CN205840349U - 新型构造柱混凝土泵送系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型构造柱混凝土泵送系统，包括气压动力装置，与气压动力装置通过动力输送管连接的混凝土盛放容器的前端，混凝土盛放容器的后端下方设置有混凝土输送泵管；混凝土盛放容器的顶部设置有法兰盖密封的进料口；下部设置有法兰盖密封的清洗口；进料口旁设置有加装球阀的排压装置。使用本实用新型能够一次浇筑完成，无需剔凿及修补柱头，质量得到有效保证；省工省力。使用该泵送机2人操作，一天可以浇筑80根构造柱，而采用传统方法，2人一天只能浇筑20根构造柱；实验加工配套生产该泵送机一台造价只有5000元；本实用新型可以根据具体的施工计算方法，对本设备进行管道的增长及泵送空压机动力的设计，大大提高了施工企业的施工效率，提高施工质量，增强了企业竞争力。

Description

新型构造柱混凝土泵送系统

技术领域

本实用新型涉及建筑领域，具体为一种构造柱浇筑过程中混凝土泵送系统及其计算方法。

背景技术

在建筑施工中，二次结构砌筑完成后要进行构造柱混凝土的浇筑；但是，构造柱混凝土的浇筑传统做法是先用人工将混凝土翻运至构造柱顶部，通过预留入料口进行下料浇筑，浇筑至柱子顶部20cm左右时，再次进行修补柱头，柱头补完后还要剔凿突出部分。此施工方法非常麻烦，既不能保证构造柱混凝土施工质量，又浪费人力、物力。

目前，施工工地上经常采用传统的施工方法浇筑构造柱，即人工运料、人工浇筑、人工修补柱头、人工剔凿柱头，此方法既不能保证构造柱混凝土施工质量，又浪费人力、物力。另外一种比较先进的方法，即运用市场上出售的小型地泵(活塞式混凝土泵或挤压式混凝土泵)进行构造柱混凝土浇筑，但在实际操作中由于泵车自身重量大、体积大、移动不便，造成施工不方便且成本较高，在构造柱施工过程中质量也不能得到很好的保证，造成人了物力的浪费、经济损失，并且受地泵自身扬程动力的限制，对于动力输送管的扬程程度起到了一定的限制性。

因此，根据构造柱现场具体施工的需要，设计一种结构简单，操作方便，且结构合理，并且能够快速浇筑构造柱的混凝土泵送系统，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

本了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种采用气压提供动力，推动混凝土移动，从而达到泵送混凝土的原理，操作简便，宜于携带，且经济成本低，既保证了构造柱施工质量，又节省了人力、物力，提前了工期的构造柱混凝土泵送系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

新型构造柱混凝土泵送系统，包括气压动力装置1，与气压动力装置1通过动力输送管2连接的混凝土盛放容器4的前端，混凝土盛放容器4的后端下方设置有混凝土输送泵管6；所述的混凝土盛放容器4的顶部设置有法兰盖密封的进料口3；下部设置有法兰盖密封的清洗口5；进料口3旁设置有加装球阀的排压装置；

所述的动力输送管2和混凝土输送泵管6均采用无缝钢管与混凝土盛放容器4焊接；所述的气压动力装置1包括空气压缩机；

所述的构造柱混凝图泵送系统的具体施工施方法为：

一、混凝土阻力理论计算

1)泵送混凝土计算按照以下原则步骤进行：

(1)、根据JGJ/T10-1995表5.1.2将垂直管道、倾斜管道、弯头、锥管、软管折算为水平管道；

(2)、根据S.Morinaga公式计算单位长度的水平管道压力损失；

(3)、根据折算水平管道总长度与单位长度的压力损失之积，计算得到主泵送阻力；

(4)、计算混凝土泵其余部分的附加泵送阻力。

(5)、计算主泵送阻力与附加泵送阻力之和，得到总体泵送阻力；

计算过程中，JGJ/T10-1995将垂直管道、倾斜管道直接按照一定比例折算为水平管道，而垂直管道、倾斜管道在泵送阻力中具有主导影响作用，根据流体力学理论对该部分做出精确计算；

1)倾斜管道的泵送阻力计算：

根据流体力学原理，倾斜段的泵送阻力可以分解为重力压头损失和沿程阻力损失两部分即倾斜段的阻力损失为Px＝P2-P1＝Pg+Pl (1)，

式中Px——倾斜段的阻力

P2——输出端的压力

P1——输入的压力

Pg——重力压头

Pl——沿程阻力

其中沿程阻力损失适用S.Morinaga公式，根据(1)式，倾斜段阻力损失公式可用下式计算：

Px＝ρgh/1000+εL (2)

式中Px——倾斜段的阻力Mpa

ρ——混凝土密度，可取2.5t/m3

g——重力加速度，可取9.8m/m2

h——倾斜管垂直高度差m

L——管道长度m

ε——根据S.Morinaga公式计算的沿程阻力损失Mpa/m

S.Morinaga公式为

式中：K1＝300-S (4)

K2＝400-S (5)

式中：ε——混凝土在水平输送管内流动产生的压力损失，Mpa/m

R——混凝土输送管半径，m

K1——粘着系数，Pa

K2——速度系数，Pa.m/s

S——混凝土坍落度，mm

t2/t1——混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间比，当设备性能未知时可取0.3；

V——混凝土拌合物在输送管内的平均流速，m/s

α——径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.90。

垂直管道相当于倾斜角为90度的倾斜管道，其垂直高差等于管长，(h＝L)，同样适用(2)式。

泵送阻力计算总公式

混凝土泵送的总体阻力损失，有水平段、倾斜段、垂直段阻力、弯头、锥形管、末端软管等以及截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失构成。

Pε＝Ps+Px+Pc+Pe+Pf＝εLs+(εLx+ρghx/1000)+(εLc+ρghc/1000)+εLe+Pf＝ε(Ls+Lx+Lc+Le)+ρg(hx+hc)/1000+Pf (6)

式中Pε——混凝土泵送的总体阻力损失，Mpa

Ps——混凝土泵送的水平段阻力损失，Mpa

Px——混凝土泵送的倾斜段阻力损失，Mpa

Pc——混凝土泵送的垂直段阻力损失，Mpa

Pe——弯头、锥形管、末端软管等结构阻力损失，Mpa

Ls——水平段累积长度，m

Lx——倾斜段累积长度，m

Lc——垂直段累积长度，m

Le——弯头、锥形管、末端软管等结构按阻力等效原则折算的水平管长度，按表1算，m

hx——倾斜段垂直高差累积，m

hc——垂直段累计高度，m

Pf——截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失之和，当设计单位未掌握准确资料时，各项可参照表2取值，m；

表1为：不规则结构折算水平管长度

表2为：附属结构产生的压力损失

根据上述分析，混凝土泵送的总体阻力损失可用下式计算：

Pε＝ε(Lε+Le)+ρgH/1000+Pf (7)

式中：Lε——从混凝土泵锥管出口计起的管道沿程总长度(不包括出口胶管总长度)，m

Lε＝Ls+Lx+Lc

H——混凝土泵送总高度，m H＝hx+hc。

二、泵送系统选型及理论验算

小型混凝土泵送器具有轻小、灵便等特点。本实用新型主要有三部分构成：动力提供装置、混凝土盛放容器、输送泵管。

动力原理采用气压提供动力，推动混凝土移动，从而达到泵送混凝土的原理。

根据现场施工实际情况和施工需要，本实用新型专用于二次结构构造柱的小量混凝土浇筑。混凝土盛放器采用直径0.6m，长度1.2m的圆柱无缝钢管压力罐，其容积为0.34m3。泵送管采用直径Φ50mm的软管，长度为8m。动力采用产生气压的机器提供动力：

由步骤一种理论推导公式可计算混凝土泵送阻力为：

Pε＝ε(Lε+Le)+ρgH/1000+Pf

式中混凝土塌落度S＞＝260mm，混凝土拌合物在输送管内的平均流速V＝0.5m/s，混凝土泵送量为9.04m3/h；

当考虑截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失Pf，则

Pε＝0.02358*8+2.5*9.8*6/1000+1.3＝1.47058Mpa，式中泵送高度按照构造柱6m设计；

由以上理论计算可知混凝土泵送过程中产生的总阻力Pε＝1.47058Mpa，所以动力提供的压力P＞Pε＝1.47058Mpa,考虑到在加压过程中可能损耗的压力取压力损失系数δ＝0.85。

P*0.85＞Pε＝1.47058Mpa P＞1.73Mpa。

当不考虑考虑截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失Pf，则

Pε＝0.02358*8+2.5*9.8*6/1000＝0.17058Mpa

P*0.85＞Pε＝0.17058Mpa P＞0.2007Mpa。

当只考虑截止阀、分配阀产生的压力损失Pf，且取Pf＝0.1*2+0.2＝0.4Mpa，则

Pε＝0.02358*8+2.5*9.8*6/1000+0.4＝0.57058Mpa

P*0.85＞Pε＝0.57058Mpa P＞0.6713Mpa

由以上计算和实际装置情况考虑可取P＝0.8Mpa。

上述以拌合物在混凝土输送泵管6内的平均流速V＝0.5m/s、泵送高度为8m、泵送软管直径采用50mm的软管计算的。

积极有益效果：使用本实用新型能够一次浇筑完成，无需剔凿及修补柱头，质量得到有效保证；省工省力。经试验，使用该泵送机2人操作，一天可以浇筑80根构造柱，而采用传统方法，2人一天只能浇筑20根构造柱；造价低廉。实验加工配套生产该泵送机一台造价只有5000元；本实用新型可以根据具体的施工计算方法，对本设备进行管道的增长及泵送空压机动力的设计，大大提高了施工企业的施工效率，提高施工质量，增强了企业竞争力。

附图说明

图1为本实用新型的系统理论框图；

图2为本实用新型的计算中倾斜段阻力结构示意图；

图中为：气压动力装置1、动力输送管2、进料口3、混凝土盛放容器4、清洗口5、混凝土输送泵管6。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明：

新型构造柱混凝土泵送系统，包括气压动力装置1，与气压动力装置1通过动力输送管2连接的混凝土盛放容器4的前端，混凝土盛放容器4的后端下方设置有混凝土输送泵管6；所述的混凝土盛放容器4的顶部设置有法兰盖密封的进料口3；下部设置有法兰盖密封的清洗口5；进料口3旁设置有加装球阀的排压装置；

所述的动力输送管2和混凝土输送泵管6均采用无缝钢管与混凝土盛放容器4焊接；所述的气压动力装置1包括空气压缩机；

所述的构造柱混凝图泵送系统的具体施工施方法为：

一、混凝土阻力理论计算

1)泵送混凝土计算按照以下原则步骤进行：

(1)、根据JGJ/T10-1995表5.1.2将垂直管道、倾斜管道、弯头、锥管、软管折算为水平管道；

(2)、根据S.Morinaga公式计算单位长度的水平管道压力损失；

(3)、根据折算水平管道总长度与单位长度的压力损失之积，计算得到主泵送阻力；

(4)、计算混凝土泵其余部分的附加泵送阻力。

(5)、计算主泵送阻力与附加泵送阻力之和，得到总体泵送阻力；

计算过程中，JGJ/T10-1995将垂直管道、倾斜管道直接按照一定比例折算为水平管道，而垂直管道、倾斜管道在泵送阻力中具有主导影响作用，根据流体力学理论对该部分做出精确计算；

1)倾斜管道的泵送阻力计算：

根据流体力学原理，倾斜段的泵送阻力可以分解为重力压头损失和沿程阻力损失两部分即倾斜段的阻力损失为Px＝P2-P1＝Pg+Pl (1)，如图2所示，

式中Px——倾斜段的阻力

P2——输出端的压力

P1——输入的压力

Pg——重力压头

Pl——沿程阻力

其中沿程阻力损失适用S.Morinaga公式，根据(1)式，倾斜段阻力损失公式可用下式计算：

Px＝ρgh/1000+εL (2)

式中Px——倾斜段的阻力Mpa

ρ——混凝土密度，可取2.5t/m3

g——重力加速度，可取9.8m/m2

h——倾斜管垂直高度差m

L——管道长度m

ε——根据S.Morinaga公式计算的沿程阻力损失Mpa/m

S.Morinaga公式为

式中：K1＝300-S (4)

K2＝400-S (5)

式中：ε——混凝土在水平输送管内流动产生的压力损失，Mpa/m

R——混凝土输送管半径，m

K1——粘着系数，Pa

K2——速度系数，Pa.m/s

S——混凝土坍落度，mm

t2/t1——混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间比，当设备性能未知时可取0.3；

V——混凝土拌合物在输送管内的平均流速，m/s

α——径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.90。

垂直管道相当于倾斜角为90度的倾斜管道，其垂直高差等于管长，(h＝L)，同样适用(2)式。

泵送阻力计算总公式

混凝土泵送的总体阻力损失，有水平段、倾斜段、垂直段阻力、弯头、锥形管、末端软管等以及截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失构成。

Pε＝Ps+Px+Pc+Pe+Pf＝εLs+(εLx+ρghx/1000)+(εLc+ρghc/1000)+εLe+Pf＝ε(Ls+Lx+Lc+Le)+ρg(hx+hc)/1000+Pf (6)

式中Pε——混凝土泵送的总体阻力损失，Mpa

Ps——混凝土泵送的水平段阻力损失，Mpa

Px——混凝土泵送的倾斜段阻力损失，Mpa

Pc——混凝土泵送的垂直段阻力损失，Mpa

Pe——弯头、锥形管、末端软管等结构阻力损失，Mpa

Ls——水平段累积长度，m

Lx——倾斜段累积长度，m

Lc——垂直段累积长度，m

Le——弯头、锥形管、末端软管等结构按阻力等效原则折算的水平管长度，按表1算，m

hx——倾斜段垂直高差累积，m

hc——垂直段累计高度，m

Pf——截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失之和，当设计单位未掌握准确资料时，各项可参照表2取值，m；

表1为：不规则结构折算水平管长度

注：β为弯管的弯折角度(β≤90度)数据来源于JGJ/T10-1995；

表2为：附属结构产生的压力损失

部件名称	压力损失/MPa
		启动内耗	1
分配阀	0.2/个
		管路截止阀	0.1/个

根据上述分析，混凝土泵送的总体阻力损失可用下式计算：

Pε＝ε(Lε+Le)+ρgH/1000+Pf (7)

式中：Lε——从混凝土泵锥管出口计起的管道沿程总长度(不包括出口胶管总长度)，m

Lε＝Ls+Lx+Lc

H——混凝土泵送总高度，m H＝hx+hc。

二、泵送系统选型及理论验算

小型混凝土泵送器具有轻小、灵便等特点。本实用新型主要有三部分构成：动力提供装置、混凝土盛放容器、输送泵管。

动力原理采用气压提供动力，推动混凝土移动，从而达到泵送混凝土的原理。

根据现场施工实际情况和施工需要，本实用新型专用于二次结构构造柱的小量混凝土浇筑。混凝土盛放器采用直径0.6m，长度1.2m的圆柱无缝钢管压力罐，其容积为0.34m3。泵送管采用直径Φ50mm的软管，长度为8m。动力采用产生气压的机器提供动力，泵送原理图如图1所示：

由步骤一种理论推导公式可计算混凝土泵送阻力为：

Pε＝ε(Lε+Le)+ρgH/1000+Pf

式中混凝土塌落度S＞＝260mm，混凝土拌合物在输送管内的平均流速V＝0.5m/s，混凝土泵送量为9.04m3/h；

当考虑截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失Pf，则

Pε＝0.02358*8+2.5*9.8*6/1000+1.3＝1.47058Mpa，式中泵送高度按照构造柱6m设计；

由以上理论计算可知混凝土泵送过程中产生的总阻力Pε＝1.47058Mpa，所以动力提供的压力P＞Pε＝1.47058Mpa,考虑到在加压过程中可能损耗的压力取压力损失系数δ＝0.85。

P*0.85＞Pε＝1.47058Mpa P＞1.73Mpa。

当不考虑考虑截止阀、分配阀和泵体启动内耗产生的压力损失Pf，则

Pε＝0.02358*8+2.5*9.8*6/1000＝0.17058Mpa

P*0.85＞Pε＝0.17058Mpa P＞0.2007Mpa。

当只考虑截止阀、分配阀产生的压力损失Pf，且取Pf＝0.1*2+0.2＝0.4Mpa，则

Pε＝0.02358*8+2.5*9.8*6/1000+0.4＝0.57058Mpa

P*0.85＞Pε＝0.57058Mpa P＞0.6713Mpa

由以上计算和实际装置情况考虑可取P＝0.8Mpa。

上述以拌合物在混凝土输送泵管6内的平均流速V＝0.5m/s、泵送高度为8m、泵送软管直径采用50mm的软管计算的。

实验与理论验证：

经过理论计算和现场实验结合可知，该实用新型具有很高的实用价值。现场实验数据如下：

序号	实验压力(Mpa)	实验测试速度(m/s)	备注
				1	0.4	0.465	与理论值符合
2	0.5	0.502	与理论值符合
				3	0.6	0.560	与理论值符合
4	0.7	0.708	与理论值符合
				5	0.8	0.879	与理论值符合
6	0.9	0.906	与理论值符合
				7	1.0	1.050	与理论值符合

注：表中实验数据是在泵送高度为6m、泵送软管直径为50mm时测试的数据。

由以上实验数据与理论值对比结果，可见该小型混凝土泵送器实验成功。该构造柱混凝土泵送机研制成功将为以后二次结构构造柱施工带来极大的方便，为经济增效带来极大的成果，该项研究成果将得到广泛的应用。

2.2.4泵送容器钢板厚度确定

本实用新型所采用的混凝土容器采用无缝钢管焊接而成，所有焊缝采用双面焊、一级焊缝，钢板采用Q345钢。钢板厚度确定如下：

由计算公式：壁厚＝(压力*外径*系数)/(2*钢管材质抗拉强度)，其中钢管材质抗拉强度为310Mpa，系数取4。考虑安全因素，压力按照最大压力计算且乘以1.2的安全系数。

则所需钢板厚度为δ＝(1*1.2*0.6*4)/(2*310)＝4.645mm。取钢板厚度为5mm。

使用本实用新型能够一次浇筑完成，无需剔凿及修补柱头，质量得到有效保证；省工省力。经试验，使用该泵送机2人操作，一天可以浇筑80根构造柱，而采用传统方法，2人一天只能浇筑20根构造柱；造价低廉。实验加工配套生产该泵送机一台造价只有5000元；本实用新型可以根据具体的施工计算方法，对本设备进行管道的增长及泵送空压机动力的设计，大大提高了施工企业的施工效率，提高施工质量，增强了企业竞争力。

以上实施案例仅用于说明本实用新型的优选实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.新型构造柱混凝土泵送系统，其特征在于：包括气压动力装置，与气压动力装置通过动力输送管连接的混凝土盛放容器的前端，混凝土盛放容器的后端下方设置有混凝土输送泵管；所述的混凝土盛放容器的顶部设置有法兰盖密封的进料口；下部设置有法兰盖密封的清洗口；进料口旁设置有加装球阀的排压装置。

2.根据权利要求1所述的新型构造柱混凝土泵送系统，其特征在于：所述的动力输送管和混凝土输送泵管均采用无缝钢管与混凝土盛放容器焊接；所述的气压动力装置1包括空气压缩机。