УСТАНОВКА ДЛЯ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ АБРАЗИВНОЙ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ФОРСУНКА ДЛЯ НЕЕ (ВАРИАНТЫ)

Группа полезных моделей относится к механической струйной обработке материалов и может быть использована в различных областях при очистке любых поверхностей от органических и неорганических загрязнений, удалении покрытий, в том числе и послойно, для придания поверхности новых адгезионных свойств, для совмещения обработки с пассивацией поверхности, для обработки многих видов деталей с особыми требованиями к усталостной прочности и протеканию неконтролируемых химических процессов при эксплуатации.
Полезная модель может быть использована в тяжелой и металлургической промышленности, например, в цехах металлургических заводов для удаления окалины с поверхности полуфабриката из черных и цветных металлов, в заготовительные цеха машиностроительных заводов для удаление окисных пленок, ржавчины и т.п., для очистки перед покраской, для подготовки поверхности к сварке, пайке, нанесению антикоррозионных и других защитных покрытий, для безразмерного шлифования при финишной обработке деталей, для очистки наливных полов и т.д. В энергетике, нефтегазовом комплексе и авиации изобретение может быть использовано, например, для очистки и обработки лопаточного аппарата ротора турбин ТЭЦ, ГРЭС, АЭС (ремонт газотурбинных и паровых двигателей, турбин и т.п.), авиационных двигателей, очистки и обработки лопаточного аппарата ротора турбин нефтегазоперекачивающего оборудования, очистки элементов трубопроводов, резьбы, дезактивации радиоактивных загрязнений и т.д. В транспорте и судоремонтных заводах изобретение может быть использовано для очистки вагонов в том числе от «граффити», для очистки вагонов, колесных пар железнодорожных вагонов под дефектоскопию, для обработки кузовов и подготовки деталей под окраску, для очистки корпусов кораблей, деталей и оборудования. В ЖКХ, строительстве и реставрации изобретение может быть использовано для очистки различных поверхностей фасадов от атмосферных, грязепочвенных, искусственных загрязнений, био-разрушителей.
Наиболее близкими к предложенной установке аэрогидродинамической (АГД) абразивной очистки поверхностей, ее форсункам и способу очистки являются соответственно установка, форсунка и способ очистки, известные из SU 1740142 А1, опубл. 15.06.1992 г. [1].
Известная установка для аэрогидродинамической абразивной очистки поверхностей содержит емкость для приготовления абразивной суспензии с механизмом для перемешивания, включающим мешалку с лопастью, и форсунку с расширяющимся соплом для распыления абразивной суспензии, соединенную с указанной емкостью и с устройством подачи сжатого газа.
Недостатком известной установки является невысокое качество очистки при использовании смесей, имеющих относительно крупную и/или неоднородную фракцию.
Известная форсунка для аэрогидродинамической абразивной очистки поверхностей содержит полый корпус с расширяющимся соплом на выходе, соединенные с полостью корпуса канал подачи сжатого газа и канал подачи чистящей суспензии.
Недостатком известной форсунки является невысокая эффективность очистки, обусловленная неоптимальным сочетанием скорости струи суспензии, концентрации абразивных частиц в ней, формы и рабочей зоны очистки факела.
Техническим результатом предложенной группы полезных моделей является повышение производительности, эффективности и качества очистки за счет повышения однородности используемых фракций абразивного материала и придания струе суспензии высокой скорости, большей зоны эффективной очистки и оптимального распределения в ней абразивных частиц и воды.
Технический результат достигается тем, что установка для аэрогидродинамической абразивной очистки поверхностей содержит емкость для приготовления абразивной суспензии с механизмом для перемешивания, включающим мешалку с по меньшей мере одной лопастью, и форсунку для распыления абразивной суспензии, соединенную с указанной емкостью и с устройством подачи сжатого газа, при этом мешалка механизма для перемешивания включает измельчительный нож, установленный на ней в донной части емкости.
В конкретных вариантах выполнения механизм для перемешивания может включать связанный с мешалкой пневматический двигатель, соединенный с устройством подачи сжатого газа через блок подготовки воздуха, включающий осушитель и средство подачи смазки.
Емкость для смешивания может быть снабжена загрузочной воронкой с запирающим механизмом.
Установка может быть снабжена емкостью для промывочной жидкости, соединенной с форсункой посредством пневматического насоса, соединенного с устройством подачи сжатого газа через блок подготовки воздуха, включающий осушитель и средство подачи смазки.
Узлы установки могут быть соединены посредством шлангов с установленными на них кранами, при этом на шлангах, соединенных с форсункой, установлены датчики давления.
Проблема неоднородности фракций решена за счет конструктивного элемента установки - измельчительного ножа, который придает массе однородность для получения АГД смеси, а также позволяет измельчать более крупную фракцию до размера частиц от 100 мкм до 300 мкм, которые более эффективны и показывают более высокую производительность очистки (м.кв./час).
Поставленная задача решается также тем, что в одном из вариантов особенностью форсунки для аэрогидродинамической абразивной очистки поверхностей, содержащей полый корпус с соплом на выходе, соединенные с полостью корпуса канал подачи сжатого газа и канал подачи чистящей суспензии, является то, что канал подачи сжатого воздуха соединен с цилиндрической полостью корпуса со стороны, противоположной соплу, форсунка снабжена расположенным в полости корпуса распылителем в виде Т-образного патрубка, перекладина которого расположена вдоль оси корпуса, а стойка соединена с каналом подачи чистящей суспензии, сопло имеет сужающуюся часть и на выходе - цилиндрическую часть, а выходное отверстие распылителя расположено на расстоянии от входа в цилиндрическую часть сопла с обеспечением зоны разгона для аэрозольных частиц чистящей суспензии.
Поставленная задача решается также тем, что в другом варианте особенностью форсунки для аэрогидродинамической абразивной очистки поверхностей, содержащей полый корпус с соплом на выходе, соединенные с полостью корпуса канал подачи сжатого газа и канал подачи чистящей суспензии, является то, что сопло имеет сужающуюся часть и на выходе - цилиндрическую часть, выходное отверстие канала подачи сжатого газа расположено на расстоянии от входа в цилиндрическую часть сопла с обеспечением зоны разгона для аэрозольных частиц чистящей суспензии, а канал подачи чистящей суспензии сообщен с кольцевой камерой корпуса, выходные отверстия которой расположены вокруг выходного отверстия канала подачи сжатого газа.
Сущность полезной модели поясняется с помощью чертежей.
На фиг.1 схематично показана предлагаемая установка, на фиг.2 показан первый вариант форсунки со сквозным распылением с использованием Т-образного патрубка, на фиг.3 показан второй вариант форсунки с кольцевой распылительной камерой, имеющей выходные отверстия вокруг струи воздуха, на фиг.4 показана схема соединений узлов предлагаемой установки.
Установка для аэрогидродинамической абразивной очистки поверхностей (см. фиг.1, 4) содержит емкость 1 для приготовления абразивной суспензии с механизмом для перемешивания и форсунку 2 для распыления абразивной суспензии, соединенную с емкостью 1 и с устройством 3 подачи сжатого газа.
Механизм для перемешивания включает мешалку 4 и связанный с ней пневматический двигатель 5, соединенный с устройством 3 подачи сжатого газа через блок 6 подготовки воздуха, включающий осушитель 7 и средство подачи смазки 8. Мешалка 4 выполнена с лопастями 9 и измельчительным ножом 10, установленным на ней в донной части емкости 1.
Емкость 1 для смешивания снабжена загрузочной воронкой 11 с запирающим механизмом 12.
Установка снабжена емкостью 13 для промывочной жидкости, соединенной с форсункой 2 посредством пневматического насоса 14, соединенного с устройством 3 подачи сжатого газа через блок 6 подготовки воздуха.
Узлы установки соединены посредством шлангов с установленными на них кранами 15, при этом на шлангах, соединенных с форсункой 2, установлены датчики давления 29. На шланге, соединяющем блок 6 подготовки воздуха с емкостью 1, установлен манометр 30.
В верхней части емкости 1 выполнено загрузочное отверстие 31 и установлен предохранитель 32 до 6 атм.
Форсунка 2 по первому варианту изобретения (см. фиг.2) содержит полый корпус 16 с соплом 17 на выходе. С полостью корпуса 1 соединены канал 18 подачи сжатого газа и канал 19 подачи чистящей суспензии. Канал 18 подачи сжатого воздуха соединен с цилиндрической полостью корпуса 1 со стороны, противоположной соплу 17. В полости корпуса 1 расположен распылитель в виде Т-образного патрубка 20, перекладина 21 которого расположена вдоль оси корпуса, а стойка 22 соединена с каналом 19 подачи чистящей суспензии. Сопло 17 имеет сужающуюся часть 23 и на выходе - цилиндрическую часть 24, при этом выходное отверстие 25 распылителя расположено на расстоянии от входа в цилиндрическую часть 24 сопла 17 с обеспечением зоны разгона для аэрозольных частиц чистящей суспензии.
Форсунка 2 по второму варианту изобретения (см. фиг.3) также содержит полый корпус 16 с соплом 17 на выходе. С полостью корпуса 1 соединены канал 18 подачи сжатого газа в виде трубки Вентури и канал 19 подачи чистящей суспензии. Сопло 17 имеет сужающуюся часть 23 и на выходе - цилиндрическую часть 24. Выходное отверстие 26 канала 18 подачи сжатого газа расположено на расстоянии от входа в цилиндрическую часть 24 сопла с обеспечением зоны разгона для аэрозольных частиц чистящей суспензии. Канал 19 подачи чистящей суспензии сообщен с кольцевой камерой 27 корпуса, выходные отверстия 28 которой расположены вокруг выходного отверстия 26 канала подачи сжатого газа.
В обоих вариантах форсунок 2 имеются выраженные зоны разгона воздуха (зона А), при этом в форсунке на фиг.3 зона разгона усовершенствована за счет применения трубки Вентури (конус). Имеются также зона В - зона разгона смеси воздух/чистящая смесь, в которой происходит смешивание в закрытом пространстве воздуха со смесью и первоначальный разгон полученной смеси, и зона С - зона в сопле 24 ускорителя, в которой смесь еще больше ускоряется, формируя рабочий факел с большей зоной и повышенной эффективностью очистки.
Примеры составов смесей суглинков и кварцевой пыли, применяемых для очистки:
ПП-МТ 30: 30% суглинка, 70% пылевидного кварца.
ПП-МТ 50: 50% суглинка, 50% пылевидного кварца.
ПП-МТ 70: 70% суглинка, 30% пылевидного кварца
ПП-МТ 90: 90% суглинка, 10% пылевидного кварца.
Чистящие составы представляют собой дисперсии отмученных суглинков и специальных добавок.
В указанных составах может использоваться суглинок по ГОСТ - 28177-89 с фракцией до 40 мкм, пылевидный кварц по ГОСТ - 9077-82 с фракцией до 40 мкм.
Однако, более предпочтительно использование фракций от 100 мкм до 1,8 мм. Более крупная фракция используется для удаления тяжелых загрязнений типа коррозии и застарелой краски и позволяет производить очистку со значением качества Sa2 по ИСО 8501-1. Более мелкая фракция (от 100 мкм до 300 мкм) дополнительно измельчается при смешивании, и позволяет производить АГД очистку и обработку поверхностей, при которой химический состав поверхностного слоя остается без изменений, что является важным фактором для многих видов деталей с особыми требованиями к усталостной прочности и протеканию неконтролируемых химических процессов при эксплуатации и позволяет добиться значения качества Sa3 по ИСО 8501-1.
Выбор очищающего состава зависит от степени и вида загрязнения очищаемой поверхности, оборудования, отделочных материалов, состояния фасада, наличия архитектурных деталей и определяется технологией производства работ на конкретном объекте.
Для очистки большинства загрязнений достаточно пропорции 6 л. чистящего состава на 40 л. воды. Для окончательной промывки поверхности фасада от продуктов очистки используется водопроводная вода.
Состав ПП-МТ 30 используют для очистки сильных загрязнений, снятия окраски с поверхности, удаления ржавчины, окалины, например, для очистки металлоконструкций из алюминиевых сплавов и других цветных металлов от атмосферных и других загрязнений.
Состав ПП-МТ 50 используют для очистки средних загрязнений, послойной очистки от окрасок, удаления ржавчины, мха, плесени, нагара, «граффити» с фасадов, очистки роторов турбин, памятников архитектуры.
Состав ПП-МТ 70 используют для очистки легких загрязнений, высолов, грязепочвенных и атмосферных загрязнений.
Состав ПП-МТ 90 используют для очистки хрупких поверхностей от легких загрязнений.
Для предотвращения появления очагов био-разрушителей на фасадах и памятниках в качестве чистящего состава возможно использование извести «пушенки» по ГОСТ-9179-77 с фракцией до 100 мкм.
Работа установки осуществляется следующим образом.
Установка может работать в режиме очистки, в режиме мойки/гидрофобизации и в режиме осушки. Режимы работы форсунки выбираются открытием или закрытием соответствующих кранов 15, установленных на форсунке 2, к которым присоединяются патрубки.
Установка должна эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха не ниже +5°С.
В зависимости от вида и степени загрязнения расстояние от очищаемого объекта до выходного отверстия сопла 24 должно быть 50…180 мм. В процессе работы ось сопла должна располагаться под углом 60…80 градусов к обрабатываемой поверхности фасада.
При работе с установкой осуществляют действия в следующей последовательности:
- проверяют отсутствие зазоров в транспортных системах подачи воздуха и состава
- подсоединяют шланги подачи воздуха к компрессору и проверяют надежность соединения и отсутствие перегибов шлангов для подачи воздуха и суспензии
- заполняют емкость 1 готовым составом или приготавливают состав непосредственно в емкости 1 для чего заливают в нее водопроводную воду и в требуемой концентрации добавляют твердую составляющую
- включают механизм перемешивания состава для обеспечения предварительного перемешивания состава течение не менее 10 секунд
- включают подачи воздуха и суспензии в соответствующие транспортные магистрали при этом надежном удерживании в руках форсунки 2 и направлении сопла 24 в сторону очищаемой поверхности.
В режиме очистки воздух под давлением от 4 до 12 атм поступает в устройство 3 подачи воздуха, в котором происходит распределение по системам. В осушителе 7 блока 6 подготовки воздуха происходит его осушение и смазка посредством средства 8 подачи смазки.
Из блока 6 воздух через кран/регулятор попадает в пневматический двигатель 5, который передает вращение на мешалку 4 с лопастями 9 и измельчительным ножом 10 за счет чего производится перемешивание смеси воды и чистящего состава или измельчения сухого чистящего состава типа сода, находящихся в емкости 1.
Из блока 6 воздух также подается в емкость 1 для приготовления абразивной суспензии для создания в нем давления 1-1,5 атм, необходимого для образования смеси и транспортировки ее по шлангу к форсунке 2.
При перемешивании с водой в указанных выше пропорциях ПП-МТ чистящего состава образуется абразивная суспензия под давлением в 1-1,5 атм, необходимая для проявления свойств АГД очистки и создания эффекта Ребиндера.
Суспензия из емкости 1 подается по каналу 19 в патрубок 20 или в кольцевую камеру 27, на выходе из которых она перемешивается с высоконапорным потоком воздуха, поступающего по каналу 18 от устройства 3 и приобретает ускорение. Далее смесь воздуха и суспензии разгоняется до высоких скоростей. Под действием струи образуется так называемая гидроабразивная аэрозоль, состоящая из абразивных частиц, воздуха и жидкости. Полученной таким способом гидроабразивной аэрозолью очищают поверхности. Энергетическим носителем аэрозольных частиц в АГД способе является высокоскоростная (более 500 м/с) воздушная струя. Аэрозольные частицы представляют собой молекулы воды сосредоточенные в капли под высоким давлением (около 1 атм), внутри которых находятся твердые частицы (абразивная пыль) размером от 300 нм до 40 мкм. Ударяясь о поверхность, вода при контакте, вследствие проявления эффекта Ребиндера, снижает прочность обрабатываемой поверхности, после чего частица абразива механически разрушает загрязнение и вода вымывает расколовшиеся фрагменты и уносит их вместе с использованным абразивом.
Рабочая жидкость обеспечивает транспортировку абразивных частиц от расходной емкости до обрабатываемой поверхности, непрерывно очищает обрабатываемую поверхность, удаляя отработавшие абразивные частицы и частички снятого материала, исключает образование пыли, регулирует тепловой режим в зоне обработки, позволяет собирать отходы от очистки и использовать рабочую смесь повторно.
В режиме мойки/гидрофобизации пневматический насос 14, также работающий от воздуха, поступающего из устройства 3, обеспечивает перекачку воды или гидрофобизатора из емкости 13 для промывочной жидкости через шланг к форсунке 2.
Режим сушки достигается при закрытии двух кранов 15 на шлангах, соединенных с емкостями 1, 13 и открытии крана 15 шланга, соединенного с устройством 3 подачи воздуха. Полученной воздушной струей из форсунки 2 производится просушка поверхности.
При взаимодействии с поверхностью предлагаемый метод обработки не оказывает отрицательного влияния на параметры исходной поверхности металла, что выгодно отличает его от других способов очистки и дезактивации. После обработки физико-химический состав поверхностного слоя металла остается без изменений, что является важным фактором для многих видов деталей с особыми требованиями к усталостной прочности и протеканию неконтролируемых химических процессов при эксплуатации. Также при использовании предлагаемого способа улучшаются адгезионные свойства металла, что обусловлено уменьшением поверхностного водопоглощения после обработки.