Sistema de remoção de poeira e exaustão de fumaça na máquina de corte a laser

Imagine cortar um metal grosso com um laser, mas ser cercado por fumaça e poeira nocivas. Essa é a realidade atual dos setores de corte a laser. Nosso artigo explora os sistemas avançados de remoção de poeira e exaustão de fumaça que resolvem esse problema, garantindo um ambiente mais seguro e a conformidade com as normas. Ao continuar lendo, você descobrirá soluções inovadoras para melhorar a qualidade do ar e manter operações eficientes em máquinas de corte a laser de alta potência.

Índice

1. Riscos de fumaça e poeira do corte a laser e mecanismo de exaustão de fumaça

Nos últimos anos, o setor de corte a laser tem se desenvolvido rapidamente, e a potência de vários lasers tem se tornado cada vez maior.

Com a melhoria contínua da espessura e da velocidade de corte a laser, a quantidade de fumaça e poeira gerada por unidade de tempo está aumentando.

Se o sistema original de remoção de poeira da máquina de corte a laser ainda for usado, ele não poderá atender às necessidades normais de remoção de poeira e não poderá atender às regulamentações correspondentes do governo e do setor.

Para melhorar a qualidade do produto e atender às necessidades do cliente, este documento se concentra na pesquisa e otimização do sistema de remoção de poeira para corte a laser máquinas de 6kW ou mais.

1.1 Perigos da fumaça e da poeira do corte a laser

A fumaça e a poeira liberadas durante o corte a laser de chapas metálicas podem ser divididos em poeira e aerossóis, dos quais 97% têm um diâmetro inferior a 5,7 μm, o que significa que a maior parte da fumaça e da poeira pode ser inalada pelo corpo humano.

Dependendo do material de corte e da cena, outras substâncias nocivas também podem ser produzidas.

Por exemplo, se a superfície da folha tiver óleo, ela produzirá gases compostos de hidrocarbonetos muito complexos; se a superfície da folha tiver um filme, o corte liberará compostos lipídicos e olefínicos, acompanhados de um odor perceptível.

Se a fumaça e a poeira produzidas durante o corte a laser não forem capturadas e tratadas com eficácia, elas prejudicarão a saúde humana e o meio ambiente.

1.2 Mecanismo de exaustão de fumaça do corte a laser

Durante corte a laser de metal folhas, uma pressão negativa é formada abaixo da superfície de corte pela extração de ar por meio de um ventilador, e a fumaça e a poeira produzidas pelo corte são sugadas.

Atualmente, o setor geralmente usa um método de várias divisões. A área de corte efetiva é dividida em várias zonas, e o amortecedor correspondente é aberto de acordo com a posição de corte real para obter um melhor efeito de remoção de poeira. Isso é mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Diagrama esquemático da estrutura de remoção de poeira do corte a laser.

De acordo com a fórmula, o volume de ar necessário para o coletor de pó é:

Lp=K×3600(5H2+Fx)Vx (m3/h) (1)

Onde K é o coeficiente de margem de seleção, que é ≥1,2; H é a distância entre a porta de sucção real e a posição de corte, em metros; Fx é a área de partição do funil de poeira, em metros quadrados; Vx é a velocidade do vento na posição de corte, em metros por segundo.

A partir da Equação (1), é possível observar que, para máquinas de corte a laser equipadas com coletores de pó com o mesmo volume de ar, quanto menor a área de partição do funil e quanto mais próxima a porta de sucção estiver da distância de corte, maior será a velocidade do vento de remoção de pó na superfície da mesa de trabalho e melhor será o efeito de remoção de pó.

Por meio de vários experimentos em diferentes chapa metálica e parâmetros de corte, a velocidade do vento ideal para a remoção de poeira da superfície da placa de corte está entre 0,8 e 1,2 m/s. Nesse caso, o efeito de remoção de poeira é bom, e a taxa de sucesso de captura de fumaça e poeira é superior a 95%. Não há fumaça evidente vista a olho nu ou nos pulmões. Se a velocidade do vento de remoção de poeira da superfície da placa de corte for inferior a 0,5 m/s, o efeito de remoção de poeira é ruim e haverá fumaça evidente ao cortar placas de aço carbono. Se a velocidade do vento de remoção de poeira da superfície da tábua de corte for superior a 1,2 m/s, o efeito de remoção de poeira será bom, mas também sugará mais faíscas ou escória, causando danos ao equipamento. equipamento de remoção de poeiraou até mesmo causar incêndios.

2. Otimização estrutural do sistema de remoção de poeira

2.1 Redução da área de partição do funil de pó

Com base na fórmula acima, é óbvio que uma maneira de aumentar a velocidade do vento de remoção de poeira na posição de corte sem aumentar a potência do coletor de poeira é reduzir a área de partição do funil de poeira.

A partir dessa perspectiva, realizamos testes e experimentos comparativos práticos. Mudamos a máquina com o mesmo escopo de corte de 5 partições para 6 partições. Após a melhoria, o comprimento da seção permaneceu inalterado em 2,07 m, enquanto a largura da seção foi reduzida de 0,85 m para 0,69 m, reduzindo a área da partição em 19%, conforme mostrado na Figura 2.

Figura 2 - Área da divisória de remoção de poeira
 (a) Antes da melhoria (b) Após a melhoria

De acordo com o teste, sob as mesmas condições de volume de ar, temperatura e posição de medição, a velocidade média do vento na superfície da mesa de trabalho antes da melhoria era de 0,63 m/s e, após a melhoria, a velocidade média do vento aumentou para 0,75 m/s, o que representa um aumento de cerca de 19%.

Portanto, a redução da área de partição pode aumentar diretamente a velocidade do vento Vx quando o volume de ar Lp permanece o mesmo.

No entanto, o aumento da partição de remoção de poeira também trará algumas desvantagens, como o aumento do número de portas de ar, o que causará mais vazamentos de ar; o aumento do número de cilindros usados para controlar as portas de ar pode aumentar o custo e a possibilidade de falhas.

Portanto, é necessário fazer escolhas com base no posicionamento real do produto.

2.2 Redução da distância entre a porta de sucção e a superfície de corte

Com base na fórmula acima, é óbvio que a segunda maneira de aumentar a velocidade do vento de remoção de poeira na posição de corte sem aumentar a potência do coletor de poeira é reduzir a distância entre a porta de sucção e a superfície de corte.

Em relação às máquinas de corte a laser, aumentar a altura do duto de ar significa diminuir a distância entre a porta de sucção da porta de ar e a mesa de trabalho.

Também realizamos experimentos de teste comparativos sob as mesmas condições da divisória de remoção de poeira e do ventilador de remoção de poeira. Os dados correspondentes do teste de velocidade média real para três vezes o aumento da altura do duto de ar são mostrados na Tabela 1.

Como pode ser visto na tabela, quando o valor de H diminui proporcionalmente, o Vx aumenta continuamente. Entretanto, devido às limitações estruturais da máquina de corte a laser, há limitações para reduzir o valor H.

Além disso, como a altura do duto de ar continua aumentando, é necessário considerar um esquema de proteção para evitar que o laser danifique o duto de ar. O duto de ar deve ser disposto fora da área de corte, especialmente em máquinas de alta potência.

Tabela 1 - Registro de dados do teste de velocidade do vento

 FundamentosOpção 1Opção 2Opção 3
Velocidade média real do vento na superfície da tabela de trabalho Vx (m/s-1)0.520.630.740.84
Distância da superfície da mesa de trabalho até a porta de sucção H /m0.60 0.50 0.400.30
Volume de ar do ventilador de teste Lp (m3/h-36000600060006000

2.3 Redução da perda de pressão do sistema de remoção de poeira

De acordo com o gráfico de Moody, o coeficiente de amortecimento λ ao longo do caminho pode ser determinado pelo número de Reynolds Re e pela relação ε/d (em que ε é a rugosidade absoluta da parede do duto de ar e d é o diâmetro equivalente do tubo).

Quanto maior o λ, maior a perda de pressão ao longo do caminho.

Combinando com o fluxo real de ar no duto de ar, pode-se observar que quanto maior o diâmetro equivalente d do duto de ar, menor o λ, e quanto menor a área de superfície s (com comprimento e circunferência seccional c constantes), menor a perda por atrito.

Portanto, em termos de redução da perda de pressão ao longo do caminho, os tubos redondos devem ser preferidos primeiro, seguidos pelos tubos quadrados e depois pelos tubos retangulares.

Conforme mostrado na Tabela 2, com a mesma área de seção transversal, o diâmetro equivalente do tubo redondo é o maior, e a área de superfície dentro do tubo é a menor.

Tabela 2 Diâmetro equivalente e circunferência seccional de tubo redondo, tubo quadrado e tubo retangular.

DutosTubo circular
(Φ,114)  
Tubo quadrado
(100×100)   
Tubo retangular
(150×67)
Diâmetro equivalente d  114100 92
Circunferência seccional c354400434

Devido às restrições na estrutura das máquinas de corte a laser, é difícil usar tubos circulares para estruturas de dutos de ar.

Em geral, tubos quadrados e retangulares são usados para o duto de ar principal. Por exemplo, um tubo retangular com tamanho de 250×150 e um tubo quadrado com tamanho de 200×200 são usados.

O diâmetro equivalente do tubo retangular é de 0,19 m e o do tubo quadrado é de 0,2 m. Os testes mostraram que, em um volume de ar constante de 5000m3/h e o comprimento do duto de ar, a perda de pressão unitária do tubo retangular é de 34,86Pa/m e a do tubo quadrado é de 26,93Pa/m, com uma redução de 23%.

A faixa recomendada para a velocidade do vento dentro do duto de ar da máquina de corte a laser é de 15 a 18 m/s.

De acordo com a fórmula V=Q/S, é possível verificar se a seleção da seção do duto de ar é razoável ou não de acordo com o volume de ar do coletor de pó e a velocidade do vento recomendada dentro do duto.

Se a velocidade do vento dentro do duto for muito baixa, é provável que a fumaça e a poeira dentro do duto se acumulem; por outro lado, se a velocidade do vento dentro do duto for muito alta, a perda de pressão do sistema aumentará e a eficiência da remoção de poeira diminuirá.

Portanto, ao selecionar um coletor de pó, não só deve ser escolhido um coletor de pó que corresponda ao volume de ar, mas também deve ser considerada a perda de pressão do sistema de remoção de pó da máquina de corte a laser. A pressão do vento de entrada do coletor de pó não deve ser menor do que a perda de pressão do sistema de remoção de pó da máquina de corte a laser.

É necessário selecionar a curva de desempenho correspondente do ventilador fornecido pelo fabricante (consulte a Figura 3) para a seleção, e não fazer generalizações com base apenas na potência do ventilador.

Figura 3: Diagrama Modi

3. Resumo

(1) A velocidade de atualização do sistema de remoção de poeira das máquinas de corte a laser domésticas está muito aquém da velocidade de desenvolvimento de potência do laser. Os problemas de remoção de poeira serão expostos em máquinas de alta potência.

(2) O efeito de remoção de poeira das máquinas de corte a laser também está relacionado a fatores como as vedações do funil e o número de curvas nos dutos de ar. Portanto, mesmo com o mesmo sistema estruturado de remoção de poeira, o efeito de remoção de poeira dos produtos produzidos por diferentes máquinas de corte a laser também está relacionado a fatores como vedações de tremonha e número de curvas nos dutos de ar. fabricantes de máquinas de corte a laser pode variar muito.

(3) A quantidade de fumaça e poeira gerada pelo corte a laser pode ser um problema que tem sido ignorado. A quantidade de fumaça e poeira emitida pelo corte a laser depende das características do material do próprio metal, bem como dos parâmetros da velocidade de corte e da pressão de corte durante o processamento. Definir os parâmetros de corte que minimizam as emissões de fumaça e poeira para diferentes materiais também é uma maneira importante de melhorar o efeito de remoção de poeira das máquinas de corte a laser.

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Shane
Autor

Shane

Fundador do MachineMFG

Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.

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