EN
De sterkte van metalen die worden gebruikt voor industriële ventilatoren
Corrosiebestendigheid: roestvast staal, aluminium en gegalvaniseerd koolstofstaal in directe vergelijking
Voor industriële metalen ventilatoren is het essentieel om bestandheid te bieden tegen corrosie veroorzaakt door vocht, agressieve chemicaliën en zwevend stof. Roestvast staal van kwaliteit 316 is een van de beste materialen voor deze bescherming, aangezien het gebaseerd is op het roestvaststaaltype 316, dat chroom, nikkel en molybdeen bevat. Deze metalen zijn op zichzelf minder bestendig dan roestvast staal, maar dit specifieke legeringstype behoort tot de weinige die bestand zijn tegen chloriden en zuren, waardoor roestvast staal type 316 een standaardkeuze is voor corrosiebestendigheid. Roestvast staal type 316 zou het snelst falen in een voedingsmiddelenverwerkende installatie, een farmaceutische installatie en een maritieme omgeving. Aluminium daarentegen is sterker bestand tegen aanvallen en biedt betere corrosiebescherming, omdat het een natuurlijke beschermende oxide-laag vormt. De bescherming van verzinkt koolstofstaal berust op een zinklaag die als offerlaag fungeert. Bij thermisch verzinken volgens de ASTM A123-normen voor verzinkt koolstofstaal treedt in een omgeving met een pH van 4 tot 13 het zogenaamde 'zinkcatastrofe'-verschijnsel op, wat leidt tot gepitte en witroestige gebieden waar veel corrosie optreedt.
In tegenstelling tot thermoplasten verliezen deze metalen hun sterkte niet bij hoge temperaturen, waarbij thermoplasten kunnen smelten en hun structurele integriteit kunnen verliezen.
Integriteit van de constructie bij trillingen, stoten en continue mechanische belasting
Bij metalen onderdelen die zijn ontworpen voor continue beweging, bestuderen ingenieurs specifieke eigenschappen van bepaalde legeringen op basis van hun levensduur. Roestvast staal kan bijvoorbeeld vermoeiing weerstaan, wat voordelig is voor het behoud van een juiste vorm van de bladen, zelfs bij continue werking op 3.500 rpm (gieterij-afzuigsystemen). In vergelijking met staal kan gegoten aluminium volgens de industrienormen trillingen in grotere mate dempen dan staal. Een verbetering van 40% op dit gebied leidt tot minder slijtage van lagers en minder resonantieproblemen in verwarmings- en koelsystemen. Bij constructies die hun sterkte moeten behouden, is volledige-doordringende lassen zonder twijfel beter dan boutverbindingen. Wat herhaalde belasting betreft, bieden bouten helaas niet hetzelfde betrouwbaarheidsniveau. Praktijktests hebben aangetoond dat een goed ontworpen koolstofstaalkader in staat is om enorme impactkrachten overeenkomend met 5g te weerstaan, zonder dat er sprake is van blijvende vervorming. Er is echter een voorbehoud: de door de warmte beïnvloede zone bij laswerkzaamheden. Indien deze niet adequaat wordt beheerd, treden spanningscorrosiescheuren op; de meeste werkplaatsen voorkomen dit door gebruik te maken van inspecties door derden om te voldoen aan de ISO 5817-norm.
Thermische en chemische weerstand van metalen ventilatoren in agressieve omgevingen
Hoge-temperatuurgrenzen per legering: roestvrij staal 316 versus gegoten aluminium
Bij de beoordeling van materialen voor gebruik in ovens, smeltovens en energieopwekking is thermische stabiliteit cruciaal. Roestvast staal 316 is in deze toepassingen effectief, aangezien het 90% van zijn sterkte behoudt bij 650 °C (1472 °F) en temperaturen boven de 800 °C (1472 °F) kan weerstaan dankzij zijn chroomgehalte, dat beschermende oxiden op het oppervlak vormt en de korrelgrenzen versterkt. Gietaluminium daarentegen vertoont een veel slechtere thermische stabiliteit. In feite wordt aluminium boven de 300 °C (572 °F) structureel zwakker, en bij temperaturen boven de 400 °C is de oxidatiesnelheid zo hoog dat het broos wordt. Aluminium vertoont ook een sterke afname van de sterkte bij hoge temperaturen; bij 260 °C kan het tot wel 40% van zijn treksterkte verliezen, terwijl roestvast staal 316 bijna al zijn oorspronkelijke eigenschappen behoudt. Aangezien de uitlaatgassen in smeltinstallaties werken bij temperaturen boven de 700 °C, is er geen andere optie dan roestvast staal te gebruiken voor dit soort betrouwbare en veeleisende toepassingen.
Testen van de chemische compatibiliteit van enkele stoffen met zuren, loogmiddelen en oplosmiddelen (ASTM G31)
Chemische blootstelling vereist testen, niet gissen. ASTM G31-dompeltesten vormen een vorm van positief testen, waaruit talloze empirische resultaten kunnen worden verkregen. De test simuleert jarenlang gebruik en onderzoekt gewichtsverlies, putcorrosie en diepe putcorrosie, evenals oppervlakte-afbraak. Enkele resultaten zijn:
roestvast staal 316 weerstaat verdunde zwavelzuuroplossingen tot 20% en loogoplossingen, maar is gevoelig voor chlorideputcorrosie (een belangrijke factor in kustgebieden en omgevingen met strooizout).
Aluminiumlegeringen worden aangetast en ondergaan catastrofale corrosie bij lage pH-waarden van zoutzuur (evenals bij pH-condensaten), maar zijn wel bestand tegen ammoniakdampen en salpeterzuur.
Aluminium is in deze omgevingen niet aanvaardbaar volgens de industriële norm. Aanvaardbare (industriële) service met gewichtsverlies = (langer dan) 0,5 mm/jaar. Testresultaten = gewichtsverlies (roestvast staal 316) = (minder dan) 0,1 mm/jaar in 50 °C azijnzuur (2,5 % in water) en onder dezelfde omstandigheden (minder dan) 1,2 mm/jaar gewichtsverlies (aluminium).
Aluminium ondergaat catastrofale corrosie (ook bij) ammoniak + salpeterzuur + chloride + (hoog) pH.
Spanningscorrosiescheuren, interkristallijne aanvallen en andere storingen kunnen worden voorkomen door gebruik te maken van de ASTM G31-resultaten in combinatie met site-specifieke kenmerken van verontreinigingen (bijv. sporen haliden, organische oplosmiddelen en mengsels van zuurcondensaten).
Prestatie- en veiligheidskenmerken van metalen ventilatoren in diverse industriële toepassingen
Vergelijking van centrifugale en axiale metalen ventilatoren op het gebied van luchtstroom, statische druk en fijnstof
Op basis van de aerodynamische vorm worden industriële metalen ventilatoren anders ingedeeld en afgestemd op verschillende systeemspecificaties. Centrifugaalventilatoren genereren extreem hoge statische drukken, soms hoger dan 100 inch waterkolom. Dit maakt ze essentieel voor weerstandsbelaste systemen zoals: afzuigkasten, stofafzuigsystemen en afvoersystemen met lange leidinglengtes. Deze ventilatoren werken door middel van roterende wielen, die met behulp van centrifugale kracht deeltjes naar buiten duwen. Dit naar buiten duwen van deeltjes houdt de ventilatorbladen langer vrij en optimaliseert de ventilatorfunctionaliteit, zelfs bij blootstelling aan stoffige of schurende luchtstromen. Axiale ventilatoren daarentegen zijn ontworpen voor bedrijf bij lage statische druk – meestal bij of onder 4 inch waterkolom. Axiale ventilatoren zijn ontworpen voor hoge volumetrische debieten, soms hoger dan 100.000 kubieke voet per minuut. Deze ventilatoren zijn beter geschikt voor ventilatie van open ruimtes, koeltorens of toevoer van verse lucht naar cleanrooms. In tegenstelling tot centrifugaalventilatoren zijn axiale ventilatoren uitsluitend ontworpen voor luchtstromen met een lage stofconcentratie en functioneren slecht bij stoffige luchtstromen. Daarom zijn axiale ventilatoren vervaardigd uit andere materialen dan centrifugaalventilatoren, meestal met coatings die zijn ontworpen om te voldoen aan de mechanische eisen van de luchtstroom, en met duidelijk omschreven onderhoudsregimes om stof uit de luchtstroom te verwijderen, die meestal volledig is afgesloten van de luchtstroom boven de vereiste locatie.
Een belangrijk verschil op het gebied van veiligheid is dat centrifugaalventilatoren in gevaarlijke omgevingen minder kans bieden op vonkvorming, terwijl axiale ventilatoren door ongelijkmatige afzetting van vuil uit balans kunnen raken, wat een aanzienlijk risico op brandgevaar met zich meebrengt.
Prestatiefactor Centrifugaal metalen ventilatoren Axiale metalen ventilatoren
Luchtdebiet Matig-hoog (tot 50.000 CFM) Hoog (100.000 CFM)
Statische druk Hoog (>100" WG) Laag-matig (<4" WG)
Behandeling van deeltjes Uitstekend (centrifugale verwijdering) Vereist gecoate wieken
De keuze moet overeenkomen met de weerstand van het systeem, het type en de concentratie van verontreinigingen, en de vereiste veiligheidskeurmerken; anders kan verkeerde toepassing leiden tot energie-inefficiëntie, vroegtijdige slijtage of ontsteking van brandbaar stof.
Wettelijke naleving en veilige inzet van metalen ventilatoren
ANSI/AMCA 210-23-efficiëntienormen en ATEX/IECEx-certificering
Onze methoden voor het meten en waarborgen van veiligheid en naleving zijn gebonden aan wettelijke vereisten en naleving van branchestandaarden. Een voorbeeld van zo'n branchestandaard is ANSI/AMCA 210-23. Deze stelt normen en procedures vast voor het testen van luchtstroom, statische druk en energieverbruik van apparatuur. Deze tests zijn nuttig voor facilitymanagers, omdat ze een vergelijkingsmethode bieden voor meerdere apparatuuropties en berekeningen voor de langetermijnexploitatiekosten-efficiëntie, met name voor grote industriële installaties. Sommige werkplekken vereisen speciale overwegingen vanwege mogelijke explosieve omgevingen, zoals chemische verwerking, graanopslag en autolakspuiten. Hier zijn ATEX- en IECEx-goedkeuringen vereist. Deze goedkeuringen onderzoeken de gehele ventilator, motor en afdichtingscomponenten om te waarborgen dat er geen mogelijke ontstekingsbron is en om naleving te garanderen van alle afdichtingsvereisten. Deze goedkeuringen zorgen ervoor dat ontsteking of verbranding door vonken, overdruk of hete oppervlakken onmogelijk is. Bedrijven zijn financieel aansprakelijk voor niet-naleving van deze normen, waardoor naleving een noodzaak is.
OSHA heeft in 2022 boetes ter waarde van meer dan 500.000 dollar uitgegeven voor veiligheidschendingen in explosieve omgevingen.
Kritieke risicomitigatie: vonkbeheersing en aarding in gevaarlijke gebieden
Bij werkzaamheden in gebieden waar ontvlambare dampen of brandbare stof aanwezig zijn, zijn meerdere lagen technische maatregelen noodzakelijk. Bijvoorbeeld het gebruik van vonkvrije materialen, zoals brons- of berylliumkoperwaaierbladen, elimineert een gevaarlijk ferrocontactpunt dat een stof- of dampwolk zou kunnen ontsteken. Voor een effectief aardingsysteem is juiste verbinding (bonding) vereist. Statistische ladingen moeten worden geëlimineerd. Volgens NFPA 77 moet de weerstand op elk enkel punt van de verbinding minder dan 10 ohm bedragen. Dit is de overweging waarmee kolenbehandelingsinstallaties zo’n aanzienlijke vermindering van brandincidenten hebben bereikt. De NFPA-documentatie van 2022 toont een vermindering van brandincidenten met meer dan 72 % als gevolg van een vermindering van nalevingsafwijkingen. Brandincidenten in deze installaties zijn aangetoond als direct gevolg van het niet naleven van deze richtlijnen. Documentatie van onderhoudsactiviteiten is een ander gebied van uiterste belang. Volgens OSHA 1910.106 en NFPA 499 is het vereist dat de gebruiker een systeem implementeert waarbij technici moeten verifiëren dat het systeem intact is, dat de waaierbladen niet overdreven versleten zijn, dat het systeem is afgedicht tegen het binnendringen van stof en dat het systeem wordt onderhouden om het binnendringen van stof te voorkomen. Deze praktijk is niet alleen een goede praktijk, maar ook een verplichte praktijk.
Veelgestelde vragen
Welke metalen worden veel gebruikt voor de constructie van industriële ventilatoren?
Metalen die vaak worden gebruikt bij de constructie van industriële ventilatoren zijn roestvast staal 316, aluminium en gegalvaniseerd koolstofstaal, vanwege hun weerstand tegen corrosie en hun sterkte/duurzaamheid onder wisselende omstandigheden.
Hoe weerstaat roestvast staal 316 hoge temperaturen in industriële toepassingen?
roestvast staal 316 vormt hittebestendige oxiden; corrosie ontwikkelt zich anders bij roestvast staal, en 316 behoudt tot 90% van zijn sterkte tot 650 graden Celsius.
Waarom is aluminium niet geschikt voor gebruik met sterke zuren?
Waarom is aluminium niet geschikt voor gebruik met sterke zuren?
In zuur milieu met een lage pH ondergaat aluminium snelle en volledige corrosie.
Welke veiligheidsnormen zijn vereist voor het inzetten van metalen ventilatoren in explosieve omgevingen?
In explosieve omgevingen moeten metalen ventilatoren ATEX- en IECEx-certificeringen hebben, waarbij bepaalde componenten worden gecontroleerd om ontstekingsrisico’s te elimineren.
Hoe verschillen centrifugaal- en axiale ventilatoren in industriële toepassingen?
Centrifugaalventilatoren worden gebruikt bij hoge statische druk (vergeleken met weerstand), terwijl axiale ventilatoren worden gebruikt bij lage statische druk en een grote luchtstroom (zoals in koeltorens en ventilatie van open ruimtes).