Сопло для пескоструйного аппарата. Как найти самое долговечное?

Сопло, которое используется для оснащения пескоструйного аппарата, является важнейшим элементом конструкции такого устройства. Только правильно подобранное сопло позволит вам наиболее эффективно использовать пескоструйный аппарат по его прямому назначению: для очистки различных поверхностей от загрязнений, старых покрытий, следов коррозии, их обезжиривания и подготовке к дальнейшей обработке.

Для каждого применения можно подобрать сопло определенного диаметра, в зависимости от фракции используемого песка

Задачи, которые решает сопло пескоструйное, заключаются в сжатии и разгоне до требуемой скорости смеси, состоящей из воздуха и абразивного материала, а также в формировании рабочего пятна и его насыщении абразивом, воздействующим на поверхность обрабатываемого изделия. В зависимости от размеров поверхности, которую необходимо подвергнуть пескоструйной обработке, в соплах могут быть выполнены отверстия различных типов. Так, для обработки узких поверхностей применяют сопла с одинаковым диаметром по всей длине, а для очистки поверхностей большой площади используют изделия, отверстия в которых имеют больший диаметр на входе и выходе (тип «Вентури», разработанный в середине прошлого века).

Производительность компрессора

Диаметр сопла, в первую очередь, зависит от производительности компрессора (количества кубометров сжатого воздуха в минуту): чем производительнее компрессор — тем с большим диаметром сопло можно эффективно использовать (см. таблицу ниже). Самое интересное: чем выше производительность компрессора — тем меньшим будет расход абразива на очистку каждого квадратного метра обрабатываемой поверхности.

Если применить сопло, меньше оптимального — будет потеря производительности работы и сопло может чаще забиваться.

Если сопло больше оптимального — будет происходить потеря кинетической энергии абразивовоздушной смеси, что также влечёт падение производительности работ с одновременным перерасходом абразивного материала.

Давление, создаваемое компрессором, не является определяющим фактором и будет важным параметром, если место проведения работ расположено далеко от компрессора, либо по уровню расположено гораздо выше компрессора.

Сущность пескоструйной обработки

Пескоструйная обработка предполагает воздействие на различные поверхности абразивным материалом. В качестве последнего используются песок, дробь, карбид кремния, мелкие шарики из стекла и т.д.

Пескоструйная обработка – это механическое воздействие на поверхность мелких твердых частиц

Перед началом обработки абразив помещают в герметичный бункер. По основному шлангу аппарата под большим давлением подается воздух, поступающий от отдельного компрессора. Проходя мимо отверстия заборного рукава, поток воздуха создает в нем вакуум, что и способствует всасыванию в основной шланг абразива. Уже смешанный с абразивом воздух поступает к пистолету, основным элементом которого является сопло пескоструйное, через которое абразивная смесь подается на обрабатываемую поверхность.

Схема участка пескоструйной обработки

Как уже говорилось выше, для выполнения пескоструйной обработки могут использоваться различные типы абразивных материалов. Выбор здесь зависит от типа поверхности, которую необходимо очистить. Так, обработка с использованием песка эффективна в тех случаях, когда необходимо удалить слой старой краски с бетонной поверхности, очистить кирпичные стены от остатков цемента, подготовить металлические детали к дальнейшей покраске. Такие абразивы, как пластик или пшеничный крахмал, успешно применяют в судостроительной, автомобильной и авиастроительной отраслях, с их помощью эффективно удаляют старые покрытия с композиционных материалов.

На что необходимо обратить внимание при выборе?

Низкокачественные пескоструйные сопла определяются визуальным образом с помощью следующих способов:

1. Цвет присутствующей абразивостойкой вставки, изготовленной из карбида бора, должен быть тёмно-графитовым. Серый и имеющийся светло-серый цвет указывает на изделие, созданное из карбида кремния или созданной смеси разных порошков.
2. Тяжелое сопло изготавливается из карбида вольфрама, причём из бора и кремния такие устройства являются более легкими.
3. При изготовлении вставки из двух частей рекомендуется обращение внимания на их существующую соосность, а также на обязательное соответствие диаметра. При этом по направлению движения потока абразива должны отсутствовать ступеньки перекоса или какие-либо изгибы.
4. Полиуретановая оболочка рабочего сопла жёстко фиксируется на алюминиевой рубашке.
5. При наличии кольцевой риски по кольцу алюминиевой рубашки становится понятно то, что присутствующая резьбовая часть и прочный корпус устройства состоят из двух изготовленных деталей. В результате с течением времени резьба может быть вырвана с нанесением травмы человеку.

Особенно важной является качественная сборка рабочего сопла такого оборудования. На таких изделиях должны отсутствовать следы клея. Также требуется строгое совпадение диаметра вставки с имеющимся диаметром алюминиевой оболочки или присутствующего резинового уплотнителя.

При этом должны отсутствовать выступы, засечки или бортики, препятствующие прохождению потока абразива. Для высококачественных сопел «Двойное вентури» очень важной является соосность рабочих каналов до и после достижения эжекционных отверстий. При отсутствии соосности эффект эжекции будет отсутствовать.

Конструкция типового сопла

Простейшее сопло для пескоструйного аппарата представляет собой полую трубку с резьбовой частью на одном из концов, которая предназначена для присоединения детали к соплодержателю.

Основные геометрические характеристики сменных сопел промышленного производства:

1. Диаметр присоединительной резьбы (зависит от технической характеристики пескоструйного аппарата, но обычно используется трубная цилиндрическая резьба 2” или 1¼”). Возможен также вариант соединения сопла с соплодержателем при помощи накидной гайки и герметизирующей шайбы. Сопла, изготовленные своими руками, присоединяют к шлангу рабочей установки при помощи обычных хомутов.
2. Длина детали, которая варьируется в диапазоне 7…23 мм (более короткие используются для очистки менее загрязнённых поверхностей).
3. Диаметр внутреннего отверстия в его минимальном поперечном сечении. Выпускаются сменные наконечники с диаметрами 6, 8, 10 и 12 мм.
4. Заходный диаметр сопла, определяемый диаметром присоединительного шланга (он может быть 25 или 32 мм).

Главным параметром рассматриваемой детали является профиль внутреннего отверстия, который определяет потери расхода воздушно-песчаной смеси, скорость её на входе и выходе из сопла, а также величину суммарного гидравлического сопротивления, которое в итоге и определяет долговечность сопла.

Наиболее простым вариантом (пригодным для изготовления своими руками) является сопло с цилиндрическим внутренним отверстием постоянного диаметра. Но для улучшения аэродинамических характеристик на таких деталях иногда изготавливают два конических участка:

• Входной конфузор, наличие которого позволяет увеличить энергию потока смеси, входящей в сопло;
• Выходной диффузор, наличие которого способствует увеличению площади поверхности, обрабатывающейся одновременно. Энергия потока при этом падает, поэтому при необходимости более качественной очистки, диффузорный профиль окончания сопла предусматривают не всегда.

Наиболее эффективным профилем внутреннего отверстия для обеспечения минимальных потерь потока является сопло для пескоструйного аппарата с профилем Вентури.

В этом случае отверстие состоит из трёх взаимосвязанных участков, каждый из которых выполняет определённые функции:

1. На входе сопла с профилем Вентури имеется конфузорное расширение, угол которого, однако, меньше, чем у конфузора обычного сопла (не более 20…22º). Конфузорная часть занимает до 30% от общей длины детали.
2. Цилиндрическая часть, длиной не более 15%.
3. Диффузорная часть с достаточно малым углом расширения (7…15º), длина которого определяется размером самого сопла в плане.

С целью снижения гидродинамического сопротивления рабочей смеси, которая движется в канале сопла, все переходы от одной части к следующей выполняются с радиусными закруглениями, величина которых принимается в пределах r = (0,02…0,03) d, где d — диаметр средней, цилиндрической части сопла.

Как выбрать сопло для пескоструйного аппарата

Кроме типа отверстия и диаметра, важнейшими техническими параметрами сопла, которые напрямую обуславливают его работу, являются:

• длина;
• материал изготовления.

Длину следует подбирать в зависимости от степени загрязненности поверхности, которая подлежит обработке. Если ржавчина, грязь, налет не слишком толстые, можно выбрать короткую деталь (7–8 см). Для поверхностей с трудно выводимыми, сложными, толстыми слоями грязи покупают более длинные трубки (до 23 см).

Для создания сопла своими руками применяют разнообразные материалы и подручные приспособления. Что касается покупных изделий, они тоже могут быть абсолютно разными относительно основы, при этом срок службы будет сильно различаться:

• керамическое – 2 часа;
• чугунное – до 8 часов;
• вольфрамовое – до 300 часов;
• из карбида бора – до 1000 часов.

Долговечность работы сопла сильно зависит и от типа абразивного материала: так, при замене песка на стальную дробь срок службы возрастает в 2,5 раза. Недорогие изделия обычно выходят из строя быстрее всего, поэтому для выполнения большого объема работ они совершенно не подходят. Для разового бытового применения можно купить керамическое или чугунное сопло, или их комплект, чтобы заменять по мере необходимости. Профессионалы используют детали из карбида вольфрама или бора, которые стоят дорого, но при регулярном использовании намного экономичнее.

Не стоит приобретать стальные сопла – обычная углеродистая сталь мало подходит для изготовления насадок для пескоструйного аппарата, так как очень чувствительна к ударным нагрузкам. Вольфрамовые изделия тоже имеют свой недостаток: они плохо переносят нагрев и при температуре +80…+100 градусов могут пойти трещинами. Детали из карбида бора в этом отношении выигрывают у прочих: они могут испортиться только при +600…+750 градусах, что при пескоструйной обработке маловероятно. Зато цена их достигает 1600–7000 рублей, потому они не слишком доступны непрофессионалам.

Тип каналов пескоструйных сопел

Канал сопла напрямую влияет на скорость разгона абразива и воздушного потока и производительность всей установки. Изделия с прямолинейным (прямоточным) каналом обычно применяются для обработки небольших поверхностей или узких деталей. Самыми эффективными считаются сопла, диаметр которых меняется в зависимости от участка, а не остается постоянным.

Типичным представителем качественных изделий являются сопла «Вентури». Они помогают предприятиям повысить качество и эффективность работы, снизить временные и трудовые затраты, а также себестоимость очистки. Для их применения не нужно менять абразив (подойдет любой) или увеличивать мощность компрессора.

Сопло карбид бора GN UBC

Это – наиболее часто встречающиеся на рынке насадки для пескоструев. Они создают широкий отпечаток частиц абразива, позволяют развить высокую скорость, большую кинетическую энергию. Обычно используются для выполнения значительного объема работ.

Сопло карбид бора GN UBC XL

Длина канала в таких изделиях равна 3,5 см, их производительность на 30–50% выше, чем у предыдущих. Цена насадок довольно высока, а для небольшого объема работ применять их не получится из-за сильного разгона абразивных частиц.

Сопло карбид бора GN DVBC

Технология «Двойное Вентури» задействует эффект эжекции – когда воздух из атмосферы вводится в поток абразива. Диаметр выходного отверстия трубки тут больше, чем в классическом варианте, а струя песка подается с максимальной кинетической энергией. Для использования такого сопла нужна установка с мощным компрессором, длинными рукавами, при этом применять его целесообразно только на больших обрабатываемых поверхностях.

Материал и конструкция внутренней износостойкой вставки

Что касается материала для изготовления внутренней части сопла, он может быть недорогим, но недолговечным, или более качественным, но дорогостоящим. Самыми популярными для этой цели считаются карбиды бора, вольфрама и кремния. Из-за разницы в технологиях обработки этих материалов конструкции сопел могут сильно отличаться друг от друга (например, невозможно сделать из карбида бора цилиндр более 7 см длиной, что обуславливает конструктивные особенности насадок – их приходится делать составными из нескольких элементов). Толщина стенок внутренних втулок также разнится от 3 до 6 мм, что влияет на стойкость к действию абразива.

Конструкция защитной оболочки и качество сборки сопла

Оболочка изделия нужна для фиксирования износостойкой втулки, для защиты ее от быстрого повреждения. Именно на оболочку приходится большая часть ударных нагрузок, поэтому она сильнее подвержена износу. Чтобы срок службы сопла был достаточным, защита должна быть выполнена из абразивостойкого материала, плотно присоединяться к втулке, иметь надежную резьбу.

Существуют такие типы оболочек:

1. Полиуретановая. Легкая, стойкая к повреждениям абразивом, но вследствие небольшой жесткости резьба ее изнашивается довольно скоро. Из-за плохого сцепления полиуретана с основными материалами для изготовления втулок последние начинают двигаться, воздух проникает между ними, и защитная оболочка портится.
2. Металлическая (стальная, алюминиевая). Надежно крепит износостойкие втулки, но стойкость к действию абразива у нее низкая. Оболочка страдает от коррозии, слишком тяжелая по весу. Конструкция с такой деталью будет жесткой, но может быстро повреждаться.
3. Комбинированная (алюминий плюс полиуретан). Считается наиболее популярным вариантом, жесткая, но легкая, имеет резьбу с крупным шагом. Полиуретан в передней части защищает изделие от абразивного износа. Важно только крепко фиксировать оболочку внутри втулки, иначе сопло начнет разрушаться.

Качество сборки тоже играет важную роль в сроке службы всей конструкции. В продаже встречаются низкокачественные сопла, где тело и резьбовая часть запрессованы друг в друга. Чаще всего они быстро портятся, а при давлении выше 8–10 бар и вовсе могут стать причиной травмы человека или поломки всего пескоструйного аппарата. Самая нагруженная часть сопла должна вытачиваться из цельной заготовки, иначе резьбовую зону вырвет во время работы.

Преимущества и недостатки

Пескоструйное оборудование позволяет быстро очистить поверхность от различных загрязнений и устаревшей отделки:

• грязь;
• масло;
• окалина;
• жир;
• краска;
• грунтовка;
• шпатлевка.

На подготовку детали к дальнейшей обработке и покраске времени уходит в несколько раз меньше, чем с применением моющих веществ и растворителей.

Песок легко приобрести. При постоянной работе он может использоваться несколько раз. Его необходимо просеивать и прокаливать.

Поток воздуха с песком и другими абразивами проникает в узкие щели и небольшие отверстия. Скорость очистки не зависит от сложности конструкции.

Пескоструйные аппараты имеют простую конструкцию. Достаточно соединить шлангами компрессор и емкость с песком.

К недостаткам относится работа оборудования под большим давлением. При прорыве шланга или попадании в рабочую зону, человек может получить серьезную травму.

Насадки быстро изнашиваются. Металлического сопла из стойкой к стиранию стали хватает на 1 – 2 часа работы.

Принципы эксплуатации

От сопла зависит многое: качество и сам процесс обработки, расход воздуха и песка. Данный элемент может изготавливаться из разных материалов, что влияет на его долговечность. Дешевые элементы рассчитаны на несколько десятков часов, но бывает, что они разрушаются уже после часа работы. Это относится к керамическим и чугунным деталям. Сопла из карбида вольфрама могут служить до 1000 часов работы. Но они сравнительно дорогие.

Как сделать его своими руками?

Срок службы самодельного сопла небольшой, но зато его стоимость будет минимальной. Для изготовления детали подойдет автомобильная свеча или старый керамический резистор. Внутренний диаметр должен составлять 2-4 мм.

Чтобы сделать сопло из резистора, нужно:

• Отрезать шляпки и ножки.
• Взять болт М14. Необходимо срезать верх, после чего просверлить отверстие насквозь сверлом №5.
• Расширить первые 14 мм сверлом № 8.
• На прижимную гайку приваривается широкая шайба М5.
• При помощи сверла №8 делается конус.

Для изготовления из свечи зажигания необходимо:

• Достать контактный штекер. Для этого лучше сначала прогреть свечу газовой горелкой.
• Удалить завальцованную часть.
• Убрать керамический изолятор.
• Снять гайку. Лучше сначала надрезать ее края.
• Болгаркой с алмазным диском отрезать часть, где находится центральный электрод.
• Подсоединить переходник с прижимной гайкой. Его нужно купить или заранее выточить самостоятельно.

Если пескоструй используется регулярно, лучше купить готовую качественную деталь. В продаже есть различные сопла с высокой производительностью и большим эксплуатационным сроком.