—Ⅱ型化学灌浆泵原理及应用

宋相国，金 逸，祝 婕，汪 杰

(长江科学院仪器及自动化研究所，湖北武汉，430010)

作者简介: 宋相国(1957—)，男，湖北武穴人，高级工程师，主要从事水利水电科学试验及工程监测等设备研制。

【摘 要】 本文详细介绍CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵的工作原理及特点、设备的技术性能指标，该型设备在四川向家坝水电站工程及云南溪洛渡水电站工程复杂地基处理施工中进行的化学灌浆施工得到应用，工程施工质量全部合格，该型设备获得了好的应用效果。

【关键词】 化学灌浆泵; 设备; 性能指标; 应用效果

1 引言

化学灌浆泵是进行复合灌浆施工中化学灌浆的必备设备之一，由于化学灌浆材料具有很强的腐蚀性及凝固强度大等特点，因此要求化学灌浆泵必须具有防腐蚀的特性及必须适应现场恶劣的施工环境，还必须适应CW510系列化学灌浆材料及其他类环氧化学灌浆材料的特性，特别还要满足水电站化学固结灌浆和化学帷幕灌浆的灌浆压力要求高(5～6MPa)，持续灌浆时间长(连续工作20h以上)，屏浆流量小(0.01L∕min)等技术要求。CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵是专为满足以上工程施工使用条件设计研制的产品，特别适合地基处理工程中基岩的化学灌浆施工，特别适用于环氧类化学灌浆材料及聚氨酯类化学灌浆材料。设备性能稳定，工作可靠，操作简单，维护方便。

2 CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵工作原理

2．1 CYHGB—Ⅱ化学灌浆泵整机原理框图

图1 CYHGB—Ⅱ化学灌浆泵整机原理框图

2．2 CYHGB—Ⅱ化学灌浆泵各部分功能特点

2.2.1 机械部分

由泵头部分、油浆隔离器部分、缸体部分、机械驱动部分、电机部分、机壳部分组成，各部分功能特点如下:

泵头部分: 泵头采用两个单向阀门并联接一个油浆隔离器装置，油浆隔离器一端接压力输出单向阀门，另一端与智能压力表或数字式压力传感器连接，用于化学灌浆压力的测量和控制。

油浆隔离器部分: 采用活塞式结构，通过介质油把智能压力表与化学灌浆材料进行隔离。

缸体部分: 选用直径φ50mm的缸体，缸体设计安装在机壳外部，清洗拆装方便灵活，活塞采用铜制材料，活塞上设计两道机械密封，与化学灌浆浆材接触部分采用聚氨酯Y型密封圈，活塞与空气接触部分采用格来圈作为密封圈。缸体由于采用法兰结构，可以很方便地选择不同尺寸的缸体，构成不同排量的化学灌浆泵，以满足工程施工中不同的需要。

机械驱动部分: 采用滚珠轴承结构与活塞连接，这种方式具有结构简单，机械传输效率高、安装方便，中心定位准确的特点。

电机部分: 选用步进电机，步进电动机的动态响应快，易于启停、正反转及变速，其优点是输出功率大、步进计量准确、静态扭矩大、制动可靠、调速方便等。

机壳部分特点: 外壳设计选用不锈钢材料; 外壳特设计成流线型; 外形美观大方; 为方便用户使用，侧面设计有维修门，方便设备维护人员对灌浆泵机械传动部分进行正常的维护和保养。

2.2.2 电气部分

主要由单片机、控制计量部分、电机驱动电源部分、智能压力控制器部分、行程开关等组成。

单片机: 单片机主芯片选用89C51，芯片内部有程序存储器和数椐存储器及多功能接口电路，外围配套高亮度数码显示; 操作按钮、电机驱动接口电路以及电源电路; 单片机外接RS232接口电路可与PC计算机联机通讯并由计算机监视和控制化灌施工全过程。位置控制电路部分设计简单，工作可靠，功能能满足施工要求。

控制计量部分: 软件设计有手动调速功能，调速共分五挡; 灌浆压力自动控制功能; 压力计和行程开关故障自动诊断功能; 电机过温自动保护功能; 与PC计算机联机通讯功能; 自动记录灌浆累计量功能，每次累加灌入量150m L。

电机驱动电源部分: 选用步进电机驱动电源，智能控制，控制速度范围宽，控制电机电流DC(0.5～8A)范围可选。

智能压力控制器部分: 集压力测量、显示、输出控制于一体，使用灵活，操作简单，安装调试容易，安全可靠，测量精度高。

行程开关: 控制缸体内活塞运动行程，选用光电开关，其优点无接触，故障率低，工作可靠。

2.2.3 软件部分

在Windows集成开发环境μVision51中编写C51化学灌浆泵软件程序，在软件模拟仿真方式下，完成化学灌浆泵软件程序的仿真和调试，然后将调试好的化学灌浆泵软件程序通过专用程序烧录器固化到89C51程序存储器中。

3 CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵性能指标

表1 设备主要技术指标

4 CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵的应用

4．1 向家坝水电站工程化学灌浆试验应用

2011年初长江水利委员会长江科学院承接向家坝水电站工程大坝左非9坝段挤压破碎带复合灌浆试验任务，采用CW510系列环氧树脂化学灌浆材料，利用湿磨细水泥－化学“同孔复合”技术进行灌浆施工。其中化学灌浆泵选用CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵，共计四台。经过四个多月的精心施工，共完成了12个灌浆孔48灌浆段约250m的化学灌浆试验任务，化学灌浆泵满足灌浆压力1.5～2.5MPa，化学灌浆持续时间超72h及当注入率≤0.01L/min时再屏浆1h的施工技术要求。通过对试验区内的压水试验、声波测试及孔内摄像，化学灌浆质量均满足设计要求。

4．2 向家坝水电站工程化学灌浆生产应用

2012年1月至10月间，长江水利委员会长江科学院又承接了向家坝水电站工程大坝两个部位化学灌浆施工任务，整个化学灌浆施工工程施工期间，共投入应用CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵共计28台; 累计完成化学灌浆工程施工工程量约600灌浆段; 总计化学灌浆工程量约3000m。经业主组织的第三方质量检验单位对施工部位进行打孔压水、声波测试等质量检测，检测结果证实整个化学灌浆施工工程质量满足设计技术要求，该项施工成果并通过了水利部相关专家评审和验收。

4．3 其他工程化学灌浆生产应用

2013年度溪洛渡水电站工程帷幕化学灌浆试验选用CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵为化学灌浆设备，化学灌浆试验获得了成功。2014年度溪洛渡水电站工程帷幕化学灌浆生产正在进行，共计投入CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵19台，累计将完成帷幕化学灌浆施工工程量约400段(累计灌浆施工工程量约2000m)。

5 结语

CYHGB—Ⅱ型化学灌浆泵为长江水利委员会长江科学院独立自主知识产权产品，该项成果通过在向家坝水电站工程和溪洛渡水电站工程的化学试验灌浆施工及正式化学灌浆施工投入使用后，从化学灌浆施工质量效果来看，证明化学灌浆泵的性能及化学灌浆施工效果等方面满足了水电工程基础处理施工设计要求。该设备各项性能指标满足CW510系列环氧树脂化学灌浆材料进行基岩化学灌浆施工的技术要求，灌浆泵输出流量及输出压力满足向家坝水电站工程和溪洛渡水电站工程及其他水电站工程对化学灌浆施工的技术设计要求，用户反映该型化学灌浆泵操作简单，工作可靠，化学灌浆效果好，设备维护方便。为适应更多化学灌浆工程施工的需要，化学灌浆泵仍需更多的改进，如设备的防水防潮性能和重量轻便化等方面。

参考文献

［1］魏涛.复杂地基化学灌浆技术［M］.北京: 中国电力出版社，2012.

［2］肖承京.复杂地基化学灌浆技术［M］.北京: 中国电力出版社，2011.

［3］李华.单片机实用接口技术［M］.北京: 北京航空航天大学出版社.

［4］徐爱钧.单片机高级语言C51Windows环境编程与应用［M］.北京: 电子工业出版社.