Filter Simulation mehrlagiger Gewebe verbessert die Filtertechnik

Die 3D-Visualisierung vereinfacht die Optimierung mehrlagiger Filtergewebe. In der Fest- und Flüssigfiltration wird sie daher die Entwicklung multifunktionaler Gewebekonstruktionen beschleunigen, etwa zur Oberflächen- und Tiefenfiltration. Basis für die Zuverlässigkeit von Gewebekonstruktionen ist die CFD-Simulation.

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VEGA Grieshaber KG

CADFEM Germany GmbH

Glatt Ingenieurtechnik GmbH

GKD - Gebr. Kufferath AG Metallweberei

Die Weberei GKD-Gebr. Kufferath AG erweitert die Möglichkeiten zur Simulation von Gewebekonstruktionen. Damit lassen sich nun auch mehrlagige Gewebekonstruktionen in technischen Anwendungen realitätsgetreu abbilden und optimieren (Bild 1).

Basis dafür sind die Software-Tools Weave Geo und Layer Geo. Ausgelegt zur Simulierung, Optimierung und Generierung anwendungsspezifischer Gewebetypen erschließt zum Beispiel das Software-Tool Weave Geo Anwendungen zur 3D-Visualisierung. Entsprechend groß war die Neugier der Fachbesucher auf internationalen Fachmessen wie der ATCE 2010 – Annual Technical Conference and Exhibition – in Florenz und der ADIPEC 2010 – International Petroleum Exhibition and Conference in Abu Dhabi.

CFD-Simulation schafft Grundlagen für Zuverlässigkeit der Gewebe

In der Fest- und Flüssigfiltration verrichten Sieb- und Filtrationsgewebe vielfache Aufgaben. Basis für die Zuverlässigkeit ist die CFD-Simulation zur Optimierung von Gewebekonstruktionen. Zur Anwendung kommt dabei das Simulationssystem Weave Geo, das die Software Suite Geodict für den Gewebebereich nutzbar macht.

Dazu werden anwendungsbezogen geeignete Gewebetypen und Bindungsarten ausgewählt und deren Verhalten unter den jeweiligen Prozessbedingungen anhand komplexer mathematischer Algorithmen ermittelt. Für die Berechnung relevanter Gewebeparameter können die Gewebebindung, der Drahtdurchmesser von Kette und Schuss, die Teilung in Kett- und Schussrichtung, das Abbindeverhalten sowie die Steifigkeit und Ovalität der Drähte per CFD-Simulation virtuell verändert werden.

Computersimulation zeigt Strömungs- und Filtrationseigenschaften

Die Simulation am Computer veranschaulicht das Gewebeverhalten sowie die Strömungs- und Filtrationseigenschaften. Parameter wie maximaler Kugeldurchlass, Filterabscheidegrad, Druckabfall bei vorgegebener Mediendurchströmung inklusive Filterkuchen, Durchflussmenge bei vorgegebenem Differenzdruck sowie Bubblepoint werden sichtbar und dadurch bislang verborgene Prozesse nachvollziehbar.

Auf dieser Basis lässt sich innerhalb kurzer Zeit ein Gewebe oder ein Gewebepaket mit den jeweils optimalen Filtrationseigenschaften definieren. Anschließend wird bei Bedarf ein entsprechender Prototyp hergestellt und im Laborversuch getestet.

Simulation erstmals auf mehrlagig gewebte Filtergewebe übertragen

Jetzt ist es GKD gelungen, mit dem System Weave Geo dieses Verfahren auch auf mehrlagig gewebte Filtergewebe zu übertragen. Mehrlagige Gewebe vereinen die Vorteile verschiedener Gewebetypen in einem Medium.

So ermöglicht die Kombination aus monofilen Edelstahldrähten und metallischen Fasern sowohl eine Oberflächen- als auch eine Tiefenfiltration in einem Medium. Neuartige Gewebekonstruktionen verbinden erhöhte Flexibilität, mechanische Festigkeit, hohe Durchsatzraten bei gleichzeitigem niedrigerem Differenzdruck sowie eine absolut gleichmäßige Porenverteilung (Bilder 2 und 3 – siehe Bildergalerie).

Mehrlagige Filtergewebe in acht Abstufungen herstellbar

Eine im System hinterlegte Gewebepatrone beschreibt die Richtung des Kettdrahts. Dadurch können nicht nur Mehrlagengewebe, sondern auch Seile – inklusive Schlaglänge, Schlagrichtung und Litzen – schnell konstruiert und generiert werden. Speziell für das Sand Control Business im Offshoregeschäft stellt GKD mithilfe der 3D-Simulation zum Beispiel mehrlagige Gewebe in acht verschiedenen Abstufungen im Bereich von 60 bis 600 μm für sehr unterschiedlichse Anwendungen her.

So kommen dort verschiedene Kombinationen aus KPZ-Geweben, glatten Tressen, Köpertressen und Quadratmaschengewebe zur Anwendung – als Sand Control Screens bei der Offshoreölgewinnung. Durch Filtration von Sand und Festkörpern schützen sie die Ölpipelines vor Beschädigung und beugen Produktionsausfällen vor. Je nach den Bedingungen vor Ort werden unterschiedliche Gewebefeinheiten verarbeitet, die jeweils ein Optimum zwischen der benötigten Filtrationsfeinheit und dem filtrationsbedingten Druckverlust darstellen.

Zur virtuellen Modellierung der projektbezogenen optimalen Gewebekonstruktion des Sandverhaltens werden Angaben zu den physikalischen Eigenschaften der Festkörper in das Programm eingespeist und ausgewertet. Mit dem Ausbau des weltweit exklusiven Features „Gewebe mittels Eingabe über Gewebepatronen generieren“ ist GKD nun in der Lage, gänzlich neue mehrlagige Gewebebindungen und -konstruktionen zu kreieren.

* Dipl.-Ing. Markus Knefel (MBA) ist im Bereich Forschung und Entwicklung bei der GKD-Gebr. Kufferath AG in 52353 Düren tätig

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