WO2020057212A1 - 一种混凝土超高泵送仿真验证装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土超高泵送仿真验证装置及方法，属于混凝土超高泵送技术领域，用于验证混凝土超高泵送仿真模型的精确性。它包括通过法兰盘对接连接于混凝土泵管末端的测试管道，还包括垂直安装于垂直管道内壁上的旋转叶轮系统，旋转叶轮系统包括配合设置的旋转叶片和旋转轴，旋转轴的另一端设置测量控制系统，通过测量控制系统来测定叶片旋转的转速，并根据设定的拟合公式计算出混凝土塑性粘度和屈服应力。因此，该装置无需在泵管上安装压力传感器等设备，不会破坏泵管的安全性，即可简单便捷地在混凝土泵送过程中测定混凝土的流变学参数。
Description
本发明涉及混凝土超高泵送技术领域，具体涉及一种混凝土超高泵送仿真验证装置及方法。
国内部分人已经开始通过数值仿真方法对混凝土超高泵送开展了研究。该方法以混凝土流变学为基础，通过计算流体力学或者离散元等数值方法研究混凝土在泵送过程中的流动状态以及压力损失等关键参数，有利于混凝土超高泵送施工从传统的经验控制方式向科学化定量化的控制方式转变，从而为实现混凝土超高泵送的数字化施工奠定了基础。但是目前对于如何验证混凝土超高泵送仿真结果尚无较好的方法。
国内外研究机构对混凝土流动行为数值仿真的验证大多数还停留在实验室阶段，如通过混凝土坍落度、坍落扩展度、L型箱试验等方式进行验证；部分机构采用了地面盘管的方式，在管道关键部位安装压力传感器，或者采用超声波测量方法，验证仿真结果。这些方法都存在不同程度的局限性。实验室验证方法主要是针对混凝土在重力下的流动行为，与混凝土泵送的状态(混凝土在压力下的流动)还是有着较大的区别，而且其规模与尺度也无法与泵送相提并论。地面盘管方法虽然采用泵送方式，但并未考虑重力的影响，水平泵送的结果能否反映垂直泵送的状态也是有待商榷的。因此，如果能够直接在混凝土垂直泵送过程中对数值仿真进行验证将能有效提升该方法的实用性。
另一方面，目前大部分混凝土流变仪是旋转式流变仪，主要通过搅拌叶片带动混凝土转动，通过扭矩和转速按照特定的拟合公式计算出混凝土的塑性粘度和屈服应力。该方式混凝土的流动状态与泵送的流动状态是不同的，以旋转式流变仪测出的混凝土流变学参数能否反映混凝土泵送是的流变行为也是 值得怀疑的。因此，如果能够在混凝土泵送的流动状态下测定混凝土流变学参数将更具参考价值。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当视为承认或以任何形式暗示该信息为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土超高泵送仿真验证装置及方法，用于验证混凝土超高泵送仿真模型的精确性。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种混凝土超高泵送仿真验证装置，它包括：
测试管道，所述测试管道通过法兰盘与混凝土泵管固定连接；
旋转叶轮系统，所述旋转叶轮系统垂直安装于测试管道内壁，所述旋转叶轮系统包括旋转叶片、旋转轴和测量控制系统，所述旋转叶片与所述旋转轴的首端固定连接，所述旋转叶片的平面平行于测试管道主轴，所述旋转轴垂直固定于测试管道内壁上，所述旋转轴的尾端延伸至测试管道外壁，所述测量控制系统与所述旋转轴的末端固定连接。
与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：
1、本发明提供的混凝土超高泵送仿真验证装置，它包括通过法兰盘对接连接于混凝土泵管末端的测试管道，还包括垂直安装于垂直管道内壁上的旋转叶轮系统，旋转叶轮系统包括配合设置的旋转叶片和旋转轴，旋转轴的另一端设置测量控制系统，通过测量控制系统来测定叶片旋转的转速，并根据设定的拟合公式计算出混凝土塑性粘度和屈服应力。因此，该装置无需在泵管上安装压力传感器等设备，不会破坏泵管的安全性，即可简单便捷地在混凝土泵送过程中测定混凝土的流变学参数。
2、该混凝土超高泵送仿真验证方法，直接在混凝土泵送过程中测定混凝 土流变学参数，与仿真模型设定的工况一致，其测试结果相对于旋转流变仪更能反映出混凝土的实际流动行为。
进一步地，为了保证测试管道与混凝土泵管形成无缝对接，所述测试管道的内径与所述混凝土泵管的内径相同。
进一步地，所述测量控制系统主要包括电连接的转速传感器和微控制器，用来测定叶片旋转的转速，并根据设定的拟合公式计算出混凝土塑性粘度和屈服应力。
本发明还提供了一种混凝土超高泵送仿真验证方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、提供前述的混凝土超高泵送仿真验证装置备用；
步骤二、通过法兰盘将安装有旋转叶轮系统的测试管道连接到混凝土泵送管的最末节泵管末端；
步骤三、开启测量控制系统，同时开始混凝土泵送，旋转叶片在混凝土经过其位置时随着混凝土流动而转动；
步骤四、匀速增大混凝土流量至稍大于正常泵送施工的流量，保持匀速泵送1分钟，记录此时的旋转叶轮转速和混凝土流量；
步骤五、缓慢降低混凝土流量，保持匀速泵送1分钟，记录此时的旋转叶轮转速和混凝土流量，重复该操作3次以上；
步骤六、将以上测得的旋转叶轮转速与同样混凝土流量下通过仿真计算得出的转速进行比较，验证其精确性
。
进一步地，为了取材方便，保证测试效果，所述测试管道为金属管道，测试管道的长度为1米。
进一步地，相邻的混凝土泵管之间通过法兰盘固定连接。
图1为本发明实施例一中混凝土超高泵送仿真验证装置的示意图。
图中：
1-测试管道；2-旋转叶轮系统；3-法兰盘。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的混凝土超高泵送仿真验证装置及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
实施例一
下面结合图1，详细说明本发明的混凝土超高泵送仿真验证装置的结构组成。一种混凝土超高泵送仿真验证装置，它包括测试管道1和旋转叶轮系统2，测试管道1通过法兰盘3与混凝土泵管的端部对接连接；旋转叶轮系统2垂直安装于测试管道1内壁，旋转叶轮系统2包括旋转叶片、旋转轴和测量控制系统，旋转叶片与旋转轴的首端固定连接，旋转叶片的平面平行于测试管道1的主轴，旋转轴垂直固定于测试管道1的内壁上，旋转轴的尾端延伸至测试管道1的外壁，测量控制系统与旋转轴的末端固定连接。也就是说，旋转轴与旋转叶片连接的一端位于测试管道1的内部，旋转轴与测量控制系统连接的一端位于测试管道1的外壁。
具体来说，本发明提供的混凝土超高泵送仿真验证装置，采用直接通过法兰盘连接于混凝土泵送管道最末端泵送管道端部上的测试管道，以及垂直安装于测试管道内壁上的旋转叶轮系统，通过测量控制系统中的转速传感器来测定叶片旋转的转速，通过泵车得到混凝土流量数据，再以转速作为横坐标，以混凝土流量作为纵坐标，作散点图，根据散点图分布趋势选择合适的线性或者非线性公式进行拟合，并根据设定的拟合公式计算出混凝土塑性粘度和屈服应力。当然，在本实施例中，由于测量控制系统中设有微控制器，微控制器主要 是对转速、混凝土流量进行自动化拟合计算，从而输出流变学参数跟转速、混凝土流量的拟合公式。该装置无需在泵管上安装压力传感器等设备，不会破坏泵管的安全性，即可简单便捷地在混凝土泵送过程中测定混凝土的流变学参数。
在本实施例中，更优选地，为了保证测试管道1与混凝土泵管形成无缝对接，测试管道1的内径与混凝土泵管的内径相同。当然，为了取材方便，保证测试效果，测试管道1为金属管道，测试管道的长度为1米。特别地，相邻的混凝土泵管之间通过法兰盘固定连接。
在本实施例中，更优选地，测量控制系统主要包括电连接的转速传感器和微控制器，转速传感器用来测定叶片旋转的转速，通过泵车得到混凝土流量数据，再以转速作为横坐标，以混凝土流量作为纵坐标，作散点图，根据散点图分布趋势选择合适的线性或者非线性公式进行拟合，并根据设定的拟合公式计算出混凝土塑性粘度和屈服应力。在本实施例中，微控制器主要是对转速、混凝土流量进行自动化拟合计算，从而输出流变学参数跟转速、混凝土流量的拟合公式。
请继续参考图1，本发明还提供了一种混凝土超高泵送仿真验证方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、提供前述的混凝土超高泵送仿真验证装置备用；
步骤二、通过法兰盘3将安装有旋转叶轮系统2的测试管道连接到混凝土泵送管的最末节泵管末端；
步骤三、开启测量控制系统，同时开始混凝土泵送，旋转叶片在混凝土经过其位置时随着混凝土流动而转动；
步骤四、匀速增大混凝土流量至稍大于正常泵送施工的流量，保持匀速泵送1分钟，记录此时的旋转叶轮转速和混凝土流量；
步骤五、缓慢降低混凝土流量，保持匀速泵送1分钟，记录此时的旋转叶轮转速和混凝土流量，重复该操作3次以上；
步骤六、将以上测得的旋转叶轮转速与同样混凝土流量下通过仿真计算得 出的转速进行比较，验证其精确性。
当然，在本实施例中，可以根据以上多次测得的转速和混凝土流量数据，通过测量控制系统对混凝土流变学参数进行拟合，确定拟合公式；然后在混凝土泵送施工时，根据测试需求，采用验证装置监测旋转叶轮转速，同时采集输送泵记录的混凝土流量，按照前述拟合公式在线计算出混凝土的流变学参数，可以指导仿真模型的建设。
该混凝土超高泵送仿真验证方法，操作简单便捷，无需在混凝土泵管上安装压力传感器等设备，在不破坏混凝土泵管安全性的前提下，即可直接在混凝土泵送过程中测得混凝土流变学参数，与仿真模型的设定一致。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定。本领域的技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求的保护范围。
Claims (5)
- 一种混凝土超高泵送仿真验证装置，其特征在于，它包括：测试管道，所述测试管道通过法兰盘与混凝土泵管的端部对接连接；旋转叶轮系统，所述旋转叶轮系统垂直安装于测试管道内壁，所述旋转叶轮系统包括旋转叶片、旋转轴和测量控制系统，所述旋转叶片与所述旋转轴的首端固定连接，所述旋转叶片的平面平行于测试管道主轴，所述旋转轴垂直固定于测试管道内壁上，所述旋转轴的尾端延伸至测试管道外壁，所述测量控制系统与所述旋转轴的末端固定连接,所述测量控制系统主要包括电连接的转速传感器和微控制器。
- 根据权利要求1所述的混凝土超高泵送仿真验证装置，其特征在于，所述测试管道的内径与所述混凝土泵管的内径相同。
- 一种混凝土超高泵送仿真验证方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、提供如权利要求1或2所述的混凝土超高泵送仿真验证装置备用；步骤二、通过法兰盘将安装有旋转叶轮系统的测试管道连接到混凝土泵送管的最末节泵管末端；步骤三、开启测量控制系统，同时开始混凝土泵送，旋转叶片在混凝土经过其位置时随着混凝土流动而转动；步骤四、匀速增大混凝土流量至稍大于正常泵送施工的流量，保持匀速泵送1分钟，记录此时的旋转叶轮转速和混凝土流量；步骤五、缓慢降低混凝土流量，保持匀速泵送1分钟，记录此时的旋转叶轮转速和混凝土流量，重复该操作3次以上；步骤六、将以上测得的旋转叶轮转速与同样混凝土流量下通过仿真计算得出的转速进行比较，验证其精确性。
- 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测试管道为金属管道。
- 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，相邻的混凝土泵管之间通过法兰盘固定连接。
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