DE20109074U1 - Device for the continuous measurement and control of the mass flow - Google Patents
Device for the continuous measurement and control of the mass flowInfo
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30. Mai 200130 May 2001
Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung des MassenstromesDevice for continuous measurement and control of mass flow
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Messung und Regelung eines Schüttgutmassenstromes mittels eines Schneckenförderers, insbesondere eines zur Staubbildung neigenden, flockigen und/oder faserigen Schüttgutstromes.
5The invention relates to a device for the continuous measurement and control of a bulk material mass flow by means of a screw conveyor, in particular a fluffy and/or fibrous bulk material flow that tends to form dust.
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Eine bekannte Vorrichtung zur Messung und Regelung von Schüttgutmassenströmen ist die sogenannte Dosierbandwaage. Bei dieser Vorrichtung wird ein auf Massenmeßeinrichtungen, beispielsweise Massenmeßdosen gelagertes Förderband zur gravimetrischen Bestimmung des Schüttgutstromes eingesetzt. Die Signale der Messungen werden in einem entsprechenden, mikroprozessorgesteuerten Meß-, Steuer- und Regelsystem verarbeitet. Durch den kontinuierlichen Vergleich der Istfördermenge mit der vorgegebenen Sollfördermenge wird in den meisten Fällen die Geschwindigkeit des Förderbandes so geregelt, dass die gewünschte Höhe des Schüttgutmassenstromes eingehalten wird. Neben der Regelung der Bandgeschwindigkeit kann auch die Stellgröße eines an sich bekannten Zuteilorganes, z.B. die Frequenz einer Zuteilerschwingrinne geregelt werden. Dabei entspricht die Höhe des Schüttgutmassenstromes der Zuteilvorrichtung dem Sollwert der Dosierbandwaage. A well-known device for measuring and controlling bulk material mass flows is the so-called dosing belt scale. In this device, a conveyor belt mounted on mass measuring devices, such as mass load cells, is used to gravimetrically determine the bulk material flow. The signals from the measurements are processed in a corresponding microprocessor-controlled measuring, control and regulation system. By continuously comparing the actual conveying quantity with the specified target conveying quantity, in most cases the speed of the conveyor belt is controlled so that the desired level of the bulk material mass flow is maintained. In addition to controlling the belt speed, the control variable of a known distribution device, e.g. the frequency of a vibrating feeder, can also be controlled. The level of the bulk material mass flow of the distribution device corresponds to the target value of the dosing belt scale.
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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 2Registration text dated 30.05.2001 Page 2
Es ist bekannt, dass derartige Dosierbandwaagen eine sehr große Genauigkeit haben. Sie werden bevorzugt für nicht staubende Schüttgüter eingesetzt. Für Schüttgüter, die zu einer Staubentwicklung bei der Bandförderung neigen sind sie nicht geeignet, da die Meßvorrichtung offen ist. Eine Kapselung des Bandförderers ergibt nur eine geringfügige Verbesserung dieses wesentlichen Nachteils.It is known that such belt scales are very accurate. They are preferably used for non-dusty bulk materials. They are not suitable for bulk materials that tend to generate dust when conveyed by the belt, as the measuring device is open. Encapsulating the belt conveyor only slightly improves this major disadvantage.
Gemäß einem anderen Verfahren werden Prallplatten eingesetzt und es wird die Reaktionskraft gemessen, die beim Aufprall des Schüttgutes auf eine gegenüber der horizontalen geneigten Platte entsteht. Die Größe dieser Reaktionskraft ist ein Maß für die Stärke des Schüttgutstromes. Da die Reaktionskraft entsprechend den Gesetzen des elastischen Stoßes entsteht, wird sie in erheblichem Maße von den Schüttguteigenschaften, wie beispielsweise der Korngröße, der Korngrößenverteilung, der Temperatur, der Feuchte und dergleichen beeinflußt. Diese Tatsache führt zu erheblichen Meßungenauigkeiten schon bei sehr geringfügigen Änderungen der Schüttguteigenschaften während eines technologischen Prozesses aus dem sich die dadurch bedingten Qualitätsminderungen ergeben. Hinzu kommen außerdem noch Ungenauigkeiten, die durch das Meßprinzip hervorgerufen werden.According to another method, impact plates are used and the reaction force is measured that occurs when the bulk material impacts a plate that is inclined relative to the horizontal. The magnitude of this reaction force is a measure of the strength of the bulk material flow. Since the reaction force occurs according to the laws of elastic impact, it is influenced to a considerable extent by the bulk material properties, such as grain size, grain size distribution, temperature, humidity and the like. This fact leads to considerable measurement inaccuracies even with very slight changes in the bulk material properties during a technological process, which results in the resulting reduction in quality. In addition, there are inaccuracies caused by the measuring principle.
Es ist außerdem bekannt, den Schüttgutmassenstrom mit Hilfe von Umlenkschurren zu ermitteln. Dabei wird der Schüttgutstrom stoßfrei auf eine gekrümmte Meßschurre geleitet und umgelenkt. Die Größe der Reaktionskraftänderung der Umlenkschurre als Folge der Impulsänderung des Feststoffes während der Umlenkung ist ein Maß für die Größe des Schüttgutmassendurchsatzes. Für dieses Meßprinzip gilt die gleiche, nachteilige Abhängigkeit des Meßwertes von den Stoffeigenschaften und die damit verbundene Ungenauigkeit bei Änderung der Stoffeigenschaften. Diese stoffbedingten Ungenauigkeiten können bis zu 30% betragen.It is also known to determine the bulk material mass flow using deflection chutes. The bulk material flow is smoothly guided onto a curved measuring chute and deflected. The magnitude of the change in the reaction force of the deflection chute as a result of the change in momentum of the solid during deflection is a measure of the magnitude of the bulk material mass flow rate. The same disadvantageous dependence of the measured value on the material properties and the associated inaccuracy when the material properties change applies to this measuring principle. These material-related inaccuracies can be up to 30%.
Es ist außerdem bekannt, ein Massendurchfiußmeßgerät einzusetzen, das nach dem sogenannten Coriolis - Meßprinzip arbeitet. Dabei wird der Schüttgutmassenstrom vertikal und zentrisch auf ein geschlossenes, rotierend antreibbares SchaufelradIt is also known to use a mass flow meter that works according to the so-called Coriolis measuring principle. The bulk material mass flow is directed vertically and centrically onto a closed, rotating paddle wheel.
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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 3Registration text dated 30.05.2001 Page 3
aufgegeben, indem es durch die Radialschaufeln horizontal nach außen geleitet und in das Gerätegehäuse abgeworfen wird. Die dabei durch die Coriolis-Kraft entstehende Torsion der Antriebswelle des Schaufelrades ist ein Maß für die Größe des Schüttgutmassensstromes. Da die direkt gemessene Coriolis-Kraft keine Reaktionskraft ist, wie z.B. bei der Prallplatte und der Umlenkschurre ist dieses Meßprinzip sehr genau und stoffunabhängig. Auch dieses Prinzip ist nachteilig. So besteht eine hohe Anfälligkeit gegen abrasive Materialien woraus sich ein großer Wartungsaufwand ergibt. Außerdem darf die maximale Korngröße etwa 8 mm nicht übersteigen. Darüber hinaus besteht eine große Anfälligkeit schon bei einer geringfügigen Überschüttung, z.B. durch fluidisiertes Material woraus sich dann wieder eine hohe Meßungenauigkeit ergibt.by being guided horizontally outwards through the radial blades and thrown into the device housing. The torsion of the drive shaft of the bucket wheel caused by the Coriolis force is a measure of the size of the bulk material mass flow. Since the directly measured Coriolis force is not a reaction force, as is the case with the impact plate and the deflection chute, this measuring principle is very precise and independent of the material. This principle also has disadvantages. There is a high susceptibility to abrasive materials, which results in a high level of maintenance effort. In addition, the maximum grain size must not exceed around 8 mm. In addition, there is a high susceptibility to even a slight overfill, e.g. due to fluidized material, which in turn results in a high level of measurement inaccuracy.
Die Prallplatte, die Umlenkschurre und das Coriolis - Meßgerät dienen der Erfassung des Schüttgutmassenstromes. Mit Hilfe dieses Meßwertes werden dann die entsprechenden Zuteileinrichtungen gesteuert. Diese Geräte können nicht eingesetzt werden für die Messung und Dosierung von Schüttgütern, die eine flockige oder faserige Struktur haben und somit zur Agglomeration neigen. Zur staubfreien Förderung von Schüttgütern mit den unterschiedlichsten Korngrößen sowie unterschiedlichen Stoffeigenschaften wird bereits seit längerer Zeit der Schneckenförderer erfolgreich eingesetzt, da dieser in seinen wichtigsten technologischen Eigenschaften die Anforderungen, die an ein Meßsystem für Schüttgüter gestellt wird, erfüllt. Deshalb wurde in der Vergangenheit des öfteren versucht, die Schüttgutmassenströme mit Hilfe von Schneckenförderern, die sinngemäß als Wiegeschnecken bezeichnet werden könnten, und ähnlich der Funktion der Bandförderer bei den Dosierbandwagen entsprechen, und die Schüttgutmassenströme gravimetrisch dabei zu erfassen, um die genannten Vorteile zu nutzen. Diese Schneckenförderer waren als statisch günstiges System dreifach gelagert und zwar durch zwei Drehlager und durch eine Massenmeßdose. Derartige Schneckenförderer konnten jedoch noch nicht erfolgreich eingesetzt werden, da die Genauigkeit dieser Meßeinrichtungen nicht ausreichte, wobei die Ergebnisse vom Sollwert bis zu 30% abwichen. Derartige Schwankungen sind jedoch für die verfahrenstechnische Praxis wesentlich zu hoch.The impact plate, the deflection chute and the Coriolis measuring device are used to record the bulk material mass flow. The corresponding distribution devices are then controlled using this measured value. These devices cannot be used to measure and dose bulk materials that have a flaky or fibrous structure and thus tend to agglomerate. Screw conveyors have been used successfully for a long time to convey bulk materials with a wide variety of grain sizes and different material properties without dust, as their most important technological properties meet the requirements of a measuring system for bulk materials. Therefore, in the past, attempts have often been made to measure bulk material mass flows using screw conveyors, which could be described as weighing screws and which correspond to the function of belt conveyors in dosing belt cars, and to record the bulk material mass flows gravimetrically in order to use the advantages mentioned. These screw conveyors were a statically favorable system with three bearings, namely two pivot bearings and a mass load cell. However, such screw conveyors could not yet be used successfully because the accuracy of these measuring devices was not sufficient, with the results deviating from the target value by up to 30%. However, such fluctuations are far too high for process engineering practice.
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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 4Registration text dated 30.05.2001 Page 4
Für die Effizienz der Lager-, Förder-, Misch- und Behandlungstechniken von Verfahren an denen Schüttgüter beteiligt sind, ist die Beherrschung der Messung und Regelung der Schüttgutmassenströme von besonderer Bedeutung. Diese betrifft neben der Qualität des erzeugten Produktes auch die nachweisliche Dokumentation einzelner Verfahrensschritte und die Reproduzierbarkeit der Verfahren. Die eingesetzten Vorrichtungen zur Messung und Regelung der Schüttgutmassenströme, die in den meisten Fällen auch eine Dosierfunktion haben, sollten sich am Ziel eines optimalen, ungestörten Prozessablaufes orientieren und diesen in keiner Weise stören. Außerdem sollten die Schüttguteigenschaften während der Messung und Regelung nicht verändert werden. Ein weiteres Ziel ist die Unabhängigkeit von Veränderungen der Schüttguteigenschaften, wie sie beispielsweise durch unterschiedliche Provenienz hervorgerufen wird.Mastering the measurement and control of bulk material mass flows is of particular importance for the efficiency of storage, conveying, mixing and treatment techniques in processes involving bulk materials. In addition to the quality of the product produced, this also affects the verifiable documentation of individual process steps and the reproducibility of the processes. The devices used to measure and control bulk material mass flows, which in most cases also have a dosing function, should be geared towards the goal of an optimal, undisturbed process flow and should not disrupt it in any way. In addition, the bulk material properties should not be changed during measurement and control. Another goal is independence from changes in the bulk material properties, such as those caused by different origins.
Diese Kriterien sind neben der in vielen Fällen verfahrensbedingten genauen Ermittlung des Massenstromes und Regelung auf einen vorgegebenen Sollwert die wichtigsten Aufgaben der kontinuierlichen Wägetechnik. Darüber hinaus gibt es noch weitere Bewertungskriterien für die Vorrichtungen zur kontinuierlichen Messung und Regelung von Schüttgutmassenströmen. Diese sind beispielsweise die prinzipiellen Einsatzbeschränkungen durch die Schüttguteigenschaften, die Abhängigkeit der erreichbaren Genauigkeit der Vorrichtung von schüttgutmechanischen Eigenschaften bei dem eingesetzten Messprinzip, der Grad der erforderlichen geometrischen Anpassung der Schüttgutlager und Schüttgutfördertechnik an die eingesetzte Vorrichtung, die Staubdichtheit, die geringe Abhängigkeit gegenüber der Abrasivität des Schüttgutes, der Platzbedarf für die Meß- und Regelvorrichtung, der Grad der Beeinflussung des zu bedienenden Prozesses durch vorrichtungsbedingte Wartungsarbeiten, wie z.B. Kalibrieren, Reinigen und dergleichen sowie die Anpassung der Meßvorrichtung an das Regelsystem.These criteria are the most important tasks of continuous weighing technology, in addition to the precise determination of the mass flow and control to a specified target value, which is often required by the process. There are also other evaluation criteria for devices for the continuous measurement and control of bulk material mass flows. These include, for example, the basic limitations on use due to the bulk material properties, the dependence of the achievable accuracy of the device on the mechanical properties of the bulk material in the measuring principle used, the degree of the required geometric adaptation of the bulk material storage and bulk material conveying technology to the device used, dust tightness, the low dependence on the abrasiveness of the bulk material, the space required for the measuring and control device, the degree of influence on the process to be operated by device-related maintenance work, such as calibration, cleaning and the like, and the adaptation of the measuring device to the control system.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen, staubfreien Messung und Regelung von Schüttgutmassenströmen der eingangs nä-The invention is based on the object of providing a device for the continuous, dust-free measurement and control of bulk material mass flows of the initially
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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 5Registration text dated 30.05.2001 Page 5
her beschriebenen Art so zu gestalten, dass sie die für die technische Praxis erforderliche Genauigkeit erreicht.described above in such a way that it achieves the accuracy required for technical practice.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst, indem der Schneckenförderer mit einem Endbereich mittels zwei Lagereinrichtungen und mit seinem gegenüberliegenden Endbereich auf zwei Massenmeßdosen gelagert ist, und dass die Längsachsen der Lagereinrichtungen und Massenmeßdosen rechtwinklig zur Drehachse der Förderschnecke des Schneckenförderers stehen. Es ergeben sich nunmehr vier Lagerpunkte, die bei Einhaltung eines noch anzugebenden Bereiches für die Lagerkennzahl gewährleisten, dass auch bei material- und maschinenbedingten, oftmals nur kurzzeitig schwankenden Drehzahlen der Förderschnecke des Schneckenförderers die gemessene Genauigkeit für den Massendurchsatz unter 2% liegt. Durch die schwankenden Drehzahlen werden in den Schneckenförderern durch die Schüttgüter Wandreibungskräfte erzeugt, die sich als differierende Reaktionskräfte auf das Massenmeßsystem auswirken und somit Meßungenauigkeit bedingen. Die Massenmeßdosen und die Lagereinrichtungen liegen in vorteilhafterweise in gleichen Abständen zur Drehachse der Förderschnecke des Schneckenförderers. Zweckmäßigerweise liegen die Massenmeßdosen im mittleren Bereich, oberhalb und seitlich des Auslaufstutzens für den Schüttgutmassenstrom. Die Lagerkennzahl (LKZ) ist eine Funktion, die sich aus dem Abstand der Massenmeßdosen sowie aus dem Durchmesser der Förderschnecke und deren Drehzahl ergibt. Die Lagerkennzahl errechnet sich beispielsweise nach folgender Formel: (A/D) 0,47*n 0,12. In dieser Gleichung steht A für den Abstand der beiden Massenmeßdosen, D für den Durchmesser der Förderschnecke und &eegr; für deren Drehzahl.The task is solved by the screw conveyor being supported at one end by means of two bearing devices and at its opposite end on two mass measuring cells, and the longitudinal axes of the bearing devices and mass measuring cells being at right angles to the axis of rotation of the screw conveyor's conveyor screw. This results in four bearing points which, when a range for the bearing index that is yet to be specified is maintained, ensure that the measured accuracy for the mass throughput is less than 2% even when the speed of the screw conveyor's conveyor screw fluctuates for material and machine reasons and is often only short-term. Due to the fluctuating speeds, the bulk materials in the screw conveyors generate wall friction forces which act as differing reaction forces on the mass measuring system and thus cause measurement inaccuracy. The mass measuring cells and the bearing devices are advantageously located at the same distance from the axis of rotation of the screw conveyor's conveyor screw. The mass measuring cells are conveniently located in the middle area, above and to the side of the outlet nozzle for the bulk material mass flow. The bearing index (LKZ) is a function that results from the distance between the mass measuring cells and the diameter of the conveyor screw and its speed. The bearing index is calculated, for example, using the following formula: (A/D) 0.47* n 0.12. In this equation, A stands for the distance between the two mass measuring cells, D for the diameter of the conveyor screw and η for its speed.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings. They show:
Figur 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Aufriß, rein schematisch,
30Figure 1 shows the device according to the invention in elevation, purely schematically,
30
Figur 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in der Figur 1 undFigure 2 is a section along the line H-II in Figure 1 and
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Anmeldetext vom 30.05.2001 Seite 6Registration text dated 30.05.2001 Page 6
Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in der Figur 1.Figure 3 is a section along the line III-III in Figure 1.
Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung 10 beinhaltet eine Förderschnecke 11, die in einem Fördertrog 12 in nicht näher dargestellter Weise gelagert ist und über einen nicht dargestellten, steuerbaren Antrieb rotierend angetrieben wird. Der Fördertrog 10 ist mit einem Aufgabestutzen 13 ausgestattet, um das Schüttgut zuzuführen. Am gegenüberliegenden Ende ist der Fördertrog 12 des Schneckenförderers mit einem Auslaufstutzen 14 ausgestattet. Der Schneckenförderer ist an der dem Aufgabestutzen 13 zugeordneten Seite in zwei Lagern 15, 16 gelagert, die eine Lagereinrichtung bilden. Diese Lager 15, 16 sind als translatorische Festlager anzusehen. Am gegenüberliegenden, dem Auslaufstutzen 14 zugeordneten Ende ist der Schneckenförderer in zwei Massenmeßdosen 17, 18 gelagert, wodurch der auf sie wirkende Druck durch den Schüttgutstrom gemessen wird. Die Massenmeßdosen 17, 18 bilden das Meßglied einer Regeleinrichtung, um den Schüttgutstrom zu regeln. Die Lager 15, 16 der Lagereinrichtung und die Massenmeßdosen 17, 18 stehen im dargestellten Ausführungsbeispiel in gleichen Abständen zu der Drehachse der Förderschnecke 11. Die Längsachsen der Lager 15, 16 stehen quer, im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechtwinklig zu der Drehachse der Förderschnecke 11.The device 10 shown in Figure 1 contains a conveyor screw 11, which is mounted in a conveyor trough 12 in a manner not shown in detail and is driven in rotation by a controllable drive not shown. The conveyor trough 10 is equipped with a feed nozzle 13 to feed the bulk material. At the opposite end, the conveyor trough 12 of the screw conveyor is equipped with an outlet nozzle 14. The screw conveyor is mounted on the side associated with the feed nozzle 13 in two bearings 15, 16, which form a bearing device. These bearings 15, 16 are to be regarded as translational fixed bearings. At the opposite end, associated with the outlet nozzle 14, the screw conveyor is mounted in two mass measuring cells 17, 18, whereby the pressure acting on them by the bulk material flow is measured. The mass measuring cells 17, 18 form the measuring element of a control device for controlling the bulk material flow. In the embodiment shown, the bearings 15, 16 of the bearing device and the mass measuring cells 17, 18 are at equal distances from the axis of rotation of the conveyor screw 11. The longitudinal axes of the bearings 15, 16 are transverse, in the present embodiment at right angles to the axis of rotation of the conveyor screw 11.
Während die Längsachsen der Lager 15, 16 horizontal verlaufen, verlaufen die Längsachsen der Massenmeßdosen 17, 18 vertikal. Die Meßwerte der Massenmeßdosen 17, 18 werden benutzt, um die Ergebnisse als Eingangswert eines Regelkreises zu benutzen.While the longitudinal axes of the bearings 15, 16 run horizontally, the longitudinal axes of the mass load cells 17, 18 run vertically. The measured values of the mass load cells 17, 18 are used to use the results as input values of a control loop.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wesentlich ist die Lagerung der Vorrichtung 10 in vier Lagern, wobei am Austrageende der Förderschnecke 11 zwei Massenmeßdosen 17, 18 vorgesehen sind.The invention is not limited to the embodiment shown. It is essential that the device 10 is supported in four bearings, with two mass measuring cells 17, 18 being provided at the discharge end of the conveyor screw 11.
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- 2001-05-31 DE DE20109074U patent/DE20109074U1/en not_active Expired - Lifetime
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