Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik (MVT)

Offen-Gradient-Magnetabscheider

Effiziente Partikelabscheidung aus viskosen Fluiden mittels Magnetkraft

Abriebpartikel in Getrieben können zum Verschleiß von Bauteilen und Ausfällen von Maschinen und Anlagen führen. Um eine möglichst lange Gebrauchsdauer von Schmier- und Hydraulikölen zu erreichen, ist deren Pflege im Prozess notwendig. Eine geeignete Maßnahme zur Entfernung von Partikeln aus Ölen ist die magnetische Separation. Für diese Anwendung wurde ein Offen-Gradient-Magnetabscheider entwickelt (siehe Abb. 1). Bei der Apparatur werden geneigte und in Lamellen angeordnete Leitbleche eingesetzt, die die Apparatur in mehrere parallele Strömungskanäle unterteilt. Durch die Strömungsführung wird eine hohe Verweilzeit des Fluids ermöglicht. Außerhalb der Strömungskanäle werden mehrere Permanentmagnete positioniert und dadurch eine Magnetisierung der Leitbleche erreicht. Durch die paramagnetische Beschaffenheit der Leitbleche verlieren diese nach der Entfernung der Permanentmagnete ihre Magnetisierung, so dass der Magnetabscheider leicht gereinigt werden kann.

Um den Abscheidevorgang der Partikel näher zu untersuchen, wurde eine numerische Berechnungsmethode auf Basis der Programme Comsol Multiphysics® und Ansys Fluent® entwickelt. Zunächst wird durch Comsol Multiphysics® die Magnetfeldstärke in der Umgebung eines oder mehrerer Magneten berechnet. Das berechnete Magnetfeld wird danach im Bereich der Strömungskanäle in Ansys Fluent® importiert. In Ansys Fluent® werden die Strömung und die Trajektorien der Partikel durch die Euler-Lagrange-Methode berechnet. Die Bewegungsgleichung der Partikel wird im betrachteten Fall insbesondere durch die Magnetkraft beeinflusst, die in den Standard-Tools von Ansys Fluent® nicht implementiert ist. Durch die eigens entwickelte User Defined Function kann die Ablenkung der magnetisierbaren Partikel infolge eines beliebigen importierten Magnetfeldes in der Strömung berechnet werden. Aus dem Berechnungsmodell ergibt sich eine anschauliche Darstellung des Absetzvorgangs im dreidimensionalen Strömungsfeld. Die Abb. 2 zeigt beispielhaft die Partikeltrajektorien bei der Durchströmung eines einfachen Strömungskanals, unter dem zwei Magnete angeordnet sind. Bei der Partikelabscheidung im Magnetfeld sind neben der Verweilzeit insbesondere große Gradienten der magnetischen Feldstärke von entscheidender Bedeutung. Dies wurde durch die CFD-Simulationen nachgewiesen. Eine Verstärkung und Vervielfachung der Magnetfeldgradienten wird durch den Einsatz paramagnetischer Lochbleche erreicht, die paarweise mit den Leitblechen angeordnet werden.

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