solids ZELLENRADSCHLEUSEN

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1 Fachbericht solids Zellenradschleusen von Dipl.-Ing. Gerhard Böhner, I. Zusammenfassung Überall in der Schüttgut-Industrie werden Zellenradschleusen zum Austragen und Dosieren (volumetrisch oder gravimetrisch) von staub-, pulver- oder granulatförmigen Feststoffen eingesetzt. Die Standard-Ausführungen und deren Auslegungskriterien sind allgemein bekannt. Die verschiedenen Aufgabenstellungen und Arbeitsbedingungen erfordern jedoch häufig Lösungen in Form von speziellen Konstruktionen, die die S.S.T.-Schüttguttechnik GmbH aus dem Basis- Design weiterentwickelte. Generell bestimmen die Produkteigenschaften und Betriebsparameter die Bauart und Konstruktion der Zellenradschleuse. In einigen Fällen haben Zellenradschleusen auch Sicherheitsaufgaben zu erfüllen, wie z.b. das Verhindern des Ausbreitens von Staubexplosionen. Auswirkungen von Produkteigenschaften und Betriebsparametern auf die Konstruktionsmerkmale von Zellenradschleusen. Gehäuse - Gußgehäuse sind preisgünstig, verschiedene Gußwerkstoffe sind z.b. GG, Aluminiumguß, Edelstahlguß, Chromhartguß, Verwendung mit Einsatz-Schleißbuchse. -Schweißkonstruktion ist flexibel, Konstruktion ist anpaßbar an vorgebene Querschnittsöffnungen. Rotorbauarten - starre Stege sind preisgünstig, bei nicht schleißenden Produkten problemlos. - auswechselbare und nachstellbare Dichtleisten werden eingesetzt bei schleißenden Produkten, für körnige Schüttgüter bis ca. 1 mm aus elastischem Werkstoff. - gerundete Rotortaschen werden bevorzugt bei anhaftenden Produkten (ggf. beschichtet), für leichtere Reinigung. Wellenabdichtungen: - Radialwellendichtringe mit Sperrluftanschluß, für Überdruck > 0,1 bar und Temperatur bis 250 C - Stopfbuchspackungen: für Temperaturen bis 500 C Antriebsarten: - direkt, mittels Aufsteckgetriebemotor oder Hohlwelle im Zellenrad ist preisgünstig, platzsparend, einfache Montage - mit Kupplung: geeignet für den Anbau unterschiedlicher Motor-Bauarten, für Temperaturen über 100 C bis 250 C. - mit Kettetrieb: für Temperaturen über 250 C oder für nachträgliche Änderung der Übersetzung Auslegungsparameter: a) Anlagenseitig sind folgende Haupt-Parameter vorzugeben: - Schüttgutdaten - Leistung - Druckdifferenz - Temperatur b) Aus a) ist für die Zellenradschleuse auszulegen: - Größe (Volumen pro Zellenradumdrehung) - Drehzahl

2 - Antriebsleistung und Art - Werkstoffe - Rotorausführung - Wellendurchführung solids ZELLENRADSCHLEUSEN c) Der Füllungsgrad ist keine einstellbare Größe, sondern er folgt aus a) und b)! II. Das solids Zellenradschleusenprogramm solids Zellenradschleusen in den Ausführungen Basic, Clean, Heavy, Hygienic, Schutzsystem Die S.S.T.-Schüttguttechnik bietet solids Zellenradschleusen entsprechend den jeweiligen Anforderungen in den Ausführungen Basic, Clean, Heavy, Hygienic und Schutzsystem an. Alle Zellenradschleusen dieser Baureihen entsprechen bereits der neuen seit geltenden Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und wurden für den Einsatz unter Ex Bedingungen konzipiert. Geprüft wurden die Schleusen bei einer allseits anerkannten und zugelassenen Prüfstelle, der DEKRA Exam. Die Eignung für die Zone 20 wurde mit einer Baumusterprüfung bescheinigt. Damit können diese Zellenradschleusen in Zone 20 Kategorie 1 nach ATEX RL 94/9/EG mit Konformitätserklärung eingesetzt werden. II.1 solids Zellenradschleusen in Basic-Ausführung, Typ SRVS, nach ATEX-RL 94/9/EG, Zone 20 innen, Zone 21 außen Entscheidend für die Bauart und Konstruktion der Zellenradschleuse sind die Produkteigenschaften und Betriebsparameter. Im Wesentlichen sind das verschiedene Rotorbauarten, wie z. B. gerundete Taschen oder auswechselbare Dichtleisten aus Elastomer oder Stahl.

3 Vorteile: robust und verschleißarm kostengünstig und wartungsarm geeignet für den Einsatz nach ATEX-RL 94/9/EG in Zone 20 innen, Zone 21 außen Sicherheit für den Betreiber durch Baumusterprüfung mit Konformitätserklärung Als Schutzsystem nach ATEX steht ergänzend die Schwester Baureihe Typ SRVP zur Verfügung. Somit ist für den Betreiber eine maximale Anlagensicherheit gewährleistet. II.2 solids Zellenradschleusen als Schutzsystem nach ATEX, druckstoßfest und flammendurchschlagsicher Typ SRVP Vorteile: Druckstoßfest 13 barü und flammendurchschlagsicher, Schutzsystem Kategorie 1 nach ATEX-RL 94/9/EG, Staubexplosionsklasse St2, Zone 20 innen, Staubexplosionsgefahr ständig, langzeit, häufig, Zone 21 außen, mit Baumusterprüfung durch eine benannte Stelle Kennzeichnung: II 1/2 D In der Industrie werden immer feinere Stäube verarbeitet. Sind diese Stäube brennbar, entsteht mit Luft ein zündfähiges Gemisch. Mit einer Zündquelle, wie z. B. Funken oder heiße Oberflächen, kommt es zur Explosion. Zur Vermeidung der Ausbreitung von Druckwellen und / oder Funken bzw. Flammen sind Zellenradschleusen in druckstoßfester und flammendurchschlagsicherer Ausführung ein bewährtes Mittel, vor allem, da sie auch Förder- und Dosieraufgaben übernehmen. Sie werden eingebaut vor

4 pneumatischen Förderungen, vor und nach Mühlen und Behältern, sowie zur sicherheitstechnischen Trennung einzelner Anlagenabschnitte. Für den Einsatz unter Ex- Bedingungen wurde die solids Zellenradschleuse Typ SRVP, druckstoßfest und flammendurchschlagsicher, entscheidend weiterentwickelt. Die Bemessung und Gestaltung des Rotors, vor allem der Spalte zwischen Rotor und Gehäuse wurde konstruktiv so vorgenommen, dass die bei einer Staubexplosion mit sehr hoher Geschwindigkeit heranströmenden Funken in der Zellenradschleuse zum Erlöschen gebracht werden. Die axiale Fixierung des Rotors wurde den erhöhten Belastungen angepasst und verstärkt. Auch die Wellenabdichtung nach außen wurde mittels spezieller Radialwellendichtringe optimiert. Unter Explosionsbedingungen wurde diese Zellenradschleuse von der DEKRA - Exam mit Bergbau- Versuchsstrecke, ausgiebig getestet. Es wurden mehrere Versuchsreihen mit Staubexplosionen durchgeführt. Der solids Zellenradschleuse Typ SRVP wurde die Druckstoßfestigkeit bis 13 bar Ü und die Flammendurchschlagsicherheit mit einer Baumusterprüfung bescheinigt. Damit ist diese Zellenradschleuse ein Schutzsystem Kategorie 1 nach ATEX RL 94/9/EG und gewährleistet dem Betreiber maximale Anlagensicherheit. II.3 Neue solids Zellenradschleusen in Clean-Ausführung, Typ SRVC, nach ATEX-RL 94/9/EG, Zone 20 innen, Zone 21 außen Vorteile: für Lebensmittel geeignet, leicht demontierbar, leicht reinigbar wartungsfreundlich kostengünstig und wartungsarm durch einfachen Aufbau Eine besonders kostengünstige und wartungsfreundliche Lösung ist die neu entwickelte solids - Zellenradschleuse Typ SRVC. Durch Ihren einfachen Aufbau mit der Lagerung im Getriebe und dem auf die Antriebswelle aufgesteckten Zellenrad kann sie mit wenigen Handgriffen demontiert und gereinigt werden. Dazu muss nur der Deckel gegenüber dem Antrieb abgeschraubt werden, dann kann das Zellenrad aus dem Gehäuse herausgezogen werden, und es sind alle wartungsrelevanten Teile leicht zugänglich. Diese Zellenradschleuse kommt ohne eigene Wälzlager und mit nur einer Wellendurchführung aus, was die Anzahl der Verschleißteile reduziert und die Wartung vereinfacht. Eine Hygiene-Ausführung nach HACCP und EHEDG - Richtlinien, für Lebensmittel geeignet, ist ebenfalls lieferbar.

5 II.4 solids Zellenradschleuse in Hygienic-Ausführung nach EHEDG-Guidelines Vorteile: erfüllt GMP- / FDA-Anforderungen und DIN EN für Lebensmittel geeignet, leicht demontierbar, leicht reinigbar gasdicht nach außen Zellenrad mit gerundeten Taschen außenliegende Lagerung, spielfrei und robust, wartungsarm Lagerschild ausziehbar Kupplung Zellenrad mit Lagerschild ausziehbar

6 GMP- / FDA-konforme Eigenschaften: Produktberührt (innen), geschliffen. Oberflächengüte nach gewünschtem Ra-Wert. Alle Schweißungen spaltfrei. Optional elektropoliert. Totraumfrei. Die solids Zellenradschleuse Baureihe Typ SRVS wurde weiterentwickelt zur Hygienic Ausführung. Sie ist leicht zerlegbar und reinigbar und wurde nach HACCP und EHEDG - Richtlinien, für Lebensmittel geeignet, mit ausziehbarem Zellenrad und optionalen Führungsschienen konzipiert. Bei der in der neuen seit geltenden Maschinenrichtlinie 2000/42/EG geforderten Risikobeurteilung, wurden auch die mikrobiologischen, physikalischen und chemischen Anforderungen berücksichtigt. Die GMP- / FDA-Anforderungen und die DIN EN werden erfüllt mit Maßnahmen wie produktberührt (innen) geschliffen, Oberflächengüte nach gewünschtem Ra-Wert, alle Schweißungen spaltfrei, optional elektropoliert, totraumfrei. Dort, wo absolute Spaltfreiheit und Totraumfreiheit aus konstruktiven Gründen nicht möglich ist, wurde auf leichte Zerlegbarkeit und Reinigbarkeit geachtet. Auch der Typ SRVP ist als Schutzsystem in Hygienic-Design ausführbar. II.5 solids Zellenradschleuse in Heavy-Ausführung Unter rauen Bedingungen, z. B. abrasive Produkte oder im Kraftwerksbetrieb mit hoher Verfügbarkeit, kommen folgende Zellenradschleusen-Merkmale zum Einsatz: abgesetzte Lager Stopfbuchspackung Werkstoffe für Temperaturen bis 500 C verschleißgeschützt: Gehäuse mit Einsatz-Schleißbuchse, Hartverchromung oder Panzerung, Rotor mit Hartmetall bestückt

7 III. solids Mikrodosierschleusen Mikrodosierschleusen werden eingesetzt zur Dosierung von kleinen Mengen im Bereich von 3 dm³/h bis ca dm³/h und Produktfließeigenschaften von schwerfließend bis durchschießend. Weitere Faktoren sind: Dosieren gegen Druckdifferenz bis 1 bar, Temperatur bis 200 C, Dosiergenauigkeit unter ± 2%, pulsationsarmer Massenstrom. Um diese Anforderungen zu erfüllen, besitzen die solids Mikrodosierschleusen Spezialzellenräder mit sehr kleinen Taschen (<10 cm³), die in mehreren Reihen versetzt zueinander angeordnet sind, um Massenstrom-Pulsation zu verhindern. Für eine vollständige Entleerung der Taschen sorgt eine Räumeinrichtung im Auslaufbereich. Besondere Konstruktionsmerkmale sind: robustes Gußgehäuse, Präzisions-Rotor, Wellenabdichtung druckdicht bis 1 bar, Temperatur bis 250 C, außenliegende Lager, Schneckengetriebemotor. Zur optimalen Befüllung der Rotor-Kammern wird der Schleuse ein Rührwerksbehälter vorgeschaltet. Dadurch wird ein 100%-iger Füllungsgrad erreicht. Die Einheit Mikrodosierschleuse plus Rührwerksbehälter kann mittels Wägezellen, Wägeelektronik zu einer Differential-Dosierwaage kombiniert werden. solids Mikrodosierschleusen wurden u.a. mit Erfolg eingesetzt in Rauchgasreinigungsanlagen zur Dosierung von Adsorbens wie z.b. Kalkhydrat, Herdofenkoks, Aktivkohle, beladenes Adsorbens in der Rezirkulierung und Kalksteinmehl

8 IV. solids Räumradschleusen solids ZELLENRADSCHLEUSEN Räumradschleusen werden wie die Basis-Zellenradschleusen zum Austragen und Dosieren eingesetzt, jedoch bei folgenden schwierigen Schüttguteigenschaften: anhaftend, kohäsiv, hygroskopisch, brückenbildend, Feuchtigkeit oder Dämpfe von unten (z.b. von einem Reaktor). Der besondere Aufbau und die Funktion der solids Räumradschleuse verhindern zuverlässig, daß sich in den Taschen des Zellenrades Produkt ansetzt. Auch bei Dämpfen und Feuchtigkeit von unten hat sich die Räumradschleuse bewährt. Im Schleusengehäuse drehen sich das Zellenrad und der Räumer synchron und gegensinnig zueinander, so daß in den Zellenradtaschen anhaftendes Gut durch den Räumer abgestreift wird. Der über eine elastische Ausgleichskupplung direkt angekuppelte Getriebemotor treibt die Räumradwelle an. Von dieser Welle wird über das einstufige Stirnradgetriebe das Zellenrad angetrieben. Dadurch laufen Zellenrad und Räumer ohne gegenseitige Berührung synchron und gegensinnig zueinander. Zellenrad und Räumer sind mit nachstellbaren Dicht- bzw. Abstreif-Leisten aus Spezialstahl oder elastischem Werkstoff ausgerüstet. Der Räumer schabt somit anhaftendes Produkt aus den gerundeten Zellenrad- Kammern. Es fällt durch die Auslauföffnung im Gehäuse nach unten heraus. Weitere Konstruktionsmerkmale sind: Gehäuse, Zellenrad und Räumrad in Stahl- Schweißkonstruktion, Zellenrad mit auswechselbaren und nachstellbaren Abstreif-Leisten in Stahl oder elastischem Werkstoff, Stopfbuchs-Abdichtung und Fettsperre, beidseitig außenliegende Flanschlager (lebensdauergeschmiert), Zellenrad und Räumrad über einstufiges Stirnradgetriebe synchron angetrieben, Antrieb über elastische Kupplung, auf Wunsch Sicherheits-Rutsch-Kupplung, in Sonderfällen Kettentrieb, Motorkonsole mit Drehstrom-Stirnradgetriebemotor, 2 gegenüberliegende Revisionsöffnungen im Räumrad-Bereich

9 Druckstoßfeste solids Räumradschleusen Ergänzend zu den Standard Räumradschleusen sind weitere Varianten möglich, wie z.b. druckstoßfeste (bis 10 bar Ü) und/oder flammendurchschlagsichere Ausführung sowie eine Variante mit Aufteilung des Massenstroms am Auslauf der Räumradschleuse auf 4 Teilströme. Die solids Räumradschleuse sorgt für hohe Funktionsicherheit in schwierigen Einsatzfällen, z.b. Austragen von: Flugasche bei 250 C in Verbindung mit aufsteigenden Dämpfen von unten, REA-Gips mit 10 % Feuchte, feuchtes, beladenes Adsorbens aus Gewebefilter, Braunkohle mit 50 % Feuchte, div. Feinchemikalien, z.t. korrosiv, deshalb Werkstoff produktberührt Edelstahl. V. solids Durchblasschleusen Durchblasschleusen werden als platzsparendes und kostengünstiges Zuführorgan für die pneumatische Förderung und zum Austragen und Dosieren aus einem Behälter in ein pneumatisches Fördersystem eingesetzt. Die Leckluftströmung aus dem pneumatischen Förderssystem in den Vorlagebehälter kann bei Druckförderung bis 1 bar minimiert werden. Das Schüttgut fällt wie bei normalen Zellenradschleusen im Einlauf in die Rotor- Kammern und wird durch die Rotordrehung nach unten transportiert. Das Produkt fällt jedoch nicht durch eine Auslauföffnung im freien Fall heraus, sondern wird horizontal mittels Förderluft im Druck- oder Saugbetrieb durch den integrierten Förderrohr- Anschluß ausgeblasen. Da die Förderleitung quasi durch die Schleuse führt, wird so Bauhöhe eingespart und eine gute Entleerung der Taschen erreicht. solids Durchblasschleusen sind mit engen Toleranzen zwischen Rotor und Gehäuse gefertigt, um eine Beeinträchtigung des Massenstroms durch die entgegengesetzt strömende Förderluft zu verhindern. Die Leckluft wird

10 durch einen seitlichen, im Gehäuse angebrachten Stutzen abgeführt und z.b. in das Vorlagesilo zurückgeleitet. Bei groben und/oder schleißenden Produkten sind dem Einsatz von Durchblasschleusen jedoch Grenzen gesetzt. Zu den Konstruktionsmerkmalen zählen: robustes Gußgehäuse, 10 bar Ü druckstoßfest, Edelstahlrotor in Schweißkonstruktion, druckdichte Wellenabdichtung mit Radialwellendichtringen, mit Sperrluftanschluß und/oder Schmierung, beidseitig außenliegende Lager, Kettenantrieb mit Schutz und seitlich angebauten Getriebemotor, auf Wunsch Schutzsystem nach ATEX mit Baumusterprüfung, flammendurchschlagsicher mit Zertifikat Für viele pneumatische Förderaufgaben ist die Durchblasschleuse, einsetzbar für Druck- und Saugfördersysteme eine einfache und damit preisgünstige Lösung. Es gibt nur ein bewegtes Teil (Rotor) und damit auch eine Reduzierung der Instandhaltungskosten. Zudem wird durch den integrierten Förderleitungsanschluß mit geringem Abstand zur Rotorachse erheblich an Bauhöhe eingespart. Beispiele für den Einsatz von Durchblasschleusen sind die Förderung von Kreide, Kalkstein, Zinkoxid, Zinkstearat, Zucker, Kalkhydrat, Kalkhydrat gemischt mit Herdofenkoks, Waschmittel- Rohstoff, Bleicherde u.a. solids Durchblasschleuse in Hygienic-Ausführung: Vorteile: Produktberührt (innen), geschliffen. Oberflächengüte nach gewünschtem Ra-Wert. Alle Schweißungen spaltfrei. Optional elektropoliert. Direktantrieb (keine Kette, fettfrei) für Lebensmittel geeignet