다헤드 계량기의 개요, 기본 매개변수를 이용한 구성도, 계산 방법 및 적용 예시

저자: 스마트웨이그 멀티헤드 웨이터

다헤드 계량기(감량식 공급기)는 정량 분석 ​​계량 공급 장비의 일종입니다. 주된 목적은 연속적인 동적 계량 공정 전체에 적용하는 것으로, 연속적으로 공급해야 하는 원료의 계량 및 정량 분석 ​​작업을 수행할 수 있으며, 원료의 순간 총 유량과 총 유량 정보를 표시합니다. 기본적으로 정적 데이터 계량 시스템과 유사하며, 정적 데이터 호퍼 저울의 계량 기술을 채택하고 계량 센서를 사용하여 호퍼의 무게를 측정합니다. 다만, 다헤드 계량기의 제어 패널에서는 호퍼 저울의 단위 시간당 순 중량 감소량을 계산하여 원료의 순간 총 유량을 구해야 합니다.

그림 1은 다헤드 계량기의 원리를 나타낸 평면도입니다. 다헤드 계량기의 간략한 설명, 설계 방식, 주요 작동 매개변수의 측정 및 적용, 그리고 적용 사례를 제시합니다. 그림 1. 다헤드 계량기의 원리 평면도. 그림 1은 다헤드 계량기의 구조를 나타낸 개략도입니다. 배출 시 최대 재료 수위에 도달하면 배출 밸브가 닫히고, 계량 호퍼는 다헤드 계량기에 의해 지지됩니다. 정확한 계량을 위해 계량 호퍼의 상하부는 모두 연질 통로 또는 입구와 출구로 연결되어 있어, 앞뒤, 좌우 기계 및 장비와 원자재의 순중량이 계량 호퍼에 집중되지 않도록 합니다.

그림 1의 오른쪽은 연속 공급 장치의 전체 공정 평면도입니다. 연속 공급 장치의 전체 공정은 사이클 시스템으로 구성되어 있으며 (그림에는 세 개의 사이클이 표시되어 있습니다), 각 사이클 시스템은 두 개의 사이클 시간으로 이루어져 있습니다. 첫 번째 사이클은 계량 호퍼가 비어 있을 때 배출 밸브를 열어 재료를 배출하는 것으로, 이때 계량 호퍼 내 원료의 순중량은 계속 증가합니다. 최대 재료 수위(t1)에 도달하면 배출 밸브를 닫습니다. 이때 스크류 컨베이어가 재료 투입을 시작하고, 멀티헤드 계량기가 작동을 시작합니다. 일정 시간이 지난 후, 계량 호퍼 내 원료의 순중량이 계속 감소하여 최소 재료 수위(t2)에 도달하면 배출 밸브를 다시 엽니다. 이때 t1부터 t2까지의 기간이 연속 공급 장치의 사이클 시간입니다. 일정 시간이 지난 후, 계량 호퍼 내 원료의 순중량이 계속 증가하여 시점 t3에서 최대량에 다시 도달하면 배출 밸브가 닫히고, t2부터 t3까지의 기간이 재배출 사이클 시간이 됩니다. 이러한 과정이 반복됩니다. 강제 공급기의 사이클 시간 동안에는 스크류 컨베이어의 속도비가 순간 유량에 따라 모니터링되어 안정적인 공급이 이루어집니다. 재배출 사이클 시간 동안에는 스크류 컨베이어의 속도비가 사이클 시작 직전의 속도비를 유지합니다. 공급기를 정유량 유량 모니터링 방식으로 변경합니다.

다헤드 계량기는 동적 계량과 정적 데이터 계량을 통합하고, 단속 공급과 연속 공급을 통합하여 구조적으로 밀폐가 용이하며, 콘크리트, 생석회 분말, 미분탄, 식품, 의약품 등과 같은 초미세 원료의 계량에 적합합니다. 중량 및 조미료 제어를 통해 높은 계량 정밀도와 선형성을 달성할 수 있습니다. 2. 다헤드 계량기 작동 주요 매개변수 설계의 필요성 다헤드 계량기 설계 시에는 배출 빈도, 재배출량, 계량 호퍼 용량, 재배출률 등 주요 작동 매개변수를 반드시 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 다헤드 계량기가 제대로 작동하지 않을 수 있습니다. 한 고객이 현장 설비 유지보수 및 기능 분석을 위해 제조업체로부터 다헤드 계량기를 구매했습니다. 100kg 계량 센서 3개만 구매하여 사용 후, 영점 불안정, 총 유량 정보 미표시 등의 일반적인 고장이 발생했습니다.

제조업체에서 현장에 담당자를 파견하여 확인한 결과, 고객의 원료는 붕산이며 상대 밀도는 1510kg/m³이고 최대 총 유량은 36kg/h에 불과하며 일반적인 총 유량은 21~24kg/h였습니다. 총 유량이 매우 적기 때문에 호퍼에는 100kg 계량 센서 지지점 3개를 사용하고 분석 호퍼의 용량도 상당히 큽니다. 따라서 아래의 강력히 권장되는 작업 경험 규칙인 "회분량이 많을 경우 재배출 빈도는 시간당 15~20회로 선택"을 따르면, 각 재배출 시 순중량은 36/15~36/20, 즉 1.9kg~2.4kg이 됩니다. 각 계량 센서가 담당하는 원료의 순중량은 1kg 미만이므로 합리적인 측정 범위는 약 0.5~1%입니다.

일반적으로 보다 정확한 계량을 위해서는 계량 센서의 적정 측정 범위가 최소 10~30% 이상이어야 합니다. 원료 무게 2.4kg에 호퍼와 공급 장비(스크류 컨베이어 등)의 순중량을 더하면 총 무게는 약 10kg입니다. 로드셀을 세 개 사용할 경우, 각 로드셀의 측정 범위는 5kg~10kg 중에서 선택할 수 있습니다. 즉, 원래 주문한 100kg 센서의 측정 범위가 10~20배 커지게 되어 멀티헤드 계량기의 신뢰성이 떨어지고 계량 정밀도가 저하됩니다.

본 사례는 다헤드 계량기의 설계 계획 또한 설계 계획 표준을 준수해야 하며, 기계 장비 및 다헤드 계량기 작동의 주요 매개변수는 계산 후 결정되어야 함을 보여줍니다. 3. 다헤드 계량기 작동 주요 매개변수 설계 계획 계산 3.1 배출 빈도 계산 그림 1은 다헤드 계량기의 작동을 상세히 보여줍니다. 각 사이클 시스템은 전체 배출 과정을 포함하므로 적절한 배출 빈도는 얼마일까요? 다헤드 계량기의 경우, 각 사이클 시스템에서 강제 공급기의 사이클 점유율(점유 시간 = 강제 공급기 사이클 / 재배출 사이클)이 클수록 좋으며, 일반적으로 10:1을 초과해야 합니다. 이는 강제 공급기의 사이클 시간 정밀도가 재배출 사이클 시간 정밀도보다 훨씬 높기 때문입니다. 강제 공급기의 사이클 점유율이 높을수록 다헤드 계량기의 전체 정밀도가 높아집니다.

다헤드 계량기의 단위 시간당 순환 시스템 빈도는 일반적으로 회분 투입량이 많을 때 시간당 순환 시스템 빈도, 즉 회분 투입 횟수/시간으로 표시됩니다. 이는 시간당 회분 투입량이 많다는 전제 조건에 기반하므로 단위 시간당(예: 초당) 회분 투입량은 시간 상수입니다. 순환 시스템 빈도가 낮을수록 1회 배출량이 많아지고 계량 호퍼의 용량과 순중량이 커지지만, 다중 범위 계량 센서를 사용한 중량 손실 및 계산의 정밀도가 떨어집니다. 반대로 순환 시스템 빈도가 높을수록 1회 배출량이 적어지고 계량 호퍼의 용량과 순중량이 작아지며, 측정 범위가 작은 계량 센서를 사용한 중량 손실 및 계산의 정밀도가 높아집니다.

하지만 순환 시스템의 주파수가 너무 높아 공급 장비가 자주 시작되고 멈추며, 멀티헤드 계량기의 제어판이 강제 공급기의 사이클 시간과 재공급 사이클 시간 사이를 자주 전환하는 것은 바람직하지 않습니다. 권장 재공급 빈도는 표 1에 나와 있지만, 가장 중요하고 권장되는 것은 중간의 세 가지 배출 빈도입니다. 작업 경험상 대부분의 중량 감소 공급 시스템 소프트웨어는 유동성이 낮은 분말 재료 및 과립 재료에 매우 적합합니다.

회분 공급량이 적을 때는 회분 공급량이 많을 때보다 재공급 빈도가 줄어들어 강제 공급기의 사이클 점유율이 높아지고, 이는 정밀도 향상에 더욱 유리합니다. 작업 경험상, 공급기의 총 유량이 매우 낮은 일부 응용 분야에서는 호퍼 용량이 매우 작더라도 원료를 1시간 이상 저장하여 공급할 수 있으며, 재공급 시간도 1시간을 초과할 수 있습니다. 예를 들어, 대형 공급기의 총 유량이 2kg/h이고 원료 적재량이 803kg/m³인 경우, 대형 공급기의 총 유량은 2/803 = 0.0025m³/h입니다. 호퍼 용량이 0.01m³(대략 25b250m × 25b250m × 25b250m 정육면체 호퍼 크기와 동일)이고, 원료 사용량이 2~3시간 정도이며, 1회 공급량이 10kg 미만인 경우 자동 공급이 필요하지 않고 수동 공급이 생산 및 제조 규정에 부합하는 것으로 간주될 수 있지만, 전체 유량은 선형적으로 약간 낮아집니다.

3.2 재투출량 계산 공식은 재투출 빈도를 선택하여 재투출량과 피더의 총량을 계산할 수 있도록 설계되었습니다. 다헤드 계량기의 특성 분석에 따르면, 대형 피더의 총 유량은 275kg/h이고, 원료의 부피 밀도는 485kg/m³이며, 대형 피더의 총 유량은 270/480=0.561m³/h입니다. 따라서 재투출 빈도는 15회/시간으로 설정되었습니다. 재배출량 계산 방법은 다음과 같습니다. 재배출량 = 더 큰 회분량(kg/h) ÷ 밀도(kg/m³) ÷ 재배출 빈도(재배출 빈도/시간). 이 예시에서 재배출량은 270 ÷ 480 ÷ 15 = 0.0375 m³입니다. 3.3 계량 호퍼 용량 계산 설계 계획에서 계량 호퍼의 용량은 계산된 재배출량을 초과할 것입니다. 이는 재배출 시작 시 계량 호퍼에 발생하는 잔류물을 고려해야 하기 때문입니다. 또한, 잔류 원료가 존재하고 호퍼 상단에는 완전히 채워지지 않을 수 있는 여유 공간이 있습니다. 이러한 잔류 원료를 각각 20%로 가정하면 재배출량을 0.6으로 나누어 필요한 호퍼 용량을 구할 수 있으며, 최종 계량 사일로 용량은 최종 사일로 용량에 맞춰 조정해야 합니다. 재배출량 계산 방법: 계량 호퍼 용량 = 재배출량 ÷ (k) 여기서 k는 호퍼의 계산된 용량 지수이며, 0.4~0.7 범위 내에 있을 수 있고, 0.6을 강력히 권장합니다.

이 예시에서 계량 호퍼 용량은 0.0375÷0.6=0.0625m³입니다. 성형 사일로의 용량 사양이 0.6m³, 0.2m³, 1.2503m³ 등인 경우, 최대 0.08m³까지 계량할 수 있으며, 계량 호퍼의 용량도 0.08m³로 설정해야 합니다. 3.4 다중 헤드 계량기로 인해 배출률을 다시 계산해야 합니다. 재배출 주기 동안 저정밀 정용량 방식 피더를 사용하므로 진동 피더의 재배출 속도를 더 빠르게 설정해야 합니다(일반적으로 5초~20초 이내로 작동). 재방출률 계산 방법: 재방출률 = [재방출량(m³)÷재방출 시간(s)×60(s/min)]+[대용량 공급기의 총 유량(m³/h)÷60(min/h)] 공식 2에서 재방출률은 두 항목으로 구성됩니다.

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