Научно-Инженерный Центр "Градиент" (г. Киев, Украина), НИЦ "Град

RUS [/] | ENG ТЕРМОСТРУЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. Термин " термоструйные технологии " объединяет ряд технологических процессов, в которых воздействие на объект обработки осуществляется высокотемпературными высокоскоростными газовыми потоками, образованными продуктами сгорания углеводородных топлив в воздухе, кислороде. Как правило, газовый поток несет дисперсные частицы материала - рабочего агента, взаимодействие которых с поверхностью и определяет сущность технологического процесса. Термоабразивная очистка Термоабразивная очистка является аналогом струйноабразивной (пескоструйной) обработки, отличаясь от нее температурой и скоростью газового потока. Эта технология основана на воздействии на очищаемую поверхность высокотемпературной сверхзвуковой струи, несущей частицы абразивного материала. Газовая струя образована продуктами сгорания керосина или дизельного топлива, сжигаемого в сжатом воздухе в камере сгорания горелки. Горелка обеспечивает ввод в газовый поток абразивных частиц и оборудована разгонным каналом, позволяющим разогнать их до максимально возможных скоростей. Характерные значения скорости и температуры газовой фазы потока в выходном сечении разгонного канала составляют 1250 м/с и 1400К соответственно. При этом скорость абразивных частиц составляет 100 - 300 м/с в зависимости от их размера и материала. Скорость частиц в 2.5 - 3.5 раза превосходит скорость при традиционной струйноабразивной обработке, а энергия соударения с поверхностью - соответственно в 6 - 10 раз. Именно высокая кинетическая энергия абразивных частиц определяет уникальную эффективность технологии термоабразивной очистки. Технология позволяет производить очистку металлических поверхностей от всех видов загрязнений и наслоений, таких как металлургическая окалина, продукты коррозии, лакокрасочные, гальванические и газотермические покрытия, известковые и иные отложения. Качество очищенной поверхности соответствует степени Sa3 по стандарту ISO 8501-1:1988 (белый металл). При этом одновременно обеспечивается обезжиривание и активация поверхности, что исключает необходимость каких либо дополнительных операций перед нанесением покрытий любого типа. Шероховатость поверхности определяется главным образом типом и дисперсностью абразива и находится в диапазоне значений Rz20 - Rz80. Из-за высокой производительности процесса время экспозиции поверхности в высокотемпературном потоке незначительно и перегрева поверхностного слоя металла не происходит. Особенно эффективно применение термоабразивной технологии при очистке крупногабаритных стальных конструкций и подготовке их поверхностей к нанесению антикоррозионных покрытий. Практика доказала высокую эффективность этого метода при производстве и ремонте мостов, трубопроводов, нефтехранилищ, газгольдеров, судов, промышленного оборудования, строительных металлоконструкций. Возможна также очистка конструкций и сооружений из бетона, природного камня и кирпича от различного рода загрязнений, в том числе биологических (плесень, грибок). Разработанная нами термоструйная установка "Струмінь" обеспечивает очистку от продуктов коррозии с максимально возможным качеством и производительностью не менее 0,33 м 2 /мин, что с учетом подготовительно-заключительного времени позволяет обработать за рабочую смену (7 часов) не менее 100 м 2 . Парогазовая очистка Технология парогазовой очистки предполагает воздействие на очищаемую поверхность сверхзвуковой струи газовой смеси продуктов сгорания и водяного пара, получаемой впрыском воды в газодинамический тракт воздушнотопливной горелки. Регулирование расхода впрыскиваемой воды позволяет изменять параметры потока (температуру и скорость) в широком диапазоне значений. Так, температура потока может составлять от 300 С до 1100 С, а его скорость - до 1300 м/с. Кроме того, возможно регулирование содержания дисперсной фазы потока. Наличие в нем высокоскоростных жидких частиц способствует интенсификации очистки от определенных видов загрязнений, в частности от известковых и органических отложений. Технология парогазовой очистки позволяет проводить обработку без повреждения поверхностного слоя объектов, в том числе, имеющих газотермические, гальванические или иные покрытия. Важной особенностью технологии является возможность проведения поверхностного обезжиривания, дезинфекции и химического обеззараживания. Технология применяется для очистки памятников, фасадов зданий, поверхностей деревянных сооружений, поверхностей обработанного, в том числе полированного, природного камня - мрамора, гранита, лабрадорита; для очистки оборудования в пищевой и нефтехимической промышленности, для обработки сельскохозяйственных хранилищ, оборудования и помещений в животноводстве и птицеводстве. Термоструйная установка "Струмінь" в парогазовом режиме способна генерировать двухфазный парогазовый поток с указанными параметрами и расходом до 200 кг/час. Высокоскоростное газопламенное напыление Высокоскоростное газопламенное напыление является одним из наиболее современных методов газотермического напыления. При газотермическом напылении покрытия образуются частицами напыляемого материала, ускоренными и нагретыми до пластического состояния в высокотемпературных высокоскоростных газовых потоках. Методы газотермического напыления различаются природой и способами создания таких газовых потоков. Высокоскоростное газопламенное напыление (ВГПН, иногда в литературе употребляют термин "сверхзвуковое газопламенное напыление", СГПН) основано на использовании сверхзвуковых струй продуктов сгорания углеводородных топлив. Топлива сжигаются в горелках при повышенных давлениях, обеспечивающих критический перепад давлений на сверхзвуковых соплах. Этим метод отличается от традиционного газопламенного напыления, при котором топливо сжигается во внешнем факеле при атмосферном давлении. Существуют два вида высокоскоростного газопламенного напыления, различающихся природой применяемого для сжигания топлива окислителя - высокоскоростное воздушно-топливное напыление и высокоскоростное кислородно-топливное напыление. Высокоскоростное воздушнотопливное напыление Высокоскоростное воздушнотопливное напыление (ВВТН, в англоязычной литературе используется термин HVAF-spraying как аббревиатура от High Velocity Air Fuel), основано на разгоне и нагреве частиц напыляемого материала в высокотемпературном высокоскоростном потоке продуктов сгорания углеводородного топлива в сжатом воздухе. Ускорение и нагрев напыляемых частиц газовым потоком происходит в протяженном разгонном канале горелочного устройства, являющимся составной частью его газодинамического тракта. Специальное профилирование разгонного канала позволяет обеспечить необходимые энергетические характеристики частиц. В качестве топлива применяются горючие газы (метан, пропан, водород) или жидкие горючие (керосин, дизельное топливо). Максимальная температура, достижимая в камере сгорания горелочного устройства, составляет около 2200К, максимальная скорость истечения газового потока - до 1800 м/с. Эта технология позволяет производить напыление практически любых металлических и полимерных материалов, допускающих нагрев до пластического состояния в воздушной среде, а также твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Характерные значения скорости напыляемых частиц находятся в диапазоне 300 - 600 м/с в зависимости от их плотности и требуемого уровня нагрева. Достоинствами метода являются его экономичность, производительность и высокое качество получаемых покрытий. Особенно высокое качество имеют нанесенные методом ВВТН покрытия из алюминия, цинка, меди, их сплавов и смесей. Технология высокоскоростного воздушнотопливного напыления оптимальна для нанесения антикоррозионных покрытий на крупногабаритные стальные объекты в полевых условиях при их монтаже и ремонте. Высокоскоростное кислороднотопливное напыление Высокоскоростное кислороднотопливное напыление (ВКТН, в англоязычной литературе используется термин HVOF- spraying как аббревиатура от High Velocity Oxygen Fuel) основано на разгоне и нагреве частиц напыляемого материала в высокотемпературном высокоскоростном потоке продуктов сгорания углеводородного топлива в кислороде. Ускорение и нагрев напыляемых частиц газовым потоком происходит либо в свободной струе, либо в разгонном канале горелочного устройства. При температуре в камере сгорания, достигающей 3300К, и скорости истечения газового потока, превышающей 2300 м/с, метод позволяет наносить покрытия из большинства существующих тугоплавких материалов, в том числе металлокерамики, оксидной и безоксидной керамики, а также их сложных композиций. Характерные значения скорости напыляемых частиц находятся в диапазоне 400 - 900 м/с в зависимости от их плотности и требуемого уровня нагрева. Технология ВКТН наиболее подходит для создания функциональных (износостойких, теплозащитных, электроизоляционных и др.) покрытий на относительно дорогостоящих деталях машин и механизмов. Технология высокоскоростного газопламенного напыления с расходным управлением параметрами газового потока В НИЦ Градиент совместно с Институтом проблем материаловедения НАН Украины была разработана схема газодинамического тракта горелки для ВГПН, реализующего принцип расходного управления параметрами газового потока, позволяющая существенно (до 1,5 - 2 раз) повысить эффективность нагрева напыляемых частиц. Напыление горелками этой схемы является, по сути, новой технологией высокоскоростного газопламенного напыления. Её новизна и оригинальность подтверждена двумя патентами Украины на изобретения (№№55558, 57147). Разработанная схема позволяет создать в газодинамическом тракте участок нагрева частиц, характеризующийся очень низкой скоростью газа и, соответственно, самих частиц, что позволяет увеличить время их нахождения в потоке в несколько раз. В результате, энтальпия частиц в выходном сечении горелки предложенной схемы оказывается 2,5 - 2 раза выше энтальпии частиц на выходе традиционной горелки той же мощности и габаритов, что означает соответствующее повышение термического кпд горелочного устройства. Повышенная тепловая эффективность новой технологии ВГПН позволяет повысить качество напыляемых покрытий, производить напыление порошков большей дисперсности, порошков материалов с более высокой температурой плавления, а также увеличить производительность и экономичность процесса напыления. Принцип расходного управления параметрами потока реализован нашей компанией как в воздушнотопливных, так и в кислороднотопливных горелках ВГПН, работающих на горючих газах. Эти горелки могут быть интегрированы в существующее оборудование для ВГПН соответствующей тепловой мощности для расширения его технологических возможностей. © 2005 Developed by ICC