Текст книги "Бластинг. Гид по высокоэффективной абразивоструйной очистке"

Перед тем как купить или арендовать компрессор, проинформируйте торгового представителя о том, что вы собираетесь использовать данный компрессор для абразивоструйной обработки. Торговый представитель должен обеспечить вас информацией по его установке, эксплуатации и техническому обслуживанию. Перед началом эксплуатации оборудования ознакомьтесь с инструкциями производителя и следуйте инструкции, предупреждениям и процедурам технического обслуживания.

Расположите компрессор там, куда не попадает пыль, образующаяся в процессе абразивоструйной очистки. Пыль, грязь и другие загрязняющие вещества, попадающие во входные отверстия компрессора, могут вызвать преждевременный износ.

Выхлопные газы содержат угарный газ. Если выхлопные газы попадут в воздухозаборное отверстие компрессора, то операторы, чьи средства защиты дыхания подсоединены к компрессору, могут погибнуть от вдыхания угарного газа. Смотрите раздел «Средства защиты оператора», где описаны меры по очистке воздуха.

Компрессор следует расположить так, чтобы выхлопные газы от транспортных средств не попадали в воздухозаборное отверстие. Не разрешайте транспорту парковаться рядом с компрессором. Собственные выхлопные газы компрессора следует направить в сторону от воздухозаборного отверстия, подсоединив металлическую трубу к месту выхода выхлопных газов.

Воздуховоды и соединения

Воздух лучше всего проходит через прямые твёрдые воздуховоды. Изменение направления и выступы мешают потоку воздуха. Металлические и пластиковые трубки подходящего размера, с соответствующими характеристиками по давлению и правильно собранные, могут передавать воздух без потерь на трение, что отличает их от резиновых трубок.

Некоторые подрядчики устанавливают жёсткие воздуховоды и фиксируют их в определённом месте. Это происходит при долговременном выполнении работ, например, при ремонте мостов, когда компрессоры устанавливаются с одной стороны, а струйное оборудование используется по всей длине моста.

На заводах и в других случаях, когда местоположение струйных аппаратов и компрессоров не изменяется, используются металлические воздуховоды.

Как при любом способе передачи воздуха, при расширении и охлаждении горячего сжатого воздуха в трубопроводах образуется конденсат. Для избавления от конденсата в последней вертикальной трубе перед фильтром абразиво-струйной системы необходимо установить дренажный клапан. Со временем ржавчина и осадок из стальной трубы могут попасть в струйный аппарат. Для отделения влаги, масла и частиц нужно использовать качественные фильтры.

Если компрессор на заводе расположен в нескольких сотнях метров от оборудования, требуется проложить трубы большего размера с минимальным количеством отводов, чтобы предотвратить потери давления. Колена трубопроводов на 45 и 90 градусов могут привести к большей степени трения, чем плавные отводы. Если изгибов трубопровода не избежать, необходимо минимизировать трение и турбулентность посредством использования двух колен на 45 градусов, вместо одного на 90 градусов. Такие плавные отводы окажут меньшее воздействие на давление.

В случае, если твёрдые трубопроводы использовать нельзя, нужно инвестировать в высококачественные армированные резиновые воздуховоды. Внутренняя трубка должна быть из неопрена или подобного материала, для сопротивления вспучиванию от влаги и масла. Переплетённая армированная сетка обеспечивает сопротивление давлению и сохраняет круглую форму внутренней трубки. Внешняя трубка должна быть изготовлена из прочного материала для устойчивости к механическим воздействиям и неблагоприятным климатическим условиям.

Воздушный шланг должен быть как можно более коротким и не перегибаться. Даже правильно подобранный по размеру воздушный шланг теряет от двух до трёх фунтов давления воздуха на каждые 15 м. Всего лишь один отвод на 90 градусов даёт потерю давления от 5 до 6 фунтов. Когда нельзя избежать изгибов трубопровода, их необходимо сделать плавными. Шланг должен быть такой длины, которой достаточно для работ. Излишне длинный шланг будет завиваться, скручиваться и изгибаться, что приведёт к потере давления.

При покупке воздуховода необходимо выбирать модель с минимальной характеристикой рабочего давления, учитывая, что она должна быть равной или превышать рабочее давление струйного аппарата. Воздуховод имеет две характеристики: рабочее давление и давление разрыва. Разница между ними заключается в степени безопасности. Никогда не следует превышать характеристику рабочего давления шланга, трубы или элемента струйного аппарата. Для струйных аппаратов, работающих при более высоком давлении, существуют воздуховоды, рассчитанные на высокое давление.

Выбор воздуховода соответствующего размера позволит максимально эффективно использовать компрессор и струйный аппарат. Внутренний диаметр воздуховода должен соответствовать внутреннему диаметру всех фитингов, чтобы обеспечить ровный поток воздуха. Внутренний диаметр воздуховода должен быть, как минимум, в четыре раза больше отверстия сопла. Это относится к линиям подачи воздуха до 30 м.

Выбор размера воздушной линии крайне важен для оптимального использования мощности компрессора, что в целом влияет на работу струйного оборудования.

Для получения информации об абсолютном минимальном диаметре воздуховода смотрите таблицу «Минимальный диаметр воздуховодов для компрессоров». Когда это возможно, диаметр воздушной линии должен быть больше, чем рекомендуемый минимум. Никогда диаметр воздуховода не будет слишком большим.

Минимальный диаметр воздуховодов для компрессоров

Когда длина воздуховода превышает 30 м, необходимо использовать шланг на один размер больше для всего расстояния передачи воздуха, за исключением отрезка, непосредственно примыкающего к струйному аппарату. Например, для струйного аппарата с соплом на 9,5 мм, находящегося на расстоянии 60 м от компрессора, требуется шланг длиной 45 м, диаметром 50 мм, а на последние 15 м до струйного аппарата – шланг диаметром 38 мм.

На некоторых объектах компрессоры должны располагаться далеко от струйного оборудования; между тем, линии подачи воздуха извиваются между препятствиями. В таких случаях необходимо использовать один шланг большого диаметра или несколько шлангов, подсоединённых к большому коллектору для поддержания потока воздуха. Для определения наилучшей конфигурации воздуховодов необходимо провести испытания.

Когда длина воздуховодов превышает 60 м, следует проверить давление воздуха в струйном аппарате для определения того, достаточен ли внутренний диаметр воздушного шланга. Давление проверяется при работе аппарата, а не когда он выключен.

Если стоит выбор между более длинным воздуховодом или абразивоструйным рукавом, струйный рукав следует оставить как можно короче.

Фитинги не должны препятствовать потоку воздуха и не иметь никаких преград внутри. Нельзя смешивать понятия внутреннего и внешнего диаметра. Под диаметром фитинга понимается диаметр резьбового соединения трубы или внутренний диаметр шланга, к которому он подсоединяется. Фитинг на 38 мм имеет внешний диаметр 38 мм, а внутренний диаметр – 32 мм или меньше, что определяет поток воздуха.

Внутренний диаметр определяет поток воздуха для всего абразивоструйного аппарата.

Обратите особое внимание на быстросъёмные фитинги и фитинги с накидной гайкой. Хотя муфты обеспечивают удобство, а накидная гайка предупреждает перекручивание шланга, внутренний проход может быть намного меньше, чем внешнее отверстие.

Предохранительные тросы необходимо устанавливать во всех местах соединения воздушного шланга, для предупреждения травм в случае расцепления фитингов. Для поддержания веса подвешенного шланга нужно использовать предохранительные тросы. Не надейтесь на прочность сцепления фитингов!

Абразивоструйные аппараты

Существует два типа абразивоструйного оборудования: работающее по принципу всасывания и по принципу давления. Обработка материалом, подаваемым по принципу всасывания, менее агрессивна, чем обработка материалом, выбрасываемым под давлением. Этот способ используется в абразивоструйных камерах и для деликатной обработки, например, для удаления дефектов окраски. Способ подачи материала под давлением иногда используется в абразиво-струйных камерах, но чаще применяется в абразивоструйных помещениях или на открытом воздухе, для очистки сложных поверхностей и больших площадей.

Обработка по принципу всасывания

Работа аппарата по принципу всасывания иногда называется струйной обработкой по принципу Вентури. При этом способе абразивные частицы поступают из резервуара в распылительную камеру, а потом ускоряются и выбрасываются из сопла.

Система всасывания состоит из струйного аппарата, рукава для воздуха, рукава для абразива и резервуара для абразива. Сжатый воздух проходит через жиклёр в струйном аппарате для создания всасывающего эффекта. Благодаря этому всасывающему действию, абразив попадает по шлангу в аппарат, где он ускоряется и выбрасывается из сопла с воздухом.

Объём сжатого воздуха, требуемый для струйной обработки по принципу всасывания, определяется внутренним диаметром отверстия жиклёра в задней части струйного аппарата, а не внутренним диаметром сопла. Типичный размер жиклёра всасывающего аппарата составляет половину типичного размера отверстия сопла аппарата, работающего под давлением. Это означает, что потребление воздуха и ускорение частиц составит ¹/₄ от аналогичных значений, получаемых при работе под давлением.

Такая менее мощная струйная обработка подходит для лёгкой и средней очистки или для устранения дефектов окраски. Это удобный способ, когда ограничена подача воздуха, либо доступ к обрабатываемому изделию.

Струйная обработка по принципу всасывания используется для мягких, деликатных металлов, с целью мягкого снятия заусенцев, лёгкой дробеструйной обработки и удаления окалины без проникновения в металл. Среди таких металлов – алюминий, титан и магнезий, из которых изготавливаются детали для автомобилей и самолётов.

Обработка по принципу давления

Струйные аппараты известны под различными наименованиями: бак, генератор давления, резервуар и т. д. В этой книге речь идёт обо всех системах, которые содержат абразив для его распыления под давлением.

При распылении по принципу давления абразив подаётся в поток сжатого воздуха посредством дозирующего клапана, смонтированного под резервуаром высокого давления. Струйные системы, работающие по принципу давления, можно легко отличить от систем, работающих по принципу всасывания, по одному шлангу, подсоединённому к соплу. Воздух и абразив подаются по этому шлангу под высоким давлением и с высокой скоростью и выбрасываются из сопла со скоростью в четыре раза большей, чем у систем, построенных на всасывании.

Хотя струйный аппарат кажется лишь немного сложнее стального бака, тем не менее, он обладает элементами, которые свидетельствуют о больших различиях с точки зрения безопасности, удобства и эффективности. Плохо сконструированные струйные аппараты имеют недостатки, которые снижают поток воздуха и давление.

В США струйные аппараты и другие резервуары высокого давления должны соответствовать стандартам «Американского общества ассоциации инженеров-механиков» (ASME). ASME указывает тип стали и методы сварки, и уполномоченный ASME инспектор наблюдает за проведением гидростатического испытания каждого резервуара высокого давления, а после этого выдаёт сертификат соответствия. Металлическая табличка с номером сертификата прочно крепится на струйный аппарат. Во многих странах требования аналогичны, хотя технические условия могут отличаться.

Большинство струйных аппаратов рассчитано на рабочее давление от 8,8 до 10 бар. Если рабочее давление аппарата неизвестно, смотрите металлическую табличку с номером сертификата.

Запрещается эксплуатировать струйный аппарат без прочно закрепленной таблички с отштампованным номером сертификата. Запрещается превышать рабочее давление. Взрыв струйного аппарата под давлением воздуха может привести к серьёзным травмам или смерти.

Вогнутый верх и коническое дно

Хорошо сконструированный струйный аппарат обеспечивает ровный поток воздуха и абразива, а также прост в работе и обслуживании.

В полуэллиптическом вогнутом аппарате хранится абразив, который попадает в аппарат, когда он разгерметизирован.

Для того чтобы обеспечить свободный поток абразива в дозирующий клапан, расположенный внизу, аппараты в большинстве случаев имеют коническое дно на 35 градусов. Угол откоса стальной крошки и других распространённых абразивов – 32 градуса. Это естественный откос абразива, когда он насыпается в кучу. У пластика и сельскохозяйственных абразивных материалов угол откоса гораздо круче. Струйные аппараты, используемые для таких лёгких абразивов, должны иметь конус 60 градусов для обеспечения свободного потока.

Аппараты с плоским дном до конца не опустошаются. Абразив, находящийся внутри, в конце концов абсорбирует влагу и затвердеет на стенках резервуара и вокруг отверстия, что приводит к неровному потоку абразивного материала.

Рис. 2. Хорошо сконструированный струйный аппарат (слева)

Плохо сконструированный струйный аппарат (справа)

Все аппараты должны иметь достаточное окно для доступа, чтобы заменять детали и удалять посторонние материалы. Отверстие на дне и пружинный клапан на крышке должны быть легкодоступны. В небольших аппаратах обычно достаточно окна размером 150 на 200 мм для проведения обслуживания.

Рис. 3. Основные компоненты абразивоструйного аппарата

Герметизирующий клапан

Хорошо сконструированный аппарат автоматически герметизируется при помощи герметизирующего клапана, конической алюминиевой детали с износостойкой уретановой или неопреновой прокладкой. Когда воздух поступает в аппарат, внешняя гильза, расположенная на внутреннем воздуховоде, под давлением плотно прижимается к прорезиненной поверхности клапана.

При разгерметизации герметизирующий клапан сбрасывает давление, чтобы абразив из вогнутой верхней части или накопителя попал в аппарат.

Небольшой стальной «зонт» над клапаном снимает давление с абразива, хранящегося в вогнутой верхней части, что обеспечивает корректную герметизацию клапана.

Глушитель для выпускаемого воздуха

Струйные аппараты могут оборудоваться самоочищающимися выпускными глушителями. Глушитель снижает уровень шума выпускаемого воздуха при разгерметизации аппарата и улавливает выбрасываемые с воздухом абразивные частицы, что предотвращает получение травм. Выпускаемый воздух проходит через глушитель и, после полной разгерметизации аппарата, абразив можно безопасно извлечь из глушителя.

Трубки и фитинги

Особое внимание следует уделять внешним трубопроводам струйного аппарата, так как они оказывают влияние на эффективность оборудования. При любом размере трубок трение между движущимся воздухом и стенками трубки вызывает турбулентность, что приводит к потере давления. В аппаратах с высокой производительностью применяются трубки с большим диаметром для минимизации этих потерь. В аппаратах, рассчитанных на меньший объём и малую производительность, можно использовать трубки небольшого диаметра, потому что от них обычно не требуется высокая производительность.

Воздушный шланг, абразивоструйный рукав, воздушные трубки, воздушные клапаны и всё, что связано с подачей воздуха, должно быть С БОЛЬШИМ, ОЧЕНЬ БОЛЬШИМ ДИАМЕТРОМ!

В струйной системе воздух и материал проходит через трубки, клапаны, рукава, сопла и муфты, и все из них имеют цилиндрическую форму. Любое уменьшение диаметра этих цилиндрических изделий резко снижает скорость потока.

Рис. 4. Зависимость площади от диаметра воздуховодов

Диаметр в 1 дюйм = 25 мм.

При уменьшении диаметра наполовину, площадь уменьшится в четыре раза. Диаметр в 1/2 дюйма = 12,5 мм.

При внутреннем диаметре цилиндра 1 дюйм (25 мм), его площадь составит 0,8 кв. дюйма (51 см²). При внутреннем диаметре ¹/₂ дюйма (12,5 мм), площадь цилиндра составит 0,2 кв. дюйма (129 мм²). Уменьшение диаметра цилиндра наполовину приводит к уменьшению его площади на три четвёртых.

Приведённая ниже таблица служит в качестве информации и может быть неприменима для случаев, когда длинный рукав или другие препятствия мешают прохождению потока воздуха.

Сопло должно быть наименьшим отверстием между компрессором и обрабатываемой поверхностью. На расстоянии от струйного аппарата до сопла внутренние диаметры клапанов, трубок, фитингов, рукавов и муфт должны быть в три-четыре раза больше внутреннего диаметра сопла. Если оператору приходится работать на расстоянии более чем 100 футов от струйного аппарата, соотношение внутреннего диаметра рукава и сопла будет даже больше.

* Площадь, полученная из (π)r² и округлённая.

** Размер сопла на расстоянии 100 футов.

(трубки диаметром 1/2” используются только в струйных аппаратах диаметром 10”)

В струйных аппаратах объёмом более одного кубического фута (30 литров), внутренний диаметр трубок обычно составляет 25 мм или 32 мм.

Даже при большом внутреннем диаметре способ подсоединения рукавов и трубок будет влиять на поток воздуха. Каждое перекручивание и изгиб трубок снижает давление и объём подаваемого воздуха.

Совокупность всех этих факторов потери давления показывает, насколько сильным может быть снижение давления воздуха до того, как он достигнет сопла.

Если возможно, элементы, ограничивающие давление, следует заменить фитингами и клапанами, обеспечивающими свободное прохождение потока воздуха. В случае, когда необходимо использование обратных клапанов, следует устанавливать клапаны с внутренним диаметром немного больше, чем внутренний диаметр трубок. Это позволит избежать ограничений потока воздуха.

Примерные значения потери давления, вызванной обычными фитингами, при давлении 7 бар в трубке диаметром 25 мм

Линия подачи абразива в струйном аппарате должна быть цельной, чтобы выступы в ней не препятствовали потоку воздуха. Для подсоединения к такой линии уплотняемые фитинги устанавливаются в местах соединения трубопровода.

В аппаратах, оснащённых резиновой линией подачи, шланг должен иметь плавные изгибы без перекручивания. Изношенные и повреждённые линии подачи следует заменять рукавами и фитингами, идентичными оригинальным.

Ввиду неизбежных изгибов и искривлений шланга потеря давления всегда будет иметь место. Для минимизации этих потерь необходимо следовать описанным выше рекомендациям.

Струйный аппарат с одним операторским постом должен терять не более 0,5–0,7 бар давления от точки входа воздуха до муфты выхода на дне аппарата.

На приточном отверстии воздуха следует встроить манометр. Потеря давления воздуха (без присутствия абразива в потоке) может быть замерена посредством игольного манометра, установленного в абразивоструйный рукав рядом с местом его подключения к аппарату.

Если разница составляет более 0,7 бар, следует изучить каждый компонент трубопровода, для выявления причин и замены элементов, ограничивающих поток воздуха, деталями соответствующего размера.

При работе на струйном аппарате его внутреннее давление должно примерно совпадать с давлением во внешней трубной обвязке. При равном давлении сверху и снизу абразив подаётся через дозирующий клапан в поток воздуха благодаря гравитации. Гладкие стенки резервуара и его коническая основа делают этот эффект гравитации возможным.

Для обеспечения беспрепятственной подачи абразива после герметизации следует быстро сбалансировать давление внутри аппарата и во внешнем трубопроводе. Если баланс не достигается быстро, то более высокое давление во внешнем трубопроводе погонит абразивный материал обратно через дозирующий клапан в аппарат. При этом обратном движении абразива повреждаются клапаны и фитинги на дне аппарата. Со временем, ввиду обратного движения абразива, при каждом запуске и остановке дозирующий клапан и трубные соединения будут изнашиваться.

В хорошо сконструированном струйном аппарате выпускные отверстия во втулке пружинного клапана предупреждают обратный поток абразива, благодаря быстрой дисперсии поступающего в камеру воздуха, при этом давление выравнивается в течение 2–3 сек.

В пустом струйном аппарате уйдёт немного больше времени для выравнивания давления, ввиду большого объёма, который нужно заполнить воздухом. Аппараты с большим резервуаром и аппараты на несколько рабочих постов оборудуются нормально закрытыми дозирующими клапанами, которые не допускают возврата абразивного материала.

Лучше всего для проведения работ подходит простой струйный аппарат с элементами соответствующего размера.