Может оказаться кому-то полезной.
" На первый взгляд, сталкиваясь с вопросом выбора струйных сопел, для пескоструйной обработки, всё кажется довольно просто. Но по мере углубления в проблематику процесса приходит понимание, что кажущаяся простота происходящих при обработке процессов на самом деле обманчива. Максимальная эффективность пескоструйного процесса может быть достигнута только в том случае, когда все компоненты технологической цепи согласованны между собой. Если недооценен хотя бы один из элементов, вся система будет работать или нестабильно или неэффективно.
Общее описание процесса.
Технологическая цепочка, включающая в себя: компрессор – воздушную линию – пескоструйный аппарат – воздушно-абразивную линию – сопло, проектируются и собираются в одно целое с одной единственной целью – создание стабильных условий для оптимальной работы финишного элемента системы – пескоструйного сопла. Все элементы системы взаимосвязаны и неотделимы друг от друга. Другими словами - цель минимизация потерь давления сжатого воздуха, в процессе прохождения воздушного потока, заданного объёма по системе трубопроводов и его оптимальное насыщение абразивным материалом на определённом этапе, нацеленное на получение максимально возможного чистящего эффекта при помощи оптимально подобранного, под конкретную задачу, струйного сопла. В свою очередь чистящий эффект (кинетическая энергия удара абразивной частицы) существенно зависит ещё и от массы, размера и количества абразивных частиц, проходящих через сопло с определённой скоростью в единицу времени.
Для того чтобы разобраться от чего зависит эффективность пескоструйной очистки, и какая роль отведена в ней каждому элементу системы и в частности соплу попытаемся разобраться по порядку:
Выделим три ключевых элемента системы: компрессор - система трубопроводов – струйное сопло. Система трубопроводов в свою очередь состоит из двух частей: воздушной и воздушно-абразивной магистралей. Характеристики пескоструйного аппарата на процесс прохождения сжатого воздуха оказывают минимальное влияние. Хотя недооценивать роль дозирующего устройства для всего процесса тоже неправильно (см. статью "Точность во всём"). А в остальном, пескоструйный аппарат - это всего лишь накопительный бункер, ценность которого определяется вместимостью и наличием всевозможных дополнительных опций.
Компрессор питает воздушную магистраль сжатым воздухом с определёнными характеристиками – объём и давление. При движении по трубопроводам часть давления будет потеряна в результате трения о стенки трубопроводов. Всевозможные выступы, неровности и т.п. создавая турбулентные завихрения, способствуют дополнительным потерям давления. При этом скорость потока будет постепенно возрастать, а давление падать. В воздушной части трубопроводов бороться с потерями давления довольно просто – увеличивая диаметр проходного сечения и применяя материалы с более высокими коэффициентами скольжения, возможно сведение потерь от трения к минимальным значениям. Сложнее дело обстоит с воздушно-абразивной линией, где сжатый воздух начинает выполнять функции пневмотранспорта. И на этом этапе следует понять и принять во внимание, что масса абразивного материала в единицу времени в магистрали есть величина постоянная, т.е. сколько абразива попадает через дозирующий клапан пескоструйного аппарата в магистраль примерно столько же должно быть выброшено через сопло на обрабатываемую поверхность. Это объясняет тот факт, что при увеличении длин воздушно-абразивной линии, приходится уменьшать подачу абразива, (что негативно сказывается на производительности) либо увеличивать давление в магистрали, в противном случае появляется неравномерно насыщенная пульсирующая струя абразива на сопле. Не стоит забывать и о потерях давления в результате трения о стенки трубопровода, из-за уменьшения проходного сечения трубопровода в результате образования пристеночного турбулентного слоя.
Объём воздуха, и давление на сопле являются основными параметрами, влияющими на скорость и производительность струйной очистки. Но стоит оговориться пока речь идёт только о максимально–возможных скоростях воздушно-абразивного потока, хоть это и ключевые параметры, но производительность очистки будет так же немало зависеть от характеристик и свойств абразивного материала.
В зависимости от имеющегося объёма сжатого воздуха выбирается и проходное сечение сопла, и чем больше объём воздуха в наличии, тем больший диаметр сопла может быть использован. Это подразумевает и больший отпечаток на обрабатываемой поверхности (рабочее пятно), и как следствие уменьшение количества перепроходов (по аналогии с окраской – т.н. эффект переокрашивания), что существенно влияет на производительность и расход абразива.
При повышении давления на сопле, увеличиваются скорости разгона абразива и кинетическая энергия удара абразивной частицы, что также способствует увеличению производительности.
Основные функции, выполняемые соплом - это сжатие и дополнительный разгон воздушно-абразивного потока, формирование и различное (сфокусированное или равномерное) насыщение рабочего пятна.
Основные параметры струйных сопел:
- Диаметр соплового отверстия,
- Форма канала,
- Длина сопла,
Диаметр соплового отверстия.
Про диаметр соплового отверстия написано уже много и с этим параметром все довольно вроде бы ясно. Резюмируя все вышесказанное можно сделать следующие выводы. Диаметр сопла динамично связан с объёмом производимого компрессором сжатого воздуха и давлением в трубопроводной магистрали, т.е. при увеличении давления увеличивается и потребляемый объём сжатого воздуха, при этом производительность очистки возрастает, а потребление абразива падает.
Примечание: Производительность очистки зависит от количества соударений абразивных частиц, обладающих определённой энергией в единицу времени, с обрабатываемой поверхностью. В то же время энергия удара частицы зависит напрямую от её скорости и массы в момент соприкосновения с поверхностью.
Для более полного понимания процесса следует снова вернуться к рассмотрению связки воздушно-абразивная линия + сопло. Изменить (повысить) давление на сопле, не изменив входных параметров сжатого воздуха в воздушной магистрали – невозможно. Поэтому, увеличивая давление и объём воздуха в системе трубопроводов, мы по сути дела изменяем, характеристики пневмотранспортной системы. Т.е. воздушный поток, может удерживать и транспортировать большее по массе количество абразива и в результате через сопловое отверстие пройдёт большее количество абразивных частиц на более высоких скоростях и как следствие большее количество соударений частиц с более высокими энергиями воздействия на обрабатываемую поверхность. И с другой точки зрения, так как все частицы совокупно обладают большей массой, то и суммарная энергия воздействия, в единицу времени, на обрабатываемую поверхность будет больше. Отсюда и увеличение производительности.
Расчётные таблицы производителей пескоструйного оборудования: Зависимость давление-объём по отношению к диаметру сопла отражены хорошо и полностью соответствуют реальному положению вещей. Зависимость давление-объём-диаметр сопла и производительность-потребность в абразивном материале отражает только общую динамику процесса при конкретных параметрах системы, т.к. так же немало зависит от типа и характеристик абразивного материала, исходного состояния и конечной чистоты обрабатываемой поверхности.
Форма канала.
По форме канала на сегодняшний день используются, в основном используются две разновидности сопел:
- Прямоточные,
- Трубки Вентури,
Прямоточные сопла формируют неравномерно насыщенный рабочий отпечаток. Основная концентрация абразива будет находиться в центре рабочего пятна, с постепенным уменьшением концентрации к краям. Такая неравномерность в распределении абразива связана с физикой прохождения воздушного потока по трубе, где на границе сопло - воздушный поток происходит формирование пристеночного турбулентного слоя, обладающего тормозящим эффектом. Сопла с прямой формой канала могут быть полезны при локальной обработке, при работе на узко профильных конструкциях (решётки, перила, сварные швы и т.п.), т. е везде, где может потребоваться сфокусированное рабочее пятно.
Примечание: Следует отметить ещё один момент - очень важно как абразив заходит в сопло. На этом отрезке прохождения воздушно-абразивного потока существенное значение имеет конус входной горловины (конффузор). Основное назначение конффузора плавное сжатие воздушно-абразивного потока и перевод потока в разгонную часть сопла, Если на границе магистраль-сопло будет изменена геометрия перехода, возникшие завихрения на всевозможных выступах будут существенно ослаблять основной поток, что в результате негативно отразится на производительности. Влияние параметров входной горловины на последующее изменение характеристик потока характерно как для прямоточных сопел, так и для сопел с каналом Вентури.
Сопла Вентури формируют равномерно насыщенное рабочее пятно и дополнительно создают предпосылки для получения при соблюдении определённых условий, максимально возможных, вплоть до сверхзвуковых, скоростей воздушно-абразивного потока. Это связанно с особой геометрией соплового канала состоящего как бы из трёх частей: конус входной горловины (конффузор), прямой отрезок (разгонная часть) и конус выходного отверстия (диффузор).
Примечание: Диаметр сопла – это диаметр прямого канала у прямоточных сопел и диаметр разгонной части сопла у сопел Вентури.
В зависимости от изменения соотношения диаметра разгонной части к выходному диаметру диффузора изменяются и параметры рабочего отпечатка. Следует отметить, параметры скорости абразива и рабочего пятна также немало зависят от длины разгонной части и длины самого диффузора.(см. далее длина сопла).
Длина сопла.
Для более простого понимания влияния длины на рабочее пятно следует вспомнить принцип работы гладкоствольного ружейного ствола, т. е, чем длиннее ствол, тем точнее стреляет ружьё и одновременно увеличивается убойная сила. В струйном сопле этот принцип также имеет место. Функции ружейного ствола выполняет разгонная часть у прямоточных сопел, у сопел Вентури это разгонная часть + диффузор. Из всего вышесказанного следует, что для получения максимального чистящего эффекта необходимо использовать максимально длинные сопла. При этом в зависимости от решаемых задач возможно получение и сфокусированного отпечатка, и равномерно распределённого. Но не всегда есть возможность использовать все преимущества длинного сопла.
Для решения чисто оперативных задач (работа в стеснённых условиях), производители пескоструйного оборудования выпускают укороченные прямые сопла (как прямоточные, так и Вентури), которые, уступая, в общем, по производительности длинным соплам, при определённых условиях, могут оказаться единственно возможным оптимальным решением. Небольшая длина сопла и уменьшенное расстояние до обрабатываемой поверхности делают их незаменимыми при работе в условиях, где длина рабочего инструмента выходит на первый план.
Для решения вопросов связанных с обработкой труднодоступных мест существуют также угловые и изогнутые сопла (см. "Угловые сопла" №5 2006г.).
Для полноты картины хотелось бы в заключении дополнить всё вышесказанное ремаркой связанной определёнными характеристиками абразивного материала. Как известно каждый абразив обладает определёнными характеристиками - тип, твёрдость, плотность, фракционный состав и т.п. Возвращаясь к вопросам пневмотранспорта, определённый объём сжатого воздуха при определённом давлении может транспортировать строго определённое количество абразивного материала по массе. Сравним для примера кварцевый песок и стальную колотую дробь. Плотность кварцевого песка примерно 1,6 кг/дм3, а металла 7,8 кг/дм3. То есть песка будет транспортироваться и подаваться в четыре раза больше, при одинаковых исходных параметрах пескоструйной системы, чем стального абразива. Учитывая то что, производительность очистки зависит от количества и кинетической энергии соударений в единицу времени о поверхность. Можно сделать следующие выводы - количество соударений песчаного абразива, при одинаковом фракционном составе, по сравнению с дробью, будет в 4 раза больше. Но в то же время кинетическая энергия удара у металлического абразива также будет в 4 раза больше, чем у песка. В реальных условиях в зависимости от конкретных задач могут быть востребованы и максимально возможный чистящий эффект и максимальный кинетический удар. Поэтому вопрос выбора абразива находится в прямой зависимости от исходного состояния и требуемой конечной чистоты поверхности и приобретает такое же ключевое значение, как и проектирование оптимальной пескоструйной системы совместно с подбором оптимального струйного сопла."
.
Одна из основных мыслей .... 
