Master-Protect. Unikalne, trudnozużywające się kształtki rurowe do pneumatycznych układów przenośnikowych

Pneumatyczne układy przenośnikowe odgrywają ważną rolę w przemyśle. Jest rzeczą oczywistą, że obecnie znacznie zwiększa się zapotrzebowanie na większą dyspozycyjność urządzeń, tj. skrócenie czasu niezaplanowanych przestojów i ogólne zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych. Ponadto, zawsze zwiększa się zakres nowych warunków technicznych, które wymagają udoskonalonych i innowacyjnych elementów instalacji i materiałów.

Wysiłki, mające na celu zwiększenie przepustowości i poprawienie niezawodności, stanowią obecnie rdzeń postępu technologicznego w układach transportu pneumatycznego..

Kształtki rurowe zwykle stanowią czynnik krytyczny i częstą przyczynę niepotrzebnie wysokich kosztów konserwacji i kosztownych przestojów. Wynikłe stąd koszty i problemy są zwykle nieproporcjonalnie duże w porównaniu z bezpośrednimi kosztami wymiany kształtki rurowej.

Mocno ścierne materiały, transportowane luzem przez pneumatyczne układy rurowe, powodują znaczne zużycie uderzeniowe i ścierne. Dobór optymalnych kształtek rurowych, które zmniejszają zużycie i opóźniają powstawanie uszkodzeń produktów, jest niezmiernie ważny z punktu widzenia opłacalności i zapewnienia jakości.

Chcąc zapobiec niepożądanemu ścieraniu się kształtek rurowych, producenci podejmowali różne działania, które jednakże nie zawsze były odpowiednie do wymagań konkretnej instalacji.

Z jednej strony, technolodzy próbują opracować możliwie najtwardsze materiały na rury, żeby uniknąć ścierania materiału, a z drugiej strony opracowali zmodyfikowane geometrycznie kształtki rurowe, które gromadzą przenoszone materiały w misternie zaprojektowanych komorach uderzeniowych, wykorzystujących zgromadzony materiał do łagodzenia uderzeń poprzez rozpraszanie energii produktu.

Z punktu widzenia różnych zalet i wad, każda kształtka rurowa określonego typu ma zastosowanie w określonym zakresie; jednakże jednocześnie ma ona techniczne ograniczenia - zwiększona masa lub znaczący spadek ciśnienia są często cechą towarzyszącą - w szczególności w przypadku pneumatycznych przenośników przesyłowych.

Stosowanie największych możliwych promieni zabiera bardzo dużo miejsca, jest kosztowne i często nie zmniejsza ścierania, szczególnie w przepływie dwufazowym. Intensywne turbulencje, tworzone przez długie kształtki rurowe, przynoszą często efekt przeciwny do zamierzonego.

Innowacyjne kształtki rurowe o zadziwiających zaletach

Połączenie zmienionej geometrii wewnętrznej z niezwykle wytrzymałym, zaawansowanym technologicznie tworzywem chroni kształtki rurowe przed zużyciem powodowanym przez uderzenia przenoszonego materiału.

Wykorzystując swoje wieloletnie doświadczenie w stosowaniu poliuretanowych elementów w przenośnikach do transportu materiałów sypkich, firma Masterflex   opracowała, opatentowała i z powodzeniem wdrożyła innowacyjny, nowy produkt nazwany "Master-Protect".

Zasada działania jest w równym stopniu zadziwiająca, co wyjątkowa. Materiał przepływający przez gładkie i pozbawione zadziorów kształtki rurowe styka się z płaską poliuretanową powierzchnią uderzeniową, która odchyla przepływ, jednocześnie pochłaniając uderzenie.

Plastyczne właściwości miękkiej wkładki poliuretanowej istotnie powstrzymują niszczenie wewnętrznej wykładziny, tym sposobem zmniejszając ścieranie i znacznie wydłużając okres eksploatacji układu przenośnikowego. Sypki materiał odbija się od wkładki poliuretanowej jak od trampoliny i jest przenoszony po skosie przez kształtkę rurową. Stało się to możliwe dzięki zaawansowanej technologicznie wkładce poliuretanowej o wyjątkowej odporności na ścieranie i trwałości mechanicznej, tzn. o wskaźniku plastyczności wynoszącym 600%.

Dzięki precyzyjnie ustalonej, wewnętrznej geometrii kształtek rurowych końcowa linia przebiegu cząstek stałych usytuowana jest wzdłuż ścianek wewnętrznych, zwłaszcza przy połączeniu z mocno ściernym przenośnikiem przesyłowym. Daje to równomierny rozkład cząstek stałych w całym przekroju rury. Powyższa konstrukcja zapewnia jednorodną prędkość przepływu zaraz po przejściu materiału przez kształtkę.

Zmniejsza to znacznie obciążenie i zużycie następnego odcinka rury przenośnika. Standardowa geometria kształtki rurowej powodowała stałe tarcie poślizgowe na wewnętrznych ściankach kształtek rurowych układu - niezależnie od zewnętrznej okładziny lub powłoki - i prowadziła do wyraźnego zmniejszenia prędkości przepływu aż do momentu opuszczenia kształtki przez materiał.

Badania przeprowadzone w Instytucie prof. dr M. Bohneta na Uniwersytecie Technicznym w Brunszwiku wykazały, że prędkość cząstki stałej w nowej konstrukcji kształtki rurowej jest o cały rząd wielkości większa niż w standardowych kształtkach rurowych. Zmniejsza to stratę ciśnienia, szczególnie w porównaniu z kształtkami rurowymi z komorami uderzeniowymi oraz ryzyko zapchania się układu rur lub powstania w nich korka. Jest rzeczą dosyć interesującą, że badania te obaliły twierdzenie często wyrażane przez operatorów pneumatycznych układów przenośnikowych, że jakiekolwiek zmniejszenie przekroju poprzecznego kształtki rurowej spowoduje ryzyko zapchania się układu przenośnikowego.

Specjalnie opracowany system poliuretanowy wykazuje optymalną elastyczność, w celu zmniejszenia ścierania powierzchni narażonych na uderzenia. Niezwykle twarde materiały zużywają się szybko, ponieważ brakuje im niezbędnej elastyczności, natomiast wyjątkowo miękkie materiały podlegają ujemnemu zużyciu z powodu braku wystarczająco mocnej budowy.

Poliuretanowa wykładzina kształtki rurowej zachodzi na płaskie czoło kołnierza i jest mocno przyklejona do metalowego rdzenia kształtki. W innowacyjnym systemie stosowane są standardowe pasowania kołnierzy (PN6, PN10/PN16) i ujednolicone średnice wewnętrzne (DN50-DN200), które zapewniają gładkie połączenie pomiędzy wykładziną poliuretanową i sąsiednimi odcinkami rur.

Właściwości i zakres zastosowań

Omawiana konstrukcja kształtki rurowej o małym zużyciu ściernym może znaleźć zastosowanie we wszystkich pneumatycznych układach przenośnikowych, w których możliwie jest występowanie zużycia ściernego. Zakres zastosowań nie jest ograniczony do jednej gałęzi przemysłu; z rewolucyjnej nowej konstrukcji może czerpać korzyści przemysł chemiczny, materiałów budowlanych, odlewniczy i szklarski. Zaletami ściśle przylegającej wykładziny poliuretanowej są między innymi przedłużenie okresu użytkowania oraz zmniejszenie całkowitej masy konstrukcji, jak również działanie antykorozyjne, zmniejszenie zbrylania, zabrudzenia medium oraz emisji hałasu.Bezkomorowa i pozbawiona zadziorów konstrukcja utrudnia porywanie materiału przenośnika i pozwala na łatwe opróżnienie i wyczyszczenie układu.

Zastosowana wykładzina poliuretanowa wykazuje doskonałą odporność na działanie chemikaliów. Firma Masterflex może dostarczyć, na życzenie, dane dotyczące odporności na działanie różnych chemikaliów. Zakres zastosowań nowych kształtek rurowych jest ograniczony ze względu na zakres temperatury stosowania wykładziny, tj. od -40°C do około 90°C (~0°F do około 195°F).Zasadniczo, dopuszczalne jest stosowanie w przemyśle spożywczym zatwierdzonych przez  FDA Food Drugs Administration  instalacji poliuretanowych.

Doświadczenie terenowe w zastosowaniach przemysłowych

Po ukończeniu badań laboratoryjnych i technicznych, w styczniu 2000 r. rozpoczęto intensywne badania terenowe krytycznych odcinków układów przenośnikowych.

Badania, prowadzone w różnych gałęziach przemysłu stosujących różne materiały sypkie, ujawniły, że nowa kształtka rurowa wykazuje wyjątkowo dużą trwałość użytkową. W pneumatycznym urządzeniu przenośnikowym dobrze znanej spółki chemicznej innowacyjne kształtki rurowe wykazały niewielkie zużycie po sześciu miesiącach przenoszenia mocno ściernego tlenku żelaza, natomiast specjalnie hartowane stalowe kształtki rurowe trzeba było wymienić po ośmiu tygodniach pracy.

Przekonana pozytywnymi wynikami badań, spółka zleciła instalację 20 kształtek rurowych typu Master-Protect w nowym układzie przenośnikowym. Dobrze znana odlewnia prowadząca działalność w sektorze motoryzacyjnym stosuje pneumatyczny układ przenośnikowy do transportu różnych gatunków piasku kwarcowego.

Materiał ten regularnie wywołuje przestoje zakładu spowodowane nadmiernym zużyciem kształtek rurowych układu. Okres użytkowania standardowych kształtek rurowych rzadko przekraczał cztery tygodnie. Szereg prób rozwiązania problemu zakończyło się niepowodzeniem, ponieważ trwałość użytkowa była niezadowalająca, spadek ciśnienia był zbyt duży, koszty były zbyt duże itd. Po zamontowaniu kształtek rurowych z wykładziną poliuretanową, w marcu 2000 r., zdaniem zakładowego mistrza ds. utrzymania  ruchu "nie zaobserwowano widocznych oznak znaczącego zużycia", po poddaniu kształtek rurowych kontroli w październiku tego samego roku. Kształtki rurowe były rozmontowywane podczas regularnych prac konserwacyjnych i kontrolnych.

Przemysłowe badania terenowe również dostarczyły dowodów na wspomniane wcześniej wyjątkowe własności przepływowe. Operator obsługujący instalację, która pneumatycznie wdmuchuje pył szklany do pieca szklarskiego nie był zadowolony z kształtki rurowej usytuowanej w odległości około metra od otworu wlotowego do pieca. Był niezadowolony nie tylko z jej trwałości użytkowej, lecz także z nierównomiernego rozkładu cząstek wdmuchiwanych do pieca. Na podstawie badań, przeprowadzonych na Uniwersytecie Technicznym w Brunszwiku, stwierdzono, że nowatorska konstrukcja opisywanych kształtek rurowych wykazuje minimalny efekt tłumienia przepływu materiałów.

Podjęte tutaj wyzwanie miało potwierdzić wyniki badań w praktyce. Wynik jest taki, że rozkład pyłu szklanego wdmuchiwanego do pieca jest w sposób oczywisty bardziej równomierny, a trwałość użytkowa kształtek rurowych znacznie się zwiększyła.

Zintegrowany system wczesnego ostrzegania

Pomiędzy wykładziną i rdzeniem kształtki rurowej można zainstalować czujniki zużycia ściernego. Czujniki te mogą z wyprzedzeniem wykrywać zużycie materiału, aby w ten sposób pomóc uniknąć nieprzewidzianych przestojów. Powyższa koncepcja zapobiega kosztownym przestojom zakładu, które zwykle zdarzają się w najbardziej niewygodnym momencie. System czujników jest odporny na obsługę podczas transportu, montażu lub trudne warunki, np. na placach budowy. Natychmiast po zużyciu się wkładki w krytycznych miejscach, czujnik przekazuje dane dotyczące stanu fizycznego wkładki. Sygnały czujnika można przesyłać zarówno kablem, jak i nadajnikiem radiowym.

Skoordynowany kompletny układ

Zużycie w układach przenośników pneumatycznych nie ogranicza się tylko do kształtek rurowych. Szczególnie podatne na nadmierne ścieranie są prostoliniowe odcinki rury, zamontowane bezpośrednio za kształtkami rurowymi. Obecnie wiadomo jest, że długość rury narażonej na wyjątkowe zużycie jest 10 razy większa niż jej nominalna średnica. Skoordynowanie kształtek rurowych i następujących po nich odcinków rur jest rozwiązaniem ograniczającym zużycie i ścieranie w układach pneumatycznych. Masterflex jest jedynym źródłem i producentem elementów ochrony rurociągów typu Master-Protect.

Wniosek

Zużycie i nagłe przestoje pneumatycznych urządzeń przenośnikowych, często spowodowane wadliwymi kształtkami rurowymi, nie są niczym nowym, jednakże problem ten występuje codziennie u wszystkich operatorów urządzeń pneumatycznych. Zapotrzebowanie na dużą dyspozycyjność i niskie koszty eksploatacyjne urządzeń można zaspokoić tylko poprzez stosowanie innowacyjnych pomysłów i produktów. Gwałtowny rozwój materiałów polimerycznych, dostosowanych do określonych potrzeb, w połączeniu z inteligentną konstrukcją, umożliwia inżynierom opracowywanie nowych koncepcji o nieograniczonych możliwościach.

Przykłady zastosowań kształtek rurowych Master-Protect