2-盾构机流体元器件培训.pdf

培训师Lecturer郑亚魁 版本20120.04 盾构机流体基础知识培训 培训师介绍 学习目标 课程内容 课堂规则 姓名-郑亚魁 液压工程师 中国铁建重工集团股份有限公司 液压研究设计院 10年盾构机研发调试经验 联系电话13574156326 培训师介绍 学习目标 课程内容 课堂规则 我 主 持 或 参 与 过 的 项 目 我 主 持 或 参 与 过 的 项 目 培训完成后，我们将要做到 1. 了解什么是流体； 2. 知道每个流体元件的工作原理； 3. 能够处理一些盾构机流体元件常见的问题 培训师介绍 学习目标 课程内容 课堂规则 本课程内容如下 培训师介绍 学习目标 课程内容 课堂规则 学习过程中，遵守以下规则 1. 请关闭移动电话或设定静音状态； 2. 上课中请勿随意走动、交谈、接听电话； 3. 提供真诚的反馈意见； 4. 多互动，多交流，多提问题； 培训师介绍 学习目标 课程内容 课堂规则 目 录 CONTENTS 流体常识流体常识 什么是流体 流体的主要物理特性 1- 流体常识 1.1 什么是流体 1- 流体常识 1.1 什么是流体  具有流动性的介质，如水、空气、蒸汽、油液等。这 些液体和气体统称流体。流体的基本特性就是流动性。 1- 流体常识 1.2 流体的主要物理特性 （1）定义单位体积的质量。 （2）公式 密度 V   其中ρ㎏/m3；M㎏；Vm3。 1- 流体常识 1.2 流体的主要物理特性 （1）定义粘度是物质的一种物理化学性质，定义为一对平 行板，面积为A，相距dr，板间充以某液体;今对上板施加一 推力F，使其产生一速度变化度所需的力。 （2）运动粘度在温度t℃时，运动粘度用符号γ表示，在国际 单位制中，运动粘度单位为m2/s，即104St104cm2/s， 实际测定中常用厘斯，cst表示厘斯的单位为每秒平方毫米 即 1cst1mm2/s 粘度 1- 流体常识 1.2 流体的主要物理特性 （1）定义气体或液体流质点在单位时间内所通过的距 离。 （2）单位流速的正常单位为m/s、m/h 流速 1- 流体常识 1.2 流体的主要物理特性 （1）定义物体所受的压力与受力面积之比叫做压强。 压强的单位是帕斯卡，符号是Pa。 （2）公式 压强用来比较压力产生的效果，压强越大，压力的作用 效果越明显。 压强 S F P  1- 流体常识 1.2 流体的主要物理特性 （1）定义单位体积的重量。 （2）公式 容重 V G ＝ 其中  N/m3，GN，Vm3 目 录 CONTENTS 流体元件流体元件 润滑系统元件 水系统元件 注浆系统元件 膨润土系统元件 泡沫系统元件 气系统元件 泥水环流系统元件 2- 润滑系统元件 1.1 主驱动润滑系统 320齿轮油 壳牌可耐压S2G润滑油 220 320 460 680 运动粘度（cSt） 40℃ 220 320 460 680 100℃ 19.4 25.0 30.8 38.0 粘度指数 100 100 97 92 密度15℃（kg/L） 0.899 0.903 0.904 0.912 闪点（℃） 240 255 260 272 倾点（℃） -18 -18 -12 -9 注本表来自壳牌润滑油产 品样本 齿轮油典型参数表 2- 润滑系统元件 三螺杆泵 三螺杆泵适用于高粘度的 介质。 三螺杆泵是一种容积式泵。 通过三根螺杆一根主动 螺杆、两根从动螺杆组成的 转子和定子的配合形成密封 容积腔，转子旋转，使密封 腔发生容积变化，实现液体 的压力建立和输送。 1.1 主驱动润滑系统 2- 润滑系统元件 1.2 盾尾油脂密封系统 盾尾油脂 盾尾密封油脂必须有良好的抗水 冲刷性、出色的水密封性、好的抗磨 性、好的良好承载机械压力及机械稳 定性以及良好的泵送性。 盾尾密封油脂一般有两种，一种 是手涂型盾尾油脂，另一种为泵送型。 2- 润滑系统元件 盾尾油脂 典型数据测试方法单 位 ADERIA PACONDAT WR90 外观目测-灰色天然羊毛色 密度20 CASTM B 1289kg/dm1.281.3 /- 0.05 针入度25 CASTM D 2171/10mm225205/235 爬行时间20 CJISA 5758hours 24 30mn 25 C 流动速率 20 C,10bars 泵送性ASTM D 1092g/mn 104045 g/mn 25 C 油品保油性24小时，50 CJISA 5751 宽度mm11 12 渗过得过滤器个数3无数据 挥发性110 C，3hASTM D 9722.6 3 水封性35bars, 25 C修改的MATSUMURA方法-无水Pass 合成海水洗出量2.8bars,5分钟,38 CASTM D 4049 30mn 25oC 流动速率 20oC,10bars 泵送性ASTM D 1092g/mn454045 g/mn 25oC 油品保油性24小时，50oCJISA 5751 宽度mm11 12 渗过得过滤器个数3无数据 挥发性110oC，3hASTM D 9722.6 30mn 25oC 流动速率 20oC,10bars 泵送性ASTM D 1092g/mn47- 油品保油性24小时，50oCJISA 5751 宽度mm10 12 渗过得过滤器个数3无数据 挥发性110oC，3hASTM D 9722.7 3 水封性35bars, 25oC修改的MATSUMURA方法-无水Pass 合成海水洗出量2.8bars,5分钟,38 oCASTM D 40491.9 7 四球磨损1小时,40公斤,75 oCASTM D 22960.90.9 2- 润滑系统元件 1.4 HBW油脂密封系统 同步马达 工作原理 本系统使用的同步马达是齿轮式同步马达。 齿轮式同步马达的原理是将多个相同排量的齿轮马达串连在 一起，所有主动齿轮串联在同一根传动轴上，因此，所有马达 的转速都能保持一致。所以，每个马达的进出油量都是相同的， 能达到均匀分配的目的。 2- 水系统元件 2.1 外循环水 一般要求软化、过滤处理，温度不超过25℃ 2- 水系统元件 2.2 内循环冷却介质 一般要求用蒸馏水或能防锈的其他液体，到寒冷地区工作的，必须根据当地最 低气温加注相应的防冻液 2- 水系统元件 2.3 离心泵 离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作的 2- 水系统元件 2.3 离心泵 结构 2- 水系统元件 2.3 卧式离心泵 使用注意事项 1安装时，泵的进出口要连接软管或避震喉， 以减轻震动带来的影响； 2启动之前必须将泵壳内灌满水，或者浆泵 安装在低于液面的位置，启泵前打开进出口的 阀门，在重力作用下，自行将泵壳内灌满水； 3安装时，泵的传动轴与电机的输出轴中心 要调正，保持两轴线重合，否则会发生震动， 损坏轴承。 4使用填料密封的泵，调料压盖不能压太紧， 要保持有水从密封处滴出来，一分钟保证20-30 滴，用于对调料密封的润滑和散热。 5使用填料密封的渣浆泵，还需要外接水对 密封进行冲洗。 2- 水系统元件 2.4 多级离心泵 立式多级离心泵体积小，扬程可以做到比较大，可以做到200-300m的扬程。 2- 水系统元件 2.4 多级离心泵 结构 2- 水系统元件 2.4 多级离心泵 使用注意事项 1安装时，不要倾斜安装，这样会导 致连接轴以及泵体承受侧向力，容易损坏 轴承； 2安装时，泵的进出口要连接软管或 避震喉，以减轻震动带来的影响； 3启动前也必须先将泵壳内灌满水； 4注意泵的旋转方向，由于各厂家生 产的产品结构不同，旋转方向也有不同， 因此，启泵前，必须先确定泵的正确旋转 方向。 2- 水系统元件 2.5 气动隔膜泵 工作原理-1 利用压缩气体驱动隔膜来回运动， 使泵腔变大变小，完成吸料料的过程。 这种泵能输送含颗粒较大、粘度大 的介质，盾构机上用于输送隧道内的 污水。 2- 水系统元件 2.5 气动隔膜泵 工作原理-2 2- 水系统元件 2.5 气动隔膜泵 工作原理-3 图a显示了左边气腔进气膨胀，压缩 左边泵腔，此时，泵左边进料阀关闭， 出料阀打开，左泵腔内的浆料被挤压排 出出料口。右边气腔的气体排出，右泵 腔容积变大，出料阀关闭，进料阀打开， 完成吸料过程； 图b显示，在气阀换向后，右边气腔 进气膨胀，压缩右边泵腔的容积，浆料 被挤压出出料口，同时，左边泵腔完成 吸料过程。 图a 图b 2- 水系统元件 2.6 板式换热器 工作原理 是由一系列具有一定波纹形状的金属 片叠装而成的一种高效换热器。各种板 片之间形成薄矩形通道，通过板片进行 热量交换。 板式换热器是液液、液气进行热 交换的理想设备。 它具有换热效率高、热损失小、结构 紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使 用寿命长等特点。 板式换热器的型式主要有框架式（可 拆卸式）和钎焊式两大类 2- 水系统元件 2.6 板式换热器 结构及工作原理 2- 水系统元件 2.6 板式换热器 使用注意事项 1、冷水和热水要形成对流，冷水流向为下进 上出，热水则为上进下出，以提高换热效率； 2、连接管路时，一定要弄清同侧介质的进出 口，不得混淆冷、热水的进出口; 3、这种板式换热器耐压级别较低，一般为 10bar或16bar，钎焊式一般为30bar，使用时 要注意控制系统高压力； 4、换热器内部流道比较小，冷却介质中不能 含有固体颗粒或纤维，否则容易堵塞流道; 5、在寒冷地区，长时间停止工作时，换热器 内部的残留水必须排除干净，防止结冰损坏换热 器。 3- 注浆系统元件 3.1 同步注浆浆液 单液浆 可硬性单液浆以水泥为胶凝材料，加细砂、 粉煤灰等材料和水搅拌而成粉煤。 惰性浆液采用消石灰、粉煤灰、中细砂、膨 润土、水、添加剂等搅拌而成。 双液浆 其主要材料为水泥、膨润土、水、水玻璃等。 3- 注浆系统元件 3.2 同步注浆泵 出口小 油缸 进口小 油缸 主油缸 砼缸 液压控制 阀组 由液压主油缸带动砼缸内的活塞缩回时，出料口小油缸将出口关闭，进料口小油 缸将进口打开，完成吸料过程；主油缸伸出时，进料口关闭，出料口打开，主油缸带 动砼缸活塞将砼缸内的砂浆推出，完成出料过程。 3- 注浆系统元件 3.3 同步注浆常见的故障 故障现象 可能的原因 解决方法 注浆系统液压泵无法加载 1、加载阀未得电； 2、加载阀卡死； 1、检查电路； 2、清洗或更换加载阀 某一路或者几路砂浆泵无 法动作 1、主进油比例调速阀未得电； 2、主油路开关阀未打开 3、压力传感器检测到的压力达到程序设 定的高限； 1、检查电路； 2、打开开关阀； 3、调整程序中设定的压力，如 设定值合适，则不需要改动。 某一路砂浆泵油缸没走到 位就自动换向 砂浆泵控制阀组上面的节流阀开度不合适 通常“节流阀”调节螺钉出厂设 置为拧紧后松一圈； 4- 泡沫系统元件 4.1 泡沫剂 泡沫剂是由多种表面活性剂、稳定剂、 强化剂和渗透剂等复配而成，载体为水。 在工作过程中，泡沫剂与水混合，在泡沫 发生器内，经压缩空气的作用，发出无数直 径为30－400微米的气泡，同时被注入到盾 构机内与开挖土混合，对开挖土进行改良， 使开挖土呈“塑性流动状态”，保证盾构的 顺利进行 4- 泡沫系统元件 4.1 泡沫剂 泡沫剂的技术指标 状 态------------淡黄色透明粘稠液体 溶解度-----------完全水溶性 比重（d）-------1.037 PH-----------------77.5 4- 泡沫系统元件 4.2 软管泵 软管泵属于蠕动泵的范畴。 蠕动泵是转子式容积泵的一种， 因其工作原理类似消化道以蠕 动方式输送气、固、液三相介 质而得名。 它无阀、无密封，同介质 接触的唯一部件是橡胶软管的 内腔，压缩软管的转子完全独 立于介质之外。 4- 泡沫系统元件 4.2 软管泵 当转子D转动时，闸瓦E通过转子的 旋转运动压缩软管A，闸瓦前腔形成 真空吸入液体，后腔压缩迫使液体通 过软管排出。当第一个闸瓦松开软管 时，第二个闸瓦已经将泵的软管关闭 ，防止液体回流。 工作原理 4- 泡沫系统元件 4.2 软管泵 结构 注意软管泵的软管腔需要加专用润滑油 减速机内要加220齿轮润滑油 4- 泡沫系统元件 4.3 高压柱塞泵/混合液泵 结构 是一种往复式容积 泵，依靠柱塞在泵缸内 往复运动，使缸内工作 容积交替增大缩小来输 送液体。 本系统使用的是三缸 柱塞泵，内部有三个柱 塞交替工作。 A）泵头 B）泵体 C）曲轴 D）连杆 E）出水单向阀 F）进水单向阀 G）柱塞连杆 H）柱塞环和柱塞密封 I）柱塞 4- 泡沫系统元件 4.3 高压柱塞泵/混合液泵 特点 1、自吸能力强； 2、理论流量与工作压 力无关，只取决于转 速和泵缸尺寸。 3、额定压力与转速无 关； 4、流量输出有脉冲。 4- 泡沫系统元件 4.4 泡沫发生器 空 气 混合液 泡沫 5- 膨润土系统元件 5.1 软管泵 软管泵工作原理图 当挤压轮架转动时，挤压轮沿着 挤压软管输送方向作行星转动，并压在 挤压软管上作自转，使挤压管内浆料受 挤压，并沿输送管排出，当挤压滚轮过 后，挤压管内形成真空，吸口的浆料受 到负压，被吸入挤压管内，这样连续的 循环，实现了浆料的吸入与排出。 工作原理 5- 膨润土系统元件 5.1 软管泵 5- 膨润土系统元件 5.2 泥浆泵 / 三缸柱塞泵 5- 膨润土系统元件 5.2 泥浆泵 / 三缸柱塞泵 三缸往复单作用活塞泵是由泵头 、泵体、离合器、机架及动力、空气 室和安全阀等组成。 泵头是泵液力端的主要部件， 由三个单作用液缸并联而成，泵头通 过吸入阀和排出阀间隔开启和关闭实 现吸入和排出膨润土。 6- 气系统元件 6.1 空压机分类 按工作原理分为容积型和速度型； 容积型又可分为活塞式、螺杆式、滑 片式三种； 速度型又可分为离心式和轴流式两种。 喷油螺杆机工作流程1. 6- 气系统元件 6.2 螺杆式空压机 组成螺杆式空气压缩机主要由进气系 统，传动系统，主机，冷却润滑系统、 油分系统、排气系统，电力控制系统 等组成 特点具有优良的可靠性能，振动小、 噪声低、操作方便、易损件少、运行 效率高是其最大的优点。 6- 气系统元件 6.2 螺杆式空压机 主机结构 喷油螺杆机工作流程1. 6- 气系统元件 主机工作过程 6.2 螺杆式空压机 6- 气系统元件 常见的故障及排除方法-1 6.2 螺杆式空压机 6- 气系统元件 常见的故障及排除方法-2 6.2 螺杆式空压机 6- 气系统元件 常见的故障及排除方法-3 6.2 螺杆式空压机 6- 气系统元件 6.3 气动三联件 气动三联件 由气动减压阀、分水过滤器、 油雾器组成 元件符号 6- 气系统元件 6.3 气动三联件 结构 6- 气系统元件 6.4 储气罐 储气罐的作用 1、存储一定量的压缩空气； 2、稳定系统压力； 3、分离压缩空气中的水分。 注意储气罐要定时排水 带自动排水阀现场设定排气时间 和间隔时间一般间隔20min排 水一次，一次时长5s； 两级过滤 粗过滤3μ； 精过滤1μ； 6- 气系统元件 6.5 过滤器 / 高效过滤器 6- 气系统元件 6.6 压缩空气系统常见的故障及排除方法 故障现象 可能的原因 排除方法 压缩空气含水量过大 过滤器、气罐长时间没排水 定时排水 气动油脂泵泵头有大量油雾 喷出，同时三联件中的油消 耗过快 三联件的油雾器滴油速度过快 调节油雾器滴油速度，6-7/min 压缩空气压力达不到额定值 1、空压机故障 2、管路某一处泄压 1、检查空压机 2、检查管路，排除泄漏点 6- 气系统元件 6.7 气动控制阀 气动控制阀主要由执行机 构和阀两大部分以及相关附 件组成。 执行机构用于力或力矩转换 和位移转换； 阀用于将位移转换为阀芯与 阀座间的流通截面积变化。 6- 气系统元件 6.8 控制器 位置 功能 备注 1 设定点调节器 为自动模式进行设定点 调节 2 手动自动开关 手动预设 3 手动操作调节 手动调节模式 4 自动操作输出 显示（A） 显示自动模式下的输出 值（开启阀的压力） 5 手动操作输出 显示（H） 显示手动模式下的输出 值（开启阀的压力） 6 实际指示值 显示工作腔中的实际压 力 指针为红 色 7 设定显示器 显示自动模式下的位置 指针为绿 色 6- 气系统元件 6.9 压力变送器 用于反馈开挖仓的实际压力并传送信号给控制器。 6- 气系统元件 6.10 减压阀 调换此垫方向可改变 气流方向 拧开保护帽才能调 节压力 调节给控制器、压力变送器的低压气源压力 6- 气系统元件 6.11 气体处理单元 用于过滤和减压，以满足 控制其、压力变送器对空气清 洁度的要求。 注意需要定时检查气体处理 单元的滤芯，若第一套白色滤 芯变色，需要更换整套滤芯； 若滤芯严重变色，则需对整套 保压系统进行清洁度检查。 7- 泥浆环流系统元件 7.1 泥浆 进浆泥水指标 比重1.05～1.20 粘度25～40s（漏斗粘度） 析水量5％； PH值7-8。 排浆泥水指标 比重一般控制在1.15～1.30 ，最大不要超过1.4 7- 泥浆环流系统元件 7.1 渣浆泵 7- 泥浆环流系统元件 7.1 渣浆泵 单泵壳 叶轮 通道大 轴承箱 GH系列泵 GH泵通过粒径大，扬程较低，多用于排浆 叶轮通道小 双泵壳 AH系列泵 A泵通过粒径小，扬程较高，多用于进浆 7- 泥浆环流系统元件 7.1 渣浆泵 常见故障 1填料密封问题 2磨损泵壳、叶轮 3开裂泵壳 4轴承箱损坏 5大颗粒卡泵 7- 泥浆环流系统元件 7.2 泥浆球阀 7- 泥浆环流系统元件 7.2 泥浆球阀 单向密封 固定球 优点 驱动扭矩小 阀腔内泥浆不会凝固，防止泥 浆凝固将阀门抱死 阀腔内沉积物容易冲洗干净 固定球单向密封球阀 7- 泥浆环流系统元件 7.2 泥浆球阀 泥浆球阀常见故障 1、阀门无法动作 执行器损坏导致无法驱动阀门 球体磨损后导致卡死 2、球体磨损 3、阀体磨损 4、密封磨损 答疑解惑 天下大事，必做于细；天下难事，必做于易 谢 谢 本文档中出现的任何文字叙述、文档格式、插图、照片、方法、过程等内容，除另有特别注明，版权均属于中国铁建所有，受到有关产权及版权法保护。任何非本单位和个 人，未经书面授权许可，不得复制或引用本文档的任何内容（包括电子形式或非电子形式）。 版 权 声 明