Как работает пескоструйный аппарат

Классификация

Пескоструйные аппараты — частный случай абразивоструйных установок. Пескоструйный аппарат — название скорее историческое, так как применение кварцевого и речного песка для абразивной очистки, по ряду причин, уходит в прошлое. На смену песку пришли новые, более эффективные и безопасные абразивы, такие как никельшлак, дробь и другие. 

Абразивоструйные аппараты бывают следующих основных видов:

• эжекторного типа (некоторые ошибочно называют "инжекторного")
• напорного типа
• дробеструйные камеры
• устройства беспылевой очистки
• устройства гидроабразивной очистки

Принцип работы пескоструйных аппаратов эжекторного и напорного типов

Аппараты эжекторного типа основаны на эффекте эжекции: воздушный поток от компрессора, передвигаясь с высокой скоростью по воздушному рукаву (шлангу), затем по "пистолету" создает в камере пистолета область низкого давления, куда, под воздействием атмосферного давления, из отдельного бачка по второму рукаву устремляются частицы абразива (песка). Затем, за счёт того же воздушного потока, эти частицы разгоняются до больших скоростей.

Эжекторные устройства обычно выполнены в форме "пистолета". Могут применяться для несложных работ, там, где скорость работ не так важна, очищаемые площади невелики, также в стесненных условиях, где с напорным аппаратом просто не развернуться. Однако, необходимо уточнить, что сложные задачи не под силу эжекторным устройствам. Например, автомобильные диски, окрашенные порошковым методом окраски, не отчистить эжекторным пистолетом. Также такие устройства не справляются с прокатной окалиной и глубокой ржавчиной. Степень очистки SA 3 просто недостижима для эжекторных пистолетов. Самое популярное применение таких пистолетов – нанесение рисунков на стекло и зеркала посредством матирования.

Для выполнения серьезных работ чаще применяются пескоструйные установки напорного типа. В основе такого аппарата — закрытый сосуд под давлением — бак, он же бункер, в котором находится сухой просеянный абразив определенной фракции. Аппарат напорного типа называется так потому, что абразив из бака подается не за счет атмосферного давления (как в эжекторных устройствах), а под напором, создаваемым при помощи давления в 7-12 бар. Это давление создается посредством нагнетания сжатого воздуха от компрессора в верхнюю часть бака через верхний кран и запорный клапан "грибок"- это первый воздушный поток (см. схему ниже). Второй воздушный поток, проходя через нижний кран, направляется в пескоструйный рукав. В то же время, в этот поток подмешивается абразив, выходящий из нижней части бункера; регулировка потока абразива производится посредством дозатора абразива (см. схему). 

Такие аппараты поставляются в двух комплектациях: с блоком дистанционного управления краном подачи воздуха (ДУ) и без такового. Если для работы на аппарате с ДУ достаточно одного оператора (второй человек нужен только для страховки оператора), то, с аппаратом без ДУ, без напарника никак не обойтись.

Принцип абразивоструйного метода очистки

Абразивоструйный метод очистки основан на использовании высокой кинетической энергии потока твердых абразивных частиц. Эта энергия придаётся частицам при помощи высокоскоростного воздушного потока, создаваемого производительным винтовым компрессором. При соударении с поверхностью, кинетическая энергия частиц абразива преобразуется частично в энергию деформации, частично тратится на нагрев, частично преобразуется в звуковые волны. Деформируется как сама частица абразива (сминается либо раскалывается), так же деформируется и часть очищаемой поверхности (субстрат) — из обрабатываемой поверхности выбиваются частицы старого покрытия, прокатной окалины, ржавчины и прочих загрязнений (собственно, это нам и нужно), а также частицы самого субстрата — металла, бетона или другой поверхности (этот эффект позволяет создать нужный профиль поверхности). В следующий момент, энергия деформации частично преобразуется в кинетическую энергию движения частиц абразива и субстрата — частицы рикошетят от поверхности.

Чем выше изначально кинетическая энергия абразивных частиц — тем бóльшая будет произведена работа по очистке поверхности. Формула кинетической энергии:

K = (m•V²) / 2, где m - масса, V - скорость. 

Из этой формулы можно понять, что для увеличения производительности работ по очистке выгоднее всего увеличивать скорость потока абразивных частиц (потому, что зависимость от скорости квадратична). Скорость потока частиц в абразивовоздушной смеси (без сокращения диаметра сопла) можно увеличить надежным способом: увеличив производительность (количество литров воздуха в минуту) компрессора (не путать с давлением компрессора). Также, конструкция сопел с трубкой Вентури позволяет несколько увеличить скорость потока, при этом снизив давление частиц на стенки сопла. Массу частиц можно увеличить, взяв фракцию покрупнее, но это может негативно сказаться на скорости абразивовоздушного потока. Судя по формуле, увеличение производительности компрессора в два раза, при постоянном расходе абразива, увеличивает кинетическую энергию частиц в четыре раза, что должно значительно поднять скорость очистки поверхности. Подробнее, про производительность системы очистки можно узнать здесь.

Схема пескоструйного аппарата напорного типа

Порядок работы с аппаратом напорного типа

1. Абразив засыпают через встроенное сито в бункер установки.

2. Оператор пескоструйной установки облачается в СИЗ, берёт в руки абразивный рукав с соплом, направляет его в сторону обрабатываемой поверхности. В шлем подаётся очищенный воздух.

3. Напарник открывает верхний кран подачи воздуха — сжатый воздух под давлением от 5 до 12 атмосфер, пройдя очистку от влаги, масла и посторонних частиц, нагнетается в верхнюю часть бака.

4. Затем открывают нижний клапан подачи воздуха — воздух направляется в абразивоструйный рукав. В то же время, абразив из бака, под воздействием созданного давления, проходя через вентиль-дозатор абразива, расположенный в нижней части бака, поступает в абразивный рукав, смешиваясь с воздушным потоком и образуя абразивовоздушную смесь. Обычно этот дозатор абразива представляет из себя шиберный кран, поскольку в шаровом кране абразивный поток идет по сложной траектории, в связи с чем кран быстро изнашивается, часто заклинивает и не дает возможности точной регулировки потока абразива. Для дроби применяется дозатор особой конструкции, основанной на прижимном механизме.

5. Абразивовоздушная смесь на высокой скорости поступает по абразивному рукаву и выходит из сопла, изготовленного из особо прочных износостойких материалов, таких как карбид бора, карбид кремния или карбид вольфрама. Максимальный разгон потока – до 650 м/с – возможен за счет использования сопел с каналом Venturi.

6. Оператор, полагаясь на свой опыт, определяет состав абразивовоздушной смеси и условными сигналами сообщает напарнику, необходимо ли добавить или же уменьшить количество подаваемого абразива.

7. Напарник плавно перемещает заслонку дозатора для получения оптимальной смеси.

8. Производятся работы по очистке поверхностей.

9. Работу обычно заканчивают, полностью вырабатывая абразив из бункера. Это дает возможность не закрывать дозатор по окончании работ (а значит сохранить его ресурс), а также исключает отсыревание остатков абразива.

Что нужно для эффективной работы

1. Грамотно собрать всю систему из подходящих компонентов, начиная от компрессора и заканчивая соплом, чтобы минимизировать потери производительности на каждом участке системы.

2. Подобрать правильный фракционированный сухой, подходящий в данном конкретном случае абразив. Это может быть купершлак, никельшлак, колотая / литая дробь, стеклянные микросферы и другие. От характеристик абразива во многом зависят получаемый профиль (рельеф) поверхности, итоговая адгезия покрытия, качество очистки в целом, удобство и скорость работы.

3. Убедиться в качестве и количестве подаваемого воздуха. Сжатый воздух должен быть достаточного объёма, максимально очищен от влаги, масла и иных примесей.

4. Изучить методику работы с соплом, в частности: следует подобрать и сохранять постоянными расстояние до обрабатываемой поверхности и угол атаки по отношению к этой поверхности.

5. Не экономить на средствах индивидуальной защиты, ведь здоровье дороже.

Охрана труда

Нужно понимать, что полноценная абразивоструйная система — комплекс довольно сложного технологического оборудования, объект повышенной опасности, требующий строгого соблюдения техники безопасности, применения серьёзных средств индивидуальной защиты, обучения работе с этим оборудованием, немалых денежных вложений.

Некоторые мастера, узнав ценник на комплект такого оборудования, принимают решение соорудить пескоструйный аппарат своими руками из газового баллона и сопла из автомобильной свечи. Считаем своим долгом предупредить, что это не так-то просто и безопасно, как может показаться. Сосуд, работающий под давлением в 12 бар, в который ещё и засыпан твёрдый острый абразив представляет серьезную угрозу здоровью и жизни находящихся поблизости людей, так как разгерметизация бака в процессе работы очень опасна. В штатном режиме работы абразивовоздушная смесь также весьма опасна: секундная потеря контроля над шлангом с соплом может привести к трагическим последствиям для оператора установки. Внезапная разгерметизация некачественного рукава не менее опасна.

Применение песка в качестве абразива при сухой очистке тоже представляет собой серьезный риск для здоровья: дело в том, что кварцевый песок, при соударении с поверхностью, разбивается в мелкодисперсную пыль (5-10 микрон), которая очень долго находится в воздухе и, попадая в легкие, никогда уже не выводится из организма, накапливается и может вызвать силикоз легких — тяжелую профессиональную болезнь пескоструйщика. Кроме того, кристаллический диоксид кремния в форме кварца признан канцерогенным фактором — повышена смертность от рака легкого у рабочих, подвергающихся ингаляционному воздействию кристаллического оксида кремния. Причём эту пыль не способны полностью отфильтровать ни один респиратор, ни один противогаз. От кварцевой пыли спасает только шлем пескоструйщика, с принудительной подачей очищенного воздуха. Воздух для дыхания оператора в этот шлем подается от специального фильтра-редуктора. Применение песка для сухих абразивоструйных работ запрещено в России с 2003 года.

Подводя итоги, независимо от того, планируете ли вы приобретать установку промышленного производства, либо будете изобретать собственный пескоструйный аппарат, призываем вас внимательно изучить вопросы безопасности, обозначенные в данной статье, не пренебрегать действенными средствами индивидуальной защиты, техникой безопасности и методикой работы. Здоровье, в любом случае, дороже любого аппарата.

Эффективной и безопасной вам работы!