УСТРОЙСТВО ДЛЯ АБРАЗИВОСТРУЙНОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к абразивоструйной обработке поверхности изделий и может быть использована для очистки изделий от старой пленочной изоляции, разных типов покрытий, ржавчины и других загрязнений, а также для подготовки поверхности перед нанесением покрытий.
Известны пескоструйные сопла разных типов и конструкций фирм-изготовителей "BORIDE", "BRUISER", "CLEMCO" (www.boride.com, www.ussuri.ru), выполненные в виде сверхзвукового сопла.
Однако с их помощью нельзя удалить покрытия значительной толщины, а также покрытия из вязких и пластичных материалов.
Известен пистолет для абразивно-воздушной обработки поверхности (патент РФ №2137593, В 24 С 1/00, 5/04, опубл. 20.09.1999), состоящий из корпуса с патрубками для подвода материалов и камерой, в которой установлено сопло с критическим сечением для подачи абразива, переходящим в выходное сопло. Внутренняя поверхность выходного сопла имеет коническо-цилиндрическую форму, при этом угол раскрытия конической части не превышает 3÷5°.
Недостатком этого устройства являются повышенный расход абразивного материала, недостаточно высокая скорость разгона абразивных
частиц и невысокая производительность.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является устройство для термоабразивной очистки поверхностей изделий (патент РФ №2201329, В 24 С 5/04, опубл. 27.03.2003), содержащее камеру с трактами подвода окислителя, горючего и частиц абразива, сопло, газодинамический ускоритель частиц абразива, выполненный в виде цилиндрического патрубка. Геометрические размеры патрубка выбраны из условий исключения образования внутри ускорителя скачков уплотнения, тормозящих газовый поток до скорости, меньшей скорости звука, и нагрева частиц абразива до перехода в аморфное состояние.
К недостаткам устройства относятся повышенный расход абразивного материала и сложное конструктивное выполнение.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в эффективном удалении с поверхности изделий загрязнений и остатков старой изоляции и снижении удельного расхода абразивного материала.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для абразивоструйной обработки изделий, содержащем корпус с каналами для подвода частиц абразива и воздуха, сверхзвуковое сопло и размещенный соосно с ним газодинамический ускоритель частиц абразива в виде патрубка, согласно полезной модели, внутренний канал газодинамического ускорителя выполнен расширяющимся к выходному сечению, причем входное сечение канала ускорителя и выходное сечение сопла выполнены одинаковой величины и размещены в одной плоскости, а угол раскрытия
канала ускорителя составляет 0,3÷1° и выбран из условия обеспечения максимальной скорости частиц абразива на выходе из ускорителя.
Кроме того, входной канал сверхзвукового сопла выполнен сужающимся к критическому сечению сопла под углом 35÷40°, а выходной канал выполнен расширяющимся от критического к выходному сечению под углом 10÷14°. А внутренний канал ускорителя выполнен составным из заменяемых элементов из износостойких материалов.
Эффективное удаление старой изоляции и абразивоструйная обработка поверхности изделий, а также экономия абразивного материала максимально достигаются при выполнении внутреннего канала газодинамического ускорителя расширяющимся от выходного сечения сверхзвукового сопла, так как при этом минимизируется влияние пограничного слоя на основной поток сжатого воздуха и обеспечивается максимальная скорость частиц абразива на выходе из ускорителя. При этом в единицу времени выполняется больший объем полезной работы с меньшим расходом абразивного материала.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен продольный разрез устройства.
Устройство состоит из расположенных в корпусе 1 сверхзвукового сопла 2, входной канал которого выполнен сужающимся к критическому сечению под углом а, а выходной канал - расширяющимся от критического сечения к выходному под углом β, газодинамического ускорителя 3 с углом раскрытия внутреннего канала γ, канал ускорителя футерован заменяемыми
элементами 4 из износостойкого материала.
Устройство работает следующим образом. Для разгона абразивных частиц в сопле рабочим телом служит газ (сжатый воздух). Газ под давлением перед соплом не менее 0,08 МПа начинает разгоняться в сужающейся части сверхзвукового сопла 2, увлекая частицы абразива (дозвуковой режим работы), проходит критическое сечение (критические параметры течения) и переходит в сверхзвуковую часть сопла (сверхзвуковой режим работы). Выходное сечение сопла А-А и входное сечение канала газодинамического ускорителя выполнены одинаковой величины и размещены в одной плоскости. Конструктивно сопло выполнено так, чтобы добиться полного раскрытия газового потока и его максимальной скорости на выходе (сечение А-А) при заданных параметрах по давлению, плотности и температуре газового потока на входе. Ускоритель предназначен для обеспечения максимальной скорости частиц абразива на выходе из ускорителя, создавая условия для их разгона до максимально возможной скорости в данном потоке. Геометрические размеры сопла определяют, исходя из объема или массы подаваемого газа (сжатого воздуха). На входе в канал ускорителя (сечение А-А) надо создать максимальное поле скоростей потока, чтобы абразивный материал получил мощный импульс силы для разгона. А для создания условий разгона необходим расширяющийся канал, в который воздушный поток должен поступать с максимально возможной скоростью (462 м/сек). Угол раскрытия внутреннего канала а ускорителя определяется с помощью математического
моделирования из условия минимизации влияния пограничного слоя на основной поток сжатого воздуха и составляет 0,3÷1°.
Частицы абразива, проходя критическое сечение сопла, попадают в поле сверхзвуковых скоростей и получают мощный импульс силы для разгона. Для разгона больших масс абразива требуется дополнительное время и выполнение определенных условий, в частности, различная длина канала газодинамического ускорителя. Абразивные частицы по мере продвижения в канале ускорителя резко увеличивают скорость движения, и максимальную скорость на выходе из канала приобретают в зависимости от массы абразива при определенной длине канала ускорителя. Абразивный материал не однороден по фракционному составу. Мелкие частицы на выходе из канала имеют более высокую скорость, чем крупные. Поэтому для определения параметров режима давления, как правило, проводят имперические расчеты и математическое моделирование. Необходимый расход абразивного материала для удаления конкретного вида покрытия подбирают через скоростные характеристики.
Устройство для абразивоструйной обработки было опробовано при проведении ремонтных работ на магистральном газопроводе 1020 мм Бухара-Урал. Оно применялось для снятия битумного покрытия, двухслойной пленочной изоляции и для подготовки поверхности перед нанесением термоусаживающихся и напыляемых полиуретановых материалов. Средняя скорость воздушного потока в пескоструйном шланге перед входом в сопло составила 80÷140 м/сек, средняя скорость абразивных частиц - 20÷40 м/сек.
Средняя скорость частиц абразива для полной очистки поверхности трубопровода от разных видов покрытий составила:
- от битумного покрытия
200 м/сек,
- от праймера пленочной изоляции
270 м/сек,
- от двухслойной пленочной изоляции (2+1)
350 м/сек. Производительность подготовки поверхности трубопровода была в три раза выше, чем при использовании коротких сопловых устройств фирмы "BORIDE", экономия абразивного материала составила 10÷12 кг/м<sup>2</sup>.
Предлагаемое устройство может быть использовано при строительстве и ремонте магистральных трубопроводов для окончательной очистки поверхности от старых изоляционных покрытий перед нанесением нового покрытия, а также при ремонте резервуаров, емкостей, баков.