Оборудования для водоструйной очистки различных поверхностей Содержание
1. Цель и задачи работы
2. Порядок выполнения работы
3. Основные термины и определения
4. Краткие теоретические положения
5. Методика расчета режимов работы водоструйного инструмента и выбора высоконапорного оборудования для водоструйной очистки поверхностей
6. Варианты индивидуальных заданий к работе
7. Пример расчета
8. Контрольные вопросы
Список литературы
1. Цель и задачи работы
Настоящая практическая работа имеет целью закрепить и расширить знания студентов по гидроструйному разрушению горных пород, выработать у них знания о водоструйной очистке поверхностей, о конструкции и принципе работы водоструйных пистолетов. И, кроме того, ознакомить с методикой и сформировать практические навыки по выбору и расчету основных параметров водоструйного инструмента.
В практической работе студентам предлагается:
- изучить общие сведения о процессе водоструйной очистки поверхностей и существующие технологические схемы очистки;
- изучить устройство и принцип работы, преимущества и недостатки водоструйных пистолетов различной конструкции;
- вычертить по указанию преподавателя эскиз одного из водоструйных пистолетов;
- изучить методику и выполнить расчет режимов работы водоструйного инструмента, а также выбрать высоконапорное оборудование.
2. Порядок выполнения работы
Перед выполнением практической работы необходимо проработать по конспектам лекций соответствующие разделы курса. Изучить основные термины и определения, краткие теоретические положения и методику расчета к данной работе.
Произвести расчет режимов работы водоструйного инструмента и выбрать высоконапорное оборудование, согласно индивидуальному заданию, выдаваемому преподавателем. Вычертить эскиз водоструйного пистолета.
Сформулировать основные выводы по работе.
3. Основные термины и определения
Водоструйная очистка (обработка) - процесс очистки различных поверхностей от покрытий, инородного материала и различных загрязнений на основе их эрозионного разрушения при помощи струй воды высокого давления. Термины водоструйной, гидроструйной, гидрореактивной очистки и т.д. характеризуют один и тот же процесс. Однако необходимо различать водоструйную очистку и простое мытье водой.
Низконапорная мойка - обработка поверхности при давлении воды менее 6,8 МПа.
Мойка под давлением - обработка поверхности при давлении воды от 6,8 и 68,0 МПа.
Водоструйная очистка высокого давления - обработка поверхности при давлении воды от 68,0 до 170,0 МПа.
Водоструйная очистка сверхвысокого давления - обработка поверхности при давлении воды более 170,0 МПа.
Водоструйный пистолет – используемый для очистки поверхностей облегченный ручной водоструйный инструмент, состоящий, как правило, из ствола, рукояти, спускового механизма, струеформирующей головки, запорной и регулирующей аппаратуры.
4. Краткие теоретические положения
Водоструйная очистка поверхностей является эффективным, экологически чистым и конкурентоспособным методом поддержания работоспособности технологического оборудования и универсальным методом очистки поверхностей любой конфигурации без повреждения основного материала.
Несмотря на кажущуюся, на первый взгляд, неэффективность водяной струи, водоструйная обработка великолепно зарекомендовала себя при очистке фасадов, гранитных плит, бордюрного и природного камня, при обработке архитектурных элементов в городском хозяйстве, проведении санации фасадной плитки. Водоструйная обработка широко применяется при очистке мостов от старой краски и грязи, при мойке сильно загрязненных нефтепродуктами и консервирующими смазками ходовой и моторной частей транспортных средств и специального транспорта и т.д. Водоструйная очистка идеально подходит для восстановления бетонных и железобетонных конструкций. И, кроме того, позволяет удалять различные загрязнения, в том числе: нагар, окалину, коррозию, окисные пленки, краску, солевые отложения и др., с поверхности любой конфигурации без повреждения основного материала. В некоторых случаях, когда струя воды не способна очистить поверхность, проблему можно решить методом гидроабразивной обработки. Применение специальных гидроабразивных насадок позволяет достичь требуемого класса чистоты поверхности, при этом используются источники воды высокого давления со значительно меньшим уровнем рабочего давления.
Существует три основные технологические схемы очистки поверхности от покрытий (рис. 4.1):
- обработка плоскости (рис. 4.1, а);
- обработка внутренней цилиндрической поверхности (рис. 4.1, б);
- обработка наружной цилиндрической поверхности (рис. 4.1, в).
а |
|
б |
|
в |
|
Рис. 4.1. Технологические схемы очистки поверхности:
а - очистка плоской поверхности; б - очистка внутренней цилиндрической поверхности; в - очистка наружной цилиндрической поверхности
Процесс водоструйной очистки поверхности рассмотрим на примере обработки плоскости (см. рис. 4.1, а). Вода под давлением Р0 подается к водоструйному инструменту 1, который перемещается с заданной скоростью подачи Vп относительно неподвижной плоской очищаемой поверхности 2. Инструмент устанавливается под углом β, а вода истекает через струеформирующую насадку с диаметром отверстия d0, расположенную на расстоянии l0 от поверхности. В процессе обработки очищается поверхность шириной B. Показателями процесса очистки являются ширина следа B и скорость приращения обрабатываемой поверхности F, которая определяется по выражению
. (4.1)
На рис. 4.1, б и 4.1, в представлены вторая и третья схемы обработки. Их отличие от первой схемы состоит в том, что инструмент 1 или цилиндрическая очищаемая поверхность 2 совершают вращение с частотой n. При этом в одном случае очищается внутренняя поверхность, а в другом - наружная. Скорость приращения обрабатываемой поверхности определяется по выражению
, (4.2)
где D - диаметр обрабатываемой поверхности.
Обобщение существующего практического опыта позволяет выделить следующие основные схемы водоструйной очистки внутренней цилиндрической поверхности (рис. 4.2). Первая схема (см. рис. 4.2, а) предназначена для очистки внутренних поверхностей труб вращающимся гидроструйным инструментом, оснащенным струеформирующей насадкой, размещенной во вращающейся головке 1 на конце неподвижной штанги 2 под углом 900 к направлению подачи. Вторая схема (см. рис. 4.2, б) предназначена для очистки внутренних поверхностей труб неподвижным гидроструйным инструментом. В данном случае вращается сама очищаемая труба.
а |
|
б |
|
Рис. 4.2. Схема водоструйной очистки внутренней цилиндрической поверхности:
а - вращающимся гидроструйным инструментом; б - неподвижным гидроструйным инструментом
Комплект оборудования для реализации технологии водоструйной очистки поверхностей (рис. 4.3) включает источник воды высокого давления 1 и водоструйный инструмент 2, объединенные между собой гидравлическими магистралями 3. Работа ведется бригадой из двух человек: рабочего 4, производящего включение – выключение насосной установки, обеспечивающей подачу воды высокого давления к водоструйному пистолету и непосредственно оператора водоструйного пистолета 5.
В качестве источника воды высокого давления могут использоваться как насосы высокого давления, так и преобразователи давления с приводным насосным блоком.
Рис. 4.3. Комплект оборудования для реализации технологии водоструйной очистки поверхностей
Одним из основных вариантов технологий, использующих водоструйную очистку, является обработка поверхностей ручным инструментом – водоструйным пистолетом. Так, например, водоструйные пистолеты используются в нефтяной и газовой промышленности для очистки трубопроводов, бурильных труб, внутренний поверхностей, в шахтном строительстве для шелушения бетона, размывки мерзлых грунтов и т.п.
Рассмотрим наиболее распространенные водоструйные пистолеты. На рис. 4.4 представлена конструкция водоструйного пистолета отличительной особенностью которой, является предельная простота и дешевизна.
Рис. 4.4. Водоструйный пистолет Р20 (базовая конструкция)
Базовая конструкция водоструйного пистолета (см. рис. 4.4) представляет собой отрезок толстостенной грубы 1 с одной стороны которой, при помощи рукава высокого деления 2 и муфты 3 подводится высоконапорная вода, а с другой стороны крепится струеформирующая насадка 4 при помощи прижимной гайки 5. По соображениям безопасности пистолет имеет значительную длину (около 700 мм). По мнению авторов разработки, длинный ствол обеспечивает нахождение оператора на достаточном расстоянии от рабочей зоны. Рабочее давление составляет 13,8 МПа.
Работа ведется бригадой из двух человек: непосредственно оператора водоструйного пистолета и рабочего, производящего включение – выключение насосной установки, обеспечивающей подачу воды высокого давления к водоструйному пистолету.
Опыт эксплуатации базового варианта водоструйного пистолета выявил некоторое неудобство конструкции из гладкой толстостенной трубы. Поэтому был разработан вариант штампованной штанги с рукояткой 6 (рис. 4.5). Изменение технологии изготовления водоструйного пистолета позволило поднять рабочее давление до 20,7 МПа.
Рис. 4.5. Водоструйный пистолет Р30
Повышение рабочего давления оборудования вызвало ужесточение требований безопасности, предъявляемых к изделию. Для защиты гидросистемы высокого давления от возможных перегрузок (например, в случае засорения струеформирующей насадки) в конструкцию водоструйного пистолета был введен предохранительный клапан 5 (рис 4.6). При превышении давления высоконапорной воды выше допустимого уровня, определяемого настройкой предохранительного клапана, происходит сброс избытка воды в атмосферу.
Кроме того, для удобства обслуживания в конструкцию водоструйного пистолета Р30-1 был введен шарнир 6 (см. рис. 4.6), позволяющий поворачивать пистолет относительно рукава высокого давления.
Рис. 4.6. Водоструйный пистолет Р30-1:
1 – ствол; 2 – струеформирующая насадка; 3 – прижимная гайка; 4 - рукав высокого давления; 5 - предохранительный клапан; 6 - шарнир
В ходе дальнейшего совершенствования водоструйных пистолетов был разработан вариант оборудования на давление 200 МПа, в котором включение – выключение подачи воды высокого давления осуществляется при помощи механического устройства – спускового механизма 6, расположенного на самом пистолете (рис. 4.7) В результате этого введения необходимость в дополнительном рабочем, осуществляющем включение насосной установки, отпала. Численность обслуживающего персонала была сокращена до одного человека.
Рис. 4.7. Водоструйный пистолет с ручным включением - выключением потока:
1 – ствол; 2 – струеформирующая насадка; 3 – прижимная гайка; 4 – рукав высокого давления; 5 – шарнир; 6 - спусковой механизм; 7 – рукоять; 8 - спусковой крючок; 9 – обойма; 10 – регулятор расхода воды высокого давления
В ходе эксплуатации водоструйного пистолета с ручным включением - выключением потока, наряду со всеми его преимуществами, выявился существенный недостаток – значительные усилия, прикладываемые к пусковому рычагу во время пуска и во время установившегося режима работы.
С целью устранения указанного недостатка была разработана конструкция водоструйного пистолета, включение в работу которого происходило только лишь с насосной установки, тогда как выключение осуществлялось непосредственно с рукояти пистолета (рис. 4.8). Причем, в установившемся режиме работы на рукоять усилие прилагаться не должно.
Рис. 4.8. Водоструйный пистолет с ручным отключением потока
Также, с целью облегчения труда оператора, был разработан вариант исполнения водоструйного пистолета с пневмоуправлением элемента, прерывающего подачу воды высокого давления. Данная конструкция водоструйного пистолета обеспечивает высокий уровень безопасности, наиболее комфортные условия труда оператора, однако требует дополнительного дорогостоящего компрессора, элементов пневмоуправления и пневмомагистралей.
Для удобства работы оператора на больших давлениях применяют водоструйные пистолеты, снабженные двумя рукоятками. Пуск в работу водоструйного пистолета повышенной мощности может быть осуществлен лишь в том случае, если оператор охватывает обе рукоятки одновременно.
Существуют различные специальные конструкции водоструйных пистолетов. Специальные конструкции призваны полностью отвечать требованиям какой-либо конкретной технологии.
Примером водоструйных пистолетов специальной конструкции могут служить пистолеты, показанные на рис. 4.9 и 4.10. Их отличительной особенностью является то, что перепускной (предохранительный) клапан смонтирован непосредственно внутри рукояти.
Рис. 4.9. Водоструйный пистолет HP 200-VDG фирмы Woma (Австрия)
Рис. 4.10. Водоструйный пистолет 79WG фирмы Guardair Corporation (США):
1 – ствол; 2 - держатель; 3 – рукоять; 4 – струеформирующая насадка; 5 – спусковой механизм; 6 – регулятор расхода воды высокого давления; 7 – штуцер подвода воды высокого давления; 8 – запорный вентиль
Водоструйный пистолет HP 200-VDG (рис. 4.9) из серии особо легких пистолетов высокого давления (массой 3,0 – 6,2 кг), разработанных фирмой Woma (Австрия) для рабочих давлений до 75,0 МПа.
Пистолет состоит из рукояти 1, спусковой крючок 2 которого оборудован предохранителем, и специального клапана 3, предотвращающего внезапное развитие реактивных сил при включении спускового механизма. Ствол пистолета 5 крепиться к рукояти при помощи быстроразъемного соединения 4. Подвод воды высокого давления к пистолету осуществляется при помощи штуцера 6 имеющего не вращающееся соединение.
В некоторых случаях пистолеты фирмы Woma оснащаются вращающимися насадками.
Кроме рассмотренный конструкций водоструйных пистолетов существует большое разнообразие пистолетов, например, с несколькими струеформирующими насадками, укороченным стволом, вращающимися струеформирующими насадками и др.