CN104897524A - 一种煤矿充填料浆的流变性能测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿充填料浆的流变性能测试装置及测试方法。该装置包括外筒、内筒、固定板、扭矩传感器、螺栓、连接杆；所述外筒内侧设有内筒，外筒上边缘设有凹槽，固定板与外筒口的凹槽相互卡紧；所述固定板上设有凹槽，内筒开口位于固定板的弧形凹槽中；扭矩传感器设置在固定板的固定卡槽内，通过螺栓连接；扭矩传感器内设有变速电机，连接杆上端分别连接小型电机和扭矩传感器，连接杆下端位于内筒中部，连接杆长度能调节，连接杆下端设有阻力件，阻力件与筒内料浆接触。本发明通过不同方式连接的阻力件，在不同转速下测量不同高度位置的料浆流变参数，实现料浆屈服应力、塑性粘度的精确测量及其匀质性评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿充填料浆的流变性能测试装置及测试方法，尤其适用于实验室通过该测试装置精确测定充填材料的匀质性、塑性粘度、屈服应力。
背景技术
煤矿膏体充填料浆流变特性的测定对于浆料输送管道的设计有重要意义，获得流变参数后，即可应用非牛顿流体力学的有关知识确定管道中流体的类型(如宾汉流体、塑性流体和假塑性流体等)进而根据有关理论确定管道中流体的流速分布，压力降、流量、平均流速和平均应变流速等，为管道输送设备系统的优化设计建立相关理论和提供试验依据。
流变仪作为测试料浆流变参数的常用仪器，主要有锥板式、平行板式、同轴圆筒式和毛细管式。但该类型的流变仪都是针对低浓度流体设计的, 现在以煤矸石作为充填骨料的充填技术的应用需要解决高浓度充填料浆参数测定的难题。
现有技术以及不足：现有针对充填料浆流变性能测试设计的专用仪器相对较少，已有的混凝土流变仪对塑性粘度，屈服应力的测试精确度不够高，均质性评估性能低。一种混凝土流变仪，公开号为CN2569143Y，提供了一种用于测定大流动性混凝土流变学参数的仪器，同时用于实验室进行混凝土流变性能测定和施工现场的施工质量控制，但是该仪器的流变性能测试方法误差较大，且无法对材料的均质性进行评估；一种流变仪，公开号为CN101101254A，提供了一种粘度测量仪器，该仪器用于对低粘度物料进行测试，尺寸较小，不适用于充填物料的流变性能测试；公告号为CN203720175U，提供了一种用于测试新拌混凝土流变性能装置，该装置可测出多组数据来均衡反应物料的流变性能参数，适用于实验室新拌混凝土流变性能测试，又可监控施工现场混凝土质量。其采用的测试方法较单一，测试数据精度有限。
尽管塌落度试验是目前国内广泛应用的现场测试方法，但该方法难以准确反映充填料浆的流变性能，煤矿充填料浆的工作性是一种综合性能，至少应包括三个指标，即流动性、粘聚性和可泵性。研制开发一种既使用方便，又能科学地反映充填料浆流变性能的测试仪器和测试方法具有非常重要的现实意义。
发明内容
本发明旨在提供一种精确测量充填料浆流变参数的新型煤矿充填料浆流变性能测试装置。本发明还提供了煤矿充填料浆的流变性能测试方法
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种煤矿充填料浆的流变性能测试装置，包括外筒、内筒、固定板、扭矩传感器、螺栓、连接杆；所述外筒内侧设有内筒，外筒的内壁与内筒的外壁接触，所述外筒上边缘设有凹槽，固定板通过凹槽与外筒外部设置的卡槽相互卡紧；所述固定板上设有圆形凹槽与内筒相互咬合，内筒开口处于固定板的弧形凹槽中，有效防止测试过程中物料流出；；所述固定板上部设有凸出的方形固定卡槽，扭矩传感器设置在固定板的固定卡槽内，通过螺栓连接；扭矩传感器内设有变速电机，连接杆上端分别连接小型电机和扭矩传感器，连接杆下端位于内筒中部，连接杆长度能调节，从而调节旋转叶片的不同高度位置；连接杆下端设有阻力件，阻力件与筒内料浆接触。
上述装置中，所述阻力件为旋转叶片，连接杆下端插入旋转叶片连接口处。
上述装置中，所述连接杆下端设有的阻力件为旋转式测试组件，所述旋转式测试组件由水平杆、测试杆、旋转叶片、紧固螺栓组成，水平杆中间设有螺栓孔，水平杆通过紧固螺栓与连接杆固定连接，水平杆一侧设有通孔，测试杆穿过该通孔与水平杆相互固定，测试杆上设有旋转叶片；连接杆旋转时，能带动测试杆进行圆周运动。进一步地，所述测试杆与水平杆固定连接，测试杆上的旋转叶片能沿测试杆上下移动。
上述装置中，所述内筒的内壁设有多条环壁倾斜凸纹，凸纹与垂直方向夹角为15度。此设计目的是为了增大内筒的内壁与浆料间摩擦，在内筒旋转时有效带动桶内浆料的旋转搅拌。
上述装置中，为保证测试数据的稳定性，所述内筒的充填料浆占内筒容积的三分之二以上。
本发明提供了一种煤矿充填料浆的流变性能测试方法，采用上述装置，包括以下步骤：
（1）选择连接杆和阻力件安装至扭矩传感器，阻力件为旋转叶片；
（2）调节连接杆长度至高、中、低位中的任一位置，高，中，低位分别位于料浆内筒体积的三分之二处，二分之一处，三分之一处；；
（3）将新拌合好的料浆倒入内筒，阻力件应完全浸入料浆内，为保证测试数据的稳定性，所述内筒的充填料浆约占内筒容积的三分之二以上；料浆液面高度需至少高于阻力件上端线；
（4）待内筒内充填料浆稳定后，打开扭矩传感器内部的变速电机，开始测试，待传输的数据稳定后，测出在不同转速下，旋转叶片分别置于内筒的高、中、低位置时料浆的转速-扭矩关系曲线，所得曲线共3条，通过公式分别求出在每一个高度下的塑性粘度及屈服应力，并将三组数据求均值，得出精确数据；
（5）测试完毕后把阻力件卸下，将旋转式测试组件安装至连接杆上，连接杆长度固定不变，并通过紧固螺栓将其与旋转式测试组件相连接；开启电机，电机带动内筒旋转，待充填料浆混合均匀后，关闭电机，待内筒内充填料浆稳定后，打开扭矩传感器内部的变速电机，开始测试，待传输的数据稳定后，测出在不同转速下，旋转式测试组件上的旋转叶片分别置于内筒的高、中、低位置时料浆的转速-扭矩关系曲线，所得曲线共3条，通过公式换算分别求出在每一个高度下的塑性粘度及屈服应力，并将三组数据求均值，得出精确数据；
（6）将步骤（4）与（5）测得的6组数据整合换算，得到混凝土的塑性粘度和屈服应力的精确数值。同转速下不同阻力件位置的检测，可表征混凝土的匀质性能；不同转速下同一阻力件位置的检测，可表征混凝土的塑性粘度。
本发明提供的测试装置，固定板上的弧形凹槽与内筒的上端开口边缘接触，起到一定的密封作用，防止料浆在流变性能测试过程中外溢。当内筒的料浆稳定后，连接杆开始旋转时，阻力件将数据传回至扭矩传感器。
所述的连接杆分别可连接旋转叶片或旋转式测试组件，在进行料浆性能测试时，需安装阻力件或旋转式测试组件进行测试，需注意在测试期间，只允许安装一种测试件，旋转叶片和旋转式测试组件不可同时使用。
连接杆与阻力件相连接时，更换不同长度的连接杆，使得阻力件得以在内筒的高，中，低位置进行测试，待内筒旋转停止，料浆稳定后，分别测量在不同高度位置下得出的转速-扭矩曲线。
在测试过程中连接杆与旋转式测试组件相连时，旋转式测试组件上的旋转叶片高度位置不变，待内筒旋转停止，料浆稳定后，连接杆开始旋转，同时带动测试杆以连接杆为圆心，进行圆周运动，测试杆上的阻力件可沿测试杆上下调节高度位置，分别至内筒的高、中、低位置。通过公式换算，分别测量在不同高度位置下的转速-扭矩曲线。
本发明的优越性在于：通过不同的测试组件，在不同转速下测量不同高度位置的料浆流变参数，实现料浆屈服应力、塑性粘度的精确测量及其均质性评估,测试方法多样，装置简易便携，可用于实验室对充填材料流变性能进行研究。
附图说明
图1为本发明测试装置的结构示意图。
图2为本发明测试装置连接旋转式测试组件的结构示意图。
图3为内筒、外筒的俯视图。
图4为旋转叶片俯视放大图。
图中：1、外筒，2、内筒，3、固定板，4、扭矩传感器，5、紧固螺母，6、连接杆，7、第一旋转叶片，8、旋转式测试组件，9、通孔，10、水平杆，11、测试杆，12、第二旋转叶片，13、螺栓孔，14、紧固螺栓，15、倾斜凸纹。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
本实施例提供的是采用本发明的测试装置及方法来测定煤矿充填料浆的流变性能。
一种煤矿充填料浆的流变性能测试装置，包括外筒1、内筒2、固定板3、扭矩传感器4、紧固螺母5、连接杆6；所述外筒1内侧设有内筒2，外筒1的内壁与内筒2的外壁接触，所述外筒1上边缘设有凹槽，固定板3通过凹槽与外筒1外部设置的卡槽相互卡紧；所述固定板3上设有圆形凹槽与内筒2相互咬合，内筒2开口处于固定板3的弧形凹槽中，有效防止测试过程中物料流出；；所述固定板3上部设有凸出的方形固定卡槽，扭矩传感器4设置在固定板3的固定卡槽内，通过螺栓连接；扭矩传感器4内设有变速电机，连接杆6上端分别连接小型电机和扭矩传感器4，连接杆6下端位于内筒2中部，连接杆6长度能调节，从而调节旋转叶片的不同高度位置；连接杆6下端设有阻力件，阻力件与筒内料浆接触。
如图1所示，所述阻力件为第一旋转叶片7，连接杆6下端插入第一旋转叶片7的连接口处。
如图2所示，所述连接杆下端设有的阻力件为旋转式测试组件8，所述旋转式测试组件8由水平杆10、测试杆11、第二旋转叶片12、紧固螺栓14组成，水平杆10中间设有螺栓孔13，水平杆10通过紧固螺栓14与连接杆6固定连接，水平杆10一侧设有通孔9，测试杆11穿过通孔9与水平杆10相互固定，测试杆11上设有第二旋转叶片12；连接杆6旋转时，能带动测试杆11进行圆周运动。进一步地，所述测试杆11与水平杆10固定连接，测试杆11上的旋转叶片能沿测试杆11上下移动。
如图3所示，所述内筒的内壁设有多条环壁倾斜凸纹15，凸纹与垂直方向夹角为15度。此设计目的是为了增大内筒的内壁与浆料间摩擦，在内筒旋转时有效带动桶内浆料的旋转搅拌。
上述装置中，为保证测试数据的稳定性，所述内筒的充填料浆占内筒容积的三分之二以上。
采用上述装置测试煤矿充填料浆的流变性能，包括以下步骤：
（1）选择连接杆和阻力件安装至扭矩传感器，阻力件为第一旋转叶片；
（2）调节连接杆长度至高、中、低位中的任一位置，高，中，低位分别位于料浆内筒体积的三分之二处，二分之一处，三分之一处；；
（3）将新拌合好的料浆倒入内筒，阻力件应完全浸入料浆内，为保证测试数据的稳定性，所述内筒的充填料浆约占内筒容积的三分之二以上；料浆液面高度需至少高于阻力件上端线；
（4）待内筒内充填料浆稳定后，打开扭矩传感器内部的变速电机，开始测试，待传输的数据稳定后，测出在不同转速下，旋转叶片分别置于内筒的高、中、低位置时料浆的转速-扭矩关系曲线，所得曲线共3条，通过公式分别求出在每一个高度下的塑性粘度及屈服应力，并将三组数据求均值，得出精确数据；
（5）测试完毕后把第一旋转叶片卸下，将旋转式测试组件安装至连接杆上，连接杆长度固定不变，并通过紧固螺栓将其与旋转式测试组件相连接；开启电机，电机带动内筒旋转，待充填料浆混合均匀后，关闭电机，待内筒内充填料浆稳定后，打开扭矩传感器内部的变速电机，开始测试，待传输的数据稳定后，测出在不同转速下，旋转式测试组件上的旋转叶片分别置于内筒的高、中、低位置时料浆的转速-扭矩关系曲线，所得曲线共3条，通过公式换算分别求出在每一个高度下的塑性粘度及屈服应力，并将三组数据求均值，得出精确数据；
（6）将步骤（4）与（5）测得的6组数据整合换算，得到混凝土的塑性粘度和屈服应力的精确数值。
同转速下不同阻力件位置的检测，可表征混凝土的匀质性能；不同转速下同一阻力件位置的检测，可表征混凝土的塑性粘度。
Claims (8)
1.一种煤矿充填料浆的流变性能测试装置，包括外筒、内筒、固定板、扭矩传感器、螺栓、连接杆；其特征在于：所述外筒内侧设有内筒，外筒的内壁与内筒的外壁接触，所述外筒上边缘设有凹槽，固定板通过凹槽与外筒外部设置的卡槽相互卡紧；所述固定板上设有圆形凹槽与内筒相互咬合，内筒开口位于固定板的弧形凹槽中；所述固定板上部设有凸出的方形固定卡槽，扭矩传感器设置在固定板的固定卡槽内，通过螺栓连接；扭矩传感器内设有变速电机，连接杆上端分别连接小型电机和扭矩传感器，连接杆下端位于内筒中部，连接杆长度能调节，连接杆下端设有阻力件，阻力件与筒内料浆接触。
2.根据权利要求1所述的煤矿充填料浆的流变性能测试装置，其特征在于：所述阻力件为旋转叶片，连接杆下端插入旋转叶片连接口处。
3.根据权利要求1所述的煤矿充填料浆的流变性能测试装置，其特征在于：所述阻力件为旋转式测试组件，所述旋转式测试组件由水平杆、测试杆、旋转叶片、紧固螺栓组成，水平杆中间设有螺栓孔，水平杆通过紧固螺栓与连接杆固定连接，水平杆一侧设有通孔，测试杆穿过该通孔与水平杆相互固定，测试杆上设有旋转叶片；连接杆旋转时，能带动测试杆进行圆周运动。
4.根据权利要求3所述的煤矿充填料浆的流变性能测试装置，其特征在于：所述测试杆与水平杆固定连接，测试杆上的旋转叶片能沿测试杆上下移动。
5.根据权利要求1所述的煤矿充填料浆的流变性能测试装置，其特征在于：所述内筒的内壁设有多条环壁倾斜凸纹，凸纹与垂直方向夹角为15度。
6.根据权利要求1所述的煤矿充填料浆的流变性能测试装置，其特征在于：所述内筒的充填料浆占内筒容积的三分之二以上。
7.一种煤矿充填料浆的流变性能测试方法，采用权利要求1~6任一项所述的装置，包括以下步骤：
（1）选择连接杆和阻力件安装至扭矩传感器，阻力件为旋转叶片；
（2）调节连接杆长度至高、中、低位中的任一位置；
（3）将新拌合好的料浆倒入内筒，阻力件应完全浸入料浆内，料浆液面高度需至少高于阻力件上端线，以保证料浆性能的正常测试；
（4）待内筒内充填料浆稳定后，打开扭矩传感器内部的变速电机，开始测试，待传输的数据稳定后，测出在不同转速下，旋转叶片分别置于内筒的高、中、低位置时料浆的转速-扭矩关系曲线，所得曲线共3条，通过公式分别求出在每一个高度下的塑性粘度及屈服应力，并将三组数据求均值，得出精确数据；
（5）测试完毕后把阻力件卸下，将旋转式测试组件安装至连接杆上，连接杆长度固定不变，并通过紧固螺栓将其与旋转式测试组件相连接；开启电机，电机带动内筒旋转，待充填料浆混合均匀后，关闭电机，待内筒内充填料浆稳定后，打开扭矩传感器内部的变速电机，开始测试，待传输的数据稳定后，测出在不同转速下，旋转式测试组件上的旋转叶片分别置于内筒的高、中、低位置时料浆的转速-扭矩关系曲线，所得曲线共3条，通过公式换算分别求出在每一个高度下的塑性粘度及屈服应力，并将三组数据求均值，得出精确数据；
（6）将步骤（4）与（5）测得的6组数据整合换算，得到混凝土的塑性粘度和屈服应力的精确数值。
8.根据权利要求7所述的煤矿充填料浆的流变性能测试方法，其特征在于：所述步骤（2）中，高、中、低位分别位于料浆内筒体积的三分之二处，二分之一处，三分之一处。
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