專利名稱：高壓旋噴噴嘴選型試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種噴嘴的試驗裝置，特別涉及一種適用于對高壓旋 噴噴嘴進行選型的試驗裝置，屬于建筑工程領域。
技術背景隨著地下空間開發向著大深度方向發展，地基旋噴加固工藝也相應向 著追求大深度、大樁徑的方向發展。高壓旋噴注漿法是把注漿管放入(或 鉆入)地下預定深度后，通過地面的高壓設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，注入水泥漿液使 之與沖下的土強制混合，待凝結后在土中形成具有一定強度的固結樁體， 以達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，包括射流動壓、射流 脈動負荷、水錘沖擊力、空穴現象等因素，其中以噴射動壓作用為主。由 動量定性，噴射流在空氣中噴射時，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，在實際施工中應綜合考慮各種參數，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備體系中，噴嘴是核心元件之一，也是 直接影響高壓射流質量的主要因素之一。國外的研究資料表明，在其他條 件與參數一定的條件下，不同的噴嘴結構形式與尺寸對成樁效果有明顯的 影響。噴嘴的結構參數主要包括有噴嘴的內圓錐角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。就目前國內旋噴噴嘴而言， 噴嘴的結構形式還沒有統一的規定，市場可供旋噴施工用噴嘴的規格相對 較多。在高壓旋噴施工參數以及噴嘴尺寸結構對成樁直徑和成樁質量的影 響方面，國內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 最佳噴射效果所對應的噴嘴結構形式方面的研究成果。在實際高壓旋噴施 工中，由于工程的復雜性和難控制性等一系列問題，如何選擇具有合理結 構參數的噴嘴，以取得較佳的高壓射流質量，就成了獲得最佳旋噴效果的 技術關鍵。為了深入開展高壓旋噴噴嘴的尺寸結構對噴射效果的影響的研究，為 滿足實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 具備對各種結構型式的高壓旋噴噴嘴噴射效果進行測量試驗的裝置，目前 現有技術在這一領域中尚屬空白。發明內容本實用新型所要解決的技術問題是填補現有技術在試驗測量不同類型 高壓旋噴噴嘴的噴射效果方面的技術空白，提供一種高壓旋噴噴嘴選型試 驗裝置，其可以對各種高壓旋噴噴嘴在旋噴過程中實現的旋噴效果參數進 行實時監測記錄，從而確定在獲得最大噴射壓力時的噴嘴結構參數，達到 合理選擇噴嘴類型的目的。本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案如下-一種高壓旋噴噴嘴選型試驗裝置，包括有主體結構、供水部件、供氣 部件和監測部件；所述主體結構包括一水箱，該水箱內的一側設置有噴嘴
固定架，該噴嘴固定架上設有入氣口、入水口并可安裝被測噴嘴，在水箱 內另一側的端板上設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；所述監測部件與測力油缸的油壓傳感器 相連接且可實時監測記錄測力油缸上的受力數據。本實用新型所述的高壓旋噴噴嘴選型試驗裝置，其供水部件可由電磁 流量計、高壓水泵、水壓壓力表和水壓傳感器依次串聯連接而構成，其電 磁流量計一端與水箱相連接，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、玻璃流量計、氣壓壓力表和氣壓傳感 器依次串聯連接而構成，其氣壓傳感器一端與噴嘴固定架的入氣口相連接; 所述監測部件可包括信號轉換器和計算機，該計算機內裝有實時監測系統 并通過信號轉換器與油壓傳感器相連接；所述水箱內還設置有行程調整架， 噴頭固定架位置可調地安裝在該行程調整架上以調節被測噴嘴與測力油缸 的距離。本實用新型填補了現有技術的空白，通過一物理模擬試驗裝置，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 上實時測出受力數據并進行監測和處理，從而實現對噴嘴噴射效果參數的 試驗測量，并進而確定對應于最優噴射效果的最佳噴嘴參數和選擇合理的 噴嘴類型。

圖1為本實用新型的結構示意圖。 圖中l一水箱 2—電磁流量計 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 9一玻璃流量計IO—氣壓傳感器 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-信號轉換器 16—計算機17 —行程調整架具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。 請參閱圖1本實用新型的結構示意圖，圖示高壓旋噴噴嘴選型試驗裝 置包括有主體結構、供水部件、供氣部件和監測部件。所述主體結構包括 一內部可盛有試驗用水的水箱1，該水箱1內設置有行程調整架17，該行 程調整架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，其上設有入氣口、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內另一側的端板上設置有一測力 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。在行程調整架17上設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可調整其在行 程調整架17上的位置，從而調節被測噴嘴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現， 也可以另行單獨設置。在圖1所示實施例中，所述供水部件由電磁流量計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連接而構成，
該電磁流量計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。該供氣部件可由現成的高壓氣路直接擔任， 也可以另行單獨設置。在圖1所示實施例中，所述供氣部件由空氣壓縮機8、 玻璃流量計9、氣壓壓力表11和氣壓傳感器IO依次用高壓軟管串聯連接而 構成，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9用以測量和顯示氣路中的氣流量。所述監測部件是 用以實時監測記錄測力油缸12上受力數據的電子器件，其與油壓傳感器13 相連接，在圖1所示實施例中，該監測部件包括信號轉換器15和計算機16， 該信號轉換器15 —端連接油壓傳感器13，實時采集油壓傳感器13測出的 測力油缸12上受力的模擬信號，并將其轉換為計算機16可處理的數字信 號，其另一端連接計算機16，該計算機16內裝有實時監測系統，其可以處 理由信號轉換器15輸入的數據。
應用本實用新型進行高壓旋噴噴嘴的噴射試驗可按下述步驟操作。首 先將被測噴嘴7安裝在噴嘴固定架6上，嘴口對準測力油缸12，在水箱1 中注入試驗用水；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，調節高壓水泵5到預定的狀態，通過電磁流量計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8，通過高壓軟管將壓縮空氣送入噴嘴固定架6，調節空氣壓縮機8 達到預定狀態，由玻璃流量計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過噴嘴固定架6形成同軸 有氣幕保護的高壓水射流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可實時測出測力油缸12受到高壓水射流W的 沖擊力大小的模擬信號并輸入信號轉換器15，與此同時油壓壓力表14可顯 示出受力數值；最后信號轉換器15將轉換后的數字信號輸入計算機16，該 計算機16對輸入數據進行運算和處理，達到實時監測和記錄結果的目的。 通過更換不同的被測噴嘴7、調節被測噴嘴7與測力油缸12的距離以及調 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 條件下的大量噴射性能數據，之后即可通過數據比較，優選出在一定流量 和壓力條件下，相應于最佳噴射性能的最合適的噴嘴結構類型和結構尺寸。 本實用新型所述高壓旋噴噴嘴選型試驗裝置曾在Pl=40MPa, Ql=75 1/min， P2=1.0MPa， Q2=6 m3/min的設定條件下，對5種結構類型7個尺寸 系列的13個噴嘴進行測定試驗，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。最后試驗結果表明，出口孔徑為2.6mm 的噴嘴可達到最佳的噴射效果，從而可以確認噴嘴出口孔徑的優選值為 2.6mm。
權利要求1、一種高壓旋噴噴嘴選型試驗裝置，其特征在于該裝置包括有主體結構、供水部件、供氣部件和監測部件；所述主體結構包括一水箱，該水箱內的一側設置有噴嘴固定架，該噴嘴固定架上設有入氣口、入水口并可安裝被測噴嘴，在水箱內另一側的端板上設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；所述監測部件與測力油缸的油壓傳感器相連接且可實時監測記錄測力油缸上的受力數據。
2、 根據權利要求1所述的高壓旋噴噴嘴選型試驗裝置，其特征在于: 所述供水部件由電磁流量計、高壓水泵、水壓壓力表和水壓傳感器依次串 聯連接而構成，其電磁流量計一端與水箱相連接，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、玻璃流量計、氣壓 壓力表和氣壓傳感器依次串聯連接而構成，其氣壓傳感器一端與噴嘴固定 架的入氣口相連接；所述監測部件包括信號轉換器和計算機，該計算機內 裝有實時監測系統并通過信號轉換器與油壓傳感器相連接。
3、 根據權利要求1或2所述的高壓旋噴噴嘴選型試驗裝置，其特征 在于所述水箱內設置有行程調整架，所述噴頭固定架位置可調地安裝在 該行程調整架上以調節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裝置，包括有主體結構、供水部件、供氣部件和監測部件；主體結構包括一水箱，該水箱內設置有噴嘴固定架和測力油缸，該噴嘴固定架上設有入氣口、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；監測部件與油壓傳感器相連接且可實時監測記錄測力油缸上的受力數據。本實用新型填補了現有技術的空白，其可以對各種高壓旋噴噴嘴實現的旋噴效果參數進行試驗測量，從而確定在獲得最大噴射壓力時的噴嘴結構參數，達到合理選擇噴嘴類型的目的。
文檔編號G01M99/00GK201025463SQ20062004716
公開日2008年2月20日 申請日期2006年10月26日 優先權日2006年10月26日
發明者商濤平, 朱衛杰, 肖曉春, 亮 郭, 曄 錢, 黃均龍 申請人:上海隧道工程股份有限公司