超高层混凝土无轴泵推带补偿的复压泵送系统及工作方法与流程

本发明涉及超高层泵送混凝土管道输送的，尤其是一种超高层混凝土无轴泵推带补偿的复压泵送系统及工作方法。

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、目前我国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 103541550a《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。

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，提供了一种超高层混凝土无轴泵推带补偿的复压泵送系统及工作方法，该泵送系统在输送管上布设无轴泵推增压装置，以往高层建筑上泵送混凝土，其中，该无轴泵推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，通过电机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满足要求，可以保证浇筑的施工质量；同时通过压力传感器监测该无轴泵推增压装置混凝土出口压力，实时循环调整补偿叶片转速，确定压力稳定；另外该无轴泵推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、一种超高层混凝土无轴泵推带补偿的复压泵送系统，用于高层建筑的混凝土泵送，其特征在于：包括混凝土料机、输送管、注浆软管和无轴泵推增压装置，所述输送管的两端分别同所述混凝土料机和所述注浆软管连接，所述无轴泵推增压装置安装在所述输送管上，所述无轴泵推增压装置包括增压组件、分别安装在所述增压组件两端的两个缓冲组件以及分别同两个所述缓冲组件连接的两个连接管，所述增压组件、所述缓冲组件和所述连接管为同轴设置；所述增压组件包括筒型防护罩、转子组件、安装在所述筒型防护罩内的动力组件以及设于所述转子组件和所述动力组件两端的支撑端盖，所述动力组件驱动所述转子组件旋转；所述动力组件包括沿所述筒型防护罩周向设置的若干电机组，每个所述电机组由两个相对设置的电机组成，两个所述电机分别安装在电机座的两侧，所述电机的电机轴上连接有动力齿轮，所述动力齿轮延伸至所述筒型防护罩外。

4、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支撑端盖连接的环形钢支撑，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。

5、所述转子组件包括钢筒、转动齿环、环形滑块以及叶片，所述转动齿环设于所述钢筒两端并同所述动力齿轮相啮合，所述环形滑块设于所述钢筒的两端并同所述支撑端盖的环形滑槽相配合，所述叶片沿所述钢筒内壁周向设置。

6、所述钢筒上设有压力传感器和速度传感器，所述压力传感器和所述速度传感器分别电连接于处理器。

7、所述压力传感器沿所述钢筒周向设置，每一所述速度传感器位于于相邻两个所述压力传感器之间；所述压力传感器包括压力传感器一和压力传感器二，所述速度传感器包括速度传感器一和速度传感器二，所述压力传感器一和所述速度传感器一均位于所述增压组件的下端所述转动齿环的侧部，所述压力传感器二和所述速度传感器二均位于所述增压组件的上端所述转动齿环的侧部。

8、所述混凝土料机包括储料仓和基座，所述储料仓安装在所述基座上。

9、一种超高层混凝土无轴泵推带补偿的复压泵送系统的工作方法，其特征在于所述工作方法包括：开启无轴泵推增压装置上的电机、压力传感器和速度传感器，通过所述电机驱动所述无轴泵推增压装置转动，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无轴泵推增压装置的转速，并通过混凝土料机将混凝土泵送至高层建筑的对应位置处；其中，需对所述无轴泵推增压装置的转速进行计算和补偿。

10、所述无轴泵推增压装置的转速的计算方法包括：

11、设无轴泵推增压装置长度为δl，无轴泵推增压装置内径为d，泵送混凝土自重为γ，g为重力加速度；

12、无轴泵推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主要由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，即无轴泵推增压装置内混凝土垂直向上泵送总的压力损失δpfi为：

13、δpfi＝δpvc+δpγ 式1；

14、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：

15、

16、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；

17、混凝土垂直泵送时每米混凝土重力产生的压力δpγm为：

18、δpγm＝γ 式3；

19、将式2和式3代入式1内，可得无轴泵推增压装置内混凝土垂直向上泵送总的压力损失δpfi为：

20、

21、无轴泵推增压装置对泵送混凝土产生的压力pw为：

22、pw＝γv2/2g＝γ[v1/(πnr/30v0)]2/2g 式5；

23、式中：v是无轴泵推增压装置为混凝土提供的流速，v＝v1/(ωr/v0)＝v1/(πnr/30v0)；ω是无轴泵推增压装置角速度；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；

24、设无轴泵推增压装置要求输出混凝土压力为peh，进入无轴泵推增压装置内混凝土轴向压力为ps，若使无轴泵推增压装置输出混凝土压力为peh，则无轴泵推增压装置需要提供的压力pw为：

25、

26、令式5等于式6，可得为恢复要求输出压力peh时，无轴泵推增压装置的转速n为：

27、

28、通过压力传感器一监测无轴泵推增压装置进口处混凝土压力径向压力为pd1，对于普通混凝土，输送管道内混凝土径向压力pd1与轴向压力ps1之比α＝0.90，则进入无轴泵推增压装置内混凝土轴向压力ps1＝pd1/α；

29、通过速度传感器一监测无轴泵推增压装置进口处混凝土流速为vm1；

30、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无轴泵推增压装置的转速n为：

31、

32、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：

33、δpvcm＝δpvum＝0.015+0.057η 式9；

34、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；

35、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无轴泵推增压装置的转速n为：

36、

37、所述无轴泵推增压装置的转速的补偿方法包括：

38、通过速度传感器二监测无轴泵推增压装置出口处混凝土流速vm2；

39、通过压力传感器二监测无轴泵推增压装置出口处混凝土压力径向压力pd2，得无轴泵推增压装置出口处混凝土轴向压力ps2＝pd2/α，用于调整无轴泵推增压装置转速n；

40、若peh-ps2>0，无轴泵推增压装置的转速ne增加δn，若peh-ps2<0，无轴泵推增压装置的转速ne减少δn，则对于普通混凝土，补偿转速后实际泵送混凝土时最终无轴泵推增压装置的转速ne为：

41、

42、对于高强混凝土，补偿转速后实际泵送混凝土时最终无轴泵推增压装置的转速ne为：

43、

44、本发明的优点是：

45、(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；

46、(2)可增加泵送混凝土的泵送高度；

47、(3)该无轴泵推增压装置的管道内部空间大，有利于混凝土的泵送；

48、(4)时刻监测混凝土泵送压力，实时调整无轴泵推增压装置转速，节能减排；

49、(5)时刻监测无轴泵推增压装置出口压力，循环补偿调整叶片转速，保证压力满足需求和压力稳定；

50、(6)软管处加设无轴泵推增压装置可保证浇筑压力满足要求，使浇筑混凝土更密实。