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Förderkrümmer für pneumatische Förderung

Auslegung, Druckverlust, Materialabrieb und Verschleiß, Optimierung von Krümmern und Bögen in pneumatischen Förderleitungen

Zur Berechnung des Druckverlusts in Förderrohren besuchen Sie bitte unseren Leitfaden zur pneumatischen Förderung

Frage oder Anmerkung? Bitte kontaktieren Sie uns unter admin@powderprocess.net

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Zusammenfassung des Abschnitts
1. Einführung
2. Auslegung von Krümmern
3. Auswirkungen von Krümmern
4. Lösung von Problemen im Zusammenhang mit Krümmern

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1. Einführung

Krümmer in pneumatischen Förderanlagen sind notwendig, da es in der Praxis selten vorkommt, dass zwischen Aufgabepunkt und Empfangspunkt lediglich ein gerades Rohr verlegt ist. Allerdings können Krümmer eine Fehlerquelle darstellen, die vom Hersteller nicht immer ausreichend verstanden wird.

Kurz nach der Inbetriebnahme einer neuen Förderleitung können folgende Beobachtungen gemacht werden, falls Probleme tatsächlich von Krümmern in der Förderleitung ausgehen:

• Die Leitung ist verstopft (Blockaden)
• Druckverlust ist zu hoch, was die Förderkapazität reduziert
• Fördergut wird beschädigt
• Ablagerungen treten in der Leitung auf

Diese Probleme können vermieden werden (Erfahrungen zeigen, dass Probleme oft mehrere Ursachen haben), wenn die Förderrohr- führung anders ausgelegt worden wäre, mit weniger oder anderen Krümmern.

2. Auslegung von Krümmern

Krümmer können verschiedene Formen annehmen – von sehr scharfen (einfache 90-Grad-T-Stücke) bis hin zu langgestreckten Radien oder komplexeren, patentierten Konstruktionen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verfügbaren Ausführungen sowie deren Vor- und Nachteile.

Abbildung 1: Standard-Krümmerausführungen

Art der Kopplung	Verhältnis R/D	Bemerkung
Sehr kurzer Radius	R/D = 1 bis 2,5	Wird auch als Bogen bezeichnet. Sehr scharfer Krümmer. Bei empfindlichem Fördergut ist mit starker Materialschädigung zu rechnen; bei abrasivem Gut ist mit hohem Verschleiß des Krümmers und hohem Druckverlust zu rechnen.
Kurzer Radius	R/D = 3 bis 7	Scharfer Krümmer. Bei empfindlichem Fördergut ist mit Materialschädigung zu rechnen; bei abrasivem Gut ist mit Verschleiß des Krümmers und hohem Druckverlust zu rechnen. Nur zu verwenden, wenn Platzbeschränkungen größere Radien nicht zulassen.
Langer Radius	R/D = 8 bis 14	In der Regel der beste Kompromiss zwischen Platzbedarf, Produkteinfluss, Haltbarkeit und Druckverlust. Allerdings ist dies nicht immer der Fall, da langgestreckte Krümmer oft als Allheilmittel angesehen werden, was jedoch nicht für alle Anwendungen zutrifft.
Sehr langer Radius	R/D = 15 bis 24	Sehr langgestreckte Krümmer können als Lösung zur weiteren Reduzierung von Materialbruch und Verschleiß wahrgenommen werden, jedoch können große Radien andere Probleme verursachen, da das Material mehrfach im Krümmer aufprallt, was wiederum zu Bruch oder Ablagerungen im Rohr führen kann.
Eigene Konstruktion	Meist sehr kurzer oder kurzer Radius	Einige Hersteller bieten fortschrittlichere Krümmer an, die einige der Nachteile herkömmlicher Krümmer vermeiden. Die meisten dieser Konstruktionen basieren auf der Bildung einer Materialtasche im Krümmer, die den Aufprall des einströmenden Materials abfedert und so den Feststoffabrieb und den Verschleiß des Krümmers reduziert. Die Auslegung versucht, die Wirkung von "Totzonen" zu minimieren, in denen Material zu lange verbleibt, indem ein Austausch des Materials gefördert wird. Dies ist jedoch nicht garantiert, was diese Konstruktionen in chemischen Anwendungen wertvoll macht, in Lebensmittel- oder Pharmaanwendungen jedoch weniger geeignet.

Tabelle 1: Verschiedene Arten von Rohrverbindungen und deren Vor- und Nachteile

Abbildung 2: Eigene Krümmerkonstruktionen

3. Auswirkungen von Krümmern

Krümmer haben hauptsächlich folgende prozesstechnische Auswirkungen:

• Druckverlust : Wenn die Strömungsrichtung des Produkts geändert wird, verringert sich die Geschwindigkeit der geförderten Feststoffe nach dem Aufprall auf den Krümmer. Es wird zusätzliche Energie benötigt, um das Material wieder zu beschleunigen, was zu einem zusätzlichen Druckverlust führt.

• Rohrverstopfung : Wenn der Druckverlust am Krümmer zu hoch ist, kann sich das Produkt absetzen, nicht wieder beschleunigt werden und so eine Rohrverstopfung auslösen.

• Produktschädigung : Das Fördern von Feststoffen mit hoher Geschwindigkeit durch einen Krümmer führt wahrscheinlich zu Beschädigungen, z. B. Zerkleinerung der Partikel oder – wie bei Kunststoffgranulat – zu Abrieb.

• Rohrschädigung: Umgekehrt kann der Aufprall des Produkts auf den Krümmer Verschleiß an der Aufprallstelle verursachen, was nach einigen Monaten oder Jahren einen Austausch erforderlich macht.

4. Lösung von Problemen im Zusammenhang mit Krümmern

Abbildung 3: Produktströmung innerhalb eines Krümmers

Hinweis: Die obige Zeichnung zeigt ein Strömungsmuster mit mehreren Aufprallen, es kann jedoch auch vorkommen – abhängig vom Material und Feststoffbeladung dass das Material an der Außenseite des Krümmers entlanggleitet. Dies kann z. B. in langgestreckten Krümmern mit Polymeren auftreten und zu Verschmierungen führen, die bei Ablösung der Produktschicht zu "Engelshaar" (Fibrillenbildung) führen können.

Problem	Mögliche Maßnahme(n)
Leitungsverstopfungen an Krümmern	1. Keinen Krümmer direkt nach dem Aufgabepunkt der Förderleitung anordnen; immer eine gerade Strecke von 2–3 m einhalten, bei langgestreckten Krümmern bis zu 6 m. 2. Krümmer mit kürzerem Radius verwenden, da sich weniger Produkt im Krümmer absetzt, was das Verstopfungsrisiko verringern kann. 3. Keine aufeinanderfolgenden Krümmer verwenden; immer einen geraden Abstand zwischen den Krümmern einhalten.
Hoher Druckverlust	1. Reduzierung der Anzahl der Krümmer im Rohrverlauf: Die Leitung sollte möglichst gerade geplant werden; eine längere Rohrführung ist besser als viele Krümmer. 2. Langgestreckte Krümmer wählen, die im Vergleich zu Krümmern mit kurzem Radius den Druckverlust reduzieren.
Bruch des geförderten Feststoffs	1. Reduzierung der Anzahl der Bögen in der Rohrleitungskonfiguration: Man sollte stets die gerade möglichst verlaufende Rohrleitung planen, wobei eine längere Rohrführung mit weniger Bögen besser ist als viele Bögen 2. Verwendung von Bögen mit größerem Radius, obwohl dies nicht für alle Schüttgüter die beste Wahl ist, da bei größerem Biegeradius die Feststoffe länger entlang des Bogens gezogen werden und mehrfach abprallen. Kunststoffpellets können beispielsweise durch die Reibung leicht anschmelzen und eine Produktschicht im Bogen ablagern. Löst sich diese Schicht mit der Zeit ab, entsteht das bekannte Phänomen der "Engelshaare", das von Kunden als Qualitätsmangel wahrgenommen werden kann. Bei "Engelshaaren" können einfache Bögen mit kurzem Radius oder spezielle Kurzradius-Bögen mit Konstruktionen, die ein Produktpolster am Aufprallpunkt erzeugen (z. B. Gamma-Bogen), vorzuziehen sein 3. Verwendung von Druckförderung anstelle von Vakuumförderung, da die Endleitungsgeschwindigkeit geringer ist. Zudem sollte die Rohrführung so gestaltet werden, dass Bögen nicht am Leitungsende platziert werden, wo die Geschwindigkeit am höchsten ist 4. Wechsel der Fördertechnologie: Dichtstromförderung mit einer Luftgeschwindigkeit von ca. 5 m/s erzeugt deutlich geringere Aufprallkräfte in den Bögen und reduziert Partikelbruch. Nicht alle Materialien eignen sich jedoch für die Dichtstromförderung, oder es können Nachteile wie Produktanbackungen ("Build-up") auftreten
Verschleiß an Bögen Abrasive Schüttgüter	1. Verstärkung der Bögen (resistente Legierungen oder Gummikunststoff- Auskleidungen) – diese Lösung ist in der Regel nicht für hygienische Anwendungen geeignet 2. Wechsel der Fördertechnologie: Dichtstromförderung mit einer Luftgeschwindigkeit von ca. 5 m/s erzeugt deutlich geringere Aufprallkräfte in den Bögen

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Quellen

Verständnis von Bögen in pneumatischen Fördersystemen, Dhodapkar, Solt, Klinzing, Chemical Engineering, April 2009 Auslegungskriterien für pneumatische Förderleitungen, Hilbert, Powder and Bulk Engineering, März 2017