Schéma de conception et calcul des principaux paramètres d'une balance multi-têtes en fonctionnement pratique

Auteur : Smartweigh– Peseuse multi-têtes

La peseuse multi-têtes (doseur à perte de poids) est un équipement d'analyse quantitative du poids net. Elle est principalement utilisée pour le pesage net continu et dynamique tout au long du processus, permettant d'effectuer le pesage net et l'analyse quantitative des matières premières à alimentation continue, et d'afficher des informations sur le débit total instantané et le débit total. Son principe de base repose sur celui d'une balance à données statiques, utilisant la technologie de pesage d'une balance d'entrepôt à capteurs de force. Cependant, pour obtenir une meilleure mesure de la perte de poids net par unité de temps, le panneau de commande de la peseuse multi-têtes nécessite la mesure du débit total instantané des matières premières.

La partie gauche de la figure 1 représente le schéma du système de pesage à poids net manquant. Lorsque le stock de matières premières dans l'entrepôt est vide, la vanne d'alimentation peut être ouverte. Une fois le niveau maximal atteint, la vanne se ferme et l'entrepôt est maintenu en position par le système de pesage à poids net manquant. Afin d'améliorer la précision du pesage, les parties supérieure et inférieure de l'entrepôt sont reliées par des passages et des entrées/sorties adaptés. Le poids net des machines et équipements situés à l'avant, à l'arrière et à gauche, ainsi que celui des matières premières qu'ils contiennent, n'est pas pris en compte dans le calcul du poids net de l'entrepôt. La partie droite de la figure 1 présente une vue en plan du processus d'approvisionnement continu. Ce processus est organisé en cycles (trois cycles sont représentés sur la figure).

Chaque système de cycle comprend deux phases : lors de la réduction du volume de matières premières stockées dans l'entrepôt, le poids net des matières premières augmente. Lorsque le niveau maximal de matières premières est atteint à t1, la vanne d'alimentation se ferme et le convoyeur à vis commence à décharger les matières premières, entraînant une perte de poids. Après un certain temps, le poids net des matières premières dans l'entrepôt diminue. Lorsque le niveau minimal de matières premières est atteint à t2, la vanne d'alimentation s'ouvre à nouveau. L'intervalle de temps entre t1 et t2 correspond à la durée du cycle pour le type d'alimentation forcée. Après un certain temps, le poids net des matières premières dans l'entrepôt augmente. Lorsque le niveau maximal de matières premières est atteint à nouveau à t3, la vanne d'alimentation se ferme et le cycle de temps entre t2 et t3 se répète. Le débit instantané du convoyeur à vis est contrôlé afin d'assurer un cycle d'alimentation stable. Pendant le fonctionnement, le rapport de vitesse du convoyeur à vis reste constant, à la valeur juste avant le début du cycle, grâce à une méthode de contrôle du débit volumique constant. La peseuse multi-têtes, combinant pesage dynamique et statique, alimentation discontinue et continue, présente une structure étanche et convient au traitement de matières premières telles que le béton, la chaux vive, le charbon pulvérisé, les produits alimentaires et pharmaceutiques. Les opérations de pesage et d'alimentation garantissent une précision et une linéarité élevées. La conception de la peseuse multi-têtes à 2 têtes repose sur les principaux paramètres requis.

Lors de la conception d'une balance à pesage net manquant, il est essentiel de prendre en compte les principaux paramètres de fonctionnement tels que la fréquence d'alimentation, le volume de réapprovisionnement, la capacité de l'entrepôt de réapprovisionnement et le débit de réapprovisionnement. Dans le cas contraire, la balance ne fonctionnera pas correctement. Par exemple, un client a acheté une balance multi-têtes auprès d'un fabricant pour la maintenance de ses équipements sur site. Lors de cet achat, seuls trois capteurs de poids de 100 kg ont été acquis.

Le fabricant a dépêché un technicien sur place pour constater que la matière première du client est une solution d'acide borique, d'une densité relative de 1510 kg/m³, avec un débit total maximal de 36 kg/h et un débit courant de 21 à 24 kg/h. Ce faible débit, associé à l'utilisation de trois points de support pour capteurs de poids de 100 kg, constitue une erreur de conception lors du choix du modèle. De plus, la trémie est raccordée à une machine générant des vibrations lors de son installation. Pour des besoins plus importants, nous recommandons un débit de 15 à 20 remplissages/h, en nous basant sur les bonnes pratiques. Le poids net de chaque ajout est alors de 36/15 à 36/20, soit de 1,9 à 2,4 kg. Le poids net de matière première supporté par chaque capteur est inférieur à 1 kg, et la précision de mesure est d'environ 0,5 à 1 %.

En général, la plage de mesure raisonnable d'un capteur de poids doit être d'au moins 10 à 30 % pour garantir une pesée plus précise. Compte tenu du poids net de la matière première (2,4 kg) et du poids net de l'entrepôt et des équipements de manutention (convoyeur à vis, etc.), le poids total est d'environ 10 kg. Avec trois capteurs de poids, la plage de mesure de chacun peut être sélectionnée entre 5 et 10 kg. Autrement dit, l'achat de 10 à 20 capteurs de 100 kg supplémentaires nuit à la fiabilité du système de pesage multi-têtes et à la précision de la pesée.

Ce cas illustre que la conception de la peseuse multi-têtes doit être conforme aux normes en vigueur et que les principaux paramètres de fonctionnement et d'équipement de la machine ne peuvent être déterminés sans mesures. 3. Calcul des principaux paramètres de fonctionnement et de conception de la peseuse multi-têtes. 3.1 Calcul de la fréquence d'alimentation.

Pour une peseuse multi-têtes, plus le rapport du cycle d'alimentation (rapport de temps = cycle d'alimentation / cycle de réapprovisionnement) dans chaque circuit est élevé, mieux c'est ; il doit généralement dépasser 10:1. En effet, l'alimentation offre une durée de cycle beaucoup plus précise que le réapprovisionnement, et plus la durée du cycle d'alimentation est longue, plus la précision globale de la peseuse multi-têtes est élevée. La fréquence du circuit par unité de temps d'une peseuse multi-têtes est généralement exprimée en fréquence horaire lorsque la demande est importante, soit en cycles/h.

En prenant comme référence la demande horaire la plus élevée, la constante de temps de la demande par unité de temps (par exemple, par seconde) est une condition préalable. Plus la fréquence du système de circulation est faible, plus la quantité distribuée à chaque cycle est importante, plus la capacité et le poids net de l'entrepôt de pesage net sont élevés, et plus la précision de la mesure de l'état de poids nul par l'utilisation de plusieurs capteurs de pesage est faible. À l'inverse, plus la fréquence du système de circulation est élevée, plus la quantité distribuée à chaque cycle est importante. Plus elle est faible, plus la capacité et le poids net de l'entrepôt de pesage net sont faibles, et plus la précision de la mesure de l'état de poids nul par un nombre réduit de capteurs de pesage est élevée. Cependant, une fréquence de cycle trop élevée entraîne des arrêts fréquents des alimentateurs et des basculements intempestifs du panneau de commande de la peseuse multi-têtes entre les cycles d'alimentation forcée et de réalimentation, ce qui est problématique.

En raison de la régularité des opérations, la plupart des systèmes en apesanteur, notamment pour les particules pulvérulentes et peu fluidifiées, prévoient une fréquence de réapprovisionnement de 15 à 20 fois par heure en cas de forte demande. Lorsque la demande est plus faible, cette fréquence est réduite, et le cycle d'alimentation forcée devient prépondérant, ce qui contribue à améliorer la précision. Par ailleurs, certaines applications, même avec un débit total très faible et une capacité d'entreposage réduite, permettent de stocker les matières premières pendant plus d'une heure, et donc d'espacer les réapprovisionnements de plus d'une heure.

Dans les cas suivants : le débit total est de 2 kg/h. Le taux de dépôt de matière première est de 803 kg/m³. Le débit total d’alimentation du plus grand volume est de 2/803 = 0,0025 m³/h.

Si la capacité de l'entrepôt est de 0,01 m³ (soit environ 250 mm × 250 mm × le volume d'un entrepôt de 250 mm), elle est suffisante pour 2 à 3 heures d'utilisation de matières premières, et si chaque utilisation ne dépasse pas 10 kg, l'approvisionnement automatique en matières premières n'est pas nécessaire et un approvisionnement manuel peut être envisagé. Cependant, la linéarité du flux total est légèrement inférieure. 3.2 Recalculer le volume d'alimentation. Après avoir sélectionné la fréquence de réapprovisionnement, il est possible de mesurer le volume de réapprovisionnement et le volume total d'alimentation.

Prenons l'exemple d'une peseuse à plusieurs têtes : la plus grande fournit un débit total de 270 kg/h. La masse volumique apparente de la matière première est de 485 kg/m³. Le débit total d'alimentation de la plus grande capacité est de 270/480 = 0,561 m³/h.

Au débit de livraison le plus élevé, la fréquence de relivraison a été fixée à 15 fois/h. Méthode de calcul du volume de rechargement : volume de rechargement = quantité ajoutée (kg/h) ÷ densité (kg/m³) ÷ fréquence de rechargement (fréquence de rechargement/h). Dans ce cas, le volume de rechargement est de 270 ÷ 480 ÷ 15 = 0,0375 m³. 3.3 Calcul de la capacité de l'entrepôt en poids net.

La capacité de stockage en poids net prévue dans le plan doit être supérieure à la capacité calculée. En effet, l'entrepôt disposera inévitablement de matières premières restantes et d'espace libre en hauteur lors de sa mise en service. En tenant compte de 20 % pour chaque élément et en divisant la capacité totale par 0,6, on obtient la capacité de stockage nécessaire.

Le volume final de l'entrepôt, calculé en fonction du poids net, doit être ajusté en fonction du volume fixe de l'entrepôt. Méthode de calcul du volume de rechargement : capacité de l'entrepôt en fonction du poids net = volume en fonction du poids net ÷ k. Dans cette formule : k représente l'indice de surplus estimé de l'entrepôt de matières premières, compris entre 0,4 et 0,7 ; la valeur 0,6 est proposée.

Dans cet exemple, la capacité nette de l'entrepôt (poids net) est de 0,0375 ÷ 0,6 = 0,0625 m³. Lorsque le volume de l'entrepôt profilé est de 0,6 m³, 0,8 m³, 1,0 m³ et autres spécifications et modèles, le volume net doit être d'au moins 0,08 m³, et la capacité de l'entrepôt (poids net) doit être de 0,08 m³. 3.4 Mesurer le taux de réinstallation.

Le système de pesage multi-têtes utilise une méthode de capacité fixe à faible précision pour le temps de cycle de rechargement. Par conséquent, la cadence de rechargement de la machine doit être rapide (généralement entre 5 et 20 secondes). Le calcul de la cadence de rechargement est le suivant : cadence de rechargement = [volume rechargé (m³) ÷ temps de rechargement (s) × 60 (s/min)] + [débit total de rechargement (m³/h) ÷ 60 (min/h)]. Dans l'équation 2, la cadence de rechargement comprend deux termes : le premier correspond au taux d'ajout basé sur le volume rechargé, et le second, souvent négligé, représente la quantité de matière première nécessaire pour un même temps de rechargement. Ainsi, la cadence de rechargement est environ 30 fois supérieure au taux d'ajout initial. Autrement dit, selon cette valeur, lors de l'estimation du taux de réalimentation des autres balances de poids net manquantes, celui-ci peut être estimé à 25-40 fois le taux d'ajout le plus élevé.

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