Целью всех элементов, по которым абразив проходит до попадания в сопло, является обеспечение стабильного потока абразивного материала при заданном давлении. Работа сопла показывает, насколько эффективно другими элементами были выполнены все требования к обеспечению потока абразива.
Сопло ускоряет абразиво-воздушный поток, в результате чего достигается хороший режущий эффект, который позволяет успешно выполнять любые задачи. Размер, тип и форма сопла помогают задать скорость выполнения работ и конечный результат. Выбор сопла, соответствующего конкретному случаю применения, позволит окупить вложения благодаря достижению высокой производительности.
Материал сопла
От материала напрямую зависит срок службы сопла, который имеет большое значение, поскольку не только определяет длительность его использования, но и влияет на потребление воздуха.
При износе отверстия сопла для поддержания заданного давления требуется больше воздуха. Для сопла с отверстием размером 9,5 мм при давлении 7 бар требуется объём воздуха около 5,5 м3/мин. При увеличении сопла на 1,5 мм потребность в воздухе возрастает до более 7,2 м3/мин, то есть на 25%.
По этой причине сопло следует заменять, когда его отверстие изнашивается на 1,5 мм.
Более важно то, что, помимо потери воздуха, износ сопла более чем на 1,5 мм может привести к травме в случае разрушения внутренней вставки.
Обычно сопла изготавливаются из чугуна, керамики, карбида вольфрама, карбида кремния и карбида бора.
Чугунные сопла встречаются редко, потому что они изнашиваются после 6-8 часов работы.
Керамические сопла используются с неагрессивными абразивами в маломощных аппаратах и камерах абразивоструйной очистки.
Карбидные сопла - на основе вольфрама, кремния и бора -наиболее популярны для большинства струйных применений благодаря их высокому сроку службы. Сравнение износа сопел, приведённое ниже, сделано с учётом работы на одноразовом абразивном материале. Реальный срок службы сопла зависит от типа используемого абразива и давления.
Карбид вольфрама - это твёрдый, тяжёлый материал, используемый в разных областях, где необходима устойчивость к износу. Карбид вольфрама изготавливается посредством спекания, во время которого цельнолитые вставки сопла отливаются в пресс-форме при экстремально высокой температуре и давлении. Однако из-за процесса спекания вставка получается хрупкой. Сопла из карбида вольфрама служат около 300 часов при работе с одноразовыми абразивными материалами.
Карбид кремния появился в результате исследований легковесных и прочных материалов для авиастроения и аэрокосмической отрасли. Сопло из карбида кремния весит на 42% меньше, чем аналогичное сопло из карбида вольфрама, благодаря чему его удобнее держать на протяжении долгого времени. При работе с одноразовыми абразивными материалами карбид кремния служит до 500 часов, что на 50—65% дольше, чем срок службы кар-бидвольфрамовых сопел.
Сопловые вставки из карбида бора служат дольше всех. Это особенно важно при использовании очень острых абразивов, таких, как оксид алюминия и карбид кремния. При работе с одноразовыми абразивами карбид бора служит до 1 ООО часов. Закупочная цена таких сопел в 2—3 раза выше, чем сопел из кремния и вольфрама, однако эксплуатационные расходы за час их работы меньше по сравнению с вольфрамовыми или кремниевыми соплами.
Некоторые материалы вставок сопла лучше подходят для определённых абразивов. Сопла из карбида бора используются для абразивов из оксида алюминия или карбида кремния. Бор лучше противостоит очень острым гранулам.
Для стальной крошки, стальной дроби или любых железных абразивов используются сопла из карбида вольфрама. Другие карбидные материалы крошатся при воздействии высокоплотных стальных абразивных частиц.
Все карбидные вставки сопел хрупкие. Для защиты они вставляются в рубашку из металла, уретана или того и другого.
Форма сопла
Большинство подрядчиков по абразивоструйным работам пользуется соплами с широким конусообразным входом и выходом с меньшим углом конуса, которые вместе формируют трубку Вентури. Длина трубки Вентури, углы входа и выхода и размер отверстия точно рассчитываются для обеспечения максимального ускорения абразива и воздуха.
Абразив поступает в сходящийся вход сопла, проходит через отверстие, а потом быстро расширяется в мощном потоке, вы ходящем через расходящийся выход. При давлении 7 бар скорость в конце сопла достигает 200 м/сек, практически скорости звука. Для сравнения, из прямого цилиндрического сопла абразив выходит со скоростью 97 м/сек.
При износе сопла Вентури более чем на 1,5 мм оно теряет свою форму и не может обеспечивать ускорение, как прежде. Сильно изношенное сопло Вентури приводит к потерям воздуха, и скорость абразива в нём и образуемый рельеф поверхности сравнимы с прямыми цилиндрическими соплами.
У хорошо сконструированных сопел Вентури точные размеры входа, прохода и выхода, что позволяет ускорять абразив и оставлять равномерный след на очищаемой поверхности без разброса частиц и без участков, обработанных чрезмерно интенсивно. В результате получается равномерно очищенная поверхность.
Из плохо сконструированных сопел Вентури, когда углы отверстий входа и выхода рассчитаны неточно, абразивные частицы сильно разлетаются, что приводит к тому, что многие участки остаются не обработанными. При наличии такого широко разбросанного следа приходится заново обрабатывать его края, на что затрачивается время и абразив.
При использовании чересчур больших сопел, которые оставляют необычно большой след, результат получается неудовлетворительным.
Форма канала сопла определяет его «рабочее пятно». Обычно сопла имеют прямое отверстие или узкое отверстие Вентури. Сопла с прямым отверстием (1) создают сжатое пятно для местной обработки или работы в дробеструйном кабинете, для очистки отдельных частей, обработки сварных швов, очистки перил, ступеней, решеток, или резки камня и других материалов.
Сопла Вентури (2) создают широкое пятно и увеличивают скорость абразивного потока на 100% при имеющемся давлении. Сопла Вентури наиболее эффективны, когда речь идет о высокой производительности при обработке больших поверхностей.
Длинные сопла Вентури (3) способствуют увеличению производительности примерно на 40% в сравнении с прямыми соплами, а потребление абразива уменьшается примерно на 40%.
Сопла двойные Вентури (4) представляют собой две совмещенные секции с зазором между ними и отверстиями для дополнительного забора воздуха. Выходное отверстие сопла более широкое, чем у стандартного образца. Обе модификации предназначены для увеличения размера «рабочего пятна» и минимизации уменьшения скорости абразивного потока.
Сопла с широкой горловиной (5) имеют широкую входную горловину и широкое расходящееся выходное отверстие. При соединении со шлангом такого же размера, производительность будет на 15% больше, чем у сопел с меньшей горловиной. Широкая горловина в сочетании с большим расходящимся выходным отверстием может использоваться при высоких давлениях, увеличивая «рабочее пятно» на 60% и уменьшая потребление абразива.
Отверстие и длина сопла
Размер отверстия сопла определяет объём потребления сжатого воздуха. Чем больше отверстие, тем выше производительность и потребление воздуха. Следует использовать сопло наибольшего размера, для которого компрессор сможет обеспечить подачу воздуха.
Для работы абразивоструйного аппарата требуется постоянный, стабильный поток воздуха под высоким давлением; для работы других пневматических инструментов такие требования к компрессору не предъявляются.
Компрессор должен обеспечивать подачу воздуха для абразивоструйных сопел, шлемов и других аксессуаров, а также иметь достаточный резерв для компенсации увеличения потребления воздуха при износе сопла, потерях на трение и потерях давления в разных частях системы (смотрите Приложение 5 — «Таблица по минимальному объёму воздуха»).
Влияние износа сопла на потребление воздуха
Приведённая информация дана с учётом потребления воздуха при давлении 7 бар (100 psi).
Компрессоры воздуха не производятся точно в соответствии с указанными значениями, поэтому следует использовать компрессор, значение мощности которого является наиболее близким, но, при этом, большим значения потребления.
Потеря давления по причине износа сопла, помех в шланге или проблем с компрессором приведёт к снижению производительности.
Большинство подрядчиков пользуются методом приближённого подсчёта, в соответствии с которым потеря давления на 0,07 бара приводит к снижению производительности на 1,5%.
При давлении 7 бар в случае его спада на 0,07 бара производительность снижается на 1,5%. При более низком давлении снижение производительности менее заметно, но также сказывается на затратах.
Поэтому падение давления на 0,7 бар приводит к снижению производительности около 15%. В результате этого появляется необходимость добавить более одного часа к обычному 8-часовому рабочему дню. Сжатый воздух является дорогостоящим, но дополнительные трудозатраты, задержка графика выполнения работ и перерасход средств, вызванные снижением производительности, быстро превысят стоимость более мощного компрессора. Когда ёмкость компрессора ограничена, падение давления будет очень сильным.
Хотя износ сопла может снизить давление и негативно повлиять на производительность, возможность сохранить давление при работе с соплом большего размера позволит заметно увеличить производительность и эффективность. Безусловно, все компоненты абразивоструйной системы должны быть соответствующего размера, чтобы обеспечить прохождение большего объёма воздуха и абразива.
Для иллюстрации правила подсчёта снижения производительности при падении давления обратимся к таблице со значениями сопла, приведённой в приложении.
Для работы с соплом размером 8 мм требуется объём воздуха 3,9 м3/мин при давлении 7 бар. При износе сопла на 1,5 мм оно становится эквивалентным соплу размером 9,5 мм, для которого требуется объём воздуха 5,5 м3/мин при давлении 7 бар. Если ваш компрессор может обеспечить только 3,9 м3/мин, то давление в сопле упадёт до 4,1—4,8 бар, что приведёт к снижению производительности на 50%. Сопла изнашиваются всегда, поэтому важно иметь адекватный резерв сжатого воздуха для поддержания высокого давления.
Длина сопла варьирует в зависимости от случая применения. Короткие цилиндрические сопла размером от 38 до 50 мм используются в абразивоструйных камерах и с маломощными аппаратами, а также в случаях, когда расстояние между соплом и поверхностью небольшое.
Короткие сопла Вентури длиной около 76 мм используются для большого объёма работы на малом расстоянии от поверхности: 300 мм - для стали, 460 мм - для бетона и других мягких поверхностей.
Длинные сопла Вентури могут быть от 100 до 230 мм. Чем длиннее сопло, тем больше диаметр отверстия. Длинные сопла Вентури позволяют осуществлять большой объём работ по очистке на любых поверхностях на расстоянии от 460 до 610 мм для трудноочищаемых поверхностей и от 760 до 915 мм - для рыхлого слоя краски и мягких поверхностей.
Давление в сопле
Поддержание адекватного давления в сопле имеет большое значение для обеспечения высокопроизводительной струйной очистки. Манометр на компрессоре показывает давление воздуха только в компрессоре. Он не показывает давление абразивной струи. Шланги, воздушные фильтры, струйный аппарат и другие компоненты между компрессором и соплом создают трение и приводят к потере давления.
Для точного определения давления в сопле нужно использовать игольный манометр. Этот простой инструмент состоит из подкожной иглы, вставленной в манометр.
Иглу следует вставить в струйный рукав под углом 45 градусов на расстоянии около 150 мм от соплодержателя. При этом конец иглы должен быть направлен к соплу. Иглу необходимо вставить так, чтобы её конец был в центре воздушного потока. Такой манометр зафиксирует реальное давление в сопле.
Например, при струйной обработке конструкционной стали обычно требуется давление в сопле от 7 до 7,6 бар. Однако на практике в полевых условиях подрядчики работают при давлении от 6,7 до 7 бар. В струйной системе с 15-метровым рукавом и 15-метровым воздушным шлангом ожидается, что падение давления составит от 0,7 до 1 бар.
Давление в сопле ниже 5,9 бар означает, что в системе что-то не в порядке. Проверьте давление в компрессоре, а потом проверьте, нет ли помех во всех шлангах и рукавах, влагоот-делителях и других элементах системы. Также следует проверить, не слишком ли изношено сопло.
Крепление сопла
Сопла бывают с рабочей резьбой, стандартной мелкой резьбой или фланцевые.
Рабочая резьба позволяет устанавливать или удалять сопло без инструмента. Широкая резьба с большим шагом предотвращает заедание при попадании пыли, грязи и абразивных частиц, а также обеспечивает более прочную фиксацию сопла.