Wytrzymałe wentylatory odśrodkowe przeznaczone do procesów przemysłowych o dużym zapyleniu

W systemie wentylacji czystym powietrzem wybór wentylatora odśrodkowego jest stosunkowo prosty. Procesy przemysłowe charakteryzujące się wysokim zapyleniem są inne. Pył cementowy, drobne cząstki mineralne, popiół węglowy, cząstki drewna, klinkier i inne materiały ścierne mogą w sposób ciągły oddziaływać na wirnik i obudowę. Z biegiem czasu może to spowodować erozję ostrza, nagromadzenie materiału, wibracje, zmniejszony przepływ powietrza i nieoczekiwane przestoje.

W tym miejscu ważne stają się wentylatory odśrodkowe o dużej wytrzymałości. Nie są to po prostu większe wersje standardowych wentylatorów przemysłowych. Ich konstrukcję wirnika, dobór materiału, układ wałów, konfigurację łożysk, ochronę przed zużyciem i punkt pracy należy uwzględnić w zależności od rzeczywistych warunków procesu.

Obciążenie kurzem jest ważniejsze, niż wielu kupujących się spodziewa

Jednym z pierwszych błędów przy wyborze wentylatora jest uwzględnienie wyłącznie przepływu i ciśnienia powietrza.

Klient może na przykład określić:

Przepływ powietrza: 20 000 m³/h

Ciśnienie statyczne: 3000 Pa

Temperatura: 80°C

Na pierwszy rzut oka te trzy wartości wydają się wystarczające do wyboru wentylatora. Nie są.

Jeżeli gaz zawiera 30–50 g/m3 ściernego pyłu mineralnego, wymagania mechaniczne mogą być zupełnie inne niż w przypadku wentylatora tłoczącego czyste powietrze. Rozmiar cząstek, twardość, zawartość wilgoci oraz to, czy wentylator jest zainstalowany przed, czy za odpylaczem, mogą mieć wpływ na ostateczny projekt.

W przypadku wentylatorów odśrodkowych do dużych obciążeń stan zapylenia należy zatem traktować jako podstawowy parametr projektowy, a nie opcjonalny szczegół. Stężenie pyłu i charakterystyka cząstek bezpośrednio wpływają na oczekiwane zużycie i odpowiednią konfigurację wirnika.

Wybierz wirnik w zależności od pyłu

Nie ma jednej konstrukcji wirnika, która byłaby idealna do każdego zapylonego zastosowania. W przypadku silnie zanieczyszczonego powietrza powszechnie rozważa się konstrukcje z łopatkami promieniowymi, ponieważ proste łopatki są mniej podatne na gromadzenie się materiału i tolerują działanie ścierne. Amerykański Narodowy Instytut Bezpieczeństwa i Higieny Pracy również identyfikuje promieniowe wentylatory odśrodkowe z łopatkami jako odpowiednie do pracy z dużymi obciążeniami pyłowymi ze względu na ich odporność na ścieranie i zmniejszoną tendencję do gromadzenia się materiału.

Wirniki wygięte do tyłu lub nachylone do tyłu mogą zapewnić wyższą wydajność, ale wymagają dokładniejszego rozważenia, gdy duże ilości cząstek stałych przepływają bezpośrednio przez wentylator. Jeśli wentylator jest zainstalowany za skutecznym odpylaczem, mniejsze obciążenie cząsteczkami może sprawić, że te konstrukcje będą bardziej praktyczne.

W trudnych zastosowaniach w wentylatorach odśrodkowych o dużej wytrzymałości można również zastosować wzmocnione łopatki, wymienne wkładki ścieralne, materiały odporne na ścieranie lub specjalnie zabezpieczone krawędzie natarcia. Środki te zwiększają koszt początkowy, ale mogą być znacznie tańsze niż wymiana wirnika co kilka miesięcy.

Nie należy ignorować różnicy pomiędzy instalacją po stronie brudnej i po stronie czystej

Położenie wentylatora może znacząco zmienić obciążenie mechaniczne sprzętu. Rozważ system odpylania workowego. Jeśli wentylator jest zamontowany za filtrem, większość cząstek ściernych została już usunięta, zanim powietrze dotrze do wirnika. Wentylator nadal musi pokonać spadek ciśnienia obciążonego filtra, przewodów, przepustnic i innego wyposażenia, ale bezpośrednia erozja cząstek jest ograniczona.

Jeżeli wentylator jest zamontowany przed kolektorem, wirnik tłoczy zanieczyszczony gaz bezpośrednio. W tym układzie twardość cząstek, stężenie, rozkład wielkości i nagromadzenie stają się znacznie ważniejsze.

To rozróżnienie należy potwierdzić przed wyborem wentylatorów odśrodkowych do dużych obciążeń. Wentylator, który działa dobrze po czystej stronie filtra, może nie mieć takiej samej żywotności, jeśli będzie używany po brudnej stronie.

Oblicz rzeczywiste ciśnienie w układzie

Innym częstym problemem jest dobór wentylatora w zależności od straty ciśnienia tylko w jednym urządzeniu.

Rzeczywiste wymagania dotyczące ciśnienia wentylatora powinny zwykle uwzględniać cały system:

Wymagane ciśnienie wentylatora = straty na okapie + tarcie w kanale + kolanka i odgałęzienia + opór separatora + opór filtra + straty na wylocie + margines operacyjny

Załóżmy na przykład, że przemysłowy system odpylania ma:

Straty na kapturze i wlocie: 450 Pa

Straty w kanałach i kolankach: 700 Pa

Odporność na cyklony: 900 Pa

Opór filtra workowego: 1600 Pa

Straty na wylocie i kominie: 350 Pa

Całkowity opór wynosi już około 4000 Pa przed uwzględnieniem dodatkowego marginesu projektowego.

Wybór wentylatora w oparciu o szacunkowe ciśnienie 2500–3000 Pa może skutkować niewystarczającym przepływem powietrza w rzeczywistych warunkach pracy.

Z tego powodu wentylatory odśrodkowe do dużych obciążeń należy wybierać na podstawie krzywej oporu całego systemu, a nie po prostu dopasowywać przepływ powietrza wymagany przez klienta do modelu katalogowego.

Przykład przypadku: Zbiórka pyłu cementowego

Weźmy pod uwagę cementownię wymagającą około 25 000 m3/h powietrza wylotowego z procesu mielenia. Oryginalny wentylator został wybrany przede wszystkim ze względu na przepływ powietrza i moc silnika.

Po kilku miesiącach pracy technicy odkryli trzy problemy:

Wibracje wentylatora stopniowo wzrastały.

Zmniejszony przepływ powietrza.

Wirnik wykazywał wyraźne zużycie w pobliżu wlotu łopatki i części zewnętrznej.

Kontrola wykazała, że ​​wentylator przetwarzał ścierny pył cementowy przed końcowym etapem filtracji. Kurz nierównomiernie zużył powierzchnie łopatek, zmieniając równowagę wirnika. Jednocześnie nagromadzenie kurzu zwiększyło efektywną rezystancję systemu.

Rozwiązaniem nie było po prostu zainstalowanie większego silnika.

Zespół inżynierów najpierw potwierdził rzeczywisty przepływ i ciśnienie powietrza, a następnie sprawdził stężenie pyłu i charakterystykę cząstek. Wybrano bardziej odporną na ścieranie konfigurację wirnika, a wrażliwe obszary wzmocniono wymiennym zabezpieczeniem przed zużyciem.

Ważną lekcją jest to, że zwiększenie mocy silnika nie rozwiązuje problemu zużycia mechanicznego. Wentylator należy najpierw dopasować do rzeczywistego procesu.

W przypadku zastosowań takich jak mielenie cementu, przeładunek klinkieru, górnictwo i przetwarzanie minerałów, wentylatory odśrodkowe o dużej wytrzymałości należy oceniać zarówno z perspektywy aerodynamicznej, jak i mechanicznej.

Ochronę przed zużyciem należy projektować tam, gdzie ma to znaczenie

Dodanie wszędzie materiału odpornego na zużycie nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem.

Bardziej praktycznym podejściem jest identyfikacja obszarów podlegających największemu wpływowi cząstek.

W zależności od zastosowania obszary te mogą obejmować:

Krawędzie natarcia łopatek wirnika

Powierzchnie ostrzy

Tylna płyta wirnika

Sekcja wlotu obudowy

Przewiń obudowę

Obszary toczenia podatne na ścieranie

Wymienne płyty ścieralne mogą być przydatne, gdy dostępny jest dostęp konserwacyjny. Gdy płyta ścieralna osiągnie swój limit eksploatacyjny, technicy mogą wymienić element ochronny zamiast całej obudowy.

W przypadku zastosowań szczególnie ściernych producenci mogą również stosować stal odporną na ścieranie, utwardzaną, wzmocnioną konstrukcję ostrza lub wymienne wkładki. Prawidłowe rozwiązanie zależy od twardości cząstek, prędkości, stężenia i przewidywanych godzin pracy.

Celem nie jest niepotrzebne zwiększanie ciężaru każdego elementu. Celem jest umieszczenie właściwej ochrony we właściwym miejscu.

Moc silnika nie jest punktem wyjścia

Klient czasami wysyła zapytanie o treści:

„Potrzebujemy wentylatora odśrodkowego o mocy 160 kW”.

Nie są to informacje wystarczające do prawidłowego doboru wentylatora.

Silnik o mocy 160 kW może być używany z wieloma różnymi kombinacjami wentylatorów w zależności od przepływu powietrza, ciśnienia, prędkości, temperatury gazu, gęstości gazu, wydajności i układu przekładni.

W przypadku zastosowań charakteryzujących się dużym zapyleniem dostawca powinien zwykle zażądać co najmniej:

Wymagany przepływ powietrza

Ciśnienie statyczne lub całkowite

Normalna temperatura gazu

Maksymalna temperatura gazu

Stężenie pyłu

Rodzaj pyłu i charakterystyka cząstek

Skład gazu

Warunki na wlocie i wylocie wentylatora

Pozycja montażowa wentylatora

Wymagane godziny pracy

Napięcie i częstotliwość silnika

Wymagana wysokość, jeśli ma to zastosowanie

Ograniczenia przestrzenne i konserwacyjne

Parametry te umożliwiają dobór wentylatora na podstawie rzeczywistego punktu pracy, a nie samej mocy silnika.

Sprawdź punkt pracy po instalacji

Nawet prawidłowo zaprojektowany wentylator może działać słabo, jeśli zmienią się warunki w systemie.

Po uruchomieniu technicy powinni zapisać:

Obroty wentylatora

Przepływ powietrza

Ciśnienie statyczne

Prąd silnika

Moc silnika

Temperatura łożyska

Wibracja

Temperatura gazu

Załóżmy, że pierwotny punkt projektowy wynosi 20 000 m3/h przy 3500 Pa. Po instalacji pomiary wykazują 24 000 m3/h przy zaledwie 2800 Pa.

Ta różnica zasługuje na zbadanie.

Możliwe przyczyny to niższa niż oczekiwana rezystancja systemu, położenie przepustnicy, modyfikacje kanałów, stan filtra, nieprawidłowa prędkość wentylatora lub niedokładne oryginalne obliczenia systemu.

Jeśli wentylator pracuje powyżej zamierzonego punktu pracy, prąd silnika może również wzrosnąć. W tej sytuacji zwykłe zamknięcie przepustnicy bez zrozumienia systemu może ukryć prawdziwy problem.

Konserwacja powinna koncentrować się na zmianach trendów

W przypadku zakurzonych wentylatorów przemysłowych konserwacja nie powinna opierać się wyłącznie na ustalonym kalendarzu.

Lepszym podejściem jest monitorowanie trendów.

Na przykład, jeśli wibracje utrzymują się na poziomie około 3 mm/s przez kilka miesięcy i nagle wzrastają do 5 mm/s, technicy powinni zbadać problem, zanim wentylator ulegnie poważnej awarii.

Przydatne punkty kontrolne obejmują:

Zużycie wirnika

Nierówna erozja ostrza

Nagromadzenie kurzu

Stan łożyska

Wyrównanie wału

Stan sprzęgła

Śruby fundamentowe

Napięcie paska, jeśli jest napędzany paskiem

Zużycie obudowy

Połączenia wlotowe i wylotowe

Szczególnie ważne jest gromadzenie się pyłu na wirniku. Nierówne osady mogą powodować brak równowagi wirnika, nawet jeśli oryginalny wirnik był dynamicznie wyważany.

Nie przeocz wilgoci i lepkiego kurzu

Nie każdy pył zachowuje się jak suchy proszek mineralny.

Wilgoć może spowodować przyklejenie się drobnych cząstek do wirnika. Z biegiem czasu może to powodować nierówne osady i wibracje.

Na przykład wentylator przenoszący suchy materiał może normalnie działać przez miesiące. Jeśli temperatura procesu spadnie poniżej punktu rosy, wewnątrz systemu może nastąpić kondensacja. Pył staje się wówczas lepki i zaczyna gromadzić się na rotorze.

W takim przypadku samo zwiększenie odporności materiału ostrza na zużycie może nie rozwiązać problemu.

Rozwiązanie inżynieryjne może wymagać lepszej kontroli temperatury, izolacji, drenażu, zmian w procesie lub konstrukcji wirnika, która jest mniej podatna na gromadzenie się osadów.

Jest to kolejny powód, dla którego wentylatory odśrodkowe do dużych obciążeń należy wybierać w oparciu o rzeczywisty proces, a nie samą nazwę pyłu.

Praktyczna lista kontrolna wyboru

Przed zamówieniem wentylatora o dużej wytrzymałości do procesów zapylonych zalecam potwierdzenie następujących informacji u inżyniera procesu:

Wydajność powietrza

Przepływ powietrza: m³/h, CFM lub m³/s

Ciśnienie statyczne lub ciśnienie całkowite

Projektowy punkt pracy

Minimalne i maksymalne warunki pracy

Stan gazu

Normalna temperatura

Maksymalna temperatura

Skład gazu

Gęstość

Wilgotność

Stan kurzu

Rodzaj pyłu

Stężenie

Rozmiar cząstek

Twardość cząstek

Zawartość wilgoci

Charakterystyka lepka lub ścierna

Konstrukcja wentylatora

Typ wirnika

Tworzywo

Noś ochronę

Średnica wału

Układ łożysk

Układ napędu

Dostęp inspekcyjny

Instalacja elektryczna

Moc silnika

Woltaż

Częstotliwość

Metoda uruchamiania

Wymagana prędkość obrotowa lub praca VFD

Instalacja

Położenie wentylatora względem odpylacza

Orientacja wlotu i wylotu

Średnica kanału

Dostępna przestrzeń instalacyjna

Zezwolenie konserwacyjne

Warunki otoczenia

Kompletny arkusz danych na początku projektu może zapobiec wielu problemom w przyszłości.

Ostatnie przemyślenia

Zastosowania przemysłowe charakteryzujące się wysokim zapyleniem są trudne dla wentylatorów, ponieważ problem nie ogranicza się do przepływu powietrza. Ścieranie, gromadzenie się materiału, temperatura, odporność systemu, wibracje i wymagania konserwacyjne – wszystkie te czynniki wzajemnie na siebie oddziałują.

Dlatego należy dobrać odpowiednie wentylatory odśrodkowe do dużych obciążeń, biorąc pod uwagę rzeczywiste warunki procesu. Sam mocniejszy silnik nie gwarantuje dużej wytrzymałości wentylatora, a grubsza obudowa nie gwarantuje długiej żywotności.

W przypadku cementowni, górnictwa, przetwarzania biomasy, transportu węgla, obróbki metali, systemów mielenia i odpylania przemysłowego najbardziej niezawodne podejście polega na rozpoczęciu od pełnego punktu pracy i charakterystyki pyłu, a następnie określeniu typu wirnika, materiału, zabezpieczenia przed zużyciem, układu napędu i konfiguracji silnika.

Takie podejście może wymagać więcej pracy inżynieryjnej przed złożeniem zamówienia, ale zwykle kosztuje znacznie mniej niż wielokrotna wymiana wirnika, nadmierne wibracje, nieoczekiwane przestoje i słabe zbieranie pyłu po instalacji.