Staalproducenten maken bij het productieproces gebruik van een berenkiep, een grote bak waar brokken staal achterblijven na het gietproces. Deze bak wordt regelmatig omgekiept om de brokken staal te lozen. Tijdens dit proces komt echter veel stof in de ruimte. Om dit te voorkomen is een afzuigkap ontworpen en een CFD-analyse uitgevoerd. De berenkiep kan de stofresten wegzuigen zodat de hoeveelheid stof in de werkruimte aanzienlijk afneemt.
Project: ontwerp afzuigkap berenkiep
Om tot deze oplossing te komen zijn diverse disciplines nodig: het ontwerpen van de afzuigkap, het doorvoeren van modificaties aan de berenkiep, het plaatsen van nieuwe leidingen en het aansluiten op bestaande leidingen, het selecteren van ventilatoren en kleppen en het maken van berekeningen aan de staalconstructie van het gebouw.
In dit artikel komen alleen de werkzaamheden met CFD (Computational Fluid Dynamics) aan bod. Zo is een gelijkmatige verdeling van de luchtsnelheid over de hele berenkiep belangrijk. Daarnaast moet er voldoende luchtsnelheid zijn onder in de berenkiep en mag er geen naar buiten stromende lucht in de kieren tussen de berenkiep en de afzuigkap aanwezig zijn. Ook is CFD toegepast bij het bepalen van de drukverliezen in de leidingen voor de selectie van de ventilator, kleppen, etc., voor het bepalen van luchtsnelheden in de leidingen voor de selectie van de leidingdiameter en voor het bepalen van de temperatuur van de afvoerlucht.
Vicoma’s rol: CFD-analyse
Voor elk van bovengenoemde aspecten voerde Vicoma CFD-analyse uit. Een kort overzicht:
Gelijkmatige verdeling luchtsnelheid
Met de berekening is de blaasmond geoptimaliseerd om de luchtsnelheid zoveel mogelijk gelijkmatig te verdelen over de hele uitstroomopening. Dit wordt al deels bereikt door de weerstand van de smalle uitstroomopening. Daarnaast zijn schotten in de blaasmond geplaatst om de lucht zo goed mogelijk te leiden.
Voldoende luchtsnelheid onder in de berenkiep
Met de CFD-analyse is de optimale positie voor de blaasmond en voor de afzuigleiding bepaald, zodanig dat de luchtsnelheid onder in de berenkiep maximaal is. Ook is er gekeken naar de invloed van het kleiner maken van de uitstroomopening bij de blaasmond voor een optimale luchtstroom.
Geen naar buiten stromende lucht in de kieren
Het is belangrijk om te voorkomen dat er lucht – en dus ook stof – naar buiten stroomt vanuit de kieren van berenkiep. Uit de berekeningen is gebleken dat het vrijwel onmogelijk is om lekkage naar buiten toe te voorkomen met het beperkte verschil in debieten. Daarom is besloten om de kieren fysiek af te dichten met een scharnierende constructie.
Drukverliezen in de leiding
De drukverliezen in de leiding zijn met Fluidflow bepaald, maar dit is ook af te leiden uit de CFD- analyse. Het voordeel van de CFD-analyse is dat ook van de blaasmond en de berenkiep het drukverlies in kaart kon worden gebracht. Hierdoor werd het hele systeem als geheel inzichtelijk.
Bepalen luchtsnelheid in de leiding
In de afgezogen lucht zitten brokstukken en stofresten. Om slijtage in de leidingen te beperken is de maximale luchtsnelheid in de retourleiding beperkt tot 15 m/s. Op basis van de snelheden volgens de CFD-analyse zijn de optimale leidingdiameters en radii voor de bochten geselecteerd.
Bepalen temperatuur afvoerlucht
De temperatuur in de berenkiep is nog ongeveer 750 °C tijdens het afzuigen. Hierdoor zal de koude buitenlucht die wordt ingeblazen opwarmen. Met de CFD-analyse is bepaald wat de temperatuur van de afgezogen lucht zal worden.
Resultaat: optimaal ontwerp
De CFD-berekeningen hebben ervoor gezorgd dat Vicoma een optimaal ontwerp heeft kunnen realiseren en daarmee een zeer tevreden klant.
