Shaft¶

Samenvatting¶

De shaft, of mengas, is één van de belangrijkste onderdelen van een industriële menginstallatie. De as verbindt de aandrijving met de impeller en brengt het vermogen en het koppel van de motor over naar het product in de tank.

Hoewel een as op het eerste gezicht een eenvoudige metalen staaf lijkt, is het in werkelijkheid een nauwkeurig ontworpen machineonderdeel. De diameter, lengte, materiaalkeuze, oppervlakteafwerking en bevestiging worden zorgvuldig afgestemd op de belasting en de toepassing.

Binnen Jongia wordt voor iedere menginstallatie een specifieke as ontworpen die voldoet aan de eisen op het gebied van sterkte, stijfheid, hygiëne en levensduur.

Theorie¶

Wat is een shaft?¶

Een shaft is een draaiende as die mechanisch vermogen overbrengt.

Bij een industriële mixer loopt de as meestal:

vanaf de gearbox;
door de mechanical seal;
de tank in;
naar één of meerdere impellers.

Tijdens bedrijf draait de volledige as continu rond terwijl grote krachten worden overgebracht naar het product.

Functie van de mengas¶

De belangrijkste functies zijn:

overbrengen van vermogen;
overbrengen van koppel;
dragen van de impeller(s);
nauwkeurig positioneren van de impeller;
zorgen voor een stabiele en trillingsarme aandrijving.

Zonder een goed ontworpen as kan een menginstallatie niet betrouwbaar functioneren.

Belastingen op een as¶

Een mengas wordt tegelijkertijd door verschillende krachten belast.

Torsie¶

Het koppel van de motor zorgt ervoor dat de as wordt verdraaid.

Hoe hoger de weerstand van het product, hoe groter de torsiebelasting.

Buiging¶

Door:

het gewicht van de as;
het gewicht van de impeller;
stromingskrachten;

zal de as enigszins doorbuigen.

Bij lange assen speelt dit een belangrijke rol.

Dynamische belasting¶

Tijdens het mengen ontstaan voortdurend wisselende krachten.

Deze kunnen worden veroorzaakt door:

veranderende viscositeit;
turbulentie;
luchtinslag;
variërende belasting.

Hierdoor wordt de as continu dynamisch belast.

Materialen¶

De materiaalkeuze hangt af van de procesomstandigheden.

Veel gebruikte materialen zijn:

RVS 316L;
Duplex;
Super Duplex;
Hastelloy;
titanium.

Bij voedsel- en farmaceutische toepassingen is RVS 316L vaak de standaard.

Voor agressieve chemische processen worden hoogwaardige legeringen gekozen.

Diameter¶

De diameter van een as bepaalt in belangrijke mate:

de sterkte;
de stijfheid;
de maximale belasting;
het kritische toerental.

Een grotere diameter betekent meestal:

minder doorbuiging;
hogere sterkte;
meer gewicht;
hogere kosten.

Daarom wordt de diameter zorgvuldig berekend.

Lengte¶

De lengte van de as heeft grote invloed op het gedrag van de installatie.

Een langere as:

buigt gemakkelijker door;
heeft een lager kritisch toerental;
vraagt soms extra lagering.

Bij grote tanks worden daarom regelmatig support bearings toegepast.

Bevestiging van de impeller¶

De impeller wordt stevig op de as bevestigd.

Veel gebruikte bevestigingsmethoden zijn:

spieverbinding;
conische passing;
klembus (taper bush);
boutverbinding;
lasverbinding.

De gekozen methode hangt af van de belasting en de onderhoudseisen.

Oppervlakteafwerking¶

Voor productcontactoppervlakken is de oppervlaktekwaliteit belangrijk.

Afhankelijk van de toepassing kan de as worden:

geslepen;
gepolijst;
elektropolijst.

Een glad oppervlak:

is eenvoudiger te reinigen;
vermindert productaanhechting;
verhoogt de corrosiebestendigheid.

Bij installaties voor de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie worden vaak lage Ra-waarden voorgeschreven.

Kritisch toerental¶

Iedere as heeft een eigen natuurlijke trillingsfrequentie.

Wanneer het bedrijfstoerental daarbij in de buurt komt, kan resonantie ontstaan.

Gevolgen zijn:

sterke trillingen;
geluid;
lagerschade;
sealproblemen;
asbreuk.

Daarom wordt het kritische toerental altijd meegenomen in het ontwerp.

Vermoeiing¶

Een mengas draait vaak jarenlang vrijwel onafgebroken.

Zelfs wanneer de spanning relatief laag blijft, kan langdurige wisselende belasting leiden tot metaalmoeheid.

Daarom wordt de levensduur van de as meegenomen in de sterkteberekeningen.

Onderhoud¶

Hoewel een as zelf weinig onderhoud nodig heeft, wordt deze tijdens inspecties gecontroleerd op:

slijtage;
corrosie;
beschadigingen;
uitlijning;
onbalans;
scheurvorming.

Bij mechanische beschadigingen of ernstige corrosie wordt de as meestal vervangen.

Praktijk bij Jongia¶

Binnen Jongia wordt vrijwel iedere mengas specifiek ontworpen voor de betreffende installatie. Engineers bepalen de diameter, lengte en materiaalkeuze op basis van onder andere het benodigde koppel, de tankhoogte, het type impeller en de eigenschappen van het product.

Bij lange top-entry mixers worden uitgebreide berekeningen uitgevoerd om de doorbuiging en het kritische toerental te bepalen. Wanneer nodig worden extra support bearings toegepast om de as stabiel te houden.

Voor productcontactdelen worden de assen vaak vervaardigd uit RVS 316L en afhankelijk van de toepassing gepolijst of elektropolijst. Bij agressieve chemische processen kunnen ook Duplex, Hastelloy of titanium worden toegepast.

Een goed ontworpen mengas vormt de ruggengraat van de complete menginstallatie en bepaalt in hoge mate de betrouwbaarheid van het systeem.

Veelgemaakte fouten¶

Denken dat een as alleen een draaiende stang is. De as is een nauwkeurig berekend constructieonderdeel dat grote mechanische belastingen moet kunnen opnemen.
Alleen naar de sterkte kijken. Doorbuiging, trillingen, vermoeiingssterkte en het kritische toerental zijn minstens zo belangrijk.
Beschadigingen aan het asoppervlak onderschatten. Krassen of corrosie kunnen de levensduur van mechanical seals en lagers negatief beïnvloeden.
Vergeten dat de as onderdeel is van een groter systeem. Motor, gearbox, koppeling, lagers, afdichtingen en impeller moeten perfect op elkaar zijn afgestemd.
Een standaardas voor iedere toepassing geschikt achten. Binnen Jongia wordt de mengas vrijwel altijd afgestemd op de specifieke procesomstandigheden en klantwensen.