Témata

Odsávání a filtrace u obráběcích strojů

08. 04. 2015

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.

Co takový aerosol je, jak působí na lidský organismus a jak ovlivňuje své okolí? A jak zaopatřit místo, kde tyto nežádoucí plyny a mlhy vznikají? To a další praktické informace z oblasti odsávání a filtrace v kovoprůmyslu přinášíme v následujícím seriálu, jehož autorem je firma s dvacetiletou historií v této komoditě.

Filtrační technologie

Pokud aerosol vznikající při obrábění není likvidován, uvolňuje se do ovzduší pracovní haly, kde se volně šíří, přichytává se stěn, stropů i podlahy, proniká do elektronických částí strojů a poškozuje je. Především však výrazně ohrožuje zdraví pracovníků, často nevratně. Proto je třeba již při sestavování záměru na pořízení stroje uvažovat i o vhodné filtrační technologii, která ve svém důsledku dlouhodobě přináší značný ekonomický efekt ve formě ochrany hmotného majetku a především zdraví zaměstnanců. Nehledě k tomu, že český zákoník (a samozřejmě i zákoníky všech ostatních civilizovaných zemí) stanovuje limity koncentrací aerosolů v ovzduší a nerespektování této normy se může pěkně prodražit.

Emulzní nebo olejové mlhoviny vznikající při obrábění unikají do pracovní haly.

Co je olejový aerosol?

Olejový aerosol jsou částice oleje nebo emulzní kapaliny o velikosti obvykle 10 mikrometrů a menší, nejmenší submikronové částice nazýváme olejovým kouřem. Aerosol se v pracovním prostoru stroje vytváří především nárazem proudu chladicí kapaliny na rychle rotující nástroj nebo obrobek, olejový kouř se může tvořit např. tím, že při robustním obrábění dochází přes chlazení celého procesu k pálení třísky nebo při použití velmi vysokých pracovních tlaků chladicí kapaliny.

Porovnání velikostí částic, které řezný proces produkuje.

Je dobré si také uvědomit další důležitou skutečnost – nejmenší submikronové částice v laboratorních podmínkách potřebují přes 30 dní, aby díky gravitaci dosedly na zem. V reálných podmínkách ale částice na zem nikdy nedosednou ‒ vlivem proudění vzduchu jsou unášeny tak dlouho, dokud se někde nepřichytí nebo dokud je někdo nevdechne.


Pro zvětšení klikněte na tabulku

Podstatný závěr je tedy následující – ty částice, které při procesu obrábění vidíme, jsou v podstatě neškodné malé kapky. Nejnebezpečnější a také bohužel nejagresivnější jsou ty částice, které jednotlivě vidět lidským okem vůbec nemůžeme.

Jak reaguje lidské tělo

Působení olejových a emulzních aerosolů může způsobit vážné zdravotní problémy. Nejedná se jen o různé alergické reakce u citlivých osob, ale v případě dlouhodobější expozice o přímé ohrožení zdraví.

Na tento stav pamatuje naše legislativa, která stanovuje zákonem 361 Sb. z roku 2007 hodnotu 5 mg.m-³ jako maximální povolenou koncentraci olejových či emulzních aerosolů v ovzduší (přípustný expoziční limit = PEL). V okolních státech je tento limit obdobný nebo přísnější.

Vdechování aerosolů má vyloženě negativní vliv na zdraví obsluhy.

Ze všech výše uvedených důvodů je tedy zřejmé, že problematiku likvidace olejových, resp. emulzních aerosolů není možné podceňovat a vhodnému způsobu odsávání a filtrace je třeba věnovat patřičnou pozornost.

Základní metody filtrace

V minulosti se často jako nejjednodušší princip používalo celkové odvětrávání haly, to však nepřinášelo velký užitek. Problémem je několik důležitých faktorů, které ve vzájemné kombinaci způsobí, že tento způsob filtrace zřídka v oblasti strojírenské výroby pracuje efektivně – především jde o obecně platnou úměru mezi vzdáleností zdroje znečištění (obráběcí stroj) a místem odsávání. Z toho vyplývá, že má-li být tento obecný systém dostatečně účinný, musel by být velmi robustně dimenzovaný – což ale přináší velké pořizovací i provozní náklady (velký zastavěný prostor, extrémní spotřebu el. energie apod.).

Význam vzdálenosti mezi zdrojem znečištění a místem odsávání

Lze se proto setkat s takto koncipovanými systémy, které jsou z ekonomických důvodů čtyřikrát až pětkrát méně výkonné, než by pro filtraci podle současných standardů bylo potřeba.

Aerosol volně z obráběcích strojů uniká do ovzduší, do míst filtrace se však dostává jen malá část. Požadovaná kapacita může být až 100 000 m³.hod-1, reálná kapacita je však z technických, ekonomických i provozních důvodů například pouze na úrovni cca 20 000–30 000 m³.hod-1.
Aerosol je odsáván přímo z pracovního prostoru stroje, znečištěná vzdušnina prochází filtračním zařízením a po vyčištění se vrací zpět do okolního pracovního prostředí. Kapacitní požadavky jsou mnohem menší než u obecné ventilace, srovnatelná kapacita může být např. jen 16 000–20 000 m³.hod-1.

V současné době se proto uvedený princip obecné ventilace příliš nedoporučuje a mnohem častěji se používá princip cíleného odsávání přímo u zdroje vniku aerosolů, ať už na principu lokálním, semicentrálním nebo centrálním.

Lokální odsávání ‒každý stroj má vlastní filtrační jednotku, instalovanou buď přímo na stroji, nebo vedle něj.
Semicentrální odsávání – skupiny strojů jsou soutředěny do různě seskupených hnízd tak, aby bylo dosaženo optimálního odsávání.
Centrální odsávání – všechny stroje jsou sacím potrubním rozvodem napojeny na jednu výkonnou centrální filtrační jednotku.

Lokální odsávání pomocí filtrační jednotky Filtermist, která je napojena na odsávaný prostor stroje pomocí olejům odolné sací hadice a vsazené sací příruby. Semicentrální odsávání, které zajišťuje filtrační jednotka Absolent (šedá věž ve středu obrázku), na kterou je pomocí potrubního rozvodu napojeno hnízdo pěti obráběcích strojů.

Rozhodnutí o tom, jaký ze tří výše uvedených principů použít, je vždy individuální a je na projektantovi, aby zvážil všechny okolnosti a doporučil optimální řešení. Skutečností je, že současný trend spíše preferuje lokální a semicentrální řešení a jsou pro to dobré následující důvody:

• flexibilita – až překvapivě často dochází v současných (zejména mezinárodních) výrobních firmách ke změnám rozestavění obráběcích strojů. Pokud je stroj osazen lokálním filtračním systémem, je tato úloha snadná, v případě centrálního řešení je však často třeba zhotovit kompletně nové potrubní sací rozvody;

• nároky na prostor – výrobní firmy zcela běžně využívají své výrobní prostory na maximum a často bývá velmi obtížné najít místo pro ustavení poměrně velké centrální jednotky. Dalším problémem je pak potrubní sací rozvod. Musíme si uvědomit, že již při kapacitě cca 8 000 m³.hod-1 (což může představovat např. pouhá čtyři mírně větší obráběcí centra) je na vstupu do filtrační věže potřebné sací potrubí o průměru 400 až 500 mm, které nesmí nikde překážet a které se postupně větví na menší průměry směrem k odsávaným strojům. Toto potrubí se obvykle věší pod strop, kde je však již obvykle mnoho jiných rozvodů el. energie, vzduchu apod.;

• riziko závady – je velký rozdíl, když ve výrobní hale z důvodů poruchy vypadne jeden z mnoha malých lokálních systémů, nebo když dojde k fatálnímu přerušení funkce velké centrální jednotky, kdy se začne pracovní prostředí v hale okamžitě prudce zhoršovat;

• snadnější údržba – pro pracovníky údržby je mnohem snazší postupovat při pravidelné údržbě ve výrobní hale blokově krok za krokem a krátkodobě vypínat jeden stroj za druhým. Údržba velkých centrálních systémů se obvykle provádí s ohledem na její náročnost najednou, např. v době celozávodních dovolených. Velkým problémem je pochopitelně údržba sacího potrubí, které může být již po velmi krátké době silně zanesené, jeho průměr se tak neustále zmenšuje a tím klesá i úroveň odsávání.

Na druhé straně je pravda, že v případě centrálního řešení je technická údržba a kontrola filtračního systému soustředěna na jednom jediném místě – tento bod je tedy třeba posuzovat individuálně;

• energetická náročnost – motor ventilátoru centrální jednotky musí vykrýt i ztráty v sacím potrubí. Ovšem to nemusí platit vždy. Velká centrální jednotka může být (a měla by být) již vybavena frekvenčním měničem, který umožňuje změnu otáček ventilátoru a tím i změnu průtoku, což znamená, že např. při zcela nových filtračních elementech, kdy je jejich průchodnost nejlepší, lze tímto opatřením docílit značné úspory elektrické energie. Osazovat malé lokální jednotky frekvenčními měniči je sice technicky možné, ale vysoce neekonomické;

• nutnost celkové vyšší kapacity – s ohledem na ztráty v sacím potrubí musí být centrální jednotka dimenzována silněji, než je součet potřebné kapacity průtoku jednotlivých lokálních jednotek. To však nemusí platit v takových provozech, kde stroje pracují převážně v bezobslužném provozu (např. soustružnické automaty, pracující z tyčového materiálu) a prakticky nikdy nemůže dojít k tomu, aby se dveře všech těchto strojů otevřely najednou (výpočet potřebné kapacity metodou celkové otevřené plochy, viz další díl seriálu). V takových provozech může být naopak dosaženo nižší celkové kapacity, než by byl součet kapacity všech lokálních odlučovačů;

• možnost postupného osazování strojního parku – rozložení finančních nákladů do delšího časového období je bezpochyby též jedním z důvodů, proč výrobní firmy dávají přednost lokálním instalacím. Rovněž nákup a následné lokální osazení nového stroje je snadné, zatímco jeho napojení na stávající centrální systém je velmi problematické, protože každý centrální systém je nějakým způsobem vyprojektován a dimenzován pro určitou celkovou kapacitu.

WEMAC

Ing. David Kratochvíl

wemac@wemac.cz

www.wemac.cz

Související články
MM Podcast: Glosa - Poselství Garcíovi

Jsou věci, které ovlivnit nemůžeme, avšak máme možnost se k nim svobodně postavit. Pokud tak ale činíme ve stresu a se strachem, negativní dopad to jen znásobí. Naopak, uvedeme-li se do klidu s vědomím své vnitřní síly, víry a odhodlání, vše se může nakonec vyvíjet úplně jinak. 

Technická podpora vždy po ruce

Prostřednictvím nové aplikace LiveTechPro nabízí společnost Ceratizit kompetentní okamžitou technickou podporu i v období místního a národního lockdownu vyvolaného pandemií covid-19.

Názorové fórum odborníků

Výzkum a vývoj v oblasti řezných nástrojů podle doc. Jany Petrů z Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě (www.mmspektrum.com/200519) mj. dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování a konstrukce nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL.
Zabývá se těmito trendy také vaše společnost? Naleznou uživatelé výše popsané inovace ve vašich produktových portfoliích? Uveďte příklad.

Související články
Další krok k bezobslužné výrobě

Studie čínské univerzity Beihang, publikovaná v časopise International Journal of Production Research, přímo spojuje prediktivní údržbu s kvalitou výrobků. Jak je však pro výrobce tato dosahovaná prediktivita a vynikající kvalita u operací využívaných při soustružení oceli slučitelná se snižováním počtu pracovníků na dílenských pracovištích nebo s bezobslužnou výrobou? Článek objasňuje důvody, proč jsou pro kvalitu obráběných součástí nezbytné vhodné nástroje ve spojení s procesy zabezpečenými proti selhání.

Související články
Abeceda komunikace (nejenom) pro strojaře, Část 1. Komunikace je jako mariáš

Člověk je tvor společenský a komunikace je jeho stěžejní dovednost. Komunikujeme proto, aby se něco stalo. Aby se naplnil náš záměr. Ať už chceme někoho pobavit, poučit, informovat, nebo přimět ke spolupráci, potřebujeme, aby nám rozuměl. Cílem úspěšné komunikace je dosáhnout určitého efektu. Aby se tak stalo, musíme použít správný obsah, formu, ale i správné načasování. Hranice mezi úspěchem a neúspěchem je velmi často daná právě (ne)schopností komunikovat. Ve spolupráci s odbornicí na strategickou komunikaci Mirkou Čejkovou pro vás připravujeme seriál, který, jak věříme, bude inspirací pro zlepšení vašich komunikačních dovedností.

Fórum výrobních průmyslníků

Jak se současná doba odráží nachodu vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a kompletace, tak ikaždodenního přístupu k zamezení šíření koronaviru mezi vašimi zaměstnanci. Dokážete vyčíslit náklady, které jste již do těchto opatření investovali?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak se současný způsob výuky odráží na studentech – na jejich osobnosti, přístupu ke studiu, k dosahování dílčích výsledků, na přípravě k finální části studia, k následujícímu profesnímu působení, ale i v sociální/osobní rovině vazby pedagog – student?

Pět principů pro zvýšení efektivity

Tork, spadající pod společnost Essity, uvádí na trh novou příručku představující princip „kaizen“. Díky němu mohou podniky zavést filozofii kontinuálních vylepšení.

Když je řemeslo posláním

V součinnosti se zákazníkem navrhovat nástroje s maximální hospodárností a produktivitou – to je cílem rodinné nástrojářské společnosti UniCut, jejíž produkty můžete najít ve výrobních firmách prakticky po celém světě. Její jednatel, Ing. Petr Inemann, s nímž jsme měli možnost hovořit, převzal vedení firmy po svém otci. Nezdědil však jen firmu, ale především, jak sám říká, lásku k řemeslu.

Abychom na změny zareagovali včas

Covid-19 je humanitární krize, která má bezprecedentní dopady na všechna průmyslová odvětví. Podniky stojí před novou výzvou, na kterou musí reagovat. Některé podniky tuto výzvu využijí ke svému rozvoji a expanzi, některé ji jen přežijí, a budou i takové, které zaniknou. První reakcí bývá zastavení všech investic, včetně investic do informačních technologií. A právě informační technologie ukážou, kdo bude vítězem, a kdo poraženým.

Firma a příroda mají k sobě blízko.
Více, než si myslíme.

Společnosti Fosfa je největším zpracovatelem žlutého fosforu v Evropě. Z něho pak vyrábí esenciální směsi zejména pro potravinářské i speciální průmyslové aplikace, které vyváží do více než 80 zemí světa. Vedle toho vyrábí také přírodní ekologické produkty, jako jsou přírodní prostředky péče o tělo i domácnost Feel Eco. Její záběr je ale širší, provozuje první českou vertikální farmu Feel Greens, ve které s pomocí hydroponie pěstuje microgreens, bylinky a saláty zcela bez jakýchkoliv pesticidů, GMO či růstových regulátorů.

Technologie pro mistry horkého tváření

Zavítáte-li do části města Olomouc s názvem Bystrovany, bezpochyby vás zaujme architektonicky velmi čistá budova, součástí jejíž fasády je velké plastické červené logo Weba. Když pak vejdete dovnitř, ohromí vás výrobní hala monumentálních rozměrů s množstvím sofistikovaných strojů různých značek – zejména pak značky Mazak. Od loňského roku mezi nimi můžete spatřit i automatickou obráběcí linku se dvěma stroji Mazak Variaxis 1050.

Hodinky, nebo číselníkové úchylkoměry?

Dnes nejspíše neexistuje strojírenská výroba, kde by se „hodinky“, jak je mnohdy toto měřidlo nazýváno, nepoužívaly. Stejně tak jako „šupléra“ –označující posuvné měřítko– se slangový název „hodinky“ dostal strojařům pod kůži tak, že při použití odborně správného výrazu – číselníkový úchylkoměr – často zaváhají, oč vlastně jde. Pojďme se tedy podívat na hodinky, které jsou nepostradatelným pomocníkem každého strojaře, ale čas měřit neumí.

Inovace podnikatelského modelu, Část 3. Inovační projekty

V našem seriálu vznikajícím ve spolupráci s partnerskou sítí Inovato vás krok po kroku provázíme klíčovými fázemi inovačního procesu v kontextu ekosystému doby a místa. Své zkušenosti vám předávají praktici, kteří mají za sebou mnoho inovačních projektů s tržně úspěšnými výsledky. Přijměte naše pozvání do edukačních eventů.

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy 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