[发明专利]一种测定混凝土泵送压力与流量关系的装置及方法

权利要求书

1.一种测定混凝土泵送压力与流量关系的方法，其特征在于，

所述方法利用测定混凝土泵送压力与流量关系的装置进行，所述装置包括：

容器，盛放待测混凝土，采用泵管内层样品制成，底部设置有外螺纹；

基座，中部设置有U型凹槽，所述凹槽中设置有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，所述容器内嵌于所述凹槽中并与所述基座螺纹连接；

透明盖板，与所述容器顶部可拆卸连接，轴心处设置有轴孔；所述透明盖板的上表面由圆心沿半径方向设置有刻度尺；

电机，与所述基座连接，并可驱动所述基座和容器旋转；

支撑架，设置于所述容器外侧且横跨所述容器顶部；

扭矩传感器，固定于所述支撑架上，并位于所述容器的正上方；以及，

扇叶型转子，包括转轴和若干固结在所述转轴上的叶片，所述叶片位于所述容器内，所述转轴穿过所述透明盖板的轴孔与所述扭矩传感器连接，所述扇叶型转子与所述容器同轴心且高度相同；

所述方法包括如下步骤：

S1.将新拌混凝土灌注至高度为h、内径为r₀的容器内，盖上透明盖板；

S2.启动电机，以一定转速N驱动基座及容器旋转，容器的角速度为ω＝2πN，线速度为v₀＝ωr_o＝2πNr_o；

S3.至混凝土旋转稳定后，靠近容器内壁的混凝土旋转，靠近容器中心区域的混凝土不旋转，转速v_p＝0；测量不旋转区域的半径r_p，并由扭矩传感器读取扇叶型转子所承受反作用扭矩T；

S4.将容器旋转而扇叶型转子不旋转，等价为容器不旋转而扇叶型转子旋转，从而模拟混凝土泵送工况，则容器中旋转区域的混凝土等价为混凝土泵送中的润滑层，不旋转区域的混凝土等价为混凝土泵送中的栓塞流；容器中，混凝土栓塞流半径为r_p，作用于栓塞流的扭矩为T；等价后，栓塞流区域的流速v'_p＝v₀＝2πNr_o；润滑层区域的内径为r_p、外径为r₀，且r_p处流速为v'_p、r₀处流速为v'₀＝v_p＝0，并近似假设润滑层的流速与半径之间为线性关系；由栓塞流区域混凝土流量Q₁及润滑层区域混凝土流量Q₂可得出混凝土泵送流量Q，具体参见公式一；其中，

S5.假设容器等价泵管微元底部压强为P+dp、顶部压强为P，由平衡关系可得出公式二，根据混凝土泵送中泵管实际长度L，并结合公式二可得出混凝土克服摩擦所致泵送压力损失P_s的计算公式三，其中，

其中，dp为压力损失的微分，τ_o为容器内壁受到的剪切应力，dL为容器长度的微分；

S6.重复步骤S2至步骤S5，通过改变扭矩T、转数N，得出相应多组混凝土泵送压力损失P_S、泵送流量Q的关系，绘制P_S-Q曲线，并制定泵送施工方案。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，公式一简化为：

Q≈Q₁＝πr_p²v₀＝πr_p²·2πNr_o。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述装置还包括底座，底座位于所述基座的下方，且所述电机位于所述底座内。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述支撑架包括若干竖杆，以及与所述竖杆固定连接的连接杆，以及位于所述透明盖板轴孔的正上方且与所述连接杆另一端固结的托盘；

所述托盘上设置有供所述转轴穿过的通孔，所述扭矩传感器固定在所述托盘上。