1. Tartályok tervezésekor követendő szempontok
Mindig számoljunk az időjárás hatásaival, főként a szélterheléssel, amellyel kapcsolatos előírásokat a DIN1055 szabvány 4. fejezete ismertet („Szerkezetek feltételezett terhelése” c. fejezet)
Mindig tartsuk be az adott kialakításra (álló tartály, silók, stb) vonatkozó építési előírásokat!
Ha utólagosan szeretnénk egy már meglévő tartályba mérlegcellát beépíteni, akkor a tervezésbe mindenképpen vonjunk be szerkezettervező mérnököt!
Veszélyes anyagokat tároló tartályokat mindig lássunk el boruláselleni védelemmel, főleg ott, ahol a tartály környezetében anyagmozgatás történik.
Mindig tartsuk be az adott vállalat belső irányelveit, szabályozásait.
2. Tehereloszlás
Statikailag határozott tartószerkezet eléréséhez három pontban történő alátámasztásra van szükség. Ha mindhárom pontba kerül mérlegcella, úgy fontos, hogy mindegyikre ugyanakkora terhelés jusson.
Függesztett tartályok esetén a három mérlegcellát azonos síkban és 120 fokonként javasolt beépíteni.
Az 1. ábrán egy fekvő tartály alátámasztási pontjainak elrendezését látjuk. Ha nincs minden pontban mérlegcella, akkor mindenképpen egyenetlen terheléseloszlást javasolt. A mérleg pontosságának növelése érdekében a mérlegcellákkal ellátott alátámasztásokra nagyobb teher kell jusson, mint a cella nélküli helyeken. A mérlegcellák kiválasztása során azonos nagyságú terheléssel számoljunk a cellával rendelkező alátámasztási pontoknál.
1. ábra Alátámasztási pontok (A, B, C) elhelyezkedése fekvő tartály esetén
3. Tartályok súlypontja
2. ábra Ferdesíkú kitárolással rendelkező tartály súlypontjának helyzete a töltött tömegtől függően
A stabilitás szempontjából fontos, hogy egy megtöltött tartály súlypontja az alátámasztási pontok síkja alatt helyezkedjen el. Azonban ez sokszor nem lehetséges. A súlypont helyzete hatással van a mérlegcellákra. Ha a teher a mérlegcellákon szimmetrikusan oszlik meg, akkor elegendő lehet egyetlen mérlegcella, mivel a súlypont helyzete függőleges vonal mentén mozog (lásd még 6.3 fejezet).
Mindenképpen építsünk mérlegcellát több alátámasztási pontba, mert ha a töltött anyag mennyisége megváltozik és a súlypont oldalra kimozdul (lásd 2.ábrán lévő tartálykialakítás), akkor csak így tudunk a mérleggel pontos méréseket végezni. A csukló- vagy rögzített támasz használatát kerüljük!
4. Tartálycsatlakozások
A tartályoknál szükség lehet többféle csatlakozásra, úgymint a ki- és betároláshoz, illetve a tartályra szerelt egyéb kiegészítő rendszerek elektromos, hidraulikus vagy pneumatikus ellátásához. Ezek a csatlakozók befolyásolni tudják a tartálymérleg pontosságát! Ezért ügyeljünk arra, hogy a csatlakozások kellően rugalmasak legyenek, hogy minél jobban csökkentsük a mérlegcellákra gyakorolt nem kívánt hatásukat. Függőleges csövek esetén fokozottan kerüljük a merev csatlakozást! Lehetőleg már tervezéskor számoljunk ezekkel. Lehetséges megoldásokat mutatunk be a 3-7. ábrákon.
A csövek hőmérsékletváltozásból adódó méretváltozásával mindenképpen számolnunk kell. Ha merev csövezést használunk, úgy törekedjünk arra, hogy a tartályba a lehető leghosszabb vízszintes csőszakaszt kössük be (3. ábra), mivel minél hosszabb egy vízszintes csőszakasz, annál rugalmasabb. így a csővezeték által kifejtett erőhatás (húzás vagy nyomás) a mérleg pontosságának szempontjából elhanyagolható lesz.
3. ábra Hosszú vízszintes csőszakasz csatlakozása
4. ábra Rugalmas csőcsatlakozások
5. ábra Könyök (líra) használata
6. ábra Kompenzátor
Hosszú csőszakaszok helyett több rugalmas csatlakozást építsünk be (lásd 4.ábra). Az ilyen rugalmas csatlakozóknál ellenőrizzük az anyagok összeférhetőségét (például vegyszerek az élelmiszer- és gyógyszeriparban). További megoldás lehet a nemkívánt erőhatások elkerülésére csőlírák használata (5. ábra).
Függőleges bevezetésű csöveknél, vagy ahol a rugalmas tömlőcsatlakozások nem alkalmazhatóak, használjunk kompenzátorokat (pl. axiál kompenzátor, lásd 6.ábra). Létezik még axiál, angulár, laterál, univerzál kompenzátor. A kompenzátorokat mindig méretezzük! Ha nagyok az erőhatások/elmozdulások, akkor szükség lehet több kompenzátor egymás utáni beépítésére. Az élelmiszeripar tisztatéri helyiségeiben kompenzátor használata tilos!
A 7. ábrán látható rugalmas csőösszekötő egy további megoldási lehetőség. Ez a szerkezet megakadályozza a cső és a tartály érintkezését. Azonban nem alkalmazható zárt rendszerekben, például nyomástartó tartályoknál.
7. ábra Flexibilis csőösszekötő
5. Nyomástartó tartályok
Az iparban előfordulnak nagynyomású rendszerek és vákuumos alkalmazások. Ezekben a zárt rendszerekben a kialakult túlnyomás/vákuum befolyásolhatja a mérési eredményt.
A korábban bemutatott 5. és 6. ábrán látható függőleges csőbekötések közvetlenül befolyásolják a mérleg mérési eredményét. Az erőhatás ezekben az esetekben megegyezik a rendszerben lévő nyomás és a csőkeresztmetszet területének szorzatával (F=p*A). Ha a nyomás a mérés során állandósult és a tranziens jelenségek lecsillapodtak, akkor a kialakult nemkívánt erőhatás ismert lesz és így a mérleggel mért értéket kompenzálni tudjuk.
Lehetőleg kerüljük a függőleges csőbevezetést és törekedjünk a vízszintes kialakításra.
6. Példák mérlegcellák beépítése
A következő példákban a legjellemzőbb tartálykialakításokat ismertetjük.
6.1 Álló tartályok
Folyadékokat, illetve ömlesztett anyagokat legtöbbször álló tartályban tárolunk. A tartályok csőcsatlakozása középen található. A jellemző három alátámasztási pont közül kettő fix, a harmadikba pedig mérlegcella van építve. A megfelelő pontosság érdekében a tartályokat szimmetrikusan alakítsuk ki és biztosítsuk a tárolt anyag egyenletes eloszlását. Ha pontosabb mérést szeretnénk, három vagy még akár több mérlegcella használata javasolt.
6.1.1 Mérlegcella merev beépítése
8. ábra Álló tartály rögzített támasztékkal, egy mérlegcellával
A 8.ábrán látható kialakítást lehetőleg kerüljük el, mert nem kívánt erőhatásokat okoz a mérlegcellának. Továbbá figyelmen kívül hagyja a töltöttségi szint megváltozásából, illetve a hőmérséklet-változásokból adódó deformációk és rezgések hatásait. Ennek ellenére a gyakorlatban találkozhatunk ilyen kialakítással.
6.1.2. Álló tartály két rögzített támasztékkal és egy kompenzált mérlegcellával
9. ábra Álló tartály két rögzített támasztékkal és egy mérlegcellával
Az ábrán látható kialakítás szintén hárompontos, melyből kettő fix alátámasztás, a harmadik pedig egy mérlegcella. Ez a megoldás egyrészt költséghatékony, másfelől a két fix támaszték gátolja a tartály vízszintes elmozdulását és védi a cellát az oldalirányú erőktől.
6.1.3. Magas álló hengeres siló három v. négy mérlegcellán
10. ábra Magas álló hengeres siló
Egy tartály töltöttségi szintjét általában három beépített mérlegcella segítségével tudjuk pontosan megmérni. Négy mérlegcellás kialakításoknál a szerkezet ugyan könnyebben megépíthető, azonban a magasabb ár és a statikai túlhatározottság miatt lehetőleg kerüljük. Az önbeálló rugalmas teherátadóknál nincs szükség oldalirányú kikötőre, ehelyett ütközőkkel kombináljuk. Nagyon magas tartályok esetén a tartály felső részén további támasztórudak használata szükséges. Ezek a támaszok csak abban az esetben érintkeznek a tartállyal, amennyiben az kismértékben kimozdul az ideális helyzetéből. Az érintkező felületeken létrejövő súrlódás miatt az erőbevezetés nem lesz tiszta.
6.1.4. Hengeres siló három mérlegcellán
11. ábra Hengeres siló három mérőcellán
Az ábrán látható tartályt három mérlegmodul tartja stabilan. A modulokban a tartályhoz képest sugárirányú kikötők vannak. A tartálymodulokban lévő borulásgátló megakadályozza a tartály megbillenését. Ezért nincs szükség számos külső szerkezeti elemre. Az ábrán a legjellemzőbb alacsony, közepes és nagy terhelésekhez használható tartálymodulok szerepelnek. A modulok szabványos szerkezetek, így a tervezés egyszerűsödik. A tartályszerkezet kialakításánál fokozottan figyelni kell a kapcsolódó felületek párhuzamosságára és a modulok síklapúságára.
6.1.5. Sík-padozatú fémsilók mérlegcellákon
12. ábra Sík-padozatú fémsiló mérőcellás kialakítása
A gyakorlatban legtöbbször használt sík-padozatú silóknak van egy külső burkolata, amely az alapig ér és a siló stabilitását biztosítja. A 12. ábrán mérlegcellákkal beépített kialakítás látható. Ez a megoldás meglévő rendszerekbe utólag is beépíthető. A lábazatot a siló belső falához szerelik vagy hegesztik. Ebben az esetben is mérlegcellás tartálymodulokat érdemes használni, mivel tartalmaznak borulásgátlót (ezek a 12. ábrán nem látszódnak). A köpenyszerkezet kismértékű megemelése is elegendő ahhoz, hogy a teljes súly a mérlegcellákra terhelődjön. Tömítőgyűrű használatával tudjuk perforálni a köpenyszerkezet alját. A gyűrű rugalmassága miatt a nem kívánt erőhatások elkerülhetők.
6.1.6. Szögletes kitároló négy mérlegcellán
13. ábra Szögletes kitároló négy mérlegcellán
A kitároló környezetében a szállítórendszerek, a betároló-kitároló gépek rezgései miatt általában zord körülmények vannak. A durva, ömlesztett anyagok ferde oldalfelületeknek ütközhetnek, ami jelentős többletterhelésnek teszik ki a tartályt, ezért stabil rögzítést kell biztosítanunk. A mérőtartályoknál szokás kiegészítő rögzítést alkalmazni, melyet csak a mérés során oldunk ki. A téglalap formájú alapterület és a szimmetrikus kialakítás jó stabilitás nyújt, a mérlegmodul elhelyezést is eszerint alakítjuk ki. Rugalmas teherátadóval szerelt mérlegcellákat vagy önbeálló mérlegcellákat használjunk.
6.2. Függesztett tartályok
A függesztett tartályoknál előforduló központosítási problémákat rugalmas körkeresztmetszetű rudakkal lehet elkerülni. A kilengés és elfordulás megakadályozására további tartórudakra van szükség.
6.2.1. Függesztett tartály két v. három mérlegcellával
14. ábra Függesztett tartály három mérőcellás kialakítással
A fenti ábrán látható egy egyszerűbb kialakítás, ahol érintőirányú rudak biztosítják a tartályt kibillenés ellen. Alacsonyabb igénybevétel esetén a rudak helyett egy alsó csőkivezetés is elláthatja ezt a feladatot.
6.2.2. Központos felfüggesztés egy mérlegcella alkalmazásával
15. ábra Függesztett tartály egy mérlegcella alkalmazásával
Ebben a kialakításban a kilengés és az elfordulás megakadályozása érdekében mindenképp szükség van érintőirányú rudakra.
6.3. Fekvő folyadéktároló tartályok
A fekvő folyadéktároló tartályok esetén a töltés tömegének változásával a rendszer súlypontja függőleges vonal mentén mozog. Ezért egyszerű szintméréshez elegendő a három alátámasztási pont közül csak az egyikben használni mérlegcellát. A másik két alátámasztási pontnál rögzített támaszt alkalmazunk. Egy ideális tartály tömegének fele egy önbeálló cellát terhel, a másik fele pedig a rögzített támasztékokra esik. Normál körülmények között nincs szükség további biztonsági elemekre. Nagyon hosszú tartályok esetén oldalirányú borulásgátló ütközők beépítésére van szükség. Az ütközőket a tartály mérlegcella felőli odalán kell felszerelni, lásd 16.ábra.
