專利名稱：高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種噴嘴的試驗(yàn)裝置，特別涉及一種適用于對(duì)高壓旋 噴噴嘴進(jìn)行選型的試驗(yàn)裝置，屬于建筑工程領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著地下空間開發(fā)向著大深度方向發(fā)展，地基旋噴加固工藝也相應(yīng)向 著追求大深度、大樁徑的方向發(fā)展。高壓旋噴注漿法是把注漿管放入(或 鉆入)地下預(yù)定深度后，通過地面的高壓設(shè)備使裝置在注漿管上的噴嘴噴出20~40MPa的高壓射流沖擊切割地基土體，與此同時(shí)，注入水泥漿液使 之與沖下的土強(qiáng)制混合，待凝結(jié)后在土中形成具有一定強(qiáng)度的固結(jié)樁體， 以達(dá)到加固改良地基土體的目的。上述高壓射流沖擊破壞土體的作用是多方面的，包括射流動(dòng)壓、射流 脈動(dòng)負(fù)荷、水錘沖擊力、空穴現(xiàn)象等因素，其中以噴射動(dòng)壓作用為主。由 動(dòng)量定性，噴射流在空氣中噴射時(shí)，其破壞力可由公式P-P. Q. Vm來確 定，其中P——破壞力(N)， P——噴射介質(zhì)的密度(kg/m3)， Q~~流量 (m3/s)， Vm——噴射流的平均速度(m/s)。由此可見，決定噴射切割效果 的因素是沖量而不是速度，因此，在實(shí)際施工中應(yīng)綜合考慮各種參數(shù)，如 噴嘴直徑、壓力、噴漿量和提升速度，以獲得最好的效果。在高壓旋噴噴射注漿工藝的設(shè)備體系中，噴嘴是核心元件之一，也是 直接影響高壓射流質(zhì)量的主要因素之一。國外的研究資料表明，在其他條 件與參數(shù)一定的條件下，不同的噴嘴結(jié)構(gòu)形式與尺寸對(duì)成樁效果有明顯的 影響。噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括有噴嘴的內(nèi)圓錐角e 、噴嘴出口的直徑do、 噴嘴的長徑比(直線段和出口直徑的比值)等。就目前國內(nèi)旋噴噴嘴而言， 噴嘴的結(jié)構(gòu)形式還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，市場可供旋噴施工用噴嘴的規(guī)格相對(duì) 較多。在高壓旋噴施工參數(shù)以及噴嘴尺寸結(jié)構(gòu)對(duì)成樁直徑和成樁質(zhì)量的影 響方面，國內(nèi)的研究工作尚屬于起步階段，目前還缺乏高壓旋噴施工中與 最佳噴射效果所對(duì)應(yīng)的噴嘴結(jié)構(gòu)形式方面的研究成果。在實(shí)際高壓旋噴施 工中，由于工程的復(fù)雜性和難控制性等一系列問題，如何選擇具有合理結(jié) 構(gòu)參數(shù)的噴嘴，以取得較佳的高壓射流質(zhì)量，就成了獲得最佳旋噴效果的 技術(shù)關(guān)鍵。為了深入開展高壓旋噴噴嘴的尺寸結(jié)構(gòu)對(duì)噴射效果的影響的研究，為 滿足實(shí)際旋噴注漿施工獲得最佳旋噴效果而挑選噴嘴類型的需要，就必須 具備對(duì)各種結(jié)構(gòu)型式的高壓旋噴噴嘴噴射效果進(jìn)行測量試驗(yàn)的裝置，目前 現(xiàn)有技術(shù)在這一領(lǐng)域中尚屬空白。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)在試驗(yàn)測量不同類型 高壓旋噴噴嘴的噴射效果方面的技術(shù)空白，提供一種高壓旋噴噴嘴選型試 驗(yàn)裝置，其可以對(duì)各種高壓旋噴噴嘴在旋噴過程中實(shí)現(xiàn)的旋噴效果參數(shù)進(jìn) 行實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄，從而確定在獲得最大噴射壓力時(shí)的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)，達(dá)到 合理選擇噴嘴類型的目的。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下-一種高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置，包括有主體結(jié)構(gòu)、供水部件、供氣 部件和監(jiān)測部件；所述主體結(jié)構(gòu)包括一水箱，該水箱內(nèi)的一側(cè)設(shè)置有噴嘴
固定架，該噴嘴固定架上設(shè)有入氣口、入水口并可安裝被測噴嘴，在水箱 內(nèi)另一側(cè)的端板上設(shè)置有與被測噴嘴中心水平同軸的測力油缸，該測力油缸連接有油壓傳感器和油壓壓力表；所述供水部件可顯示水的壓力和流量 且連接于噴嘴固定架的入水口；所述供氣部件可顯示壓縮空氣的壓力和流 量且連接于噴嘴固定架的入氣口；所述監(jiān)測部件與測力油缸的油壓傳感器 相連接且可實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄測力油缸上的受力數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型所述的高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置，其供水部件可由電磁 流量計(jì)、高壓水泵、水壓壓力表和水壓傳感器依次串聯(lián)連接而構(gòu)成，其電 磁流量計(jì)一端與水箱相連接，水壓傳感器一端與噴嘴固定架的入水口相連 接；所述供氣部件可由空氣壓縮機(jī)、玻璃流量計(jì)、氣壓壓力表和氣壓傳感 器依次串聯(lián)連接而構(gòu)成，其氣壓傳感器一端與噴嘴固定架的入氣口相連接; 所述監(jiān)測部件可包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)內(nèi)裝有實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng) 并通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器與油壓傳感器相連接；所述水箱內(nèi)還設(shè)置有行程調(diào)整架， 噴頭固定架位置可調(diào)地安裝在該行程調(diào)整架上以調(diào)節(jié)被測噴嘴與測力油缸 的距離。本實(shí)用新型填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，通過一物理模擬試驗(yàn)裝置，將高 壓水和壓縮空氣通入被測高壓旋噴噴嘴并模擬施工噴射，然后在測力油缸 上實(shí)時(shí)測出受力數(shù)據(jù)并進(jìn)行監(jiān)測和處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴嘴噴射效果參數(shù)的 試驗(yàn)測量，并進(jìn)而確定對(duì)應(yīng)于最優(yōu)噴射效果的最佳噴嘴參數(shù)和選擇合理的 噴嘴類型。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中l(wèi)一水箱 2—電磁流量計(jì) 3—水壓壓力表 4—水壓傳感器 5—高壓水泵 6—噴嘴固定架 7—被測噴嘴 8—空氣壓縮機(jī) 9一玻璃流量計(jì)IO—?dú)鈮簜鞲衅?ll--氣壓壓力表12—測力油缸 13—油壓傳感器14一油壓壓力表 15-信號(hào)轉(zhuǎn)換器 16—計(jì)算機(jī)17 —行程調(diào)整架具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 請(qǐng)參閱圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖示高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝 置包括有主體結(jié)構(gòu)、供水部件、供氣部件和監(jiān)測部件。所述主體結(jié)構(gòu)包括 一內(nèi)部可盛有試驗(yàn)用水的水箱1，該水箱1內(nèi)設(shè)置有行程調(diào)整架17，該行 程調(diào)整架17安裝有一噴嘴固定架6，該噴嘴固定架6的位置靠近水箱1的 一側(cè)，其上設(shè)有入氣口、入水口和噴嘴安裝口，被測噴嘴7可以通過噴嘴 安裝口安裝在噴嘴固定架6上。在水箱l內(nèi)另一側(cè)的端板上設(shè)置有一測力 油缸12，該測力油缸12與噴嘴固定架6相隔一個(gè)距離，其軸線與安裝在噴 嘴固定架6上的被測噴嘴7的中心水平同軸，測力油缸12連接有油壓傳感 器13和油壓壓力表14,該油壓傳感器13可測量測力油缸12上的受力，并 通過油壓壓力表14顯示出來。在行程調(diào)整架17上設(shè)有許多不同位置的安 裝固定孔，通過安裝在不同的安裝固定孔上，噴頭固定架6可調(diào)整其在行 程調(diào)整架17上的位置，從而調(diào)節(jié)被測噴嘴7與測力油缸12之間的距離。 所述供水部件是用以對(duì)被測噴嘴7提供高壓水的一組水路器件，其連接于 噴嘴固定架6的入水口上，并且還連接有可測試和顯示管路中水流的水壓 和流量的測量元件。該供水部件可以由固定水路上通過增壓元件來實(shí)現(xiàn)， 也可以另行單獨(dú)設(shè)置。在圖1所示實(shí)施例中，所述供水部件由電磁流量計(jì)2、 高壓水泵5、水壓壓力表3和水壓傳感器4依次用高壓軟管串聯(lián)連接而構(gòu)成，
該電磁流量計(jì)2用以測量和顯示水路中的水流量，其一端與水箱相連接以 汲取試驗(yàn)用水，該水壓傳感器4用以測量管路中的水壓并通過水壓壓力表3 顯示出來，其一端與噴嘴固定架6的入水口相連接以向被測噴嘴7提供高 壓水。所述供氣部件是用以對(duì)被測噴嘴7提供壓縮空氣的一組氣路器件， 其連接于噴嘴固定架6的入氣口上，并且還連接有可測試和顯示管路中氣 流的氣壓和流量的測量元件。該供氣部件可由現(xiàn)成的高壓氣路直接擔(dān)任， 也可以另行單獨(dú)設(shè)置。在圖1所示實(shí)施例中，所述供氣部件由空氣壓縮機(jī)8、 玻璃流量計(jì)9、氣壓壓力表11和氣壓傳感器IO依次用高壓軟管串聯(lián)連接而 構(gòu)成，該氣壓傳感器10用以測量管路中的氣壓并通過氣壓壓力表11顯示 出來，其一端與噴嘴固定架6的入氣口相連接以便向被測噴嘴7提供壓縮 空氣，該玻璃流量計(jì)9用以測量和顯示氣路中的氣流量。所述監(jiān)測部件是 用以實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄測力油缸12上受力數(shù)據(jù)的電子器件，其與油壓傳感器13 相連接，在圖1所示實(shí)施例中，該監(jiān)測部件包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器15和計(jì)算機(jī)16， 該信號(hào)轉(zhuǎn)換器15 —端連接油壓傳感器13，實(shí)時(shí)采集油壓傳感器13測出的 測力油缸12上受力的模擬信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)16可處理的數(shù)字信 號(hào)，其另一端連接計(jì)算機(jī)16，該計(jì)算機(jī)16內(nèi)裝有實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，其可以處 理由信號(hào)轉(zhuǎn)換器15輸入的數(shù)據(jù)。
應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行高壓旋噴噴嘴的噴射試驗(yàn)可按下述步驟操作。首 先將被測噴嘴7安裝在噴嘴固定架6上，嘴口對(duì)準(zhǔn)測力油缸12，在水箱1 中注入試驗(yàn)用水；然后開啟高壓水泵5，將水箱1中的水通過高壓軟管泵入 噴嘴固定架6中，調(diào)節(jié)高壓水泵5到預(yù)定的狀態(tài)，通過電磁流量計(jì)2、水壓 壓力表3和水壓傳感器4得到高壓水的壓力Pl和流量Ql;再后開啟空氣 壓縮機(jī)8，通過高壓軟管將壓縮空氣送入噴嘴固定架6，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)8 達(dá)到預(yù)定狀態(tài)，由玻璃流量計(jì)9、氣壓壓力表11和氣壓傳感器IO得到壓縮 空氣的壓力P2和流量Q2;高壓水和壓縮空氣經(jīng)過噴嘴固定架6形成同軸 有氣幕保護(hù)的高壓水射流W (見圖1)，由被測噴嘴7噴射到測力油缸12 的受力面上；油壓傳感器13可實(shí)時(shí)測出測力油缸12受到高壓水射流W的 沖擊力大小的模擬信號(hào)并輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換器15，與此同時(shí)油壓壓力表14可顯 示出受力數(shù)值；最后信號(hào)轉(zhuǎn)換器15將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)16，該 計(jì)算機(jī)16對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄結(jié)果的目的。 通過更換不同的被測噴嘴7、調(diào)節(jié)被測噴嘴7與測力油缸12的距離以及調(diào) 定不同的水、氣的流量和壓力值，可以得到不同類型旋噴噴嘴在不同試驗(yàn) 條件下的大量噴射性能數(shù)據(jù)，之后即可通過數(shù)據(jù)比較，優(yōu)選出在一定流量 和壓力條件下，相應(yīng)于最佳噴射性能的最合適的噴嘴結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)尺寸。 本實(shí)用新型所述高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置曾在Pl=40MPa, Ql=75 1/min， P2=1.0MPa， Q2=6 m3/min的設(shè)定條件下，對(duì)5種結(jié)構(gòu)類型7個(gè)尺寸 系列的13個(gè)噴嘴進(jìn)行測定試驗(yàn)，其噴嘴出口孔徑依次為2.0 mm、 2.1咖、2.2 mm、 2.4咖、2.6咖、2.8 mm、 3.0咖。最后試驗(yàn)結(jié)果表明，出口孔徑為2.6mm 的噴嘴可達(dá)到最佳的噴射效果，從而可以確認(rèn)噴嘴出口孔徑的優(yōu)選值為 2.6mm。
權(quán)利要求1、一種高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置，其特征在于該裝置包括有主體結(jié)構(gòu)、供水部件、供氣部件和監(jiān)測部件；所述主體結(jié)構(gòu)包括一水箱，該水箱內(nèi)的一側(cè)設(shè)置有噴嘴固定架，該噴嘴固定架上設(shè)有入氣口、入水口并可安裝被測噴嘴，在水箱內(nèi)另一側(cè)的端板上設(shè)置有與被測噴嘴中心水平同軸的測力油缸，該測力油缸連接有油壓傳感器和油壓壓力表；所述供水部件可顯示水的壓力和流量且連接于噴嘴固定架的入水口；所述供氣部件可顯示壓縮空氣的壓力和流量且連接于噴嘴固定架的入氣口；所述監(jiān)測部件與測力油缸的油壓傳感器相連接且可實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄測力油缸上的受力數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置，其特征在于: 所述供水部件由電磁流量計(jì)、高壓水泵、水壓壓力表和水壓傳感器依次串 聯(lián)連接而構(gòu)成，其電磁流量計(jì)一端與水箱相連接，水壓傳感器一端與噴嘴 固定架的入水口相連接；所述供氣部件由空氣壓縮機(jī)、玻璃流量計(jì)、氣壓 壓力表和氣壓傳感器依次串聯(lián)連接而構(gòu)成，其氣壓傳感器一端與噴嘴固定 架的入氣口相連接；所述監(jiān)測部件包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)內(nèi) 裝有實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)并通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器與油壓傳感器相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置，其特征 在于所述水箱內(nèi)設(shè)置有行程調(diào)整架，所述噴頭固定架位置可調(diào)地安裝在 該行程調(diào)整架上以調(diào)節(jié)被測噴嘴與測力油缸的距離。
專利摘要一種高壓旋噴噴嘴選型試驗(yàn)裝置，包括有主體結(jié)構(gòu)、供水部件、供氣部件和監(jiān)測部件；主體結(jié)構(gòu)包括一水箱，該水箱內(nèi)設(shè)置有噴嘴固定架和測力油缸，該噴嘴固定架上設(shè)有入氣口、入水口并可安裝被測噴嘴，該測力油缸連接有油壓傳感器和油壓壓力表；供水部件可顯示水的壓力和流量且連接于入水口；供氣部件可顯示壓縮空氣的壓力和流量且連接于入氣口；監(jiān)測部件與油壓傳感器相連接且可實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄測力油缸上的受力數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型填補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的空白，其可以對(duì)各種高壓旋噴噴嘴實(shí)現(xiàn)的旋噴效果參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測量，從而確定在獲得最大噴射壓力時(shí)的噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)，達(dá)到合理選擇噴嘴類型的目的。
文檔編號(hào)G01M99/00GK201025463SQ20062004716
公開日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者商濤平, 朱衛(wèi)杰, 肖曉春, 亮 郭, 曄 錢, 黃均龍 申請(qǐng)人:上海隧道工程股份有限公司