧＺ系列泵（双液调速高压注浆泵）、ＹＧＺ系列（液动高压注浆泵）、??ＫＢＹ系列（全液压单缸双作用注浆泵）、ＢＷ系列（卧式单作用注浆泵）、ＳＮＳ系列（单缸??单作用卧式注浆泵）等，各种柱塞泵如图１－４所示。??兰Ｌ丄丨丄??Ｖ??＜ａ＞单作用杆寒泵?（ｂ）双作用柱塞鉍??图１－３柱塞栗工作原理??Ｆｉｇ．?１－３?Ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ｐｕｍｐ??＜ａ）手动注浆泵?《＞＞２ＴＣＺ系列?（ｄ?ＹＧＺ系列??（ｄ）ＫＢＹ系列?（ｅ＞ＢＷ系列?（ｆ＞ＳＮＳ系列??图１－４多种柱塞式注裝栗??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｅｖｅｒａｌ?ｐｌｕｎｇｅｒ?ｇｒｏｕｔｉｎｇ?ｐｕｍｐｓ??６??
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本文编号：2863811