Die Optimierung des Spritzsystems erleichtert die Wartungsknappheit

Optimierung des Sprühsystems erleichtert die Wartungsknappheit

Von Jon Barber
Sprühsysteme Co.

Wenn Sie die Wartungszeit für ein kritisches System in Ihrer Einrichtung um 50 Prozent oder mehr reduzieren könnten, wären Sie interessiert?

Und wenn Sie die finanziellen Einsparungen für diese Reduzierung dokumentieren könnten, wäre das für Ihre Abteilung von Wert?

Dank der neuesten Entwicklungen in der Sprühdüsentechnologie können Sie möglicherweise beides tun.

Sprühdüsen sind in vielen Produktionsstätten unverzichtbare Komponenten. Ihre Genauigkeit und Langlebigkeit sind für eine maximale Betriebszeit absolut unerlässlich.

Ein nicht optimal funktionierendes Sprühsystem kann enorme Geldsummen aus Ihrem Betrieb ziehen. Allein die Kosten für verschwendetes Wasser können selbst in einem System mit relativ geringen Leistungsproblemen bis zu 100.000 US-Dollar pro Jahr betragen.

Berücksichtigen Sie alle damit verbundenen Ausgaben – die Kosten für überschüssige Chemikalien, verschwendete Energie, zusätzlichen Ausschuss aufgrund von Qualitätsproblemen, ungeplante Produktionsausfälle und zusätzliche Arbeit – und die tatsächliche Gesamtsumme kann sich schnell auf Hunderttausende von Dollar pro Jahr belaufen. Das ist ernstes Geld. Glücklicherweise ist jetzt ein schneller und bequemer Rechner online unter www.spray.com/save verfügbar, mit dem Sie die tatsächlichen Kosten einer unterdurchschnittlichen Sprühdüsenleistung in Ihrer eigenen Anwendung ermitteln können.

Sobald Sie das Ausmaß des Problems erkannt haben, können Sie mit der Optimierung Ihres Sprühsystems beginnen. Machen Sie sich zunächst mit den typischen Ursachen von Spritzproblemen vertraut.

Ursachen für Probleme mit der Sprühdüse

Sie mögen einfach aussehen, aber Sprühdüsen sind hoch entwickelte Präzisionskomponenten, die im Laufe der Zeit verschleißen oder während des normalen Betriebs oder sogar der Reinigung beschädigt werden können. Dies sind die häufigsten Probleme, die zu einer minderwertigen Sprühleistung führen:

Erosion/Verschleiß: Die allmähliche Entfernung von Metall führt dazu, dass sich die Sprühdüsenöffnung und die internen Strömungskanäle vergrößern und/oder verzerren. Infolgedessen erhöht sich normalerweise der Durchfluss, der Druck kann abnehmen, das Sprühmuster wird unregelmäßig und Flüssigkeitstropfen werden größer.

Korrosion: Spritzdüsenmaterial kann aufgrund der chemischen Eigenschaften des Spritzgutes oder der Umgebung zerfallen. Die Wirkung ist ähnlich wie bei Erosion und Verschleiß, mit eventueller zusätzlicher Beschädigung der Außenflächen der Spritzdüse.

Hohe Temperatur: Bestimmte Flüssigkeiten müssen bei erhöhten Temperaturen oder in Umgebungen mit hohen Temperaturen versprüht werden. Die Spritzdüse kann erweichen und kaputt gehen, wenn keine speziellen temperaturbeständigen Materialien verwendet werden.

Anbacken/Bartbildung: Materialansammlungen an der Innenseite, an den Außenkanten oder in der Nähe der Öffnung werden durch Flüssigkeitsverdunstung verursacht. Eine Schicht getrockneter Feststoffe bleibt zurück und versperrt die Öffnung oder die internen Strömungskanäle.

Verstopfung: Unerwünschte Feststoffpartikel können das Innere der Öffnung blockieren. Der Durchfluss wird eingeschränkt und die Gleichmäßigkeit des Sprühmusters gestört.

Unsachgemäßer Zusammenbau: Einige Sprühdüsen müssen nach der Reinigung sorgfältig wieder zusammengebaut werden, um sicherzustellen, dass interne Komponenten wie Dichtungen, O-Ringe und Ventile richtig ausgerichtet sind. Ein unsachgemäßer Zusammenbau führt zu Undichtigkeiten und ineffizienter Sprühleistung.

Unfallschaden: Durch Herunterfallen oder Verkratzen einer Spritzdüse während der Installation, des Betriebs oder der Reinigung kann eine Düsenöffnung beschädigt werden.

Verschlissene Sprühdüsen erkennen

Diese Aufgabe ist schwieriger, als sie klingt.

Das menschliche Auge ist ein bemerkenswertes Instrument, aber es kann Ihnen einfach nicht die wahre Geschichte geben, wenn es um den tatsächlichen Verschleiß der Sprühdüsen geht.

Gute Sprühspitze

Spritzdüse verschlissen

Die Grafik veranschaulicht dieses Problem dramatisch. Die Sprühdüse links ist neu und sprüht richtig. Die rechte Sprühdüse ist verschlissen und sprüht 30 Prozent über der Kapazität. Der Unterschied ist mit bloßem Auge nicht zu erkennen – aber es gibt andere Hinweise, dass etwas nicht stimmt.

Achten Sie auf diese Hinweise:

• Probleme mit der Qualitätskontrolle und mehr Ausschuss. Abgenutzte, verstopfte und beschädigte Sprühdüsen erfüllen nicht die Spezifikation und können zu ungleichmäßigem Beschichten, Kühlen, Reinigen, Befeuchten und Trocknen führen.

• Erhöhte Wartungszeit. Ungeplante Ausfallzeiten des Sprühsystems oder eine erhöhte Reinigungsfrequenz sind ein Indikator für den Verschleiß der Sprühdüsen.

• Änderung der Durchflussrate. Die Strömungsgeschwindigkeit einer Sprühdüse wird zunehmen, wenn die Oberflächen der Öffnung und/oder des inneren Kerns zu verschlechtern beginnen. Bei Anwendungen mit Verdrängerpumpen nimmt der Spritzdruck ab, wenn sich die Spritzdüsenöffnung vergrößert. Selbst kleine Änderungen der Durchflussmenge können sich negativ auf die Qualität auswirken, sodass eine routinemäßige Überwachung potenzielle Probleme aufdecken kann. In einigen Fällen sieht das Spritzbild jedoch gut aus – daher ist es erforderlich, die Spritzflüssigkeitsabgabe tatsächlich zu sammeln und zu messen, um Verschleiß aufzudecken.

• Verschlechterung der Spritzbildqualität. Wenn in Hohlkegelsprühdüsen Düsenverschleiß auftritt, wird die Gleichmäßigkeit des Sprühmusters zerstört. Es entstehen Schlieren und das Muster wird im kreisförmigen Flüssigkeitsring schwer oder leicht. Bei Vollkegelsprühdüsen verschlechtert sich die Musterverteilung typischerweise, wenn mehr Flüssigkeit in die Mitte des Musters strömt. Bei flachen Fächersprühen sind Schlieren und stärkere Strömungen in der Mitte des Musters sichtbar und die effektive Sprühwinkelabdeckung nimmt ab.

• Vergrößerung der Sprühtropfen. Der Flüssigkeitsdurchfluss wird erhöht oder der Spritzdruck verringert sich, wenn die Düsen verschleißen. Das Ergebnis? Größere Tropfen und weniger Gesamtflüssigkeitsoberfläche. Dies ist visuell schwer zu erkennen. Wenn Sie also ein Problem vermuten, lassen Sie die Tropfengröße testen.

• Geringerte Spritzwirkung. Verschlissene Spritzdüsen arbeiten mit einem niedrigeren Druck, was im Allgemeinen zu einer geringeren Spritzwirkung führt. (Ironischerweise kann der Aufprall bei Anwendungen mit Kreiselpumpen aufgrund des erhöhten Durchflusses durch die Sprühdüse sogar zunehmen.) Möglicherweise sind spezielle Tests erforderlich.

Verhindern und Lösen von Sprühdüsenproblemen

Ein umfassendes Wartungsprogramm für Sprühdüsen trägt dazu bei, dass Ihre Einrichtung weniger Kopfschmerzen hat. Indem Sie einen regelmäßigen Zeitplan festlegen, können Sie wichtige Probleme angehen, bevor sie Ihre Produktionslinie lahmlegen.

Die folgende Checkliste sollte die Grundlage Ihres Wartungsprogramms werden. Durch die konsequente Auswertung dieser Faktoren können Sie Verschleiß frühzeitig erkennen und entsprechende Maßnahmen einleiten. Ihre eigene spezielle Anwendung bestimmt, wie oft jeder Faktor überprüft werden sollte. Die richtige Häufigkeit könnte von „am Ende jeder Schicht“ bis „alle paar Monate“ reichen.

Durch die Implementierung eines Düsenwartungsprogramms und die Dokumentation Ihrer Verfahren können Sie die beste Strategie für die Düsenwartung und den Austausch ermitteln, um eine optimale Leistung zu erzielen.

Überprüfen Sie diese Faktoren sorgfältig:

Durchflussrate
Für Kreiselpumpen:Überwachen Sie die Messwerte des Durchflussmessers, um Anstiege zu erkennen. Oder erfassen und messen Sie den Durchfluss von der Sprühdüse für einen bestimmten Zeitraum bei einem bestimmten Druck. Vergleichen Sie diese Messwerte mit den Durchflussmengen, die im Katalog des Herstellers aufgeführt sind, oder vergleichen Sie sie mit den Durchflussmengen von neuen, unbenutzten Sprühdüsen.

Bei Verdrängerpumpen:Überwachen Sie den Flüssigkeitsleitungsdruck auf Abnahmen; die Durchflussmenge bleibt konstant.

Spritzdruck (im Düsenverteiler)
Bei Kreiselpumpen:Überwachung auf Zunahme des versprühten Flüssigkeitsvolumens. Der Spritzdruck wird wahrscheinlich gleich bleiben.

Bei Verdrängerpumpen:Überwachen Sie das Manometer auf Druckabfall und Verringerung des Aufpralls auf besprühte Oberflächen. Das versprühte Flüssigkeitsvolumen wird wahrscheinlich gleich bleiben. Achten Sie auch auf Druckerhöhungen aufgrund verstopfter Spritzdüsen.

Sprühmuster
Überprüfen Sie das Sprühmuster visuell auf Veränderungen. Prüfen Sie den Sprühwinkel mit einem Winkelmesser. Messen Sie die Breite des Spritzbildes auf der besprühten Fläche. Wenn sich die Düsenöffnung allmählich abnutzt, werden Sie möglicherweise keine Veränderungen feststellen, bis die Durchflussmenge signifikant erhöht wird. Wenn bei Ihrer Anwendung eine gleichmäßige Spritzabdeckung entscheidend ist, fordern Sie spezielle Tests bei Ihrem Spritzdüsenhersteller an.

Ein Patternator misst die Sprayverteilung.
Die Daten werden verwendet, um das optimale Spray zu bestimmen
Düsenhöhe und Überlappung in einer Anwendung.

Tropfengröße
Tropfengrößenzunahmen können in den meisten Anwendungen nicht visuell erkannt werden. Eine Erhöhung der Durchflussmenge oder eine Verringerung des Spritzdrucks beeinflusst die Tropfengröße.

Düsenausrichtung
Überprüfen Sie die Gleichmäßigkeit der Spritzbedeckung von Flachstrahldüsen an einem Verteiler. Sprühmuster sollten parallel zueinander sein. Spritzdüsen sollten um 5 bis 10 Grad von der Verteilermittellinie gedreht werden.

Produktqualität/Anwendungsergebnisse
Auf ungleichmäßige Beschichtung, Kühlung, Trocknung, Reinigung sowie Temperatur-, Staub- und Feuchtigkeitsänderungen prüfen.

Vier Möglichkeiten zur Verlängerung der Lebensdauer der Sprühdüse

Es gibt einige Techniken, die Sie anwenden können, um die Nutzungsdauer Ihrer Sprühdüsen zu verlängern. Beachten Sie Folgendes:

1. Reinigungsverfahren verbessern. Denken Sie daran, Düsen sind Präzisionsinstrumente. Die Reinigung sollte regelmäßig, aber sehr sorgfältig durchgeführt werden, mit Materialien, die viel weicher sind als die Oberfläche der Düsenöffnung. Verwenden Sie Bürsten mit Kunststoffborsten, Holzsonden oder Kunststoffsonden. Verwenden Sie niemals Drahtbürsten, Taschenmesser oder Schweißspitzen-Reinigungsraspeln. Es ist sehr leicht, die kritische Düsenform (oder -größe) zu beschädigen und am Ende verzerrte Sprühmuster oder übermäßigen Durchfluss zu erhalten. Wenn Sie mit einem hartnäckigen Verstopfungsproblem konfrontiert sind, versuchen Sie, die Öffnung in einer nicht korrosiven Reinigungschemikalie einzuweichen, um die Verstopfungssubstanz aufzuweichen oder aufzulösen.

2. Fügen Sie Leitungssiebe hinzu oder wechseln Sie zu Spritzdüsen mit eingebauten Sieben. Die Verschlechterung und Verstopfung der Öffnungen wird typischerweise durch feste Schmutzpartikel in der versprühten Flüssigkeit verursacht und tritt besonders häufig in Systemen auf, die eine kontinuierliche Sprühwasserrezirkulation verwenden. Es werden Siebe oder Sprühdüsen mit eingebauten Sieben empfohlen – mit einer ausgewählten Siebmaschengröße, um größere Partikel einzufangen und zu verhindern, dass Schmutz in die Sprühdüsenöffnung oder den Flügel eindringt.

3. Sprühdruck verringern. Obwohl dies nicht immer möglich ist, kann eine Verringerung des Drucks – die die Flüssigkeitsgeschwindigkeit durch die Öffnung verlangsamt – dazu beitragen, die Verschleiß- und Korrosionsrate zu verringern.

4. Reduzieren Sie die Menge an abrasiven Partikeln oder die Konzentration korrosiver Chemikalien. Bei einigen Anwendungen ist es möglich, die Menge an abrasiven Partikeln in der Speiseflüssigkeit zu reduzieren und/oder die Größe und Form der Partikel zu ändern, um Verschleißeffekte zu reduzieren. Außerdem kann die korrosive Aktivität einer Lösung gelegentlich durch Verwendung unterschiedlicher Konzentrationen oder Temperaturen, abhängig von den spezifischen Chemikalien, verringert werden.

Vor- und Nachteile eines häufigeren Düsenwechsels

Wenn Sie nach der Implementierung eines Sprühdüsen-Wartungsprogramms feststellen, dass Ihre aktuellen Düsen nicht so gut funktionieren, wie sie sollten, müssen Sie prüfen, ob es mehr kostet, problematische Düsen weiter zu verwenden oder zu ersetzen. Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren:

• Kosten und Dauer von Produktionsausfallzeiten aufgrund von Düsenproblemen und Wartung

• Die Arbeitskosten für die zusätzliche Wartung

• Die Kosten für das Sprühen von überschüssigem Wasser und Chemikalien

• Die Kosten des erhöhten Energieverbrauchs

• Die Kosten von Qualitätsproblemen – erhöhter Ausschuss und/oder Prozessprobleme

Bei einigen Anwendungen kann es möglich sein, eine verschlissene Öffnung vorübergehend zu kompensieren, indem der Sprühdüsendruck verringert wird, um die ursprünglich erforderliche Durchflussmenge zu liefern. Die Verwendung niedrigerer Drücke kann jedoch die Sprühabdeckung und die Gleichmäßigkeit des Sprühens beeinträchtigen. Dies kann zu größeren Tropfengrößen und geringeren Auswirkungen führen. Letztendlich kann die Verwendung niedrigerer Drücke eine falsche Ökonomie sein, da Sie Qualitätsprobleme haben könnten.

Wenn Ihre Austauschintervalle zu kurz erscheinen, ist es möglicherweise besser, zu einer anderen Düse zu wechseln. Die kurzfristigen Mehrkosten amortisieren sich in der Regel durch längere Lebensdauer und bessere Leistung schnell.

Haltbarkeits- und Widerstandsprobleme

Denken Sie auch daran, dass das Ersetzen Ihrer alten Sprühdüsen durch Düsen aus dem gleichen Material (z. B. das Ersetzen einer Aluminiumdüse durch eine Aluminiumdüse) möglicherweise nicht der beste Weg ist. Offensichtlich ist eine neue Sprühdüse einer abgenutzten Düse überlegen, aber in Ihrer Situation kann es erforderlich sein, vorhandene Sprühdüsen durch Düsen zu ersetzen, die viel besser für die Verarbeitung von Flüssigkeiten und Chemikalien geeignet sind, die Sie routinemäßig verwenden.

Sprühdüsen aus härteren Materialien bieten im Allgemeinen eine längere Lebensdauer. Vorhersehbar hat Edelstahl ein höheres Abriebfestigkeitsverhältnis als Aluminium, während Karbide eine weitaus höhere Abriebfestigkeit als Edelstahl bieten. Um festzustellen, ob Sie ein anderes Material für Düsen, Spritzdüsen oder Düseneinsätze in Betracht ziehen sollten, sehen Sie in der folgenden Tabelle nach.

Abnutzungswiderstandsverhältnistabelle

Neben der Abriebfestigkeit müssen Sie möglicherweise die Korrosionsbeständigkeit Ihres Düsenmaterials berücksichtigen. Die chemische Korrosionsrate einer Sprühdüse hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der korrosiven Eigenschaften der zu versprühenden Flüssigkeit, ihrer Konzentration in der Lösung, ihrer Temperatur und den Eigenschaften des Düsenmaterials. Ein führender Spritzdüsenhersteller kann diese Faktoren analysieren und eine entsprechende Empfehlung aussprechen.

Ein zuverlässiger Spritzdüsenhersteller sollte in der Lage sein, Ihnen qualitativ hochwertige Düsen in einer Vielzahl von Materialien anzubieten – und individuelle Düsen für Sie zu konstruieren, wenn die Situation besondere oder spezielle Anwendungen erfordert.

Schnellwartungsdüsentypen

Glücklicherweise können viele Düsen ohne Werkzeug installiert und ausgetauscht werden. Dadurch wird der gesamte Prozess schneller, einfacher und zuverlässiger denn je.

Neuartige Sprühdüsen verfügen über äußerst komfortable, rutschfeste Verlängerungen, die sich auch bei nassen oder klebrigen Bedingungen mit Schmierstoffen, Ölen oder anderen viskosen Materialien gut greifen und verdrehen lassen – und das sogar mit Handschuhen. Suchen Sie auch nach Ein- und Doppelrohrschellen, mit denen Sie bei Bedarf ganze Düsenhalterungen schnell wechseln können.

Suchen Sie nach Düsen mit Funktionen, die die Installations- und Wartungszeit verkürzen.

Erhalten Sie Unterstützung durch Experten

Ein seriöser Spritzdüsenhersteller verkauft Ihnen nicht nur Hardware. Ein Top-Unternehmen sollte mit Ihnen zusammenarbeiten, indem es Düsenwartungsworkshops mit Vor-Ort-Inspektionen und professionellen Schulungen für Ihr Personal anbietet.

Darüber hinaus sollte Ihr Hersteller in der Lage sein, Sprühdüsen mit modernster Ausrüstung zu testen und zu bewerten, um grundlegende Leistungsmessungen zu erstellen, die Ihre Reinigungs-, Wartungs- und Reparaturpläne leiten. Dadurch können Ausfallzeiten erheblich minimiert und Probleme bei der Qualitätskontrolle durch rechtzeitigen Austausch der Sprühdüsen vermieden werden.

Tatsache ist, dass durch ein aggressives Sprühsystem-Optimierungsprogramm erhebliche Zeit- und Geldeinsparungen erzielt werden können. Die beeindruckenden Ergebnisse sind nachweisbar – und zeigen die entscheidende Bedeutung Ihrer Abteilung für die Gesamteffizienz des Unternehmens.

Über den Autor:
Jon Barber ist Direktor der Spraying Systems Company in Wheaton, Illinois. Er ist per E-Mail unter [email protected] erreichbar. Eine kostenlose Kopie des Handbuchs zur Optimierung des Sprühsystems erhalten Sie unter 1-800-95-SPRAY.