CN110579424A - 一种泡沫水泥浆加压密度计及浆体密度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泡沫水泥浆加压密度计及浆体密度的测量方法，该密度计包括：同轴线设置的耐压釜、上盖体、加压螺杆和位移测量杆；所述耐压釜上设有釜体内腔；所述上盖体能够与釜体内腔的开口端密封连接；在所述上盖体上设有与其同轴线的中心通孔；所述加压螺杆的第一端插入到所述上盖体的中心通孔内，与其密封连接，并且加压螺杆的第一端能够从所述中心通孔的下端面穿出；所述位移测量杆固定连接在所述加压螺杆的第二端。本发明能够给釜体内的浆体持续、准确地施加较高压力，准确得到较高压力下可压缩流体的密度。

Description

一种泡沫水泥浆加压密度计及浆体密度的测量方法

技术领域

本发明涉及浆体密度测量的技术领域，尤其涉及一种泡沫水泥浆加压密度计及浆体密度测量方法。

背景技术

现有的常规加压密度计结构简单，只能对检测流体施加一个较小的、不精确的压力，定性的评价可压缩浆体在该压力下的密度值，主要缺陷是首先施加压力的不确定而导致密度测量不准确，只能起一个定性的参考作用，其次由于结构简单导致加压值受限，无法准确测量在较高压力下的浆体真实密度，从而导致使用受限。

中国专利公开文献CN102854088A不能给压缩流体施加较大压力，只能测量相对较小压力下(<0.8MPa)的压缩流体的密度。

中国专利公开文献CN102539280A结构复杂，操作复杂，且需要气源和电气系统，相对来说购买成本和实验成本偏高。

中国专利公开文献CN202676565U采用仪表直接测量，必须以旁路接入现有管汇中，不能实现灵活监测不同压力下，不同充气比例泡沫水泥浆的密度，最后受主管路压力限制，也无法测量更高压力下的可压流体密度值。

美国专利文献US5974858涉及到的密度测量装置必须安装在待测管路上，不能够持续加压，只能够被动测量此处温压下的密度。

可见，如何准确测量在较高压力下的浆体真实密度是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为解决上述技术问题，本发明提供一种泡沫水泥浆加压密度计，包括：同轴线设置的耐压釜、上盖体、加压螺杆和位移测量杆；

所述耐压釜上设有釜体内腔；

所述上盖体能够与所述釜体内腔的开口端密封连接；在所述上盖体上设有与其同轴线的中心通孔；

所述加压螺杆的第一端插入到所述上盖体的中心通孔内，与其密封连接，并且加压螺杆的第一端能够从所述中心通孔的下端面穿出；

所述位移测量杆固定连接在所述加压螺杆的第二端。

所述加压螺杆与所述上盖体中心孔的密封方式可以采用现有技术中已有的各种可用密封方式。在此，优选地，在所述上盖体的中心通孔的内壁上设有螺纹；所述加压螺杆通过螺纹与所述上盖体的中心通孔密封连接。

可选地，所述上盖体包括同轴线设置的上盖和上盖舌，所述上盖的下端面与上盖舌的上端面固定连接；

所述上盖的直径大于所述上盖舌的直径。

所述上盖体与所述釜体内腔开口端的的密封方式可以采用现有技术中已有的各种可用密封方式。在此，优选螺纹密封的方式，具体地：

在所述上盖舌的外壁上设有螺纹；

在所述釜体内腔上部的内壁设有螺纹和刻度线；所述上盖舌上的螺纹与釜体内腔上的螺纹配合；

所述刻度线与所述釜体内腔的开口端的端面之间的距离为所述上盖舌与釜体内腔上的螺纹全段啮合时上盖舌伸入腔体的长度的1/2至3/4。

可选地，在所述位移测量杆上设有力矩螺纹；

所述泡沫水泥浆加压密度计包括支架，所述支架包括位于耐压釜上方的顶盘以及支撑顶盘的立柱；所述顶盘与耐压釜同轴线设置；

在所述顶盘上开有与其同轴线的支承螺纹孔；

所述位移测量杆的一端与所述加压螺杆的第二端固定连接，另一端穿过所述顶盘的支撑螺纹孔，其上的力矩螺纹与支撑螺纹孔相配合。

可选地，所述顶盘包括中心块以及与所述中心块相连的横梁，所述中心块与耐压釜同轴线，所述支承螺纹孔设置在所述中心块的中心位置处；

所述横梁有n根围绕中心块均匀辐射状分布，相邻两根横梁的夹角为360°/n；n为大于等于2的整数。

可选地，所述泡沫水泥浆加压密度计包括配重底座，其上设有预设深度的底座内腔；所述底座内腔设置在所述配重底座的中心位置处。

所述耐压釜的下部放置在所述底座内腔中；在所述耐压釜的上部连接有测量耐压釜釜体内腔压力的测量仪器。该测压力的仪器可选择现有技术中通常测量压力的仪器设备，本发明的一个选择是压力表。

所述底座内腔的预设深度为所述耐压釜高度的1/2至3/4。

可选地，所述泡沫水泥浆加压密度计支架的立柱为杆状，一端与所述顶盘中的横梁连接，另一端固定在所述配重底座上。

可选地，在所述位移测量杆的上端连接有力矩施加装置。

根据本发明的另一个方面，提供一种采用本发明任一实施例提供的泡沫水泥浆加压密度计进行的浆体密度测量测量方法，包括：

S1、将待测可压缩浆体倒入泡沫水泥浆加压密度计的釜体内腔中；

S2、获取所述待测可压缩浆体的质量m以及未压缩前的体积V；

S3、使加压螺杆的第一端的端面与上盖舌的下端面齐平后，将上盖体直接放到釜体内腔上，将加压螺杆的第二端与位移测量杆固定连接，并记录力矩施加装置到中心块的高度为第一高度h₁；

S4、旋转上盖体，使上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹至少部分匹配在一起即可停止，并记录力矩施加装置到中心块的高度为第二高度h₂；计算上盖体压缩浆体的体积V₁，V₁＝π×(d₁/2)²×(h₁-h₂)，d₁为上盖舌的直径；

S5、旋转力矩施加装置，力矩施加装置通过位移测量杆带动加压螺杆旋转，推动加压螺杆的第一端从上盖体的中心通孔内钻出，当所述釜体内腔的压力值达到预设值P时，停止旋转力矩施加装置，记录力矩施加装置到中心块的高度为第三高度h₃；计算加压螺杆压缩浆体的体积V₂，V₂＝π×(d₂/2)²×(h₂-h₃)，d₂为加压螺杆的直径；

S6、计算预设值P下耐压釜体内浆体密度ρ，ρ＝m/(V-V₁-V₂)。

可选地，所述步骤S4中旋转上盖体包括：

保证上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的匹配长度至少为其釜体内腔的螺纹的总长度的1/2，优选为其釜体内腔的螺纹的总长度的2/3。

可选地，所述步骤S4包括：

旋转上盖体后，若所述釜体内腔的压力值小于预设值P,则进入步骤S5；若所述釜体内腔的压力值大于预设值P,则反方向旋转上盖体，使得所述釜体内腔的压力值与预设值P相等，记录力矩施加装置到中心块的高度为第二高度h₂，计算上盖体压缩浆体的体积V₁，V₁＝π×(d₁/2)²×(h₁-h₂)，d₁为上盖舌的直径；记V₂＝0，并进入步骤S6。

可选地，所述步骤S5包括：

若旋转力矩施加装置使得加压螺杆进入釜体内腔的长度过长甚至顶到釜体内腔的底部后所述釜体内腔的压力值仍然小于预设值P，则更换更粗的加压螺杆及与其匹配的上盖体，然后返回步骤S3。

本发明提供了一种泡沫水泥浆加压密度计及浆体密度的测量方法，能够给釜体内的浆体持续、准确地施加较高压力，准确得到该较高压力下可压缩流体的密度。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明实施例的泡沫水泥浆加压密度计处于初始状态的示意图。

图2为图1所示泡沫水泥浆加压密度计的AA’截面的剖视图。

图3为图1所示泡沫水泥浆加压密度计的BB’截面的剖视图。

图4为本发明实施例的泡沫水泥浆加压密度计预压后的示意图。

图5为本发明实施例的泡沫水泥浆加压密度计二次压缩后的示意图。

图6为本发明实施例的支架的俯视图。

图7为本发明另一实施例的支架的俯视图。

图8为本发明另一实施例的支架的俯视图。

图9为本发明实施例的浆体密度测量方法的流程示意图。

图10为本发明另一实施例的浆体密度测量方法的流程示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明提供一种泡沫水泥浆加压密度计，包括：从下至上同轴线设置的耐压釜20、上盖体40、加压螺杆50和位移测量杆60。其中：

耐压釜20上设有釜体内腔21，上盖体40能够与釜体内腔的开口端密封连接；在上盖体40上设有与其同轴线的中心通孔43；加压螺杆50的第一端插入到上盖体的中心通孔43内，与其密封连接，并且加压螺杆50的第一端能够从中心通孔43的下端面穿出；位移测量杆60固定连接在加压螺杆50的第二端。

上述耐压釜20可以是截面为正方形的长方体，其内沿中心线掏空为一个内圆柱腔体，即釜体内腔21，釜体壁厚的确定要根据内腔承压数值确定，不同承压规格的釜体壁厚也相应不同，但总体来说承压越大，壁厚越厚。上盖体40的中心通孔43的内壁上设有螺纹。

本实施例中，上盖体40包括同轴线设置的上盖41和上盖舌42，上盖41的下端面与上盖舌42的上端面固定连接；上盖41的直径大于上盖舌42的直径；在上盖舌42的外壁上设有螺纹44；在釜体内腔21的上部即靠近开口端的内壁设有螺纹和刻度线22。上盖舌42上的螺纹与釜体内腔21上的螺纹配合。刻度线22与釜体内腔21的开口端的端面之间的距离为上盖舌与釜体内腔上的螺纹全段啮合时上盖舌伸入腔体的长度的1/2至3/4。向釜体内腔21内倒浆时一定要确保釜体内浆体液面与内腔上部的刻度线齐平。一般地，上盖舌42上的螺纹段长度要大于或等于腔体内开口端螺纹段长度，从而保证上盖舌沿釜体内腔21不断旋转拧入时也能密封，不让釜体内腔21的流体沿此处的密封螺纹泄出。为加强密封效果，还可以在螺纹段的上下两侧加装密封圈垫。

加压螺杆50通过螺纹与上盖体的中心通孔43密封连接。加压螺杆50可以为一细圆柱杆件，其第一端设有螺纹51。在具体实施时，先使加压螺杆50进入到上盖体的中心通孔43，直至加压螺杆50的第一端的端面从上盖舌端面钻出后与之齐平，再将上述带有加压螺杆的上盖体40盖在耐压釜的釜体内腔21上并拧入一段距离直至达到耐压釜内高压的密封要求。为加强密封效果，还可以在螺纹的上下两侧加装密封圈垫。当将上盖体40直接放到釜体内腔21上没有拧入时，各部件的相对位置为初始状态位置。

位移测量杆60固定连接在加压螺杆50的第二端，能够通过传递扭矩给加压螺杆50，带动加压螺杆50同步转动；在具体实施时，位移测量杆60的下端可以通过螺纹丝扣牢连接在加压螺杆50的第二端。本实施例中，位移测量杆60的下端设置有一定深度的螺纹孔，加压螺杆50的第二端与位移测量杆60的下端通过一段螺纹丝扣固定相连。一般地，位移测量杆60比加压螺杆50粗。

为了更好地对釜体内腔21的压力进行实时监测，还可以包括压力表30，与釜体内腔21相连，用于显示釜体内腔21的压强值；压力表位于整个耐压釜20的上部，具体位于耐压釜20的三分之一部分，能够直接读出釜体内腔内的压强值，用于在缓慢加压过程中持续观测压力表数，当加压到达目标值时停止加压。

在本发明的一个实施例中，还包括支架70，支架70为有一定强度的杆件相连接的框架结构，主要起到居中其他部件，传递反扭矩以及支撑上部重量的作用。支架70包括顶盘71，顶盘71位于耐压釜20的上方，且与耐压釜20同轴线设置。顶盘71上设有与其同轴线的支承螺纹孔73。在位移测量杆60上设有力矩螺纹61，与顶盘的支撑螺纹孔73相配合。支承螺纹孔73起支承居中的作用，同时把施加于位移测量杆60上的力矩通过支承螺纹孔的支承螺纹传递到下部的加压螺杆50。

如图6至图8所示，顶盘71包括与耐压釜20同轴线的中心块75以及与所述中心块75相连的横梁76，上述支承螺纹孔73设置在中心块75的中心位置处。优选地，横梁有n根围绕中心块均匀辐射状分布，相邻两根横梁的夹角为360°/n；n为大于等于2的整数。例如，中心块为圆形，此时所有横梁沿中心块的周向均匀间隔设置。需要说明的是，本发明并不对中心块的形状做限定。中心块的形状可以根据横梁的数量做调整，例如，2根横梁时，中心块75可以是长方形或正方形，请同时参照图4，其与中心块的中心点可以连成一条直线段。3根横梁时，中心块的形状可以是等边三角形也可以是图5所示的圆形。4根横梁时，中心块的形状可以是如图6所示的正方形。一般地，横梁的数量与立柱的数量是相等的。虽然图中未显示，顶盘可以为一整个圆盘状。

上述支架70还包括立柱72，本实施例中，还包括配重底座10。上述立柱72的一端与顶盘71中的横梁连接，另一端固定在配重底座10上。

配重底座10上设有预设深度的底座内腔11，底座内腔11设置在所述配重底座的中心位置处，耐压釜20的下部放置在底座内腔11内，配重底座10具有一定重量起到稳定支撑的作用，底座内腔11设置在配重底座的上表面的中心线上，底座内腔11正好能够放入耐压釜20，预设深度为耐压釜高度的1/2至3/4，优选地，能够达到耐压釜体三分之二深度为宜。底座内腔11与耐压釜20的外壁为间歇式配合，方便耐压釜插入固定与取出。配置底座10可以为正方体，上表面沿中心线向内掏空为一个截面为正方形具有一定深度的长方体内腔即底座内腔11。

此外，还可以包括力矩施加装置80，力矩施加装置80设置在位移测量杆60上位于顶盘上方的一端，用于施加扭矩于位移测量杆60上。力矩施加装置80可以为杆状，也可以是圆盘状、圆环状、三角状等，本发明并不对其形状做限定，只需能带动加压螺杆50同步旋转，同时传递扭矩于上盖体40即可。通过力矩施加装置80可以施加扭矩于位移测量杆60上，通过支承螺纹带动加压螺杆50同步旋转，同时传递扭矩于上盖体40。位移测量杆60、支撑螺纹孔、上盖体40和耐压釜20同轴设置，且在扭矩作用下同轴旋转时，位移测量杆60与加压螺杆50之间的螺纹连接设计成二者传递扭矩时越扭越紧的趋势，加压螺杆50与上盖体40也设计成二者传递扭矩时越扭越紧的趋势。

如图9所示，本发明还提供一种采用本发明任一实施例提供的加压密度计进行的浆体密度测量方法，包括：

S1、将待测可压缩浆体倒入泡沫水泥浆加压密度计的釜体内腔中；

向耐压釜上的釜体内腔中倒浆时一定要确保釜体内腔内的浆体液面与釜体内腔的开口端面之间的距离为上盖体完全盖住时上盖舌深入腔体的长度的1/2至3/4，例如是2/3；其中，上盖体完全盖住是指上盖舌的第二紧配部螺纹和釜体内腔的第一紧配部全段匹配密封。一般地，可以在该位置设置标识或刻度线，如此，只要确保向耐压釜体倒浆时一定要确保釜体内浆体液面与内腔上部的刻度线齐平即可，然后将耐压釜插入配重底座上的底座内腔中；

S2、获取耐压釜上的釜体内腔中待测可压缩浆体的质量m以及未压缩前的体积V；

质量m为常压下待测可压缩浆体的质量，V是指倒入釜体内腔中的浆体体积，一般地，由于向耐压釜体倒浆时要确保釜体内浆体液面与釜体内腔上部的刻度线齐平，因此，V为一定值，就是釜体内腔底部至刻度线的容积。

S3、使加压螺杆的第一端的端面与上盖舌的下端面齐平后，将上盖体直接放到釜体内腔上，将加压螺杆的另一端与位移测量杆固定连接，并记录力矩施加装置到支架高度为第一高度h₁；

更具体地，将力矩施加装置、位移测量杆、加压螺杆组装固定连接，加压螺杆穿过支承螺纹孔，再进入上盖体的中心通孔与之匹配组装，达到如图1所示的初始状态，记录力矩施加装置到支架高度为第一高度h₁；

S4、旋转上盖体，使上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹至少部分匹配在一起即可停止，并记录力矩施加装置到中心块的高度为第二高度h₂；计算上盖体压缩浆体的体积V₁，V₁＝π×(d₁/2)²×(h₁-h₂)，d₁为上盖舌的直径；

在旋转上盖体时，要使上盖体连同加压螺杆、位移测量杆以及力矩施加装置同步转动，一般上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的啮合长度至少为其釜体内腔的螺纹总长度的1/2。在具体操作时，通过旋拧上盖体会带动加压螺杆、位移测量杆同步转动，一开始由于可压缩浆体的压缩量大容易旋拧，后来由于压缩量不是很大了，所以越来越难旋拧，一直到拧不动为止，完成了预压操作，如图4所示，记录力矩施加装置到支架高度为第二高度h₂。由于是高压操作，为了安全起见，要保证上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的啮合长度达到釜体内腔的螺纹总长度的1/2以上，优选地，要保证上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的啮合长度达到釜体内腔的螺纹总长度的2/3以上。且上述螺纹需要要按照压力容器的相关设计规范设计。

S5、旋转力矩施加装置，力矩施加装置通过位移测量杆带动加压螺杆旋转，推动加压螺杆的第一端从上盖体的中心通孔内钻出，当釜体内腔的压力值达到预设值P时，停止旋转力矩施加装置，记录力矩施加装置到中心块的高度为第三高度h₃；计算加压螺杆压缩浆体的体积V₂，V₂＝π×(d₂/2)²×(h₂-h₃)，d₂为加压螺杆的直径；

当旋转上盖体来压缩腔内浆体变得不容易后，就要借助大力平稳旋、缓慢转力矩施加装置来带动位移测量杆旋转，同时带动加压螺杆旋转，通过上盖体中心通孔内的螺纹和加压螺杆上的螺纹相互啮合，不断把扭矩传递过来，推动加压螺杆下移，从上盖体的中心通孔不断下移钻出，不断挤压釜体内腔内的浆体，强迫腔体内的压力不断升高，此过程要不断监测釜体内腔的压力值，可以通过与釜体内腔相连的压力表读数进行监测，当不断施加扭矩时一旦到达目标预设值P，则应立即停止旋拧力矩施加装置施加力矩，此时，完成二次压缩操作，如图5所示。

S6、计算预设值P下耐压釜体内浆体密度ρ，ρ＝m/(V-V₁-V₂)。

最后，旋松泄压并取下加压螺杆和上盖体。在旋松泄压时，要缓慢操作防止腔内的流体喷溅，先将加压螺杆复位，然后再旋松上盖体。泄压完成后拿出耐压釜、倒掉内部浆体并清洗干净，最后将该装置组装到复位状态，准备下次使用。

如图10所示，本发明还提供一种采用本发明任一实施例提供的加压密度计进行的浆体密度测量方法，包括：

S11、将待测可压缩浆体倒入泡沫水泥浆加压密度计的耐压釜上的釜体内腔中；

向釜体内腔中倒浆时一定要确保釜体内腔内的浆体液面与釜体内腔的开口端面之间的距离为上盖体完全盖住时上盖舌深入腔体的长度的1/2至3/4，例如是2/3；其中，上盖体完全盖住是指上盖舌的第二紧配部螺纹和釜体内腔的第一紧配部全段匹配密封。一般地，可以在该位置设置标识或刻度线，如此，只要确保向耐压釜体倒浆时一定要确保釜体内浆体液面与内腔上部的刻度线齐平即可，然后将耐压釜插入配重底座上的底座内腔中；

S12、获取耐压釜上的釜体内腔中待测可压缩浆体的质量m以及未压缩前的体积V；

质量m为常压下待测可压缩浆体的质量，V是指倒入釜体内腔中的浆体体积，一般地，由于向耐压釜体倒浆时要确保釜体内浆体液面与釜体内腔上部的刻度线齐平，因此，V为一定值，就是釜体内腔底部至刻度线的容积。

S13、使加压螺杆的第一端的端面与上盖舌的下端面齐平后，将上盖体直接放到釜体内腔上，将加压螺杆的另一端与位移测量杆固定连接，并记录力矩施加装置到支架高度为第一高度h₁；

更具体地，将力矩施加装置、位移测量杆、加压螺杆组装固定连接，加压螺杆穿过支承螺纹孔，再进入上盖体的中心通孔与之组装，达到如图1所示的初始状态，记录力矩施加装置到支架高度为第一高度h₁；

S14、旋转上盖体，使上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹至少部分匹配在一起，判断所述釜体内腔的压力值是否小于预设值P；若是，则进入步骤S15；若否，则进入步骤S19；

在旋拧上盖体时，要使上盖体连同加压螺杆、位移测量杆以及力矩施加装置同步转动，上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的啮合长度至少为其釜体内腔的螺纹总长度的1/2。在具体操作时，通过旋拧上盖体会带动加压螺杆、位移测量杆同步转动，一开始由于可压缩浆体的压缩量大容易旋拧，后来由于压缩量不是很大了，所以越来越难旋拧，一直到拧不动为止，完成了预压操作，如图4所示，记录力矩施加装置到支架高度为第二高度h₂。由于是高压操作，为了安全起见，要保证上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的啮合长度达到釜体内腔的螺纹总长度的1/2以上，在本发明的另一实施例中，要保证上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的啮合长度达到釜体内腔的螺纹总长度的2/3以上。且上述螺纹需要要按照压力容器的相关设计规范设计。

S15、记录力矩施加装置到支架高度为第二高度h₂；计算上盖体压缩浆体的体积V₁，V₁＝π×(d₁/2)²×(h₁-h₂)，d₁为上盖舌的直径；；

S16、旋转力矩施加装置；

旋拧力矩施加装置会同步带动加压螺杆通过上盖体的中心通孔旋转，，推动加压螺杆的第一端从上盖体的中心通孔内钻出。可见，当旋转上盖体来压缩腔内浆体变得不容易后，就要借助大力平稳旋、缓慢转力矩施加装置来带动位移测量杆旋转，同时带动加压螺杆旋转，通过上盖体中心通孔内的螺纹和加压螺杆上的螺纹相互啮合，不断把扭矩传递过来，推动加压螺杆下移，从上盖体的中心通孔不断下移钻出，不断挤压耐压釜体内的浆体，强迫腔体内的压力不断升高。

S17、判断釜体内腔的压力值是能否到达预设值P，若否，则说明釜体内腔的压力值仍小于预设值P，更具体地，若施加力至力矩施加装置上并使得加压螺杆进入耐压釜腔长度过长甚至顶到腔底后所述釜体内腔的压力值仍然小于预设值P；则需要更换较粗的加压螺杆及与其匹配的上盖体，重新进入步骤S13；若是，则进入步骤S18；

S18、记录力矩施加装置到支架高度为第三高度h₃；计算加压螺杆压缩浆体的体积V₂，V₂＝π×(d₂/2)²×(h₂-h₃)，d₂为加压螺杆的直径；并进入步骤S20。

在旋拧力矩施加装置的过程要不断监测釜体内腔的压力值，可以通过与釜体内腔相连的压力表读数进行监测，当不断施加扭矩时一旦到达目标预设值P，则应立即停止旋拧力矩施加装置施加力矩，此时，完成二次压缩操作，如图5所示。

S19、反方向旋转上盖体，使得所述釜体内腔的压力值与预设值P相等，记录力矩施加装置到中心块的高度为第二高度h₂，计算上盖体压缩浆体的体积V₁，V₁＝π×(d₁/2)²×(h₁-h₂)，d₁为上盖舌的直径；记V₂＝0，并进入步骤S20。

S20、计算预设值P下耐压釜体内浆体密度ρ，ρ＝m/(V-V₁-V₂)。

在最后，旋松泄压并取下加压螺杆和上盖体，拿出耐压釜、倒掉内部浆体并清洗干净，然后将该装置组装到复位状态，准备下次使用。

本发明提供的泡沫水泥浆加压密度计，能够给釜体内的浆体持续、准确地施加较高压力，准确得到该较高压力下可压缩流体的密度；使用方便，可靠性高；易于加工，成本低廉。本发明对泡沫水泥浆加压密度计各部分的尺寸不作具体要求，仅提供装置的思路，采用模块化设计思路，各关键部件尺寸灵活且可更换，各部件具体尺寸根据预设目标压力大小灵活设计，随意搭配组装，能最大限度满足不同目标压力下浆体密度的准确测量。

本发明提供的浆体密度测量方法，可以利用本发明任一实施例泡沫水泥浆加压密度计进行，按规定向腔内灌入若干质量的可压缩浆体后，组装其他部件，旋转上盖体进行预压缩操作，然后再根据压力表的显示，缓慢平稳地旋转力矩施加装置进行二次压缩操作，直到压力表头达到预设压力值停止，记录各次压缩量，最后由密度公式换算得到最终的预设压力下的浆体密度。应用本装置能够给釜体内的浆体持续、准确地施加较高压力，准确得到该较高压力下可压缩流体的密度。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (12)

1.一种泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，包括：同轴线设置的耐压釜、上盖体、加压螺杆和位移测量杆；

所述耐压釜上设有釜体内腔；

所述上盖体能够与所述釜体内腔的开口端密封连接；在所述上盖体上设有与其同轴线的中心通孔；

所述加压螺杆的第一端插入到所述上盖体的中心通孔内，与其密封连接，并且加压螺杆的第一端能够从所述中心通孔的下端面穿出；

所述位移测量杆固定连接在所述加压螺杆的第二端。

2.根据权利要求1所述泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，

在所述上盖体的中心通孔的内壁上设有螺纹；

所述加压螺杆通过螺纹与所述上盖体的中心通孔密封连接。

3.根据权利要求1所述泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，

所述上盖体包括同轴线设置的上盖和上盖舌，所述上盖的下端面与上盖舌的上端面固定连接；

所述上盖的直径大于所述上盖舌的直径；

在所述上盖舌的外壁上设有螺纹；

在所述釜体内腔上部的内壁设有螺纹和刻度线；所述上盖舌上的螺纹与釜体内腔上的螺纹配合；

所述刻度线与所述釜体内腔的开口端的端面之间的距离为所述上盖舌与釜体内腔上的螺纹全段啮合时上盖舌伸入腔体的长度的1/2至3/4。

4.根据权利要求1所述泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，

在所述位移测量杆上设有力矩螺纹；

所述泡沫水泥浆加压密度计包括支架，所述支架包括位于耐压釜上方的顶盘以及支撑顶盘的立柱；所述顶盘与耐压釜同轴线设置；

在所述顶盘上开有与其同轴线的支承螺纹孔；

所述位移测量杆的一端与所述加压螺杆的第二端固定连接，另一端穿过所述顶盘的支撑螺纹孔，其上的力矩螺纹与支撑螺纹孔相配合。

5.根据权利要求4所述泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，所述顶盘包括中心块以及与所述中心块相连的横梁，所述中心块与耐压釜同轴线，所述支承螺纹孔设置在所述中心块的中心位置处；

所述横梁有n根围绕中心块均匀辐射状分布，相邻两根横梁的夹角为360°/n；n为大于等于2的整数。

6.根据权利要求1-5之任一项所述泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，所述泡沫水泥浆加压密度计包括配重底座，其上设有预设深度的底座内腔；所述底座内腔设置在所述配重底座的中心位置处；

所述耐压釜的下部放置在所述底座内腔中；所述底座内腔的预设深度为所述耐压釜高度的1/2至3/4。

7.根据权利要求6所述泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，所述泡沫水泥浆加压密度计支架的立柱为杆状，一端与所述顶盘中的横梁连接，另一端固定在所述配重底座上。

8.根据权利要求1所述泡沫水泥浆加压密度计，其特征在于，在所述位移测量杆的上端连接有力矩施加装置。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述泡沫水泥浆加压密度计进行的浆体密度的测量方法，其特征在于，包括：

S1、将待测可压缩浆体倒入泡沫水泥浆加压密度计的釜体内腔中；

S2、获取所述待测可压缩浆体的质量m以及未压缩前的体积V；

S3、使加压螺杆的第一端的端面与上盖舌的下端面齐平后，将上盖体直接放到釜体内腔上，将加压螺杆的第二端与位移测量杆固定连接，并记录力矩施加装置到中心块的高度为第一高度h₁；

S4、旋转上盖体，使上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹至少部分匹配在一起即可停止，并记录力矩施加装置到中心块的高度为第二高度h₂；计算上盖体压缩浆体的体积V₁，V₁＝π×(d₁/2)²×(h₁-h₂)，d₁为上盖舌的直径；

S5、旋转力矩施加装置，力矩施加装置通过位移测量杆带动加压螺杆旋转，推动加压螺杆的第一端从上盖体的中心通孔内钻出，当所述釜体内腔的压力值达到预设值P时，停止旋转力矩施加装置，记录力矩施加装置到中心块的高度为第三高度h₃；计算加压螺杆压缩浆体的体积V₂，V₂＝π×(d₂/2)²×(h₂-h₃)，d₂为加压螺杆的直径；

S6、计算预设值P下耐压釜体内浆体密度ρ，ρ＝m/(V-V₁-V₂)。

10.根据权利要求9所述的浆体密度的测量方法，其特征在于，所述步骤S4中旋转上盖体包括：

保证上盖体的螺纹与釜体内腔的螺纹的匹配长度至少为其釜体内腔的螺纹的总长度的1/2，优选为其釜体内腔的螺纹的总长度的2/3。

11.根据权利要求9所述的浆体密度的测量方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

旋转上盖体后，若所述釜体内腔的压力值小于预设值P,则进入步骤S5；若所述釜体内腔的压力值大于预设值P,则反方向旋转上盖体，使得所述釜体内腔的压力值与预设值P相等，记录力矩施加装置到中心块的高度为第二高度h₂，计算上盖体压缩浆体的体积V₁，V₁＝π×(d₁/2)²×(h₁-h₂)，d₁为上盖舌的直径；记V₂＝0，并进入步骤S6。

12.根据权利要求9-11任一项所述的浆体密度的测量方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

若旋转力矩施加装置使得加压螺杆进入釜体内腔的长度过长甚至顶到釜体内腔的底部后所述釜体内腔的压力值仍然小于预设值P，则更换更粗的加压螺杆及与其匹配的上盖体，然后返回步骤S3。