© Naaykens’ 2023
Juiste materiaal- en ontwerpkeuze voor hoge temperaturen
Bij lucht of gassen met hoge temperaturen houden wij uiteraard rekening met de materiaalkeuze. Hoewel de temperatuur lang niet hoog genoeg is om het staal te laten smelten (pas bij ca. 1375 °C), wordt het materiaal snel zwakker.
In recentelijk geleverd project werden gassen afgezogen met temperaturen tot 650 °C. De waaier voor deze ventilator is zichtbaar in de foto hiernaast. Omdat de temperaturen hoog oplopen is er gekozen voor RVS 321 als uitgangsmateriaal. Zelfs met het gebruik van speciale materialen is de hoge temperatuur nog steeds problematisch, in de tabel hiernaast is te zien dat ook RVS 321 bijna de helft van zijn sterkte verliest!
Omdat de waaier zich in de gasstroom bevindt is er geen optie om te voorkomen dat de waaier ook zo heet wordt. Vandaar dat wij in zulke gevallen de waaier met extra verstevigingen uitvoeren om het sterkteverlies te compenseren.
Ontwerpmaatregelen om de waaier te verstevigen zijn bijvoorbeeld:
- Het gebruiken van dikker materiaal;
- Het toevoegen van extra verstevigingsringen;
- De schoepen volledig rondom aflassen;
- As onderbreken, om doorgang hoge temperatuur naar de lagers te temperen.
Een voorbeeld van een RVS waaier met koelkoppeling.
Daarnaast is hier ook te zien dat de bouten waar de naaf mee vastgemaakt is met een puntlas vastgezet zijn. Door cyclische opwarming en afkoeling van deze bouten kunnen deze langzaam loskomen, en het toepassen van chemische binders als loc-tite is door de hoge temperatuur ook geen optie.
Los van de bouw zijn er verschillende maatregelen mogelijk om er voor te zorgden dat de waaier tijdens gebruik binnen bepaalde parameters blijft. Bijvoorbeeld een toerentalbewaking als beveiliging dat de waaier nooit boven een bepaald toerental zal draaien, of temperatuursensors in combinatie met een veiligheids-PLC die verschillende maatregelen kan nemen als de temperatuur te hoog wordt.
| Ontwerptemperatuur: | 550 °C |
| Maximale temperatuur: | 650 °C |
| Materiaal: | 650 °C |
| Treksterkte RVS 321 (20 °C) | 240 MPa |
| Treksterkte RVS 321 (550 °C) | 150 MPa |
| Treksterkte RVS 321 (650 °C) | 135 MPa |
Juiste materiaalkeuze voor hoge temperaturen –koelkoppelingen, lagers en asafdichtingen
Buiten de waaier om zijn er natuurlijk nog een aantal zaken waar rekening mee gehouden moet worden. Aangezien de waaier van metaal is en dus relatief goed warmte geleidt is het niet te voorkomen dat de as ook zeer warm wordt.
Koelkoppelingen voor bescherming lagers
Om de warmteoverdracht te minimaliseren passen wij een zogenaamde koelkoppeling toe: door het slimme geometrische ontwerp leidt deze uitstekend de krachten door maar weinig warmte. Warmtetransport via deze verbinding gaat via een omweg vergeleken met een simpele as. Door het holle ontwerp waar ook koelende lucht langs stroomt is de warmtestroom naar de lagers veel minder dan bij een “normale” massieve as.
Een gemonteerde as met koelkoppeling.
Hittebestendige lagers en smeermiddelen
Desondanks is niet uit te sluiten dat ook de rest van de as warm wordt. Ook met een koelkoppeling is het soms niet te voorkomen dat de lagers temperaturen tot 200 °C kunnen ervaren. Daarom passen wij hier hitte-resistente lagers toe van betrouwbare leveranciers die consistent hoge kwaliteit leveren, zoals in dit geval ook SKF. Door de juiste lagers te selecteren kan zo voorkomen worden dat deze lagers na een korte tijd al vervangen moeten worden.
Normale smeervetten zullen bij die temperaturen dusdanig vloeibaar zijn dat ze niet goed zullen smeren of zelfs ontsnappen. Hittebestendige smeermiddelen op basis van PTFE dat werkzaam blijft op temperaturen tot 200 °C zijn hier dan een goede optie.
Speciale hittebestendige asafdichtingen
De waaier in een centrifugaal ventilator is vrijwel altijd verbonden met een motor die buiten het ventilatorhuis geplaatst is. De waaiers kunnen direct op de motoras gemonteerd zijn, of er is gebruik gemaakt van een tussen-as zoals bij de bovenstaande toepassing. Ongeacht de uitvoering zit er een gat in het huis waar de (motor)as door het ventilatorhuis steekt. Dit gat is uiteraard groter dan de diameter van de as.
Qua luchttechnisch ontwerp is de spleet die tussen het gat en de as zit idealiter zo klein mogelijk zodat er minimale lekkage is. Vaak wordt een asafdichting toegepast die nauw om de as sluit.
Afhankelijk van de toepassing passen wij verschillende types asafdichtingen. Waar mogelijk gebruiken we enkelvoudige asafdichtingen toe. In andere gevallen passen we afdichtingen met simmerringen, koolstofringen en/of ver- en spergaskamers toe.
Voor hoge temperaturen zijn er verschillende andere mogelijkheden voor asafdichtingen, afhankelijk van de toepassing. Asafdichtingen op basis van grafiet zijn resistent tot temperaturen van 1000 °C, en asafdichtingen op basis van geperste (steen)vezels zijn ook mogelijk.
Ventilatoren voor ovens en smelterijen
Een klant die werkzaam is als fabrikant van aluminium tussenproducten beschikt over meerdere homogeniseerovens. Om de producten goed en consistent te bewerken is het van belang dat het basismateriaal overal een consistente temperatuur heeft.
In deze homogeniseerovens wordt hete lucht geblazen langs alle platen of staven. De waaiers die wij geleverd hebben zorgen voor deze luchtcirculatie. Deze waaiers bevinden zich in de homogeniseeroven en nemen dus ook dezelfde temperatuur aan, in dit geval tot 620 °C.
Deze waaier is ontworpen voor een hoge luchtverplaatsing met een lage drukval, bij het verplaatsen van lucht in dezelfde open ruimte is niet veel drukverschil nodig. Om de luchtstroom langzaam en stabiel te houden is de waaier relatief groot met een diameter van ca. Ø1300 mm en een diepte van 700 mm, en draait de waaier met een laag toerental van 620 o/m. Het uitgangsmateriaal is RVS309, wat deze hete temperaturen zeker kan weerstaan.
Een grote RVS waaier voor een homogeniseeroven. Deze foto is gemaakt tijdens een tussenstap voordat de waaier gebeitst wordt om de restanten van het lassen te verwijderen.
Klantvoorbeeld: hoge temperatuur ventilator voor pyrolyse
De onderstaande foto’s horen bij een order van een van onze gewaardeerde klanten. Deze klant is een OEM die specialistische hoge temperatuur ovens levert voor onder andere het sinteren van materialen. Ook leveren zij machines voor pyrolyse, waarbij polymeren verwijderd kunnen worden van bijvoorbeeld oude elektronische componenten om de waardevolle metalen er uit te filteren.
De oplettende lezer zal zien dat er een groot verschil is tussen het opgenomen vermogen bij 20 °C en 550 °C. Dit heeft komt natuurlijk doordat de hete lucht veel ijler is bij hoge temperaturen dan bij lage temperaturen – en de ventilator een stuk minder werk hoeft te leveren.
| Referentie | Order 81517 |
| Debiet m3/h | 16.000 |
| Drukval | 900 Pa |
| Toerental (o/min) | 2146 |
| Motorvermogen (550 °C) kW | 5.2 |
| Motorvermogen (20 °C) kW | 13.9 |
| Materialen | Huis: RVS 315 Waaier: RVS 321 As: RVS 321 Ondersteuningsframe: S235JR |
Veiligheidsmaatregelen voor hoge temperaturen
Uiteraard houden we ook goed rekening met de veiligheid voor de werknemers. Na installatie van de ventilator wordt deze ingepakt in 100-150 mm dik steenwol, en worden de draaiende delen uiteraard afgeschermd. In de eerste foto is het extra volume van het steenwol goed te zien naast de koelkoppeling.
Zoekt u ook een ventilator voor hoge temperaturen? Wij denken graag mee over de voor u meest geschikte oplossing!