Wentylator do pyłów metalicznych

Pyły metaliczne powstają podczas wielu procesów obróbki metali, między innymi podczas szlifowania, cięcia, wiercenia, frezowania, polerowania czy obróbki mechanicznej. Ich skuteczne usuwanie wymaga odpowiednio zaprojektowanego układu odciągowego, którego jednym z najważniejszych elementów jest wentylator do pyłów metalicznych.

Dobór wentylatora nie powinien opierać się wyłącznie na jego maksymalnej wydajności. Należy uwzględnić rodzaj obrabianego metalu, sposób powstawania pyłu, wielkość cząstek, ilość zanieczyszczeń, wymaganą wydajność powietrza, opory instalacji, właściwości ścierne pyłu oraz możliwość występowania zagrożenia pożarowego lub wybuchowego.

W zależności od zastosowania właściwie dobrany wentylator może pracować jako element miejscowego odciągu stanowiska, instalacji centralnego odpylania lub układu współpracującego z filtrem, separatorem albo innym urządzeniem do oczyszczania powietrza.

Czym są pyły metaliczne i gdzie powstają?

Pyły metaliczne to drobne cząstki materiału powstające podczas mechanicznej lub termicznej obróbki metali. Ich właściwości mogą znacznie różnić się w zależności od rodzaju metalu i procesu technologicznego.

Do procesów, w których może być wymagane odciąganie pyłów metalicznych, należą między innymi:

• Szlifowanie
• Polerowanie
• Gratowanie
• Cięcie
• Wiercenie
• Frezowanie
• Toczenie
• Obróbka na maszynach CNC
• Śrutowanie
• Piaskowanie
• Obróbka powierzchniowa

Charakter zanieczyszczeń może być bardzo różny. W jednym procesie powstaje drobny pył, w innym większe cząstki i wióry, a w jeszcze innym mieszanina pyłu z gorącymi cząstkami materiału.

Z tego względu wentylator i pozostałe elementy instalacji powinny być dobierane do konkretnego procesu technologicznego.

Pyły powstające podczas szlifowania

Szlifowanie może generować dużą ilość drobnych cząstek. Pył jest wtedy często przechwytywany przez okap, osłonę maszyny, stół odciągowy lub inne rozwiązanie miejscowego odciągu.

Ważne jest zapewnienie odpowiedniego przepływu powietrza bezpośrednio w strefie powstawania pyłu.

Pyły podczas cięcia metali

Podczas cięcia mogą powstawać zarówno drobne cząstki, jak i gorące fragmenty materiału. Konstrukcja punktu odciągowego i sposób prowadzenia instalacji powinny uwzględniać charakter procesu.

Pyły podczas wiercenia i frezowania

W obróbce skrawaniem powstają przede wszystkim wióry i drobniejsze cząstki materiału. W przypadku maszyn CNC sposób odbioru zanieczyszczeń zależy od konstrukcji maszyny oraz stosowanego procesu.

Jeżeli podczas obróbki stosowane są chłodziwa lub oleje, mogą dodatkowo powstawać mgły olejowe. Ich odciąganie jest zagadnieniem odmiennym od suchego odpylania i wymaga odpowiednio dobranego urządzenia filtracyjnego.

Pyły podczas śrutowania i piaskowania

Procesy obróbki strumieniowo-ściernej generują duże ilości pyłu oraz zużytego materiału ściernego. W takich instalacjach szczególne znaczenie ma odpowiednia filtracja oraz odporność elementów instalacji na ścieranie.

A co z dymami spawalniczymi?

Dymy powstające podczas spawania mają inną charakterystykę niż suche pyły powstające podczas szlifowania czy cięcia. Wymagają odpowiednio zaprojektowanego odciągu spawalniczego.

Dlatego instalacji do odciągania dymów spawalniczych nie należy utożsamiać z typowym odpylaniem suchego pyłu metalicznego.

Jakie pyły metaliczne może transportować wentylator?

Rodzaj metalu ma znaczenie dla doboru całej instalacji. W zależności od procesu mogą powstawać pyły pochodzące między innymi z:

Pyłów stalowych

Powstają podczas szlifowania, cięcia i innych procesów mechanicznej obróbki stali. W zależności od procesu mogą mieć różną granulację i właściwości ścierne.

Pyłów ze stali nierdzewnej

Podczas obróbki stali nierdzewnej mogą powstawać drobne cząstki wymagające skutecznego miejscowego odciągu.

Pyłów aluminiowych

Pyły aluminium wymagają szczególnej uwagi ze względu na ich właściwości oraz możliwość powstania atmosfery wybuchowej w określonych warunkach.

Pyłów miedzianych i mosiężnych

Powstają podczas mechanicznej obróbki elementów z metali nieżelaznych. Parametry odciągu należy dobrać do konkretnego procesu.

Pyłów żeliwnych

W przypadku obróbki żeliwa mogą powstawać cząstki o właściwościach ściernych, dlatego ważna jest odporność elementów instalacji na zużycie.

Pyłów innych metali i stopów

W przypadku stopów metali konieczna jest analiza właściwości konkretnego materiału. Samo określenie „pył metaliczny” nie zawsze wystarcza do prawidłowego doboru urządzeń.

Jaki wentylator do pyłów metalicznych?

W instalacjach odpylania metali często stosuje się wentylatory promieniowe, szczególnie gdy instalacja wymaga pokonania znacznych oporów przepływu.

Wentylator należy jednak dobrać do rzeczywistego punktu pracy oraz charakterystyki transportowanego medium.

Wentylator promieniowy do pyłów metalicznych

Wentylatory promieniowe mogą być stosowane w instalacjach wyposażonych w:

• Długie kanały
• Liczne kształtki
• Filtry
• Separatory
• Odpylacze
• Kilka punktów odciągowych

Ich zaletą jest możliwość uzyskania odpowiedniego sprężu przy wymaganym przepływie powietrza.

Wentylator do odpylania stanowisk obróbki metalu

Wentylator może współpracować między innymi z:

• Ramionami odciągowymi
• Okapami
• Stołami odciągowymi
• Osłonami maszyn
• Punktami odciągowymi maszyn CNC

W takim układzie szczególnie ważne jest zapewnienie odpowiedniego przepływu powietrza w miejscu powstawania pyłu.

Wentylator do transportu pyłu metalicznego

Jeżeli przez wentylator przepływa powietrze zawierające znaczną ilość cząstek metalicznych, konstrukcja urządzenia powinna być odpowiednio dostosowana do transportowanego medium.

Szczególną uwagę należy zwrócić na ścieranie wirnika, możliwość osadzania materiału oraz ewentualne zagrożenie związane z gorącymi cząstkami lub iskrzeniem.

Jak dobrać wentylator do pyłów metalicznych?

Dobór wentylatora powinien uwzględniać parametry całej instalacji.

Rodzaj metalu

Należy określić, jaki materiał jest obrabiany i jakie właściwości mają powstające cząstki.

Proces obróbki

Inne wymagania może mieć szlifowanie, inne cięcie, a jeszcze inne frezowanie lub obróbka na centrum CNC.

Wielkość cząstek

Drobny pył wymaga innego podejścia niż większe cząstki lub wióry.

Ilość powstającego pyłu

Im większa ilość zanieczyszczeń, tym większe znaczenie ma odpowiednio zaprojektowany punkt odbioru i system filtracyjny.

Wymagana wydajność

Wentylator musi zapewnić odpowiedni przepływ powietrza dla punktów odciągowych.

Wymagany spręż

Należy uwzględnić wszystkie opory występujące w instalacji.

Długość i średnica kanałów

Parametry przewodów mają bezpośredni wpływ na straty ciśnienia.

Rodzaj filtra

Filtr jest jednym z elementów wpływających na całkowity opór instalacji.

Właściwości ścierne

Jeżeli pył powoduje intensywne zużywanie materiału, należy zastosować odpowiednio odporną konstrukcję.

Zagrożenie wybuchem

W przypadku niektórych pyłów metalicznych konieczna jest szczegółowa analiza ryzyka i ewentualny dobór urządzeń w wykonaniu przeciwwybuchowym.

Wydajność wentylatora do odpylania metali

Wymagana wydajność wentylatora wynika przede wszystkim z zapotrzebowania punktów odciągowych.

W prostych przypadkach można posłużyć się zależnością:

Q = v × A × 3600

gdzie:

• Q - przepływ powietrza [m³/h]
• v - prędkość powietrza [m/s]
• A - pole przekroju [m²]

W przypadku odpylania stanowisk metalowych szczególnie istotne jest jednak określenie warunków przechwytywania zanieczyszczenia.

Przykładowo odciąg znajdujący się blisko miejsca powstawania pyłu może wymagać innego przepływu niż punkt odciągowy znajdujący się w większej odległości.

Dlatego przy projektowaniu stanowiska warto określić wymaganą prędkość porywania (Capture Velocity) i na jej podstawie ustalić wymagany przepływ.

W instalacji centralnej trzeba również uwzględnić liczbę stanowisk i rzeczywisty sposób ich pracy. Jeżeli wszystkie maszyny nie pracują jednocześnie, projektowanie na sumę wszystkich maksymalnych przepływów może prowadzić do przewymiarowania systemu.

Spręż wentylatora do pyłów metalicznych

Wentylator musi pokonać całkowity opór instalacji.

Na jego wartość wpływają między innymi:

• Długość kanałów
• Średnice przewodów
• Kolana
• Trójniki
• Przepustnice
• Okapy
• Ramiona odciągowe
• Stoły odciągowe
• Filtry
• Separatory
• Wyrzutnie

W instalacjach odpylania metali spręż może być szczególnie istotny w przypadku długich kanałów i filtrów o dużych oporach.

Wentylator powinien być więc dobrany tak, aby przy wymaganej wydajności powietrza zapewniał odpowiedni spręż.

Nie należy wybierać urządzenia wyłącznie na podstawie wartości maksymalnej wydajności katalogowej.

Wentylator do pyłów metalicznych przed czy za filtrem?

Położenie wentylatora w instalacji może mieć istotne znaczenie dla jego warunków pracy.

Wentylator po stronie czystego powietrza

Przykładowy układ:

stanowisko → kanały → filtr → wentylator → wyrzut

W takim rozwiązaniu wentylator pracuje po stronie oczyszczonego powietrza. Dzięki temu jego wirnik jest w mniejszym stopniu narażony na kontakt z pyłem.

Wentylator po stronie zapylonej

Możliwy jest również układ:

stanowisko → kanały → wentylator → filtr → wyrzut

W tym przypadku przez wentylator przepływa zapylone powietrze. Konstrukcja urządzenia musi być więc odpowiednia do rodzaju transportowanego medium.

Znaczenie mają między innymi:

• Ścieralność pyłu
• Jego granulacja
• Stężenie
• Temperatura
• Możliwość osadzania się materiału
• Zagrożenie iskrzeniem

Konstrukcja wentylatora do pyłów metalicznych

Dobór wentylatora obejmuje nie tylko jego charakterystykę aerodynamiczną, ale również konstrukcję mechaniczną.

Wirnik

Wirnik jest jednym z elementów najbardziej narażonych na kontakt z transportowanymi cząstkami.

W przypadku pyłów ściernych może dochodzić do stopniowego zużywania łopatek. Zużycie może zmieniać charakterystykę wentylatora i powodować niewyważenie wirnika.

Dlatego w zastosowaniach z pyłami metalicznymi należy zwrócić uwagę na:

• Materiał wirnika
• Jego konstrukcję
• Odporność na ścieranie
• Sposób wyważenia

Obudowa

Obudowa musi być dostosowana do parametrów przepływu i warunków pracy.

Jeżeli transportowane medium jest silnie ścierne lub agresywne, również materiał obudowy powinien zostać odpowiednio dobrany.

Łożyska i napęd

Ważna jest ochrona elementów mechanicznych przed wpływem pyłu, odpowiednia temperatura pracy oraz prawidłowe smarowanie i konserwacja.

W zależności od konstrukcji stosuje się napęd bezpośredni lub pośredni.

Materiał wykonania

Wybór materiału zależy między innymi od rodzaju pyłu, temperatury, wilgotności i właściwości chemicznych medium.

Wentylator do ściernych pyłów metalicznych

Niektóre pyły metaliczne mogą powodować intensywne zużywanie elementów instalacji.

Dotyczy to szczególnie procesów, w których występują:

• Twarde cząstki
• Drobiny materiału ściernego
• Duża koncentracja cząstek
• Wysoka prędkość przepływu

Ścieranie może dotyczyć:

• Wirnika
• Obudowy wentylatora
• Kanałów
• Kolan
• Separatorów
• Filtrów

Szczególnie narażone na zużycie są elementy, w których przepływ zmienia kierunek. Dlatego przy projektowaniu instalacji warto zwrócić szczególną uwagę na kolana i inne kształtki.

W zależności od warunków można stosować rozwiązania o zwiększonej odporności na ścieranie oraz odpowiednio dobierać materiały i grubości elementów instalacji.

Wentylator do pyłów aluminiowych - szczególne wymagania

Pyły aluminium wymagają szczególnej uwagi podczas projektowania instalacji odpylania.

Podczas szlifowania, polerowania czy innej obróbki mechanicznej mogą powstawać drobne cząstki o właściwościach różniących się od większych wiórów aluminium.

W określonych warunkach drobny pył aluminiowy może tworzyć z powietrzem atmosferę wybuchową. Dlatego nie należy automatycznie stosować standardowego wentylatora bez wcześniejszej analizy zagrożeń.

Należy uwzględnić między innymi:

• Sposób powstawania pyłu
• Jego granulację
• Stężenie
• Możliwość gromadzenia się pyłu
• Źródła zapłonu
• Elektryzowanie
• Uziemienie
• Klasyfikację stref zagrożenia wybuchem

Dobór rozwiązania powinien dotyczyć całej instalacji, a nie tylko wentylatora.

Wentylator do pyłów stalowych i żeliwnych

Pyły powstające podczas obróbki stali i żeliwa mogą mieć znaczące właściwości ścierne.

W przypadku szlifowania należy również uwzględnić możliwość powstawania gorących cząstek i iskier.

Wentylator oraz pozostałe elementy systemu powinny być więc dobrane z uwzględnieniem:

• Rodzaju procesu
• Temperatury cząstek
• Granulacji
• Ilości materiału
• Ścieralności
• Sposobu filtracji

Parametry instalacji do szlifowania stali mogą znacząco różnić się od systemu służącego do usuwania drobnego pyłu z określonego procesu obróbki CNC.

Wentylator do pyłów metalicznych a ATEX

Niektóre pyły metaliczne mogą stwarzać zagrożenie wybuchowe. Szczególną uwagę należy zwrócić między innymi na drobne pyły aluminium, magnezu oraz wybrane materiały i stopy.

Nie oznacza to jednak, że każdy wentylator do pyłów metalicznych musi być urządzeniem ATEX.

Konieczne jest przeanalizowanie właściwości konkretnego materiału i warunków procesu.

Należy uwzględnić między innymi:

• Możliwość powstawania atmosfery wybuchowej
• Klasyfikację stref
• Stężenie pyłu
• Źródła zapłonu
• Temperaturę powierzchni urządzeń
• Możliwość powstawania iskier
• Elektryzowanie się pyłu
• Uziemienie instalacji

Jeżeli analiza zagrożenia wskazuje na konieczność zastosowania urządzeń przeciwwybuchowych, wentylator powinien zostać dobrany odpowiednio do warunków występujących w konkretnej instalacji.

Wentylator do pyłów metalicznych a iskry

W procesach takich jak szlifowanie i cięcie metali mogą powstawać nie tylko pyły, ale również gorące cząstki i iskry.

Jest to istotne z punktu widzenia bezpieczeństwa instalacji.

Należy odróżnić:

• Zimny pył
• Gorące cząstki
• Iskry
• Żarzący się materiał

W zależności od procesu konieczne może być zastosowanie dodatkowych rozwiązań zabezpieczających, np. odpowiednio dobranego separatora iskier.

Nie należy zakładać, że sam filtr lub wentylator rozwiązuje problem przedostawania się gorących cząstek do dalszej części instalacji.

Wentylator do pyłów metalicznych a filtracja

Wentylator jest tylko jednym z elementów systemu odpylania.

Przykładowy układ może wyglądać następująco:

stanowisko → punkt odciągowy → kanały → filtr → wentylator → wyrzut

W zależności od zastosowania stosuje się między innymi:

• Filtry patronowe
• Filtry workowe
• Separatory
• Cyklony
• Centralne odpylacze

Dobór filtra zależy od charakterystyki pyłu oraz wymaganego stopnia oczyszczania powietrza.

W instalacjach odpylających metale szczególnie ważne jest również uwzględnienie możliwości występowania iskier oraz właściwości pyłu.

Odciąganie pyłów z maszyn CNC

Maszyny CNC mogą generować pyły i drobne cząstki podczas:

• Frezowania
• Wiercenia
• Cięcia
• Szlifowania
• Innych procesów obróbki mechanicznej

Punkt odciągowy powinien być możliwie dobrze dopasowany do konstrukcji maszyny.

W zależności od urządzenia można stosować odciąg bezpośredni, króciec technologiczny, osłonę lub inne rozwiązanie ograniczające wydostawanie się zanieczyszczeń do hali.

W przypadku obróbki z użyciem chłodziw lub olejów należy odróżnić suche pyły od mgły olejowej. Są to różne rodzaje zanieczyszczeń, dlatego wymagają odpowiedniego doboru urządzeń filtracyjnych.

Odciąganie pyłów ze szlifowania metalu

Szlifowanie jest jednym z procesów, w których szczególnie istotne jest skuteczne przechwycenie zanieczyszczeń bezpośrednio przy źródle ich powstawania.

W zależności od stanowiska można zastosować:

• Ramię odciągowe
• Okap
• Stół odciągowy
• Odciąg zintegrowany z maszyną
• Centralną instalację odpylania

Ważne jest określenie odpowiedniej prędkości porywania, czyli warunków, które pozwolą przechwycić pył zanim rozprzestrzeni się po hali.

Samo zastosowanie mocnego wentylatora nie gwarantuje skutecznego odciągania. Jeżeli punkt odbioru znajduje się zbyt daleko lub ma nieodpowiednią geometrię, zwiększanie wydajności wentylatora może nie rozwiązać problemu.

Jak obliczyć moc wentylatora do pyłów metalicznych?

Podstawową zależność można zapisać jako:

P = Q × Δp / η

gdzie:

• P - moc [W]
• Q - przepływ powietrza [m³/s]
• Δp - wymagany spręż [Pa]
• η - sprawność układu

Zależność pokazuje, że moc zależy zarówno od przepływu powietrza, jak i od oporów instalacji.

Jeżeli instalacja ma długie kanały, wiele kształtek oraz filtr o wysokim oporze, wymagany spręż będzie większy, a tym samym wzrośnie zapotrzebowanie na moc.

Przy doborze silnika należy korzystać z charakterystyki konkretnego wentylatora i jego rzeczywistego punktu pracy.

Najczęstsze błędy przy doborze wentylatora do pyłów metalicznych

Dobór wyłącznie według wydajności

Wentylator o wysokiej wydajności może nie zapewnić odpowiedniego przepływu przy wymaganym sprężu.

Brak analizy rodzaju metalu

Pyły różnych metali mogą mieć odmienne właściwości, dlatego nie należy traktować wszystkich pyłów metalicznych jednakowo.

Pomijanie ścieralności

Intensywne zużywanie wirnika lub kanałów może skrócić żywotność instalacji.

Nieuwzględnienie filtra

Opór filtra powinien zostać uwzględniony w bilansie całej instalacji.

Zbyt mały spręż

Jeżeli wentylator nie może pokonać oporów systemu, rzeczywista wydajność będzie niższa od wymaganej.

Nieodpowiedni punkt odciągowy

Nawet bardzo wydajny wentylator nie zapewni skutecznego odciągu, jeżeli zanieczyszczenie nie jest prawidłowo przechwytywane przy źródle.

Brak analizy zagrożenia wybuchem

W przypadku niektórych pyłów metalicznych konieczna jest szczegółowa analiza ryzyka.

Pominięcie iskier i gorących cząstek

W przypadku szlifowania i cięcia należy uwzględnić charakter procesu i możliwość powstawania gorących cząstek.

Łączenie różnych rodzajów zanieczyszczeń bez analizy

Pył suchy, dymy spawalnicze i mgła olejowa mają różne właściwości i nie zawsze powinny być prowadzone przez ten sam układ filtracyjny.

Jak dobrać wentylator do pyłów metalicznych - krok po kroku?

Dobór można przeprowadzić według następującej procedury:

• Określ rodzaj metalu
• Określ proces obróbki
• Określ charakter pyłu
• Określ miejsce powstawania pyłu
• Wyznacz wymagany przepływ powietrza
• Określ średnice i długości kanałów
• Oblicz straty ciśnienia
• Uwzględnij filtr, separator i pozostałe urządzenia
• Określ wymagany spręż wentylatora
• Przeanalizuj ścieralność, temperaturę i możliwość występowania iskier
• Sprawdź, czy występuje zagrożenie wybuchem
• Dobierz wentylator do rzeczywistego punktu pracy

Dopiero po wykonaniu tych czynności można właściwie określić wymagany typ, wielkość i konstrukcję wentylatora.

Wentylatory do pyłów metalicznych Mastervent

Mastervent oferuje rozwiązania stosowane w instalacjach przemysłowej wentylacji, odpylania i filtrowentylacji.

Wentylator może zostać dobrany do zastosowań związanych między innymi z:

• Odpylaniem stanowisk szlifierskich
• Obróbką metali
• Maszynami CNC
• Cięciem metali
• Polerowaniem
• Centralnymi instalacjami odpylania
• Transportem zapylonego powietrza

Przy doborze należy uwzględnić parametry całej instalacji, a nie tylko wymagany przepływ. Istotne są między innymi spręż, długość kanałów, rodzaj filtra, charakterystyka pyłu oraz warunki pracy.

W przypadku pyłów metalicznych szczególne znaczenie może mieć również odporność na ścieranie oraz analiza zagrożeń związanych z gorącymi cząstkami, iskrzeniem lub atmosferą wybuchową.

Podsumowanie

Wentylator do pyłów metalicznych powinien być dobierany na podstawie parametrów konkretnego procesu obróbki metalu oraz całej instalacji odpylania. Nie wystarczy określić wymaganej wydajności powietrza. Konieczne jest również uwzględnienie sprężu, długości i średnicy kanałów, rodzaju filtra, właściwości pyłu oraz warunków pracy.

Szczególne znaczenie ma rodzaj obrabianego metalu. Pyły stalowe, aluminiowe, żeliwne czy pochodzące z metali nieżelaznych mogą różnić się między sobą pod względem ścieralności, granulacji, przewodności czy możliwości powstawania atmosfery wybuchowej.

W przypadku szlifowania i cięcia należy również uwzględnić możliwość występowania gorących cząstek i iskier. Jeżeli analiza procesu wskazuje na zagrożenie wybuchem, wymagania dotyczące bezpieczeństwa powinny zostać uwzględnione przy projektowaniu całego systemu.

Ostateczny wybór wentylatora powinien być wykonany na podstawie rzeczywistego punktu pracy, czyli wymaganej wydajności powietrza oraz sprężu wynikających z parametrów instalacji.