8.4. Гидравлическое распыление

Гидравлическое распыление, известное в литературе также под названием механическое распыление, принципиально отличается от других способов распыления тем, что диспергирование жидкого лакокрасочного материала осуществляется с помощью гидравлического давления, создаваемого сжатым воздухом.

Работа аппаратов гидравлического распыления основано на превращении потенциальной энергии краски, находящейся под давлением, в кинетическую энергию при выходе ее из сопла распылителя.

Способ гидравлического распыления был известен давно, однако его применение ограничивалось нанесением низковязких лакокрасочных материалов, в первую очередь водных строительных красок, при этом используемое давление не превышало 1МПа. В 50-х годах были разработаны установки с рабочим давлением до 4,04,5 МПа, позволившие распылять более вязкие лакокрасочные материалы, в том числе и краски неводного типа. Затем способ усовершенствовался, рабочее давление выросло до 2025 МПа, стало возможным нанесение материала как в нагретом, так и в ненагретом состоянии.

Этот способ получил название безвоздушное распыление и получил широкое применение в промышленности благодаря эффективности и высокой производительности.

Безвоздушное распыление, как разновидность гидравлического, более экономичен по сравнению с пневматическим распылением (потери лакокрасочного материала на туманообразование сокращается на 2025%, расход растворителей на 1520%), более удобен и безопасен по сравнению с ручным электростатическим распылением. Этот способ более высокопроизводителен и меньше загрязняет окружающую среду вредными веществами. Он применяется как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Основы способа. Способ гидравлического распыления связан с диспергированием лакокрасочного материала за счет высоких скоростей его истечения из насадок (сопел) при подаче под давлением. Гидравлическое давление создается воздухом или непосредственно, например, с помощью центробежного или плунжерного насоса. Для распыления применяют струйные форсунки, устройство которых во многом определяет характер и степень распыления лакокрасочного материала и направление движения аэрозольного потока.

Для низковязких жидкостей скорость истечения из сопла определяется следующим уравнением:

, (8.9)

где  расходный коэффициент;

 давление на лакокрасочный материал;

 ускорение свободного падения;

 плотность лакокрасочного материала.

При определенной (критической) скорости, когда сопротивление воздуха движению выходящей из сопла струи превышает силы когезии жидкого материала, начинается его дробление.

При этом дисперсность образующегося аэрозоля зависит от геометрических размеров и формы отверстия сопла, гидродинамических параметров распыления, режимов истечения, свойств лакокрасочного материала, вязкости и поверхностного натяжения. Чем выше скорость истечения, меньше вязкость и поверхностное натяжение материала, тем меньше размеры капель образующегося аэрозоля.

Распыление оказывается более эффективным и происходит при меньшей критической скорости истечения, если жидкости перед выходом из сопла форсунки придают вращательное движение. Возникающая при этом центробежная сила способствует распылению. На таком принципе работают, в частности, форсунки, применяемые для гидравлического распыления лакокрасочных материалов при низком давлении (менее 10МПа).

Также благоприятствует гидравлическому распылению нагревание лакокрасочных материалов. Это связано не только с понижением их вязкости и поверхностного натяжения, но и с обильным испарением нагретых растворителей при выходе из сопла распылителя в результате резкого падения давления. Этот прием широко используют на практике. Так, повышая температуру лакокрасочного материла от 20 до 100С, можно снизить давление распылителя с 1420 до 47МПа.

Другой способ снижения давления – использование комбинированного распыления, сочетающего одновременно и гидравлический, и пневматический принципы.

При комбинированном распылении достаточно давления на лакокрасочный материал при истечении из сопла 35МПа, но одновременно требуется подача сжатого воздуха в отверстие форсунки давлением 0,10,2МПа. Под действием этого воздуха материал дополнительно диспергируется и более равномерно распределяется по сечению факела. Одновременно устраняются кромочные эффекты (завихрения струи), что приводит к снижению потерь лакокрасочных материалов при распылении; потери по сравнению с чисто безвоздушным распылением уменьшаются на 3035%, с пневматическим – на 50% (рис. 8.9).

Рис. 8.9. Зависимость потерь лакокрасочных материалов при безвоздушном распылении от давления, дополнительно подаваемого сжатого воздуха (заштрихованная область – область оптимальных давлений)

Производительность установок гидравлического распыления сечением отверстия и формой сопла распылителя, а также давлением на краску. Регулируя эти параметры, можно в широких пределах изменять производительность: 18 кг/мин по краске или 10004000м²/час по окрашиваемой поверхности.

Высокая производительность затрудняет ручное управление распылителями, делает практически невозможным окрашивание мелких изделий и получение высокодекоративных покрытий. Поэтому гидравлическое распыление применяют при окрашивании крупногабаритных изделий несложной формы и строительных объектов.

Нанесение лакокрасочных материалов распылением при низком давлении. Гидравлическое распыление низковязких водных красок (известковых, клеевых, силикатных) удовлетворительно происходит при относительно невысоком давлении 0,60,8МПа. Качество распыление невысокое, но образующиеся покрытия вполне отвечают требованиям строительного назначения (основное применение данного способа).

Для выполнения окрасочных работ применяют краскопульты с ручным и механическим приводом. В ручных краскопультах давление на краску создается за счет сжатого воздуха от ручного насоса. При этом в отличие от пневматического распыления воздух непосредственного участия в распылении лакокрасочного материала не принимает. В распылительных устройствах механического типа – электрокраскопультах – давление на краску создается с помощью насосов низкого давления, работающих от электродвигателей.

Основной элемент краскопульта – форсунка. Наиболее распространена форсунка центробежного типа (рис.8.10.а). Этот полый цилиндр с двумя отверстиями. Входное отверстие форсунки находится на боковой поверхности у одного основания цилиндра, выходное – в центре другого основания. Краска входит в форсунку по касательной к боковой поверхности, и, скользя по ее цилиндрической стенке, получает быстрое вращательное движение при одновременном продвижении к выходному отверстию. При выходе из форсунки краска в результате перепада давления и центробежной силы распыляется, образуя факел в виде полого конуса, который своим основанием направлен на окрашиваемую поверхность.

В другом варианте форсунки (рис. 8.10.б) вращение краски обеспечивается за счет винтообразного внутреннего вкладыша.

При распылении достигается тот же эффект, хотя краска поступает в форсунку не сбоку, а через основание цилиндра вблизи от его боковой поверхности.

а

б

Рис. 8.10. Схема работы форсунок центробежного типа:

а – полая форсунка; б – форсунка с вкладышем

В последнем случае сопротивление краски несколько снижается, факел получается более удлиненным и направленным.

Наряду с форсункой, в комплект ручного краскопульта (рис. 8.11) входят плунжерный насос, шланги, фильтр, металлическая удлинительная трубка – «удочка». Краскопульт СО22 обслуживается двумя рабочими. Один из них действует удочкой, а второй при помощи насоса поддерживает нужное давление (0,8МПа). Так как форсунка дает полую струю, то для получения равномерного покрытия форсунку, держа за удочку, перемещают, совершая ею плавные круговые движения. Расстояние от форсунки до окрашиваемой поверхности – 0,751,0 м. Производительность по окрашиваемой поверхности – 200м²/ч.

При больших объемах окрасочных работ используют электрокраскопульт типа СО22, СО25, СО61, СО69 и др. В отличие от ручного насоса работа диафрагменного насоса электрокраскопульта осуществляется с помощью электродвигателя. Давление на краску (0,7 МПа) поддерживается автоматически и контролируется манометром.

Длина краскоподающих шлангов – 2050м, это позволяет, пользуясь одним насосом, осуществлять большой объем окрасочных работ. Например, производительность насоса СО69 при применении 7 форсунок по краске составляет 1м³/ч или по окрашиваемой поверхности 15001700м²/ч. Электрокраскопульты обычно монтируются на тележке и представляют собой передвижные окрасочные установки.