Richtige Wahl von Material und Design für hohe Temperaturen
Bei Hochtemperaturluft oder -gasen ist natürlich auch die Wahl des Materials zu berücksichtigen. Obwohl die Temperatur bei weitem nicht hoch genug ist, um den Stahl zu schmelzen (erst bei etwa 1375 °C), wird das Material schnell weich.
Bei dem kürzlich gelieferten Projekt wurden Gase mit Temperaturen von bis zu 650°C abgesaugt. Das Laufrad für diesen Ventilator ist auf dem nebenstehenden Bild zu sehen. Da die Temperaturen hoch sind, wurde Edelstahl 321 als Ausgangsmaterial gewählt. Selbst bei Verwendung spezieller Werkstoffe ist die hohe Temperatur problematisch, denn die Tabelle rechts zeigt, dass selbst Edelstahl 321 fast die Hälfte seiner Festigkeit verliert!
Da sich das Laufrad im Gasstrom befindet, gibt es keine Möglichkeit zu verhindern, dass das Laufrad ebenfalls so heiß wird. Daher statten wir in solchen Fällen das Laufrad mit zusätzlichen Verstärkungen aus, um den Festigkeitsverlust zu kompensieren.
Zu den gestalterischen Maßnahmen zur Stärkung des Angebots gehören:
- Verwendung von dickerem Material;
- Hinzufügen zusätzlicher Verstärkungsringe;
- Schweißen Sie die Schaufeln rundherum;
- Unterbrechung der Welle, um den Durchgang von hohen Temperaturen zu den Lagern zu dämpfen.
Ein Beispiel für ein Laufrad aus Edelstahl mit Kühlkupplung.
Außerdem können Sie hier sehen, dass die Schrauben, mit denen die Nabe befestigt ist, punktgeschweißt sind. Durch das zyklische Erhitzen und Abkühlen dieser Schrauben können sie sich langsam lösen, und das Auftragen chemischer Bindemittel wie Loc-Tite ist aufgrund der hohen Temperatur ebenfalls keine Option.
Neben der Konstruktion sind verschiedene Maßnahmen möglich, um sicherzustellen, dass das Laufrad während des Betriebs innerhalb bestimmter Parameter bleibt. Zum Beispiel eine Drehzahlüberwachung, die sicherstellt, dass sich das Laufrad nie über eine bestimmte Drehzahl hinaus dreht, oder Temperatursensoren in Kombination mit einer Sicherheits-SPS, die verschiedene Maßnahmen ergreifen kann, wenn die Temperatur zu hoch wird.
| Auslegungstemperatur: | 550 °C |
| Maximale Temperatur: | 650 °C |
| Material: | 650 °C |
| Zugfestigkeit von rostfreiem Stahl 321 (20 °C) | 240 MPa |
| Zugfestigkeit von rostfreiem Stahl 321 (550 °C) | 150 MPa |
| Zugfestigkeit von rostfreiem Stahl 321 (650 °C) | 135 MPa |
Richtige Materialauswahl für hohe Temperaturen - Kühlkupplungen, Lager und Wellendichtungen
Abgesehen vom Laufrad gibt es natürlich noch eine Reihe anderer Dinge zu beachten. Da das Laufrad aus Metall besteht und somit die Wärme relativ gut leitet, ist es unvermeidlich, dass auch die Welle sehr heiß wird.
Kühlkupplungen für den Lagerschutz
Um die Wärmeübertragung zu minimieren, setzen wir eine so genannte Kühlkupplung ein: Durch ihre geschickte geometrische Gestaltung leitet sie hervorragend Kräfte durch, aber wenig Wärme. Der Wärmetransport durch diese Verbindung erfolgt im Vergleich zu einer einfachen Welle über eine Umlenkung. Durch die hohle Konstruktion, an der auch Kühlluft entlangströmt, ist der Wärmestrom zu den Lagern viel geringer als bei einer „normalen“ Vollwelle.
Eine montierte Welle mit Kühlkupplung.
Hitzebeständige Lager und Schmiermittel
Trotzdem ist nicht auszuschließen, dass sich auch der Rest der Welle erwärmt. Selbst mit einer Kühlkupplung lässt sich manchmal nicht verhindern, dass die Lager Temperaturen von bis zu 200 °C erreichen. Deshalb setzen wir hier hitzebeständige Lager von zuverlässigen Lieferanten ein, die gleichbleibend hohe Qualität liefern, wie in diesem Fall auch SKF. Durch die Wahl der richtigen Lager können wir so vermeiden, dass wir sie schon nach kurzer Zeit austauschen müssen.
Normale Schmierfette sind bei diesen Temperaturen so flüssig, dass sie nicht mehr gut schmieren oder gar austreten. Hier bieten sich dann hitzebeständige Schmierstoffe auf PTFE-Basis an, die bei Temperaturen bis 200 °C wirksam bleiben.
Spezielle hitzebeständige Wellendichtungen
Das Laufrad eines Radialventilators ist fast immer mit einem Motor verbunden, der sich außerhalb des Ventilatorgehäuses befindet. Die Laufräder können direkt auf der Motorwelle montiert sein, oder es wird eine Zwischenwelle verwendet, wie in der obigen Anwendung. Unabhängig von der Ausführung befindet sich im Gehäuse ein Loch, durch das die (Motor-)Welle in das Ventilatorgehäuse ragt. Diese Bohrung ist natürlich größer als der Durchmesser der Welle.
Aus aerodynamischer Sicht ist der Spalt zwischen der Bohrung und der Welle idealerweise so klein wie möglich, damit die Leckage minimal ist. Häufig wird eine Wellendichtung verwendet, die eng um die Welle herum schließt.
Je nach Anwendung verwenden wir verschiedene Arten von Wellendichtungen. Wenn möglich, verwenden wir einfache Wellendichtungen. In anderen Fällen verwenden wir Dichtungen mit Simmerringen, Kohleringen und/oder Feder- und Spermakammern.
Für hohe Temperaturen gibt es je nach Anwendung mehrere andere Möglichkeiten für Wellendichtungen. Wellendichtungen auf Graphitbasis sind bis zu Temperaturen von 1000 °C beständig, und Wellendichtungen auf der Basis von gepressten (Stein-)Fasern sind ebenfalls möglich.
Ventilatoren für Öfen und Schmelzöfen
Ein Kunde, der Aluminium-Zwischenprodukte herstellt, hat mehrere Homogenisierungsöfen. Um die Produkte ordnungsgemäß und gleichmäßig zu verarbeiten, ist es wichtig, dass das Ausgangsmaterial durchgehend eine gleichmäßige Temperatur aufweist.
In diesen Homogenisierungsöfen wird heiße Luft entlang aller Platten oder Stäbe geblasen. Die von uns gelieferten Laufräder sorgen für diese Luftzirkulation. Diese Laufräder befinden sich im Inneren des Homogenisierungsofens und nehmen daher auch die gleiche Temperatur an, in diesem Fall bis zu 620 °C.
Dieses Laufrad ist für eine hohe Luftverdrängung mit geringem Druckabfall ausgelegt, so dass bei der Luftbewegung im gleichen offenen Raum kein großer Druckunterschied erforderlich ist. Um den Luftstrom langsam und stabil zu halten, ist das Laufrad mit einem Durchmesser von etwa Ø1300 mm und einer Tiefe von 700 mm relativ groß, und das Laufrad dreht sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit von 620 o/m. Das Ausgangsmaterial ist RVS309, das diesen heißen Temperaturen durchaus standhalten kann.
Ein großes Laufrad aus rostfreiem Stahl für einen Homogenisierungsofen. Dieses Foto wurde während eines Zwischenschritts aufgenommen, bevor das Laufrad gebeizt wird, um Schweißrückstände zu entfernen.
Kundenbeispiel: Hochtemperaturventilator für die Pyrolyse
Die folgenden Bilder gehören zu einem Auftrag eines unserer geschätzten Kunden. Dieser Kunde ist ein Erstausrüster, der spezielle Hochtemperaturöfen u. a. für das Sintern von Materialien liefert. Er liefert auch Maschinen für die Pyrolyse, mit denen Polymere beispielsweise aus alten elektronischen Bauteilen entfernt werden können, um die wertvollen Metalle herauszufiltern.
Der aufmerksame Leser wird feststellen, dass es einen großen Unterschied zwischen der Leistungsaufnahme bei 20 °C und 550 °C gibt. Das liegt natürlich daran, dass die heiße Luft bei hohen Temperaturen viel dünner ist als bei niedrigen Temperaturen – und der Lüfter viel weniger Arbeit leisten muss.
| Referenz | Order 81517 |
| Durchflussmenge m3/h | 16.000 |
| Druckverlust | 900 Pa |
| Geschwindigkeit (o/min) | 2146 |
| Motorleistung (550 °C) kW | 5.2 |
| Motorleistung (20 °C) kW | 13.9 |
| Materialien | Gehäuse: SS 315 Laufrad: Edelstahl 321 Welle: SS 321 Tragrahmen: S235JR |
Sicherheitsmaßnahmen bei hohen Temperaturen
Natürlich achten wir auch sehr auf die Sicherheit der Arbeiter. Nach der Installation des Ventilators wird dieser mit 100-150 mm dicker Steinwolle umwickelt, und die rotierenden Teile sind natürlich abgeschirmt. Auf dem ersten Foto ist das zusätzliche Volumen der Steinwolle neben der Kühlkupplung deutlich zu erkennen.
Sind Sie auch auf der Suche nach einem Ventilator für hohe Temperaturen? Wir helfen Ihnen gerne, die passende Lösung zu finden!