CN215640708U - 土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，包括盾构泡沫发生器、高压室、压力缓冲室、集液室、空气压缩机、稳压阀、压力传感器、温度传感器和超声波测距传感器以及相应的数据采集卡。泡沫溶液箱的出口与泡沫发生器的入口通过管道连接；泡沫发生器内部设有玻璃；泡沫发生器中设有温度传感器；泡沫发生器的出口与压力室进口通过管道连接，压力室内设有滤泡网和压力传感器；压力室的出口与集液室通过管道连接；压力室和集液室均与压力缓冲罐连接。本实用新型通过自动化智能化的采集手段，解决了高压环境下泡沫破碎溶液体积测量问题，明确了温度对泡沫性能的影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测定寒区土压盾构泡半衰期的试验装置，具体涉及土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置。
背景技术
盾构施工过程中，因为水土侧压力不同，土压盾构泡沫喷口的实际压力在 0.2～0.4MPa，有压条件下的泡沫半衰期指标有别于常压条件指标。哈尔滨、长春地铁冬季施工过程中，经常遇到泡沫剂温度低发泡效果不理想的情况，进而影响渣土改良效果，造成螺旋输送机喷涌或者刀盘结泥饼。通过注入泡沫，减小砂颗粒之间的摩擦阻力，降低砂土的内摩擦角，提高砂土的流动性；同时微小的泡沫充填于砂颗粒之间的空隙，提高改良砂土的渗透系数，一定程度防止螺旋输送机喷涌。在黏土地层防止结成泥饼，保证掘进功效。温度和压力是影响发泡率和半衰期的两个环境指标。
实用新型内容
本实用新型解决的现场实际问题是，提供了一种盾构隧道施工掌子面高压条件，测定不同温度下泡沫溶液的发泡率和半衰期的试验装置。
解决了高压条件下泡沫体积自动测量问题，明确了温度对泡沫半衰期和发泡率的影响。
本实用新型的装置需要如下技术方案实现：土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，泡沫溶液箱2的出口与泡沫发生器3的入口通过管道连接，泡沫溶液箱2与泡沫发生器3连接的管道上设有液体计量泵21；泡沫发生器3内部设有多个玻璃珠31，各个玻璃珠31之间存在间隙用以生成泡沫；泡沫发生器3中设有温度传感器32；泡沫发生器3的出口与压力室4进口通过管道连接，压力室4内设有滤泡网41和压力传感器42；压力室4的出口与集液室 6通过管道连接；压力室4和集液室6均与压力缓冲罐5连接，集液室6内设有超声波液位测距传感器61。
进一步地，温度传感器32、压力传感器42和超声波液位测距传感器均与数据采集卡7通过数据线连接。
进一步地，泡沫发生器3与压力室4之间的管路上设有单向阀8。
进一步地，集液室6的出口处设有双向阀9。
进一步地，泡沫溶液箱2与压力缓冲罐5均由空气压缩机1及稳压阀11驱动。
进一步地，所述玻璃珠31由圆形玻璃钢制成。
按照盾构机泡沫枪和内部玻璃珠的尺寸比例，泡沫发生器内填充满玻璃珠。例如，泡沫发生器壁厚10mm，长度300mm，直径φ50mm的圆形玻璃钢结构。
泡沫溶液浓度一般控制在3％～5％，泡沫溶液和气体的比例一般是1/15～1/7，将等比例的泡沫溶液和高压气体均匀注入到泡沫发生器中，气液混合碰撞通过玻璃珠之间的孔隙快速形成大量的泡沫。
泡沫生成器通过φ10mm的PU管连接于高压室，完成泡沫的输送。PU管上装有单向阀，防止高压室比泡沫生成器压力高导致泡沫倒流。
泡沫进入到高压室。高压室材质和结构尺寸同发生器，长度300mm，直径φ50mm的圆形玻璃钢管结构。高压室是接收泡沫后泡沫破碎形成溶液的压力容器。高压室连接有压力传感器，传感器量程为0～0.5MPa，可以自动采集压力变化。
与高压室相连有两个腔体。其中高压室侧端为压力缓冲室，通过φ10mm的 PU管相连接，为高压室提供稳定的高压环境，保持整个压力室气压的稳定，降低泡沫进入高压室引起的压力波动。
为了稳定高压室的气压降，降低压力波动，压力缓冲室体积式压力室的4 倍。压力缓冲室壁厚10mm，长度300mm，直径φ100mm的圆形玻璃钢结构。
在压力缓冲室串联有稳压阀的空压机，空压机自身储气罐兼有稳压作用。根据施工环境，计算盾构刀盘处的水土侧压力，启动空压机提供0.2～0.4MPa的气压，通过稳压阀控制好压力，并有压力传感器实时监测压力室的压力变化，及时反馈调节。
高压室下端连接集液室，通过φ10mm的PU管相连接，收集泡沫破碎形成的液体，PU管中间串联双向阀，可以控制压力室泡沫破碎后溶液进入集液室。
集液室上方安装超声波测距传感器，实时记录集液室液位变化，进而计算泡沫消散后液体体积变化，从而计算不同温度条件下泡沫溶液成泡后的半衰期和发泡率。集液室器壁厚10mm，长度100mm，直径φ20mm的圆形玻璃钢管结构。
集液室通过φ8mm的PU管与侧端的压力缓冲室相连接，起到压力平衡的作用。
集液室下端连接有φ8mm的PU管，PU管中间串联双向阀，可以控制压力室泡沫破碎后溶液排出半衰期测定装置。
泡沫发生器、高压室、压力缓冲室、集液室的其余部件均为不锈钢部件，与法兰的连接处均有硅橡胶衬垫，并在间隙处涂抹黄油增加密封性。
集液室正上方安装超声波测距传感器，传感器发出的超声波垂直液位，精度 1mm。
温度传感器、压力传感器和超声波测距传感器分别与数据采集卡连接，并通过USB接口将数据传输的PC电脑，将连泡沫溶液的温度、压力室的气压，泡沫消散后形成的液体体积指标同步传输到PC电脑采集分析软件上。
本实用新型解决了土压盾构掘进的时候，因为水土侧压力作用泡沫剂在 0.2～0.4MPa的压力下工作，常压试验测定的数据难以真实反映有压条件下泡沫的半衰期和发泡率。寒区冬季施工时，温度对泡沫半衰期影响明显，不测定泡沫溶液温度不能反映温度对半衰期的影响。制作有压环境，配置超声波传感器，可以测定有压条件下泡沫的半衰期。在发泡器上安装温度传感器，可以测定不同温度下泡沫的半衰期和发泡率。将如上试验装置及传感器配置数据采集卡和PC软件数据展示端，可以得到详细的温度-气压-泡沫破碎后溶液体积-时间曲线。本实用新型提供了一种真是反映土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，为哈尔滨、长春、乌鲁木齐等高寒地区冬季施工提供客观的试验数据和理论支撑。
附图说明
图1是土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置。
图中：1空气压缩机、11稳压阀、2泡沫溶液箱、21液体计量泵、3泡沫发生器、31玻璃珠、4压力室、41滤泡网、5压力缓冲罐、6集液室、42压力传感器、32温度传感器、61超声波液位测距传感器、7数据采集卡、8单向阀、9双向阀。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详说明。
如图1所示，本实用新型在具体实施中，由下列步骤来实现：
第一步：空压机1通过稳压阀11提供压缩空气，压力波动控制在±1kPa。压缩空气压力略大于掌子面处计算的水土压力值，大概0.2～0.4MPa，
第二步：在泡沫溶液箱2配置温度1～35℃的泡沫溶液30～50L，浓度3％～ 6％。
第三步：泡沫溶液和气体的比例一般是1/15～1/7。从泡沫溶液混合箱2中通过液体计量泵21把泡沫混合液压入到泡沫发生器3，通过空压机将压缩空气同步注入到泡沫发生器3中，使气液快速通过玻璃珠31间隙，生成泡沫。
第四步：开启连接在泡沫发生器3和压力室4之间的单向阀8，泡沫通过PU 软管注入到压力室4中，滤泡网41控制泡沫在压力室中充填的密实度，压力室中泡沫填满后停止发泡，开始进行泡沫半衰期和发泡率的测定。
第五步：通过空压机1和稳压阀11将压力缓冲罐的压力通过查看压力室4 上的压力传感器42，然后将压力缓冲罐5和压力室4连通使两者压力一致，达到设计压力，压力波动控制在±1kPa。
第五步：打开双向阀9，随着泡沫在压力室4中破碎，不断形成液体流到收集室6中。通过收集室6上方安装的超声波液位测距传感器51测定液***置变化，得到液体体积量，等泡沫完全破碎时，通过数据曲线计算不同温度不同压力下的泡沫半衰期和发泡率。
第六步：该装置试验条件下，泡沫半衰期的测定方法如下。集液室6为圆柱体，截面积是定值S集。通过集液室6上方的超声波测距传感器61得知液位高度 h，标定后得到液位体积V液，即泡沫破碎后溶液的体积值V液。可以得到关于时间的液体体积变化曲线t-V，1/2V处对应的时间点即是泡沫半衰期值。
第七步：该装置试验条件下，泡沫发泡率的测定方法如下。压力室4为圆柱体，截面积是定值S压，高度固定为h压，压力室的体积V压＝S压×h压。发泡率 n＝V液/V压。
第八步：通过数据采集卡7收集温度传感器32、压力传感器42、和超声波测距传感器61的数据，并上传到PC电脑的数据展示软件，进一步挖掘分析温度和压力对泡沫半衰期和发泡率的影响。
Claims (6)
1.土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，其特征在于：泡沫溶液箱(2)的出口与泡沫发生器(3)的入口通过管道连接，泡沫溶液箱(2)与泡沫发生器(3)连接的管道上设有液体计量泵(21)；泡沫发生器(3)内部设有多个玻璃珠(31)，各个玻璃珠(31)之间存在间隙用以生成泡沫；泡沫发生器(3)中设有温度传感器(32)；泡沫发生器(3)的出口与压力室(4)进口通过管道连接，压力室(4)内设有滤泡网(41)和压力传感器(42)；压力室(4)的出口与集液室(6)通过管道连接；压力室(4)和集液室(6)均与压力缓冲罐(5)连接，集液室(6)内设有超声波液位测距传感器(61)。
2.根据权利要求1所述的土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，其特征在于：温度传感器(32)、压力传感器(42)和超声波液位测距传感器均与数据采集卡(7)通过数据线连接。
3.根据权利要求1所述的土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，其特征在于：泡沫发生器(3)与压力室(4)之间的管路上设有单向阀(8)。
4.根据权利要求1所述的土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，其特征在于：集液室(6)的出口处设有双向阀(9)。
5.根据权利要求1所述的土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，其特征在于：泡沫溶液箱(2)与压力缓冲罐(5)均由空气压缩机(1)及稳压阀(11)驱动。
6.根据权利要求1所述的土压盾构泡沫高压低温条件下的半衰期及发泡率测定装置，其特征在于：所述玻璃珠(31)由圆形玻璃钢制成。
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