Oktober 2010
  • Die Entwicklung verschleißgeschützter Zellenradschleusen ermöglicht heute den Einsatz von Zellenradschleusen auch bei hoch abrasiven Produkten in Förderanwendungen.
  • In über 500 Anwendungen sind heute Zellenradschleusen der hohen Verschleißschutzstufen Duroprotect 3 bis 5 bei verschiedensten Produkten im Einsatz.
  • Die Entwicklung wird in Richtung höhere Förderdrücke und Anwendungen für feine Pulver weiter geführt.
  • Ziele werden auch hier sein, Standzeiten zu erhöhen, Produktionsausfälle zu minimieren und Energiekosten zu senken.

Der Einsatz von Zellenradschleusen war in der Vergangenheit bei Mineralstoffen in Förderanwendungen im großen Stil nicht möglich. Speziell für hoch abrasive Produkte, wie beispielsweise Zement, waren keine entsprechend verschleißgeschützten Zellenradschleusen verfügbar.

Bisherige Schleusenkonzepte verwendeten offene Zellenräder. Vor allem im Bereich der Wellennabe, der Zellenradstege sowie der Seitendeckel tritt dann massiver Verschleiß auf. Schleusen mit geschlossenen Zellenrädern und axialen Dichtungssystem fallen aufgrund der Empfindlichkeit der Dichtungen ebenfalls in der Regel nach kurzer Zeit aus. Dieser starke Verschleiß führt zu erhöhter Leckage, Betriebsstörungen und Anlagenausfällen.

Dem Verschleiß entgegenwirken

Aus diesem Grund wurden Entwicklungen durchgeführt, um den Einsatz von Zellenradschleusen für hoch abrasive Produkte bei höheren Drücken zu ermöglichen. Die Weiterentwicklung war einerseits durch die Verwendung eines neuen Aufbaues der Zellenradschleuse und andererseits durch den Einsatz neuer Werkstoffe geprägt. In der neuentwickelten Baureihe wird ein geschlossenes Zellenrad eingesetzt. Eine Nabenspülung zwischen Zellenrad und Seitendeckel eliminiert nahezu den Verschleiß in diesem Bereich. In diesem Aufbau der Zellenradschleuse wird kein produktberührtes Dichtelement verwendet.

Zusätzlich zum konstruktiven Aufbau wurde ein Fokus der Entwicklung auf den Test und die Auswahl passender Verschleißschutzmaterialien gelegt. Zu diesem Zweck wurde ein Versuchsstand entwickelt und gebaut. Auf diesem Stand werden unterschiedliche Verschleißwerkstoffe, wie Wolframcarbid, Keramik, Stellit und weitere Materialien, getestet und auf ihre Verschleißschutzqualität im Hinblick auf Strahlverschleiß bewertet. Ebenfalls werden Kundenprodukte auf dem Versuchsstand mit diesen Verschleißschutzmaterialien geprüft. Das Versuchsergebnis weist die Verschleißintensität der Kundenprodukte aus und ist Basis für eine wirtschaftliche Auslegung der verschleißgeschützten Komponenten. Ein wichtiger Aspekt zur Auswahl dieser hochverschleißfesten Werkstoffe war der ideale Einbau der Verschleißschutzwerkstoffe in die Zellenradschleusen. Oxidkeramik wird als monolithische Hülse eingebaut. Dies ist jedoch nur bis zu einem bestimmten Bohrungsdurchmesser möglich. Bei größerem Bohrungsdurchmesser hingegen werden in einem patentierten Verfahren allseitig geschliffene Formstäbe fugenlos versetzt eingebaut.
Diese Neuentwicklungen, basierend auf konstruktiven Optimierungen und auf dem Einsatz neuer hochverschleißfester Werkstoffe, ermöglichen den Einsatz von Zellenradschleusen für hoch abrasive Produkte auch bei Differenzdrücken über 1bar.
Die Füllgrade von Austragsschleusen fallen bei Drücken über 1bar bei feinen Produkten deutlich ab. Dieser Effekt reduziert die Wirtschaftlichkeit von Austragsschleusen in diesem Druckbereich.
Aus diesem Grund wurden – in einem parallel laufenden Projekt – verschleißgeschützte Hochdruckdurchblasschleusen entwickelt. Durch die Zwangsräumung der Zellen (Durchblasprinzip) arbeiten diese Schleusen auch bei feinen Produkten und hohen Drücken mit maximalen Füllgraden.
Um die Vorteile der Durchblasschleusen nun auch im Mineralstoffbereich nutzen zu können, wurden auch für diese Schleusen-Baureihen unterschiedliche Verschleißschutzstufe entwickelt. Verwendung finden diese Zellenradschleusen zum Beispiel bei der Förderung von Braunkohle in einem Druckbereich zwischen 1 und 2bar.

Einsatz von verschleißgeschützten Zellenradschleusen

Der Haupteinsatzbereich dieser Zellenradschleusen liegt in folgenden Industriebereichen:

  • Mineralstoff (Zement, Kalk, Kreide, Steinmehle usw.),
  • Glasherstellung,
  • Aluminiumherstellung
  • Befeuern, Entaschen und Rauchgasreinigung von Großfeuerungsanlagen und fossilen Kraftwerken
  • und glasfaserverstärkte Kunststoffe.

In Abhängigkeit vom Produkt und dem konkreten Anwendungsfall wird schließlich die Verschleißschutzstufe der Komponente definiert.
Bei Zellenradschleusen muss ein besonderes Augenmerk auf die Druckdifferenz zwischen Einlauf und Auslauf gelegt werden, da infolge der Druckdifferenz eine Gasströmung (Leckgasströmung) durch die Schleuse entsteht, die Schüttgut über die engen Spalten zwischen Rotor und Gehäuse treibt und zu Strahlverschleiß führt.
Die Verschleißschutzmaßnahmen in jedem einzelnen Anwendungsfall ergeben sich aus dem Spannungsfeld zwischen der Investition für die Zellenradschleuse und der Einsatzdauer der Komponente. Um wirtschaftlichen Verschleißschutz für zahlreiche Anwendungen bieten zu können, sind verschiedene Stufen des Verschleißschutzes erforderlich. Mit den Duroprotect-Stufen 1 bis 5 wird der gesamte Einsatzbereich von leicht abrasiven bis hoch abrasiven Produkten abgedeckt.

Ersatz von Schneckenpumpen

Bei einem Zementhersteller wurde eine von zwei parallelen, pneumatischen Förderungen zu den Lagersilos mit einer hoch verschleißgeschützten Zellenradschleuse ausgerüstet. Hier wurde zur Produkteinspeisung eine Schneckenpumpe durch eine Zellenradschleuse ersetzt. Die wichtigste Intention für diesen Wechsel der Technologie war Energieeinsparung. Die Zellenradschleuse benötigt nur eine installierte Antriebsleistung von 5,5kW anstelle von 200kW der Schneckenpumpe. Bei einer jährlichen Betriebsdauer von 8000h ergibt dieser Wechsel eine Energieeinsparung von etwa 1500MWh/a. Fördertechnisch waren keine Änderungen an der bestehenden Anlage erforderlich.

In den Linien werden je 130 bis 180t/h Zement bei 0,7 bis 1bar Förderdruck transportiert. Die Zellenradschleuse der Verschleißschutzstufe Duroprotect 5 arbeitet nun seit Herbst 2009 zur vollen Zufriedenheit des Kunden. Der Zementhersteller plant jetzt die zweite Linie auf eine Zellenradschleuse ZPC 800 in Duroprotect 5 umzurüsten.

Modernisierung einesSchiffsentladers

Zwei ähnliche Ausführungen dieser Zellenradschleuse wurden in einem Schiffsentlader für Aluminapulver (Al2O3) zum Austrag aus dem Filter im Jahre 2006 parallel installiert.

Die Zellenradschleusen tragen zusammen eine Leistung von 400t/h Alumina bei einer Druckdifferenz bis 0,45bar aus und arbeiten ebenfalls bisher zur vollen Zufriedenheit des Anwenders. Hier wurde eine bestehende, sehr wartungsintensive Zellenradschleuse durch diese verschleißgeschützten Zellenradschleusen ersetzt und dadurch die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit des Schiffsentladers deutlich erhöht.

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