CC BY
33
ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
ПОВЫШЕНИЕ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ОКРАСОЧНЫХ КАМЕР А.М. Гавриленков, Д.В. Каргашилов, С.О. Потапова
В статье описана возможность использования, способы размещения и целесообразность применения щеточного распылителя в окрасочных камерах. Испытания пилотной модели выявили основные закономерности различных способов распыления и основные характеристики работы устройства, что позволило уменьшить объем потенциальной взрывоопасной смеси в установке, экономить растворитель и снизить загрязнение атмосферы за счет улучшенной очистки отработанного воздуха.
Ключевые слова: окраска, камера, щетка, модель, зависимости, характеристики, эксперимент, факел, устройство, конструкция, взрывобезопасность.
Окраска деталей и готовых изделий является широко распространенной
технологической операцией. При этом часто используется нанесение лаков и красок путем распыления (благодаря простоте оборудования, возможности окрашивать изделия любых размеров и форм, хорошему качеству окраски и высокой производительности). Однако при этом от 18 до 22 % окрасочных составов составляют потери вследствие туманообразования, так как часть частиц краски не долетает до поверхности изделия (капли наименьших размеров), а часть отражается от нее [1]. Этот туман удаляется из окрасочных камер вентиляционным воздухом. Так как большинство лакокрасочных материалов содержит органические растворители и разбавители, то такой туман может быть взрывоопасным.
Обычно считают [2], что в окрасочных камерах существует взрывоопасная концентрация паров растворителей. Кроме того, при выбросе такого воздуха в атмосферу она загрязняется, а также теряется значительное количество дорогостоящих материалов.
Поэтому на выходе из окрасочных камер, до вытяжных вентиляторов устанавливают устройства для очистки воздуха. Обычно это так называемые гидрофильтры, в которых загрязненный воздух взаимодействует с потоком капель воды и смоченными ею поверхностями. При такой обработке капли краски вместе с водой стекают в сборники.
Недостатками этих устройств является неполное улавливание частиц краски и то, что пары растворителей практически не улавливаются. Частицы краски затем осаждаются в корпусах
вентиляторов и воздуховодах, что создает потенциальную опасность возгорания и необходимость очистки как корпусов, так и воздуховодов. Кроме того, многие из этих устройств обладают заметным аэродинамическим сопротивлением, от которого зависит расход электроэнергии на привод вентилятора и удельные энергозатраты на очистку воздуха.
Причинами этих негативных эффектов являются недостаточно эффективное
взаимодействие капель лакокрасочных материалов с водой и отражающими поверхностями. Применяемые форсунки не обеспечивают равномерное орошение всего поперечного сечения воздуховода. При использовании для орошения капель воды, стекающих с экранов, эффективность очистки ниже, чем при применении форсунок. Однако они часто загораются при работе на оборотной воде [1], что также снижает эффективность очистки.
Для устранения этих недостатков предлагается использовать щеточные распылители. Они представляют собой цилиндрические щетки с радиальной щетиной, вращающиеся вокруг продольной оси. Нижняя часть этих щеток опущена в ванну с жидкостью (водой), которая равномерно распыляется по всей длине щетки. При этом образуется два потока капель (факела) - прямой, расположенный в направлении вращения щетки от места ее выхода из жидкости, и обратный, расположенный в противоположном направлении. Он состоит из капель, сошедших с ворсин под действием центробежной силы в последнюю очередь. Поперечное сечение обоих факелов близко
к прямоугольному, причем их ширина практически равна длине щетки.
Высота факела постепенно и нелинейно снижается по его длине.
Достоинства таких устройств - простота, надежность, экономия воды (благодаря ее повторному использованию), равномерное орошение по ширине камер и воздуховодов большого сечения, возможность простого регулирования диаметра капель [3], а также низкое аэродинамическое сопротивление устройства.
Пилотная модель такого распылителя была изготовлена и испытана нами. Полученные при этом экспериментальные данные (рис. 1а и 1б) подтвердили возможность и целесообразность его использования, а также позволили определить основные закономерности этого способа распыления и получить расчетные уравнения для определяющих характеристик работы устройства (длина и поперечного сечения потока капель (факела распыления) их диаметров в зависимости от скорости поверхности щетки и глубины ее погружения [3].
Рис. 1. а, б - зависимости длины прямого факела распыления от линейной скорости внешней поверхности щетки. а - при скоростях воздуха Уеозд = 0 м/с, б - - при скоростях воздуха Уеозд = 3 м/с.
Эти уравнения были получены путем статистической обработки экспериментальных данных в опытах с цилиндрической щеткой с ансамблевым расположением щетки (наиболее распространенный тип щеток, у которых щетины размещены пучками), длина щетки составляла около 0,4 м, окружная скорость щетки варьировалась в диапазоне от 6,26 до 14,63 м/с, а глубина погружения - от 0,005 до 0,015 м. Распыляемая жидкость - вода. Распыление производилось в воздух неподвижный или имевший скорость в направлении движения верхней части щетки = 3 м/с.
Длина прямого факела L1 апроксимировалась уравнением вида: L1 = V- К, м;
расход жидкости с одного погонного метра
щетки:
Q = K (т+Х^+Х2Д1+Х^ДТ)10-9 м3/с, где K = Кг К2 • К3... Кп, при этом К - коэффициент, учитывающий конструкцию щетки, К2 - коэффициент,
материала щетины K3 - коэффициент, жидкости (вязкость,
учитывающий свойства (гидрофильность и т.д.) учитывающий свойства плотность и т.д.) и др.
m - постоянный член уравнения.
В исследованном диапазоне варьирования входных управляющих параметров для неподвижного воздуха были получены следующие значения: K = 5,6; m = 24257; Х1 = 678,2; Х2 = 822; Х3 = 81,6. Сопоставление данных, полученных при неподвижном и движущемся воздухе (рис. 1б), показывает, что характер зависимости длины
факела от окружной скорости щетки при всех исследованных значениях величины ее погружения в жидкость остается неизменным - линейным. Графически для обоих этих случаев отличаются лишь величиной углового коэффициента К.
Исходя из этого, можно считать, что в потоке воздуха длина факела капель
Ц = ^КК =
где Кв, Кп - коэффициенты, зависящие от скорости воздуха.
Это необходимо учитывать при проектировании оросительных камер и промывочных каналов. Так как во время работы окрасочных камер скорость воздуха в них может меняться (в том числе в зависимости от размеров окрашиваемых изделий и, соответственно, аэродинамического сопротивления заполненной камеры), то щеточные распылители должны устанавливаться с возможностью их продольного перемещения. Длина факела должна быть такой, чтобы он полностью перекрывал воздушный поток (промывочный канал) по ширине в горизонтальном сечении.
В зависимости от конструкции окрасочной камеры щеточный распылитель воды может быть установлен на продольной его стенке отводящего воздуховода в нижней его части (рис.2), в самой промывочной камере (рис. 3) и др. Благодаря этому будет снижено количество капель лакокрасочного материала с растворителем в воздухе и, соответственно, уменьшен объем потенциально взрывоопасной смеси в установке, а также улучшена очистка отработанного воздуха.
Рис.2. Распылительная камера проходного типа 1 - окрасочная камера, 2 - отверстия для прохода изделий, 3 - электродвигатель, 4 - вентилятор, 5 -
воздуховод, 6 - оросительная камера, 7 -отражающий щиток, 8 - щеточные распылители, 9 - резервуар для воды, 10 - сетка
Рис. 3. Бескамерная окрасочная установка 1 - решетка, 2 - емкость с водой, 3,7 -щеточные распылители, 4 - отбойный щиток, 5 - стенка оросительного канала, 6 - оросительный канал, 8 -отражающие щетки - каплеотбойники, 9 - вентилятор с приводом
С помощью такого же устройства возможно улавливание паров растворителей (рис. 4). В этом случае нужно распылять какое-либо минеральное масло с высокой температурой воспламенения. Оно будет сорбировать пары растворителя из воздуха, а затем может рекуперироваться путем нагревания.
Выделяющиеся пары растворителей будут охлаждаться и конденсироваться. При малой
производительности установки ее целесообразно выполнить периодического действия, при большой - непрерывного. Это позволит экономить растворитель и снизит загрязнение атмосферы. Узел улавливания паров растворителя может быть установлен на кровле здания. В этом случае он должен быть теплоизолирован во избежание замерзания воды и увеличения вязкости масла при минусовой температуре атмосферного воздуха.
Рис. 4. Схема устройства для комплексной очистки вентиляционного воздуха окрасочных камер 1 - окрасочная камера, 2 - типовое устройство для улавливания капель краски, 3 - вентилятор с приводом, 4 -щеточный распылитель для минерального масла, 7 - щеточный распылитель для воды, 8 - каплеуловитель для воды, 9 - насос для рециркуляции воды, 10 - сборник масла, насыщенного растворителем
Библиография
1. Сточник Г.Ф. Технология окрасочных работ в машиностроении [текст, илл.]. - М.: Высш. Школа, 1981 - 238 с.
2. Пожарная безопасность технологических процессов /Учебник [текст].
3. Гавриленков А.М., Бредихин П.С. Экспериментальное исследование распыления жидкости вращающейся щеткой [текст, илл.] Вестник ВГТА. - 2010. - №1. - С. 46-49.
References
1. Stochnik G.F. Tekhnologiya okrasochnyh rabot v mashinostroenii [tekst, ill.]. - M.: Vyssh. SHkola, 1981 - 238 s.
2. Pozharnaya bezopasnost' tekhnologicheskih processov /Uchebnik [tekst].
3. Gavrilenkov A.M., Bredihin P.S. EHksperimental'noe issledovanie raspyleniya zhidkosti vrashchayushchejsya shchetkoj [tekst, ill.] Vestnik VGTA. - 2010. - №1. - S. 46-49.
INCREASING THE EXPLOSION PROTECTION OF COLOR CHAMBERS
The article describes the possibility of using, the methods of placement and the expediency of using a brush spray in painting chambers. Tests of the pilot model revealed the main regularities of various methods of spraying and the main characteristics of the device, which made it possible to reduce the volume of a potential explosive mixture in the plant, save solvent and reduce atmospheric pollution, through improved purification of the exhaust air.
Keywords: coloring, camera, brush, model, dependencies, characteristics, experiment, torch, device, design, explosion safety
Гавриленков Александр Михаилович,
доктор технических наук, профессор,
Воронежский государственный университет инженерных технологий, Россия, г. Воронеж, тел. 961-109-39-74 Gavrilenkov A.M.,
Doctor of Technical Sciences, Professor, Voronezh State University of Engineering Technology, Russia, Voronezh.
Каргашилов Дмитрий Валентинович,
кандидат технических наук,
Воронежский институт ГПС МЧС России,
Россия, г. Воронеж,
тел. 8-910-349-70-39
Kargashilov D. V.,
Candidate of Technical Sciences,
Voronezh Institute of the StateFire Service of EMERCOM of Russia, Russia, Voronezh.
Потапова Светлана Олеговна,
кандидат технических наук, Воронежский институт ГПС МЧС России, Россия, г. Воронеж, тел. 8-920-219-18-73, sx100is@rambler. ru Potapova S.O.,
Candidate of Technical Sciences,
Voronezh Institute of the State FireService of EMERCOM of Russia, Russia, Voronezh.
© Гавриленков А.М., Каргашилов Д.В., Потапова С. О., 2017
