DE19613338A1 - Förderleitung mit Bypass zum pneumatischen Transport von Schüttgütern - Google Patents

Description

Für eine pneumatische Förderung von Schüttgütern werden Roh­ re oder Schläuche verwendet. Um ein Verstopfen der Leitung zu vermeiden, liegen die Fördergeschwindigkeiten relativ hoch.

Dabei stellen sich nur geringe Druckdifferenzen ein. Dieser Förderzustand, der nach seinem Strömungsbild Flugförderung genannt wird, besitzt einige Nachteile. Für eine hohe För­ dergeschwindigkeit wird zum einen eine große Luftmenge benö­ tigt. Aus ihr muß am Ende der Leitung das Schüttgut wieder getrennt werden. Dazu ist ein hoher Abscheide- und Entstau­ bungsaufwand notwendig. Zum anderen verursachen die hohen Geschwindigkeiten Verschleiß an der Förderleitung oder Korn­ bruch bei dem Schüttgut. Die Reparatur verschlissener För­ derleitungen ist sehr aufwendig, Kornbruch kann zur völligen Unbrauchbarkeit des Fördergutes führen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, versucht man, die Geschwin­ digkeit durch Verringerung der zugeführten Gasmenge zu redu­ zieren. Bei grobkörnigen oder granulierten Schüttgütern kann die Gasmenge auch reduziert werden. In der Rohrleitung bil­ den sich dann Strähnen, Dünen oder Pfropfen, wobei die Druck­ differenzen für eine Förderung größer werden. Bei längeren Pfropfen steigen die zum Verschieben notwendigen Druckdiffe­ renzen schnell bis an die Grenze des vorhandenen Gasstromer­ zeugers. Bei grobkörnigen Schüttgütern strömt eine große Gasmenge durch die Pfropfen. Das verursacht einen Druckab­ fall. Dabei expandiert das Gas und teilt längere Pfropfen in kürzere auf, wobei der Gesamtdruckverlust sinkt. Dadurch können die Pfropfen wieder länger werden. Obwohl dabei klei­ ne Geschwindigkeiten für das Schüttgut auftreten, erweist sich eine Dünen- oder Strähnenförderung energetisch oft gün­ stiger als eine Pfropfenförderung, weil eine Verkeilung der Teilchen vermieden wird. Letzteres zeigt sich am Druckver­ lust, der im Verhältnis zur ansteigenden Gasmenge stärker sinkt.

Feinkörnige Schüttgüter und solche mit großem Kornspektrum neigen bei geringen Fördergeschwindigkeiten zur Stopfenbil­ dung. Um einen derartigen Zustand zu vermeiden, wurden be­ reits verschiedene Förderleitungen entwickelt.

So sind Umströmungskanäle bekannt, die sich innerhalb der Förderleitung befinden (DE-OS 14 31 672). Ein geringer Teil des Gases strömt ständig in diesem Kanal. Bildet sich jedoch ein Stopfen, so erhöht sich dieser Anteil. Er ist dann in der Lage, den Stopfen in der Entstehungsphase wieder aufzu­ lösen, weil der Druckverlust im Umströmungskanal größer wird als die Druckdifferenz zum Auflösen des Stopfens. Aufgrund des Wirkprinzips erhöht sich gegen den Auslaß zu stetig die Gasgeschwindigkeit, wodurch ein erhöhter Verschleiß zu ver­ zeichnen ist und das Mischungsverhältnis abnimmt. Als weite­ re Beispiele für innenliegende Umströmungskanäle werden die Schriften DE-PS 11 74 256, DE 33 33 261 A1 und DE 43 22 882 A1 angegeben.

Bei der Vorrichtung nach DE 33 33 261 A1 handelt es sich im Bypass um eine Flugförderung mit den oben beschriebenen Nach­ teilen. Durch Luftführung in einem azentrischen Innenrohr mit entsprechenden Aus- und Einlässen und Drosselscheiben wird das Schüttgut in der Förderleitung stetig verwirbelt, um eine Stopfenbildung zu vermeiden. Nach DE 43 22 882 A1 ist das gut fördernde, offene Innenrohr zentrisch zum gas­ dichten Außenrohr angeordnet. Die Verbindungsöffnungen sind als Lavaldüsen ausgebildet, durch die Gas mit Schallgeschwin­ digkeit ungesteuert eingeblasen wird. Aufgrund der unge­ steuerten Gaszufuhr erhöht sich trotz Querschnittserweiterung die Transportgeschwindigkeit zum Auslaß zu erheblich, der Verschleiß an der Förderleitung und die Kornzerstörung sowie der Gasverbrauch und damit Energieverbrauch sind schüttgut­ bezogen höher.

Ein weiterer grundsätzlicher Nachteil der bekannten Umströ­ mungskanäle besteht im Eindringen des Feststoffes in diese. Störungen durch Verstopfen der Kanäle und der gesamten Lei­ tung sind die Folge.

Das Verlegen der Umströmungskanäle außerhalb des Förderroh­ res (DE-PS 4 49 393, DE-OS 19 53 538, DE 42 43 327 A1 u. a.) sowie der Einsatz von Filtermedien und Rückschlagventilen (DE-OS 23 05 030) bringen zwar einige Verbesserungen, doch die Funktion bleibt weiterhin eingeschränkt. Die in bestimm­ ten Abständen angeordneten relativ kleinen Filterelemente setzen sich trotz richtungsorientierter Strömung nach eini­ ger Zeit zu, weil es örtlich zu wechselnden Druckverhältnis­ sen kommt.

Für das Freiblasen einer verstopften Leitung sind die Ab­ stände der Einblasstellen meist zu groß gewählt.

Mit Steuerventilen in den Umströmungskanälen kann die För­ dergeschwindigkeit weiter verringert werden (DE-OS 2 219 199, DD-PS 01 38 056, DE 43 28 626 A1). Der Aufwand wird je­ doch bedeutend erhöht. Außerdem dringen auch hierbei feinste Partikel in die Steuerventile ein und vermindern deren Funk­ tion.

Nach der US 4 116 491 sind in den ringscheibenförmigen Trennwänden federbelastete Rückschlagventile eingebaut, wodurch sehr viel Raum zwischen Innen- und Außenrohr in An­ spruch genommen werden muß. Die durchströmende Gasmenge im Bypass ist jedoch geringfügig und benötigt nicht so einen großen Querschnitt zwischen den Ventilen. Außerdem ist die Funktion wartungsunfreundlich eingebauter, mechanisch beweg­ ter Teile beim Eindringen staubhaltiger Partikel gefährdet, was durch die zahlreichen, notwendigen Abdichtungen sehr wahrscheinlich ist. Für Ventile werden Öffnungsdrucke benö­ tigt. Diese summieren sich entsprechend der Anzahl längs zur Förderstrecke zu einem sehr hohen, unerwünschten Gesamt­ druck.

Aus der DE 30 22 656 A1 ist ein Förderleitungssystem be­ kannt, das nicht aus konzentrischen Rohren aufgebaut ist, sondern das ein dem Förderrohr aufgeschweißtes rechteckiges Druckluftrohr beinhaltet und insoweit einen anderen gattungs­ gemäßen Aufbau hat. Dieses Druckluftrohr hat einen wesentlich geringeren Querschnitt als die Förderleitung und steht mit dieser über poröse Scheiben in Verbindung, die in Löchern der Wandung der Förderleitung befestigt sind. Im Be­ reich dieser porösen Scheiben sind Stellschrauben u. a. zum Einjustieren von in Rohrerstreckungsrichtung abnehmender Ver­ engungen vorgesehen. Das Einjustieren muß mit entsprechend hohem Aufwand je nach Fördergut, der Leitungslänge, der Po­ rosität der Scheiben u. a. Parameter erfolgen. Daneben wird vorgeschlagen, offenbar, um diesen enormen Justieraufwand zu umgehen, unter Verzicht auf optimale Ergebnisse Festverengun­ gen vorzusehen. Diese Verengungen mit einer Stellschraube er­ zeugen keine einwandfreie laminare Strömung, sondern eine Verwirbelung, die einen erhöhten Druckverlust verursacht. So muß ein relativ großer Abstand zwischen den einzelnen Über­ strömstellen gewählt werden, damit eine Schüttgutanhäufung aufgelöst werden kann.

Außerdem stellt diese Anordnung eine aufwendige Lösung für die Fertigung dar, da sich durch das Aufschweißen der Kanäle die Rohre stark nach dieser Seite verziehen.

Ein entscheidender Nachteil bei Umströmungskanälen liegt aber im relativ großen Abstand der einzelnen Überströmstel­ len zum Förderkanal begründet. Von dem Abstand und dem im Bypass herrschenden Druckverlust hängen die kleinsten zuläs­ sigen geteilten Längen an einem Stopfen ab. Je enger diese Überströmstellen angeordnet werden und je geringer der Druckverlust im Bypass ist, desto geringer wird auch der Ge­ samtdruckverlust und desto langsamer kann gefördert werden, jedoch wächst der Aufwand für den Umströmungskanal mit ab­ nehmenden Abstand der Überströmstellen erheblich, was enge­ ren Abständen Grenzen setzt.

Diffusoren sind ebenfalls bekannt, doch sind diese in der Regel nach Zentraldüsen angeordnet (z. B. Venturidüse) und nicht nach ringförmigen Düsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Förderleitung mit Bypass derart zu verbessern, daß Schüttgüter mit kleinen Geschwindigkeiten und geringer Druckdifferenz des zugeführ­ ten Gases mit minimalem technischen Aufwand störungsfrei transportiert werden können.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 4 an­ gegeben.

Die erfindungsgemäße Förderleitung weist infolge zweier konzentrisch angeordneter Rohre einen ringförmigen und einen kreisförmigen Querschnitt für zwei Strömungskanäle auf. Der ringförmige Strömungskanal bildet einen Bypass. Er ist in Durchflußrichtung durch sprunghafte Einengungen unterteilt, die einen kleinen Ringspalt mit erhöhtem Druckverlust frei­ geben.

Den Einengungen folgt eine allmähliche, diffusorartige Er­ weiterung. Der kreisförmige Kanal ist für die eigentliche Schüttgutförderung bestimmt und steht mit dem ringförmigen Kanal über gasdurchlässige Abschnitte in Verbindung. Bei op­ timaler Schüttgutförderung würde nur wenig Gas über die Ein­ engungen strömen und es stellt sich ein minimaler Druckver­ lust ein. Bei geringer Gasmenge kann jedoch über längere Förderwege dieser Zustand nicht aufrecht erhalten werden. Es bilden sich z. B. Pfropfen, mit deren Länge der Druckverlust exponential ansteigt. So werden im entsprechenden Förderlei­ tungsabschnitt auch die Einengungen stärker umströmt. Kurz vor dem Pfropfenendeist der Druck kleiner als im ringförmi­ gen Kanal, dem Bypass. Es kommt örtlich zur Gasumströmung über den Bypass und zur Pfropfenauftrennung. Der Druckver­ lust für den betreffenden Abschnitt der Schüttgutanhäufung nimmt wieder ab und die Strömung im Bypass wird geringer. So besteht über der gesamten Länge der Förderleitung eine Rege­ lung zur Minimierung des Druckverlustes für die pneumatische Förderung von Schüttgut.

Vorteilhafterweise sind in dem ringförmigen Kanal nach den sprunghaften Einengungen diffusorartige Erweiterungen ange­ ordnet. Dadurch wird der Anteil des statischen Druckes, der sich infolge der Geschwindigkeitserhöhung in dynamischen Druck umgewandelt hat, teilweise wieder zurückgewonnen. Der dadurch reduzierte Abfall des statischen Druckes im Bypass wirkt sich insbesondere bei langsamen Schüttgutbewegungen positiv auf einen niedrigen Gesamtdruck für die Förderung aus. Außerdem verhindern die diffusorartigen Erweiterungen ein Festsetzen von Partikeln, die in den Bypass eindringen können.

Die Einengungen mit den darauffolgenden diffusorartigen Er­ weiterungen sind in Förderrichtung in Abständen vom 2fachen bis 3fachen des Innendurchmessers des Innenrohres angeord­ net. Dadurch können auch sehr schwerfließende Schüttgüter langsam und mit geringem Druck gefördert werden.

Im einfachsten Fall werden poröse oder partiell gasdurchläs­ sige Innenrohre verwendet, die eine entsprechende Außenkon­ tur aufweisen.

Zur besseren Herstellung des Innenrohres kann die Außenkon­ tur von manschettenartigen Ringkörpern gebildet werden, die auf diesem befestigt sind. Das glatte Innenrohr weist zwi­ schen diesen Manschetten Durchbrüche auf, in denen bei­ spielsweise poröse Scheiben befestigt sind.

Eine vorteilhafte Ausführung ergibt sich beim Wegfall der porösen Wandungsteile des Innenrohres, da die diffusorarti­ gen Erweiterungen die Mitführung von Schüttgutteilchen im Gasstrom des Bypasses erlauben. Gleichartige, außen kegel­ förmig ausgebildete Einzelrohre werden im Außenrohr und durch Abstandshalter zueinander fixiert. Die Abstandshalter gewährleisten, daß zwischen den einzelnen Rohren eine Ring­ öffnung vorhanden ist, die mindestens so breit ist wie der größte Ringspalt zwischen Innen- und Außenrohr. Zur besseren Überleitung des schüttgutbehafteten Umströmungsgases dient eine Fase an der Eintrittsöffnung des Innenrohrstückes.

Ferner werden vorteilhafterweise zur Unterstützung der konzentrischen Lagerung des Innenrohrs die endseitig an je­ dem Rohrabschnitt angeordneten Verbindungsflansche genutzt. Die Flansche weisen im Bereich des Bypasses Bohrungen für den Gasübertritt von einem Rohrabschnitt in den nächsten auf. Dichtringe zwischen den Flanschen sorgen für eine gas­ dichte Abdichtung des Systems.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Schnitt längs eines Rohres der Förderleitung,

Fig. 2 einen Ausschnitt mit manschettenartigen Ringkörpern,

Fig. 3 einen Ausschnitt mit einzelnen Innenrohrstücken.

Gemäß Fig. 1 besteht die Förderleitung aus Außenrohren 1, Innenrohren 2, mit nach außen kegelig geformten Zwischen­ stücken 2 und porösen Rohrabschnitten 3 sowie Flanschen 4. Die Flansche 4 dienen sowohl zum Verbinden mehrerer Rohre als auch zur Befestigung von Außenrohr 1 und Innenrohr 2 zu­ einander. Über die Flanschen 4 besteht nicht nur die Verbin­ dung eines Förderkanals 5, sondern auch eine Verbindung über Bohrungen 8 für die Längskammern, die wiederum über Ring­ spalte miteinander verbunden sind. Die Bohrungen 8 sind über Dichtringe 9 zum Förderkanal 5 und zur Umgebung abgedichtet.

Die nach außen kegelig geformten Zwischenstücke 2 bilden zu­ sammen mit dem Außenrohr 1 Ringspalte als in Förderrichtung sprunghafte Einengungen 7 und diffusorartige Erweiterungen 6. Die Länge der Zwischenstücke 2 wurde so gewählt, daß der Abstand der porösen Abschnitte 3 das 2,5fache des Innen­ durchmessers beträgt.

Gemäß Fig. 2 ist das Innenrohr 2 außen zylindrisch geformt. Es enthält Durchbrüche, die mit darin befestigten porösen Scheiben 10 verschlossen sind. Die erforderliche Außenkontur erhält das Innenrohr 2 durch aufgeschobene und befestigte manschettenartige Ringkörper 11.

Das Innenrohr 2 umschließt den Förderkanal 5. In ihm wird das nicht näher dargestellte Schüttgut transportiert. Der als Bypass wirkende, aus den Längskammern und Ringspalten gebildete ringförmige Kanal zwischen dem Außenrohr 1 und dem Innenrohr 2 steht unter dem Druck, der im zugehörigen För­ derabschnitt herrscht. So wird sich bei einer störungsfreien Förderung in der Leitung ein in Förderrichtung stetig fal­ lender Druck einstellen. Realistisch weichen die Druckwerte von dem idealen Verlauf durch verschiedene Feststoffkonzen­ trationen und unterschiedlichen Leitungsverlauf ab. Damit entstehen wechselnde Druckdifferenzen an den porösen Ab­ schnitten 3 und Scheiben 10. Sobald eine erhöhte Druckdiffe­ renz zwischen zwei benachbarten porösen Stellen in Förder­ richtung anliegt, strömt mehr Gas durch den Ringspalt, das eine erhöhte Feststoffkonzentration im Förderkanal 5 auflö­ sen kann oder diese in den nächsten Abschnitt verschiebt.

Im letzten Falle wiederholt sich das gleiche im folgenden Abschnitt.

Gemäß Fig. 3 besteht das Innenrohr 2 aus aneinandergereih­ ten, nach außen kegelig geformten Rohrstücken 12. An ihnen sind Abstandshalter 13 befestigt. Die Rohrstücke 12 weisen eingangsseitig eine Fase 14 auf. Durch die Abstandshalter 13 und die Fase 14 des folgenden Rohrstückes 12 wird eine Spaltöffnung 15 gebildet, deren Breite mindestens so groß ist wie die des größten Ringspaltes zwischen Innen- und Außenrohr.

Durch die wechselnden Druckverhältnisse gelangen über die Spaltöffnung 15 auch Schüttgutpartikel in die Längskammern, da diese durch den engen Ringspalt nur teilweise oder gar nicht zurückgehalten werden können. Die kegelig geformte Außenkontur der Rohrstücke 12 hat hierbei nicht nur den Zweck der Erhöhung des infolge der Umwandlung abgeminderten statischen Druckes, sondern verhindert gleichzeitig ein Ver­ keilen der eingedrungenen Schüttgutpartikel. Zum ungehinder­ ten Überströmen in den Förderkanal 5 sind die Spaltöffnungen 15 größer gehalten.

Claims (4)

1. Förderleitung mit Bypass zum pneumatischen Transport von Schüttgütern, bestehend aus einem gasdichten Außenrohr und einem mindestens partiell gasdurchlässigen, das Schüttgut aufnehmenden, konzentrischen Innenrohr, wobei der Mantelraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr durch kreisringar­ tig angeordnete Einengungen in kommunizierende Längskammern unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) in Abständen des Zwei- bis Dreifachen seines lichten Durchmessers eine gasdurchlässige Zone mit mindestens einer Öffnung (3, 10, 15) aufweist, an die sich in Förderrichtung eine sprunghafte, ringspaltförmige Einengung (7) und eine flachgestreckte, diffusorartige Erweiterung (6) anschließen.

2. Förderleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) mittels seines kegelstumpfartig ausge­ bildeten Außenmantels zum durchgehenden, hohlzylindrischen Außenrohr (1) hin die sprunghaften, ringspaltförmigen Einen­ gungen (7) mit den nachfolgenden diffusorartigen Erweiterun­ gen (6) bildet.

3. Förderleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) vollständig oder teilweise aus porösem Material besteht und auf ihm manschettenartige Ringkörper (11) befestigt sind, die die Außenkontur des Innenrohres (2) bilden.

4. Förderleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) in mehrere Rohrstücke (12) mit den entsprechend konischen Außenkonturen unterteilt ist und zwi­ schen den Rohrstücken (12) mittels Abstandshalter (13) eine Öffnung (15) hergestellt ist.