Die Auslegung pneumatischer Förderanlagen und die Auswahl der optimalen Vakuumerzeuger ist mit zahlreichen Unsicherheiten behaftet. Fehler hierbei haben in der Vergangenheit immer wieder zu Problemen wie Verstopfung der Rohrleitungen oder dem Nichterreichen der spezifizierten Förderleistung geführt. Die Folge sind kostspielige Nachbesserungen vor Ort. In vielen Fällen lässt sich dies durch die Auswahl einer besser geeigneten Vakuumpumpe vermeiden.
Die heute in pneumatischen Förderanlagen eingesetzten Vakuumpumpen sind in der Regel
• ein- bis vierstufige Seitenkanal-Vakuumpumpen
• ölüberflutete Drehschieber-Vakuumpumpen
• Roots-Gebläse oder
• trockenlaufende Klauen-Vakuumpumpen
Das Betriebsverhalten dieser Pumpen wird im Wesentlichen durch die Kennlinie charakterisiert, die den Volumenstrom in Abhängigkeit vom Ansaugdruck darstellt. Um die verschiedenen Funktionsprinzipien in Bezug auf deren Betriebsverhalten direkt miteinander vergleichen zu können, ist es sinnvoll, die Kennlinien zu normieren. Das Saugvermögen der Pumpe wird dann nicht mehr absolut angegeben, sondern relativ zum Nennsaugvermögen bei freiem Durchgang (Abb. 1).
Der Volumenstrom in einer Rohrleitung ist gleich dem Produkt aus der Strömungsgeschwindigkeit und dem Strömungsquerschnitt der Förderleitung:
V = wp /4 d² wobei
V = Volumenstrom in m³/s
w = Strömungsgeschwindigkeit in m/s
d = Leitungsdurchmesser in m
Die Geschwindigkeit ist demnach direkt proportional zum Volumenstrom. Damit lassen sich aus den Volumenstromkennlinien V(Dp) gemäß Abbildung 1 für bestimmte Werte von Nennsaugvermögen und Leitungsdurchmesser Geschwindigkeitskennlinien w(Dp) berechnen. Abbildung 2 zeigt die berechneten Werte für Vakuumpumpen mit einem Nennsaugvermögen von 250 m³/h bei einem Leitungsdurchmesser von 50 mm.
Aus Abbildung 2 ist direkt ersichtlich, wie bei zunehmenden Widerständen oder Störungen in der Anlage die Strömungsgeschwindigkeiten abnehmen.
Die Strömungsgeschwindigkeit wiederum hat direkten Einfluss auf den Förderzustand. Bei Geschwindigkeiten von 25 bis 35 m/s ist in der Regel eine reine Flugförderung zu beobachten, bei der die Feststoffpartikel annähernd gleichmäßig über den Rohrquerschnitt verteilt in der Luftströmung schweben. Unterhalb von 20 m/s tritt gewöhnlich keine reine Flugförderung mehr auf. Einzelne Partikel fallen aus der Luftströmung aus und bewegen sich als Strähne am Rohrboden entlang. Ein weiteres Absinken der Geschwindigkeit mit weiterem Ausfallen von Feststoffpartikeln kann bis zur Verstopfung der Rohrleitung führen.
Bei sehr niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten von ca. 2 bis 6 m/s kann auch Pfropfenförderung auftreten. Hierbei schließen sich die Partikel lose zu Pfropfen einer bestimmten Länge zusammen, die den gesamten Rohleitungsquerschnitt ausfüllen. Dieser Förderzustand stellt sich aber nicht zwangsläufig ein, wenn die Geschwindigkeit der Strähnenförderung reduziert wird.
Die Betrachtung der Geschwindigkeitskennlinien mit Kenntnis der verschiedenen Förderzustände zeigt, dass die optimale Betriebssicherheit einer Förderanlage durch den Einsatz von Vakuumpumpen mit möglichst flachen Kennlinien erreicht wird. Gemäß Abbildung 2 bieten die Klauen-Vakuumpumpe und die ölüberflutete Drehschiebervakuumpumpe solche Kennlinien.
Pumpenbauarten für unterschiedliche Einsatzbereiche
Bei einfachen Förderaufgaben kommen ein- und zweistufige Seitenkanalgebläse zum Einsatz. Diese sind preisgünstig, arbeiten berührungslos und praktisch wartungsfrei. In Bezug auf die Energiekosten ist diese Bauart jedoch am ungünstigsten.
Zum Erreichen größerer Endvakua bis 200 mbar abs. mit erheblich flacherer Kennlinie werden in Saugförderanlagen vielfach auch vierstufige Seitenkanalvakuumpumpen angewandt. Die weit verbreiteten Roots-Gebläse finden bei einer großen Bandbreite von Volumenströmen Verwendung und bieten bei geringeren Druckdifferenzen einen sehr guten Wirkungsgrad.
Klauenvakuumpumpe und die ölüberflutete Drehschieberpumpe bieten mit ihren stabilen Kennlinien und Fördergeschwindigkeiten die maximale Betriebssicherheit in der Förderanlage. Ein Vorteil der ölüberfluteten Drehschiebervakuumpumpe gegenüber der trockenlaufenden Klauenvakuumpumpe sind die geringeren Anschaffungskosten. Dem steht ein schlechterer Wirkungsgrad mit höheren Energiekosten sowie ein höherer Wartungsaufwand gegenüber. Außerdem sind Betriebsverhalten und Wirkungsgrad der Drehschieberpumpe durch Verschleiß, Versäumnisse bei der Wartung etc. nicht unbedingt konstant.
Die trockenlaufende Klauen-Vakuumpumpe (Abb. 3) bietet neben ihrem stabilen Betriebsverhalten einen sehr guten Wirkungsgrad mit entsprechend niedrigeren Energiekosten. Ölhaltige Abluft oder zu entsorgende Betriebsmittel fallen nicht an. Das Arbeitsprinzip bietet darüber hinaus die Möglichkeit der Drehzahlanpassung mittels Frequenzumformer, was bei öl-überfluteten Drehschieberpumpen nur begrenzt möglich ist. Mit dieser Option lässt sich auch die gezielte Anpassung der För-dergeschwindigkeit zum Zweck der Materialschonung realisieren.
Halle 4, Stand E 49
E dei 215
KLAUEN-PUMPE
Die trockenlaufende Vakuumpumpen- und Verdichterbaureihe Zephyr von Rietschle arbeitet nach dem Klauenpumpen-Prinzip und ist sowohl in der Vakuum- als auch in der Verdichterversion eine leistungsfähige Alternative zu traditionellen Verdichterprinzipien, wie beispielsweise zur Wälzkolbenpumpe. Durch die Mehrflügel-Klauentechnik ist bei der Zephyr eine innere Verdichtung möglich. Dies spart deutlich Energie ein und erhöht das Leistungsspektrum: Die Vakuumversion erreicht einstufig bis 200 mbar absolut, der Verdichter bis 2,2 bar Überdruck.
Die Zephyr arbeitet berührungslos und ölfrei im Verdichtungsraum. Durch ein großes Angebot an Zubehör und speziellen Varianten, z.B. eine druckstoßfeste, gasdichte Version, ist die Zephyr auch in schwierigen Prozessen und zum Fördern von Gasen einsetzbar. Sowohl die Vakuumpumpe als auch die Verdichterversion sind für Fördervolumina von 100 bis 500 m3/h lieferbar.
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