空气调节系统在压气作业中的应用.doc

空气调节系统在压气作业中的应用李剑祥（中铁六局集团有限公司盾构分公司 广东 深圳 518056）摘 要：详细阐述海瑞克盾构机配备的samson空气调节系统的原理和操作，并结合工程实例，分析其在盾构机带压作业中的实际应用。关键词：samson 空气调节系统 带压作业 盾构机在地铁盾构工程中应用极为广泛。盾构掘进过程中，碰上刀具磨损严重，无法继续掘进时，就需要进行开仓检查刀具和更换刀具作业。开仓作业分为两种：常压开仓和带压开仓。常压开仓作业要求掌子面非常稳固。当掌子面不稳固时，常压开仓掌子面无法承受上方的水土压力，会塌方，如果在土仓内加入一定压力的压缩空气，用来保持掌子面的受力平衡，则开仓作业就有安全保障，既带压开仓作业。1 samson空气调节系统简介海瑞克盾构机配置的空气调节系统是德国samson公司的产品。samson总部位于德国法兰克福东部，是一家具有90多年历史的工业阀门制造商。其产品包括气动、电动调节阀、自立式阀门（温差压、流量、压力控制）。盾构机配置了两套空气调节系统，其工作示意图如下，主要包括三个部件：序号名称型号气源信号输入信号输出信号1压力传感器Type 8141.4 bar 0.4 bar0,2.1 bar 2控制器 Type 4211.4 bar0,2.1 bar0,2.1 bar3执行元件Type 3241-74 bar0,2.1 bar2.10 mm实际压力(x)空气控制信号 (y)samson空气调节系统工作示意图2 samson空气调节系统工作原理和操作模式下图为空气调节系统原理图，如图所示，压缩空气从系统进气路主路经过执行元件，进入到土仓进气路，进入土仓，保持土仓压力。压缩空气从系统进气控制路，经过带过滤器的减压阀，压力降低至4bar，一路进入到执行元件，作为执行元件的气源，另一路经过减压阀，压力降低至1。4bar，分别进入到控制器和压力传感器作为气源。7压力传感器控制器执行元件系统进气路土仓进气路减压阀，1.4bar带过滤器的减压阀，4bar空气调节系统原理图系统启动时，控制器输出信号Y进入到执行元件，产生的执行元件输入信号G驱动执行元件打开位置调节器，那么系统进气路的压缩空气通过执行元件的开口，以一定的速率进入土仓进气路，最后进入土仓。此时，压力传感器检测土仓进气路的压力值，转换成压力传感器输出信号A。A进入控制器，产生的控制器输入信号X与Y进行比较。如果X小于Y，则控制器继续产生输出信号Y，驱动执行元件打开位置调节器。如果A大于等于Y，则控制器不产生输出信号，直至土仓因泄露导致土仓压力降低。Samson空气调节系统的操作比较简单，如图所示：设定调节器自动-手动模式转换开关手动调节器 (发光二极管)“输出自动模式“(yA)“输出手动模式” (yH)插销设定点 (w)实际压力 (x)标签控制器操作面板控制器有两种操作模式：自动模式和手动模式。当自动-手动模式转换开关转到手动模式时，进入手动模式。转动手动调节器，使“输出自动模式“(yA)的指针从零往右移动，假设移动至0.3,控制器输出信号Y=0.3进入到执行元件，产生的执行元件输入信号G=0.3驱动执行元件打开位置调节器，那么系统进气路的压缩空气通过执行元件的开口，以一定的速率进入土仓进气路，最后进入土仓。压力传感器检测土仓压力，返回信号给控制器，控制器指示实际压力（x）的红指针从零往上移动，指示在我们需要的刻度上。然后往回转动手动调节器，使“输出自动模式“(yA)的指针从右往零移动，关闭执行元件开口，压缩空气停止进入土仓。如果土仓压力值因地层原因泄露降低时，继续转动手动调节器，往土仓补充压缩空气，抵消泄露，保持土仓压力稳定。该模式需要操作者观察土仓压力变化，并手动调节控制器以维持土仓压力稳定。当自动-手动模式转换开关转到自动模式时，进入自动模式。首先转动设定调节器设定土仓压力值，使指示设定点（w）的绿指针指向设定值，这里假设为5bar。那么指示“输出自动模式“(yA)的指针从零往右移动至1.2，执行元件开启，压缩空气进入土仓使土仓压力升高。压力传感器检测土仓压力，返回信号给控制器，控制器指示实际压力（x）的红指针从零往上移动，接近绿指针，此时“输出自动模式“(yA)的指针慢慢往零移动。在该模式下，土仓压力能自动维持在设定点（w）。3 实际工程应用笔者所在工程正在实施带压换刀作业。根据盾构机在地层的埋深10米，确定土仓加压压力1.2bar。samson空气调节系统采用自动模式。在实施土仓加压前，需对与压气作业相关的各个设备进行一次彻底的排查。盾构机台车配置了的两台10m/min空压机，气量能满足一般的压气作业要求，为应付特殊情况，需配置备用空压机。人仓主副仓都要进行压力表精度和气密性检查。最重要的是要对samson空气调节系统进行测试，满足压气作业要求。加压过程中，需降低土仓液面降低至土仓进气管路。然后开启samson空气调节系统，转动设定调节器，使指示设定点（w）的绿指针指向1.2bar，打开土仓进气管路与土仓之间的球阀，使压缩空气进入土仓。观察“输出自动模式“(yA)指示刻度（俗称开口度）。刚开始时yA=0.2，这说明地层气密性一般，有一定泄露，需要不停补气，但补气量不大。加压过程中，要严密观察“输出自动模式“(yA)指示刻度，因为地层的气密性是越来越差，漏气量越来越大，补气量越来越多，“输出自动模式“(yA)指示刻度也会越来越大，需要统计，同时还需检查其他设备和值班人员状态。具体如下表：序号设备与定岗人员检查项目作业班次 备注1人仓1. 记录土仓压力2. 记录开口度3. 巡视各气压设备工作状态4. 记录备用气源使用情况5. 检查各岗位人员工作状态2SAMSON系统1. 检查各阀工作状态2. 记录开口度及变化3. 根据指令调节压力3ALUP空压机及备用气源口1. 检查空压机工作情况2. 记录空压机压气频率3. 需要时通知地面开启备用空压机并记录备用气源入口压力4地面空压机1. 根据通知开启和关闭空压机2. 巡查气路，从地面到联络通道3. 记录空压机出口压力加压结束时，首先关闭土仓进气管路球阀，防止土仓的水或者渣土返回系统；然后转动设定调节器，使指示设定点（w）的绿指针指向0bar，打开土仓进气管路旁通球阀，排空系统尾气。最后关闭系统各个部件气源，停止此次作业。4 一般维护和保养samson空气调节系统为精密的气动控制系统，在盾构机施工现场环境下，容易出问题，比如因碰撞，损坏元件；因空气质量不好，堵塞各个元件的控制管路。那么在调试samson空气调节系统之前，需要清洁外壳和活动的机械部位，检查管路的连接，清洗系统各个元件的进气滤芯和阻尼阀，测试各个减压阀的压力。利用人仓模拟土仓，进行samson空气调节系统的调试。因控制器对输入输出进行的是PI调节，功能是靠机械机构实现的，所以系统在使用一段时间后就会产生灵敏度和精度不够的问题。为解决这个问题，需要调节PI的设定值，有初始值、比例系数和积分时间。samson空气调节系统需要一个干燥的环境进行保管，所以在平时，需要把各个部件用塑料薄膜包裹，关闭管路各个阀门。在下次调试samson空气调节系统时，需将各个管路