Industrie. Rippenrohrkühler. 4. Auflage. Inhalt / Navigation. Aufgaben und Betriebszustände. Kühlung des Luftstroms mit Düsen. Kriterien zur Düsenwahl

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1 Lechler GmbH Precision Nozzles Nozzle Systems P.O. Box Metzingen / Germany Phone: +49 (0 ) info@ lechler.de Industrie 4. Auflage Inhalt / Navigation Aufgaben und Betriebszustände Kühlung des Luftstroms mit Düsen Kriterien zur Düsenwahl Elektronische Unterlagen Bestellung über den Online Shop Ansprechpartner 1

2 Inhaltsverzeichnis Aufgaben und Betriebszustände 3 Funktionsprinzip eines s 3 Verwendung von Düsen 3 Kühlung des Luftstroms mit Düsen 4 mit Vorbefeuchtung der Kühlluft 4 Was muss beachtet werden bevor eine Anlage mit Düsen ausgerüstet wird? 4 Kriterien zur Düsenwahl 5 1) Welche Düsen sind für die Anwendung in n geeignet 5 Anwendungsbeispiel mit Clusterfog Düsen Baureihe 5R3 6 2) Anzahl der Düsen, Anordnung und benötigte Wassermenge 7 3 und 4) Werkstoffauswahl und Wasserfilterung 8 Elektronische Unterlagen 9 Bestellung über den Online Shop 9 Ansprechpartner 10 2

3 Aufgaben und Betriebszustände werden zur Rückkühlung von flüssigen Medien verwendet, die sich während eines Arbeitsprozesses erwärmt haben. Um zu Kühlen ist es notwendig diese Wärme an möglichst billig zu beschaffende Medien zu übertragen. Die fast ausschließlich zur Anwendung kommenden Medien sind Wasser und Luft. Da Wasser als Kühlmedium nur dann wirtschaftlich ist, wenn es in großen Mengen, äußerst billig und von guter Beschaffenheit zur Verfügung steht, wird der überwiegende Teil der Industriekühlung mittels Luft vorgenommen. sind daher auch unter dem Stichwort Luftkühler bekannt. Funktionsprinzip eines s sind geschlossene Kühlsysteme, d.h. das zu kühlende Medium durchströmt die Rippenrohre in dem sog. Primärkreislauf. Diese Rohre werden von Luft umströmt, welche von einem Gebläse angesaugt wird. Die Rippen um das Rohr sorgen für eine größere Oberfläche und damit für eine höhere Wärmekonvektion. Die elliptische Form verbessert die thermodynamischen Eigenschaften der Rohre (vgl. Abbildung 1). Die Leistung von n bzw. Luftkühlern ist entscheidend von den Umgebungsbedingungen abhängig. Außentemperatur Feuchte der Kühlluft Wärmequelle Kühlkreislauf Kühlkreislaufpumpe Ventilator warme Luft Kühlelemente (Rippenrohre) Kühlluft Verwendung von Düsen Luftkühler sind stark abhängig von der Temperatur der Umgebungsluft. Ist die Außentemperatur niedrig, können Luftkühler mit geschlossenem Kühlkreislauf trocken betrieben werden. Die Wärmekonvektion erfolgt dann ausschließlich zwischen Luft und Rippenrohren. Übersteigt die Außentemperatur einen gewissen Wert, so kann die geforderte Kühlleistung nicht erbracht werden (Abb. 2). Um auch bei höheren Temperaturen zu arbeiten, muss entweder auf eine andere Kühlerbauweise zurückgegriffen werden oder eine Vorkühlung der Luft in Form einer Wasserverdüsung installiert werden. Dabei wird die angesaugte Außenluft mit zerstäubtem Wasser gesättigt und somit abgekühlt. Abb. 1: Funktionsprinzip eines Trockenluftkühlers mit Rippenrohren (geschlossener Kreislauf) Benetzung der Rippenrohre Abb. 2: Betriebscharakteristik eines Hybridkühlers. Wie bereits erwähnt, werden die Düsen nur betrieben, wenn die Kühlung durch die Umgebungsluft nicht ausreichend ist. Wie Abbildung 2 zeigt, ist dies meistens in den heißen Monaten des Jahres erforderlich 3

4 Kühlung des Luftstroms mit Düsen mit Vorbefeuchtung der Kühlluft warme Luft Trockenkühler mit Vorbefeuchtung sind mit fein zerstäubenden Düsen vor den Rippenrohren ausgestattet. Diese werden in Tagen mit besonders hohen Außenlufttemperaturen zugeschaltet oder wenn das Medium auf besonders niedrige Temperaturen gekühlt werden muss. Das Wasser wird dabei in den Luftstrom versprüht (Abb. 3). Dadurch tritt ein Verdunstungseffekt auf, der eine Abkühlung unter die Umgebungslufttemperatur ermöglicht. Kühlkreislauf Kühlkreislaufpumpe Ventilator Kühlelemente (Rippenrohre) Düsen Kühlluft Was muss beachtet werden bevor eine Anlage mit Düsen ausgerüstet wird? Wärmequelle Soll eine Anlage nachträglich mit einem Düsensystem ausgerüstet werden, so müssen folgende Punkte beachtet werden: 1) Die Tropfen werden in den eingesaugt. Dabei kann es in ungünstigen Fällen zu Korrosionserscheinungen an den Rohren kommen. Der Anlagenbetreiber sollte seine Anlage daraufhin überprüfen. 2) Destilliertes Wasser sollte verwendet werden, da Kalk, und andere im Wasser enthaltene Partikel zu erheblichen Verunreinigungen an der Rippenrohren führen können. Kalk setzt außerdem mit der Zeit die Düsen zu. 3) Wind kann dazu führen, dass die fein zerstäubten Tropfen weggetragen werden. Dies führt im schlimmsten Fall zur Beregnung der Bereiche unterhalb der Kühler (Abb. 4). Der Abstand von Düse zum Einsaugbereich sollte gering gewählt werden, um dem Wind eine möglichst geringe Angriffsfläche zu bieten. 4) Wird eine zu große Wassermenge versprüht, kann dies dazu führen, dass es aus den Kühlern herausregnet. Abb. 3: Funktionsprinzip eines Trockenluftkühlers mit Rippenrohren (geschlossener Kreislauf) Abb. 4: Fein zerstäubtes Wasser soll im Luftstrom verdunsten und diesen dabei abkühlen. Allerdings wird ein Großteil der Flüssigkeit durch den Wind weggetragen. 4

5 Kriterien zur Düsenwahl Folgende Fragen stellen sich bei der Auslegung eines Düsensystems für : 1.) Welcher Düsentyp sollte dann verwendet werden? 2.) Wie groß ist die Anzahl der Düsen, die für eine gleichmäßige Versprühung notwendig ist? 3.) Welcher Düsenwerkstoff ist der Richtige? 4.) Trotz größter Sorgfalt besteht die Gefahr, dass sich Feststoffpartikel, z.b. Rost, in den Leitungen befindet. Wie kann man die Düse vor Verstopfung schützen? 1) Welche Düsen sind für die Anwendung in n geeignet Die Antwort zu dieser Frage ist stark von der Größe des s, dem Luftmassenstrom, der Geschwindigkeit des Luftstroms im Ansaugbereich und anderen Umgebungsbedingungen abhängig. Aus Erfahrung wissen wir jedoch welche Düsen in Frage kommen könnten bzw. welche in der Vergangenheit erfolgreich verwendet wurden. In der Regel sollten Sie sich aber durch Ihrem Lechler Ansprechpartner beraten lassen, welche Düse für Ihren Fall geeignet ist. >> bei bestehender Internetverbindung können Sie die unterstrichenen Schriftzüge anklicken, um ergänzende Unterlagen herunterzuladen Luftgeschw. im Ansaugbereich Düsenbaureihe Katalogseiten <0,7 m/s 0,7 1,2 m/s >1,2 m/s 212, 214, 216, 2TR 212, 214, 216, 2TR Bei mittleren Luftgeschwindigkeiten von 0,7 bis 1,2 m/s sollte im Gegenstrom zerstäubt werden. Dadurch wird eine bessere Verteilung und längere Verweilzeit der Tropfen im Gasstrom erreicht. Es eignen sich dieselben Düsen wie für niedrige Luftgeschwindigkeiten. 502, 302, 350 5R3 (Clusterfog) , 350 Zeichnungen 212/214/216/2TR 502/302/350, 5R3, Beschr. Bei niedrigen Luftgeschwindigkeiten < 0,7 m/s kann im Gleichstrom zerstäubt werden. Es besteht zu dem die Gefahr, dass Wind die feinen Tropfen in eine andere Richtung lenkt. Für Luftgeschwindigkeiten > 1,2 m/s müssen Düsen mit gröberen Tropfen verwendet werden, um eine ausreichende Verteilung zu erreichen. Baureihen 302 und 350 zeichnen sich durch große freie Strömungsquerschnitte aus. Dies vermindert die Verstopfungsgefahr. Sehr gute Erfahrungen wurden bisher mit Baureihe 5T3 bei Zerstäubung im Gleichstrom gemacht. 5

6 Anwendungsbeispiel mit Clusterfog Düsen Baureihe 5R3 In einer erfolgreichen Anwendung wurden mehrer Clusterfog Düsen 5R in dem Ansaugbereich von n installiert (Abb. 5), um an heißen Tagen (T > 30 C) die Luft vorzukühlen. Jeder Bündelkopf ist mit 9 Hohlkegeldüsen bestückt (9x siehe Abb. 6). Es ergibt sich eine Vollkegelsprühbild mit sehr feinen Tropfen. Der Vordruck an den Düsen beträgt ca. 50 bar. Das Zerstäubungsmedium ist demineralisiertes Wasser. Im Verstopfungs- oder Verschleißfall können die Düsen auch einzeln getauscht werden ohne den gesamten Bündelkopf zu wechseln. Bei der Verwendung von axialen Voll- und Hohlkegeldüsen Düsen mit Drallkörper sowie von Bündeldüsen ist die Verwendung eines Filters empfehlenswert. Speziell bei der Verwendung von demineralisiertem Wasser kann es zur Korrosion der Rohrleitungen kommen. Dies kann zur Verstopfung der Düsen durch Rostpartikel führen. Abb. 5: Ringanordnung von Bündeldüsen zur Kühlung der Ansaugluft unterhalb von n Abb. 6: Clusterfog 5R

7 2) Anzahl der Düsen, Anordnung und benötigte Wassermenge Zunächst muss die benötigte Wassermenge bestimmt werden. Dabei muss beachtet werden, dass nicht zuviel Wasser zerstäubt wird, da es sonst evtl. aus dem heraus regnet. Die Tropfen sollen in den Kühler eingesaugt werden und an den Rippenrohren verdunsten. Die max. mögliche Wassermenge ist abhängig von der vorherrschenden Luftfeuchtigkeit und der Kühlgrenztemperatur. Zur Lösung des Problems kann entweder das Moullier Diagramm verwendet werden oder eine Wärmebilanzberechnung. Nachdem die notwendige Wassermenge ermittelt wurde, kann jetzt bereits eine Düsenauswahl getroffen werden. Es muss beachtet werden, dass die Düsen über die gesamte Fläche angeordnet werden sollen aber trotzdem die berechnete Wassermenge nicht überschritten wird y x Abb. 7: Anordnungsbeispiel bestehend aus 32 x und optional 2 x Eine Überlappung der Sprühkegel ist nicht erforderlich, da aufgrund von Luftverwirbelungen im Ansaugbereich eine ausreichend homogene Flüssigkeitsverteilung erzielt wird Bitte beachten Sie, dass die Luftfeuchtigkeit eine wichtige Rolle bei der Verdunstung der zerstäubten Flüssigkeit spielt. Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto weniger Feuchtigkeit kann die Luft zusätzlich aufnehmen. Die Verdunstungsrate des zerstäubten Wasser ist dann sehr gering. Wird bei solchen Bedingungen die Wasserbedüsung aktiviert, schlagen sich die eingesaugten Tropfen an den Rippenrohrbündeln nieder und tropfen im ungünstigsten Fall heraus. In vielen Fällen muss allerdings auch bei ungünstigen Bedingungen die Kühlung gewährleistet bleiben. Für diesen Fall sollte unterhalb des Kühlers eine Wanne für das abtropfende Wasser installiert werden. 7

8 3 und 4) Werkstoffauswahl und Wasserfilterung In Verbindung von demineralisiertem Wasser, WFIoder VE-Wasser dürfen nur hochwertige Edelstähle und Kunststoffe verwendet werden, da die Gefahr von Edelstahlkorrosion (Rouging) besteht. Kunststoff ist generell nicht anfällig. Edelstahl: , PEEK; PVDF; PTFE; POM, Viton; etc. Lechler Wst.-Nr.: 55, 5E, 56 Zahlreiche andere Werkstoffe auf Anfrage Bei der Verwendung von axialen Voll- und Hohlkegeldüsen Düsen mit Drallkörper sowie von Bündeldüsen ist die Verwendung eines Filters empfehlenswert. Speziell bei der Verwendung von demineralisiertem Wasser kann es zur Korrosion der Rohrleitungen kommen. Dies kann zur Verstopfung der Düsen durch Rostpartikel führen. Abb. 8: Lechler bietet ein umfangreiches Sortiment an Standard- und Sonderwerkstoffen Lechler Schmutzfänger [» zum Datenblatt «] 8

9 Elektronische Unterlagen Sie haben die Möglichkeit direkt aus diesem PDF auf weitere Unterlagen zu verlinken, wenn eine aktive Internetverbindung besteht. Falls Sie über keine Internetverbindung verfügen, können Sie die Unterlagen auch in Papierform anfordern. Schreiben Sie dazu ein an untenstehende Adresse. Lechler Hohlkegeldüsen >> Herunterladen << Lechler Vollkegel- und Bündeldüsen >> Herunterladen << Lechler Schmutzfänger >> Herunterladen << Umrechungstabellen und Arbeitshilfen >> Herunterladen << Lechler Gesamtkatalog 108 >> Herunterladen << Bestellung über den Online Shop Unter können Sie weitere Unterlagen als Gastbenutzer herunterladen. Nach einer Registrierung können Sie Düsen online bestellen und es stehen Ihnen weitere Dokumente des Knowledge Centers zur Verfügung. Für eine Registrierung oder Fragen zu unserem Online Shop schreiben Sie bitte eine an: Wir würden uns über Ihren Besuch freuen. Ihr Lechler Kompetenzzentrum für Düsentechnik und Anwendungen 9

10 Ansprechpartner Im Lechler Kompetenzzentrum stehen Ihnen zahlreiche erfahrene Mitarbeiter zu Verfügung, die Sie gezielt nach Ihrem Anwendungsfall beraten. Unsere Zentrale erreichen Sie telefonisch oder über . Sie werden dann gezielt zur Beratung weitergeleitet. Lechler GmbH Ulmer Str Metzingen Tel.: Fax: Lechler GmbH Precision Nozzles Nozzle Systems P.O. Box Metzingen / Germany Phone: +49 (0 ) info@ lechler.de Lechler GmbH