Staubsammlung bei thermischen Schneidanwendungen – Ausgleich der Variablen

Oberflächenfiltration im Vergleich zu Tiefenbelastung

Der Faserbereich, nicht der Filterbereich, ist der Schlüssel für eine effektive Filtration. Das Design eines Filterelements sollte daher viele kleine Fasern enthalten, um die verfügbare Faseroberfläche um Größenordnungen zu erhöhen.

Grundlegende traditionelle Filtermedien mit einer Schicht aus Nanofasern bieten die beste Filtrationsleistung beim Einfangen von feinen Partikeln beim thermischen Schneiden. Diese Schicht aus Nanofasern erhöht die Effizienz des Filtermediums bei der Arbeit mit thermisch erzeugten Partikeln drastisch. Nanofasern verhindern außerdem, dass sich feine Partikel tief in den Filterfasern einlagern, wodurch sich Partikel an der Oberfläche des Mediums ansammeln (siehe Abbildung 1). Dies schafft einen extrem effektiven Filter für die Oberflächenfiltration.

Die Oberflächenfiltration zeigt ihre Vorteile bei der Impulsreinigung des Filters. Die meisten impulsgereinigten Entstaubungsanlagen besitzen einen Druckluftverteiler und eine Membranventilanordnung. Wenn ein Vorsteuermagnetventil erregt wird, lässt das Membranventil die Druckluft als einen „Impuls“ aus dem Verteiler austreten, wodurch die Partikel von der Filteroberfläche verdrängt werden. Eine effektive Impulsreinigung treibt den Staub von den Filtermedien in einen Sammelbehälter.

Filter für die Oberflächenfiltration stoppen die Partikel an der Oberfläche des Mediums, wo sie leicht abgeschüttelt werden, wodurch die Filterlebensdauer verlängert und der Energieverbrauch gesenkt wird (siehe Abbildung 2). Wenn Partikel nicht auf der Oberfläche gestoppt werden, erfahren die Filter eine Tiefenbelastung, wodurch Dämpfe in die Tiefe des Mediums gelangen. Es ist sehr schwierig, wenn nicht unmöglich für die Impulsreinigung, diese tiefenbelasteten Teilchen abzureinigen. Dies wiederum verkürzt die Filterlebensdauer und erhöht den Energieverbrauch.

Stabilisierungsdruck

Um effektiv Rauch und Staub aus einem Schneidprozess aufzunehmen, saugt ein Lüfter Luft an dem Werkstück vorbei nach unten durch den Schneidetisch, um ein Luftströmungsmuster zu erzeugen (siehe Abbildung 3). Der Lüfter liefert die Energie, um Turbulenzen und Reibungsverluste zu überwinden, wenn sich Luft aus der Schneidzone durch die Kanäle, die Entstaubungsanlage, die Filtermedien und durch den Staubkuchen bewegt.

Ein ordnungsgemäß konzipiertes Entstaubungssystem sollte die erforderliche Luftmenge (Kubikfuß pro Minute oder CFM) konstant ziehen. Zu viel Luft verkürzt die Filterlebensdauer, und zu wenig Luft reduziert die Abscheideleistung des Systems. Die Energie, die benötigt wird, um den Widerstand im System oder den statischen Druck zu überwinden, ändert sich mit der Zeit, wenn die Filter verschmutzt werden.

Statische Druckwerte werden oft in Zoll Wassersäule ausgedrückt, die bloße Bruchteile eines Pfunds pro Quadratzoll sind – etwa 27,7 Zoll Wasser entspricht etwa einem PSI. Ein neuer, sauberer Filter beginnt mit einem sehr geringen Luftströmungswiderstand, oft weniger als 1 Zoll, aber im Laufe der Zeit erhöht die Staubansammlung auf den Filtern den Widerstand auf mehrere Zoll. Die Filter sollten ersetzt werden, wenn der Widerstand einen bestimmten Punkt überschreitet. In vielen Fällen kann dies fünf oder sechs Zoll sein, aber in einigen Fällen werden Filter erst dann als verstopft betrachtet, wenn ihr Widerstand deutlich höhere Niveaus erreicht.

Um die Lebensdauer der Filtermedien zu verlängern, verwendet eine moderne Entstaubungsanlage Impulsreinigungsfilter. Durch diese periodische Überholung können diese Systeme ohne ständige Filterwechsel kontinuierlich betrieben werden.

Luftvolumen und Systemdesign

Unter normalen Betriebsbedingungen erreicht eine Entstaubungsanlage einen stabilen „beladenen“ Zustand, in dem die Filter aufgrund eines „Filterkuchens“, der sich auf der Medienoberfläche bildet, einen relativ gleichmäßigen Widerstand aufweisen, der um einige Zoll höher ist als im Neuzustand. Mit der Zeit werden ein gewisser Grad an Tiefenbelastung und andere Einflüsse das Medium allmählich verstopfen, was den Widerstand langsam erhöht. Schließlich wird es sich als kosteneffektiver erweisen, die Filter zu ersetzen, als einen fortgesetzten Betrieb bei höheren Lüfterenergien zu versuchen.

Um eine effektive Leistung während der gesamten effektiven Lebensdauer der Filter zu gewährleisten, sind die Lüfter im Allgemeinen so dimensioniert, dass sie das gewünschte Luftvolumen bei dem „verstopften“ Druckverlust der Filter liefern, d. h. die höchste oder „terminale“ Druckverlustbedingung.

Um eine optimale Betriebsdauer der Filter zu gewährleisten, muss eine Entstaubungsanlage eine kontrollierte Luftmenge haben, um zu vermeiden, dass überschüssige Luft durch das System gezogen wird. Entstaubungssysteme besitzen daher oft eine Klappe an dem Lüfter, um sich auf Widerstandsänderungen in den Filtern einzustellen, wenn diese verstopft werden. Das teilweise Schließen der Klappe stellt sicher, dass der Lüfter nur die gewünschte Luftmenge zieht, wenn die Filter einen relativ geringen Widerstand haben. Klappen sind jedoch nicht die einzige Möglichkeit, den Luftstrom zu regeln. Motoren mit einstellbarer Drehzahl ermöglichen es, die Drehzahl des Lüfters und somit die Leistung so einzustellen, dass nicht nur der Luftstrom gesteuert wird, sondern auch Energie eingespart werden kann.

Je größer die Luftmenge ist, die erforderlich ist, um Staub und Rauch beim Schneiden zu kontrollieren, desto größer ist das Entstaubungssystem. Infolgedessen werden viele große Schneidesysteme unterteilt oder in Zonen eingeteilt.  Dieser Ansatz erfordert eine Luftströmung nur im Raum unter dem Schneidbett, was zu einem kleineren Luftvolumen und somit zu einem kleineren Entstaubungssystem führt.

In anderen Situationen kann das geschnittene Material vorhandene Öffnungen aufweisen, die es notwendig machen, zusätzliche Luft zu ziehen, und Entstaubungsanlagen sollten unter Berücksichtigung dieser zusätzlichen Kapazitätsanforderung ausgelegt werden. Die Erhöhung der Entstaubungsanlagenkapazität in diesem Fall stellt sicher, dass das System die notwendige Abwindgeschwindigkeit über alle Öffnungen für eine effektive Staubentleerung beibehält.

Schließlich sollte ein Entstaubungsanlagenlüfter einen ausreichenden Luftstrom durch den Schneidtisch erzeugen, um die Abwindgeschwindigkeiten zu erzeugen, die benötigt werden, um aufsteigenden Rauch zu erfassen. Die Luftgeschwindigkeit muss typischerweise 150 bis 250 CFM erreichen, um den Rauch effektiv zu kontrollieren, aber diese Anforderung kann in Abhängigkeit von dem Tischdesign, der Größe und dem Schneidprozess zunehmen.

Systemleistung

Viele Variablen beeinflussen die Leistung von Staubkontrollsystemen während des thermischen Schneidens, und ein durchdachtes System einschließlich der Kanäle, des Lüfters und des Filtermediums sollte alle Variablen und Elemente berücksichtigen. Wenn das System gut konstruiert ist, sollte es eine gleichbleibende Luftströmungsgeschwindigkeit nach unten beibehalten, um Staub wirksam über einen Bereich von Filter- und Betriebsschneidbedingungen zu evakuieren.

Das Endergebnis:

Für die Entwicklung und Integration eines effektiven Entstaubungssystems für das thermische Schneiden gibt es keine Universalmethode.  Durch die Berücksichtigung aller genannten Faktoren wird sichergestellt, dass ein Geschäft sein Entstaubungssystem optimal nutzt.