CN113686396A - 一种叶轮式混凝土流量计量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶轮式混凝土流量计量装置。通过设置的泄压排气管将管道内的空气排除，并减少管道内混凝土的压力，使混凝土的流速趋于稳定；当混凝土流入叶轮的两个叶片与壳体形成的腔体内，并在该腔体注满混凝土后，混凝土通过自身的重力带动叶轮和转轴转动，此时，设置在转轴第一端的旋转编码器获取转轴的角位移、角速度等机械量，并将角位移、角速度等机械量转换为相应的电脉冲信号后输送至计数器，计数器根据旋转编码器传输的脉冲信号转换为混凝土在单位时间内的浇注量，然后将得到的浇注量输送至终端设备，使工作人员能够根据混凝土的浇注量控制输送泵的开关，避免混凝土浇注过多或不足的问题出现，保证了混凝土的施工效率。

Description

一种叶轮式混凝土流量计量装置

技术领域

本发明涉及建筑领域，具体为一种叶轮式混凝土流量计量装置。

背景技术

目前建筑建设用的钢筋混凝土大部份均采用传统的现浇方式，即先建造内部的钢筋网，然后在钢筋网的外围设立模板，再向钢筋网和模板之间的空隙中填充混凝土，依靠硬化混凝土与钢材形成的一体化结构，实现建筑物的承载和抗震能力。而在现浇过程中，将混凝土视为流体，依靠输送泵的推力和管道实现混凝土的运输和浇注，在输送到前端浇注施工过程中，目前前端施工方式都是人工抱住软管出料口进行布料，以人工实时观察和判断浇注的混凝土是否足以填满外围模板为主，即人工通过经验预测和当前混凝土堆积状态判断浇注量。

但是，通过人工通过经验预测和当前混凝土堆积状态判断浇注量，会由于人工经验不足，使得混凝土浇注量量与实际需求量存在误差大，效率低、成本高，且在浇注量大于需求量时，还会导致外围模板受力过大引发安全事故。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种叶轮式混凝土流量计量装置，以解决现有混凝土浇注时采用人工预测和当前混凝土堆积状态判断浇注量所带来的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种叶轮式混凝土流量计量装置，包括：泄压排气管、叶轮计量机构、旋转编码器和计数器；

泄压排气管的第一端与输送管道相连，第二端与设置于叶轮计量机构上方的进口相连，用于排出输送管道内的空气以及减少混凝土的冲击力；

叶轮计量机构包括壳体、叶轮和转轴；

壳体为圆柱体结构，壳体下方设有用于混凝土排出的出口，转轴沿壳体的中心线设置，叶轮设置于转轴，转轴的第一端穿过壳体向外探出；

叶轮能够在混凝土自身重力作用下转动，并带动转轴转动；

旋转编码器设置于转轴的第一端，用于检测转轴的转动量；

计数器与旋转编码器通信连接，能够根据转轴的转动量实时计算混凝土的输送量，并将输送量传输至终端设备。

优选的，转轴的第二端穿过壳体向外探出，壳体外设有用于安装转轴的第一单向轴承和第二单向轴承。

优选的，叶轮与壳体的间隙为0.2mm-1mm。

优选的，泄压排气管为预设弯曲角度的泄压排气弯管。

优选的，泄压排气弯管的弯曲背部设有多个排气孔。

优选的，还包括：设置于泄压排气弯管的背部的防护罩和设置于泄压排气管的第二端的导流槽。

优选的，还包括设置于转轴与壳体接触处的密封圈。

优选的，还包括：电磁阻尼器；

转轴的第二端穿过壳体向外探出，电磁阻尼器设置于转轴的第二端。

优选的，还包括用于显示混凝土的输送量的显示器。

优选的，泄压排气管的第二端通过软管与叶轮计量机构的进口相连。

由上述内容可知，本发明公开了一种叶轮式混凝土流量计量装置，通过在输送管道上连接泄压排气管，能够将管道内的空气排除，并减少管道内混凝土的压力，使混凝土的流速趋于稳定，避免混凝土流速过大影响叶轮计量机构计量的准确性，当混凝土进入叶轮计量机构内，通过混凝土自身的重力作用下带动叶轮转动和转轴转动，此时，设置在转轴第一端的旋转编码器获取转轴的角位移、角速度等机械量，并将角位移、角速度等机械量转换为相应的电脉冲信号后输送至计数器，计数器根据旋转编码器传输的脉冲信号转换为混凝土在单位时间内的浇注量，然后将得到的浇注量输送至终端设备，使工作人员能够清楚了解混凝土的浇注量，并根据外围模具所围成的结构件容积控制浇注量避免混凝土浇注过多或不足的问题出现，有效保证了混凝土的施工效率，还能避免混凝土浇注量过多导致外围模板损坏带来的安全事故发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种叶轮式混凝土流量计量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的叶轮计量机构的剖视图；

图3为本发明实施例提供的一种叶轮式混凝土流量计量装置工作时的状态图；

图4为本发明实施例提供的一种叶轮式混凝土流量计量装置工作时的另一状态图；

图5为本发明实施例提供的一种叶轮式混凝土流量计量装置工作时的另一状态图；

图6为本发明实施例提供的计数器的电路机构图。

其中，泄压排气管1、叶轮计量机构2、壳体21、叶轮22、叶片221、转轴23、旋转编码器4、计数器5、第一单向轴承6、第二单向轴承7、排气孔8、防护罩9、导流槽10、密封圈11、电磁阻尼器12、显示器13、软管14、连接法兰15、第一保护罩16、第二保护罩17。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明实施例提供一种叶轮式混凝土流量计量装置，参见图1至图2，图1为叶轮式混凝土流量计量装置的结构示意图，所述叶轮式混凝土流量计量装置包括：泄压排气管1、叶轮计量机构2、旋转编码器4和计数器5；

泄压排气管1的第一端与输送管道相连，第二端与设置于叶轮计量机构2上方的进口相连，用于排出输送管道内的空气以及减少混凝土的冲击力；

叶轮计量机构2包括壳体21、叶轮22和转轴23；

壳体21为圆柱体结构，壳体21下方设有用于混凝土排出的出口，转轴23沿壳体21的中心线设置，叶轮22设置于转轴23，转轴23的第一端穿过壳体21向外探出；

叶轮22能够在混凝土自身重力作用下转动，并带动转轴23转动；

旋转编码器4设置于转轴23的第一端，用于检测转轴23的转动量；

计数器5与旋转编码器4通信连接，能够根据转轴23的转动量实时计算混凝土的输送量，并将输送量传输至终端设备。

需要说明的是，混凝土输送时，是由混凝土输送泵利用两个活塞交替运动，通过压力将混凝土沿管道连续输送，由于活塞交替间隔有时差，导致管道内混凝土流速类似脉冲式，流速不恒定。混凝土经料斗吸入输送管会存在空气，管道连接处也会因管道内混凝土回流吸入空气，出现空管、半管和满管状态，因此，通过在输送管道上连接泄压排气管1，能够将管道内的空气排除，并减少管道内混凝土的压力，使混凝土的流速趋于稳定，避免混凝土流速过大影响叶轮计量机构2计量的准确性，当混凝土进入叶轮计量机构2内，混凝土流入叶轮22的两个叶片221与壳体21形成的腔体内，在该腔体注满混凝土后，通过混凝土自身的重力作用下带动叶轮22转动，进而带动转轴23转动，此时，设置在转轴23第一端的旋转编码器4获取转轴23的角位移、角速度等机械量，并将角位移、角速度等机械量转换为相应的电脉冲信号后输送至计数器5，计数器5根据旋转编码器4传输的脉冲信号转换为混凝土在单位时间内的浇注量，然后得到的浇注量输送至终端设备，使工作人员能够清楚了解混凝土的浇注量，并根据外围模具所围成的结构件容积控制泵体开关，进而达到精准控制混凝土浇注量，避免混凝土浇注过多或不足的问题出现，有效保证了混凝土的施工效率，还能避免混凝土浇注过多导致外围模板损坏带来的安全事故发生。

还需要说明的是，两个叶片221与壳体21所形成的腔体内装载的混凝土会在自身的重力作用下带动叶轮22转动，当两个叶片221与壳体21所形成的腔体转动至壳体21的出口时，混凝土会在自身的重力作用下，从该腔体流出，而两个叶片221与壳体21所形成的腔体容积可通过计算求得，通过旋转编码器4获得的转轴23转动的角速度和角位移，通过计数器计算可求得混凝土在单位时间内的浇注量。

优选的，还包括用于保护旋转编码器4的第一保护罩16。

需要说明的是，通过设置保护旋转编码器4的第一保护罩16，可以避免混凝土的泥浆溅入旋转编码器4影响电磁阻尼器12的计量准确度，以及避免对旋转编码器4造成腐蚀，进而起到延长旋转编码器4寿命。

具体的，叶轮22设有3个均匀分布的叶片221。

需要说明的是，叶轮22的叶片221数量可以为3个，也可以为其他数量，叶片221的数量本领域技术人员可根据需求进行设定，因此，叶轮22的叶片221数量并不仅限于3个。

还需要说明的是，参考图3至图5，将壳体21设置为圆柱体结构，并将转轴23沿壳体21的中心线设置，将具有3个叶片221的叶轮22设置在转轴23上，旋转编码器4以120度为一个计量单元，并基于扇形面积公式求出扇形面积S＝L*R/2，其中，L为扇形的弧长，R为扇形的半径，再通过乘以壳体21的高度H后，即可算出扇形体积，即扇形体积T＝S*H，当两个扇叶之间存满混凝土后，在混凝土自身的重力作用下，带动扇叶转动，当扇叶带动混凝土至出口时，混凝土在自身的重力作用下从叶轮计量机构2的出口掉落，进而完成混凝土的输送，而两个叶轮22之间的混凝土量则为T1＝L*R*H/2，通过旋转编码器4计量转轴23转过的角度和角速度，可计算出单位时间内经过叶轮计量机构2的混凝土的量，最终可通过时间和单位时间内的混凝土流速来确定混凝土的浇注量。

进一步，转轴23的第二端穿过壳体21向外探出，壳体21外设有用于安装转轴23的第一单向轴承6和第二单向轴承7。

需要说明的是，将转轴23的第二端穿过壳体21向外探出，并通过在壳体21外设有用于安装转轴23的第一单向轴承6和第二单向轴承7，使得转轴23只能朝着特定方向转动，进而能够避免转轴23回转导致旋转编码器4无法准确计量转轴23的转动量，有效保证了混凝土的浇注量的准确度。

具体的，叶轮22与壳体21的间隙为0.2mm-1mm。

需要说明的是，将叶轮22与壳体21的间隙设置为0.2mm-1mm，有效避免叶轮22与壳体21内壁接触产生摩擦后影响旋转编码器4对转轴23的测量准确度。

而将叶轮22与壳体21的间隙设置为0.2mm-1mm，还能减少叶轮22转动时混凝土的泄漏，避免最终的混凝土的测量误差过大。

进一步，泄压排气管1为预设弯曲角度的弯管。

需要说明的是，将泄压排气管1设置为预设弯曲角度的弯管，可以混凝土到达泄压排气管1的弯曲处时，降低混凝土的瞬时冲击力。

优选的，泄压排气管1的弯曲度为90度。

需要说明的是，泄压排气管1的弯曲度可以为90度，也可以为其他度数，本领域技术人员可根据需求对泄压排气管1的弯曲度进行设定。

还需要说明的是，当泄压排气管1上设置一个弯曲处时，无法将混凝土的冲击力降低至预设冲击力时，可通过增加弯曲的数量来将低混凝土的冲击力。

具体的，泄压排气弯管的弯曲背部设有多个排气孔8。

需要说明的是，在泄压排气管1的弯曲背部设置多个排气孔8，可以在混凝土流过泄压排气管1的弯曲处时，混凝土能够将管道内的空气通过排气孔8挤压处管道，进而避免空气进入叶轮计量机构2影响最终的混凝土计量准确性。

进一步，叶轮式混凝土流量计量装置，还包括：设置于泄压排气弯管的背部的防护罩9和设置于泄压排气管1的第二端的导流槽10。

需要说明的是，混凝土受混凝土泵机柱塞挤压沿管道向前流动时，混凝土的冲击力过大，混凝土可能会从排气孔8中排除，避免排气孔8排除的混凝土飞溅，因此，通过在泄压排气弯管的背部设置防护罩9，能够有效避免混凝土从排气孔8喷出而喷向四周，而在泄压排气管1的第二端设置导流槽10，可以在防护罩9上的混凝土滴下时，接住防护罩9上滴落的混凝土，避免混凝土浪费，有效节约了企业成本。

进一步，叶轮式混凝土流量计量装置，还包括设置于转轴23与壳体21接触处的密封圈11。

需要说明的是，通过在转轴23与壳体21接触处设置密封圈11，能够避免混凝土从转轴23与壳体21接触处渗出，也避免混凝土渗入到转轴23与壳体21接触处后固化影响转轴23转动，延长叶轮计量机构2的使用寿命，保证施工效率。

进一步，叶轮式混凝土流量计量装置，还包括：电磁阻尼器12；

转轴23的第二端穿过壳体21向外探出，电磁阻尼器12设置于转轴23的第二端。

需要说明的是，将转轴23的第二端穿过壳体21向外探出，并将电磁阻尼器12设置于转轴23的第二端，通过设置电磁阻尼器12的阻尼参数，电磁阻尼器12能够保证叶轮计量机构2的计量立体扇形体积内的混凝土堆满后才能转动，避免计量立体扇形体积内的混凝土没有堆满就转动影响最终的混凝土计量精准度。

优选的，还包括用于保护电磁阻尼器12的第二保护罩17。

需要说明的是，通过设置保护电磁阻尼器12的第二保护罩17，可以避免混凝土的泥浆溅入电磁阻尼器12影响电磁阻尼器12的阻尼系数，保证两个叶片221与壳体21形成的腔体内装满混凝土后叶轮22才转动，以及避免对电磁阻尼器12造成腐蚀，进而延长电磁阻尼器12寿命。

进一步，叶轮式混凝土流量计量装置，还包括用于显示混凝土的浇注量的显示器13。

需要说明的是，通过设置显示混凝土的浇注量的显示器13，工作人员可根据显示器13显示的浇注量控制混凝土泵机的开关，方便工作人员施工，有效避免混凝土浇注量过多或过少，保证了混凝土的浇注效率。

具体的，泄压排气管1的第二端通过软管14与叶轮计量机构2的进口相连。

需要说明的是，将泄压排气管1的第二端通过软管14与叶轮计量机构2的进口相连，可以方便工作人员改变叶轮计量机构2的出口方向进行布料。

还需要说明的是，将泄压排气管1的第二端与软管14可通过连接法兰15连接。

为了便于理解上述方案，结合图1至图5，下面对本方案作进一步介绍。

一种叶轮式混凝土流量计量装置，用于混凝土输送管道末端，由泄压排气弯管、叶轮计量机构、旋转编码器、电磁阻尼器和分离式计数器组成。

泄压排气弯管设计成90度弯曲管道，与管道法兰连接，弯曲上方有排气孔，排气孔上面包裹防护罩，防护罩下方为导流槽，泄压排气弯管与计量装置入口使用软管对接。泄压排气弯管用于排出管道空气，同时降低管道的瞬时冲击压力，让管道内混凝土进入计量装置入口的流速更稳定。

叶轮计量机构为垂直布局，外壳为圆柱体，进料口在上面，出料口在下方，进口与出口以中轴线左右布置，内壳中心为轴杆，轴杆上连接三叶的叶轮，叶轮无轴向力，可在前后盖之间自动保持间隙，轴杆与内壳连接处有密封圈，轴杆由内壳伸出，在外壳的轴杆两边分别有单向轴承，单向轴承上方分别安装旋转计量编码器和电磁阻尼器。另外，受重力和离心力作用，叶轮与壳体内壁应有最小间隙，有效地减小了泄漏量，保证了叶轮与壳体内壁不接触而无磨损，既减小了压损(减小摩擦阻力)又保持了计量精度的稳定。

单向轴承能够防止叶轮因受力不平衡，反向旋转，导致无法精准计量。

转编码器安装在单向轴承上，通过螺杆固定在外壳上，转编码器通过光电传感器可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出。

电磁阻尼器安装在单向轴承上，基于立体扇形体积和当前位置管道压力，设置初始阻尼参数，保证计量器的计量立体扇形体积的混凝土堆积满才旋转。

分离式计数器通过计量器单向轴承上方的旋转编码器以数字信号输出到计数器，计数器处理能连续输送混凝土的某一时间间隔的瞬时流量和累计量，总的累计体积量。计数器外部为一个压铸外壳，某一时间间隔的浇注量数据由显示器显示。

工作原理：

1、混凝土在管道内受混凝土泵机柱塞挤压沿管道向前流动，经90度泄压排气弯管，空气从排气孔排出，在此处管道瞬时冲击压力变小，管道混凝土流速更稳定。混凝土沿垂直管道向下，基于混凝土重力落入叶轮式流量计量器入口中；

2、根据流量计量器中三分一的立体扇形体积，设置电磁阻尼器的阻力参数，当混凝土堆积满立体扇形体积，此时，立体扇形体积重量大于电磁阻尼器设置的阻力，同时，进、出口端因零件旋转产生的差压作用在叶片①上，使叶片①推动转轮旋转，见图3；

3、当转轮旋转到图4位置时，相邻两叶片①和②与壳体、转轮形成一个封闭、有固定立体扇形容积的计量室，同时叶片②推动转轮继续旋转，将计量室内混凝土推送到出口，见图5。

4、各叶片受壳体内壁限制沿转轮的径向旋转，由入口混凝土依次推动转轮不停的旋转，被测混凝土便连续不断地通过计量室排到出口。

5、转叶片可排出3个计量室的容积。转轮的转数经密封轴上旋转计量编码器角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出给指示器，指示流过的总量。

叶轮计量机构的电路由32位CPU、ROM、EEROM、LCD显示器、键盘、电磁阻尼器、旋转编码器、开关电源和通讯接口等电子元器件组成，如图6所示。

1)叶轮计量机构出厂时，根据立体扇形体积的重量会设置电磁阻尼器的阻尼参数，电磁阻尼器通电，单片机通过励磁电路发送信号，磁阴尼器线圈施加轴杆旋转阻力。

2)当混凝土流体推动叶轮，叶轮带动轴杆旋转，轴杆上旋转编码器同速旋转，光电传感器根据被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)传送给编码计数器。

3)编码计数器以120度为一个计量单元，基于扇形面积公式求出扇形面积，再乘以高度即算出扇形体积，结合转速即可算出最小混凝土流量单元。

扇形面积公式S＝LR/2；其中，公式中L为扇形的弧长，R为扇形的半径。

或使用S＝nπR²/360计算出扇形面积S，其中，R是扇形半径，n是弧所对圆心角度数，π是圆周率。

然后使用T＝S*H算出扇形体积，其中，S是扇形面积，H是扇形高度。

4)基于编码计数器信号，360度为一圈，即可累计扇形体积，重复累计角度的体积和圈数，结合旋转速度，即可算出单位时间流量和累计流量。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，包括：泄压排气管、叶轮计量机构、旋转编码器和计数器；

所述泄压排气管的第一端与输送管道相连，第二端与设置于所述叶轮计量机构上方的进口相连，用于排出输送管道内的空气以及减少混凝土的冲击力；

所述叶轮计量机构包括壳体、叶轮和转轴；

所述壳体为圆柱体结构，所述壳体下方设有用于混凝土排出的出口，所述转轴沿所述壳体的中心线设置，所述叶轮设置于所述转轴，所述转轴的第一端穿过所述壳体向外探出；

所述叶轮能够在混凝土自身重力作用下转动，并带动所述转轴转动；

所述旋转编码器设置于所述转轴的第一端，用于检测所述转轴的转动量；

所述计数器与所述旋转编码器通信连接，能够根据所述转轴的转动量实时计算混凝土的浇注量，并将所述浇注量传输至终端设备。

2.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，所述叶轮设有3个均匀分布的叶片。

3.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，所述转轴的第二端穿过所述壳体向外探出，所述壳体外设有用于安装所述转轴的第一单向轴承和所述第二单向轴承。

4.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，所述叶轮与所述壳体的间隙为0.2mm-1mm。

5.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，所述泄压排气管为预设弯曲角度的泄压排气弯管。

6.根据权利要求5所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，所述泄压排气弯管的弯曲背部设有多个排气孔。

7.根据权利要求5所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，还包括：设置于所述泄压排气弯管的背部的防护罩和设置于所述泄压排气管的第二端的导流槽。

8.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，还包括设置于所述转轴与所述壳体接触处的密封圈。

9.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，还包括：电磁阻尼器；

所述转轴的第二端穿过所述壳体向外探出，所述电磁阻尼器设置于所述转轴的第二端。

10.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，还包括用于显示混凝土的浇注量的显示器。

11.根据权利要求1所述的叶轮式混凝土流量计量装置，其特征在于，所述泄压排气管的第二端通过软管与所述叶轮计量机构的进口相连。

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