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Sep 07, 2023

Prinzipien und Rotordesign der Zellradschleuse

Paul Golden | 03.04.2018 Zellenradschleusenventile sind eine entscheidende Komponente in

Paul Golden | 3. April 2018

Zellradschleusen sind eine entscheidende Komponente in vielen Materialtransportsystemen. Von Staubabscheidern bis hin zu pneumatischen Fördersystemen steuern Zellenradschleusen nicht nur die Zufuhrrate, sondern minimieren auch Luftleckagen zwischen Geräten oberhalb und unterhalb des Ventils mit unterschiedlichen Druck- oder Vakuumniveaus. In Staubsammelsystemen ermöglicht die Zellradschleuse eine kontinuierliche Produktentleerung, ohne dass das Vakuum zum Ablassen des angesammelten Materials abgeschaltet werden muss. Zellenradschleusen sind in pneumatischen Fördersystemen von entscheidender Bedeutung und ermöglichen die Einführung von Material in einen Druck- oder Vakuumstrom mit minimalem Luftverlust.

Design & Konstruktion Zellradschleusen haben ein robustes Gussgehäuse, das aus einem Gehäuse und zwei Enddeckeln, einem innenrotierenden Rotor und einem Antriebspaket besteht. Der Körper verfügt über einen Einlass und einen Auslass, durch die Material in das Ventil ein- und austreten kann. Der Rotor verfügt über eine Welle mit mehreren Flügeln, und die Enden der Welle erstrecken sich durch das Gehäuse zu externen Lagern, die von den Endabdeckungen getragen werden. Im Inneren des Gehäuses verlaufen die Flügel strahlenförmig von der Welle weg zum Gehäuse. Der Raum zwischen den Rotorflügeln erzeugt Taschen, die Material am Einlass aufnehmen und beim Drehen des Rotors die Materialtaschen zum Auslass transportieren. Die leeren Taschen drehen sich dann zurück zum Einlass, um weiteres Material aufzunehmen. Das Antriebspaket besteht aus Getriebe und Elektromotor und ist über einen Kettentrieb mit der Rotorwelle verbunden oder kann direkt gekoppelt werden. Der Rotor dreht sich relativ langsam, typische Drehzahlen liegen bei 22 U/min oder weniger.

Wie sorgt die Zellradschleuse für eine Luftschleuse? Obwohl das Ventil keine 100-prozentige Abdichtung gewährleistet, wird die Leckagerate bei ordnungsgemäßer Konstruktion erheblich reduziert. Das Gehäuse und die Endabdeckungen müssen robust konstruiert sein, um der Druckdifferenz standzuhalten, und präzise mit sehr engen Toleranzen gefertigt sein. Eine erhabene Fläche an der Innenseite des Enddeckels passt eng und genau in die Gehäusebohrung, um eine gute Abdichtung und die richtige Ausrichtung zwischen Rotor und Gehäuse zu gewährleisten. Der Rotor benötigt eine große Welle, um eine Durchbiegung zu verhindern, und typischerweise acht oder mehr Flügel. Auch der Rotor ist präzise bearbeitet, um eng im Gehäuse zu sitzen. Typische Abstände zwischen Rotor und Gehäuse betragen 0,004 bis 0,006 Zoll oder ungefähr die Dicke einer groben Haarsträhne. Diese engen Toleranzen minimieren Luftleckagen, da sie eine Drehung des Rotors mit minimalem Spiel ermöglichen. Je kleiner die Abstände sind, desto weniger Luft kann entweichen. Die Geometrie des Gehäusedesigns ist ebenfalls wichtig, denn je mehr Flügel und Taschen im Gehäuse enthalten sind und nicht den Kehlen ausgesetzt sind, desto besser ist die Abdichtung.

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Rotortypen und Auswahl Hersteller von Zellenradschleusen verfügen über verschiedene Gehäusetypen, die jeweils für bestimmte Anwendungen am besten geeignet sind. In diesem Artikel befassen wir uns mit den unterschiedlichen Rotortypen und der Auswahl des besten Designs je nach Anwendung. Die richtige Auswahl des Rotors ist ein entscheidender Bestandteil bei der Spezifikation eines Ventils, das am besten für den vorgesehenen Einsatz geeignet ist und einen erheblichen Unterschied in der Lebensdauer des Ventils und der Gesamtleistung ausmacht.

Die erste Überlegung ist, ob ein Rotor mit offenem Ende oder ein Rotor mit geschlossenem Ende (ummantelt) verwendet werden soll. Sehen Sie sich jeweils die Fotos an. Wenn Sie den offenen Rotor vom Wellenende aus betrachten, sehen Sie mehrere Flügel, die strahlenförmig nach außen verlaufen und V- oder U-Formen bilden, die die Taschen darstellen. Die Enden der Flügel bleiben offen. Wenn Wasser in die obere Tasche gegossen würde, würde es einfach an den Seiten herauslaufen.

Der geschlossene oder ummantelte Rotor hat runde Endscheiben, die mit der Welle und den Enden der Flügel verschweißt sind. Wenn Sie den Rotor vom Ende der Welle aus betrachten, sehen Sie nicht die „V“-Taschen, sondern eine runde Scheibe. Die Enden der Flügel sind verschlossen. Anders als beim offenen Rotor wird das in die obere Tasche eingefüllte Wasser von den Endscheiben zurückgehalten.

Was ist besser, der offene oder der geschlossene Rotor? Wie oben beschrieben, sorgt die Zellradschleuse aufgrund der engen Toleranzen zwischen Rotor und Gehäuse für eine Luftabdichtung. Diese „Dichtung“ wird durch die Oberfläche zwischen den Rotorflügeln und dem Gehäuse maximiert. Je größer die Oberfläche, desto besser die Abdichtung. Da die Flügel des offenen Rotors bis zu den Endabdeckungen reichen, hat er eine größere Oberfläche als der geschlossene Rotor und sorgt für eine bessere Luftabdichtung.

Allerdings hat der offene Rotor seine Nachteile, da das Material mit den Endabdeckungen in Kontakt kommt. Bei abrasiven Produkten führt dies zu erhöhtem Verschleiß und kann die Lebensdauer des Ventils verkürzen. Bei Anwendungen mit höheren Temperaturen erhöht dies die Toleranzen, die sorgfältig bearbeitet werden müssen. Bei unsachgemäßer Wartung besteht die Gefahr, dass Feinstoffe durch die Wellendichtungen austreten. Andere Materialien wie dünne Flocken können sich zwischen den Seiten der Rotorflügel und den Endabdeckungsflächen verfangen, was zu Quietschgeräuschen oder sogar zum Abwürgen des Ventils führen kann.

Der geschlossene Rotor ist in erster Linie für Anwendungen mit Schwerkraftströmung oder in Systemen mit niedrigerem Differenzdruck vorgesehen, kann aber auch in Systemen mit hohem Differenzdruck eingesetzt werden, wenn die Zellenradschleuse richtig ausgelegt ist. Sofern zulässig, ist der Rotor mit geschlossenem Ende ideal für abrasive und Hochtemperaturanwendungen. Bei abrasiven Anwendungen wird das Produkt von den Endabdeckungen ferngehalten, wo der größte Verschleiß stattfindet. In Hochtemperatursituationen beseitigt der Spalt zwischen der Endabdeckung und dem Rotor jegliche Ausdehnungsprobleme, sodass nur der Durchmesser bearbeitet werden muss. Außerdem kann sich das Produkt nicht zwischen den Seiten der Rotorflügel und den Enddeckelflächen verklemmen, da die Taschen durch die Endscheiben verschlossen sind.

Rotorflügel-Design Rotorschaufeln können entweder feste, an der Welle angeschweißte Rotorblätter oder kürzere Rotorblätter mit einer Schraube an der verstellbaren Spitze sein. Feste Klingen sind typischerweise dicker und steifer als verstellbare Spitzen. Da sich Produkte unter den verstellbaren Klingen verfangen können, werden feststehende Klingen bei Hygieneanwendungen wie der Lebensmittel- und Pharmaindustrie bevorzugt. Einige Produkte sind auch klebrig oder träge, und der Rotor mit fester Klinge sorgt dafür, dass diese Produkte leichter aus der Tasche gelangen.

Für Anwendungen, bei denen spezielle Spitzen erforderlich sind, werden verstellbare Spitzen eingesetzt. Rotorspitzen können entweder starr oder flexibel sein und sind sowohl für Rotoren mit offenem als auch mit geschlossenem Ende erhältlich. Bei allen Anwendungen, bei denen die Druckdifferenz 2 psi übersteigt, sollten starre Rotorspitzen verwendet werden. Zu den starren Rotorspitzen gehören Baustahl, Edelstahl, Bronze und abriebfester Stahl. Beim Umgang mit Materialien, die explosiv oder leicht entzündlich sind, werden häufig Bronzespitzen benötigt. Selbstverständlich werden bei abrasiven Materialien abriebfeste Spitzen eingesetzt, um die Lebensdauer des Ventils zu verlängern.

Flexible Spitzen werden im Allgemeinen nur in Anwendungen mit Schwerkraftströmung verwendet, können jedoch in Situationen mit geringerem Druckunterschied, wie z. B. einem Staubsammelsystem, verwendet werden. Bei höheren Druckunterschieden löst sich die flexible Spitze vom Gehäuse und verursacht eine übermäßige Leckage. Flexible Spitzen können aus fast jedem Gummi hergestellt werden. Sie werden häufig bei größeren Partikelgrößen oder faserigen Produkten eingesetzt, die normalerweise einen Vollflügelrotor blockieren würden. Wenn sich ein Partikel zwischen der flexiblen Spitze und dem Gehäuse verfängt, gibt die Spitze entweder nach und fällt in die nächste Tasche oder zieht es zum Auslass, wo es herausfällt. Der für die flexible Spitze verwendete Gummi sollte auf der Grundlage der maximalen Temperatur und der Art des durch das Ventil fließenden Materials ausgewählt werden.

Optionen für Rotorflügel Die gebräuchlichste Flügelbehandlung sind abgeschrägte Kanten. Einige Produkte neigen dazu, im Inneren des Gehäuses zu verschmieren oder sich dort anzusammeln. Dieses Verschmieren führt zu zusätzlichem Widerstand, Quietschen und kann sogar zum Festfressen des Ventils führen. Durch die Abschrägung (oder Entlastung) der Hinterkante des Flügels wird der Luftwiderstand verringert, indem die Oberfläche des Rotors verringert wird. Durch die abgeschrägten Flügel können Produkte auch leichter entweichen, wenn sie zwischen Rotor und Gehäuse eingeklemmt werden. Bei offenen Rotoren sollte die Abschrägung am radialen Rand und auf beiden Seiten der Flügel erfolgen. Bei Anwendungen mit übermäßigem Verschmieren werden speziell entwickelte Schaberklingen oder Schneidflügel verwendet, um Produktansammlungen zu entfernen.

Optionen für Rotortaschen Die Standard-Rotortasche hat eine V-Form. Während dies bei den meisten Anwendungen gut funktioniert, kann es bei klebrigen Produkten problematisch werden. Bei einem Wellentaschenrotor ist der Boden der Rotortasche U-förmig abgerundet und glatt geschliffen oder sogar poliert. Dies ist sowohl bei hygienischen als auch bei klebrigen Anwendungen wünschenswert, da das Material leichter aus der Tasche austreten kann.

Reduziertes Volumen wird verwendet, um die Kapazität des Rotors zu verringern. Bei kleineren Zellenradschleusen kann es zu einer Materialbrücke oberhalb des Einlasses kommen. Der Rotor mit reduziertem Volumen ermöglicht die Verwendung eines größeren Ventils, um Brückenbildung zu vermeiden und die Austragsrate zu senken, wenn Sie die stromabwärts gelegenen Geräte nicht überlasten möchten. Ein reduziertes Volumen wird auch verwendet, wenn Material präzise und mit einer gleichmäßigeren Geschwindigkeit zugeführt werden soll. Material neigt dazu, aus einer Zellradschleuse in Klumpen auszutreten, die der Anzahl der Taschen entsprechen. Der Rotor mit reduziertem Volumen ermöglicht einen gleichmäßigeren und gleichmäßigeren Durchfluss.

Versetzte Rotortaschen umfassen eine Scheibe durch die Mitte des Rotors und gegenüberliegende Taschen auf jeder Seite der Scheibe sind außermittig. Dadurch wird aus einem 8-Taschen-Rotor ein 16-Taschen-Rotor. Dies trägt zu einem gleichmäßigeren Durchfluss und einer genaueren Entladung bei.

Rotorbeschichtungen und -oberflächen Beschichtungen werden eingesetzt, um Verschleiß und Korrosion vorzubeugen oder eine bessere Produktfreisetzung zu erreichen. Normalerweise werden Beschichtungen nur auf Rotoren mit feststehenden Rotorblättern aufgebracht. Nickel hat eine etwas höhere Verschleißfestigkeit, wird jedoch hauptsächlich als kostengünstigere Alternative zu Edelstahl verwendet, um Korrosion vorzubeugen. Teflon wird bei klebrigen Materialien verwendet, die dazu neigen, sich in den Taschen anzusammeln. Stellit ist ein äußerst abriebfestes Material, das an die Außenkanten des Rotors geschweißt und anschließend auf die erforderlichen Toleranzen bearbeitet wird. Rotoren können zur Abriebfestigkeit auch verchromt sein. Darüber hinaus gibt es verschiedene Plasmabeschichtungen, die sowohl Abriebfestigkeit als auch einen niedrigen Reibungskoeffizienten für eine bessere Produktabgabe bieten. Edelstahlrotoren können auf nahezu jedes Finish poliert werden.

Anwendungsspezialisten des Ventilherstellers helfen Ihnen bei der Auswahl der richtigen Zellenradschleuse für Ihre Anlage. Zu den für die Auswahl des besten Ventils wichtigen Informationen gehören: Fördergut, Schüttdichte, Partikelgröße, Materialeigenschaften, Feuchtigkeitsgehalt, Temperaturbereich, Ausrüstung über und unter dem Ventil, Druck- oder Vakuumniveaus und die gewünschte Auslassrate. Sie sollten über umfassende Erfahrung im Umgang mit Produkten aller Art in verschiedenen Systemtypen verfügen. Die Auswahl der richtigen Zellenradschleuse, des richtigen Rotors und der richtigen Konstruktionsmerkmale ist entscheidend, um einen erfolgreichen Betrieb mit minimaler Luftleckage und Ausfallzeiten sowie maximaler Ventillebensdauer sicherzustellen.

Paul Golden ist Manager bei Carolina Conveying, einem Unternehmen, das auf Pulverhandhabungskomponenten und Materialhandhabungssysteme spezialisiert ist. Das Unternehmen stellt eine umfassende Produktpalette her, darunter Zellradschleusen, Umschaltventile, Absperrschieber, Siloentleerer, Schneckendosierer, Big-Bag-Handlingsysteme und tragbare Bulk-Container. Für weitere Informationen rufen Sie 828-235-1005 an oder besuchen Sie carolinaconveying.com.

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