Особенности подбора пескоструйных аппаратов и сопловых устройств
Пескоструй (пескоструйные установки, пескоструйные аппараты, аппараты струйной очистки) широко применяются при снятии ржавчины, окалины, формовочного грунта, снятия слоёв, матирования, упрочнения поверхностей, снятия заусениц и полирования, а так же для подготовки поверхностей перед нанесением лакокрасочных материалов или антикоррозийных покрытий.
К несомненным плюсам обработки поверхностей с помощью пескоструйных аппаратов различными абразивными материалами является высокое качество и невысокая стоимость оборудования.
1. Влияние свойств удаляемых покрытий на качество и производительность пескоструйной очистки.
Очень часто в рекламных проспектах на пескоструйное оборудование, на сайтах в Интернет, встречается такой параметр, как расход абразива на единицу площади и производительность пескоструйной очистки, которые вызывают недоумение. К чему, к каким поверхностям данные параметры приведены? Если это слабая коррозия, здесь может быть один расход и одна производительность, но если это наплывы трубной, резинобитумной изоляции толщиной до 150 мм, да ещё с хорошо сохранившейся адгезией, то здесь будут совсем другие цифры. Организации, приобретая то или иное пескоструйное оборудование, исходя из не расшифрованных параметров, потом сталкиваются с горькой реальностью.
При сравнении пескоструйных методов очистки и гидроочистки оказалось, что сами процессы очень схожи, различие только в том, что гидроочистка непрерывного действия, а пескоструйные методы периодического (возможно апериодического) действия. То есть водяная струя течет непрерывно, а вот частицы в воздушно-абразивном потоке перемещаются с разной плотностью и с разной равномерностью заполнения в объеме газа. Но работа, совершаемая абразивной частицей в воздушном потоке, аналогична водяной струе. Прямой удар стремится прошить покрытие, отраженный удар уносит продукты удаления. И вот здесь основным фактором становится скорость полета абразива, и её достаточность для конкретного типа, толщины, свойств покрытий.
То есть основополагающими факторами при выборе того или иного пескоструйного оборудования являются:
- что вы собираетесь чистить или удалять,
- какие свойства имеет удаляемый материал,
- какие усилия требуются для качественной работы,
- какую производительность можно получить на той или иной технике.
2. Свойства абразивного материала.
Специалисты проводили пескоструйную очистку поверхности металла разными абразивами: кварцевый песок, электрокорунд, шлаки металлургических производств и т.д.
Основными параметрами при выборе типа абразива являются: удельная плотность, ударная вязкость и фракционный состав.
1. Удельная плотность. Как уже говорилось выше, для производительной пескоструйной очистки поверхности требуется хорошая ударная нагрузка, которая характеризуется двумя величинами: массой и скоростью абразивной частицы (импульс силы). Чем больше масса частицы (удельная плотность) при одинаковых размерах, тем мощнее удар.
2. Ударная вязкость. Этот параметр оказался одним из главных, как частица держит удар. Из физики - упругий, не упругий удар, мы знаем, что на частицу при ударе воздействует удвоенная сила, и очень важно, когда она начнет разрушаться: при первом контакте с поверхностью удаляемого покрытия, при проникновении сквозь толщину покрытия или уже при ударе о подложку (поверхность металла).
3. Фракционный состав. Во многих регламентирующих документах указывается фракционный состав абразива диаметр 0,5 – 1,5 мм, это не совсем правильно с точки зрения пескоструйной очистки поверхности.
Специалисты давно уже для себя разделяют: есть отдельный режим пескоструйной очистки и удаления старых покрытий с поверхности, и есть отдельный режим подготовки поверхности перед нанесением новых покрытий.
Толщина удаляемого покрытия разная, и может иметь незначительную толщину в пределах 0,5 мм. Анализируя работу нескольких предприятий, которые достаточно давно работают в области антикоррозионных технологий, мы обратили внимание, что рабочие собирают вторичную пылевидную фракцию абразива (где это возможно) и повторно засыпают её в пескоструйный аппарат. Операторы в один голос заявляли, что используя пыль, количество абразива на единицу площади идет значительно меньше, чем при использовании ГОСТовского фракционного состава, особенно при удалении тонких покрытий. Мы проверили эти рекомендации. Действительно, используя пылевидную фракцию абразива, расход на единицу площади на 30-35% меньше, причём, это относится и к покрытиям, имеющим толщину больше, чем 0,5 мм.
Вывод: из всех испытанных абразивов при пескоструйной очистке поверхности металла, лучше всего себя зарекомендовали шлаки металлургических производств, они имеют самую высокую удельную плотность, по сравнению с другими абразивами (высокое содержание железа). Для эффективной пескоструйной очистки поверхности должна быть смесь 50 на 50 (пылевидная фракция + гостовская фракция).
3. Физика процесса работы пескоструйного сопла.
Основоположниками многих направлений в газовой динамикие русскими учеными Г.Н. Абрамович, М.Е. Дейч, просчитаны и сведены во всевозможные таблицы скорости потока разных газов, которые могут достичь своих максимальных значений при стандартных условиях. Для воздуха сверхзвуковая скорость потока при стандартных условиях равна V = 550 м/сек. То есть грамотно изготовленное пескоструйное сопло может выдать такую скорость потока. Если взять технические возможности пескоструйных аппаратов, например: АСО – 150 (расход сжатого воздуха Q возд = 5 м3/мин, при Р возд = 6 атм) и выдать максимально количество абразива для данного оборудования, то этот абразив в таких скоростях воздушного потока можно разогнаться до V абр. = 400 м/сек и более. Такой скорости абразива больше, чем достаточно для производительной пескоструйной очистки поверхности даже современных видов покрытий. Перемещение абразивного материала – это инерционная система, скорость абразива в износостойких пескоструйных шлангах перед соплом где-то в пределах 30 – 40 м/сек. После прохода сверхзвукового сопла масса абразивных частиц получает какой-то импульс, скорость увеличивается в 2 – 3 раза, но сверхзвуковой поток сжатого воздуха в атмосфере переходит в режим торможения, и у абразива для дальнейшего разгона условия исчезают.
4. Пескоструйное сопловое устройство.
Именно внутренний профиль пескоструйного соплового устройства позволил разогнать частицы абразива до максимально возможной скорости при стандартных условиях для газа. В результате, при проведении сравнительных испытаний производительность пескоструйного соплового устройства оказалось в 3 – 4 раза выше, чем у аналогичного пескоструйного сопла фирмы «Boride», а расход абразива в 3 – 4 раза меньше. Именно высокая скорость разгона абразива позволила резко поднять производительность и уменьшить его расход. Отсюда себестоимость пескоструйной очистки резко снизилась. Практика очистки фасадов пескоструйными аппаратами с применением сухого песка показала, что песчинки с острыми гранями, вылетающие со значительной скоростью из форсунки пескоструйного аппарата, сильно истирают поверхность фасадов из естественного камня. Кромки отдельных камней, особенно мягких пород, оказываются как бы стесанными, а поверхность становится шероховатой.
Еще большие разрушения производит пескоструйная очистка при работе по штукатурке, так как счищаются не только загрязнения и набел, но и наиболее прочный поверхностный слой штукатурки на глубину 1,5 — 2 мм.
Тип пескоструйных аппаратов.
По типу подачи абразивного материала – пескоструйное оборудование делится напорное или инжекторное. При напорном типе - воздух подается как в саму установку, так и на дозирующий узел абразива. При этом абразив и сжатый воздух подаются по одному рукаву, на конце которого крепится абразивоструйное сопло для придания формы и направления струи. Скорость и энергия воздушноабразивной струи при напорном типе пескоструйных аппаратов высока, что позволяет выполнять большие объемы работ и производить глубокую очистку поверхности. При инжекторном типе пескоструйного аппарата - воздух и абразив подаются по двум разным рукавам. Воздух по рукаву подается непосредственно в соплодержатель, в котором установлены два сопла: абразивоструйное и воздушное. Между соплами создается разряжение, за счет которого происходит подсос абразива. Скорость и энергия воздушно-абразивной струи при инжекторном типе значительно ниже, что удовлетворяет при небольших объемах пескоструйных работ. Из преимуществ можно отметить как невысокую стоимость самой пескоструйной установки, так и необходимого для работы компрессора т.к. инжекторное оборудование потребляет значительно меньше сжатого воздуха.
Для пескоструйной очистки используется такие виды абразива как стальной электрокорунд, стальная или чугунная дробь, высококремнистый песок; а также карбид бора, из которого изготавливают пескоструйные сопла вентури, отходы которого в виде песка используются как абразивный материал.
Стальные и чугунные детали обрабатывают сухим горным кварцевым песком. Для обработки тонких деталей используют песок с зернами величиной 1 - 1,5 мм, а для обработки грубых деталей - песок с частичками размером 2 - 2,5 мм. Оптимальное давление при пескоструйной обработке стальных и чугунных деталей 6 атм.
Угол наклона сопла к поверхности, обрабатываемой чугунной детали 80 - 90°, к поверхности стальной детали 45 - 67°. Расстояние от сопла пистолета до детали 100 мм. Воздух, необходимый для распыления песка, должен быть очищен от влаги и масла в специальных масловлагоотделителях.
Для пескоструйной очистки элементов необходимы компрессор с воздухосборником и пескоструйный аппарат со шлангами, а также сухой и чистый песок. Давление в аппарате устанавливают в пределах от 3 до 6 атм в зависимости от длины шланга. Очистка одного элемента занимает от 5 до 25 мин в зависимости от площади и степени загрязнения очищаемой поверхности. Пескоструйный способ обеспечивает высокое качество очистки поверхностей элементов; он не вызывает деформации элементов и требует сравнительно небольших трудовых затрат.
Проводить пескоструйную очистку нужно на открытых площадках. Рабочие должны иметь защитные очки и респираторы.
На первый взгляд, сталкиваясь с вопросом выбора пескоструйных сопел, для пескоструйной обработки, всё кажется довольно просто. Но по мере углубления в проблематику процесса приходит понимание, что кажущаяся простота происходящих при пескоструйной обработке процессов на самом деле обманчива. Максимальная эффективность пескоструйного процесса может быть достигнута только в том случае, когда все компоненты технологической цепи согласованны между собой. Если недооценен хотя бы один из элементов, вся система будет работать или нестабильно или неэффективно.
Общее описание пескоструйного процесса
Технологическая цепочка, включающая в себя: компрессор – воздушную линию – пескоструйный аппарат – воздушно-абразивную линию – сопло, проектируются и собираются в одно целое с одной единственной целью – создание стабильных условий для оптимальной работы финишного элемента системы – пескоструйного сопла. Все элементы системы взаимосвязаны и неотделимы друг от друга. Другими словами - цель минимизация потерь давления сжатого воздуха, в процессе прохождения воздушного потока, заданного объёма по системе трубопроводов и его оптимальное насыщение абразивным материалом на определённом этапе, нацеленное на получение максимально возможного чистящего эффекта при помощи оптимально подобранного, под конкретную задачу, струйного сопла. В свою очередь чистящий эффект (кинетическая энергия удара абразивной частицы) существенно зависит ещё и от массы, размера и количества абразивных частиц, проходящих через сопло с определённой скоростью в единицу времени.
Для того чтобы разобраться от чего зависит эффективность пескоструйной очистки, и какая роль отведена в ней каждому элементу системы и в частности соплу попытаемся разобраться по порядку:
Выделим три ключевых элемента системы: компрессор - система трубопроводов – струйное сопло. Система трубопроводов в свою очередь состоит из двух частей: воздушной и воздушно-абразивной магистралей. Характеристики пескоструйного аппарата на процесс прохождения сжатого воздуха оказывают минимальное влияние. Хотя недооценивать роль дозирующего устройства для всего пескоструйного процесса тоже неправильно, а в остальном, пескоструйный аппарат - это всего лишь накопительный бункер, ценность которого определяется вместимостью и наличием всевозможных дополнительных опций.
Компрессор питает воздушную магистраль сжатым воздухом с определёнными характеристиками – объём и давление. При движении по трубопроводам часть давления будет потеряна в результате трения о стенки трубопроводов. Всевозможные выступы, неровности и т.п. создавая турбулентные завихрения, способствуют дополнительным потерям давления. При этом скорость потока будет постепенно возрастать, а давление падать. В воздушной части трубопроводов бороться с потерями давления довольно просто – увеличивая диаметр проходного сечения и применяя материалы с более высокими коэффициентами скольжения, возможно сведение потерь от трения к минимальным значениям. Сложнее дело обстоит с воздушно-абразивной линией, где сжатый воздух начинает выполнять функции пневмотранспорта. И на этом этапе следует понять и принять во внимание, что масса абразивного материала в единицу времени в магистрали есть величина постоянная, т.е. сколько абразива попадает через дозирующий клапан пескоструйного аппарата в магистраль примерно столько же должно быть выброшено через сопло на обрабатываемую поверхность. Это объясняет тот факт, что при увеличении длин воздушно-абразивной линии, приходится уменьшать подачу абразива, (что негативно сказывается на производительности) либо увеличивать давление в магистрали, в противном случае появляется неравномерно насыщенная пульсирующая струя абразива на сопле. Не стоит забывать и о потерях давления в результате трения о стенки трубопровода, из-за уменьшения проходного сечения трубопровода в результате образования пристеночного турбулентного слоя.
Объём воздуха, и давление на сопле являются основными параметрами, влияющими на скорость и производительность пескоструйной очистки. Но стоит оговориться пока речь идёт только о максимально–возможных скоростях воздушно-абразивного потока, хоть это и ключевые параметры, но производительность пескоструйной очистки будет так же немало зависеть от характеристик и свойств абразивного материала.
В зависимости от имеющегося объёма сжатого воздуха выбирается и проходное сечение сопла, и чем больше объём воздуха в наличии, тем больший диаметр сопла может быть использован. Это подразумевает и больший отпечаток на обрабатываемой поверхности (рабочее пятно), и как следствие уменьшение количества перепроходов (по аналогии с окраской – т.н. эффект переокрашивания), что существенно влияет на производительность пескоструйной очистки и расход абразива.
При повышении давления на сопле, увеличиваются скорости разгона абразива и кинетическая энергия удара абразивной частицы, что также способствует увеличению производительности.
Основные функции, выполняемые соплом - это сжатие и дополнительный разгон воздушно-абразивного потока, формирование и различное (сфокусированное или равномерное) насыщение рабочего пятна.
Про диаметр соплового отверстия написано уже много и с этим параметром все довольно вроде бы ясно. Резюмируя все вышесказанное можно сделать следующие выводы. Диаметр сопла динамично связан с объёмом производимого компрессором сжатого воздуха и давлением в трубопроводной магистрали, т.е. при увеличении давления увеличивается и потребляемый объём сжатого воздуха, при этом производительность пескоструйной очистки возрастает, а потребление абразива падает. Примечание: Производительность пескоструйной очистки зависит от количества соударений абразивных частиц, обладающих определённой энергией в единицу времени, с обрабатываемой поверхностью. В то же время энергия удара частицы зависит напрямую от её скорости и массы в момент соприкосновения с поверхностью.
Форма канала. По форме канала на сегодняшний день в основном используются две разновидности пескоструйных сопел:
- Прямоточные,
- Трубки Вентури.
Прямоточные сопла формируют неравномерно насыщенный рабочий отпечаток. Основная концентрация абразива будет находиться в центре рабочего пятна, с постепенным уменьшением концентрации к краям. Такая неравномерность в распределении абразива связана с физикой прохождения воздушного потока по трубе, где на границе сопло - воздушный поток происходит формирование пристеночного турбулентного слоя, обладающего тормозящим эффектом. Сопла с прямой формой канала могут быть полезны при локальной обработке, при работе на узко профильных конструкциях (решётки, перила, сварные швы и т.п.), т. е везде, где может потребоваться сфокусированное рабочее пятно.
Сопла Вентури формируют равномерно насыщенное рабочее пятно и дополнительно создают предпосылки для получения при соблюдении определённых условий, максимально возможных, вплоть до сверхзвуковых, скоростей воздушно-абразивного потока. Это связанно с особой геометрией соплового канала состоящего как бы из трёх частей: конус входной горловины (конффузор), прямой отрезок (разгонная часть) и конус выходного отверстия (диффузор).
Примечание: Диаметр сопла – это диаметр прямого канала у прямоточных сопел и диаметр разгонной части сопла у сопел Вентури.
В зависимости от изменения соотношения диаметра разгонной части к выходному диаметру диффузора изменяются и параметры рабочего отпечатка. Следует отметить, параметры скорости абразива и рабочего пятна также немало зависят от длины разгонной части и длины самого диффузора.
Как известно каждый абразив обладает определёнными характеристиками - тип, твёрдость, плотность, фракционный состав и т.п. Возвращаясь к вопросам пневмотранспорта, определённый объём сжатого воздуха при определённом давлении может транспортировать строго определённое количество абразивного материала по массе. Сравним для примера кварцевый песок и стальную колотую дробь. Плотность кварцевого песка примерно 1,6 кг/дм3, а металла 7,8 кг/дм3. То есть песка будет транспортироваться и подаваться в четыре раза больше, при одинаковых исходных параметрах пескоструйной системы, чем стального абразива. Учитывая то что, производительность пескоструйной очистки зависит от количества и кинетической энергии соударений в единицу времени о поверхность. Можно сделать следующие выводы - количество соударений песчаного абразива, при одинаковом фракционном составе, по сравнению с дробью, будет в 4 раза больше. Но в то же время кинетическая энергия удара у металлического абразива также будет в 4 раза больше, чем у песка. В реальных условиях в зависимости от конкретных задач могут быть востребованы и максимально возможный чистящий эффект и максимальный кинетический удар. Поэтому вопрос выбора абразива находится в прямой зависимости от исходного состояния и требуемой конечной чистоты поверхности и приобретает такое же ключевое значение, как и проектирование оптимальной пескоструйной системы совместно с подбором оптимального струйного сопла.
<< Назад
|
|
