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Bewährte Praxis bei der Konstruktion von Entstaubungsanlagen-Hauben

Von Nathan Hildebrand, Anwendungsingenieur Donaldson Torit

In vielen Lebenssituationen kann sich für die billige Variante entscheiden – am Ende muss man dafür aber vielleicht bezahlen.  Dies gilt insbesondere für Haubenkonstruktionen für Entstaubungsanlagen. Kleine Änderungen bei den Haubenkonstruktionen führen oft zu großen Ergebnissen – insbesondere bei der Leistung und den Gesamtbetriebskosten.

Kluge Manager wissen, dass ihr größtes Kapital ihre Mitarbeiter sind, daher ist es nicht überraschend, dass das Wohlergehen der Arbeiter für erfolgreiche Unternehmen oberste Priorität hat. Das vom American Council of Governmental Industrial Hygienists herausgegebenen Handbuch zur industriellen Lüftung (Industrial Ventilation Manual, A Manual of Recommended Practice for Design) befindet sich in der 28. Auflage und wird von vielen als der Standard angesehen, nach dem Entstaubungslösungen gemessen werden sollten. Es umfasst bewährte Praktiken für die industrielle Hygiene und beschäftigt sich mit der Verbesserung des Atembereichs von Bedienern und Mitarbeitern in Werken. Dieses Handbuch bietet eine Anleitung für Haubenoptionen und stellt für viele Haubenkonfigurationen eine hervorragende Best-Case-Strategie dar.

Wenn Sie mit der Konstruktion der Motorhaube beginnen, ist es hilfreich, auch zu bedenken, wie wichtig Bedenken sind, die über die Verbesserung der Arbeitsraumluftqualität hinausgehen. Die mögliche brennbare Eigenschaft von Stäuben oder ihre mögliche Toxizität können die Konstruktion der Haube und des Systems beeinflussen. Ihr Werk könnte ernsthaft gefährdet sein, wenn bestimmte Sauberkeitsstandards nicht eingehalten werden. Über die Auswirkungen auf die Arbeitsbedingungen hinaus könnten hohe Geldstrafen anfallen, wenn festgestellt wird, dass Ihr Werk nicht konform ist.

Zusätzlich zur Luftqualität am Arbeitsplatz müssen Manager häufig zwei wichtige Überlegungen in jedem Unternehmen in Einklang bringen: Produkt- oder Arbeitsqualität sowie Betriebskosten.  Manchmal sind Einsparungen nicht offensichtlich, wie das Potenzial für eine verbesserte Konstruktion der Haube, um Kapitalkosten bei Geräten wie Lüftern zu reduzieren. Angesichts der Tatsache, dass die Konstruktion von Hauben eine kritische Überlegung sein kann, wollen wir einige verschiedene Optionen untersuchen. 

Gebräuchliche Haubenkonstruktionen

Wenn Sie Ihren Prozess nicht einschließen können, benötigen Sie möglicherweise eine externe Haube, die sich in der Nähe des Betriebs befindet, um während des Betriebs erzeugte Stäube zu kontrollieren. Die fünf grundlegenden externen Haubentypen sind in der Reihenfolge der zunehmenden Wirksamkeit aufgeführt, aber auch nach ihren zunehmenden Herstellungskosten. Die anfänglichen Herstellungskosten für Hauben können jedoch schnell ausgeglichen werden, wenn man damit verbundene Überlegungen vergleicht wie:

  • Verbesserungen in der Sauberkeit der Anlage und reduzierte Stillstandszeiten bei der Herstellung Ihres Produkts
  • Mögliche Einsparungen bei entsprechend kleineren Rohrleitungen, kleineren Entstaubungsanlagen und kleineren Lüftern und
  • Bei geringeren Anforderungen an Energie und Luftvolumen können Sie eine geringere Lüfterleistung feststellen, was dazu führt, dass verbundene Energiekosten gesenkt werden.

1.  Die Schnittkantenhaube stellt die gebräuchlichste und kostengünstigste aller Haubenkonfigurationen dar. Es ist nur eine offene Rohrleitung, die nahe dem Stauberzeugungspunkt endet. Diese Haubenkonstruktion ist ein besonders einfacher Ansatz.

Schnittkantenhauben bieten, obwohl sie sehr einfach herzustellen sind, die schlechteste Leistung beim Sammeln von Verunreinigungen am Entstehungsort. Diese Haubenkonfiguration zieht Luft nicht nur vor der Kanalöffnung, sondern leider auch hinter der Haubenöffnung an, wodurch sie ineffizient wird. Diese Konfiguration erzeugt auch ein hohes Maß an Turbulenzen, was zu erhöhten Energieverlusten und einem potenziell größeren Lüfter beitragen kann. Diese Haubenkonfigurationsoption ist aus Sicht der Gesamtbetriebskosten nicht optimal.

2.  Die geflanschte Haube ist relativ einfach mit niedrigen Herstellungskosten, und diese Option verbessert die Schnittkantenkonstruktion durch das Hinzufügen eines Flansches. Die geflanschte Haube bietet eine bessere Leistung, da die Luft/Energie, die verwendet wird, um den Staub zu sammeln, auf den Bereich vor der offenen Rohrleitung beschränkt ist. 

Das Hinzufügen eines Flansches zu einer Haubenkonstruktion führt zu einer Konzentration der Leistung der Haube und zu einer Reduzierung des Luftvolumens, das erforderlich ist, um die Sauberkeit der Anlage aufrechtzuerhalten. Es verbessert auch die Luftqualität in der Arbeitsumgebung Ihrer Mitarbeiter. Flansche müssen nicht rund sein, wenn quadratische oder sogar dreieckige Flansche in einer Situation besser funktionieren, solange sich die Form auf den Lufteintritt in die Haube von der Vorderseite konzentriert. Bei Flanschen gilt: Man hat, was man hat. Bei geflanschten Hauben kann es immer noch zu Turbulenzen kommen. Lassen Sie uns also Konstruktionsverbesserungen untersuchen, um zu sehen, ob wir dazu beitragen können, diese zu reduzieren.

3.  Eine sich verjüngende Haube bietet die nächste Verbesserung der Haubenleistung. Ziehen Sie eine runde Rohrleitung mit einem rechteckigen Flansch in Betracht. Wenn wir die Flanschkanten nach vorn falten und an ihren Seiten verbinden, können wir einen sich verjüngenden Trichter schaffen, der weiterhin Luft in den Kanal leitet. Dieser sich verjüngende Trichter leitet die Luft langsamer in die Haube als eine Haube mit Schnittkante oder geflanschtem Einlass, wodurch die Turbulenzen verringert werden, die entstehen, wenn Luft von der Rückseite der Haube aus in die Rohrleitung eintritt. Dieser mehr graduelle Übergang spart Energie und senkt die Betriebskosten des Lüfters, was langfristige Einsparungen bei einer geringfügigen Erhöhung der Kosten für die Herstellung der Hauben ermöglicht. Die Wiedereinführung eines Flansches an der Vorderseite der Haube bündelt erneut die Effizienz der Haube und reduziert die Gesamtluftmenge. Es schafft auch die gleichen Einsparungsmöglichkeiten bei Investitionsgütern in Form kleinerer Rohrleitungen, kleinerer Entstaubungsanlagen und geringerer Lüfterleistung.

4.  Eine konische Haube schafft einen Übergang von einer runden zu einer rechteckigen Haubenöffnung. Dieser Ansatz bringt Ihre Haubenkonstruktion ebenfalls einen Schritt weiter zur verbesserten Leistung. Er verbessert die Haubenleistung, indem die Turbulenzen, die erzeugt werden, wenn Luft von der Rückseite der Haube aus in die Rohrleitung eintritt, weiter reduziert werden. Es werden ebenfalls die benötigte Energie reduziert und Lüfterleistung eingespart.  Auch hier reduziert das Hinzufügen eines Flansches an der Vorderseite der Haube das Luftvolumen, das benötigt wird, um Staub zu kontrollieren, und es bietet die oben erwähnten Einsparungen in Bezug auf Kapitalkosten wie Rohrkanäle, Entstaubungsanlagen oder Lüfterleistung.  Wie Sie sehen können, sind die meisten dieser Hauben relativ einfache Fabrikationen aus Metallblech, die jeder offenen Rohrleitung hinzugefügt werden können.

5.  Die Trichterhaube bietet vermutlich das Beste einer externen Haube. Sie vereint die Vorteile von geflanschten Hauben mit einem sehr sanften Übergang vom Flansch zum Rohrleitungseintritt. Dieser sanfte Übergang minimiert Turbulenzen, wenn Luft in die Rohrleitung eindringt.  Dieser Ansatz bietet sowohl die Luftstromreduzierungsleistung eines Flansches als auch die geringen Turbulenzen des Eintrittsprofils mit gedrehter Schale und ist die effektivste verfügbare externe Haubenkonstruktion.  Natürlich müssen für diese gesteigerte Leistung Investitionen getätigt werden. Da dieser Haubeneinlass typischerweise einen gedrehten Konus umfasst, um die Herstellung des glatten Einlasses zu ermöglichen, sind die Kosten höher.

Andere zu berücksichtigende Faktoren: Haubenposition

Wir haben also über verschiedene Haubenkonfigurationen und -formen gesprochen, aber lassen wir eine weitere wichtige Frage nicht außer Acht: Wo sollte sich die Haube im Bezug zur Quelle befinden, die den Staub erzeugt?  Sie könnten die teuerste und leistungsstärkste Haube gewählt haben, aber wenn sie nicht richtig positioniert ist, sammeln Sie viel Luft und sehr wenig Staub. 

Die Position der Haube in der Nähe des Stauberzeugungspunkts ist Teil der Beschreibung für die Entstaubung an der Quelle. Damit das System eine effektive Staubsteuerung erreicht, muss sich die Haube so nah wie möglich am Stauberzeugungspunkt befinden.  Diese Gegebenheit kann erklären, warum die Nähe so wichtig ist.  Betrachten Sie die folgenden Situationen:

Beispiel 1:

Eine Schnittkantenhaube mit einem 4-Zoll-Durchmesser befindet sich einen Fuß von der Staubquelle entfernt und muss an der Stauberzeugungsposition eine Auffanggeschwindigkeit von 100 ft/min erzeugen, um den Staub zu kontrollieren. Zur Schätzung der erforderlichen Luftmenge, um diese Geschwindigkeit zu erzeugen, verwenden wir die Gleichung aus dem Handbuch zur industriellen Lüftung.  Q=(10X² + A) V

  • Der Abstand von der Quelle (X) beträgt einen Fuß,
  • die Querschnittsfläche der Rohrleitung (A) beträgt 0,087 Quadratfuß für eine 4-Zoll-Rohrleitung, und
  • der erforderliche Gesamtluftstrom ist (Q) = [10 (1 Fuß)² + (0,087 ft²] 100 ft/min = 1.009 Kubikfuß pro Minute.

Beispiel 2:

Die Schnittkantenhaube mit 4-Zoll-Durchmesser befindet sich nun sechs Zoll (0,5 Fuß) von der Staubquelle entfernt und muss immer noch eine Auffanggeschwindigkeit von 100 Fuß/Minute an der Stauberzeugungsposition erzeugen, um den Staub zu kontrollieren. Um die erforderliche Luftmenge abzuschätzen, verwenden wir wieder dieselbe Gleichung aus dem Handbuch zur industriellen Lüftung.  Q=(10X² + A) V

  • Der Abstand von der Quelle (X) beträgt jetzt 0,5 Fuß,
  • die Querschnittsfläche der Rohrleitung (A) beträgt immer noch 0,087 Quadratfuß, und
  • der erforderliche Gesamtluftstrom ist (Q) = [10 (0,5 Fuß)² + (0,087 ft²] 100 ft/min = 259 Kubikfuß pro Minute.

Wie Sie sehen können, hat eine Abstandsänderung (X) dramatische Auswirkungen auf die erforderliche Gesamtluftströmung. In diesem Fall und in den meisten anderen Fällen wird die erforderliche Luftmenge um einen Faktor von vier verringert, wenn die Entfernung halbiert wird.  Dies ist eine ziemlich bedeutende Änderung. Bedenken Sie, was diese zusätzlichen sechs Zoll Rohrleitung im Vergleich zu einer Entstaubungsanlage oder einem Lüfter kosten, der viermal größer ist als nötig.  Und vergessen Sie nicht, dass Sie kleinere Rohrleitungen verlegen können, da weniger Luft benötigt wird, was zu zusätzlichen Kosteneinsparungen führt.

Lassen Sie uns nun zu diesem kritischen Konstruktionselement kommen: Gesamtbetriebskosten. Wir hoffen, dass Sie jetzt nachvollziehen können, wie eine bessere Haubenkonstruktion dazu beitragen kann, die Betriebskosten zu senken, indem die Gesamtluftmenge reduziert wird, die zur Steuerung Ihrer Stäube erforderlich ist. Das bedeutet, dass Sie kleinere Rohrleitungen, kleinere Entstaubungsanlagen und kleinere Lüfter in Betracht ziehen können.  Sie haben nun also bereits viel Geld an den drei größten Anschaffungen gespart. 

Betrachten Sie nun die Kosten für den Betrieb des Lüfters und der Entstaubungsanlage. Mit weniger Turbulenzen und niedrigeren Gesamtluftmengen sollten Sie bemerken, dass Sie die Leistung reduzieren können, die zum Betrieb des Systems erforderlich ist.  Und wenn Sie weniger Luft aus Ihrer Anlage ablassen, gibt es einen geringeren Bedarf an Frischluft, wodurch die Belastung Ihres HLK-Systems reduziert wird.  Und wie lang ist die Lebensdauer dieser Produkte? 10 Jahre? 20 Jahre?  Wie wirkt sich das auf Ihre jährlichen Strom- und Druckluftkosten aus?  So können Sie sehen, wie kleine Änderungen an einfachen Systemkomponenten zu großen Veränderungen der Kosten führen können.

Von der verbesserten Arbeitsumgebung und den Arbeitsbedingungen am Arbeitsplatz bis hin zu den Gesamtkosten für die Maschinen sollten bewährte Praktiken bei der Konstruktion von Hauben eine kritische Überlegung in Ihrer Konstruktion sein. Kleine Änderungen können große Ergebnisse bedeuten, und das ist oft genau das, was Sie brauchen.

Wir können Ihnen helfen, die optimale Lösung für Ihre Anwendung zu finden.

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