VDI 2330 Blatt 3-2013 Screw conveyors for bulk materials - Design of vertical screw conveyors.pdf

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1、ICS 53.040.10 VDI-RICHTLINIEN September 2013 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Schneckenfrderer fr Schttgut Auslegung von vertikalen Schneckenfrderern Screw conveyors for bulk materials Design of vertical screw conveyors VDI 2330 Blatt 3 / Part 3 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Ve

2、rsion dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Technische Logistik VDI-Handbuch Technische Logistik, Band 4: S

3、chttgut-Frdertechnik Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:12.11 Entwurf,deutschFormeredition:12/11Draft,in German onlyZu beziehen durch / Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten / Allrightsr

4、eserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2013Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 2 3 Formelzeichen . 3 4 Ablauf der Auslegung . 3 5 Bestimmung der Geometrie- und Betriebsparameter 4 5.1 Bestimmung des Volumenstroms 4 5.2 Fest

5、legung des Fllungsgrads 4 5.3 Ermittlung der Baugre und Betriebsdrehzahl 5 6 Berechnung der Antriebsleistung . 8 6.1 Antriebsleistung . 8 6.2 Geschwindigkeitsbeiwert . 9 6.3 Vertikaler Schttgutbeiwert . 10 6.4 Reibungsfaktoren . 10 6.5 Fllungsfaktoren 11 6.6 Spezifische Reibleistungen 11 7 Anwendung

6、sbeispiel 11 Schrifttum 16 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 2 3 Symbols . 3 4 Design procedure . 3 5 Determining dimensional and operating parameters 4 5.1 Determining the volumetric throughput 4 5.2 Defining the filling degree . 4 5.3 Determining dimensions a

7、nd operating speed 5 6 Computing the drive power . 8 6.1 Drive power . 8 6.2 Speed coefficient . 9 6.3 Vertical conveyance material coefficient 10 6.4 Friction factors . 10 6.5 Filling factors . 11 6.6 Specific friction losses . 11 7 Application example . 11 Bibliography 16 B55EB1B3E14C22109E918E8EA

8、43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09 2 VDI 2330 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere d

9、ie des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkb

10、lttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/2330. Preliminary note The content of this standard has been develo

11、ped in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of th

12、is standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi.de/ richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can b

13、e accessed on the Internet at www.vdi.de/2330. Einleitung Diese Richtlinie ermglicht eine sachgerechte und einheitliche Auslegung von vertikal betriebenen Schneckenfrderern. Mit der Auslegung lassen sich eine zur Anwendung passende Baugre eines vertikalen Schneckenfrderers sowie die zur Frde-rung er

14、forderliche Antriebsleistung, gem dem aktuellen Stand der Forschung 1, ermitteln. Zu-stzlicher Leistungsbedarf fr den Betrieb des lee-ren Schneckenfrderers oder beim Anfahren wird dabei nicht bercksichtigt. Introduction This standard facilitates a proper and consistent design of screw conveyors that

15、 are operated verti-cally. Design means here to find conveyor dimen-sions that are appropriate for the respective appli-cation and determine the necessary drive input power for the conveyance task, according to the state of the art 1. Additional power capacities necessary for empty operation or at s

16、tart-up will not be considered. 1 Anwendungsbereich Diese Richtlinie findet Anwendung fr kontinuier-lich vertikal frdernde Schneckenfrderer, die gleichmig und kontinuierlich beschickt werden. Sie gilt nicht fr Sonderbauformen oder besondere Einsatzflle von Schneckenfrderern. Im Besonde-ren gilt sie

17、nicht fr: Abzugsschnecken Dosierschnecken horizontale bis leicht geneigte Frderschnecken stark geneigte Frderschnecken Fr diese Anwendungsflle sind gesonderte Be-rechnungsgrundstze zu beachten. 1 Scope This standard refers and applies to continuous-operated, vertical screw conveyors with a uniform a

18、nd continuous material input. It does not apply to special designs or special ap-plications of screw conveyors. In particular, it does not apply to discharge screws metering screws horizontal or slightly inclined screw conveyors strongly inclined screw conveyors Those applications have separate calc

19、ulation prin-ciples. 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich: VDI 2330 Blatt 1:2013-09 Schneckenfrderer fr Schttgut; Allgemeine Beschreibung 2 Normative references The following referenced document is indispensa-ble for the application

20、 of this standard: VDI 2330 Part 1:2013-09 Screw conveyors for bulk materials; General characterisation B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 2330 Blatt 3 / Part 3 3 3 Formelzeichen In dieser Richt

21、linie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel-zeichen Benennung Einheit D Schneckendurchmesser m g Fallbeschleunigung m/s2H Frderhhe m m Massenstrom kg/s V Volumenstrom m3/s n Schneckendrehzahl s1PAAntriebsleistung W PHubHubleistung W PReibGesamtreibleistung W PRohr,ReibR

22、ohrreibleistung W PRohr,Reib,spezspezifische Rohrreibleistung kWs/(kgm) PWendel,ReibWendelreibleistung W PWendel,Reib,spezspezifische Wendelreibleistung kWs/(kgm) S Schneckenganghhe m vaxGutaxialgeschwindigkeit m/s RRohrreibungsfaktor WWendelreibungsfaktor S,vvertikaler Schttgutbeiwert vFrderfaktor

23、Geschwindigkeits-beiwert Gleitreibwert RRohrreibwert WWendelreibwert Schttdichte kg/m3 Fllungsgrad RRohrfllungsfaktor WWendelfllungsfaktor GGutwinkel-geschwindigkeit s13 Symbols The following symbols are used throughout this standard: Symbol Term Unit D screw diameter m g gravitational acceleration

24、m/s2H conveying height m m mass throughput kg/s V volumetric throughput m3/s n screws rotational speed s1PAdrive power W PHublifting power W PReibtotal friction loss W PRohr,Reibtube friction loss W PRohr,Reib,spezspecific tube friction loss kWs/(kgm) PWendel,Reibflight friction loss W PWendel,Reib,

25、spezspecific flighting friction loss kWs/(kgm) S screw pitch m vaxaxial velocity of material m/s Rtube friction factor Wflights friction factor S,vvertical conveyance material coefficient vconveyance factor speed coefficient friction coefficient Rtube coefficient of friction Wflights coefficient of

26、friction bulk density kg/m3 filling degree Rtube filling factor Wflight filling factor Gangular velocity of mate-rial s14 Ablauf der Auslegung Der Ablauf der Auslegung lsst sich in zwei Teile gliedern. Zunchst werden die Geometrie- und Betriebsparameter bestimmt, anschlieend erfolgt die Berechnung d

27、er ntigen Antriebsleistung. Zunchst wird nach der Bestimmung des Volu-menstroms ein sinnvoller Fllungsgrad fr die Frderung ausgewhlt. Mit diesen nun feststehen-den Parametern wird grafisch die Baugre des Schneckenfrderers sowie die dazugehrige Schneckendrehzahl ermittelt. Gleichzeitig wird die Gutax

28、ialgeschwindigkeit bestimmt, welche fr die Bestimmung der Antriebsleistung bentigt wird. 4 Design procedure The design steps can be divided in two phases. The first is to determine the dimensional and operating parameters and the second to compute the neces-sary drive power. First, one determines th

29、e volumetric throughput and chooses an appropriate filling degree for the conveyance task. Given these parameters, a graphi-cal approach can be used to determine the con-veyor dimensions and the corresponding screw speed. The axial speed of the material is also de-termined, which is needed for deter

30、mining the drive power. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09 4 VDI 2330 Blatt 3 / Part 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Nach der Bestimmung der Geometrie- und Be-triebsparameter folgt die Berechnung der Antriebs-leistung. Dazu

31、 werden zunchst verschiedene Bei-werte (Schttgutbeiwert, Geschwindigkeitsbeiwert) berechnet, die den Betriebszustand des Frderers abbilden. Mithilfe der Geometrie-, Stoff- und Be-triebsparameter werden anschlieend die spezifi-schen Reibleistungen an Auenrohr und Schne-ckenwendel bestimmt. Abschlieen

32、d kann die nti-ge Antriebsleistung aus den vorhandenen Parame-tern berechnet werden. Der Ablauf der Auslegung eines vertikalen Schne-ckenfrderers ist schematisch in Bild 1 darge-stellt. After having defined the dimensional and operating parameters, the next calculation is that of drive power. For th

33、is, one first determines several coeffi-cients (material coefficient, speed coefficient), reflecting the operation status of the conveyor. Based on the dimensional, material, and operating parameters, the specific friction losses occurring at the tube and screw flight can then be computed. The given

34、 parameters finally allow to compute the necessary drive power. Figure 1 shows a diagram of the design process for a vertical screw conveyor. 5 Bestimmung der Geometrie- und Betriebsparameter Im Folgenden wird das durch wissenschaftliche Arbeiten 1 entstandene Vorgehen zur Bestim-mung der Geometrie-

35、 und Betriebsparameter, ge-m Bild 1, beschrieben. 5.1 Bestimmung des Volumenstroms Ausgangsgre fr die Auslegung ist der zu fr-dernde Volumenstrom V. Der Volumenstrom V kann aus dem geforderten Massenstrom m und der Schttdichte mit =mV(1) ermittelt werden. Die Schttdichte ist im lockeren, unverdichte

36、ten Zustand zu bestimmen. 5.2 Festlegung des Fllungsgrads Die Wahl des Fllungsgrads ist vom Flie- und Schleiverhalten des Schttguts sowie von der Zufhrung des Schttguts abhngig. Da mit stei-gendem Fllungsgrad die spezifische Antriebsleis-tung sinkt, ist ein hoher Fllungsgrad anzustreben. 5 Determini

37、ng dimensional and operating parameters In the following, the procedure for determining the dimensional and operating parameters is described, outlined in Figure 1, based on scientific research 1. 5.1 Determining the volumetric throughput The intended volumetric throughput V is the base value for th

38、e dimensioning. The volumetric throughput V can be computed from the required mass throughput m and the bulk density as =mV(1) Bulk density of the material is to be determined in a loose, unconsolidated state. 5.2 Defining the filling degree The decision on the filling degree is made on the basis of

39、 the flow and abrasion properties of the conveyed material and the material feed method. Since the specific drive power decreases with an increasing filling degree, a high filling degree is to Bild 1. Schematische Darstellung des Auslegungsprozesses B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9Norm

40、CD - Stand 2013-09All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 2330 Blatt 3 / Part 3 5 Um jedoch Verstopfungen aufgrund von Stauungen an Zwischenlagern zu vermeiden, sollte der Fl-lungsgrad fr gut flieende Schttgter (z. B. Weizen, Mais, Raps) nicht grer 0,70 und mig fliee

41、nde, schwere und stckige Schtt-gter (z. B. Sand, Kohle) nicht grer als 0,50 gewhlt werden. 5.3 Ermittlung der Baugre und Betriebsdrehzahl Je nach gewhltem Fllungsgrad wird zur Bestim-mung der Baugre und der Schneckendrehzahl eines der Diagramme aus Bild 2 bis Bild 6 ver-wendet. Anhand des Volumenstr

42、oms V wird eine geeigne-te Frdererbaugre gewhlt. Gleichzeitig lsst sich zu der Baugre die Schneckendrehzahl n ablesen. Dabei sollten die mechanischen Belastun-gen beachtet werden, die durch die zugehrige Schneckendrehzahl entstehen. Diese sind gesondert zu berechnen. Gleichzeitig lsst sich fr die ge

43、whlte Baugren-Schneckendrehzahl-Kombination eine Gutaxialge-schwindigkeit vaxablesen. Diese wird im spteren Verlauf zur Berechnung der Antriebsleistung ben-tigt. Die zugehrigen Geometrien der dargestellten Schneckendurchmesser D orientieren sich an den in der DIN 15261 genormten und empfohlenen Bau-

44、gren und sind auszugsweise in Tabelle 1 dar-gestellt. Des Weiteren ist bei der Wahl des Schnecken-durchmessers die Korngre des Schttguts zu beachten. Bei stckigen Schttgtern sollte D ca. zehnmal so gro wie die grte Kantenlnge des Partikels sein. Ist der Grobpartikelanteil gering, so knnen auch klein

45、ere Schneckendurchmesser ge-whlt werden. be aimed at. However, in order to avoid clogging due to accumulations at intermediate bearings, the following filling degrees should not be exceeded: for free-flowing materials (such as wheat, corn, rapeseed): 0,70 for moderately flowing, heavy and coarse mat

46、e-rials (such as sand, coal): 0,50 5.3 Determining dimensions and operating speed Depending on the selected filling degree, one of the diagrams from Figure 2 to Figure 6 is used for determining the screw dimensions and speed. It allows to choose a conveyor size that matches the intended volumetric t

47、hroughput V . From the conveyor size follows the matching screws rota-tional speed n. The mechanical loads resulting from the screws rotational speed should be ac-counted for. These are to be computed separately.The diagrams also allow to determine the mate-rials axial velocity vaxfor the selected c

48、ombination of dimension and speed. This will be needed later in the calculation of drive power. The other geometries that correspond to each screw diameter D are based on the dimensions standard-ised and recommended in DIN 15261. Some of them are listed in Table 1. Furthermore, the particle size of the material must be taken into account when determining the screw diameter. For coarse materials, D should be about ten times as long as the longest particle edge. If the amount of coarse particles is low, the screw diame-ter can be made smaller. Figure 1. Schemati