Система пылеудаления и дымоудаления в станке лазерной резки

1. Опасности, связанные с дымом и пылью при лазерной резке, и механизм дымоудаления

В последние годы индустрия лазерной резки развивается быстрыми темпами, и мощность различных лазеров становится все больше и больше.

С постоянным увеличением толщины и скорости лазерной резки количество дыма и пыли, образующихся в единицу времени, растет.

Если оригинальная система пылеудаления станка лазерной резки все еще используется, она не сможет удовлетворить нормальные потребности в удалении пыли и не сможет соответствовать соответствующим правилам правительства и промышленности.

В целях повышения качества продукции и удовлетворения потребностей клиентов, данная статья посвящена исследованию и оптимизации системы пылеудаления для лазерная резка машины мощностью 6 кВт и выше.

1.1 Опасности, связанные с дымом и пылью при лазерной резке

Дым и пыль, выделяемые при лазерной резке металлические листы можно условно разделить на пыль и аэрозоли, из которых 97% имеют диаметр менее 5,7 мкм, что означает, что большая часть дыма и пыли может быть вдыхаема человеческим организмом.

В зависимости от материала и места резки могут выделяться и другие вредные вещества.

Например, если на поверхности листа есть масло, то будут выделяться газы с очень сложными углеводородными соединениями; если на поверхности листа есть пленка, то при резке будут выделяться липидные и олефиновые соединения, сопровождающиеся заметным запахом.

Если дым и пыль, образующиеся во время лазерной резки, не будут эффективно улавливаться и обрабатываться, они нанесут вред здоровью людей и окружающей среде.

1.2 Механизм дымоудаления при лазерной резке

Во время лазерная резка металла Листы, под режущей поверхностью создается отрицательное давление за счет вытяжки воздуха вентилятором, и дым и пыль, образующиеся при резке, отсасываются.

В настоящее время в промышленности обычно используется метод нескольких перегородок. Эффективная зона резания делится на несколько зон, и соответствующая заслонка открывается в зависимости от фактического положения резания для достижения лучшего эффекта удаления пыли. Это показано на рисунке 1.

Согласно формуле, требуемый объем воздуха для пылеуловителя составляет:

L_p=K×3600(5H²+F_x)V_x (m³/h) (1)

Где K - коэффициент запаса по отбору, который составляет ≥1,2; H - расстояние между фактическим всасывающим отверстием и местом резания, в метрах; F_x площадь перегородки бункера для пыли, в квадратных метрах; V_x скорость ветра в месте среза, в метрах в секунду.

Из уравнения (1) видно, что для станков лазерной резки, оснащенных пылеуловителями с одинаковым объемом воздуха, чем меньше площадь перегородки бункера и чем ближе всасывающее отверстие к расстоянию резания, тем выше скорость ветра, удаляющего пыль на поверхность рабочего стола, и тем лучше эффект удаления пыли.

Благодаря различным экспериментам на разных листовой металл и параметров резки, оптимальная скорость ветра для удаления пыли с поверхности разделочной доски находится в диапазоне 0,8~1,2 м/с. В этом случае эффект удаления пыли хороший, а коэффициент успешного улавливания дыма и пыли составляет более 95%. Невооруженным глазом или легкими не видно явного дыма. Если скорость ветра для удаления пыли с поверхности разделочной доски ниже 0,5 м/с, эффект удаления пыли будет плохим, и при резке листов углеродистой стали будет наблюдаться явное задымление. Если скорость ветра для удаления пыли с поверхности разделочной доски выше 1,2 м/с, эффект удаления пыли хороший, но при этом всасывается больше искр или шлака, что приводит к повреждению оборудование для удаления пылиИ даже могут стать причиной пожара.

2. Оптимизация конструкции системы пылеудаления

2.1 Уменьшение площади перегородки бункера для пыли

Из приведенной выше формулы очевидно, что одним из способов увеличения скорости ветра пылеудаления в месте резания без увеличения мощности пылеуловителя является уменьшение площади перегородки бункера для пыли.

Исходя из этого, мы провели практические сравнительные испытания и эксперименты. Мы изменили станок с тем же объемом раскроя с 5 перегородок на 6 перегородок. После улучшения длина секции осталась неизменной - 2,07 м, а ширина секции уменьшилась с 0,85 м до 0,69 м, что позволило сократить площадь простенка на 19%, как показано на рис. 2.

Согласно результатам испытаний, при одинаковых условиях объема воздуха, температуры и положения измерения средняя скорость ветра на поверхности рабочего стола до улучшения составляла 0,63 м/с, а после улучшения средняя скорость ветра увеличилась до 0,75 м/с, что составляет увеличение примерно на 19%.

Поэтому уменьшение площади перегородки может напрямую увеличить скорость ветра V_x когда объем воздуха L_p остается неизменным.

Однако увеличение пылеулавливающей перегородки влечет за собой и некоторые недостатки, такие как увеличение количества воздушных затворов, что приведет к увеличению утечек воздуха; увеличение количества цилиндров, используемых для управления воздушными затворами, может увеличить стоимость и вероятность поломок.

Поэтому необходимо делать выбор, основываясь на реальном позиционировании продукта.

2.2 Уменьшение расстояния между всасывающим отверстием и режущей поверхностью

Из приведенной выше формулы очевидно, что второй способ увеличить скорость ветра пылеудаления в месте резания без увеличения мощности пылесборника - это уменьшить расстояние между всасывающим отверстием и поверхностью резания.

Для станков лазерной резки увеличение высоты воздушного канала означает сокращение расстояния между всасывающим отверстием воздушного затвора и рабочим столом.

Мы также провели сравнительные испытания при одинаковых условиях работы перегородки для удаления пыли и вентилятора для удаления пыли. Соответствующие фактические данные испытаний средней скорости для трехкратного увеличения высоты воздуховода приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, когда значение H пропорционально уменьшается, V_x постоянно увеличивается. Однако из-за конструктивных ограничений станка для лазерной резки существуют ограничения на уменьшение значения H.

Кроме того, поскольку высота воздушного канала постоянно увеличивается, необходимо продумать схему защиты, чтобы лазер не повредил воздушный канал. Воздуховод должен быть расположен вне зоны резки, особенно для мощных станков.

Таблица 1 - Запись данных испытаний на скорость ветра

2.3 Снижение потерь давления в системе пылеудаления

Согласно диаграмме Муди, коэффициент демпфирования λ на пути может быть определен числом Рейнольдса Re и соотношением ε/d (где ε - абсолютная шероховатость стенки воздуховода, а d - эквивалентный диаметр трубы).

Чем больше λ, тем больше потери давления на пути.

Сопоставив с реальным потоком воздуха в воздуховоде, можно увидеть, что чем больше эквивалентный диаметр d воздуховода, тем меньше λ, а чем меньше площадь поверхности s (при постоянной длине и окружности сечения c), тем меньше потери на трение.

Поэтому с точки зрения снижения потерь давления на пути следования в первую очередь следует отдать предпочтение круглым трубам, затем квадратным, а потом прямоугольным.

Как показано в таблице 2, при одинаковой площади поперечного сечения эквивалентный диаметр круглой трубы является наибольшим, а площадь поверхности внутри трубы - наименьшей.

Таблица 2 Эквивалентный диаметр и окружность сечения круглой, квадратной и прямоугольной трубы.

Из-за ограничений в конструкции станков лазерной резки сложно использовать круглые трубы для конструкций воздуховодов.

Как правило, для основного воздуховода используются квадратные и прямоугольные трубы. Например, прямоугольная труба размером 250×150 и квадратная труба размером 200×200.

Эквивалентный диаметр прямоугольной трубы составляет 0,19 м, а квадратной - 0,2 м. Испытания показали, что при постоянном объеме воздуха 5000 м3/ч и длине воздуховода удельная потеря давления прямоугольной трубы составляет 34,86 Па/м, а квадратной - 26,93 Па/м, при этом снижение составляет 23%.

Рекомендуемый диапазон скорости ветра в воздушном канале станка лазерной резки составляет 15-18 м/с.

Согласно формуле V=Q/S, выбор сечения воздуховода можно проверить в зависимости от объема воздуха в пылесборнике и рекомендуемой скорости ветра в воздуховоде.

Если скорость ветра в воздуховоде слишком мала, дым и пыль в нем могут скапливаться; с другой стороны, если скорость ветра в воздуховоде слишком велика, потери давления в системе увеличиваются, а эффективность удаления пыли снижается.

Поэтому при выборе пылесборника следует не только подобрать пылесборник, соответствующий объему воздуха, но и учесть потери давления в системе пылеудаления станка лазерной резки. Давление ветра на входе в пылесборник должно быть не меньше, чем потеря давления в системе пылеудаления станка лазерной резки.

Для выбора необходимо выбрать соответствующую кривую производительности вентилятора, поставляемого производителем (см. Рисунок 3), и не делать обобщений, основываясь только на мощности вентилятора.

3. Резюме

(1) Скорость обновления системы удаления пыли в отечественных станках лазерной резки значительно отстает от скорости развития мощность лазера. Проблемы пылеудаления будут выявлены в мощных машинах.

(2) Эффект пылеудаления станков лазерной резки также связан с такими факторами, как уплотнения бункера и количество изгибов в воздушных каналах. Поэтому даже при использовании одной и той же системы пылеудаления эффект пылеудаления продуктов, произведенных разными производители станков лазерной резки может сильно отличаться.

(3) Количество дыма и пыли, образующихся при лазерной резке, может быть вопросом, который игнорируется. Количество дыма и пыли, выделяемых при лазерной резке, зависит от характеристик материала самого металла, а также от параметров скорости и давления резки в процессе обработки. Установка параметров резки, которые минимизируют выбросы дыма и пыли для различных материалов, также является важным способом повышения эффективности удаления пыли станками лазерной резки.