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料罐稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)

更新時(shí)間:2013-12-30      點(diǎn)擊次數(shù):3670

料罐稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)

1. 前言

在制造帶傳感器的料罐時(shí)須注意一些重要的基本規(guī)則。例如,料罐通常需經(jīng)受氣候條件或與生產(chǎn)有關(guān)的影響。在新建露天料倉(cāng)(貯倉(cāng),煤倉(cāng))關(guān)系到建筑物的,必須遵守建筑法規(guī)。 對(duì)建筑法而言,衡器設(shè)備的事后改造也可看作重要的改變。在這一情況下值得的是向建筑工程師的咨詢, 建筑法規(guī)在方面原則上定義了“技術(shù)的狀態(tài)"。 例如對(duì)風(fēng)荷是在德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DIN 1055 第四部分建筑負(fù)荷中假定。

料罐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造者也應(yīng)同時(shí)弄清楚特別的,常常是公司內(nèi)部的規(guī)定,如果裝了危險(xiǎn)品,并且預(yù)期用叉車操作, 屋頂上的料罐也應(yīng)常常針對(duì)升移加以。

2. 重量分布

當(dāng)料罐支承于三個(gè)承載點(diǎn)上,每一承載點(diǎn)上設(shè)置一個(gè)傳感器時(shí),才能達(dá)到確定料罐重量的傳感器規(guī)定 。這一情況被稱為靜態(tài)確定。為此整個(gè)負(fù)荷應(yīng)盡可能均勻地分配在三個(gè)傳感器上,對(duì)于立式的或懸掛式的柱形料罐,當(dāng)三個(gè)傳感器與料罐垂直軸等距,且在平面上相互成 120° 時(shí)滿足均勻條件。對(duì)于橫式、臥式的料罐承載點(diǎn)的排列參考圖1.

若在一種設(shè)備中不是所有支承上配制了傳感器,則支承負(fù)荷非均勻分布比較適合。 帶傳感器的支承應(yīng)比沒有傳感器的支承多承重,通過這一措施可衡器設(shè)備的精度,在設(shè)計(jì)設(shè)備和選傳感器時(shí)應(yīng)力求盡可能同樣大的負(fù)荷作用于傳感器上。

Figure 1 Arrangement of bearing points A, B and C for a horizontal tank
圖 1 臥式料罐的承載點(diǎn)分布 A, B 和 C

若料罐受四點(diǎn)或四點(diǎn)以上支承,則存在一靜態(tài)的自由度富余。 對(duì)這一應(yīng)用情況必須所有承載點(diǎn)上都考慮傳感器。對(duì)單個(gè)傳感器上的負(fù)荷均勻分配只能通過安裝加以實(shí)現(xiàn)。為達(dá)此目的,首先單獨(dú)測(cè)量傳感器的負(fù)荷,若遇到的差別,相應(yīng)的傳感器其高度應(yīng)加以調(diào)整(如通過填塞金屬片),原則上帶太小的負(fù)荷的傳感器應(yīng)對(duì)面安裝。

3. 料罐重心

Figure 2: Distribution of the center of gravity of a tank with an inclined discharge base depending on the mass of filling
圖 2: 有傾斜流出板的料罐,其重心位置因裝填量的不同而異。

滿載的料罐重心應(yīng)盡量低于料罐的支承點(diǎn)。這一要求在實(shí)踐中常常難以實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)重心位于承載點(diǎn)以下時(shí)對(duì)單位的穩(wěn)定性是有利的。重心點(diǎn)的位置隨充填量高度而變化,重心位置對(duì)于所需要的傳感器數(shù)量舉足輕重的影響。在對(duì)稱充填下傳感器的布局,因重心位置在一垂直線上運(yùn)動(dòng),用一個(gè)傳感器制造衡器設(shè)備是可能的。若由于裝填物的變化重心隨中心線側(cè)向運(yùn)動(dòng),則所有支承點(diǎn)均應(yīng)配以傳感器。

圖 2 解釋了在重心(側(cè)向)變化時(shí)對(duì)所有支承點(diǎn)都用傳感器的必要性。

4. 料罐裝卸等接口

Figure 3: Long horizontal pipe connection
圖 3: 長(zhǎng)的水平管連接
Figure 4: Elastic pipe coupling
圖 4: 彈性管狀連接
Figure 5: Pipe elbow
圖 5: 弧形管
Figure 6: Mechanical compensator
圖 6: 波紋管補(bǔ)償連接
Figure 7: Open filling stud
圖 7: 開放的貨裝短管

料罐常常很需要裝卸其它接口,例如料罐內(nèi)容物的裝入和卸出,料罐的電子,液壓或氣壓等附屬設(shè)備。

料罐裝卸接口可產(chǎn)生附加力的影響,導(dǎo)致對(duì)秤的測(cè)量精度的誤差。因此接口必須在垂直方向較靈活。圖 3 到 7 展示了幾種合理的接口形式,這些方面應(yīng)在構(gòu)思階段和項(xiàng)目階段加以考慮。 在連接不靈活的剛性管時(shí),合理的是:料罐與一盡可能長(zhǎng)的水平管子相連接。水平管在垂直方向上是柔性的,并且長(zhǎng)度越長(zhǎng)越軟。它產(chǎn)生的作用于傳感器上的應(yīng)力相應(yīng)較小,對(duì)測(cè)量精度不重要。 (圖 3).

幾節(jié)容易彎曲的連接管可以代替長(zhǎng)的水平管子(圖4)用可易變形的彈性材料軟管連接從而避免附加力。在此需檢驗(yàn)彈性材料對(duì)容器充填物質(zhì)及清潔劑的可接受度(如食品、藥品技術(shù))。其他減少附加力的可能性是通過配置弧形管 (圖 5).

在垂直向的管引入情況下,在測(cè)量重力方向上要求的情況下或軟管不能應(yīng)用的情況下,的管道連接是通過波紋管補(bǔ)償實(shí)現(xiàn) (圖 6). 但在裝配這種補(bǔ)償器時(shí)必須保持很小的變形量。如應(yīng)用第二個(gè)波紋管,它與*個(gè)通過管子聯(lián)接時(shí),可以允許更大的變形量。

提示:一些需要特別清潔的地方(如食品工業(yè)),波紋管是不允許的。

圖 7 中顯示的開口連接開放式貨裝短管說明在減少附加力方面為,開放的接頭避免管和料罐之間的接觸,但在封閉系統(tǒng)(如壓力容器)中這一形式不能使用。

提示:必須一直注意,接連管道的材料也進(jìn)入稱量,直接與料罐連接的進(jìn)料和出料管道應(yīng)該在稱量過程中重量恒定,這是說:管道要么是空的,要么總是滿的。 

5. 壓力負(fù)荷

在封閉設(shè)備中,系統(tǒng)壓力對(duì)稱量結(jié)果有影響,尤其在化工行業(yè)中,反應(yīng)過程需要很高的壓力,相反吸塵設(shè)備對(duì)塵粒型的稱量物產(chǎn)生 100 到 300毫巴的負(fù)壓。當(dāng)管道在容器中垂直連接時(shí),如圖 5 和 6, 則存在直接進(jìn)入測(cè)量的附加力。其影響相應(yīng)于壓力和管道橫剖面的乘積,測(cè)量過程中壓力穩(wěn)定時(shí)這一份額可在測(cè)量時(shí)予以考慮或算出。 水平的連接管是有利的,因而優(yōu)先于垂直管安裝, 這情況下相應(yīng)的附加力通過安裝附件吸收。

6.1 幾種典型的傳感器安裝形式

Figure 8: Upright tank in a rigid installation with one load cell
圖 8: 帶有一個(gè)傳感器剛性安裝結(jié)構(gòu)的立罐
Figure 9: Upright tank with two fixed bearings and one load cell with compensation
圖 9: 帶二個(gè)固定支承和一個(gè)傳感器的立罐
Figure 10: High round silo
圖 10: 更高的立罐
Figure 11: Round silo on weighing modules
圖 11: 在基座上的立罐
Figure 12: Arrangement of weighing modules for a flanged tank
圖 12: 帶輪緣的立罐的稱重模塊配置
Figure 13: Rectangular hopper on four load cells
圖 13: 四個(gè)傳感器上的矩形倉(cāng)

這一節(jié)用圖例展示幾種典型的料罐結(jié)構(gòu),對(duì)涉及到的具體的問題的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),將在有關(guān)章節(jié)介紹。

6.1 立式裝填料罐

對(duì)液體、散裝貨物等勻質(zhì)物體,有二個(gè)固定基座和一個(gè)傳感器的配置是可行的。條件是容量構(gòu)造對(duì)稱,并且裝填物重心線在整個(gè)裝填過程中近似地在一條垂直線上。其他情況,尤其在更高的精度時(shí),則必須配備三個(gè)或更多的傳感器。

6.1.1 傳感器的剛性安裝

這一在承重體上的簡(jiǎn)單地剛性安裝傳感器的結(jié)構(gòu)一般不予,這種結(jié)構(gòu)不能使傳感器避免由于裝載狀況變化, 振動(dòng),溫度變化引起的變形而帶來的測(cè)量誤差。

6.1.2 安裝有二個(gè)支承體和一個(gè)傳感器的立罐容器

這一測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用一個(gè)擺式傳感器和二個(gè)固定支承,它們同時(shí)也起固定立罐容器的作用,這一位的結(jié)構(gòu)使傳感器避免一定的測(cè)量誤差。

6.1.3 支撐在三個(gè)或四個(gè)傳感器上的立罐容器

的裝填狀況大多數(shù)用三個(gè)傳感器上作測(cè)量元件,然而在直角對(duì)稱結(jié)構(gòu)中也可見四點(diǎn)配置,盡管這一布置因其超自由度及較貴在原理上不為,但另一方面它們很容易被設(shè)計(jì)者想到。盡管雙搖柱彈性支承體不需要導(dǎo)桿, 但多數(shù)需要與固定的限止器組合。對(duì)特別高的立罐,在上面部分要求安裝附加的導(dǎo)桿,在圖例中園棍桿用較小的預(yù)緊力預(yù)緊。固定的擋桿在這種位置只要很小的不可避免的錯(cuò)位便會(huì)觸及立罐,由此通過接觸摩擦導(dǎo)致附加力。此處一般不使用滾動(dòng)擋子或繩索導(dǎo)引器。

6.1.4 使用三種不同稱重模塊上的立罐

三個(gè)稱重模塊,其導(dǎo)桿外切于結(jié)構(gòu)外緣,使罐不需其他措施,而保持水平穩(wěn)定。同樣也防抬升可阻止立罐傾覆。以此在露天建設(shè)中不需很多結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),這個(gè)圖例展示了小、中、大負(fù)荷的稱重模塊。 使用標(biāo)準(zhǔn)的稱重模塊可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),可極大節(jié)省結(jié)構(gòu)的花費(fèi),但必須考慮承載面的平行性、高度對(duì)齊等等細(xì)節(jié)。

6.1.5 應(yīng)用稱重模塊上的帶輪緣的立罐

實(shí)踐中通常發(fā)現(xiàn)圓形立罐的外殼一般達(dá)到底部,以整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,此時(shí)需要特殊的安裝方式正確地安裝傳感器。圖 12 顯示用傳感器來測(cè)量的這一結(jié)構(gòu)的原理,這一方案即通過它將重量導(dǎo)入傳感器。當(dāng)然稱重模塊也包含抬升(圖 12 中為清晰起見沒畫出來)。即使結(jié)構(gòu)的小的抬升已足以使整個(gè)重量導(dǎo)入傳感器。所以在此結(jié)構(gòu)中需要一圓形密封圈來密封,它非常柔軟不足以產(chǎn)生附加力。

6.1.6 安裝有四個(gè)傳感器的裝填站的矩形倉(cāng)

在裝填站,來自傳送單位、裝填和下卸設(shè)備的振動(dòng),且當(dāng)稱量倉(cāng)為可動(dòng)設(shè)備的一部分時(shí),由于加速度的影響,會(huì)使矩形倉(cāng)很不穩(wěn)定,這還不考慮大的散裝物投落進(jìn)倉(cāng)時(shí),通過落在斜的側(cè)面上引起的極大的側(cè)向力。這一情況下,特別需要預(yù)先考慮預(yù)緊力的穩(wěn)定的導(dǎo)桿固定。有時(shí)侯在無需稱量時(shí), 秤容器被固定保持,在稱量時(shí)是自由的。直角對(duì)稱的結(jié)構(gòu)極有利于穩(wěn)定,因此也在多數(shù)傳感器安裝中被采納。同時(shí)傳感器一般帶有彈性支承體,如擺式傳感器。

6.2 懸掛式稱重罐

Figure 14: Suspended tank on three load cells
圖 14: 懸掛在二個(gè)或三個(gè)傳感器上的罐
Figure 15: Suspended tank on one load cell
圖 15: 掛在一個(gè)傳感器上的稱重罐

懸掛式稱重罐常常以更簡(jiǎn)單的柔性的園棍拉式單位或減少自歸中問題和高度調(diào)節(jié)問題。除了常常要求的墜落外,阻止擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)桿是必要的。

6.2.1 掛有二個(gè)或三個(gè)傳感器的懸掛式稱重罐

總的來說簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)要求更多的切向布置的導(dǎo)桿,在應(yīng)力很小的情況下,可由側(cè)向的下面的管子承擔(dān)。

6.2.2 單個(gè)傳感器中心懸掛的結(jié)構(gòu)

在這一結(jié)構(gòu)中必須有防擺動(dòng)和防旋轉(zhuǎn)的。

6.3 臥式儲(chǔ)罐

對(duì)于多數(shù)情況下,液體重心位置點(diǎn)的移動(dòng)與裝載高度呈線性關(guān)系。因此在一個(gè)鞍座下面安裝傳感器而在另二個(gè)鞍座下面安裝固定基座可滿足相對(duì)簡(jiǎn)單的裝載情況的測(cè)量。化的臥式儲(chǔ)罐將重量平分在一個(gè)雙搖柱擺式傳感器和二個(gè)固定支座上,正常情況其它的固定是不必要的。對(duì)很長(zhǎng)的臥式液罐而言,應(yīng)加,以阻止傳感器被側(cè)向力撞倒,例如用機(jī)械阻檔限制罐鞍上的二個(gè)端點(diǎn)。

提示:實(shí)踐中分布的對(duì)稱往往被對(duì)液體出口一側(cè)微傾的結(jié)構(gòu),對(duì)精密稱量任務(wù)而言以三個(gè)雙搖柱擺式傳感器傳感器布置為,其中水平固定用固定檔板。

Figure 16: Horizontal tank for liquids with a C16 load cell (diagram)
圖 16: 帶有 C16 傳感器的臥式儲(chǔ)罐 (草圖)

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