[发明专利]灌浆压力波动程控方法

摘要

灌浆压力波动程控方法,在灌浆管路中增设分流阀、灌浆孔孔口压力传感器和微控制器。首先按压力管路确定计算孔口压力函数式,顺次确定非线性、线性、线性小信号、简化小信号等孔口压力数学模型,得到含孔口给定压力、增益A、PI调节器、检测孔口压力等的程控压力原理信息框图,最后编写圧力控制流程图和进行圧力控制；或增加与压力同时控制的流量控制。在压力流程中采用给定压力和检测压力比较,按10％递增,用调节器输入使两者相同直至检测压力等于设计压力。本发明压力波动控制方法不仅解决了现有人为控制易出错，质量控制难；且在乌东德电站左岸780进行帷幕灌浆实验证明，设计压力6.0MPa，图中所示,压力波动控制很好。且微控制器运算负荷很小。用于水电站灌浆工程压力自动控制。

主权项

1.灌浆压力波动程控方法,具有灌浆及管路系统；其特征是,包括下列步骤:一.配置程控压力波动需要的装置:包括1)在灌浆及管路系统中,灌浆泵(3)与进浆流量传感器(5)间设与密度传感器(4)返浆密度桶连通的分流阀(4m)；压力传感器(7)设在灌浆孔(6)孔口；灌浆泵选用三柱塞往复泵；2)设微控制器,灌浆及管路系统中各传感器信号线接微控制器输入接口；调压阀控制信号线接微控制器输出接口；二.确定非线性孔口压力数学模型,其步骤如下:1)确定灌浆孔计算孔口压力Phole函数式,由上述配置有程控压力波动需要的装置的灌浆及管路系统,得到Phole＝Pvalave+P0+Ppipeline+ρgh      公式<1>公式<1>中Ppipeline、PValave、ρgh、P0分别为管路压降、调压阀压降、高度差静压力和调压阀后压力,其中P0很小,忽略为零；2)确定管路压降Ppipeline的函数式由公式<2>、<3>、<4>,可获得:Ppipeline＝f(υ、ρ、Q),即管路压降Ppipeline为动力粘度υ、浆液密度ρ、浆液流量Q的函数；其中υ为时变参数；管路沿程阻力系数λ是非线型函数；3)确定调压阀压降PValave的函数式:①首先由阀门厂商给定的流量系数KV及流量特性间接获得公式<7>中KV；然后将ΔP0和ρ0设为常数简化后,获得公式<8>中的阀门局部阻力系数ξ；②确定调压阀为等百分比调压阀时的阀门局部阻力系数ξ:公式<9>为流量特性曲线关系式，联立解公式<7>、<8>、<9>，可得不同开度下ξ公式<10>：简化公式<10>成为公式<11>；③最后确定出调压阀压降PValave与阀门开度间的函数关系式:将公式<9>代入公式<11>，再将获得的公式<11>的ξ代入公式<6>,便确定出调压阀压降与阀门开度间的函数关系式为：上公式<12>中R＝Qman/Qmin为调压阀的可调比；Qman、Qmin分别为阀门最大流量、最小流量；lman、lmin分别为阀门最大开度、最小开度；4)确定静压力Ph＝ρgh:公式<13>浆液密度ρ是时变参数；5)确定非线性孔口压力数学模型:由上述1)‑4)步骤确定的孔口压力三个函数式公式<2>、<12>、<13>,再加上延迟环节e‑τt,便形成非线性孔口压力数学模型；三.确定线型小信号孔口压力数学模型:1)设公式<4>中动力粘度、流速V为常数,由公式<2>获得管路压降Ppipeline仅为自变量浆液密度和流量Q的函数,称管路压降Ppipeline线型函数；2)由公式<12>确定的调压阀压降PValave按泰勒级数分解为下列公式<14>:由上述管路压降Ppipeline线型函数、公式<14>的调压阀压降PValave、公式<13>静压力,便形成线型小信号孔口压力数学模型,此模型中Δl为阀门开度的变化；四.确定简化小信号孔口压力数学模型:1)将公式<2>的管路压降Ppipeline线型函数和公式<12>的调压阀压降代入公式<1>,并设阀门开度为l0时，获得计算孔口压力P10,见下述公式<15>:2)确定开度为l0时的阀门压降A；见下列公式<16>3)将公式<15>确定的Pl0和公式<16>确定的A放入线型小信号孔口压力数学模型中,便获得简化小信号孔口压力数学模型；五.构建程控压力原理信息框图；根据简化小信号孔口压力数学模型,通过实验的方法对参数进行整定；Phole‑set设为微控制器程序中对孔口的给定压力；调节器为程序中设定的PI调节器；增益A取为1；Phole设为由孔口压力传感器(7)检测出的孔口实测压力；便构建出程控压力原理信息框图；六.确立灌浆压力控制流程图,并进行压力控制；压控步骤如下:1)判定实测圧力Phole是否大于报警圧力？若是,停机；若不是,进入压控步骤2)；2)判定实测压力等于给定压力的次数是否大于阀值次数；若不是,进入压控步骤3)；若是,进入压控步骤4)3)判定实测压力是否等于给定压力？若是,进入压控步骤3.1)；若不是,进入压控步骤3.2)；3.1)增加实测压力等于给定压力次数后；进入到压控步骤8)；3.2)减少实测压力等于给定压力次数后；进入到压控步骤8)；4)记录并保存当前压力、密度、流量和阀门开度,计算当前调压阀压降PValave_0和增益A0后；进行压控步骤5)；5)计算沿程压力损失Ppipeline；计算高差产生的静压力ρgh,确定给定压力Phole‑set后,进行压控步骤6)；6)判定给定压力Phole‑set是否等于设计压力P,若是,进入压控步骤8)；若不是,进入压控步骤7)；7)给定压力增加10％,实测压力等于给定压力的次数＝0；并计算增压10％后调压阀压降和增益A；8)调节器输入＝增加10％后的给定压力‑‑实测压力；并计算调节器输入后调节阀压力Pvalave_1和增益A1；然后进入压控步骤9)9)重复步骤5)、6)、7)、8),直到实测压力Phole等于设计压力P；压力调节器工作结束；进入压控步骤10)；10)计算调压阀全开时,当前孔口压力Pl0；计算阀门开度变化Δl；计算阀门开度l0；并转化为电流信号。