Témata
Reklama

Principy filtrace olejových a emulzních mlhovin

Problém tvorby emulzního a olejového aerosolu vznikl teprve v sedmdesátých, resp. osmdesátých letech minulého století, kdy obráběcí stroje začaly být osazovány vřeteny s vysokými otáčkami, systémy chlazení s vyššími pracovními tlaky a nastoupily nástroje s vnitřním chlazením. To vyvolalo nejprve potřebu plného krytování obráběcích strojů a následně nezbytnost odsávání a filtrace vnitřního prostoru stroje, protože aerosol (v podstatě velmi lehká a teplá vzdušnina) měl tendenci unikat všemi otvory ze stroje ven a nejvíce přímo ohrožoval pracovníka, který po ukončení pracovního cyklu musel otevřít dveře stroje, aby mohl vyměnit obrobek.

Nejprve se pro odsávání a filtraci aerosolů začaly používat do té doby známé filtrační principy, běžně používané v jiných oblastech průmyslu pro filtraci prachu a jiných látek – především kaskádové filtrační systémy s několika pasivními filtračními elementy a dále pak (především v německy mluvících zemích) elektrostatické filtry. Brzy se však objevily další principy – především dnes nejrozšířenější dynamické separátory (odstředivé filtrační jednotky) a filtrační systémy s aktivními kazetami.

Reklama
Reklama
Reklama

Filtrační systémy s pasivními filtračními elementy

Pod tímto pojmem si představme filtrační systém, který je složen z různých filtračních elementů, kterými postupně znečištěný vzduch prochází. Schéma podobného filtračního systému je na obr. 1. Znečištěný vzduch postupně prochází několika filtračními stupni, z nichž některé mohou být omyvatelné. První stupeň zachytává největší částice, poslední stupeň – obvykle tzv. HEPA filtr – je určen pro částice nejmenší. Uvedený systém má zásadní problém – je z hlediska údržby dost závislý na disciplíně obsluhy a provozně nákladný. Jednotlivé pasivní elementy se postupně zanášejí a tím klesá jejich propustnost. V určitý okamžik již ventilátor nedokáže překonat odpor zanesených prvků a průtok vzduchu klesá. Pokud v tento okamžik neprovede pracovník údržby vyčištění nebo výměnu filtračních elementů, může dojít až k úplnému zablokování filtračního zařízení. Z uvedených skutečností vyplývá, že tento princip má nízkou pořizovací cenu, ale provozní náklady jsou vysoké – a čím je odsávaná vzdušnina komplikovanější (čím více obsahuje submikronových částic), tím jsou náklady vyšší.

Obr. 1: Schéma filtračního systému s pasivními filtračními elementy

Elektrostatické odlučovače

V elektrostatickém odlučovači prochází kontaminovaná vzdušnina nejprve jedním nebo dvěma mechanickými předfiltry, které zachytí největší nečistoty. Poté částice prolétávají přes vysokonapěťovou ionizační komoru (cca 15–20 kV), kde získají kladný náboj. Z ionizační komory nalétají do sběrné komory, kde díky získanému náboji během průletu ulpívají na sběrných lamelách. Schéma činnosti elektrostatického filtru je uvedeno na obr. 2. Elektrostatické odlučovače jsou již poměrně sofistikovaná technická zařízení, která (díky malému odporu filtračního mechanismu) způsobují jen malé tlakové ztráty a také nejsou příliš energeticky náročná. Účinnost elektrostatických odlučovačů je velmi vysoká za předpokladu, že sběrné lamely jsou čisté. Pokud se však lamely pokryjí vrstvou částic, účinnost elektrostatického odlučovače výrazně klesá. Jakmile je navíc překročeno určité množství zachycených částic, může docházet ke vzniku oblouku a k jiskření, jehož přímým důsledkem je tvorba zdraví škodlivého ozonu.

Z těchto důvodů musejí být elektrostatické odlučovače vybaveny ne právě jednoduchým systémem sledování zanesení sběrných lamel s odpovídající indikací a musejí být často a důkladně čištěny. Je třeba zdůraznit, že i čištění sběrných lamel je poměrně složité – hmota, která na nich ulpívá, je podobná např. napečenému oleji po grilování a k jejímu odstranění je nutná tlaková voda a rozpouštědlo, protože usazeniny mají charakter olejových látek. Je tedy nutno přihlížet i ke správě kontaminované vody použité pro čištění, která rovněž zatěžuje životní prostředí.

Elektrostatické odlučovače jsou nezastupitelné tam, kde jde o separaci suchých prachových částic velmi malých rozměrů – cca 0,1–1 µm. Bez problémů též pracují na čistých olejových aplikacích, a to až do koncentrací okolo 15–20 mg.m-3. S ohledem na dlouholetou tradici v těchto oblastech nasazení byla vyvinuta zařízení i pro eliminaci průmyslového aerosolu, kde ale s ohledem na svou vyšší technickou složitost a nároky na údržbu trpí mnoha neduhy, zejména při aplikacích odsávání emulzního aerosolu (přítomnost vody v blízkosti vysokonapěťových komponent představuje značné riziko, filtrace čistě olejové mlhoviny nebývá tak problematická).

Problémem elektrostatických odlučovačů jsou také vzdušniny, kde je koncentrace částic vyšší než 20 mg.m-3. Pro dosažení vysoké účinnosti elektrostatického odlučovače – tedy pro to, aby částice měla čas zachytit se na sběrné lamele, totiž musejí být splněny zejména následující podmínky:

• relativně nízká rychlost proudění vzduchu;
• dostatečně dlouhá dráha letu ve sběrné komoře;
• dostatečná velikost částice – u těch nejmenších (a bohužel nejproblémovějších) převažuje vliv proudění vzduchu nad přitažlivostí vyvolanou elektrickým nábojem.

Čím vyšší je koncentrace submikronových částic v odsávané vzdušnině, tím obtížnější je výše uvedených podmínek dosáhnout. Řešením může být odlučovač se dvěma nebo více sběrnými komorami, ale pro dosažení optimální účinnosti u náročnějších typů vzdušnin by zařízení muselo být již značně velké. Pro aplikaci na lehkých aerosolech je elektrostatický filtr příliš nákladný a náročný je i na údržbu. V této kategorii dnes existují levnější a spolehlivější principy – proto podíl elektrostatických odlučovačů na celkovém počtu aplikací spíše klesá. Zajímavé je např. jejich použití pro celostní dočišťování vzduchu (filtrační stěny s velkým objemem průtoku), protože elektrostatický princip likviduje bakterie a viry.

Obr. 2: Schéma elektrostatického odlučovače

Dynamické odstředivé separátory

Odstředivé odlučovače jsou v současné době pravděpodobně nejrozšířenějším a nejpoužívanějším principem odsávání a filtrace aerosolů v kovoprůmyslu. Jsou malé, lehké, nenáročné na údržbu, cenově přijatelné a v oblasti typických aerosolů s koncentrací do 10 mg.m-3 dosahují velmi dobré účinnosti. Existuje celá řada výrobců, vedoucím výrobcem v oboru je zřejmě britská firma Filtermist International Ltd.

Obr. 3: Celostní filtrační stěna Bristol s kapacitou přes 30 000 m³.hod-1 (celková kapacita je díky modulárnímu principu prakticky neomezená).

Odstředivé odlučovače jsou postaveny na principu separace díky využití rozdílných hmotností částic chladiva a vzduchu, které fakticky aerosol tvoří. Uvnitř odlučovače rotuje velkou rychlostí separační buben, který nasává pomocí vnitřních zakřivených lopatek kontaminovaný vzduch. Při nárazu částic na lopatky bubnu dochází k vlastnímu efektu oddělení molekul vzduchu a částic použitého média. Odloučené médium pak prochází technologickými vložkami, ve kterých se ultrajemné submikronové částice opět slučují do kapek větší velikosti a hmotnosti a ty pak procházejí perforací bubnu na vnitřní plochu vnějšího pláště odlučovače. Zde vlivem proudění vzduchu odloučené médium již ve formě kapaliny stoupá až do sběrné drážky, odkud je pak odváděno odpadní hadicí na libovolné místo podle potřeby.

Obr. 4: Nejrozšířenější způsob filtrace dnes jsou dynamické odstředivé separátory.

Zmiňované technologické vložky tedy nemají za cíl odloučené médium zachytávat jako klasický pasivní filtrační prvek, pouze napomáhají procesu separace. Dalším důvodem použití těchto vložek je snížení hladiny hluku, který je vytvářen proudícím vzduchem. Tyto vložky (čtyři kusy ve vlastní separační komoře a další dvě zvukově izolační vložky na výfuku z odlučovače) představují jediný spotřební materiál, který je potřeba podle potřeby vyměňovat. Vzhledem k tomu, že se nejedná o elementy zachytávající odloučené médium, je jejich životnost ve většině aplikací delší než jeden rok.

Obr. 5: Porovnání dlouhodobé účinnosti odstředivého odlučovače a kaskádového filtru s pasivními prvky nebo elektrostatického separátoru. Odstředivý odlučovač a systém s aktivními prvky za normálních podmínek vykazuje jen nepatrně klesající účinnost, zbývající dva principy ve své účinnosti značně kolísají – spodní hroty červené linie představují okamžik, kdy je nutná výměna pasivních filtračních komponent nebo provedení zásadní údržby.

Filtrační věže s aktivními filtry

Někteří výrobci využívají princip kaskádové filtrace, jehož výhodou je možnost sestavení filtračních jednotek s obrovskými kapacitami, a zároveň používají speciální typy aktivních filtračních prvků – tedy takové elementy, které se po dosažení určitého stupně nasycení začnou samovolně nebo nuceně čistit. Mezi ně především patří švédská firma Absolent, která se zabývá vývojem a výrobou filtračních věží pro nejtěžší aplikace, tedy pro vzdušniny, které jsou složeny převážně ze submikronových částic a s koncentracemi až 150–200 mg.m-3 a více. Tyto vzdušniny produkují nejtěžší procesy obrábění, procesy kalení, tepelného zpracování, indukčního předehřívání silně olejem konzervovaných součástí apod.

Obr. 6 + Obr. 7: Příklady aplikací odstředivých odlučovačů

Každá filtrační věž Absolent je vybavena prvním a druhým filtračním stupněm – aktivní kazetou, která je složena ze skládaného filtračního rouna, neseného kovovými lamelami. Toto rouno se sestavuje vždy z několika různých vrstev a navrhuje se tak, aby přesně odpovídalo charakteru odsávané vzdušniny.

Obr. 8: Filtrační věže s aktivními filtry Obr. 9: Filtrační věže Absolent se systémem samodrenáže

Jakmile začne filtrační věž odsávat vzdušninu, savý materiál filtračního rouna začne absorbovat částice aerosolu. Po dosažení určité úrovně nasáknutí se ale v rounu začnou částice samovolně slučovat do kapek a přirozeně stékat do sběrné nádrže. Díky tomuto principu samodrenáže zůstává aktivní kazeta stále průchozí a nehrozí zablokování průchodu vzduchu přes celou filtrační kaskádu věže. Aby životnost všech filtračních elementů byla dlouhodobě vyrovnaná, jsou filtrační věže Absolent navrženy tak, aby první filtrační kazeta zachytila až 80 % všech částic odsávané vzdušniny, druhá filtrační kazeta cca 18,5 % částic tak, aby do finálního HEPA filtru (třetí stupeň filtrace) vstupovala jen nepatrná zbývající část těch nejjemnějších částic. V tom, jak je vzájemně vyladěna účinnost jednotlivých filtračních stupňů, je koncept filtračních věží Absolent pozoruhodný a to je také důvodem schopnosti dlouhodobého bezúdržbového provozu.

Díky použití aktivních filtračních kazet se schopností samočištění je životnost těchto elementů velmi dlouhá, často až několik roků. Absolent je také pravděpodobně jedinou společností, která dává minimálně roční záruku na zcela bezúdržbový provoz bez ohledu na počet pracovních hodin (žádný servis, žádný spotřební materiál – vše v režimu 24/7).

David Kratochvíl

Reklama
Související články
Je několikaletý bezúdržbový provoz filtrace opravdu možný?

V současné době se na trhu objevují filtrační jednotky, které jsou k dispozici za překvapivě nízké ceny. To je samozřejmě velmi lákavé, ale taková nabídka obvykle obsahuje čertovo kopýtko – a tím jsou provozní náklady. A protože podobná zařízení se nepořizují na jednu sezonu, jsou právě reálné provozní náklady to, co by mělo zájemce o tuto technologii zajímat především.

Odsávání a filtrace u obráběcích strojů

Moderní obráběcí stroje dnes umožňují dosahovat výsledků, které byly dříve nemyslitelné. Aby bylo možné naplno využívat technologický potenciál současných obráběcích strojů, bývá pro většinu technologických procesů obrábění nezbytné důkladné chlazení chladicí emulzí nebo olejem, které je přiváděno k místu kontaktu nástroje s obrobkem obvykle pod vysokým tlakem. To však vedle zásadního pozitivního vlivu na vlastní řezný proces přináší i nežádoucí jev – tvorbu emulzní nebo olejové mlhoviny, resp. aerosolu, jehož vliv je vyloženě negativní.

Účinná filtrace aerosolů, mlhovin a prachu

Firma Wemac se brněnského Mezinárodního strojírenského veletrhu účastní již bezmála 25 let. Stalo se už tradicí, že její expozice zaujme návštěvníky ukázkou nejnovějších trendů v oblasti odsávání a filtrace olejových a emulzních aerosolů, mlhovin a prachu. Letos se můžete těšit na dlouho očekávanou novinku společnosti Absolent, jíž je firma Wemac výhradním dodavatelem pro Českou republiku.

Související články
V každé situaci stojíme za zákazníkem

„Naší profesí je péče o vaše pracovní prostředí.“ To je motto společnosti Wemac, jejíž sídlo najdete v malebné části Prahy – Březiněvsi. A tato věta do puntíku vystihuje, čím se firma zabývá – jí dodávané produkty dokážou odsát a dokonale profiltrovat olejovou mlhu, emulzní aerosol a prach, vznikající při obrábění nebo obrábění grafitu. Umí své zákazníky zbavit též chemických výparů, zplodin z pájení, laserového a elektroerozivního obrábění a dalších zdraví škodlivých látek. Nejen o tom jsme měli možnost si povídat s nově jmenovanou ředitelkou společnosti, paní Pavlínou Pánkovou.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Vysoká výkonnost, přirozená bezpečnost

Ačkoliv jsou chladicí kapaliny na bázi minerálního oleje v průmyslu stále velmi rozšířené, náročné obráběcí operace a zvýšené požadavky na zdraví a bezpečnost tlačí výrobce k pokročilejším technologiím. Nejmodernější obráběcí kapaliny na bázi esterů jsou jedním z nejlepších řešení požadavků současného trhu.

Jak zvolit princip filtrace?

Při volbě vhodného filtračního zařízení je potřeba posuzovat hned několik parametrů, přičemž z technického hlediska je nejdůležitější určit potřebnou kapacitu filtračního zařízení a definovat složení odsávané vzdušniny, koncentraci a velikostní skladbu částic.

Principy filtrace olejových a emulzních mlhovin

Problém tvorby emulzního a olejového aerosolu vznikl teprve v sedmdesátých až osmdesátých letech minulého století, kdy obráběcí stroje začaly být osazovány vřeteny s vysokými otáčkami, systémy chlazení s vyššími pracovními tlaky a s nástupem nástrojů s vnitřním chlazením. To vyvolalo nejprve potřebu plného krytování obráběcích strojů a následně nezbytnost odsávání a filtrace vnitřního prostoru stroje, protože aerosol (v podstatě velmi lehká a teplá vzdušnina) měl tendenci unikat všemi otvory ze stroje ven a nejvíce přímo ohrožoval pracovníka, který po ukončení pracovního cyklu stroje musel otevřít dveře stroje, aby mohl vyměnit obrobek.

Odsávání a filtrace v průmyslu

Při procesech obrábění je často téměř nezbytné používání chladicí emulze či oleje. Chladicí kapalina je obvykle přiváděna pod velkým tlakem a to vede ke vzniku emulzní nebo olejové mlhoviny, jejíž vliv je negativní. Negativně se podepisuje na životnosti elektronických přístrojů, ale také výrazně ohrožuje zdraví pracovníků. Proto je potřeba při instalaci obráběcího centra zvolit i vhodné odsávání.

Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Kloubový robot uvnitř stroje

V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

Přesnost zvyšující produktivitu

Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Ochranný kryt pro stroje všech výšek

Již několik let má firma P.E.I. ve své nabídce střešní kryt pro portálové frézky značky Wave Sky. Kryt se vyrábí ze speciální průsvitné tkaniny a brání úniku výparů, prachu a třísek z pracovního prostoru obráběcího stroje. V průběhu let byl původní návrh dále rozšiřován. Verzi s motorem usnadňující otvírání a zavírání střechy nad strojem následuje inovativní modulární konstrukce s integrovaným nízkonapěťovým motorem.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit