УСТРОЙСТВО ДЛЯ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

Полезная модель относится к области пескоструйной техники и может быть использована в машиностроении, строительной, нефтяной, газовой и других отраслях для очистки различных поверхностей от любых видов отложений, загрязнений, коррозии и др. и подготовки поверхностей под нанесение защитных покрытий.
Известен пескоструйный аппарат для абразивной обработки различных поверхностей (патент РФ на полезную модель №35753, МПК В24С 5/00, опубл. 10.02.2004 г. Бюл. №4), содержащий емкости с песком и с жидким углеводородным топливом, компрессор, пескоструйную головку с камерой сгорания и соплом. В камере сгорания производится сжигание углеводородного топлива в смеси со сжатым воздухом, подаваемым из компрессора. Песчано-воздушная смесь с помощью отдельного струйного аппарата, который обозначен термином «управляемый смеситель», подается из емкости с песком «в один из входов камеры сгорания в области реактивного сопла». Истекающий из сопла реактивный поток высокотемпературных продуктов сгорания в смеси с песком воздействует на очищаемую поверхность.
Однако подача песчано-воздушной смеси непосредственно в камеру сгорания может вызывать неустойчивость процессов горения и истечения. Также выполненный по данной схеме пескоструйный аппарат в работе является достаточно опасным для персонала. Это связано с тем, что подаваемый в камеру сгорания песок вызывает интенсивный абразивный износ как стенок камеры сгорания, так и сопла. Этот процесс усугубляется еще и тем, что эти узлы (детали) работают в условиях высоких температур. При этом процессы износа в процессе работы аппарата визуально не контролируется. В какой-то момент происходит прорыв стенок камеры сгорания или сопла из-за абразивного износа. При этом происходит выброс пламени наружу с возможным опасным огневым воздействием на работника, удерживающего пескоструйный аппарат в руках, или находящегося рядом.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является установка для абразивной обработки (патент РФ на полезную модель №13543, МПК В24С 3/00, опубл.27.04.2000 г. Бюл. №12), которая принята в качестве прототипа. Установка фактически содержит бак для рабочего материала (абразива), компрессор, емкость для горючего, абразивоструйную головку с камерой сгорания с соплом. В прототипе абразивоструйная головка обозначена термином «распределительное устройство», а камера сгорания - «внутренней полостью и установленное в ней сопло». Емкость для горючего наддувается воздухом из компрессора, горючее вытесняется и подается в камеру сгорания. Также в камеру сгорания подается воздух из компрессора для создания горючей смеси. Горючая смесь в камере сгорания поджигается с помощью запальника, установленного в стенке камеры сгорания. Бак для рабочего материала (абразива) снабжен заправочным конусом с обратным клапаном. При работе установки бак наддувается сжатым воздухом из компрессора, при этом обратный клапан закрывается, обеспечивая давление наддува в баке. Абразив транспортируется с помощью отдельного струйного аппарата, который в описании и формуле не имеет отдельного наименования, его наличие следует из приведенных схем и описания работы установки.
Абразивовоздушная струя разгоняется и подается на вход сопла через трубку подачи рабочего материала, проходящей внутри камеры сгорания и установленной соосно соплу, которая служит для образования струи высокотемпературных продуктов сгорания и абразива, воздействующей на обрабатываемую поверхность. Полезная модель направлена на «повышение КПД установки за счет увеличения скорости очистки поверхности от различного рода загрязнений».
Также установка может представлять опасность для персонала при его использовании. Это связано со схемой организации рабочих процессов в камере сгорания. Абразив из бака транспортируется принудительно под давлением, разгоняется и с высокой скоростью подается к входной части сопла через трубку, проходящей вдоль всей камеры сгорания. Данная трубка с наружной стороны подвергается воздействию высоких температур, а изнутри - воздействию абразива. Это вызывает повышенный абразивный износ трубки, преимущественно с нижней стороны из-за воздействия сил тяжести. Причем этот износ визуально не контролируется и заметить начало нарушения ее целостности практически невозможно. Абразив начинает бить в сторону и воздействовать на стенки камеры сгорания, что ведет к неконтролируемому разрушению ее стенки с последующим возможным внезапным вырыванием пламени наружу с непредсказуемым воздействием на персонал.
Кроме того, в процессе работы происходит также интенсивный абразивный износ абразивного рукава, через который под давлением с высокой скоростью транспортируется абразив. Периодически возможен прорыв абразивного рукава. Причем прорыв наиболее возможен на участке, примыкающем к абразивоструйной головке. На данном участке рукав практически постоянно изогнут, и за счет воздействия центробежных сил частицы абразива прижимаются к стенке рукава, вызывая более интенсивный износ по сравнению с другими участками. Степень износа данного участка визуально не контролируется.
Случайный прорыв абразивного рукава представляет для работника, удерживающего абразивоструйную головку, большую опасность. Во-первых, из прорыва начинает вырываться под давление абразивовоздушный поток. Во-вторых, на участке от места прорыва до камеры сгорания происходит падение давления, из-за чего из камеры сгорания в сторону прорыва начинает прорываться пламя, вырываясь наружу и воспламеняя рукав. В целом данная установка, также, как и рассмотренный выше пескоструйный аппарат, является достаточно опасным для персонала.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, заключается в увеличении ресурса подвергающихся абразивному износу деталей за счет снижения скорости транспортировки абразива при сохранении высокой производительности установки.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для абразивной обработки, содержащем воздушный компрессор, пескоструйную головку с камерой сгорания, подключенной к выходу воздушного компрессора и с установленным в ней запальником и соплом, бак для абразива, емкость для горючего, подключенную к выходу воздушного компрессора и сообщенную с внутренней полостью камеры сгорания, новым является то, что пескоструйная головка имеет эжектор, установленный на выходе сопла соосно ему, бак для абразива, имеющий в нижней части коническое сужение, сообщенный через запорно-регулирующий орган с входом фитинга, имеющим два выхода, один из которых снабжен запорно-регулирующим органом и сообщен с окружающей средой, а другой выход сообщен с входом эжектора.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для абразивной обработки.
Устройство для абразивной обработки содержит пескоструйную головку 1 с камерой сгорания 2. В камере сгорания установлены сопло 3 и запальник 12. На выходе сопла 3 соосно ему установлен эжектор 4. Камера сгорания 2 подключена к выходу воздушного компрессора 5 через запорно-регулирующий орган 7.
Устройство снабжено емкостью 8 для горючего, сообщенный через кран 9 и запорный орган 10 подачи горючего с внутренней полостью камеры сгорания 2.
Емкость 8 имеет заправочную горловину 11. Кроме того, для поддавливания горючего емкость 8 подключена к выходу воздушного компрессора 5 через кран 13.
Устройство содержит бак 14 для абразива с коническим сужением в нижней части, который сообщен через запорно-регулирующий орган 15 с входом фитинга 16, имеющего два выхода. Один выход фитинга 16 сообщен с окружающей средой через запорно-регулирующий орган 18. Другой выход фитинга 16 сообщен с входом эжектора 4 пескоструйной головки 1.
Устройство имеет гибкие шланги 17.
Устройство работает следующим образом. Включают воздушный компрессор 5. Открывают кран 13 и производят наддув емкости 8. Открывают кран 9 на линии подачи горючего. Подключают запальник 12 к блоку управления 6. Частично открывают запорно-регулировочный орган 7, обеспечивая подачу воздуха в камеру сгорания 2. Включают запальник 12 и подают горючее в камеру сгорания 2 путем открывания запорного органа 10 подачи горючего. После воспламенения горючего запорно-регулировочный орган 7 открывают полностью, обеспечивая рабочий расход воздуха, поступающего в камеру сгорания 2. Выключают запальник 12.
Продукты сгорания истекают из камеры сгорания 2 через сопло 3 и служат в качестве рабочего тела в эжекторе 4. На входе эжектора создается разрежение. Открывают запорно-регулирующий орган 18, сообщая вход эжектора 4 с окружающей средой через выход фитинга 16. Начинается подсос воздуха из окружающей среды через фитинг 16 и его движение к входу эжектора 4. Открывают запорно-регулирующий орган 15, после чего абразив из бака 14 начинает засасываться струей воздуха и транспортироваться по шлангу линии подачи абразива на вход эжектора 4, в камере смешения которого производится разгон частиц абразива до высоких скоростей. Количество подаваемого абразива регулируется с помощью запорно-регулирующего органа 18. Его закрытие или открытие регулирует количество и скорость движения эжектируемого воздуха, и соответственно - количество и скорость эжектируемого абразива от максимальных значений вплоть до полной остановки подачи абразива.
Высокотемпературную струю продуктов сгорания совместно с частицами абразива направляют на очищаемую поверхность.
Увеличение ресурса подвергающихся абразивному износу деталей обеспечивается за счет снижения скорости транспортировки абразива. Пескоструйная головка за счет явления эжекции сама обеспечивает транспортировку и подачу абразива. Не требуется подача абразива под высоким давлением. Поэтому скорость транспортировки абразива по сравнению с прототипом существенно меньше, соответственно износ шланга для транспортировки происходит медленнее. Не происходит внезапный прорыв и выброс абразива в случае ее критического износа. В возникающее из-за износа отверстие в стенке шланга начинает засасываться воздух, вследствие чего снижается вплоть до полного прекращения всасывание воздуха в отверстие фитинга, расположенного под баком для абразива. Автоматически прекращается транспортировка и подача абразива на вход эжектора. Не создается опасная ситуация для персонала. Весь процесс визуально контролируется.
Сопло камеры сгорания пескоструйной головки по сравнению с прототипом не подвергается воздействию абразива и абразивному износу. А возможный износ или изменение геометрии сопла камеры сгорания за счет воздействия высокотемпературной струи продуктов сгорания и уноса с поверхности частиц материала происходит очень медленно. В этом случае происходит постепенное изменение параметров вытекающей из сопла струи, что соответственно приводит к ухудшению коэффициента эжекции эжектора. Это контролируется персоналом по изменению характера ее работы. Степень износа сопла 3 контролируется визуально при замене камеры смешения эжектора 4.
Абразивному износу подвергаются элементы эжектора, прежде всего камера смешения, которая является быстросменной расходной деталью. Но износ камеры смешения и других элементов эжектора контролируется персоналом визуально, а также по характеру работы эжектора. Износ не приводит к внезапному разрушению и не создает опасных для персонала ситуаций. В зависимости от степени износа снижается коэффициент эжекции, что приводит к постепенному ухудшению (вплоть до полного прекращения) транспортировки и разгона частиц абразива без каких-либо катастрофических последствий для персонала и для установки в целом. Этот процесс легко контролируется персоналом.
В устройстве для абразивной обработки обеспечивается увеличение ресурса подвергающихся абразивному износу деталей за счет снижения скорости транспортировки абразива, а также возможность контроля за износом деталей, что способствует увеличению безопасности для персонала при сохранении высокой производительности устройства при очистке поверхностей от различных отложений, коррозии, остатков нарушенных защитных покрытий и т.д.