注漿泵安全閥的改進

徐剛(鎮江寶城注漿設備有限公司,江蘇 鎮江 212125)

注漿泵是建筑施工過程中常用設備，注漿泵的注漿質量及安全性能對注漿工程的質量、安全和效率具有決定作用，如水利工程、隧道施工、建筑施工、橋梁建設、礦井施工、地鐵施工等需要注漿堵水、填充空隙和加固破碎巖層的工程需要注漿泵注漿施工的地點，更是離不開性能穩定、安全可靠的注漿設備。隨著注漿泵施工地點環境惡劣程度不斷增加，對注漿泵的性能要求也不斷提高，尤其是關系到注漿設備使用的關鍵部件——安全閥也在不斷改進。

1 安全閥改進

1.1 安全閥改進前后結構對比

1.1.1 改進前安全閥結構組成及特點

改進前安全閥結構如圖一，該結構類似于單向閥，主要組成部件為彈簧、調節螺桿、螺座、閥座、閥芯、閥套等，其中閥座上的小孔與閥芯的錐面之間是密封的。該結構簡單、加工方便，適合在粘度低、不易凝固的注漿液為介質的環境下作業。

1.1.2 改進后安全閥結構組成及特點

改進后的安全閥在結構上和普通的安全閥有較大差異，具體工藝圖可參見圖二。新型安全閥組成部件為調節螺釘、壓力表、排氣螺釘、三通、爆破膜、閥芯、油液、小閥芯、彈簧等組成。新型安全閥在密封型式維持原狀，但增加了液壓倍增系統、爆破膜和壓力表三個功能型系統部件。其中液壓倍增系統是在原有閥芯的基礎上增加了小閥芯，利用大小閥芯的面積差，改變所傳遞的作用力的大小。其中涉及到的物理原理為，液體可以傳遞壓強，且不改變壓強的大小。根據公式F=pS，其中F為力，p為壓強，S為受力面積。當壓強相等時，受力面積的大小決定了力的大小。由此實現液壓倍增的目的。

圖一 改進前安全閥工藝圖

圖二 改進后安全閥工藝圖

1.2 安全閥改進前后功能對比

1.2.1 改進前安全閥工作原理及弊端

彈簧頂針式安全閥保護原理為：注漿泵在排除漿液時，進入空氣室的部分漿液經過閥座小孔作用在閥芯錐面上，形成向右的作用力，而位于閥芯右邊的彈簧經過調節螺旋桿壓縮作用，對閥芯形成向左的作用力，當閥芯所受到的向右的力較大時，就會右移，安全閥打開，排除多于漿液傳達預警信息，同時也起到泄壓作用，形成過載保護。

若注漿介質為高粘度，易凝固的漿液時，如水泥、黃泥等容易在閥座部位凝固沉淀，影響安全閥內彈簧受力時的形變程度及形變速度。若發套內死角部位沉積大量漿液，會堵塞泄壓口，安全閥的泄壓功能和預警功能無法正常實施。若要解決問題，需要增大閥芯處密封小孔的直徑，但也會造成彈簧直徑的增大和彈簧鋼絲的變粗，降低安全閥對注漿泵的保護作用。另一方面，壓力表位于空氣室上方，與漿液直接接觸，表針指數受注漿壓力影響較大，不易穩定，若壓力過大，有可能損壞壓力表。

1.2.2 改進后安全閥優勢

改進后的安全閥工作原理不變，但由于增加了三個功能型部件，大大提高了安全閥的實用性能，這些實用性能的優勢主要體現在以下三點：

首先，液壓倍增系統可解決彈簧承受力和彈簧體積之間的矛盾。液壓倍增系統中的小閥芯與閥芯間的空腔里充滿油液，在注漿泵工作時，漿液對閥芯密封錐面形成向上的作用力的同時，也對空腔內的油液產生等大的作用力。液體可以傳遞壓強，油液將漿施加的壓強傳遞閥芯，對小閥芯也產生一定作用力。由于小閥芯的面積相對于閥芯而言要小得多，因此同等壓強下，作用在小閥芯的壓力就會降低很多（可根據壓強計算公式p=F/S推導而得）。根據液壓倍增系統工作原理可知，通過調整閥芯與小閥芯之間的面積差，可將注漿泵排漿壓力的大小調節到彈簧所能承受的作用力范圍內。同時，還可以通過此系統降低排漿液對彈簧的壓力，從而改變彈簧的體積，增大彈簧的形變幅度，提高安全閥的可靠性。

其次，安全閥下端爆破膜的增加解決了由于漿液沉積造成壓力巨變，引起安全事故的問題。在實際施工作業過程中，由于各種原因，需要注漿泵進行間歇性作業，在停止工作的時間內，管路中粘度較高的漿液會凝固沉淀，堵塞管路。當再次開機工作時，由于管路內堵塞造成壓力急劇升高，超出注漿泵承受范圍，容易引起安全事故。在安全閥下端增加爆破膜后，在壓力超出額定注漿壓力的瞬間，膜片可自動爆破，排除漿液，從而保護設備，防止安全事故發生。

最后，安全閥上的壓力表延長了使用壽命。傳統注漿泵內的壓力表直接與漿液接觸，而注漿液的壓力不穩定，很容易造成壓力表指針在很大范圍內波動，若漿液滲透到壓力表內反饋信號油管內，會發生凝固現象，導致壓力表失效。而安全閥上的壓力表則利用空腔內油液傳導漿液壓強產生壓力示數，避免漿液與壓力表的直接接觸，有效降低壓力表由于漿液凝固而損壞的可能性，大大延長其使用壽命。

2 結語

通過對注漿泵安全閥的改進，提高了注漿泵的實用性能，不僅有效控制注漿液壓力變化對注漿泵各部件的損害，還能擴大注漿泵適用范圍，注漿泵可以在低粘度或高粘度注漿液環境下正常停止或啟動。值得注意的是，在改進過程中，要注意油液的密封性、在加工各種閥芯的外圓面和閥體的內孔時注意精準度；另外應注意排查空腔內油液中是否含有空氣，保證油液傳遞壓強的準確性。

[1]張金雙,李大男,劉紅專等.注漿泵用安全閥的改進[J].煤礦機械,2002,(6):61-62.

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