Подготовка сжатого воздуха
Процесс распыления наиболее просто определяется термином — «механическое средство нанесения покрытий». «Механический», потому что автоматическим или ручным инструментом (т.е. краскораспылителями) обеспечивают контролируемый процесс переноса лакокрасочного материала к поверхности окрашиваемого изделия. В данной статье мы рассмотрим процессы, которые требуются для снабжения сжатым воздухом в окрашивании методами распыления обычной краской и инструментарий, применяющийся для этого.
Минимальное количество оборудования, требуемое для выполнения окрасочных работ, зависит от специфики применяемого лакокрасочного материала. Однако его состав обычно входит в одну из двух групп:
Перед определением вида распылительного оборудования (поз. 5 и 6), мы должны исследовать систему воздушной поставки, и определить выгоды, которые могут быть получены при правильном выборе того или иного базового оборудования.
Подготовка сжатого воздуха
При создании систем приготовления сжатого воздуха необходимо учитывать изначальное состояние атмосферного окружающего воздуха, который попадает в компрессоры для сжатия. Почему это так важно? На диаграммах ниже приведены некоторые данные по состоянию окружающего воздуха.
Содержание воды в атмосферном воздухе в течение года:
Принято считать, что в одном кубическом метре окружающего воздуха находиться около 17,5 миллионов различных микрочастиц, и при сжатии в компрессоре такого воздуха, например до 8 бар, через него «проносится»: 17,5 х 8 = 140 миллионов микрочастиц в одном кубическом метре, которые могут отрицательно влиять на состояние различных потребителей, в т.ч. и при окрасочных работах.
Единицы измерения давления
Система сжатого воздуха всегда сформирована в систему полного кругооборота, начинаясь и заканчиваясь определенным значением давления атмосферного воздуха. Это понятие обычно измеряется в Атмосферах, что приблизительно равно 1 Бар. В технической документации DeVILBISS часто встречается величина PSI (фунты на квадратный дюйм). Соответствие с российскими единицами: 1 бар ~ 14,7 – 15 PSI.
Атмосферное давление воздуха немного меняется в зависимости от погодных условий, характерных для каждой местности в конкретное географическое время. Если посмотреть на прогноз погоды по телевидению (см. пример на рисунке) — можно будет увидеть, что изогнутые линии на карте (названными Изобарами) имеют замкнутую конфигурацию с областями равного атмосферного давления и отмечены значениями в Миллибарах (мбар или 1/1000 бар).
Для большей части территории России, атмосферное давление, типично, изменяется от 990 до 1040 мбар (См. рисунок). Однако, потому что атмосферное давление всегда присутствует вокруг нас, и его значения изменяются относительно немного, обычно игнорируется такая погрешность при калибровке манометров давления DeVilbiss, и обычно на них есть две шкалы – для измерений в PSI и в атмосферах (барах).
Однако существуют и другие единицы измерения давления, в зависимости от национальных принятых стандартов, поэтому мы приводим следующее основные соотношения для удобства применения: 14,7 PSI = 1 бар =100 кПа = 1 кг/cм2 = 750 мм рт. cт.
Циркуляция сжатого воздуха
Наружный воздух, проходя через компрессор, сжимается обычно в соотношении давлений 8:1 или 10:1, в зависимости от спецификации и исполнения компрессора.
Энергия, применяемая при сжатии воздуха от источника, например: электрического мотора или двигателя внутреннего сгорания, передается к воздуху через процесс сжимания газа в герметичном отсеке. В идеальном мире такая передача энергии была бы со 100 % эффективностью, но фактически получается значительно меньше.
Это — первый пункт в рассматриваемом процессе циркуляции воздуха, где работа сделана, и энергия потреблена. Количество используемой энергии будет зависеть не только от конечного давления, но также и от объема проходящего воздуха в минуту, который компрессор обязан сжимать. Сжатый воздух после этого подается в систему распределения (трубопроводы), где воздух будет протекать, пока давление в системе не сравняется с давлением, создаваемым компрессором.
Для нормального применения, это постоянно создаваемое компрессором давление воздуха слишком высоко, поэтому необходимо применение специального устройства контроля давления, называемое воздушным регулятором. При этом главная цель состоит в том, чтобы уменьшить произведенное давление воздуха на выходе из компрессора (порядка 14 бар в нормальных рабочих условиях) к давлению, годному к применению при окрасочных работах (между 0,05 и 7 бар), и поддерживать это давление постоянно.
Это будет возможно, только если:
а) компрессор поддерживает давление в линии выше необходимого регулируемого рабочего давления;
б) воздушный регулятор является способным к обработке такого объема воздуха, требуемого для снабжения пользовательского инструмента, потому что конечная цель — передача сжатого воздуха с требуемым давлением от регулятора гибкие шланги к инструменту — распылителям, шлифмашинкам и т.д. Воздух расходуется инструментом на произведение работы, и снова проходит по описываемому рабочему циклу.
Важно отметить, что только тогда, когда воздух течет по указанному циклу, работа может производиться, а энергия расходоваться. Поэтому сохраненная энергия станет меньше, и давление понизится, поскольку энергия используется.
Точно так же, если имеются какие-то препятствия для протекания воздуха, в т.ч. посредством введения дополнительных частей в наш цикл, тогда необходимо проделать определенные мероприятия, чтобы преодолеть эти затруднения. Больше таких препятствий на пути движения воздуха, больше потребление энергии, больше снижение давления сжатого воздуха в системе.
Эти препятствия могут быть разнообразны– сами металлические воздухопроводы, гибкие шланги, резьбовые и быстросъемные соединения, воздушные фильтры, воздушные регуляторы и конечно любой фактически используемый инструмент. Во всех случаях такие ограничения, по определению, препятствует потоку воздуха, уменьшая размер прохода, доступного для его протекания. Давайте рассмотрим каждый из этих компонентов воздушной циркуляционной системы отдельно, чтобы узнать, как выбрать лучшее оборудование.
Воздушные компрессоры
Это — машина, которая поставляет сжатый воздух с давлением и в объеме, необходимым для снабжения потребляющего оборудования. Компрессор потребляет атмосферный воздух при его естественном значении и сжимает его к более высокому давлению.
Современные конструкции компрессоров имеют большое разнообразие типов, разработанных, чтобы удовлетворить требования различных пользователей. Они могут быть снабжены автономным электрическим мотором или быть как отдельная мобильная единица, оборудованная бензиновым двигателем, ресивером и охладителем. Такое оборудование может быть применимо как для легких, так и для тяжелых условий эксплуатации, и иметь пределы мощности от 0,2 до тысяч лошадиных сил (л.с.). Также они бывают для бытового или индустриального использования.
Отметьте: Такой параметр как «Лошадиные силы (л.с.)» мы применяем для обозначения мощности в отношении электрического, бензинового или дизельного двигателя, которые питают компрессор. Существует альтернативная единица мощности – киловатт (кВт). 1л.с. = 0,75 кВт
Сжатый воздух — дорогая форма энергии по сравнению с электричеством, паром или гидроэнергией. Следовательно, воздушные компрессоры должны иметь хорошую эффективность. Так как компрессор разработан, чтобы поддержать необходимый объем воздуха, его эффективность называют Объемной Эффективностью. Чтобы определить это лучше, мы должны рассмотреть некоторые моменты в работе компрессора.
Работа компрессора выражается в соответствии с двумя понятиями:
1. Объем
Это количество воздуха, который компрессор выдает к концу фазы сжатия. Количество воздуха зависит от конфигурации и типа конструкции компрессора, размера воздушного цилиндра и оборотов его двигателя. Например, если цилиндр поршневого компрессора имеет размер 0,03 м3, двигатель 500 об/мин, объем произведенного воздуха в этом случае будет равен 15 м3/мин. На самом деле такой объем воздуха величина теоретическая, которая получается при 100 % эффективности компрессора. Однако, как у любой другой машины, эта эффективность гораздо меньше 100 % из-за таких потерь как нагрев, трение, утечка и т.д.
2. Свободная воздушная поставка (FAD)
Это фактический объем произведенного воздуха (в м3/мин), которое производит компрессор. Такое количество воздуха, пригодного для потребления, получается всегда меньше чем конструктивная производительность компрессора. Степень их соотношения, выражается как:
Объемная Эффективность = отношение FAD к Объему.
Например. Объем произведенного воздуха — 3 м3/мин: FAD — 1,5 м3/мин = Объемная Эффективность = 50 %
Вы должны понять, что самый лучший компрессор является и самым эффективным. Следовательно, лучший — тот, который работает с наименьшим количеством воздушных потерь, и имеет эффективность от 80 % или выше. Компрессоры – оборудование, изготовленное с высокой точностью и тщательностью, поэтому опытный совет специалиста при покупке никогда не помешает.
Главные моменты, на которые необходимо обратить внимание, выбирая компрессор:
1. Производимое давление (в PSI, барах или атмосферах)
2. Объем поставки воздуха (м3/мин или л/мин)
Важно иметь в виду, что стоимость получаемого для потребления сжатого воздуха совсем не равна цене компрессора непосредственно, а в основном включает в себя различные эксплуатационные расходы (например, на электричество).
Компрессоры, естественно, при работе могут нагреваться или охлаждаться. Фактически сам физический процесс сжатия приводит к повышению температуры сжимаемого воздуха. Компрессор, который остается в процессе работы самым прохладным – имеет самую высокую эффективность. Поэтому, тот компрессор, который никогда не очищается из пыли, грязи или осевшей краски, имеет повышенную изоляцию от удаления излишнего тепла и, естественно, увеличивает температуру своих рабочих поверхностей, и следственно, низкую эффективность.
Типы воздушных компрессоров
Все компрессоры, используемые в окрасочном производстве, являются объемного типа, то есть, определенный объем воздуха, помещенный в замкнутое пространство, сжимается до заданного значения повышенного давления. В зависимости от размера и вида выполняемой работы, существуют несколько различных типов компрессоров.
Диафрагменные компрессоры
Их применение ограничено рынком потребления — т.н. «сделай сам». Это, как правило довольно маленькие, переносные машины с низкими характеристиками. Питающиеся от однофазной сети 220В, эти довольно дешевые компрессоры имеют маленькую выходную мощность (типично 0,18-0,75 кВт), очень небольшую производительность (28-112 л/мин). Из-за их простого устройства они имеют не более чем 60%-ую эффективность.
Поршневые компрессоры
Доступные в большом диапазоне размеров и мощностей, они — самый популярный тип компрессоров, используемые во всем мире. Их прочная и довольно простая конструкция и сделала их чрезвычайно популярными.
Имеются стационарные и мобильные версии, мощность варьируется в пределах 0,4-9 кВт. Однако более мощные компрессоры имеют только промышленное исполнение. Поршневые компрессоры имеют более высокую эффективность — в пределах 65-75 %.
Турбинные компрессоры
Это машины, в которых в неподвижном цилиндрическом кожухе, крутиться с большой скоростью лопастный ротор. Имеются конструктивные исполнения смазываемые и несмазываемые. В таких компрессорах практически отсутствует явление пульсации. Это идеально подходящий компрессор для производства больших объемов воздуха для крупных производств. Они бывают обычно стационарного типа, питаются от 3-х фазной электрической сети, имеют мощность в пределах 2-30 кВт. Хотя такие компрессоры имеют большие эксплуатационные издержки, чем поршневые, их малошумность и высокая эффективность (70-80 %) дают неплохую экономичность и популярность.
Винтовые компрессоры
Это машины, в которых два сопряженных ротора винтовой или спиральной конструкции, при совместном вращении создают разницу давлений воздуха, сжимая его до определенного значения. Имея такие неплохие характеристики, как малошумность, малую пульсацию и высокую эффективность (95-98 %), они обычно расцениваются как самые лучшие, но и самые дорогие компрессоры, имеющиеся в настоящее время. Имеют широкие мощностные пределы, большие, чем у других типов компрессоров (3,75-450 кВт).
Уход за воздушными компрессорами
Конструкция современных компрессоров придает им очень высокую эффективность и долгий срок службы, при условии, что они регулярно проверяются и быстро восстанавливаются, когда это необходимо. В то время как в крупных производствах всегда имеется обученный квалифицированный персонал для технического обслуживания компрессоров, более мелкие производства должны обязательно вступать в контакт по вопросам обслуживания с сервисными службами производителей компрессоров или их дилеров.
Обычно ежедневные работы для любого пользователя компрессора включают:
a) удаление накопленной жидкости из ресиверов и пульсационных камер
б) проверка уровней смазки в картерах двигателей или системах охлаждения
в) проверка фильтров заборного отверстия и выходного штуцера воздуха на степень загрязнения.
При всех работах обязательно необходимо следовать рекомендациям изготовителя компрессора или его поставщика.
Осушители сжатого воздуха
Как и компрессоры, они — специализированные части оборудования, которые требуют профессионального выбора и обслуживания для получения лучших результатов. Удаление влаги из воздуха очень важно для получения качественного результата при окраске. Кроме того, удаление влаги предотвращает коррозию и разрушение лопастей воздушных моторов в пневматических шлифовальных инструментах.
Осушители удалят влагу до определенного уровня, называемого «Точкой росы». Это – наименьшая температура, до которой воздух должен быть охлажден, чтобы началось выделение влаги из него.
Сегодня существует два основных типов осушителей:
Рефрижераторные осушители
В этом типе осушителей, поступающий воздух охлаждается до появления испарений влаги, содержащейся в нем — типично в области низких температур, только выше точки замерзания воды. Чем ниже температура, тем больше влажности будет выделяться. Система очень напоминает в работе домашний холодильник. Этот тип осушения является непрерывным процессом, имеет автоматическую систему отвода, чтобы постоянно избавляться от выделяемой влаги.
Поглотительные осушители
Они представляют собой контейнер, в котором содержится определенное количество влагопоглощающего реагента, например, селикогеля или активированной окиси алюминия, которые имеют способность обезвоживать воздух или другой газ. Поток сжатого воздуха, проходя через гранулы реагента, освобождается от влаги, подается на инструменты, однако при этом, не снижает свою начальную температуру. Недостаток такого типа осушителей — невозможность рециркуляции или восстановления реагента, как только они полностью насыщаются влагой. Поэтому необходимо тщательно следить за состоянием реагентов и вовремя заменять контейнеры.
Существуют более дорогие и большие версии этого типа осушителей, которые имеют в своем составе оборудование для рециркуляции реагентов, встроенное в контейнеры. При этом используется два рабочих цилиндра — один, чтобы удалять влагу, другой одновременно перерабатывает и восстанавливает реагент. Это позволяет проводить удаление влаги непрерывно в течение рабочего дня. Самый популярный метод рециркуляции — использование специального нагревателя, который осушает сам реагент. Поскольку этот метод для сушки использует поглотительный процесс, а не процесс осаждения, точка росы может быть в пределах -1°С… -10°С.
Должно быть отмечено, что оба рассмотренных типов осушителей разработаны только для удаления влаги. Они не удаляют такие вещества, содержащиеся в воздухе как угарный газ, углекислый газ, углеводороды или даже частички пыли и грязи. Чтобы устранит эти типы загрязнений, необходимы другие меры и другое оборудование. Кроме того, удаление слишком много влаги из воздуха, предназначенного для дыхания, столь же плохо. Поэтому эффективность применения того или иного типа осушителей должна быть изучены на стадии комплектации оборудования для приготовления сжатого воздуха.
Ресиверы сжатого воздуха
Это оборудование служит для поглощения пульсаций в выходящей линии от компрессора, приспосабливает поток воздуха к линиям потребления и служит резервуаром для сжатого воздуха независимо от работы компрессора. Чтобы выбрать необходимую вместимость ресивера необходимо принять во внимание производительность компрессора и требования к потреблению воздуха. Как правило, для определения характеристик ресивера, принимают зависимость объема ресивера (в литрах) от производительности компрессора (литры в секунду). Она эмпирически составляет: Vr (л) = 6…10 ПрК (л/с)
Еще одна особенность ресивера — то, что он выделяет влагу из воздуха. Поэтому ресивер должен соответственно ежедневно освобождаться от накапливаемой влаги. Ресивер необходимо размещать в самом прохладном месте производства. Он должен быть оснащен вспомогательным клапаном давления, манометром, инспекционными отверстиями, сливным краном, опознавательными знаками. Также необходимо обеспечить достаточный внешний доступ к ресиверу для обслуживания и осмотра.
Трубопроводы подачи сжатого воздуха
Традиционно, производственные цеха, оснащаются для снабжения сжатым воздухом в основном металлическими трубопроводами, особенно на большие расстояния. Длинные гибкие шланги для этого не рекомендуются из-за возможности их быстрого износа или возникновения протечки. Но сегодня, трубопроводы воздуха могут быть изготовлены в основном из нержавеющей или гальванизированной стали, пластика ABS, медных сплавов.
Рабочий диаметр трубопроводов никогда не должен быть меньшим, чем на размер выходного штуцера компрессора или ресивера. Наибольшие внутренние диаметры и по возможности самая короткая длина трубопроводов, будут гарантировать минимальные потери давления и энергии. Кроме того, изгибы трубопровода должны быть с самым большим возможным радиусом для уменьшения потерь. Маршруты трубопроводов от компрессора до потребителей должны быть не сложными и простыми насколько возможно, иметь наименьшее количество изгибов, пересечений, врезок или соединений. Ниже в таблице представлены рекомендации по выбору воздушных трубопроводов.
