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Rohrkrümmer für die pneumatische Förderung

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Abschnittszusammenfassung
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 äußerst selten vorkommt, dass zwischen Aufnahmepunkt und Zielpunkt lediglich ein gerades Rohr verlegt ist. Allerdings können Krümmer eine Fehlerquelle darstellen, die von Herstellern 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 Förderleitung mit weniger oder anderen Krümmern anders ausgelegt worden wäre.

2. Krümmerauslegung

Rohrbögen können verschiedene Formen annehmen – von scharfen 90-Grad-Stutzen bis hin zu langgestreckten Radien oder komplexeren, patentierten Designs. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die verfügbaren Ausführungen sowie deren Vor- und Nachteile.

Abbildung 1: Standard-Krümmerdesigns

Art der Kopplung	Verhältnis R/D	Bemerkung
Sehr kurzer Radius	R/D = 1 bis 2,5	Sehr scharfer Bogen. Hohe Beschädigung des Förderguts zu erwarten, falls das Material bruchempfindlich ist; hoher Verschleiß des Krümmers bei abrasivem Material; hoher Druckverlust.
Kurzer Radius	R/D = 3 bis 7	Scharfer Bogen. Hohe Beschädigung des Förderguts bei bruchempfindlichem Material; hoher Verschleiß des Krümmers bei abrasivem Material; hoher Druckverlust. Nur zu verwenden, falls Platzbeschränkungen größere Radien nicht zulassen.
Langer Radius	R/D = 8 bis 14	In der Regel der beste Kompromiss zwischen Platzbedarf, Produktbelastung, Haltbarkeit und Druckverlust. Allerdings ist dies nicht immer der Fall, da langgestreckte Krümmer oft als Allheilmittel angesehen werden – was nicht für alle Anwendungen zutrifft. Hinweis: Langradius-Krümmer sind die einzige empfohlene Lösung für Dichtstromförderung , da kürzere Krümmer den Druckverlust unzumutbar erhöhen würden.
Sehr langer Radius	R/D = 15 bis 24	Sehr langgestreckte Krümmer können als Lösung zur weiteren Reduzierung von Materialbruch und Verschleiß wahrgenommen werden, doch können große Radien tatsächlich andere Probleme verursachen, da das Material mehrfach im Bogen prallt, was wiederum zu Bruch oder Ablagerungen in der Leitung führen kann.
Eigenentwickeltes Design	Meist sehr kurzer oder kurzer Radius	Einige Hersteller bieten fortschrittlichere Krümmer an, die bestimmte Nachteile herkömmlicher Bögen vermeiden. Die meisten dieser Designs basieren auf der Bildung eines Materialpolsters im Krümmer, das die Aufprallenergie des einströmenden Gutes absorbiert und so die Partikelzerkleinerung sowie den Verschleiß des Krümmers reduziert. Einige Designs versuchen, den Effekt von "Totzonen" zu minimieren, in denen Material lange verbleibt, indem sie einen Materialaustausch fördern – dies ist jedoch nicht garantiert. Solche Lösungen sind in chemischen Anwendungen wertvoll, aber weniger geeignet für Lebensmittel- oder Pharma-Anwendungen.

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

Abbildung 2: Eigenentwickelte Krümmerdesigns

3. Auswirkungen von Krümmern

Krümmer haben hauptsächlich folgende prozesstechnische Konsequenzen:

• Druckverlust: Wenn die Strömungsrichtung des Förderguts geändert wird, verringert sich die Geschwindigkeit der Feststoffe nach dem Aufprall auf den Krümmer. Zusätzliche Energie ist erforderlich, um das Material wieder zu beschleunigen, was zu einem erhöhten Druckverlust führt.

• Rohrverstopfung : Wenn der Druckverlust im 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 in kleinere Partikel oder, wie bei Kunststoffgranulat, zu Abrieb.

• Rohrschädigung: Umgekehrt kann der Aufprall des Produkts auf den Krümmer an der Aufprallstelle Verschleiß verursachen, sodass der Krümmer nach einigen Monaten oder Jahren ausgetauscht werden muss.

Flexible Schläuche sollten mit Vorsicht verwendet werden, da sie meist nicht gerade, sondern oft stark gewunden sind – z. B. bei einer LKW-Entladung. Sie können als mehrere in Reihe geschaltete Krümmer betrachtet werden und stellen damit einen extrem ungünstigen Fall für den Druckverlust dar.

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 von Material und Feststoffbeladung –, dass das Material an der Außenseite des Krümmers entlanggleitet. Dies tritt z. B. in langgestreckten Krümmern mit Polymeren auf und kann zu Verschmierungen führen, die "Engelshaar" bilden, wenn sich die angesammelte Produktschicht löst.

Problem	Mögliche Maßnahme(n)
Leitungsverstopfungen an Bögen	1. Positionieren Sie keinen Bogen direkt nach dem Aufnahmespunkt der Förderleitung. Halten Sie stets eine gerade Strecke von 4,5 m ein, bis zu 6 m bei Verwendung von Langradiusbögen und einem Verdünnungsphasensystem. In der Dichtphase kann ein Bogen deutlich näher am Produkteinlass platziert werden, etwa bei 1 m. 2. Verwenden Sie Bögen mit kürzerem Radius, da sich weniger Produkt in den Bögen absetzt, was das Risiko von Verstopfungen verringern kann. 3. Verwenden Sie keine aufeinanderfolgenden Bögen. Halten Sie stets einen geraden Abstand zwischen den Bögen ein.
Hoher Druckverlust	1. Reduzierung der Anzahl der Bögen im Rohrleitungslayout: Es sollte immer die möglichst gerade Rohrführung geplant werden. Eine längere Rohrleitung mit weniger Bögen ist vorzuziehen. 2. Verwenden Sie Langradiusbögen, die den Druckverlust im Vergleich zu Kurzradiusbögen reduzieren.
Bruch der geförderten Feststoffe	1. Reduzierung der Anzahl der Bögen im Rohrleitungslayout: Es sollte immer die möglichst gerade Rohrführung geplant werden. Eine längere Rohrleitung mit weniger Bögen ist vorzuziehen. 2. Verwenden Sie Langradiusbögen, obwohl dies nicht für alle Feststoffe die beste Wahl ist, da Feststoffe bei längerem Bogenradius länger entlang des Bogens gezogen werden und mehrfach abprallen. Kunststoffpellets können beispielsweise leicht anschmelzen, wenn sie entlang des Bogens gezogen werden, und eine Produktschicht im Bogen ablagern. Wenn sich diese Schicht mit der Zeit löst, entsteht das bekannte Phänomen der "Engelshaare", das von Kunden als Qualitätsmangel wahrgenommen werden kann. Bei "Engelshaaren" kann es besser sein, einfache Kurzradiusbögen oder spezielle Kurzradiusbögen mit Designs zu verwenden, die ein Polster aus Produkt am Aufprallpunkt erzeugen (z. B. Gamma-Bogen). 3. Verwenden Sie Druckförderung anstelle von Vakuumförderung, da die Endleitungsgeschwindigkeit niedriger ist. Gestalten Sie das Layout außerdem so, dass sich Bögen nicht am Ende der Leitung befinden, wo die Geschwindigkeit am höchsten ist. 4. Wechsel der Fördertechnologie: Dichtphase, mit einer Luftgeschwindigkeit von etwa 5 m/s erzeugt deutlich geringere Aufprallkräfte an den Bögen und reduziert Partikelbruch. Nicht alle Materialien können jedoch in der Dichtphase gefördert werden, oder es treten Nachteile auf (z. B. Ablagerungen).
Verschleiß an Bögen Abrasive Feststoffe	1. Verstärkung der Bögen (resistente Legierungen oder Gummikunststoffauskleidung) - diese Lösung ist in der Regel nicht für hygienische Anwendungen geeignet. 2. Wechsel der Fördertechnologie: Dichtphase, mit einer Luftgeschwindigkeit von etwa 5 m/s erzeugt deutlich geringere Aufprallkräfte an den Bögen.

Hinweis: Eine der ungünstigsten Konfigurationen, die zu Saltation des Pulvers und letztlich zu Leitungsverstopfungen führen kann, ist ein abwärts geführter Bogen in einen horizontalen Abschnitt. Dies sollte bei der Planung eines Rohrleitungslayouts möglichst vermieden werden. [1]

Quelle
[1] Grundlagen der Pulvertechnologie, M.J. Rhodes, 1990, Seite 152
[2] Schüttguttechnik, Don McGlinchey, Blackwell, Seite 167