一种超高层泵送混凝土多级增压恒压泵送方法与流程

本发明涉及超高层泵送混凝土管道输送的，尤其是一种超高层泵送混凝土多级增压恒压泵送方法。

背景技术：

1、随着城市建设的发展，超高层建筑日渐增多，超高层建造在建材垂直运输上的考验也愈加严峻。除了混凝土配合比问题，超高层泵送的技术难点主要来自混凝土泵送设备和泵送管道的输送能力。当建筑高度达到300m乃至500m以上时，混凝土的泵送愈发困难，加之超高层的建造通常使用高强高性能混凝土，混凝土材料强度的提升对泵送系统的考验也随之加剧。若施工过程中泵送系统设置不合理，泵管极易发生堵管事件；或当泵送压力不满足高度需求时，将造成项目施工的停歇及带来高额的成本代价，故选用的泵送设备性能、泵送系统布置及相关操作工艺对于能否实现超高压泵送尤为重要。

2、目前国内超高压泵送相关工法较少，泵送系统缺乏，常规泵送工艺不完善，混凝土泵送不可控，高层泵送时极易发生泵送压力不足、泵送过程堵管等事件。在常规超高层施工项目中，通常采用超高压泵和接力泵送方法。例如专利号cn 115680285a《一种超高层混凝土泵送系统及施工方法》通过超高压泵组提供巨大压力泵送混凝土。在接力泵送方法和装置方面，专利号cn 111622779 a《一种脉冲式压力补偿长距离混凝土输送装置及使用方法》通过在输送管路上间隔布置若干气动增压泵，气动增压泵的出气管连接至输送管路，补偿混凝土在输送中损失的推送压力，使整个输送管路内的混凝土压力保持稳定，实现混凝土长距离输送专利号cn 103541550 a《一种超高层建筑钢管混凝土的施工泵送系统》通过出料口连接高压泵和浇筑软管连接低压泵，两个混凝土泵接力方式达到超高层泵送目的。虽然现有技术解决了一些高层泵送混凝土压力不足和接力泵送问题，但还存在如下问题：(1)长距离、超高层泵送，高压泵压力大，高压泵性能和成本高，对邻近压力泵管道要求性能高，增加设备成本，施工安全性低；(2)传统的压力泵为提供的是间歇性泵送压力，容易造成输送管道堵塞；(3)传统的压力泵震动和噪音较大，不利于环保；(4)传统的压力泵无法实现多级增压；(5)超高层浇筑的泵送方式，很难保证浇筑压力稳定，影响浇筑的质量；(6)超高层浇筑的泵送方式，很难保证输送管道内压力恒定，造成管道堵塞。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种超高层泵送混凝土多级增压恒压泵送方法，该泵送方法在输送管上布设多个电磁式无轴泵推多级增压装置，根据电磁式无轴泵推多级增压装置进口压力和出口压力比值，保证此压力比值达到某一量值，确定在高层建筑泵送输送管上布设电磁式无轴泵推多级增压装置的位置，其中，该电磁式无轴泵推多级增压装置内壁带叶片，通过压力传感器监测压力变化，实时确定叶片转速，通过电磁力驱动内壁带叶片的钢筒旋转，高速旋转的叶片提供给混凝土压力，达到增压目的，确保混凝土泵送压力在输送管中保持恒压状态，可以保证浇筑的施工质量；同时该电磁式无轴泵推多级增压装置通过缓冲组件同输送管连接，缓冲混凝土压力和增压冲击荷载，保证输送管的安全性和稳定性。

2、本发明目的实现由以下技术方案完成：

3、一种超高层泵送混凝土多级增压恒压泵送方法，其特征在于所述泵送方法包括：

4、将混凝土料机布置在地面上，在所述混凝土料机上依次连接输送管和注浆软管，以使所述注浆软管延伸至高层建筑的对应位置处；

5、其中，所述输送管上布置有电磁式无轴泵推多级增压装置，所述电磁式无轴泵推多级增压装置包括多级增压组件，所述增压组件包括转子组件和动力组件，所述转子组件包括钢筒、环形滑块、叶片和永磁铁，所述环形滑块设于所述钢筒两端，所述叶片沿所述钢筒内壁周向设置，所述永磁铁沿所述钢筒外壁周向设置，所述动力组件产生的旋转磁场带动所述转子组件的所述永磁铁转动，所述增压组件上设有压力传感器和速度传感器；

6、开启所述电磁式无轴泵推多级增压装置上的每级所述增压组件的所述动力组件、所述压力传感器和所述速度传感器，通过所述动力组件驱动对应所述增压组件转动，利用所述压力传感器和所述速度传感器的监测数据调节所述电磁式无轴泵推多级增压装置上的每级所述增压组件的转速，并确定所述电磁式无轴泵推多级增压装置间的所述输送管长度，以通过所述混凝土料机将混凝土泵送至高层建筑的对应位置处；通过监测数据确定增压值，将增压值平均分配给所述电磁式无轴泵推多级增压装置上的每级所述增压组件，以确定所述电磁式无轴泵推多级增压装置上的每级所述增压组件的转速，其中，需对所述电磁式无轴泵推多级增压装置上的每级所述增压组件的转速以及所述电磁式无轴泵推多级增压装置间的所述输送管长度进行计算。

7、所述电磁式无轴泵推多级增压装置上的每级所述增压组件的转速的计算方法包括：

8、设输送管共设m个电磁式无轴泵推多级增压装置，电磁式无轴泵推多级增压装置长度为δl，共有j0级增压组件组成，j＝1、2、3、…j…j0，则每级增压组件长度为δ＝δl/j0；增压组件和输送管内径均为d，泵送混凝土自重为γ，g为重力加速度；

9、电磁式无轴泵推多级增压装置垂直向上泵送混凝土，混凝土泵送时受到的压力损失δp由δpvc和δpγ二部分组成，其中，δpvc是混凝土在泵管内流动中受到的沿程损失，包括混凝土粘性产生的阻力以及混凝土流动产生的摩擦阻力；δpγ是混凝土垂直泵送时因混凝土重力产生的压力，即每级增压组件内混凝土垂直向上泵送总的压力损失δpfi为：

10、δpfi＝δpvc+δpγ 式1；

11、若泵送混凝土为普通混凝土时，垂直向上泵送每米的沿程损失压力δpvcm为：

12、

13、式中：δpvcm是混凝土在垂直输送管内流动每米产生的压力损失；d是混凝土输送管直径；k1是粘着系数；k2是速度系数；s1是混凝土坍落度；t2/t1是混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，当设备性能未知时，可取0.30；vm是混凝土拌合物在输送管内的平均流速；α是径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.90；β是换算系数，d/2分别为100、125、150mm时，β取3、4、5；

14、混凝土垂直泵送时每米混凝土重力产生的压力δpγm为：

15、δpγm＝γ   式3；

16、将式2和式3代入式1内，可得每级增压组件内混凝土垂直向上泵送总的压力损失δpfi为：

17、

18、第j级增压组件对泵送混凝土产生的压力pw为：

19、pw＝γv2/2g＝γ[v1/(πnr/30v0)]2/2g   式5；

20、式中：v是第j级增压组件为混凝土提供的流速，v＝v1/(ωr/v0)＝v1/(πnr/30v0)；ω是每级增压组件角速度；n是旋转速度；r是叶片半径；v0是叶尖端速度；v1是叶根部速度；

21、设电磁式无轴泵推多级增压装置要求输出混凝土压力为peh，进入电磁式无轴泵推多级增压装置内混凝土轴向压力为ps，若电磁式无轴泵推多级增压装置每级增压组件平均分配增压值，则每级增压组件需要提供的压力pw为：

22、

23、令式5等于式6，可得为恢复要求输出压力peh时，每级增压组件的转速n为：

24、

25、通过压力传感器监测增压组件进口处混凝土径向压力pd，对于普通混凝土，输送管道内混凝土径向压力pd与轴向压力ps之比α＝0.90，则进入电磁式无轴泵推多级增压装置内混凝土轴向压力ps＝pd/α；

26、通过电磁式无轴泵推多级增压装置内压力传感器监测每级增压组件进口处混凝土轴压ps1、ps2、ps3…psj0和最后一级增压组件出口处的混凝土轴压pse；

27、通过电磁式无轴泵推多级增压装置内速度传感器监测每级增压组件进口处混凝土流速vm1、vm2、vm3…vmj0和最后一级增压组件出口处混凝土流速ve，ve＝＝vml；

28、若旋转中心到叶尖半径为r0，旋转中心到叶片根部半径为r1＝d/2，则叶片尖端转速为v0＝πnr0/30，叶片根部转速v1＝πnr1/30，将v0和v1带入式7，可得为恢复要求输出压力第j级增压组件的转速nj为：

29、

30、若泵送混凝土为高强混凝土时，垂直向上泵送每米的沿程损失压力δpvum为：

31、δpvcm＝δpvum＝0.015+0.057η 式9；

32、式中：δpvum是高强混凝土垂直输送管每米压力损失；η为塑性黏度；

33、将式3、式4、式5、式6和式9结合，对于高强混凝土，为恢复要求输出压力，第j级增压组件的转速nj为：

34、

35、所述电磁式无轴泵推多级增压装置间的所述输送管长度的计算方法包括：

36、混凝土泵送至下一个电磁式无轴泵推多级增压装置时，混凝土压力损失为：

37、

38、式中：vml为增压后混凝土从电磁式无轴泵推多级增压装置输送的流速，可通过速度传感器监测，或者通过式5计算得到，vml＝v；

39、对于浇筑时候要求压力为peh时，设下一个电磁式无轴泵推多级增压装置进口处压力psl与浇筑时要求压力peh的比为恒压输送比k＝psl/peh，设恒压输送比时，表明输送管内压力变化较大，达不到恒压输送要求，设恒压输送比k＝0.80，电磁式无轴泵推多级增压装置间输送管长度内损失的混凝土压力δpl≤(1-k)peh，即：

40、

41、电磁式无轴泵推多级增压装置间的输送管长度l为：

42、

43、所述增压组件还包括筒型防护罩和支撑端盖，所述转子组件和所述动力组件均安装在所述筒型防护罩内，所述支撑端盖设于所述筒型防护罩两端，所述筒型防护罩上设置有同所述环形滑块相配合的环形滑槽。

44、所述动力组件包括定子铁心、定子齿极和线匝，所述定子铁心沿所述筒型防护罩周向设置，所述线匝安装在所述定子铁心内，所述定子齿极同所述定子铁心连接。

45、所述电磁式无轴泵推多级增压装置还包括相连接的缓冲组件和连接管，第一级所述增压组件和最后一级所述增压组件均同所述缓冲组件连接。

46、所述缓冲组件包括环形缓冲座、设于所述环形缓冲座内的环形缓冲腔、沿所述环形缓冲腔的环向方向设置的若干缓冲弹簧以及一端同所述增压组件连接的环形钢支撑，所述环形钢支撑另一端延伸至所述环形缓冲腔内并连接有环形钢垫，所述环形钢垫与对应所述环形缓冲腔内的所述缓冲弹簧接触或连接。

47、所述环形缓冲座由筒型缓冲内侧钢板、筒型缓冲外侧钢板、环形缓冲底板及环形钢卡板组成，所述环形钢卡板上开设有同所述环形缓冲腔相连通的环形槽口，所述环形槽口环宽小于所述环形缓冲腔环宽，所述环形钢垫环宽大于所述环形槽口环宽。

48、所述压力传感器沿所述支撑端盖内侧周向设置，每一所述速度传感器位于相邻两个所述压力传感器之间。

49、本发明的优点是：

50、(1)减少高层建筑初始泵送压力，保证施工安全，同时降低泵送设备压力和输送管强度要求，减少设备成本投入；

51、(2)该电磁式无轴泵推多级增压装置可增加泵送混凝土的泵送高度；

52、(3)该电磁式无轴泵推多级增压装置的管道内部空间大，有利于混凝土的泵送；

53、(4)串联的多级增压组件可实现多次增压；

54、(5)可计算确定保持输送管恒压状态时，电磁式无轴泵推多级增压装置间输送管的长度；

55、(6)时刻监测混凝土泵送进口压力，实时调整电磁式无轴泵推多级增压装置转速，节能减排；

56、(7)时刻监测电磁式无轴泵推多级增压装置出口压力，循环补偿调整叶片转速，保证压力满足需求和压力稳定；

57、(8)软管处加设电磁式无轴泵推多级增压装置可保证浇筑压力满足要求，使浇筑混凝土更密实。