Чиллер – дополнительное оборудование, которое обычно рекомендуют приобрести вместе с лазерным станком с ЧПУ. Так как в принципе станок будет работать и без подключения чиллера, у многих возникает вполне закономерный вопрос – зачем нужно это устройство и можно ли без него обойтись.
Мы предлагаем вам разобраться в том, как работает чиллер, и принять обоснованное решение о том, стоит ли его приобрести. Для большинства наших читателей нет необходимости подробно изучать устройство чиллера и углубляться в дебри физических расчетов, но при желании вы вполне сможете самостоятельно найти более подробную информацию по предложенным направлениям.
Немного истории
Лазерные станки с ЧПУ позволяют добиться высочайшей точности обработки самых разных материалов. Бесконтактные технологии резки в промышленных масштабах применяются с 70-х годов прошлого века, когда появились газовые лазерные установки, дающие мощный непрерывный поток энергии.
Настоящим прорывом стало создание бюджетных лазерных установок, которые работают на смеси углекислого газа, гелия и азота. Под воздействием электрического разряда смесь излучает световые волны определенной длины, а система зеркал направляет поток лазерного излучения на заготовку.
Станки с ЧПУ управляются электроникой, которая с ювелирной точностью двигает лазерную головку и переносит запрограммированный рисунок на обрабатываемое изделие, формирует контуры деталей, сваривает или вырезает. Эта технология настолько универсальна, что может применяться в промышленных масштабах или для любительских целей, основное отличие будет в мощности лазера.
Лазерная горелка обеспечивает точечное повышение температуры обрабатываемой поверхности до таких величин, что материал буквально испаряется. Непосредственный контакт инструмента и материала отсутствует, силы резания не возникают, и главная проблема – это обеспечить отведение избытка тепловой энергии.
Немного теории: принцип работы чиллера
Название этого агрегата произошло от английского слова «chill», что можно перевести как «прохлада». Необходимость принудительного охлаждения лазерной горелки становится очевидна даже при поверхностном знакомстве с технологией лазерной обработки, вопрос состоит в том, как делать это быстро и по возможности без больших затрат.
Самый доступный способ отведения тепла – принудительная прокачка воды. Для этого лазерной горелке колба с газовой смесью помещена в охлаждающую рубашку, через которую постоянно цркулирует холодная вода. Входной штуцер располагается в максимальной близости к точке, из которой лазерный луч выходит, что позволяет предотвратить разрушение стеклянной колбы из-за перегрева. Выходной штуцер монтируется на противоположном конце лазерной трубки, и через него нагретая вода удаляется в емкость-теплообменник.
Вода, циркулирующая в контуре пассивной охладительной системы, должна «держать» температуру не выше, чем +25°С, в противном случае эффективность охлаждения резко снижается. Несмотря на то, что стеклянная колба может выдерживать краткосрочный перегрев, срок ее службы при работе в неблагоприятных условиях намного меньше.
Это инженерное решение кажется простым и несложным в реализации, однако на практике есть проблемы:
- чем более мощный лазер, тем больше потребуется объем воды;
- необходимо постоянно следить за температурой воды в накопительной емкости, при перегреве придется немедленно остановить станок и заменить воду.
Объем воды, необходимой для охлаждения горелки, зависит от мощности лазера и температуры в рабочем помещении, ориентировочно – от 2 до 5 литров в минуту. Для мощных станков может требоваться накопительный бак емкостью до 100 литров, соответственно, пространство, которое будет занимать оборудование, существенно увеличивается.
Если используются одновременно несколько открытых охладительных систем, существенно повышается влажность воздуха в цехах, и помимо проблем с вентилированием появляется потребность в осушении.
Обслуживать охладительные системы мощных станков достаточно трудоемко, к тому же необходимо следить за тем, чтобы вода была чистой. Если заменить ведро воды не составит проблем, то когда речь идет о десятках литров, сделать это намного сложнее.
Работы по смене охлаждающей жидкости можно проводить только при отключенном станке, поэтому любой долив требует остановки оборудования.
Именно поэтому появились дополнительные приспособления – чиллеры, принцип работы которых тот же, что и у обычных отопительных радиаторов. Перегретая жидкость поступает в трубки, с поверхности которых излучается тепло, а вентилятор отводит теплые воздушные потоки. Таким образом, охлаждение идет намного быстрее, и воды требуется меньше, но самое главное – появляется возможность автоматически контролировать температуру теплоносителя.
Немного физики: устройство чиллера
Если вы уже интересовались ценами на чиллеры, то наверняка заметили, что разница между моделями, работающими на воде и на фреоне достаточно существенна.
Вода – самый дешевый и доступный теплоноситель, но не самый эффективный. Применение антифриза дает лучшие результаты, однако это более дорогостоящее, и к тому же вредное для здоровья вещество.
Чиллеры на фреоне работаю по тому же принципу, что и бытовые холодильники. Их устройство сложнее, чем у водных, но и результативность выше.
Фреоновые установки обеспечивает оптимальное охлаждение мощных лазерных установок. Важное преимущество состоит в том, что температура охлаждаемого объекта может быть ниже, чем у окружающего воздуха, поэтому их можно использовать и в жару, когда пассивные водные установки по сути бесполезны.
Чиллеры, работающие на фреоне, могут с большой точностью поддерживать заданную температуру, и обычно их оснащают цифровыми термометрами и датчиками перегрева, которые автоматически сигнализируют о перегреве.
Немного практики: подключение чиллера
Подключение чиллера – несложная операция, которую можно выполнить самостоятельно, руководствуясь инструкцией производителя. В устройство заливается вода (лучше дистиллированная, так как это позволяет предотвратить загрязнение лазерной трубки). После этого входные и выходные отверстия охладительной системы станка через шланги присоединяются к соответствующим отверстиям чиллера.
Чаще всего производители предлагают подключать чиллер к системе электропитания станка, что обеспечивает его запуск, как только начнет работать лазерная трубка. Если устройство не оборудовано датчиком контроля температуры теплоносителя, оператор должен следить, чтобы она оставалась в пределах от +15 до +30°С.
Немного экономики: целесообразность использования чиллера
Как вы уже поняли, чиллер – устройство, без которого технологически можно обойтись, однако с точки зрения экономической эффективности затраты на его приобретение обычно вполне оправданы. Так как для предпринимателя важна, прежде всего, окупаемость оборудования, этот аспект стоит оценить особенно тщательно.
Причин можно назвать несколько, остановимся на наиболее важных:
- Лазерная трубка – сменный элемент, однако ее стоимость сопоставима с ценой чиллера;
- Если станок охлаждается неэффективно, то в работе приходится делать длительные технологические перерывы, что снижает производительность труда;
- Персонал, обслуживающий лазерные станки с ЧПУ, имеет высокую квалификацию, и отвлекать его на обслуживание охладительных систем нерационально;
- При «ручном» контроле температуры теплоносителя возрастает роль человеческого фактора, и возрастает вероятность небрежной эксплуатации дорогостоящего оборудования;
Аргументы «против» покупки чиллера также носят экономический характер. Стоит учесть, что этот агрегат достаточно энергоемкий, себестоимость лазерной обработки увеличивается за счет дополнительно потребляемой электроэнергии. Если станок используется периодически, в рабочих помещениях поддерживается температура около +20°С, нет проблем с площадями для размещения внешних теплообменников и их обслуживанием, то с охлаждением лазерной трубки может справиться штатная система.
Для серьезных производств установить дорогостоящий мощный чиллер на фреоне выгодно, так как при этом сразу два станка смогут работать с максимальной производительностью, их лазерные трубки будут защищены от перегорания.
Таким образом, решение о целесообразности приобретения чиллера владелец лазерного станка должен принимать с учетом конкретной ситуации. Некоторые производители считают этот агрегат необходимым и включают чиллер в комплект поставки. Например, станки Qualitech 11G в базовой комплектации оборудованы охлаждающей системой CW-3000.