混凝土搅拌设备水的计量方式

    [摘　要] 介绍了混凝土搅拌设备水的常用计量方式即容积式和称量式， 分析其各自的几种结构及其特点， 并指出它们的适用场合。

    [关键词] 混凝土搅拌站； 计量； 容积式； 称量式

    在砼生产过程中， 配料计量精度与搅拌匀质性是决定砼质量的重要因素， 配料时采用的计量方式又决定了计量的精度。水是砼中基本材料之一， 它计量的准确性直接影响到砼的强度。

    近50年来， 随着建筑、交通等领域大规模使用高品质的砼， 从而推动了搅拌设备计量方式的发展， 产生出多种水的计量方式， 这些方式可以归纳成容积式与称量式两种。

    1 　容积式

    容积计量方式的特点是搅拌主机每次搅拌所需的用水量通过水泵直接注入搅拌主机内， 与此同时位于水泵与搅拌主机之间的容积计量装置对水进行计量。主要有3种方式。

    1．1 　时间计量方式

    该方式主要由水泵电机、流量调节器和时间继电器组成。

    工作原理: 在计量之前首先通过流量调节器对水泵进行流量标定， 然后根据每次用水量与水泵流量求出每次水泵运转所需的时间， 并按此数据在时间继电器上设定。计量时水泵电机运转， 与此同时时间继电器开始计时， 当到达设定时间后， 时间继电器辅助触点切断水泵电机控制电路的电源， 使电机停止工作， 从而实现水的计量。这种计量方式一般用于自落式搅拌机上。

    1．2 　定量水表计量方式

    定量水表由水表与电磁阀组成， 定量水表内电器装置与电磁阀动作起联锁作用， 电磁阀是定量水表执行部分。

    工作原理: 计量前首先在定量水表上预先设定每次用水量。计量时水泵电机运转， 电磁阀被打开， 水流冲击水表叶轮旋转并通过表内齿轮将水量显示在表盘上， 当水量到达预定值后表内电器装置动作， 电磁阀关闭， 同时切断水泵电机控制电路的电源， 使水泵电机停止工作， 从而完成水计量。

    1．3 　涡轮流量仪计量方式

    涡轮流量仪由流量传感器和流量积算仪(或专用微机) 组成， 流量传感器的结构如图1所示， 它主要由壳体、叶轮和带放大的磁电感应转换器等组成。计量前必须对流量传感器的仪表常数进行标定， 它的物理意义是传感器每流过单位容积水所发生的脉冲数(脉冲数/ 单位容积) 。

    工作原理: 计量前先将每次所需的用水量输入流量积算仪， 计量时水泵开始运转， 被测的水流过传感器时叶轮借助于水的动能而产生旋转； 叶轮即周期性地改变磁电感应系统中的磁阻值， 使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号， 经放大器放大后传送到相应的流量积算仪对水进行计量； 当水量到达设定值后流量积算仪发出电信号使水泵停止工作， 从而完成对水的计量。

                图1 　涡轮流量传感器

    1-壳体； 2-前导向架； 3-叶轮； 4-后导向架；5-放大器； 6-压紧圈

    2 　称量式

    称量计量方式的特点是水通过水泵被送入装有称重传感器的称量桶进行称量， 计量后再将桶中的水通过出水口放入搅拌主机内。根据称量桶排水方式可分为下列3种形式。

    2．1 　自落排水称量装置

      图2 　自落排水称量装置

    1-称量传感器； 2-称量桶； 3-气缸； 4-弹簧压门

    图2所示的称量装置主要由进水泵、悬臂式称量传感器、气缸和水称量桶组成。水称量桶的出水口装置有弹簧压门， 称量桶被悬吊在搅拌主机喷水管进口上方， 进口与称量桶出水口之间采用软连接， 进水管与水称量桶之间采用软连接或不连接。

    计量时， 称量桶的弹簧压门封住出水口， 水被进水泵送入称量桶， 称量传感器发出信号送入专用微机或配料仪， 当水的重量到达设定值后微机发出信号， 进水泵停止工作， 计量完毕。

    投水时， 气缸提起出水口弹簧压门， 称量桶中的水利用自重流入搅拌主机内， 由于自落水的流速很慢， 为了保证在规定的时间内排完桶中的水， 搅拌机喷水管的管径通常很粗。由于自落水没有什么冲击力， 对拌筒内的拌和物渗透性很差， 这种排水方式现在已很少采用。

    2．2 　水泵排水称量装置

    为了改善出水效果在出水口处增加了出水泵。出水泵位于称量桶出水口与搅拌主机喷水管进口之间， 如图3所示。水泵固定在主机架上， 水泵进水口朝上、出水口朝下， 分别与相应的口相接， 其中水泵进口与称量桶的出水口之间采用软连接。

            图3 　水泵排水称量装置

    1-称量传感器； 2-称量桶； 3-气缸； 4-出水泵

    当计量完后投水时， 从称量桶出水口流出的水经过出水泵增压后流入搅拌主机内， 与前者相比，由于水的流速加快了， 缩短了供水时间， 改善了水与搅拌主机内拌和物的渗透性， 但是供水速度受到弹簧压门开口大小限制。

    2．3 　整体式称量桶结构

    为了使出水进一步流畅， 现在一般采用整体式称量桶结构， 如图4所示。

           图4 　整体式称量装置

    1-称量传感器； 2-称量桶； 3-出水管； 4-出水泵

    出水泵直接安装在称量桶的底部， 并采用∩型出水管， 由于∩型出水管的顶底始终高于称量桶内水的高度， 所以在计量过程中水不能自行流出称量桶。整个称量桶被悬吊在搅拌主机喷水管进水口上方， 进口与∩型出水口管口之间采用软连接。计量完毕后桶中的水沿着∩型管被出水泵注入搅拌主机内， 由于进入搅拌主机内的水具有一定的动能， 对拌筒内拌和物具有良好的渗透性， 同时水速很快，供水时间相应很短。

    3 　容积式与称量式的比较

    在容积式计量方式中， 由于水是通过水泵直接进入搅拌主机， 当水和拌筒内的拌和物结合时， 水具有一定的动能和良好的渗透性， 它们可以顺着拌和物之间的间隙向下渗透并达到一定的深度， 有助于搅拌质量的提高。另外水具有一定的流速， 因此供水时间比较短。但是容积计量方式容易受到下列一些因素的干扰而影响其计量精度。

    首先标定出的水泵流量值、水脉冲数值与相应的实际值有误差， 以水泵流量值为例， 水泵在时间t秒内排出水量Q， 理论流量值I理论=Q/t， 而实际上Q由两部分组成，

    即Q=Q工作+Q惯性

式中　Q工作———水泵t 秒内排出水量；

         Q惯性———水泵电机失电后由于惯性水泵排出水量。

    水泵在运转时每秒内实际流量I实际=Q工作/t ，可以看出I理论>I实际。同理， 理论水脉冲数也不等于实际水脉冲数。在计量时， 每次用水量如果接近标定时水泵的排量Q值时计量误差小， 反之，当每次用水量与Q值偏差较大时其计量误差较大。

    其次水泵电机的转速对交流电的频率比较敏感， 随交流电频率的波动其转速发生变化， 这也会对“以时间控制”的计量方式产生计量误差。

    另外涡轮流量传感器、定量水表对计量的水质要求比较高， 特别是水中不能有丝状物， 因为它容易缠绕在叶轮转动轴上减慢叶轮的转速， 从而降低计量精度。

    更重要的是在容积计量方式中计量和向搅拌主机中投水是同时进行， 人们不能预先知道每次的用水量。

    由于以上原因， 在砼搅拌站(楼)上已逐步采用称重计量方式代替原有的容积计量方式。

    称量计量方式精度高， 可事先将客观干扰因素归纳在“落差值”中来处理， 并可以通过微机自动跟踪， 修正“落差值”数据。在标定称量传感器精度时其误差精度为±1%，由于标定称量范围比较广， 一般从全量程1/2起到全量程， 因此可满足各种配合比用水量的需要。

    最重要的是操作者可以预先知道每次的用水量， 如果偶然出现与设定值偏差较大时可以及时进行处理， 从而保证砼质量， 避免不必要的损失。