摘要:歸納了灌漿工程對(duì)流量儀表的要求和電磁流量計(jì)的適應(yīng)性;闡述了灌漿過程的主要工藝,如壓水試驗(yàn),灌漿等對(duì)流量儀表的要求;提示應(yīng)用中需注意的事項(xiàng),如操作工藝的影響,流量計(jì)測量管內(nèi)附漿量的影響，介質(zhì)中氣泡的影響以及潮濕和高灰塵的環(huán)境引起的故障等。
0引言
目前我國在建的大中型水電站有幾十個(gè),正處在-一個(gè)水利水電建設(shè)的新高潮,灌漿技術(shù)是水電建筑物地基處理常用的和重要的工程措施,水泥的灌漿量非常大,例如貴州省構(gòu)皮灘水電站帷幕灌漿323km,固結(jié)灌漿418.9km,回填灌漿135.4km,綜合考慮行業(yè)的特殊性以及不同對(duì)象儀表在使用、維護(hù)和施工工藝的具體要求及正確選用,這是保證施工質(zhì)量和儀表本體正確安全運(yùn)行極其重要的工作內(nèi)容,對(duì)日后的實(shí)際工作將帶來很大的好處。
灌漿行業(yè)施工工藝中的漿液和水的流量測量非常重要,特別是所使用的液體流量檢測儀表,與一般企業(yè)有所不同,有其特殊要求,例如要便于頻繁清洗和承受高速漿液中顆粒的摩擦和惡劣環(huán)境等,具體如下:
(1)傳感器測量回路簡單，沒有阻流件和容易滯流介質(zhì)的部位;
(2)與介質(zhì)接觸部件材料能承受水泥漿液中固相顆粒高流速時(shí)的摩擦力與化學(xué)漿液的腐蝕作用;
(3)具有快速的響應(yīng)性能和較高的測量精度;
(3)能適應(yīng)現(xiàn)場高溫、潮濕、高灰塵的惡劣施工環(huán)境。
在眾多液體流量儀器產(chǎn)品中,電磁EMF具有測量不受流體溫度、壓力、密度、黏度的影響、電磁流量計(jì)內(nèi)部直通光滑、.直接進(jìn)行電測量,響應(yīng)速度快、檢測部無運(yùn)動(dòng)部件,不會(huì)發(fā)生滴漏現(xiàn)象、計(jì)量精度高、內(nèi)襯可采用聚四氟乙烯塑料和氧化鋁陶瓷,具有很強(qiáng)的抗腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)(3]，近年來已成為灌漿工程流量測量的首選儀器。
1工作原理
電磁流量計(jì)(以下簡稱EMF)的工作原理(見圖1)是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。被測介質(zhì)垂直于磁力線方向流動(dòng),因而與介質(zhì)流動(dòng)和磁力線都垂直的方向上產(chǎn)生一感應(yīng)電動(dòng)勢E
由此可見，感應(yīng)電動(dòng)勢E與被測介質(zhì)流量Q成正比。與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和測量內(nèi)徑D有關(guān)，而與其他物理參數(shù)的變化無關(guān)。測量系統(tǒng)的變送器輸出E是一個(gè)微弱的交變信號(hào)，其中包含各種干擾成分，且信號(hào)內(nèi)阻變化高達(dá)幾萬Ω,因此要求轉(zhuǎn)換器是一個(gè)高輸入阻抗，且能抑制各種干擾成分的交流mV轉(zhuǎn)換器。將感應(yīng)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)換成4~20mA的統(tǒng)--信號(hào)。轉(zhuǎn)換器有高輸入阻抗差動(dòng)放大器、主放大器、正交干擾抑制器、相敏檢波器、直流放大器、霍爾乘法器等組成，最后輸出信號(hào)電流為
式中:I0為輸出信號(hào)電流;K為儀表常數(shù)。
2灌漿工程中EMF的使用
圖2所示是灌漿過程的主要工藝流程，為在施工中進(jìn)行有效的控制，需對(duì)施工過程中的水和水泥漿液進(jìn)行計(jì)量和控制。
鉆孔、洗孔:灌漿施工首先要在巖層中自上而下分段進(jìn).行鉆孔，待單孔終孔，用大量清水洗孔，至回水變清，無流量測量點(diǎn)，故不展開討論。
簡易壓水試驗(yàn):洗孔結(jié)束，下孔口管，密封孔口，以設(shè)計(jì)要求的壓力向孔內(nèi)送水，測定其相應(yīng)的流量值，并據(jù)此計(jì)算巖體的透水率。計(jì)算結(jié)果關(guān)系到巖體滲透特性的評(píng)價(jià)以及灌漿成果資料整理。這一-測量點(diǎn)是十分重要和敏感的，正確是首要指標(biāo)，水有一-定的電導(dǎo)率，滿足EMF的測量要求，需要重點(diǎn)考慮的是EMF的口徑，因?yàn)閴核囼?yàn)和灌漿用的是相同的EMF. 灌漿:壓水試驗(yàn)后,灌漿泵將一定水灰比(比如3:1,2:1,1:1,0.81,0.5:1)的水泥漿液壓送到孔中，--部分進(jìn)入裂隙而擴(kuò)散,余下的漿液經(jīng)回漿管返出孔外,流回到漿液攪拌機(jī)中,在規(guī)定的壓力下,當(dāng)注入率不大于0.4L/min時(shí),繼續(xù)灌注30min;或不大于1L/min,繼續(xù)灌注60min,灌漿可以結(jié)束。每臺(tái)鉆孔設(shè)備都需要兩臺(tái)EMF分別記錄進(jìn)、返漿流量,灌漿量就等于進(jìn)漿量減去返漿量,現(xiàn)場管線與EMF安裝布置見圖3。
由于現(xiàn)場灌漿泵泵量多為6m³/h(100L/min),故EMF的量程選為100L/min,由EMF的測量原理可知[4],其流速的下限由.同噪聲或偏移的信噪比S/N(信號(hào)與噪聲)來決定，上限則由測量管內(nèi)襯里的磨損和配管的經(jīng)濟(jì)速度等來決定印。由于水泥漿液中帶有水泥固體顆粒,考慮到對(duì)EMF襯里和電極的磨損，選用流速≤5m/s,另一方面水泥漿液又具有易粘附、沉淀、結(jié)垢的特性,故EMF測量管內(nèi)的流速應(yīng)不低于0.5m/s,以起到對(duì)電極和內(nèi)襯的自清掃作用。一般當(dāng)測量管內(nèi)實(shí)際流速<0.1m/s時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢已變得十分微弱(零點(diǎn)幾μV~幾μV),此時(shí)噪聲.的影響逐步變?yōu)橹鲗?dǎo),甚至淹沒信號(hào)電動(dòng)勢4],由流速與相對(duì)誤差的關(guān)系圖(圖4)可知，為了保證儀表的檢測精度,流速應(yīng)大于0.5m/s.故推薦使用流速范圍為0.5~5m/s.
灌漿施工時(shí)吸漿量大小一般在0~100L/min,進(jìn)、返漿,上EMF相應(yīng)的流量范圍為30~100L/min,從流量、流速與口徑三者關(guān)系表(表1)可知:EMF口徑選擇DN25比較合適。DN25的測量范圍是14.72~147.18L/min,同時(shí)DN25和現(xiàn)場灌漿管道口徑一致,配套安裝時(shí),不需要變徑。同時(shí)EMF的時(shí)間常數(shù)也應(yīng)該設(shè)置小一些,一般在1~3s,以提高測量的靈敏度。
封孔:待灌漿結(jié)束后,按照施工技術(shù)要求壓漿封孔,無流量測量點(diǎn),故不展開討論。
3應(yīng)用注意事項(xiàng)
3.1施工工藝的影響與處理
按照循環(huán)灌漿的原理,返回漿液要流回?cái)嚢柰?采用2臺(tái)EMF分別計(jì)量進(jìn)返漿管道中漿液的流量(如圖3所示)。然而.有些用戶去掉返漿管上的EMF,返漿管通過一個(gè)三通直接接在EMF下游的進(jìn)漿管上,返回漿液不返回?cái)嚢柰?采用一臺(tái)EMF測量灌漿量'5],其結(jié)果在巖層吸漿量很小和灌漿結(jié)束階段,漿液流過EMF的流速很小,遠(yuǎn)低于BMF的流速下限,信噪比S/N很小,測量誤差高達(dá)50%,無法正確計(jì)量。
3.2測量管道內(nèi)附漿量的影響與處理
每次灌漿結(jié)束后,要及時(shí)清除EMF測量管內(nèi)的殘余漿液，否則水泥漿液易在測量管道內(nèi)產(chǎn)生不同程度的膠結(jié),甚至堵塞EMF測量管和相接的灌漿管道。EMF測量管內(nèi)的附著層會(huì)引起附加相對(duì)誤差△Ɛ,實(shí)踐證明其引起的誤差是很大的,假定其厚度相同△ε由式(5)計(jì)算'6]:
水泥顆粒的σɷ和水泥漿液σf相差很大,因?yàn)楦街鄬与妼?dǎo)率極低,當(dāng)附著物有一-定厚度時(shí)△Ɛ會(huì)比較大。
3.3介質(zhì)中氣泡的影響與處理
因工藝或介質(zhì)本身的原因,所測液體常含--些氣泡。EMF屬于流速型的流量方式,氣泡在管道圓截面中所占據(jù)的面積百分率,幾乎就等同于氣泡對(duì)流量測量的影響量[5]。此外由于氣泡經(jīng)過電極表面存在一個(gè)摩擦過程,由此會(huì)產(chǎn)生尖峰脈沖干擾電勢,其值遠(yuǎn)大于正常的流量信號(hào)。通常電磁流量轉(zhuǎn)換器無法有效地處理如此的干擾,輕者導(dǎo)致測量值不穩(wěn)定,嚴(yán)重時(shí)儀表根本無法工作,--些缺乏經(jīng)驗(yàn)的用戶僅從工藝的要求出發(fā),對(duì)EMF的安裝位置沒有考慮防止氣泡的產(chǎn)生,例如有些用戶把EMF安裝在灌漿泵的吸入端,吸入端的漿液中常會(huì)混入成泡狀流的小氣泡,故EMF一般要安裝在泵的排出端。EMF最好垂直安裝,漿液自下而上流動(dòng)。水平安裝時(shí)要使電極軸線平行于地平線,不要垂直于地平線,因?yàn)樘幱诘撞康碾姌O易被沉積物覆蓋,頂部電極易被液體中偶存氣泡擦過遮住電極表面。
3.4惡劣施工現(xiàn)場環(huán)境的影響與處理
灌漿施工現(xiàn)場的環(huán)境大部分時(shí)間比較惡劣,例如高溫、潮濕高灰塵等,如果EMF外殼的密封不良,諸如接線盒,以及一些非焊接氣密封結(jié)構(gòu)的外殼,時(shí)間長了冷凝水和灰塵容易積聚在EMF的接線盒中，或透過密封不良的結(jié)合面滲入EMF殼體中,由于EMF的流量信號(hào)極其微弱(通常是幾mA),冷凝水和灰塵的存在,直接的后果是導(dǎo)致EMF轉(zhuǎn)換器輸入回路阻抗下降，衰減了欲輸往放大器的流量信號(hào);或者是破壞勵(lì)磁回路和信號(hào)回路的絕緣,將高達(dá)幾十V的勵(lì)磁電壓引入到低電勢的信號(hào)回路中,造成EMF的嚴(yán)重故障。為了避免此類故障的發(fā)生,可在接線盒中灌注絕緣材料,在維修和調(diào)試EMF的時(shí)候一-定要避免進(jìn)水,保持接線盒內(nèi)的干燥與干凈,使用中一定要避免浸泡在水或漿液中。
4結(jié)束語
目前我國處于一個(gè)水電開發(fā)的水泥灌漿量非常大，動(dòng)態(tài)正確的計(jì)量水泥灌漿量至關(guān)重要,電磁EMF以其優(yōu)點(diǎn)成為灌漿工程流量測量的儀器。在全國的許多大、中型水電工程中取得了很好的使用效果。
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