탱크 계량 시스템의 설계 및 구조

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1. 소개 센서가 있는 탱크를 제조할 때는 몇 가지 중요한 기본 규칙을 준수해야 합니다.예를 들어, 탱크는 기후 조건이나 생산 관련 영향을 받는 경우가 많습니다.건물과 관련하여 신규 노천 사일로(사일로, 석탄벙커)를 건설할 경우 건축규정을 반드시 준수해야 합니다. 건설법 ​​목적상, 계량 장비에 대한 후속 수정도 중요한 변경으로 간주될 수 있습니다.이 경우 건축 엔지니어와 상담하는 것이 좋습니다. 건축 규정은 원칙적으로 안전 측면에서 "최신 기술"을 정의합니다. 예를 들어, 독일 표준 DIN 1055 Part 4 건물 하중에서는 풍하중을 가정합니다.탱크 구조물의 설계자와 제조업체는 회사 내부 규정과 같은 특별한 규정도 알고 있어야 합니다. 위험물이 보관되어 있고 지게차로 작동할 것으로 예상되는 경우 지붕 위의 탱크가 들어올리지 않도록 항상 보호해야 합니다.2. 중량 분포 탱크를 3개의 하중 지지점에 지지하고, 각 하중 지지점에 센서를 설치하면 탱크의 중량을 판단하기 위한 최적의 센서 사양을 얻을 수 있습니다.이러한 상황을 정적 결정이라고 합니다.이를 위해서는 전체 부하가 3개의 센서에 최대한 균등하게 분산되어야 합니다. 수직 또는 매달린 원통형 탱크의 경우 세 개의 센서가 탱크의 수직 축에서 등거리에 있고 평면에서 서로 120°일 때 최상의 균일성 조건이 충족됩니다.수평 및 수평 탱크의 하중 지지점 배열은 그림 1을 참조하십시오. 장비의 모든 지지대에 센서가 장착되어 있지 않은 경우 지지 하중의 불균일 분포가 더 적합합니다. 센서가 있는 지지대는 센서가 없는 지지대보다 더 많은 무게를 견뎌야 합니다. 이 조치는 계량 장비의 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 장비를 설계하고 센서를 선택할 때 센서에 가능한 한 동일한 하중이 작용하도록 노력하십시오.그림 1 수평 탱크의 하중 지지 지점 A, B, C의 분포. 탱크가 4개 이상의 지점으로 지지되는 경우 정적 자유도가 있습니다. 이 애플리케이션의 경우 모든 하중 지지 지점에서 센서를 고려해야 합니다.개별 센서에 대한 하중의 균일한 분배는 설치를 통해서만 달성될 수 있습니다.이 목적을 달성하려면 먼저 센서의 부하를 개별적으로 측정하십시오. 뚜렷한 차이가 발견되면 해당 센서의 높이를 조정해야 합니다(예: 금속 시트를 채워서). 하중이 너무 작은 센서는 원칙적으로 면을 맞대고 설치해야 합니다. 3. 탱크의 무게중심 만재된 탱크의 무게중심은 탱크의 지지점 아래로 최대한 낮아야 한다.이 요구 사항은 실제로 달성하기 어려운 경우가 많습니다.무게 중심이 하중 지지점 아래에 있으면 메커니즘의 안정성에 유리합니다.충전량의 높이에 따라 무게 중심 위치가 달라지며, 무게 중심 위치는 필요한 센서 수에 결정적인 영향을 미칩니다.대칭 충진의 센서 레이아웃에서는 무게 중심이 수직선상으로 이동하므로 하나의 센서로 계량 장비 제작이 가능합니다.충전재의 변화로 인해 무게 중심이 중심선과 측면으로 이동하는 경우 모든 지지점에 센서를 장착해야 합니다.그림 2에서는 무게 중심이 (측면으로) 변경될 때 모든 지지점에서 센서를 사용해야 하는 필요성을 설명합니다.그림 2: 경사진 유출판이 있는 탱크의 무게 중심 위치는 충전량에 따라 다릅니다.4. 탱크 로딩 및 언로딩 및 기타 인터페이스 탱크는 종종 탱크 내용물, 전자, 유압 또는 공압 및 탱크의 기타 보조 장비의 로딩 및 언로딩과 같은 다른 인터페이스를 로딩 및 언로드해야 합니다.탱크 로딩 및 언로딩 인터페이스는 추가적인 힘을 생성하여 스케일 측정 정확도에 오류를 일으킬 수 있습니다.따라서 인터페이스는 수직적으로 유연해야 합니다.그림 3~7은 아이디어 구상 및 프로젝트 단계에서 고려해야 할 몇 가지 가능한 인터페이스 형태를 보여줍니다. 유연하지 않은 강성 파이프를 접합할 때는 다음을 수행하는 것이 합리적입니다.：탱크는 가능한 한 오랫동안 수평 파이프에 연결됩니다.수평 튜브는 수직 방향으로 유연하며 길이가 길어질수록 부드러워집니다.센서에 발생하는 응력은 그에 따라 작으며 측정 정확도에 중요하지 않습니다. (그림 3). 쉽게 구부릴 수 있는 연결 파이프의 여러 섹션은 긴 수평 파이프를 대체할 수 있으며(그림 4) 추가 힘을 피하기 위해 쉽게 변형 가능한 탄성 재료 호스로 연결할 수 있습니다.여기에서 용기 충전 물질 및 세척제에 대한 탄성 재료의 수용성을 테스트해야 합니다(예: 식품, 제약 기술).추가 힘을 줄이는 다른 방법은 곡선형 튜브 구성을 통해 가능합니다(그림 5). 수직 튜브 도입의 경우 중력 방향 측정이 필요하거나 호스를 사용할 수 없는 경우 벨로우즈 보상을 통해 안정적인 파이프 연결이 이루어집니다(그림 6). 그러나 이러한 보상 장치를 조립할 때는 작은 변형이 유지되어야 합니다.두 번째 벨로우즈를 사용할 경우 첫 번째 관통 파이프에 연결할 때 더 큰 변형이 허용될 수 있습니다.힌트：특수 청소가 필요한 일부 장소(예: 식품 산업)에서는 주름관을 사용할 수 없습니다.그림 7에 표시된 개방형 화물 스터브의 개방형 연결은 추가 힘을 줄이는 측면에서 최적입니다. 개방형 조인트는 파이프와 탱크 사이의 접촉을 방지하지만 이 형태는 압력 용기와 같은 폐쇄 시스템에서는 사용할 수 없습니다. 팁: 연결 파이프의 재료도 계량에 들어간다는 점에 항상 유의해야 합니다. 탱크에 직접 연결된 공급 및 배출 파이프는 계량 과정에서 일정한 무게를 유지해야 합니다. 이는 다음을 의미합니다.：파이프는 비어 있거나 항상 가득 차 있습니다. 그림 3: 긴 수평 파이프 연결 그림 4: 유연한 관형 연결 그림 5: 곡선 파이프 그림 6: 벨로우즈 보상 연결 그림 7: 개방형 짧은 화물 파이프 5. 압력 부하 폐쇄된 장비에서 시스템 압력은 계량 결과에 영향을 미칩니다. 특히 화학 산업에서는 반응 공정에 높은 압력이 필요합니다. 이에 반해 진공장비는 먼지입자형 계량물에 대해 100~300mbar의 부압을 발생시킨다.그림 5 및 6과 같이 파이프가 용기에 수직으로 연결되면 측정에 직접 입력되는 추가 힘이 있습니다.효과는 압력과 파이프 단면의 곱에 해당하며 측정 중 압력이 안정적인 경우 측정 중에 이 비율을 고려하거나 계산할 수 있습니다. 수평 연결 파이프가 유리하므로 수직 파이프보다 우선적으로 설치됩니다. 이 경우 해당 추가 힘은 장착 액세서리에 의해 흡수됩니다.6.1 몇 가지 일반적인 센서 설치 형태 이 섹션에서는 몇 가지 일반적인 탱크 구조를 보여주기 위해 그림을 사용합니다. 관련된 특정 문제의 구조적 세부 사항은 관련 장에서 소개됩니다.6.1 수직 충진 탱크의 경우 액체, 벌크 제품 및 기타 균질 물체에 대해 두 개의 고정 베이스와 하나의 센서 구성이 가능합니다.조건은 용량 구성이 대칭이고, 충전 공정 전반에 걸쳐 하중의 무게 중심이 대략 수직선에 있다는 것입니다.다른 경우, 특히 더 높은 정확도를 위해 3개 이상의 센서가 필요합니다.6.1.1 센서의 견고한 설치 단순히 하중을 받는 본체에 센서를 견고하게 설치하는 구조는 일반적으로 권장되지 않습니다. 이러한 구조는 하중 조건 변화, 진동, 온도 변화로 인한 변형으로 인해 센서가 측정 오류를 방지할 수 없습니다.6.1.2 2개의 지지대와 1개의 센서가 있는 수직 탱크. 이 측정 시스템은 수직 탱크를 고정하는 역할도 하는 진자 센서와 두 개의 고정 지지대를 사용합니다. 이러한 저비용 구조를 통해 센서는 특정 측정 오류를 방지할 수 있습니다. 그림 8: 센서 1개를 위한 견고한 장착 구조의 수직 탱크 그림 9: 고정 지지대 2개와 센서 1개를 갖춘 수직 탱크 6.1.3 3개 또는 4개의 센서로 지지되는 수직 탱크 수직 탱크 컨테이너의 정확한 충전 조건 대부분은 3개의 센서를 사용하여 측정됩니다. 그러나 4점 구성은 직사각형 대칭 구조에서도 볼 수 있습니다. 이 배열은 극도의 자유로움과 상대적으로 비싼 가격으로 인해 원칙적으로 최적은 아니지만, 반면에 디자이너는 쉽게 생각할 수 있습니다.이중 로커 탄성 지지대는 가이드 로드가 필요하지 않지만 대부분 고정 리미터와 결합되어야 합니다.특히 높은 수직 탱크의 경우 상부에 추가 가이드 로드를 설치해야 합니다. 그림에서 둥근 로드는 더 작은 사전 조임력으로 사전 조여졌습니다.이 위치에서는 고정 스톱 레버의 피할 수 없는 작은 정렬 불량만이 수직 탱크와 접촉할 수 있으므로 접촉 마찰을 통해 추가 힘이 발생합니다.여기서는 롤링 스톱이나 로프 가이드를 사용하는 것이 일반적으로 권장되지 않습니다.그림 10: 더 높은 수직 탱크 그림 11: 바닥 위의 수직 탱크 6.1.4 세 가지 다른 계량 모듈을 사용하는 수직 탱크. 3개의 계량 모듈의 가이드 로드는 구조물의 외부 가장자리에 둘러싸여 있으므로 탱크는 다른 조치가 필요하지 않고 수평으로 안정적으로 유지됩니다.수직 탱크가 뒤집히는 것을 방지하기 위한 리프트 방지 장치도 있습니다.야외 건축에서 많은 구조적 세부 사항이 필요하지 않도록 하기 위해 이 그림에서는 소형, 중형 및 대형 하중에 대한 계량 모듈을 보여줍니다. 표준 계량 모듈을 사용하면 구조를 단순화하고 구조적 비용을 크게 절약할 수 있지만 하중 지지 표면의 평행도 및 높이 정렬과 같은 세부 사항을 고려해야 합니다.6.1.5 계량 모듈에 테두리가 있는 수직 탱크 적용 실제로는 전체 구조의 안정성을 보장하기 위해 원형 수직 탱크의 쉘이 바닥에 도달하는 것이 일반적입니다. 이때, 센서를 올바르게 설치하기 위해서는 특별한 설치 방법이 필요합니다.그림 12는 센서로 측정하는 구조의 원리를 보여주며, 이에 따라 무게가 센서에 유입됩니다.물론 계량 모듈에는 리프팅 보호 기능도 포함되어 있습니다(명확성을 위해 그림 12에는 표시되지 않음).구조물을 조금만 들어올려도 전체 무게가 센서에 전달되기에 충분합니다.따라서 이 구조를 밀봉하려면 원형 밀봉 링이 필요하며 이는 매우 부드럽고 추가적인 힘을 생성할 수 없습니다.그림 12: 테두리가 있는 수직 탱크의 계량 모듈 구성 6.1.6 적재 스테이션에 4개의 센서가 있는 직사각형 용기. 충전소에서는 컨베이어 메커니즘, 충전 및 하역 장비, 계량통이 이동식 장비의 일부인 경우 가속도의 영향으로 직사각형 용기의 진동이 매우 불안정해집니다. 이는 대용량 벌크 자재를 용기에 떨어뜨릴 때 경사면에 떨어지면서 발생하는 거대한 측면 힘을 고려하지 않은 것입니다.이 경우 특히 예압을 염두에 두고 가이드 로드를 안정시키는 것이 필요합니다.때때로 계량이 필요하지 않은 경우, 저울 용기는 고정되어 계량용으로만 사용됩니다.직각 대칭 구조는 안정성에 매우 도움이 되므로 대부분의 센서 설치에도 채택됩니다.동시에 센서는 일반적으로 진자 센서와 같은 탄성 지지체를 가지고 있습니다. 6.2 매달린 계량 탱크 매달린 계량 탱크는 종종 간단하고 유연한 로드 당김 메커니즘을 사용하여 자체 중심 문제 및 높이 조정 문제를 제거하거나 줄입니다.흔히 요구되는 추락 방지 기능 외에도 흔들리거나 회전하는 것을 방지하는 가이드 로드가 필요합니다.6.2.1 2개 또는 3개의 센서가 있는 매달린 계량 탱크의 일반적으로 단순한 구조에는 접선 방향으로 배열된 가이드 로드가 더 많이 필요하며, 이는 응력이 매우 작을 때 측면 하부 파이프가 지탱할 수 있습니다.그림 14: 2개 또는 3개의 센서에 매달린 탱크 6.2.2 단일 센서가 중앙에 매달린 구조. 이 구조는 흔들림과 회전으로부터 보호되어야 합니다.그림 15: 센서에 매달린 계량 탱크 6.3 수평 저장 탱크 대부분의 경우 액체 무게 중심의 이동은 적재 높이와 선형 관계를 갖습니다.따라서 한 안장 아래에 센서를 설치하고 다른 두 안장 아래에 고정 베이스를 설치하면 비교적 간단한 하중 조건 측정을 충족할 수 있습니다.이상적인 수평 저장 탱크는 이중 요동 기둥 진자 센서와 두 개의 고정 지지대 사이에 무게를 균등하게 나눕니다. 정상적인 상황에서는 다른 수정이 필요하지 않습니다.매우 긴 수평 액체 탱크의 경우 탱크 안장의 두 끝점을 제한하기 위해 기계적 정지 장치를 사용하는 등 센서가 측면 힘에 의해 무너지는 것을 방지하기 위해 보조 보호 장치를 추가해야 합니다.힌트：실제로는 액체 배출구 측면으로 약간 기울어진 구조로 인해 분포의 대칭성이 파괴되는 경우가 많습니다. 정밀 계량 작업의 경우 3개의 이중 요동 기둥 진자 센서의 센서 배열이 최적이며, 그 중 수평 고정을 위해 고정 배플을 사용하는 것이 가장 좋습니다.그림 16: C16 센서가 장착된 수평 탱크(스케치)