Обзор аспирационных и пневмотранспортных установок

Недостатком этих систем является высокий расход энергии. Это происходит из-за сравнительно низкого КПД серийных вентиляторов и уноса тепла из помещения вместе с воздухом. Также к минусам относится интенсивный износ трубопроводов, особенно в местах поворотов. Эти системы не могут перемещать кусковые отходы размером более 80 мм, а также влажные и липкие материалы, так как в зимних условиях на участках вне цеха они могут смерзнуться. Кроме того, возникает сложность отделения пылевидных материалов от потока воздуха в конечной точке транспортирования, в результате пыль оседает вокруг циклонов и бункеров. К этим установкам предъявляются повышенные требования по взрыво- и пожаробезопасности. Еще один минус – высокий уровень шума трубопроводов и вентиляторов.

Пневмотранспортные установки различают по способу создания воздушного потока, по величине его давления в системе трубопроводов, а также по функциональным признакам. В России наибольшее распространение получили установки низкого давления, благодаря их простоте, надежности и невысокой стоимости. Все пневмотранспортные установки делят на два класса: аспирационные и транспортные. Аспирационные системы устанавливаются в цехах для удаления стружки и пыли. Их делят на прямоточные и рециркуляционные. В прямоточных (напорных) системах отработанный после фильтрации воздух выбрасывается в атмосферу. В них фильтрами служат циклоны, установленные после вентилятора, крыльчатка которого контактирует с перемещаемой воздушно-пылевой смесью. При интенсивной работе установки лопатки вентилятора зачастую отрываются по сварным швам из-за соударений с кусковыми отходами. В рециркуляционных (вакуумных) установках фильтры расположены до вентилятора на всасывающей линии. Воздух, очищенный в циклоне, а далее – в рукавах нагнетательных фильтров, возвращается в помещение цеха.

Существуют системы с постоянной и переменной производительностью. Последние способны подстраиваться в зависимости от количества одновременно работающего оборудования. Они более эффективны за счет использования автоматизированных систем частотного регулирования работы вентиляторов. Транспортные пневмосистемы применяются на предприятиях для перемещения измельченной древесины к местам кратковременного хранения, в котельную или к технологическому оборудованию от аспирационных систем, рубительных машин и т.д.

Централизованные и автономные системы аспирации

В России разрешенная предельно допустимая концентрация пыли в воздухе деревообрабатывающего цеха составляет 6 мг/м3, что в три раза выше аналогичного параметра в странах ЕС – 2 мг/м3. На некоторых предприятиях концентрация пыли достигает 50–100 г/м3, что опасно для здоровья человека. Эффективность аспирационной системы оценивается по соотношению концентраций удаленной пыли к пыли, не удаленной системой аспирации и попавшей в воздух рабочей зоны. По объему очищенного воздуха существуют установки централизованного типа (модульные) и автономные (мобильные). На крупных деревообрабатывающих предприятиях для очистки больших объемов воздуха – 20 тыс. м3/час и более – применяют централизованные системы. Каждая такая система – это индивидуальный проект, разработанный исходя из конкретных условий компании. Зачастую модернизация централизованных систем в связи с расчетными характеристиками конечных аспирационных модулей является экономически нецелесообразной. Однако для больших производств альтернативы им нет. Автономные системы устанавливают обычно на малых и средних предприятиях для очистки объемов воздуха до 15 тыс. м3/час.

Производительность аспирационных систем автоматически регулируется в зависимости от количества включенных станков, оптимизируя расход электроэнергии. Она составляет от 5000 до 500 тыс. м3/час с возможностью дальнейшего ее расширения.

Основой современных аспирационных систем являются вакуумные вентиляторы, которые монтируются внутри пылеулавливающего агрегата после фильтров и работают на очищенном воздухе (в том числе и для мобильных установок). Оригинальная конструкция крыльчатки вакуумного вентилятора повышает его КПД, что позволяет экономить энергию. Такие вентиляторы устанавливаются как на виброопорах в верхней части пылеулавливающего агрегата в специальном шумоизолирующем корпусе, так и на улице, поскольку не боятся влияния погодных условий. Они более надежны, так как в них, по сравнению с обычными вентиляторами, лопатки не соприкасаются с потоком древесных частиц, что снижает расходы на обслуживание и запчасти. Все вакуумные вентиляторы работают совместно, а не по отдельности, увеличивая общую надежность системы. Благодаря возможностям системы управления, выход из строя одного из вентиляторов практически не скажется на работе всей системы аспирации и не потребует остановки производства. Еще одним преимуществом является отсутствие выбросов пыли даже при разгерметизации трубопроводов или корпуса.

Главными элементами современной системы аспирации являются сухие пылеуловители, предназначенные для очистки воздуха от пыли и включающие циклонный элемент и рукавные тканевые фильтры. Пылеулавливающий агрегат – это полномасштабная фильтровальная установка, состоящая из типовых модулей, количество которых обеспечивает требуемую производительность. Модульность рукавных фильтров позволяет производить импульсную очистку по секциям, не останавливая работу всего фильтра. Современные пылеуловители могут самоочищаться с помощью вибродвигателей или продувкой сжатым воздухом. Герметичность рукавного фильтра позволила применять в системах аспирации воздуха вакуумные пылевые вентиляторы. Поскольку такой вентилятор не прогоняет через себя отходы, отбирая часть энергии электродвигателя, уменьшаются ударные нагрузки на его лопасти, а уровень шума снижается до 64–68 дБ, в том числе и за счет использования шумопоглощающих элементов на стенках защитной камеры. Это важно для предприятий, находящихся вблизи жилых массивов. Лучший эффект достигается установкой нескольких вакуумных вентиляторов в верхней части очищающего фильтра.

Крупные предприятия оснащают автономными системами аспирации отдельные станки, используемые в технологическом процессе непродолжительное время. В России это, как правило, индивидуальные стружкоотсосы, подключаемые к одному-двум станкам и работающие от одной кнопки «Пуск». Деревообрабатывающий станок снабжается приемником стружки чаще в виде обтекаемого кожуха, максимально закрывающего нерабочую зону режущего инструмента и служащего для подсоединения к аспирационной системе, куда направляется стружка и пыль. У большинства российских станков эффективность приемника стружки составляет 98%. В электросхеме станка предусматривается блокировка, исключающая его работу без подключения к аспирационной системе. Сечение присоединительного отверстия патрубка должно быть установлено с учетом оптимального безопасного эффекта отсасывания.

На деревообрабатывающих предприятиях для шлифовки деталей ручным инструментом используются шлифовальные столы с возможностью подключения к системе отсоса пыли. В конструкции стола установлено две розетки, а также два штуцера для подключения сжатого воздуха. Существуют столы, оборудованные встроенным вентилятором и системой рециркуляции воздуха. Такой стол укомплектован приемной воронкой, необходимой для подключения отсоса пыли.

В последнее время большое внимание уделяется удалению отходов обработки из зоны резания за счет комбинации специальной конструкции режущего инструмента с кожухом пылеудаления, что создает направленный факел отходов в зону вытяжного патрубка. Зубья фрезы Twister имеют специальную форму и расположены на дисковом корпусе таким образом, что образуют лопатки турбины, воздушный поток от которых подает стружку в вытяжной патрубок. При резании концевой фрезой по технологии «нестинг» на обрабатывающих центрах формируется разнонаправленный факел стружки, сложный для удаления. Чтобы этого избежать, рекомендуется применять в работе концевую фрезу Leuco в комплекте со специальной оправкой, использующую аналогичный аэродинамический принцип. Существуют стружкоприемники с двумя приемными воронками для раздельного улавливания стружки и пыли разных размеров на фрезерных станках с нижним расположением шпинделя. На больших скоростях резания мелкие фракции древесины создают вокруг фрезы пылевой «ореол», из-за которого ее резцы быстро затупляются. Поток стружки удаляется через основную воронку большего сечения, а образующаяся вокруг фрезы пыль отсасывается воздушным потоком более высокой скорости через воронку малого сечения, охватывающую фрезу с противоположной стороны.

Внутрицеховые воздуховоды изготавливают из листовой, чаще оцинкованной стали толщиной до 1,0 мм, а наружные (вне помещений) – 1,5–2,0 мм. Подводы внутри цеха от приемных воронок станков к стальным трубам сборников или коллекторов выполняются чаще всего гибкими полиуретановыми пневмошлангами, армированными витками стальной упругой спирали с применением стальных хомутов с червячным зажимом. Гибкие воздуховоды круглого сечения имеют меньше соединений и удобны при монтаже, так как не нуждаются в специальных поворотах, отводах. Часто гибкие воздуховоды используют для соединения подвижного приемника стружки станка с неподвижной частью воздуховода аспирационной системы, например в универсальных обрабатывающих центрах.

Циклоны предназначены для отделения транспортируемого материала и пыли от воздуха в пункте назначения. Попав в циклон, поток смеси транспортируемого материала и воздуха начинает вращаться, прижимаясь к стенкам. Возникающие силы трения тормозят крупные древесные частицы, которые теряют свою скорость и, двигаясь по спирали вниз, попадают к разгрузочному отверстию. Воздух и частицы пыли размером менее 10 мкм, вращаясь, выходят через внутренний цилиндр в атмосферу или воздуховод. Аэродинамическое сопротивление циклона зависит от величины диаметра этого внутреннего цилиндра. К преимуществам циклонов относятся простота конструкции и надежность в эксплуатации. Их недостатки: вынос с аспирационным воздухом тепла из помещения цеха; применение мощного вентилятора (№5 и выше); низкая степень очистки воздуха, особенно от пыли (93–97%), то есть порядка 5% пыли остается в воздухе. Из-за этого недоочищенный воздух выводят из цеха на улицу. Сейчас циклоны, как правило, используют для грубой и средней очистки воздуха в комбинации с другими фильтрами. Они широко используются для очистки воздуха в установках, осуществляющих транспортирование отходов в замкнутых пневматических магистралях, где степень очистки воздуха не имеет особого значения.

Бункерные и крышные фильтры

Для непродолжительного хранения стружка и пыль поступают в металлический бункер. Стружка и опилки по вертикальному воздуховоду подаются в расширительную камеру циклона или блока фильтров, где скорость потока резко снижается, транспортируемые отходы оседают вниз. При этом чистый воздух, пройдя через систему фильтров, возвращается в помещение или в атмосферу. Производительность бункерного фильтра по расходу воздуха составляет от 5000 до 40 тыс. м3/час. Остаточная запыленность воздуха не превышает 0,1 мг/м3, что позволяет возвращать воздух в цех.

Крышные фильтры – это аспирационные системы, применяемые для очистки загрязненного воздуха при транспортировке, загрузке отходов в бункер-накопитель и последующего возврата воздуха в помещение. Их используют вместо уличных циклонов, и они состоят из блока фильтров и приемной камеры. Эти фильтры устанавливают сверху на крышу наружных бункеров-накопителей.

В отличие от циклона, крышные аспирационные системы позволяют очистить воздух на 99,9% при остаточной запыленности в 0,1 мг/м3. Крышный фильтр встраивается в конструкцию бункера и поставляется без корпуса, а надстраиваемый к бункеру фильтр поставляется с защитным от погодных воздействий корпусом. Все крышные фильтры оборудованы системой очистки автоматическим вибровстряхиванием и могут быть дополнительно укомплектованы устройствами автоматики и контроля (датчик дымовых газов, система пожаротушения, противовзрывные клапаны, лестница из скоб, мостки и т.д.).

Удаление лакокрасочного тумана

Лакокрасочные материалы, применяемые в производстве мебели, столярно-строительных и ряда других изделий, содержат вредные для человека вещества – растворители, пленкообразователи и т.д. Их нанесение на поверхность изделия чаще всего осуществляется распылением, что приводит к образованию вредного лакокрасочного тумана. Для его устранения используются специальные покрасочные камеры, принцип действия которых основан на очистке воздуха в процессе окраски.

Существует несколько типов оборудования для удаления лакокрасочного тумана. В водяной покрасочной камере вентиляция основана на действии водяных фильтров с циркуляционными насосами на основе искрозащищенных вентиляторов. Сухая покрасочная камера оснащается по периметру рабочей зоны полимерными фильтровальными матами и встроенными вентиляторами, отсасывающими взвесь. Поскольку лакокрасочный туман тяжелее воздуха и оседает на пол, в сухой окрасочной камере используется вертикальное направление потока с постоянно подаваемым воздухом. При этом дополнительно действует система вытяжки за зоной распыления и снизу, в сторону пола, что уменьшает турбулентность потока и распространение взвесей. Фильтрующие элементы расположены вертикально. Покрасочная камера может быть размещена вместе с вытяжкой. В дополнение к основному оборудованию ряд компаний представляют приточные установки с возможностью рекуперации воздуха. Благодаря высокой продолжительности службы фильтров, такие камеры не нуждаются в частом техническом обслуживании и подходят для эксплуатации внутри помещений. Поверхность фильтра защищена от механических повреждений перфорированным оцинкованным листом.

Фильтрование

Существуют четыре вида фильтров: грубой очистки, тонкой очистки, высокой эффективности и сверхвысокой эффективности. Последние два обеспечивают степень очистки воздуха более 99%. Для очистки воздуха от мелкодисперсной, сухой, не слипающейся пыли применяют кассетные фильтры. Фильтрующими элементами являются большие кассеты (патроны) из гофрированной фильтровальной бумаги. Фильтры могут работать при давлении в корпусе до 4500 Па и температуре очищаемого воздуха от -40°до +60°С. Их можно устанавливать на бункере-накопителе или в стружкоотсосе. Кассеты имеют большую фильтрующую поверхность и более высокую производительность при малых габаритах. Их регенерация производится импульсной продувкой. Недостатком таких фильтров является низкая концентрация пыли на входе – до 2 г/м3. Для очистки больших объемов воздуха с концентрацией пыли на входе до 60 г/м3 применяются тканевые фильтры. Они обеспечивают тонкую очистку воздуха от пылевых частиц размером менее 1 мкм. Фильтрующие элементы выполняются в виде тканевых рукавов, мешков или полотен. Запыленный воздух пропускается через ткань, на поверхности и в порах которой осаждается пыль. По мере увеличения толщины слоя пыли возрастает сопротивление фильтра, поэтому осевшую на ткани пыль периодически удаляют.

По форме фильтровальных элементов фильтры могут быть рукавные и плоские (полотняные); по виду опорных устройств – каркасные, рамные и т.д.; по наличию корпуса и его форме – цилиндрические, прямоугольные, открытые (бескамерные); по числу секций – одно- и многосекционные. Также фильтры различаются по способу регенерации. Для тканевых фильтров применяются тканые или валяные материалы. Они должны иметь высокую пылеемкость, воздухопроницаемость, прочность, стойкость к истиранию, обладать антистатическими свойствами, стабильностью работы при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, а также минимальным влагопоглощением и способностью к легкому удалению накопленной пыли. Однако далеко не все фильтровальные ткани одинаково удовлетворяют этим требованиям. Поэтому каждую ткань используют для наиболее благоприятных для нее условий эксплуатации. Например, для фильтрования пылевоздушной смеси, содержащей пыль, образующуюся при шлифовании древесины или лаковых покрытий, используется ткань с металлическими вкраплениями для снятия статического электричества. Существуют рукавные ткани, изготовленные на основе более долговечного каркасного материала. Каркасная основа повышает прочность ткани и сохраняет размеры рукава в течение всего срока службы. В фильтрах иностранных производителей чаще всего используются рукава из полиэстеровых пробивных тканей.

Рукавные фильтры делятся на всасывающие и нагнетательные. Всасывающие фильтры устанавливаются до вентилятора, нагнетательные – после. Воздух, очищенный в рукавах нагнетательных фильтров, поступает непосредственно в помещение, где установлены фильтры. В зависимости от конструкции фильтра тканевый рукав снабжается металлическими кольцами, усилениями, донышком и прочими элементами. Рукава имеют диаметр 90–450 мм и длину 2–10 м.

Тканевые рукава являются наиболее изнашиваемыми элементами фильтра и периодически требуют замены. Ткань фильтра истирается проникающим воздухом, прилипшими древесными частицами, весом налипшей «шубы» при регенерации фильтра встряхиванием или продувом, прокалывается иглообразными стружками и т.д. По мере износа ткани сопротивление фильтра проникновению воздуха уменьшается, ткань начинает пропускать большее количество пыли, особенно после регенерации. Нормальная фильтрация наступает только после того, как на поверхности ткани осядет слой пыли оптимальной толщины. Чем толще слой осевшей пыли, тем выше степень очистки воздуха, но тем выше сопротивление фильтра и больше расход электроэнергии.

Производители пылеулавливающих аппаратов в зависимости от условий работы фильтра и вида фильтровальной ткани гарантируют степень очистки воздуха до 99,9%, при сроке эксплуатации от 1 года до 5 лет. Очистку тканевых рукавов производят несколькими способами: механическим встряхиванием, обратной струйной и импульсной продувкой.