Témata
Reklama

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.

Reklama
Reklama

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

Reklama
Související články
Servis průmyslových ventilátorů

Spolehlivý chod průmyslových ventilátorů má zásadní význam pro funkci mnoha technologických zařízení. Studie ukazují, že až 22 % energie spotřebované průmyslovými elektromotory připadá na ventilátory, a proto má jejich efektivní provoz také významný finanční přínos. Co však především ovlivňuje účinnost průmyslových ventilátorů a jak mohou konstruktéři optimalizovat jejich výkonnost?

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.

Související články
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Energetické úspory pod kontrolou

Chlazení rozváděčů není levnou záležitostí. Navíc, čím je chladicí jednotka v provozu déle, tím vyšší provozní náklady vznikají. Všichni, kdo chtějí vědět, zdali je výhodné kupovat nejnovější produkty, mohou nyní použít nový kalkulátor společnosti Rittal, který spočítá energetickou účinnost a celkové náklady na vlastnictví (TCO). Stačí čtyři kroky a on-line nástroj rychle, pohodlně a zcela zdarma vypočítá potenciální energetické úspory.

Technologie pro zpracování druhotného odpadu

Tváří v tvář současným náročným ekonomickým podmínkám závody na zpracování hliníku napříč celou Evropou hledají lepší a efektivnější způsoby, jak zpracovat druhotný kovový odpad. Z finančního hlediska je to logické, ale přináší to kromě zajímavých možností také komplikace.

Nejúspornější chlazení rozváděčových skříní

Na veletrhu Hannover Messe 2015 představila společnost Rittal světovou novinku v chlazení rozváděčových skříní – generaci chladicích jednotek Blue e+ – jako mílový krok vpřed nejen v oblasti úspornosti. Vedle výrazně vyšší energetické účinnosti oproti dosavadním řešením chlazení zaujmou tato zařízení také svojí flexibilitou, bezpečností a pohodlnou manipulací.

Optimalizace řemenových pohonů a úspora energie

Řemenové pohony a potenciální úspory energie, které s nimi souvisejí, jsou často přehlíženy, protože konstruktéři a technici údržby se zaměřují pouze na výslednou podobu pohonu.

Zdrojem energie budoucnosti jsou úspory

Hledání nových zdrojů energie, snaha zefektivnit výrobní procesy a dosáhnout vyšších úspor jsou témata, která v současné době rezonují v celém světě napříč nejrůznějšími obory. Společnost Parker přichází na český trh s nízkoenergetickou adsorpční sušičkou se studenou regenerací Pneudri MXLE Advantage, jíž by si měli všimnout všichni, které zajímají úspory při spotřebě energie, kvalitní technické zpracování problematiky sušení stlačeného vzduchu a snížené dopady na životní prostředí.

Kompaktní filtrační jednotka pro nejtěžší aplikace

Pro odsávání olejových aerosolů a emulzní mlhoviny v kovoprůmyslu je dnes k dispozici dostatečné množství různých filtračních systémů.

Evropské trubky i kabely míří vzhůru

Na rozdíl od globálních trendů evropské závody na výrobu ocelových trubek svou produkci zvyšují. Ani optické kabely nezůstávají pozadu. Díky vybudování sítí s optickými kabely bude výkonnost širokopásmových sítí narůstat.

Přesné a účinné chlazení pro obráběcí stroje

Teplota chladicího média v obráběcích strojích musí být velmi přesně regulována tak, aby byla zajištěna vysoká přesnost obrábění. Systém chlazení musí být také energeticky účinný, všestranný, spolehlivý a snadno udržovatelný. Společnost Rittal tyto požadavky zohlednila při vývoji zcela nové generace chladičů kapaliny Blue e+. Výsledkem je systém chlazení kapaliny pro zpracovatelský průmysl a strojírenství, který nastavuje nový tržní standard.

Průmyslové chlazení

Nedávná tropická vedra vedla ke zvýšenému zájmu o problematiku chlazení a klimatizace. A podle meteorologů a klimatologů bychom se měli připravit na to, že horké dny nebyly rozhodně poslední.

Cílené a efektivní chlazení

Nárůst výkonu výrobních technologií zvyšuje potřebu odvodu ztrátového tepla z rozváděčových skříní. Na základě požadavku vyšších chladicích výkonů Rittal nabízí vysoce efektivní klimatizační řešení, která se zaměřují především na energetickou účinnost. Inovativní komponenty klimatizace a chladicí systémy dnes nabízejí o více než 40 procent vyšší účinnost než systémy dosavadní.

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