Welkom bij

---

Ontwerpberekeningen voor transportschroeven

Ontwerp van schroefvoeders

Volg ons op Twitter 
Vraag, opmerking? Neem contact met ons op via admin@powderprocess.net

---

Pagina samenvatting
1. Definitie van een schroefvoeder
2. Positie in het proces
3. Belangrijke overwegingen voor het ontwerp
4. Ontwerp van schroefvluchten
5. Dosering
6. Veelvoorkomende problemen met transportschroeven

---

1. Ontwerpprocedure

Hoe een schroefvoeder dimensioneren?

In de industrie zijn verschillende ontwerpprocedures te vinden. De methode die op deze pagina wordt gepresenteerd, is afgeleid van de CEMA-methodologie. Deze maakt een basisontwerp mogelijk, maar is niet bedoeld voor een gedetailleerd ontwerp en fabricage - RAADPLEEG ALTIJD een gerenommeerd bedrijf voordat u een transportschroef fabriceert, bijvoorbeeld bedrijven die lid zijn van de CEMA-vereniging.

De procedure op deze pagina maakt het mogelijk om de capaciteit van de transportschroef te benaderen, rekening houdend met verschillende ontwerpparameters zoals... [                 ]. De methodologie is gericht op het ontwerpen van vrij grote schroeven voor industrieën zoals kolen, cement, enz. Voor kleinere schroeven dient u de resultaten van de procedure kritisch te evalueren.

Een typisch ontwerp van een transportschroef is hieronder weergegeven:

Figuur 1: Principe-tekening van een transportschroef en belangrijke componenten

2. Ontwerp van een nieuwe transportschroef

Bekend: vereiste capaciteit van de transportschroef, materiaal
Onbekend: schroefafmetingen en -kenmerken

2.1 Vereenvoudigde formule

De capaciteit van een transportschroef met een standaard schroefvlucht kan als volgt worden geschat:

Met

Q = schroefcapaciteit in kg/u
D = schroefdiameter in m
S = schroefsteek in m
N = schroefsnelheid in omw/min
α = vulgraad
ρ = losse dichtheid van het materiaal in kg/m³
C = inclinatiecorrectiefactor

Stap 1: definieer de vereisten

Definieer de vereiste capaciteit voor de transportschroef. Het ontwerp van de schroef moet een capaciteit bereiken die gelijk is aan of groter is dan deze waarde.

Voorbeeld: de vereiste capaciteit voor een schroef die suiker transporteert, is 3500 kg/u.

Stap 2: bereken de capaciteit van de transportschroef

• Neem een diameter D aan

• Definieer de schroefsteek ( afhankelijk van de kenmerken van het te transporteren product, onder andere parameters) op basis van de diameter van de schroef.

Steek	Steeklengte S
Standaard	S = D
Kort	S = 2/3*D
Half	S = D/2
Lang	S = 1,5*D

• Schat de vulgraad α van de schroef op basis van de stroom-eigenschappen van de te transporteren vaste stof

Materiaal	Minimale vulgraad	Maximale vulgraad
Niet vrijstromend	0,12	0,15
Gemiddelde stromingseigenschappen	0,25	0,30
Vrijstromend	0,4	0,45

Dit zijn slechts orde-grootten. Waarden kunnen hoger of lager zijn; in sommige gevallen kan de vulgraad zelfs 95% bedragen.

• Bepaal of de transportschroef horizontaal is (wat altijd de voorkeur heeft) of geïnclineerd moet zijn. Bepaal de bijbehorende correctiefactor.

Inclinatie in °	Correctiefactor C
0	1
5	0,9
10	0,8
15	0,7
20	0,65

• Stel de schroefsnelheid zo in dat de capaciteit van de schroef hoger is dan de vereiste capaciteit.

Voorbeeld:

• De aangenomen diameter is 0,1 m
• Geen specifieke taak voor de schroef; de steek wordt standaard gekozen, S = 0,1 m
  
• Suiker is vrijstromend; een vulgraad van 0,45 wordt geselecteerd
• De schroef is zonder inclinatie geïnstalleerd, C = 1
• De dichtheid van suiker is 800 kg/m³

De berekening geeft 17 kg/u bij 1 omw/min. Om een capaciteit van 3500 kg/u te bereiken, is een snelheid van 207 omw/min vereist.

Stap 3: vergelijk de berekende capaciteit met de maximale schroefsnelheid

Enkele referentie-maximumsnelheden voor schroeven zijn in onderstaande tabel gegeven:

Schroefdiameter in m	15%	30%A	30%	45%
0,1	69
0,15	66
0,23	62
0,25	60
0,30	58
0,36	56
0,41	53
0,46	50
0,51	47
0,61	42

Indien de berekende snelheid in stap 2 < is dan de maximale snelheid voor de geselecteerde schroefdiameter, kan het ontwerp behouden blijven.

Indien de berekende snelheid in stap 2 > is dan de maximale snelheid voor de geselecteerde schroefdiameter, is het ontwerp niet geschikt en moet de berekening opnieuw worden uitgevoerd door een parameter aan te passen, typisch de diameter.

Voorbeeld:

• De geselecteerde diameter was 0,1 m, waarvoor de maximale schroefsnelheid bij 45% vulgraad geadviseerd wordt op 190 omw/min
• De berekende snelheid is te hoog; de berekening moet opnieuw worden uitgevoerd door een parameter aan te passen. Er kan een grotere diameter worden gekozen, D = 0,15 m
• De berekening wordt opnieuw uitgevoerd en deze keer wordt een snelheid van 62 omw/min berekend. Deze is lager dan de maximale aanbevolen snelheid; het schroefontwerp kan worden geselecteerd.

2.2 Alternatieve formule volgens CEMA

De CEMA-vereniging geeft de capaciteit van een schroeftransport als:

C = 0,7854*(Ds²-Dp²).P.K.60/1728

Met:

C = capaciteit in ft³/h/omw/min
Ds = Diameter van de schroefvlucht in inches
Dp = Diameter van de buis/as die de schroefvlucht ondersteunt in inches
P = spoed (pitch) van de schroef in inches
K = vulgraad van de trog (%)

Dit is de capaciteit per 1 omw/min. Indien de afmetingen bekend zijn, in het geval van een bestaande schroef, kan de schroefcapaciteit per uur worden bepaald door te vermenigvuldigen met het toerental waarop de schroef wordt gebruikt.

De formule geeft vergelijkbare resultaten als de hierboven genoemde formule.

Snelheid van de schroeftransport

De snelheid van de schroeftransport kan worden bepaald door de vereiste capaciteit Q te delen door de berekende capaciteit C: N = Q/C

Het kan ook op de volgende manier worden berekend wanneer standaard schroefontwerpen beschikbaar zijn: N = Q.CF₀.CF₁.CF₂.CF₃/C₁

Met:

N = schroefsnelheid in omw/min
Q = vereiste capaciteit in ft³/h
C₁: transportcapaciteit bij 1 omw/min, getabelleerd
CF₀ = overbelastingsfactor = 1,1 tot 1,2
CF₁ = spoedfactor van de transportschroef
CF₂ = type vluchtfactor
CF₃ = mengpaddle-factor

Controleren van de capaciteit van een bestaande schroeftransport

4. Vermogenbehoefte van schroeftransport

5. Berekeningsvoorbeeld

Stel, een ingenieur wil een schroeftransport dimensioneren voor het transport van tarwebloem met een capaciteit van 5 t/u.

Bij een dichtheid van ongeveer 0,510 kg/m³, wat resulteert in een volumestroom van 5000/0,510 = 9800 l/u = 9,8 m³/u. Om om te rekenen naar ft³/h, moet worden vermenigvuldigd met 35,3147, wat 346 ft³/h oplevert.

STAP 1: Begrijp de vereiste toepassing

De schroef zal horizontaal worden gebruikt, niet onder een hoek, en er is geen speciale behoefte aan speciale vluchten; er zal een standaard vlucht worden gebruikt (de vlucht is niet ingesneden, het is geen lint, geen peddels, etc.).

Bloem stroomt redelijk goed en is fijn; de vulgraad wordt geschat op minimaal 45%.

STAP 2: Neem een schroefmaat aan

De schroefmaat wordt initieel aangenomen op 150 mm (ca. 6 inch). Er wordt uitgegaan van een standaard spoed.

STAP 3: Bepaal de standaardcapaciteit van de schroef

Uit de tabellen blijkt dat een 6-inch schroeftransport met een vulgraad van 45% een capaciteit heeft van 368 ft³/h bij 165 omw/min en 2,23 ft³/h bij 1 omw/min.

STAP 4: Bereken de vereiste snelheid

N = 346 * 1,2 * 1 * 1 * 1 / 2,23 = 186 omw/min

STAP 5: Controleer of N < maximale omw/min van de schroef

186 omw/min is > dan 165 omw/min; er moet een grotere maat worden gekozen.

Dezelfde aanpak wordt herhaald voor een 9-inch schroeftransport. Uit de tabellen blijkt dat een 9-inch schroeftransport met een vulgraad van 45% een capaciteit heeft van 1270 ft³/h bij 165 omw/min en 8,20 ft³/h bij 1 omw/min.

N = 346 * 1,2 * 1 * 1 * 1 / 8,20 = 50 omw/min

Deze keer ligt de vereiste snelheid duidelijk onder de getabelleerde waarde. De schroef kan worden geselecteerd.

Schroeftransporten worden meestal onder trechters geplaatst, waar ze het product horizontaal naar een volgende bewerkingsstap kunnen transporteren. Wanneer het transport ook weging omvat, wordt de schroefvoeder feitelijk gebruikt als doseerapparatuur.

Schroeftransporten kunnen ook vaste stoffen inleiden in een pneumisch transportsysteem. In de meeste gevallen worden ze gebruikt voor vacuümtransport, aangezien er geen drukprobleem is, maar sommige ontwerpen kunnen ook worden gebruikt om product naar een druktransportleiding te voeden. Voor dit specifieke doel moet het schroefvluchtontwerp een compressie van de vaste stof mogelijk maken, zodat de gevormde plug voorkomt dat de onder druk staande lucht van de transportleiding terugstroomt via de schroef. Dit kan niet voor alle producten worden toegepast. Voor druktransport luchtvergrendelende draaischuifafsluiters worden doorgaans vergeleken met schroeftransporten de voorkeur gegeven voor de productinvoer.

Schroefvoeders worden in alle industrieën aangetroffen die bulkmaterialen verwerken, zowel voor transport als voor dosering van bulkvastestoffen:

- Voedingsmiddelenverwerking
- Farmaceutica
- Granen/Diervoeder
- Waterzuivering (slibverwerking)
- ...

3. Belangrijke overwegingen

Wat is belangrijk bij het ontwerpen van een schroeftransport?

Industriële transportschroeven (augers) kunnen zeer lang zijn (>5 m), echter is dit ontwerp alleen geschikt voor niet-gevoelige producten en wanneer geen reiniging vereist is. Het is namelijk niet mogelijk om de spiraal (flight) van dergelijke schroeven te verwijderen, en hoewel er ontwerpen bestaan om toch toegang te krijgen tot het inwendige (bijv. trogontwerp – zie voorbeeld), wordt de reinigingsefficiëntie verminderd en neemt de reinigingstijd toe. Bovendien maakt de lengte van de schroef deze gevoelig voor doorbuiging en mogelijk metaal-metaalcontact met de behuizing, wat het risico met zich meebrengt dat het product verontreinigd raakt met metaaldeeltjes. Als referentie: een schroefspiraal van 4 m kan tot 7-8 mm doorbuigen ten opzichte van de rechte as van de as, indien geen adequate voorzieningen zijn getroffen om deze doorbuiging op te vangen. Hierdoor kan metaal-metaalcontact optreden.

Voor hygiënische toepassingen lijkt het beter om de volgende eigenschappen te eisen:
- Korte schroeven
- Uitneembare spiralen (extractible flights)
- 2 lagers / hoewel cantilever-ontwerpen beschikbaar zijn voor zeer korte schroeven van 1-1,5 m
- Horizontale werking
- Tip-snelheid van 1 m/s en afgedichte lagers onder overdruk – voor ATEX preventie

Gehelde schroeven zijn aantrekkelijk omdat ze veel procesproblemen kunnen oplossen, met name bij het retrofitten van installaties. Men moet echter zeer voorzichtig zijn, aangezien deze typen schroeven meestal moeilijk toegankelijk en uitneembaar zijn voor reiniging, mogelijk gevoeliger zijn voor doorbuiging en metaal-metaalcontact, en minder efficiënt zijn (de efficiëntie neemt af met de hellingshoek).

Tabel 1: Transportcapaciteit van een schroeftransporteur als functie van de hellingshoek

Hellingshoek schroef (graden)	Percentage van maximale capaciteit (%)
<8	100
20	55
30	30
45	0

Er bestaan verschillende typen schroefvoeders die in procesindustrieën worden toegepast:

- Schroeftransporteurs met as
- Asloze "varkensstaart"-schroefvoeders (shaftless "Pig tail")
- Flexibele schroeftransporteurs
- Trogschroeftransporteurs of buisschroeftransporteurs
- Enkelvoudige of dubbele schroef (met name toegepast in "loss-in-weight" doseerinrichtingen)

Schroeftransporteurs zijn roterende apparaten wat ze risicovol maakt voor operators die proberen de in- of uitlaat van de schroef te bereiken. Om deze reden moet speciale aandacht worden besteed aan de inlaat en afvoerbuis. Indien deze zijn uitgerust met flexibele elementen, moeten deze alleen met gereedschap demonteerbaar zijn en moet de operator getraind zijn om de machine te stoppen indien demontage noodzakelijk is. Indien dit niet mogelijk is, kan een kruis in de buis worden geïnstalleerd om te voorkomen dat de spiraal bereikt wordt, mits dit de productstroom niet hindert. In alle gevallen moet door de fabrieksoperator een risicoanalyse worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de toegang adequaat is beveiligd.

4. Ontwerp van schroeftransporteurs

Wat zijn de kenmerken van een schroefspiraal (stap, etc.)?

De schroefspiraal kan verschillende vormen en stappen aannemen, afhankelijk van de toepassing waarin deze wordt gebruikt.

- Standaardspiraal: constante stap = 1 × diameter; geschikt voor de meeste toepassingen

- Korte stap: wordt gebruikt voor gehelde schroeven, kan ook worden toegepast voor materialen die gemakkelijk fluidiseren

- Vergrotende stap: kleinere stap aan het begin van de schroef; kan worden gebruikt voor voeders onder een trechter om een constante toevoer te garanderen.

- Verkleinende stap: grote stap aan het begin en kleinere stap aan het einde; dit zorgt voor compressie. Dit is geen veelvoorkomend ontwerp en kan leiden tot hoge axiale krachten op de schroef, een hoog vermogensverbruik en mogelijk mechanische schade. Indien de schroef correct is ontworpen, kunnen dergelijke spiralen worden gebruikt als voeders voor druksystemen, aangezien het gecomprimeerde poeder aan het einde van de schroef fungeert als een afdichting die voorkomt dat gas lekt naar de schroef.

- Lintspiraal: wordt voornamelijk gebruikt voor kleverige materialen

Andere ontwerpen zijn beschikbaar met peddels of onderbroken spiralen wanneer mengbehoeften aanwezig zijn.

In toepassingen waar een hoge hygiënische afwerkingsgraad vereist is, moet de as massief zijn (niet hol) en moet de spiraal volledig gelast en gepolijst zijn. Dit om te voorkomen dat materiaal vast komt te zitten in ontoegankelijke gebieden en later goede producten verontreinigt.

De as en de motor moeten goed op elkaar zijn afgestemd, zodat de motor de schroef kan aandrijven en deze vanaf stilstand kan starten of onder belasting kan laten draaien, wanneer het hoogste koppel vereist is. Omgekeerd moet de as zo zijn ontworpen dat deze dergelijk koppel kan weerstaan en niet breekt wanneer dit wordt toegepast.

5. Dosering

Wanneer schroeven worden gebruikt in doseertoepassingen, moeten deze zijn uitgerust met een motor met frequentieregelaar (VFD) om zowel in grove als fijnregeling te kunnen draaien (zie dosering pagina). Schroeftransporteurs worden vaak geïntegreerd in geautomatiseerde "Gain-in-Weight" of "Loss-in-Weight" systemen. Bij "Loss-of-Weight"-toepassingen kan de schroefvoeder zowel in volumetrische modus als in automatische gravimetrische modus worden bediend.

6. Veelvoorkomende problemen met schroeftransporteurs

Schroeftransporteurs zijn over het algemeen betrouwbare apparatuur, maar een aantal problemen kan correcties vereisen:

Tabel 2: veelvoorkomende problemen met schroeftransporteurs

Probleem	Oorzaak en actie
Metaal-metaalcontact	Beschadigd lager – vervang het lager Onjuiste speling tussen spiraal en behuizing – herzie het ontwerp of vervang de spiraal Vreemd voorwerp in de schroef – herzie de preventie van vreemde voorwerpen vóór de schroeftransporteur
Beschadigd lager	Poeder is in het lager gekomen – controleer de lagerafdichting en spoeling
Prestaties van de schroef onder het ontwerpniveau	Spiraal in verkeerde richting gemonteerd Slechte poedervoeding naar de schroef – controleer de toevoer op brugvorming (bridging) of ratelen (ratholing)
Schroeftransporteur geblokkeerd	Controleer of de uitlaatklep openstaat Controleer de stap van de schroef – het poeder mag niet gecomprimeerd worden
Onnauwkeurige dosering met schroef	Te grote afmeting – controleer de schroefmaat of pas het spiraalprofiel aan het einde van de schroef aan