Производительность поршневого бетононасоса

The question of determination of piston concrete pumps’ productivity is considered in this article. Furthermore, recommendations about the accounting of transport cylinders’ filling extent of piston concrete pumps depending on plastic properties of concrete mixes are given.

Правильное определение эксплуатационной производительности бетононасосной техники, особенно на этапе проектирования, дает более точные сроки продолжительности и экономическую оценку работ. Особенно это важно при строительстве уникальных высотных и большепролетных зданий и сооружений [9], где использование такой техники нашло неоспоримую область применения.

Поршневой бетононасос с гидравлическим приводом

Среди современных бетононасосов наибольшую популярность завоевали поршневые бетононасосы с гидравлическим приводом [2, 15, 16].

Рассмотрим работу поршневого бетононасоса с гидравлическим приводом [13].

Рис.1. Схема поршневого гидропривода. Такт всасывания и нагнетания смеси 1, 2- поршни транспортного цилиндра; 3- приемный бункер бетононасоса; 4- бетоновод;

На рисунке 1 показан такт нагнетания в правом (по ходу движения смеси в бетоноводе 4) бетонотранспортном цилиндре и такт всасывания в левом. Поршень 1 всасывает бетонную смесь из приемного бункера в левый бетонотранспортный (такт всасывания), а поршень 1 синхронно выталкивает смесь из правого цилиндра в бетоновод 4 (такт нагнетания). При изменении направления движения поршней происходит переключение клапанно-распределительного устройства (КРУ) транспортных цилиндров, и такты меняются местами.

В нормативной литературе [3, 4] эксплуатационная производительность определяется как:

П_с^э_м = П^Т К ₁ К ₂ К ₃ К ₄ К ₅ К ₆ (м³/смену)                                (1)

где: П^Т - производительность бетононасоса, указанная в паспорте (техническая), м³/час;

K ₁ - коэффициент, учитывающий снижение производительности автобетононасоса в зависимости от вида бетонируемой конструкции;

K ₂ - коэффициент, учитывающий снижение производительности автобетононасоса в зависимости от длины прямолинейного горизонтального участка бетоновода при соответствующей величине давления в нем, возникающего при перекачивании бетонной смеси;

K ₃ = 0,93 - коэффициент, учитывающий потери времени на ежесменный уход за автобетононасосом и его техническое обслуживание;

K ₄ = 0,90 - коэффициент, учитывающий квалификацию машиниста (оператора) автобетононасоса;

K ₅ - коэффициент, учитывающий снижение производительности автобетононасоса из-за различных организационно-технологических причин;

K ₆ - продолжительность смены, час.

Техническая производительность по (1) из теории [2] равна:

П^Т = П^КК 3 = q ц

t К3 ц где: ПК - конструктивная (теоретическая) производительность при полной загрузке рабочего органа, м3/час;

К ₃ - коэффициент загрузки рабочего органа в реальных условиях;

q_ц - теоретический объем транспортного цилиндра, м³

t - время цикла при конкретных условиях работы, сек. ^ц

Часто в рекламных проспектах, справочниках, приводится не техническая, а конструктивная производительность бетононасоса. Например, в [1] дается максимальная теоретическая производительность, т.е. без учета коэффициента заполнения транспортных цилиндров.

А если приводится паспортная (техническая) производительность поршневого бетононасоса, то все равно в должной мере не учитывается К ₃ - коэффициент заполнения транспортных цилиндров бетонной смесью (объемный КПД).

В ряде работ [7, 8] отмечается этот недостаток, и даются значения величин К ₃ ,но не в достаточном диапазоне характеристик бетонных смесей.

Автор статьи, используя аппаратуру с датчиками давления, провел натурные исследования автобетононасосов БН-80-20 и БА-1405 [5] по перекачке различных по составу и подвижностям бетонных смесей.

Полученные осциллограммы исследуемых бетононасосов качественно имели одну и ту же форму. Наиболее характерная осциллограмма изменения давления приведена на рис. 2 [14].

На осциллограмме рабочий цикл двухпоршневого бетононасоса представляет собою такт нагнетания бетонной смеси поршня насоса с переключением в конце хода поршня клапаннораспределительного устройства (КРУ). Поочередное нагнетание смеси в бетоновод с кратковременной остановкой на время переключения КРУ сопровождается сложными динамическими процессами, происходящими в бетонной смеси.

Рис. 2. Осциллограмма изменения давления в бетоноводе

Наиболее энергоемкое – такт нагнетания, который характеризуется временем цикла работы насоса за один ход поршня t . ^ц

Цикл по осциллограмме состоит из следующих составляющих: t_c - время роста давления от остаточного P_ост до полного P_полн .

С началом движения поршня происходит сжатие воздуха вследствии неполного заполнения транспортного цилиндра смесью и сдвиг смеси при давлении P_полн .

t_н - время нагнетания порции бетонной смеси в бетоновод поршнем транспортного цилиндра.

За это время движение смеси приобретает установившийся режим с установившимся давлением

P ;

уст t - время переключения КРУ, за которое происходит падение давления в бетоноводе от P до пер                                                                                                                       уст р .

ост .

Отношение объема смеси в транспортном цилиндре к конструктивному объему цилиндра за один цикл нагнетания определяется через отношение времени нагнетания смеси t к времени цикла t : нц

K 3 = ^t _t ^{н ц}

Это вытекает из следующих соображений. При средней скорости движения поршня в транспортном π d ²

цилиндре И_П , объем транспортного цилиндра равен: И_П    t_ц . Объем бетонной смеси в цилиндре

π d ²

составляет Иt . Отсюда вытекает (3), что и использовано в вычислениях. П 4 н

Объемный коэффициент заполнения можно также определить, как отношение перекаченного объема смеси V_см , соответствующего Σ n - общему количеству ходов поршней к теоретически возможному объему, перекачиваемому за то же количество ходов:

1 V

K _ см

^Vmp . цил ^{S П}

Vt см ц

Vt тр.цил где t – период времени, сек, за который перекачивается объем Vсм , м3.

Сравнение экспериментальных данных по объемному коэффициенту заполнения транспортного цилиндра бетононасоса смесью по зависимостям (3) и (4) приведено в таблице 1. Бетонная смесь класса B20 180 W8F300 имела состав на 1м³: цемент 355 кг, песок 927 кг, гравий фракции 5-20 мм 928 кг, вода 180 кг, добавка лигносульфоната ЛСТ 10,2 кг, подвижность 18 – 20 см по ОК.

Таблица 1. Сопоставление экспериментальных фактических данных и расчетных (по осциллограммам) К ₃ бетононасоса

Производительность ПК , м3/час	Фактический V см , м3	Количество ходов поршня, S n	Теоретический объем V тр . цил . , S n м3	Коэфф. заполнения К 3		Относительная погрешность, %
				Фактический	Расчетный
34	3,0	93	3,55	0,845	0,85	-0,6
	3,0	92	3,51	0,855	0,84	+1,7
48	3,0	91	3,47	0,864	0,86	+0,5
	3,0	90	3,43	0,874	0,85	+2,7
64	3,0	94	3,59	0,836	0,83	+0,7
	3,0	93	3,55	0,845	0,83	+1,8

Сопоставление фактических данных и расчетных (по осциллограммам давления) показало их хорошее совпадение. Поэтому для исследования степени заполнения транспортных цилиндров насоса бетонной смесью использовались осциллограммы давления.

Степень заполнения транспортных цилиндров смесью рассчитывалась для разных составов, представленных в таблице 2. Использовалась схема с горизонтальной петлевой раскладкой бетоновода и перекачиванием смеси по замкнутому циклу (рис.3) [14]. При непрерывной перекачке бетонной смеси она со временем теряла свою подвижность по ОК.

Рис. 3. Экспериментальный участок с петлевой раскладкой бетоновода

Таблица 2. Исследуемые составы бетонных смесей для бетононасосного транспорта

Класс бетона	Параметры смеси				Расход материалов на 1 м3 смеси, кг
	В/Ц	В/Вяж	Доля песка	ОК, см	Цемент	Зола	Песок	Гравий Фр. 5-20	Вода	Добавка ЛСТ
B15 180	0,52	-	0,42	9-12	320	-	805	1115	165	9,6
B15 180 W4F100	0,58	0,43	0,42	9-12	275	100	775	1075	160	11,55
B15 180 W8F300	0,5	-	0,38	9-12	320	-	735	1200	160	9,6
B30 28 W12	0,34	-	0,4	9-12	485	-	710	1070	165	14,55
B30 28 W12	0,37	0,3	0,4	9-12	430	100	690	1035	160	15,9
B20 28	0,4	-	0,42	9-12	415	-	770	1070	165	12,45
B20 28	0,44	0,35	0,42	9-12	360	100	745	1035	160	13,8
B15 180 W12F300	0,51	-	0,5	9-12	355	-	927	928	180	10,4
B15 180 W12	0,44	-	0,42	9-12	375	-	790	1030	165	11,25
B15 180 W12	0,47	0,36	0,42	9-12	340	100	740	1045	160	13,2
B15 180 W12	0,44	0,35	0,4	18 20	410	100	675	1010	180	15,3

Выводы

Полученные результаты по определению коэффициента заполнения показывают, что К ₃ в первую очередь зависит от вязкопластичных свойств смесей и при одинаковой подвижности зависит от расхода вяжущего на 1м3 бетонной смеси и с увеличением последнего, вследствие повышения вязкости, К ₃ уменьшается. Для БН-80-20 и его аналогам, в результате исследований, при максимальной скорости перекачки, фактические значения приводятся в таблице 3. Причем при одинаковой подвижности для смесей с расходом цемента Ц=400 кг/м3 принимается меньшее значение К ₃ , для Ц=300 кг/м³ – соответственно большее. Зола, также как и цемент увеличивает вязкопластичные свойства смеси.

Полученные значения, в результате исследований в таблице 3, К ₃ несколько ниже, чем в [7] и представлены в более широком диапазоне.

Таблица 3. Значения коэффициентов заполнения К ₃

Подвижность бетонной смеси по ОК, см	Коэффициент заполнения транспортных цилиндров Кз
5-10	07 - 0,75
10-15	0,75 - 0,8
Более 15	0,8 - 0,85