专利名称：高压旋喷喷嘴选型试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种喷嘴的试验装置，特别涉及一种适用于对高压旋 喷喷嘴进行选型的试验装置，属于建筑工程领域。
技术背景随着地下空间开发向着大深度方向发展，地基旋喷加固工艺也相应向 着追求大深度、大桩径的方向发展。高压旋喷注浆法是把注浆管放入(或 钻入)地下预定深度后，通过地面的高压设备使装置在注浆管上的喷嘴喷出20~40MPa的高压射流冲击切割地基土体，与此同时，注入水泥浆液使 之与冲下的土强制混合，待凝结后在土中形成具有一定强度的固结桩体， 以达到加固改良地基土体的目的。上述高压射流冲击破坏土体的作用是多方面的，包括射流动压、射流 脉动负荷、水锤冲击力、空穴现象等因素，其中以喷射动压作用为主。由 动量定性，喷射流在空气中喷射时，其破坏力可由公式P-P. Q. Vm来确 定，其中P——破坏力(N)， P——喷射介质的密度(kg/m3)， Q~~流量 (m3/s)， Vm——喷射流的平均速度(m/s)。由此可见，决定喷射切割效果 的因素是冲量而不是速度，因此，在实际施工中应综合考虑各种参数，如 喷嘴直径、压力、喷浆量和提升速度，以获得最好的效果。在高压旋喷喷射注浆工艺的设备体系中，喷嘴是核心元件之一，也是 直接影响高压射流质量的主要因素之一。国外的研究资料表明，在其他条 件与参数一定的条件下，不同的喷嘴结构形式与尺寸对成桩效果有明显的 影响。喷嘴的结构参数主要包括有喷嘴的内圆锥角e 、喷嘴出口的直径do、 喷嘴的长径比(直线段和出口直径的比值)等。就目前国内旋喷喷嘴而言， 喷嘴的结构形式还没有统一的规定，市场可供旋喷施工用喷嘴的规格相对 较多。在高压旋喷施工参数以及喷嘴尺寸结构对成桩直径和成桩质量的影 响方面，国内的研究工作尚属于起步阶段，目前还缺乏高压旋喷施工中与 最佳喷射效果所对应的喷嘴结构形式方面的研究成果。在实际高压旋喷施 工中，由于工程的复杂性和难控制性等一系列问题，如何选择具有合理结 构参数的喷嘴，以取得较佳的高压射流质量，就成了获得最佳旋喷效果的 技术关键。为了深入开展高压旋喷喷嘴的尺寸结构对喷射效果的影响的研究，为 满足实际旋喷注浆施工获得最佳旋喷效果而挑选喷嘴类型的需要，就必须 具备对各种结构型式的高压旋喷喷嘴喷射效果进行测量试验的装置，目前 现有技术在这一领域中尚属空白。发明内容本实用新型所要解决的技术问题是填补现有技术在试验测量不同类型 高压旋喷喷嘴的喷射效果方面的技术空白，提供一种高压旋喷喷嘴选型试 验装置，其可以对各种高压旋喷喷嘴在旋喷过程中实现的旋喷效果参数进 行实时监测记录，从而确定在获得最大喷射压力时的喷嘴结构参数，达到 合理选择喷嘴类型的目的。本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案如下-一种高压旋喷喷嘴选型试验装置，包括有主体结构、供水部件、供气 部件和监测部件；所述主体结构包括一水箱，该水箱内的一侧设置有喷嘴
固定架，该喷嘴固定架上设有入气口、入水口并可安装被测喷嘴，在水箱 内另一侧的端板上设置有与被测喷嘴中心水平同轴的测力油缸，该测力油缸连接有油压传感器和油压压力表；所述供水部件可显示水的压力和流量 且连接于喷嘴固定架的入水口；所述供气部件可显示压縮空气的压力和流 量且连接于喷嘴固定架的入气口；所述监测部件与测力油缸的油压传感器 相连接且可实时监测记录测力油缸上的受力数据。本实用新型所述的高压旋喷喷嘴选型试验装置，其供水部件可由电磁 流量计、高压水泵、水压压力表和水压传感器依次串联连接而构成，其电 磁流量计一端与水箱相连接，水压传感器一端与喷嘴固定架的入水口相连 接；所述供气部件可由空气压縮机、玻璃流量计、气压压力表和气压传感 器依次串联连接而构成，其气压传感器一端与喷嘴固定架的入气口相连接; 所述监测部件可包括信号转换器和计算机，该计算机内装有实时监测系统 并通过信号转换器与油压传感器相连接；所述水箱内还设置有行程调整架， 喷头固定架位置可调地安装在该行程调整架上以调节被测喷嘴与测力油缸 的距离。本实用新型填补了现有技术的空白，通过一物理模拟试验装置，将高 压水和压縮空气通入被测高压旋喷喷嘴并模拟施工喷射，然后在测力油缸 上实时测出受力数据并进行监测和处理，从而实现对喷嘴喷射效果参数的 试验测量，并进而确定对应于最优喷射效果的最佳喷嘴参数和选择合理的 喷嘴类型。
图1为本实用新型的结构示意图。 图中l一水箱 2—电磁流量计 3—水压压力表 4—水压传感器 5—高压水泵 6—喷嘴固定架 7—被测喷嘴 8—空气压縮机 9一玻璃流量计IO—气压传感器 ll--气压压力表12—测力油缸 13—油压传感器14一油压压力表 15-信号转换器 16—计算机17 —行程调整架具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。 请参阅图1本实用新型的结构示意图，图示高压旋喷喷嘴选型试验装 置包括有主体结构、供水部件、供气部件和监测部件。所述主体结构包括 一内部可盛有试验用水的水箱1，该水箱1内设置有行程调整架17，该行 程调整架17安装有一喷嘴固定架6，该喷嘴固定架6的位置靠近水箱1的 一侧，其上设有入气口、入水口和喷嘴安装口，被测喷嘴7可以通过喷嘴 安装口安装在喷嘴固定架6上。在水箱l内另一侧的端板上设置有一测力 油缸12，该测力油缸12与喷嘴固定架6相隔一个距离，其轴线与安装在喷 嘴固定架6上的被测喷嘴7的中心水平同轴，测力油缸12连接有油压传感 器13和油压压力表14,该油压传感器13可测量测力油缸12上的受力，并 通过油压压力表14显示出来。在行程调整架17上设有许多不同位置的安 装固定孔，通过安装在不同的安装固定孔上，喷头固定架6可调整其在行 程调整架17上的位置，从而调节被测喷嘴7与测力油缸12之间的距离。 所述供水部件是用以对被测喷嘴7提供高压水的一组水路器件，其连接于 喷嘴固定架6的入水口上，并且还连接有可测试和显示管路中水流的水压 和流量的测量元件。该供水部件可以由固定水路上通过增压元件来实现， 也可以另行单独设置。在图1所示实施例中，所述供水部件由电磁流量计2、 高压水泵5、水压压力表3和水压传感器4依次用高压软管串联连接而构成，
该电磁流量计2用以测量和显示水路中的水流量，其一端与水箱相连接以 汲取试验用水，该水压传感器4用以测量管路中的水压并通过水压压力表3 显示出来，其一端与喷嘴固定架6的入水口相连接以向被测喷嘴7提供高 压水。所述供气部件是用以对被测喷嘴7提供压縮空气的一组气路器件， 其连接于喷嘴固定架6的入气口上，并且还连接有可测试和显示管路中气 流的气压和流量的测量元件。该供气部件可由现成的高压气路直接担任， 也可以另行单独设置。在图1所示实施例中，所述供气部件由空气压縮机8、 玻璃流量计9、气压压力表11和气压传感器IO依次用高压软管串联连接而 构成，该气压传感器10用以测量管路中的气压并通过气压压力表11显示 出来，其一端与喷嘴固定架6的入气口相连接以便向被测喷嘴7提供压縮 空气，该玻璃流量计9用以测量和显示气路中的气流量。所述监测部件是 用以实时监测记录测力油缸12上受力数据的电子器件，其与油压传感器13 相连接，在图1所示实施例中，该监测部件包括信号转换器15和计算机16， 该信号转换器15 —端连接油压传感器13，实时采集油压传感器13测出的 测力油缸12上受力的模拟信号，并将其转换为计算机16可处理的数字信 号，其另一端连接计算机16，该计算机16内装有实时监测系统，其可以处 理由信号转换器15输入的数据。
应用本实用新型进行高压旋喷喷嘴的喷射试验可按下述步骤操作。首 先将被测喷嘴7安装在喷嘴固定架6上，嘴口对准测力油缸12，在水箱1 中注入试验用水；然后开启高压水泵5，将水箱1中的水通过高压软管泵入 喷嘴固定架6中，调节高压水泵5到预定的状态，通过电磁流量计2、水压 压力表3和水压传感器4得到高压水的压力Pl和流量Ql;再后开启空气 压縮机8，通过高压软管将压縮空气送入喷嘴固定架6，调节空气压縮机8 达到预定状态，由玻璃流量计9、气压压力表11和气压传感器IO得到压縮 空气的压力P2和流量Q2;高压水和压縮空气经过喷嘴固定架6形成同轴 有气幕保护的高压水射流W (见图1)，由被测喷嘴7喷射到测力油缸12 的受力面上；油压传感器13可实时测出测力油缸12受到高压水射流W的 冲击力大小的模拟信号并输入信号转换器15，与此同时油压压力表14可显 示出受力数值；最后信号转换器15将转换后的数字信号输入计算机16，该 计算机16对输入数据进行运算和处理，达到实时监测和记录结果的目的。 通过更换不同的被测喷嘴7、调节被测喷嘴7与测力油缸12的距离以及调 定不同的水、气的流量和压力值，可以得到不同类型旋喷喷嘴在不同试验 条件下的大量喷射性能数据，之后即可通过数据比较，优选出在一定流量 和压力条件下，相应于最佳喷射性能的最合适的喷嘴结构类型和结构尺寸。 本实用新型所述高压旋喷喷嘴选型试验装置曾在Pl=40MPa, Ql=75 1/min， P2=1.0MPa， Q2=6 m3/min的设定条件下，对5种结构类型7个尺寸 系列的13个喷嘴进行测定试验，其喷嘴出口孔径依次为2.0 mm、 2.1咖、2.2 mm、 2.4咖、2.6咖、2.8 mm、 3.0咖。最后试验结果表明，出口孔径为2.6mm 的喷嘴可达到最佳的喷射效果，从而可以确认喷嘴出口孔径的优选值为 2.6mm。
权利要求1、一种高压旋喷喷嘴选型试验装置，其特征在于该装置包括有主体结构、供水部件、供气部件和监测部件；所述主体结构包括一水箱，该水箱内的一侧设置有喷嘴固定架，该喷嘴固定架上设有入气口、入水口并可安装被测喷嘴，在水箱内另一侧的端板上设置有与被测喷嘴中心水平同轴的测力油缸，该测力油缸连接有油压传感器和油压压力表；所述供水部件可显示水的压力和流量且连接于喷嘴固定架的入水口；所述供气部件可显示压缩空气的压力和流量且连接于喷嘴固定架的入气口；所述监测部件与测力油缸的油压传感器相连接且可实时监测记录测力油缸上的受力数据。
2、 根据权利要求1所述的高压旋喷喷嘴选型试验装置，其特征在于: 所述供水部件由电磁流量计、高压水泵、水压压力表和水压传感器依次串 联连接而构成，其电磁流量计一端与水箱相连接，水压传感器一端与喷嘴 固定架的入水口相连接；所述供气部件由空气压縮机、玻璃流量计、气压 压力表和气压传感器依次串联连接而构成，其气压传感器一端与喷嘴固定 架的入气口相连接；所述监测部件包括信号转换器和计算机，该计算机内 装有实时监测系统并通过信号转换器与油压传感器相连接。
3、 根据权利要求1或2所述的高压旋喷喷嘴选型试验装置，其特征 在于所述水箱内设置有行程调整架，所述喷头固定架位置可调地安装在 该行程调整架上以调节被测喷嘴与测力油缸的距离。
专利摘要一种高压旋喷喷嘴选型试验装置，包括有主体结构、供水部件、供气部件和监测部件；主体结构包括一水箱，该水箱内设置有喷嘴固定架和测力油缸，该喷嘴固定架上设有入气口、入水口并可安装被测喷嘴，该测力油缸连接有油压传感器和油压压力表；供水部件可显示水的压力和流量且连接于入水口；供气部件可显示压缩空气的压力和流量且连接于入气口；监测部件与油压传感器相连接且可实时监测记录测力油缸上的受力数据。本实用新型填补了现有技术的空白，其可以对各种高压旋喷喷嘴实现的旋喷效果参数进行试验测量，从而确定在获得最大喷射压力时的喷嘴结构参数，达到合理选择喷嘴类型的目的。
文档编号G01M99/00GK201025463SQ20062004716
公开日2008年2月20日 申请日期2006年10月26日 优先权日2006年10月26日
发明者商涛平, 朱卫杰, 肖晓春, 亮 郭, 晔 钱, 黄均龙 申请人:上海隧道工程股份有限公司