CN102121890A - 一种用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计，泥浆泵(3)的进口端连接搅浆桶(1)，所述的泥浆泵(3)的出口端连接三通阀的进口端，所述的三通阀的一个出口连接测量筒(8)的底部，所述的三通阀的另一个出口连接分流阀(7)的进口端，所述的分流阀(7)的出口端通过回浆管(5)与所述的泥浆泵(3)的进口端或所述的搅浆桶(1)连接，所述的测量筒(8)的顶部设有漏浆斗(9)，所述的漏浆斗(9)设有出浆口(10)，所述的出浆口(10)与所述的搅浆桶(1)连接，所述的测量筒(8)上设有压力传感器(6)，所述的压力传感器(6)与记录仪相接。本发明测量精度高和真实性高且结构简单耐用，成本较低。

Description

一种用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计

技术领域

本发明涉及一种密度计，特别是涉及一种搅浆桶内外自循环差压式密度计是专为灌浆工程中检测灌浆浆液密度研发的。所属技术领域为水利水电工程和地基与基础处理工程。

背景技术

在灌浆工程中，浆液密度是一个必须测量的重要参数，目前灌浆工程中使用的较多的是核子密度计和差压式密度计，核子密度计由于价格昂贵和环保部门管理严密，在使用和管理中带来诸多不便，已逐渐淡出市场。目前灌浆工程中使用较多的是差压实密度计，其原理是源于静压式液位测量，这种方法只适合检测静态和流速相对稳定流体。而在灌浆施工中，为了避开高压浆液的冲击，这种方法的传感器只能通过一个分流阀安装在主灌浆管道的分流管道上。其结果是：

(1)密度传感器安装在分流管道上，由于分流管道接回搅浆桶或水泵吸入口的低压端，使主灌浆管道平时就处于半卸压状态，因此高压灌浆时，影响主灌浆管道调不到要求的灌浆压力，而不能实施高压灌浆。在灌浆现场高压灌浆时施工单位为保证实施高压，几乎都是关闭密度传感器分流阀(停掉密度检测)，靠记录仪主机弄虚做假编造数据或人工记录，使密度测量装置完全失去了意义。

(2)密度传感器安装在的分流管道上，分流浆液流量不能少于25L/min左右才能保证密度正常的测量流量，而现场使用的灌浆泵输出满泵量基本上都是100L/min，且灌浓浆时最大泵量不超过90L/min，剩下的60～70L/min不能满足大灌浆量灌浆主管道的浆液供给，影响灌浆的正常实施。

(3)在灌浆过程中由于灌浆泵和高压调节阀的作用，灌浆管道中压力和浆液流速变化的幅值很大，且又是十分频繁的。压力波动和调压阀调节引起的动态附加力和浆液流速的变化都会直接影响到浆液密度的测量精度和真实性，事实上这种以测压力变化ΔP求解浆液密度的比重法和差压法密度传感器即使安装在分流管道上，并设置缓冲装置，也无法逾越时刻变化着的流速跳变的影响，即测量结果的ΔP是密度变化引起的ΔP1和流速变化引起的ΔP2共同作用导致的。低压灌浆时，测量误差都大于5％，高压灌浆时，最大测量误差可达±48％。根本无法满足灌浆生产计量需求。

(4)为避免压力和浆液流速变化的影响，将传感器安装在低压返浆分流管道上，会出现新的问题：没有返浆时测不到浆液密度；返浆量小时测不准密度，测量筒进口和筒底部极易沉浆结垢乃至堵塞；返浆量大时，特别是小裂隙的高压灌浆和帷幕灌浆的衡压和屏浆阶段，浆液流速的突变，同样会出现上述(3)条中的情况。

因此灌浆工程中通用差压式密度计在灌浆闭合管道中测量受高压驱动且压力、流速频繁跳动的动态浆液的密度，流速和动态压力的影响是难以逾越的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量精度高和真实性高的用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计。

为了解决上述技术问题，本发明提供的用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计，泥浆泵的进口端连接搅浆桶的底部，所述的泥浆泵的出口端连接三通阀的进口端，所述的三通阀的一个出口连接测量筒的底部，所述的三通阀的另一个出口连接分流阀的进口端，所述的分流阀的出口端通过回浆管与所述的泥浆泵的进口端或所述的搅浆桶连接，所述的测量筒的顶部设有漏浆斗，所述的漏浆斗设有出浆口，所述的出浆口与所述的搅浆桶连接，所述的测量筒上设有压力传感器，所述的压力传感器与各类记录仪相接。

所述的三通阀为异形三通阀，所述的异形三通阀的两个出口的夹角为30°且与所述的分流阀连接的出口水平设置，与所述的测量筒连接的出口呈30°斜置。

采用上述技术方案的用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计，主要有三部分组成：动力装置、测量装置、调节装置，而将这三部分连接成一个整体进行工作的是一个夹角为30°的异形三通阀，其中连接测量筒和调节阀的两个出口的夹角为30°。通过精密计算和反复试验，该角度下能保证分流到测量筒中的浆液量处于最佳状态，即保证测量筒内稀浆不喷出浓浆不沉淀且均以层流的流态从测量筒顶部溢出。

灌浆工程中通用差压式密度计在灌浆闭合管道中测量受高压驱动且压力、流速频繁跳动的动态浆液的密度，流速和动态压力的影响是难以逾越的技术难题。因此采用差压式密度计测量灌浆浆液的密度的测量筒必须脱离灌浆管道(无论是进浆或返浆管道)。

本技术方案把测量筒安置于搅浆桶旁边，通过一个小型恒速泥浆泵把搅浆桶内的灌浆浆液抽出来流经测量筒再返流回搅浆桶，从而形成搅浆桶内外闭合管道自循环的差压式浆液密度测量体系。由于所采用的驱动电机具有刚性特征，所以只要电机功率足够，就可以实现泥浆泵的电机转速恒定和测量筒中流体流速稳定，从而保证了测量客观性和准确性。

本发明的有益效果：

1、在搅浆桶内外形成自循环测量体系，与灌浆管道独立开来，互不影响，保证各自的技术指标。

2、测量筒内循环浆液流速恒定，检测原理上无压力、流速变化影响，测量准确，数据真实可靠，完全可以达到核子密度计的测量精度。

3、由于压差水灰比测量体系不串入灌浆主管道，设计上不存在由于分流卸压而打不上高压的致命弊端。

4、测量密度范围宽达1～2g/cm³水灰比0.3～10，测量精度优于0.5％，且结构简单耐用，成本较低，很成功的将静态液位测量转换为动态流体的密度测量。

综上所述，本发明是一种测量精度高和真实性高且结构简单耐用，成本较低的用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计。

附图说明

图1搅浆桶内外自循环差压式密度计结构示意图。

图中：1、搅浆桶；2、电机；3、泵；4、三通；5、回浆管；6、压力传感器；7、分流阀；8、测量筒；9、漏浆斗；10、出浆口。箭头表示浆液的循环流动线路。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方案进行详细说明：

参见图1，泥浆泵3的进口端连接搅浆桶1的底部，泥浆泵3为恒速泥浆泵，泥浆泵3上设有电机2，泥浆泵3的出口端连接异形三通阀4的进口端，异形三通阀4的一个出口连接测量筒8的底部，异形三通阀4的另一个出口连接分流阀7的进口端，异形三通阀4的两个出口的夹角为30°，与分流阀7连接的出口水平设置，与测量筒8连接的出口呈30°斜置，分流阀7的出口端通过回浆管5与泥浆泵3的进口端连接，也可与搅浆桶1连接，测量筒8的顶部设有漏浆斗9，漏浆斗9设有出浆口10，出浆口10与搅浆桶1连接，测量筒8上设有压力传感器6，压力传感器6与各类记录仪相接。

如图1所示，本发明包括三大部分，一是动力装置，由电机2和泥浆泵3组成；二是测量装置，由压力传感器6、测量筒8、漏浆斗9和出浆口10组成；三是调节装置，由回浆管5和分流阀7组成。异形三通阀4将这三部分连接为一个有机整体。使用时，电机2带动泥浆泵3的叶轮转动，浆液从搅浆桶1底部流出，经异形三通阀4，一小部分经30°角斜通流入测量筒8，大部分经直通流入分流阀7。调节分流阀7，使测量筒8中的浆液保持从顶部溢出的状态，溢出的浆液在漏浆斗9中汇集经出浆口10流回搅浆桶1，分流阀7分流的浆液经底部的回浆管5流回泥浆泵3中，循环使用。图中的箭头，表明了该发明装置工作中浆液的流动线路。压力传感器6输出信号可与各类记录仪相接。本发明基于敞开圆筒容器液位测量原理，即由

公式转换为

其中，h为压力传感器6测量膜片中线至测量筒8溢流口顶沿的距离，单位为mm；P为压力传感器测得的压力，单位为Kpa；ρ为浆液密度，单位为g/cm³。由于h和g均为常数，P是唯一自变量，且ρ与P成线性关系，实际应用中，由于构造差异和诸多因素影响，需进行现场标定，确定仪器常数K，因此准确的计算公式为 $\mathrm{\ρ}=K\frac{P}{h\·g}.$

Claims (2)

1.一种用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计，其特征是：泥浆泵(3)的进口端连接搅浆桶(1)，所述的泥浆泵(3)的出口端连接三通阀的进口端，所述的三通阀的一个出口连接测量筒(8)的底部，所述的三通阀的另一个出口连接分流阀(7)的进口端，所述的分流阀(7)的出口端通过回浆管(5)与所述的泥浆泵(3)的进口端或所述的搅浆桶(1)连接，所述的测量筒(8)的顶部设有漏浆斗(9)，所述的漏浆斗(9)设有出浆口(10)，所述的出浆口(10)与所述的搅浆桶(1)连接，所述的测量筒(8)上设有压力传感器(6)，所述的压力传感器(6)与记录仪相接。

2.如权利要求1所述的用于灌浆工程中密度测量的自循环差压式密度计，其特征在于：所述的三通阀为异形三通阀(4)，所述的异形三通阀(4)的两个出口的夹角为30°且与所述的分流阀(7)连接的出口水平设置，与所述的测量筒(8)连接的出口呈30°斜置。

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