一种超高层混凝土电磁式无轴泵推带补偿复压泵送方法

技术领域

本发明涉及超高层泵送混凝土管道输送的技术领域，尤其是一种超高层混凝土电磁式无轴泵推带补偿复压泵送方法。

背景技术

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。

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。

发明内容

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电磁式无轴泵推带补偿复压泵送方法，该泵送方法在输送管上布设电磁式无轴泵推增压装置，以往高层建筑上泵送混凝土，其中，该电磁式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电磁式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，确保压力稳定；另外该电磁式无轴泵推增压装置通过缓冲组件输送管连接，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。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种超高层混凝土电磁式无轴泵推带补偿复压泵送方法，其特征在于所述泵送方法包括：

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；

其中，所述输送管上布置有电磁式无轴泵推增压装置，所述电磁式无轴泵推增压装置包括增压组件，所述增压组件包括转子组件、动力组件、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，所述筒型防护罩上设置有同所述环形滑块相配合的环形滑槽，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，所述支撑端盖的内侧上设有压力传感器和速度传感器；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安装在所述增压组件的下端所述支撑端盖的侧部，所述压力传感器二和所述速度传感器二均安装在所述增压组件的上端所述支撑端盖的侧部；

开启所述电磁式无轴泵推增压装置上的所述动力组件、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所述电磁式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电磁式无轴泵推增压装置的转速，并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；其中，需对所述电磁式无轴泵推增压装置的转速进行计算和补偿。

所述电磁式无轴泵推增压装置的转速的计算方法包括：

设电磁式无轴泵推增压装置长度为ΔL，电磁式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；

电磁式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Δp

Δp

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Δp

式中：Δp

混凝土垂直泵送时每米混凝土重力产生的压力Δp

Δp

将式2和式3代入式1内，可得电磁式无轴泵推增压装置内混凝土垂直向上泵送总的压力损失Δp

电磁式无轴泵推增压装置对泵送混凝土产生的压力p

p

式中：v是电磁式无轴泵推增压装置为混凝土提供的流速，v＝v

设电磁式无轴泵推增压装置要求输出混凝土压力为p

令式5等于式6，可得为恢复要求输出压力p

通过压力传感器一监测电磁式无轴泵推增压装置进口处混凝土压力径向压力为p

通过速度传感器一监测电磁式无轴泵推增压装置进口处混凝土流速为v

旋转中心到叶尖半径为r

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Δp

Δp

式中：Δp

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电磁式无轴泵推增压装置的转速n为：

所述电磁式无轴泵推增压装置的转速的补偿方法包括：

通过速度传感器二监测电磁式无轴泵推增压装置出口处混凝土流速v

通过压力传感器二监测电磁式无轴泵推增压装置出口处混凝土压力径向压力p

若p

对于高强混凝土，对于高强混凝土，补偿转速后实际泵送混凝土时最终电磁式无轴泵推增压装置的转速n

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。

所述电磁式无轴泵推增压装置还包括缓冲组件和连接管，所述增压组件的两端均通过所述缓冲组件同所述连接管连接；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。

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。

所述压力传感器和所述速度传感器分别电连接于处理器。

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。

本发明的优点是：

(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；

(2)可增加泵送混凝土的泵送高度；

(3)该电磁式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；

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

(5)时刻监测电磁式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；

(6)软管处加设电磁式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。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明电磁式无轴泵推增压装置的示意图；

图3为本发明电磁式无轴泵推增压装置的剖面位置示意图；

图4为本发明控制系统的电路图；

图5为图3中A-A的剖面图；

图6为图3中B-B的剖面图；

图7为图3中C-C的剖面图；

图8为图3中D-D的剖面图；

图9为图3中E-E的剖面图；

图10为图3中F-F的剖面图；

如图1～10所示，图中标记分别表示为：

a.泵送系统，b.电磁式无轴泵推增压装置，c.高层建筑；

1.增压组件，2.缓冲组件，3.连接管，4.输送管，5.泵送混凝土输送方向，6.转动方向，7.混凝土料机，8.注浆软管；

11.转子组件，12.动力组件，13.筒型防护罩，14.支撑端盖，15.控制系统，111.钢筒，112.环形滑块，113.叶片，114.永磁铁，121.定子铁心，122.定子齿极，123.线匝，131.筒型防护罩外侧板，132.环形防护罩盖板，133.环形滑槽，151.压力传感器一，152.压力传感器二，153.速度传感器一，154.速度传感器二，155.处理器；

21.环形缓冲座，22.环形钢支撑，23.环形钢垫，24.环形缓冲腔，25.缓冲弹簧，26.橡胶垫圈，211.筒型缓冲内侧钢板，212.筒型缓冲外侧钢板，213.环形缓冲底板，214.环形钢卡板；

31.连接筒，32.螺纹；

71.储料仓，72.混凝土，73.基座。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：如图1-10所示，本实施例涉及一种超高层混凝土电磁式无轴泵推带补偿复压泵送方法，通过泵送系统a实现对高层建筑c的混凝土泵送，该泵送方法主要包括：

将混凝土料机7布置在地面上，在混凝土料机7上依次连接输送管4和注浆软管8，以使注浆软管8延伸至高层建筑c的对应位置处。

如图1-2所示，输送管4的进浆口同地面的混凝土料机7连接，输送管4的出浆口往上延伸并同注浆软管8连接，电磁式无轴泵推增压装置b设置有多个，电磁式无轴泵推增压装置b布置在输送管4上，电磁式无轴泵推增压装置b一部分布置在输送管4的竖向段上，另一部分布置在输送管4的水平段上，并且注浆软管8与输送管4的竖向段、混凝土料机7与输送管4的水平段之间均通过电磁式无轴泵推增压装置b连接，具体地，混凝土料机7包括储料仓71和基座73，储料仓71安装在基座74上，储料仓71内储存有混凝土72，利用混凝土料机7泵送混凝土72，混凝土72依次通过输送管4和注浆软管8泵送至高层建筑c的对应位置处。

如图1-2所示，该电磁式无轴泵推增压装置b主要包括增压组件1、缓冲组件2和连接管3，增压组件1、缓冲组件2和连接管3为同轴设置，缓冲组件2设有两个，两个缓冲组件2分别安装在增压组件1的两端，对应地，连接管3也设有两个，两个连接管3分别同两个缓冲组件2连接，连接管3螺纹连接于输送管4(注浆软管8、混凝土料机7)，具体地，连接管3为带有螺纹32的连接筒31，连接筒31一端同缓冲组件2固定连接、另一端通过其上的螺纹32同输送管4(注浆软管8、混凝土料机7)连接。

如图1-7所示，增压组件1包括转子组件11、动力组件12、筒型防护罩13、支撑端盖14和控制系统15，支撑端盖14设于筒型防护罩13两端，转子组件11和动力组件12均安装在筒型防护罩13内，并且动力组件12位于转子组件11外侧，动力组件12可以驱动转子组件11进行旋转。筒型防护罩13由筒型防护罩外侧板131和环形防护罩盖板132组成，环形防护罩盖板132上设有环形滑槽133。转子组件11包括钢筒111、环形滑块112、叶片113和永磁铁114，环形滑块112设于钢筒111两端，环形滑块112同环形滑槽133相配合，并且环形滑块112可在环形滑槽133内进行转动，叶片113沿钢筒111内壁周向设置，共设有一组，叶片113为扇形并为倾斜设置，并且叶片113位于钢筒111内壁中部，泵送混凝土输送方向5为从下至上，叶片113可承受泵送混凝土的冲击，并对泵送混凝土进行导流，永磁铁114沿钢筒111外壁周向设置。

动力组件12包括定子铁心121、定子齿极122和线匝123，定子铁心121沿筒型防护罩13周向设置，线匝123安装在定子铁心121内，定子齿极122为弧形并同定子铁心121连接。通过对线匝123进行通电，可以使动力组件12产生旋转磁场，并且动力组件12产生的旋转磁场带动转子组件11的永磁铁114转动，以带动钢筒111进行转动，即环形滑块112在环形滑槽133内进行转动，从而实现叶片113的转动(增压装置的转动方向6参见图2所示)。

如图2、4和7所示，控制系统15包括压力传感器、速度传感器和处理器155，压力传感器和速度传感器分别电连接于处理器155，通过压力传感器和速度传感器分别测量混凝土的压力和速度，并将数据传输给处理器155进行分析处理。压力传感器和速度传感器均分别沿支撑端盖14内侧周向设置，并且压力传感器和速度传感器之间为交错设置，即，每一速度传感器设于相邻两个压力传感器之间，每一压力传感器设于相邻两个速度传感器之间。其中，压力传感器包括压力传感器一151和压力传感器二152，速度传感器包括速度传感器一153和速度传感器二154，压力传感器一151和速度传感器一153均安装在增压组件1的下端支撑端盖14的侧部，压力传感器二152和速度传感器二154均安装在增压组件1的上端支撑端盖14的侧部，可以提高测量结果的准确性。

如图2以及8-10所示，缓冲组件2包括环形缓冲座21、环形钢支撑22、环形钢垫23、环形缓冲腔24、缓冲弹簧25和橡胶垫圈26，环形缓冲腔24设于环形缓冲座21内，缓冲弹簧25沿环形缓冲腔24的环向方向设置多个，起缓冲作用，本实施例中，环形缓冲座21由筒型缓冲内侧钢板211、筒型缓冲外侧钢板212、环形缓冲底板213及环形钢卡板214组成，环形钢卡板214上开设有同环形缓冲腔24相连通的环形槽口，环形槽口大小与环形钢支撑22的大小相适配，环形槽口可以对环形钢支撑22起导向作用，环形钢支撑22的一端同支撑端盖14连接、另一端穿过环形槽口延伸至环形缓冲腔24内并连接有环形钢垫23，环形钢垫23与对应环形缓冲腔24内的缓冲弹簧25接触或连接，环形缓冲腔24大小与环形钢垫23大小相适配，环形缓冲腔24对环形钢垫23起导向作用，并且环形钢垫23环宽大于环形槽口环宽，可以防止环形钢支撑22移动到缓冲组件2的环形缓冲腔22外。支撑端盖14与环形缓冲座21之间设有橡胶垫圈26，并且橡胶垫圈26套于环形钢支撑22外部，不仅可以防止支撑端盖14与环形缓冲座21之间发生碰撞，并可以对环形钢支撑22起导向作用。

开启电磁式无轴泵推增压装置上的动力组件、压力传感器和速度传感器，通过动力组件驱动电磁式无轴泵推增压装置转动，利用压力传感器和速度传感器的监测数据调节电磁式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。本实施例中，利用监测数据确定增压值，即，通过监测的压力确定需要增压值，来确定增压组件的转速。

其中，需对电磁式无轴泵推增压装置的转速进行计算和补偿，具体地，电磁式无轴泵推增压装置的转速的计算方法包括：

设电磁式无轴泵推增压装置长度为ΔL，电磁式无轴泵推增压装置内径为d，单位为m，泵送混凝土自重为γ，单位为N/m

电磁式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Δp

Δp

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Δp

式中：Δp

混凝土垂直泵送时每米混凝土重力产生的压力Δp

Δp

将式2和式3代入式1内，可得电磁式无轴泵推增压装置内混凝土垂直向上泵送总的压力损失Δp

电磁式无轴泵推增压装置对泵送混凝土产生的压力p

p

式中：v是电磁式无轴泵推增压装置为混凝土提供的流速，单位为m/s，v＝v

设电磁式无轴泵推增压装置要求输出混凝土压力为p

令式5等于式6，可得为恢复要求输出压力p

通过压力传感器一监测电磁式无轴泵推增压装置进口处混凝土压力径向压力为p

通过速度传感器一监测电磁式无轴泵推增压装置进口处混凝土流速为v

旋转中心到叶尖半径为r

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Δp

Δp

式中：Δp

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电磁式无轴泵推增压装置的转速n为：

电磁式无轴泵推增压装置的转速的补偿方法包括：

通过速度传感器二监测电磁式无轴泵推增压装置出口处混凝土流速v

通过压力传感器二监测电磁式无轴泵推增压装置出口处混凝土压力径向压力p

若p

对于高强混凝土，对于高强混凝土，补偿转速后实际泵送混凝土时最终电磁式无轴泵推增压装置的转速n

本实施例的有益技术效果为：

(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；

(2)可增加泵送混凝土的泵送高度；

(3)该电磁式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；

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

(5)时刻监测电磁式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；

(6)软管处加设电磁式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。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。