Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемы дозирования, гомогенного смешивания и безвоздушного распыления двухком понентных высоковязких составов 12
1.1. Введение 12
1.2. Актуальность создания установки для безвоздушного распыления двухкомпонентных высоковязких антикоррозионных покрытий 14
1.2.1. Постановка задачи 14
1.2.2. Анализ методов определения кинематического коэффициента вязкости высоковязких материалов 16
1.2.3. Анализ возможностей обеспечения точности дозирования 17
1.2.4. Анализ путей синхронизации насосных секций 19
1.2.5. Анализ возможностей гомогенного смешивания высоковязких компонентов 30
1.2.6. Анализ процесса распыления композитного состава 33
1.3. Разработка концепции дозировочной установки для безвоздушного распыления высоковязких двухкомпонентных составов 38
Выводы по главе 1 44
Глава 2. Разработка базового технического решения пневмоприводного синхродозировочного агрегата для безвоздушного распыления двухкомпонентных высоковязких составов 46
2.1. Анализ типовых конструкций плунжерных насосов 46
2.2. Особенности конструкции гидроблока для дозирования компонента А (отвердителя) 53
2.2.1. Принцип действия 53
2.2.2. Обеспечение точности дозирования и бескавитационных условий всасывания 55
2.2.3. Оценка противодавления в гидроблоке А 78
2.3. Особенности конструкции гидроблока для дозирования основного компонента 83
2.3.1. Принцип действия 83
2.3.2. Особенности работы и обеспечение высокоэффективного всасывания 86
2.3.3. Оценка противодавления в гидроблоке Б 89
2.4. Концепция эффективного смешивания высоковязких компонентов и выбор конструктивного решения 91
2.5. Особенности конструкции и принцип действия пневмоприводного синхродозировочного агрегата 94
2.6. Практические рекомендации по выравниванию приведенной нагрузки на пневмопривод независимо от направления движения дозировочных насосных гидроблоков 97
Выводы по главе 2 100
Глава 3. Гидрокинематический расчет демпфирующего элемента напорной магистрали установки 101
3.1. Расчет приведенной нагрузки на силовую подсистему дозировочного агрегата 102
3.1.1. Расчет гидравлических потерь в рукаве высокого давления на выходе из смесителя перед распыляющим пистолетом 102
3.1.2. Расчет гидравлических потерь в щелевом многоканальном смесителе 105
3.1.3. Расчет потерь в напорных магистралях насосных секций, подводимых к смесителю 105
3.1.4. Расчет суммарной нагрузки на пневмопривод 106
3.2. Моделирование и динамический расчет установки для безвоздушного распыления двухкомпонентных высоковязких жидкостей 107
3.2.1. Моделирование процессов в установке 107
3.2.2. Подготовка исходных данных 112
3.2.3. Результаты расчета переходных процессов 114
3.3. Определение рабочего объема упругого звена - «колпака» в рабочем цикле установки для безвоздушного распыления двухкомпонентных высоковязких жидкостей 116
3.3.1. Оценка времени реверсирования системы 117
3.3.2. Определение размаха «колпака» 121
3.4. Определение собственной частоты колебаний жидкости в напорном трубопроводе дозировочного агрегата 124
3.4.1. Определение собственной частоты колебаний жидкости без учета сжимаемости жидкости и деформации стенок трубопровода 124
3.4.2. Определение собственной частоты колебаний жидкости с учетом сжимаемости жидкости и деформации стенок трубопровода 127
Выводы по главе 3 130
Глава 4. Экспериментальные исследования 131
4.1. Методика определения кинематического коэффициента вязкости высоковязких жидкостей 131
4.1.1. Аппаратура, материалы и оборудование 134
4.1.2. Подготовка к испытанию 135
4.1.3. Проведение испытания 136
4.1.4. Анализ полученных результатов 136
4.2. Исследование основного компонента состава АП-1 на разрывную прочность 137
4.2.1. Факторы, влияющие на разрывную прочность жидкости 137
4.2.2. Подготовка к испытанию 138
4.2.3. Проведение испытания 139
4.2.4. Анализ полученных результатов 140
4.3. Анализ объемной деформации рабочей среды и стенок напорного рукава 143
4.3.1. Подготовка к испытанию 145
4.3.2. Проведение испытания 146
4.3.3. Анализ полученных результатов 146
4.4. Экспериментальное исследование работоспособности дозировочного агрегата и равномерности подачи на выходе из сопла пистолета 148
Выводы по главе 4 153
Основные выводы по работе 154
Литература 156
Приложение 162
- Анализ возможностей гомогенного смешивания высоковязких компонентов
- Обеспечение точности дозирования и бескавитационных условий всасывания
- Расчет гидравлических потерь в рукаве высокого давления на выходе из смесителя перед распыляющим пистолетом
- Методика определения кинематического коэффициента вязкости высоковязких жидкостей
Введение к работе
Для увеличения срока службы нефте- и газопроводов, трубопроводов систем водоснабжения и энергетики широко применяются различные антикоррозионные материалы. Наиболее эффективные из них представляют собой высоковязкие двухкомпонентные составы, способные после их смешивания и нанесения тонким слоем на поверхность изделий образовывать пленочное высокопрочное покрытие, удерживаемое силами адгезии.
Как показывает мировой опыт, практическая реализация и автоматизация процесса нанесения указанных антикоррозионных материалов наиболее рационально обеспечивается применением двухкомпонентных насосных установок объемного типа, одновременно перекачивающих, дозирующих и смешивающих в заданных соотношениях исходные жидкие компоненты и подающих полученный состав под давлением 160 - 250 бар посредством трубопровода на распылительную форсунку, обрабатывающую поверхность изделий [17].
При этом для качественного нанесения покрытия в полевых условиях необходимо совокупное выполнение следующего комплекса критериев:
Обеспечение бескавитационных условий всасывания высоковязких компонентов как при максимально низком расположении баков с этими компонентами относительно уровня земли для снижения центра тяжести, так и при повышенной частоте рабочих циклов (для снижения веса установки);
Обеспечение стабильности процесса дозирования при работе установки при переменной частоте рабочих циклов;
Обеспечение заданной точности пропорций первичных компонентов в течение протекания рабочего цикла во всем диапазоне рабочих частот;
Обеспечение принудительного непрерывного смешивания высоковязких компонентов в рабочем цикле установки до подвода смеси к соплу распылительного пистолета без использования дополнительных приводных смесителей;
Обеспечение высокой равномерности по расходу и давлению
7 подводимого к соплу-распылителю потока антикоррозионного покрытия.
Анализ современного уровня техники по двухкомпонентному дозированию показал, что на сегодняшний день нет универсального решения устройства, одновременно удовлетворяющего всему комплексу вышеперечисленных критериев. Эти обстоятельства определяют актуальность поиска, отвечающего указанным критериям эксплуатационной пригодности технического решения агрегата пропорционального дозирования и приготовления бинарного смесевого высоковязкого композитного покрывного состава, и проведения комплекса исследований, необходимых для осуществления его рабочего проектирования.
Цель работы — создание оптимизированного по критериям работоспособности технического решения установки для получения и равномерного безвоздушного распыления высоковязкого композитного состава с учетом требований к качеству покрытий.
Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи: разработка структуры установки в целом, удовлетворяющей вышеперечисленным критериям работоспособности; разработка модели расчета кинематического коэффициента вязкости исследуемого высоковязкого материала (компонентов А и Б); обеспечение всасывания высоковязких компонентов в рабочие камеры дозировочного агрегата при полном исключении попадания в них воздуха; обеспечение точности дозирования компонентов с заданным соотношением; обеспечение синхронизации насосных секций с целью получения подобия мгновенных расходов компонентов в рабочем цикле установки; обеспечение смешивания компонентов до однородного состава бинарной смеси в процессе рабочего периодического цикла дозировочного агрегата; минимизация пульсаций расхода на выходе из сопла пистолета в заданном диапазоне рабочих расходов композитного состава и давлений,
8 обеспечивающих высокоэффективное распыление высоковязкой бинарной смеси.
Предметом исследования является пневмоприводной синхродозировочный агрегат для двухкомпонентного равномерного распыления получаемых средствами агрегата бинарных антикоррозионных композитных составов.
Научная новизна. Новыми являются: обоснование структуры и технического решения пневмоприводного синхродозировочного агрегата для нанесения высоковязких двухкомпонентных антикоррозионных покрытий в полевых условиях; расчетная модель кинематического коэффициента вязкости компонентов рабочей жидкости; математическая модель шарового клапана прямого действия для оценки перетечки жидкости (погрешности дозирования) в рабочем цикле установки при условии обеспечения бескавитационного режима всасывания; методика гидрокинематического расчета демпфирующего «колпака» с учетом динамических характеристик пневмоприводного агрегата в целом.
На защиту выносятся следующие основные научные результаты: анализ известных структур дозировочных насосных агрегатов высокого давления для двухкомпонентного дозирования; обоснование и разработка новой концепции двухкомпонентного дозировочного агрегата способного в процессе периодического рабочего цикла подготавливать, равномерно подавать и распылять высоковязкий композитный состав в режиме ручного управления соплом пистолета; новое техническое решение установки для одновременного перекачивания, дозирования, смешивания и безвоздушного высоконапорного распыления двухкомпонентных высоковязких составов, способной обеспечить заданные условия (критерии) работоспособности; расчетная модель обработки данных эксперимента, позволяющая определить кинематический коэффициент вязкости особо вязких рабочих
9 компонентов; разработанное математическое описание работы клапанной системы дозировочного агрегата, обеспечивающей осуществление его рабочего цикла; методика гидрокинематического расчета демпфирующего «колпака» с учетом динамических процессов агрегата.
Диссертация состоит из четырех глав, в которых приводится решение поставленных задач.
В первой главе проведен анализ проблемы дозирования, смешивания и безвоздушного распыления высоковязких двухкомпонентных составов на поверхность изделий. Рассматриваются возможные пути построения высокоточного синхродозировочного агрегата, отвечающего комплексу заданных критериев. Сформулированы некоторые общие рекомендации, выполнение которых позволило подойти к решению поставленной задачи. На основании сформулированных рекомендаций предложена для разработки новая принципиальная схема пневмоприводного агрегата для приготовления и распыления высоковязких композитных составов.
Во второй главе проведены исследования рабочих процессов в разработанных конструкциях дозировочных гидроблоков. Приводится математическое описание работы шарового клапана с целью определения площади дросселирующей щели с учетом высокой вязкости жидкости, а также процессов всасывания и нагнетания для оценки всасывающей способности и точности дозирования. Проведен анализ факторов, влияющих на точность дозирования.
Также в главе на основании проведенного анализа разработаны практические рекомендации по обеспечению равномерного усилия на привод (противодавления) независимо от его направления движения. Предложена принципиально новая конструкция статического щелевого смесителя, перемешивающего высоковязкие компоненты в условиях ламинарного движения жидкости перед подачей бинарного состава в напорную магистраль.
Разработано уточненное базовое техническое решение пневмоприводного дозировочного агрегата для безвоздушного высоконапорного распыления двухкомпонентных высоковязких составов.
В третьей главе разработана методика гидрокинематического расчета демпфирующего «колпака» с учетом исследований Г. Берга, Л.С. Лейбензона, Л.Н. Бритвина, разработана математическая модель дозировочного агрегата.
На основании полученных графиков переходных процессов дана качественная и количественная оценка объемных «провалов» в подаче дозировочного агрегата (при реверсировании привода) с целью определения величины размаха демпфирующего элемента и его минимизации.
Дана оценка устойчивости работы системы при использовании демпфирующего элемента.
Показано, что в результате подбора рукава высокого давления с требуемой геометрией и упругими свойствами материала, роль демпфирующего «колпака» выполняет сам напорный трубопровод, что, в свою очередь, значительно упрощает конструкцию.
В четвертой главе проведены экспериментальные исследования компонентов состава АП-1 (ТУ 2257-173-05786904-2003) по определению кинематического коэффициента вязкости жидкости и проведена обработка полученных экспериментальных данных.
Поскольку для обеспечения оптимальных условий всасывания и исключения попадания пузырьков воздуха в дозировочные гидроблоки необходимо иметь оценку разрывной прочности жидкости, то с этой целью в главе проведены исследования основного компонента АП-1 на устойчивость к растягивающим напряжениям.
В этой же главе для сравнения полученных данных в результате гидрокинематического расчета демпфирующего «колпака» в предыдущей главе проведен анализ объемной деформации рабочей среды и стенок напорного рукава.
Проведено экспериментальное исследование работоспособности дозировочного агрегата и равномерности подачи на выходе из сопла пистолета с помощью прибора МИКРОЛАБ и программного обеспечения сбора и обработки измерительной информации от приборов. Проведен анализ соответствия математической модели установки, описанной в третьей главе, проведенному эксперименту.
Достоверность и обоснованность научных положений работы обуславливаются применением современных численных и аналитических исследований; экспериментальным подтверждением созданных математических моделей, а также использованием современного оборудования и приборов.
Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области проектирования пневмо- или гидроприводных многокомпонентных синхродозировочных агрегатов.
Результаты работы использованы на предприятиях ООО «НПФ ТГМ», ОАО «ММЗ «Рассвет», ООО «Рассвет-Авиа», ОАО «НПО Стеклопластик».
Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение на: научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАДИ(ГТУ) 2005 - 2009 г.г.; заседании кафедры ГП и ГПА МАДИ(ГТУ); VIII Международной научно-практической конференции ЮНЕСКО «Молодые ученые - промышленности, науке и профессиональному образованию: проблемы и новые решения», Москва 2009 г.
Материалы диссертации отражены в 5 печатных работах.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 161 странице машинописного текста, содержит 56 рисунков и 9 таблиц, список литературы из 66 наименований и приложения.
Анализ возможностей гомогенного смешивания высоковязких компонентов
Всё управление работой установки осуществляется электронным блоком управления, благодаря чему можно плавно за несколько минут изменить (подкорректировать) соотношение смешивания и давление распыления. На дисплее можно считывать информацию о выставленном соотношении смешивания, давлении распыления, количестве израсходованного материала и т.д.
Достоинством данной установки является то, что при независимых приводах на каждый гидроблок легко можно менять соотношение компонентов за счет перезадания частоты рабочих циклов каждого компонентного пневмодозатора. Однако, изменение частот рабочих циклов при наличии «провалов» подачи приводит к существенной неравномерности мгновенных подач и их соотношений по времени, что требует дополнительного смешивания компонентов и применения объемных демпферов давления.
Как видно из рис. 1.6, в процессе рабочего цикла агрегата возникает рассогласование соотношений мгновенных подач. При использовании отдельных дозировочных насосов, не обеспечивается синхронная подача компонентов к смесителю (что отрицательно влияет на процесс смешивания и получения заданного качества покрытия) и требуемая равномерность подачи компонентов к распылителю. Более того, при использовании насосов с индивидуальными приводными двигателями отклонение числа их оборотов от заданных вызывает дополнительное снижение точности дозирования. Частота вращения двигателя зависит от качества изготовления и сборки двигателя, нагружающего момента и закона его изменения в зависимости от угла поворота вала, частоты тока в сети, напряжения и ряда других менее существенных факторов. Таким образом, полученная на тарировочном стенде завода-изготовителя регулировочная характеристика насоса даже для спецификационного давления и заданной жидкости может отличаться от действительной характеристики, полученной при эксплуатации насоса.
На рис. 1.7 показан пример компоновки агрегата с общим приводом на обе дозировочные камеры и с электрической моделью, вырабатывающей опорное напряжение, пропорциональное углу поворота вала 2 агрегата или, что лучше, пропорциональное перемещению поршней 4 и 19 насосной секции 6 и 17. При этом способе управления опорное напряжение сравнивается с установленным посредством задатчиков. При совпадении напряжений или достижении некоторого их соотношения любым известным электронным устройством сравнения 20, выполненным на базе триодов, тиристоров и других устройств, выдается импульс тока, поступающий на соленоиды клапанов 16 и 18.
В случае использования кривошипно-шатунных приводов насосных секций на вал 2 рационально устанавливать потенциометры 21 и 22 по числу насосных секций, синхронизируя их с соответствующими кривошипами. Изменяя плотность намотки потенциометра по углу поворота движка, можно обеспечить линейную зависимость между напряжением, поступающим на вход устройства сравнения 20, и перемещением поршней 4 и 19.
При кулачковом приводе поршней 4 и 19, когда профилированием кулачка по спирали Архимеда можно добиться линейной зависимости между перемещением поршня и углом поворота вала 2 агрегата, рационально подавать опорное напряжение на все устройства сравнения 20 от одного потенциометра с равномерной плотностью намотки витков. Для этого случая на рис. 1.5, б показан график изменения напряжения на входе устройств сравнения. Поскольку движение поршней насосных секций осуществлено со сдвигом по фазе, устройства сравнения 20 выполняют сравнение напряжений, вырабатываемых задатчиками 12 и 15 соответственно в различных диапазонах напряжений АС/ 1 и bJJq 2.
Из графика следует, что приводные механизмы насосных секций должны обеспечивать движение поршней 4 и 19 на нагнетание в диапазоне изменения углов поворота вала 2, не затрагивающем угла поворота Ксрп необходимого для перехода датчика угла поворота вала 2 в исходное положение. Для повышения надежности работы системы управления вместо потенциометрических датчиков 21 и 22 угла поворота приводного вала рационально использовать емкостные, индуктивные и другие датчики, не имеющие подвижных электрических контактов.
Точность дозирования данного агрегата во многом будет определяться стабильностью и точностью работы устройства сравнения, датчиков положения и задатчиков управляющих напряжений.
Из рис. 1.8 видно, что общий привод позволяет сохранить подобие мгновенных подач компонентов в любой момент времени в рабочем цикле установки. Однако, при использовании электродвигателя с кривошипно-шатунными приводами насосных секций необходима дополнительная электрическая синхронизация, компенсирующая как люфты приводных механизмов, так и ошибки их изготовления, что, практически, невозможно реализовать в полевых условиях.
Более того, как и в предыдущем случае, структура агрегата не обеспечивает выполнения критерия равномерности выходящего из сопла потока антикоррозионного состава.
Анализируя работу вышеописанных устройств можно сформулировать вывод о том, что на третьем этапе (рис. 1.2) для удовлетворения критерия обеспечения заданной точности пропорций первичных компонентов в течение рабочего цикла вращение валов насосов необходимо осуществлять от одного общего двигателя посредством объединяющей насосы механической синхронизирующей передачи. При этом задача обеспечения высокой равномерности дозирования компонентов по времени требует использования больших по объему демпфирующих колпаков, что при быстром твердении композитного состава существенно усложняет эксплуатацию установки в полевых условиях из-за необходимости частой периодической промывки нагнетательной магистрали с колпаками.
Обеспечение точности дозирования и бескавитационных условий всасывания
Таким образом, на основании выражения (2.5) и результатов практического расчета клапанной системы, можно сделать вывод о том, что в обратных клапанах шарового типа при закрытии затвора перетечки жидкости во многом определяются: Площадью дросселирующей щели клапана, которая в свою очередь зависит от высоты подъема затвора клапана (шара) h; (рис.2.11); Вязкостью жидкости. При дозировании менее вязких жидкостей затвор клапана закрывается быстрее, но при этом увеличивается перетечка жидкости из полости насоса обратно в бак, что негативно сказывается на точности дозирования (рис.2.12, 2.13). Поэтому для систем, рабочим телом в которых являются жидкости с меньшим коэффициентом кинематической вязкости необходимо уменьшать площадь дросселирующей щели обратного клапана в линии всасывания; Динамикой и мощностью привода, которая определяет как скорость нарастания, так и величину перепада давления Ар в системе (рис.2.14, 2.15). При выборе размеров дросселирующей щели необходимо учитывать работу клапана при всасывании. В процессе всасывания жидкость разрывается при давлениях, равных или близких к давлению насыщенных паров при данной температуре. В непосредственной связи с разрывной прочностью жидкости и упругостью насыщенных ее паров находится кавитация, под которой понимается местное выделение из жидкости газов и паров (вскипание жидкости) с последующим разрушением (конденсацией и смыканием) выделившихся парогазовых пузырьков (каверн), сопровождающимся местными гидравлическими микроударами высокой частоты и большими забросами давления [46]. Основным в борьбе с кавитацией применительно к насосам является обеспечение на всасывании (на входе в насос) такого давления, которое способно было бы преодолеть без разрыва потока жидкости как гидравлические потери во всасывающей линии, так и инерцию столба жидкости на всасывании. В общем случае условие бескавитационной работы насоса можно выразить уравнением где рб — давление в жидкостном баке, h - расстояние между уровнем жидкости в баке и входным штуцером насоса; Zpn — сумма потерь во всасывающей магистрали; Pi - потеря напора, обусловленная указанным выше ускорением жидкости во всасывающих каналах насоса и подводящем трубопроводе; vex - скорость жидкости во входной полости насоса; у - объемный вес жидкости; рк — критическое давление, при котором наступает активное выделение в жидкости пузырьков воздуха; Это давление зависит от вязкости жидкости и ее температуры, а таюке от насыщенности жидкости воздухом. Очевидно, что для того чтобы жидкость во всасывающем канале получила необходимое ускорение, к ней необходимо приложить дополнительное давление, предотвращающее отрыв жидкости от всасывающего элемента (поршня), движущегося при всасывании в соответствии с кинематикой насоса с определенным ускорением. Для обеспечения этой неразрывности к жидкости необходимо приложить силу Р, равную произведению массы потока m жидкости на ускорение j р Эта сила соответствует давлению рх = —, где F— сечение потока. Ввиду трудности вычисления рассматриваемая потеря напора pt в практике обычно учитывается запасом напора на всасывании. Для отвердителя состава АП-1 (ТУ 2257-173-05786904-2003) разрывная прочность жидкости достаточно велика. Она имеет изотропную структуру и разрывается при глубоком вакууме, при этом выдерживая высокие растягивающие напряжения (см. п.4.2). Для гидроблока А дозировочного насосного агрегата сумма потерь Zpn во всасывающей магистрали будет определяться:
Расчет гидравлических потерь в рукаве высокого давления на выходе из смесителя перед распыляющим пистолетом
Анализируя положительный опыт смешивания компонентов в пищевой промышленности, удалось разработать конструкцию смесителя, разделяющего потоки компонентов с помощью сетчатого элемента на мелкие струйки. Поток отвердителя, в виде маленьких струек проникает в аналогичный поток основного компонента, образуя при этом композитный состав, представляющий собой капиллярно-смесевую структуру. Затем, попадая в напорную магистраль, компоненты «перетираются» под давлением 250 атмосфер и при мелкодисперсном распылении дополнительно перемешиваются в турбулентном воздушно-капельном потоке, образуя равномерную бинарную смесь на поверхности обрабатываемого изделия.
Смеситель состоит из: корпуса 1, нижнего и верхнего фланцев 2, 4 соответственно, смесительного элемента 3, прокладки 5. Комплект шпилек 6, гаек 7 и шайб 8 прижимает фланцы к торцам корпуса.
Работает смеситель следующим образом. Через штуцера М27 и Ml 8 подаются основной компонент и отвердитель соответственно. Далее два потока, находящихся под большим давлением порядка 250 атмосфер проходят через смесительный элемент 3, в котором происходит перекрестное проникновение потоков состава друг в друга под углом 45 градусов. Затем потоки, двигаясь по смесительному элементу, «перетираются», образуя при этом однородную высоковязкую массу. Подвод к пистолету осуществляется с помощью рукава высокого давления, присоединенного к фланцу смесителя через штуцер М27.
Особенности конструкции и принцип действия пневмоприводного синхродозировочного агрегата Цель диссертационной работы — создание оптимизированного по критериям работоспособности технического решения установки для получения и равномерного безвоздушного распыления высоковязкого композитного состава с учетом требований к качеству покрытий. Из технических условий известно, что установка должна работать в полевых условиях, где в качестве источника энергии для привода разрабатываемого агрегата рационально использовать источник постоянного давления воздуха, т.е. компрессор с пневмоаккумулятором, обеспечивающий практически постоянное давление в 6 бар. Рабочая жидкость АП-1 (ТУ 2257-173-05786904-2003) состоит из двух компонентов (отвердителя А и основного компонента Б) с заданным соотношением 1:4 по объему с максимально допустимой погрешностью 5 %, средний расход которой на выходе из сопла пистолета составляет 2 л/мин. Антикоррозионное покрытие — среда высоковязкая, поэтому для распыления состава на выходе из системы необходимо создать давление не менее 250 бар для обеспечения мелкодисперсионного струйного нанесения рабочего бинарного компонента на обрабатываемую поверхность. В результате анализа, проведенного в главах 1 и 2 и на основании указанных технических требований стало возможным сформулировать конкретные рекомендации для решения задач, связанных с процессом автоматизации распыления двухкомпонентных высоковязких составов. 1. Для перекачивания высоковязких компонентов с целью реализации устойчиво малых расходов и обеспечения высокого давления рационально применять плунжерные или поршневые дифференциальные насосы. 2. Для исключения попадания воздуха в рабочие камеры гидроблоков необходимо создавать подпор жидкости на входе, а также применять в конструкциях этих гидроблоков промежуточные камеры для создания принудительного синхронного такту всасывания подпора. 3. Для обеспечения точности дозирования компонентов с заданным соотношением необходимо выбирать размеры дросселирующей щели клапана, рассматривая одновременно его работу как в такте нагнетания, так и в такте всасывания. 4. Для синхронизации насосных секций рационально использовать один общий возвратно-поступательный пневмопривод с одновременным выполнением гидроблоков разнесенными для I и II компонентов с целью обеспечения подобия мгновенных расходов этих компонентов в напорную магистраль в заданном соотношении, а также для исключения взаимного проникновения компонентов друг в друга в процессе дозирования. 5. Для обеспечения смешивания компонентов необходимо использовать статический смеситель, конструкция которого позволяет обеспечивать взаимное принудительное проникновение потоков компонентов друг в друга в процессе смешивания. 6. Для минимизации пульсаций при подаче композитного вещества АП-1 к распыляющему соплу пистолета необходимо обеспечивать равные усилия на привод независимо от направления движения штока (п.2.6). 7. В качестве источника энергии следует использовать пневмопривод с подводом воздуха от источника стабилизированного давления 8. Распылять состав на поверхности изделий необходимо с помощью сопла пистолета, обеспечивая высокое давление распыления - 250 атмосфер, применяя эффект мультипликатора давления (пневмопривод - 6 атмосфер, на выходе из гидроблоков - 250 атмосфер). С учетом и на основании указанных выше рекомендаций в работе предложено и конструктивно разработано базовое техническое решение установки для нанесения антикоррозионного двухкомпонентного покрытия АП-1 (приложение 1).
Работает установка следующим образом. Насосно-дозирующий агрегат подключается к компрессору, и через редукционный клапан в распределитель 1 подается сжатый воздух под давлением порядка 4,5 атмосфер. При переключении распределителя за счет конечных выключателей 45, вмонтированных в корпус 24, давление поступает в полости А-А или В-В тандемного пневмоцилиндра. В результате перепада давлений в этих полостях привод начинает перемещаться влево или вправо, приводя в работу левый и правый дозировочные гидроблоки одновременно.
Например, поршни пневмоцилиндра движутся вправо. В левом гидроблоке происходит следующее. Шток 9 также движется вправо. При этом жидкость, находящаяся в правой камере левого гидроблока, вытесняется в напорный трубопровод за счет уменьшения объема этой камеры. Параллельно открывается запорный элемент 58 клапана 5, и в левой части гидроблока происходит процесс всасывания за счет увеличения объема левой камеры.
В правом гидроблоке в левой его камере происходит нагнетание жидкости в напорный трубопровод при движении штока 28 направо. В промежуточной камере происходит процесс всасывания через дросселирующую щель, образованную крышкой клапана 34 и подвижным элементом 36. При этом при движении вправо объем промежуточной камеры увеличивается.
Методика определения кинематического коэффициента вязкости высоковязких жидкостей
В промышленности существует немало технических устройств и технологических процессов, в которых рабочим телом является жидкость. Для проектирования таких устройств необходимо знать физические свойства жидкости и, в первую очередь, ее плотность и вязкость. Но если плотность жидкости определяется достаточно простыми и доступными средствами, то для измерения вязкости, которая характеризуется динамическим и кинематическими коэффициентами вязкости, существует много методов и сравнительно сложных приборов [7, 38]. Наиболее распространенные в технике приборы основаны на определении коэффициентов вязкости по скорости (времени) протекания жидкости через капилляры и сопоставлением этого процесса со скоростью (временем) протекания эталонной жидкости с известными значениями коэффициентов вязкости (вискозиметр Н.Е. Жуковского, капиллярный вискозиметр под действием силы тяжести, вискозиметр Энглера) [21, 53]. Такого рода вискозиметры рассчитаны на измерение вязкости маловязких жидкостей, у которых время прохождения через капилляр составляет несколько десятков секунд.
Однако, в таких процессах, как нанесение лакокрасочных и антикоррозионных покрытий на поверхности промышленных изделий различного рода (сварные соединения нефте- и газопроводов, кузова автомобилей и т.п.), применяются высоковязкие жидкости, которые сохраняют свои технологические свойства короткое время и в узком диапазоне температур.
Измерение вязкости таких материалов невозможно капиллярными методами из-за большого времени измерительного процесса. Поэтому здесь необходимо использовать способы, при которых можно широко варьировать размерами измерительных инструментов для достижения малого времени измерения.
Одним из таких методов является метод, основанный на измерении скорости падения шара в жидкости (ГОСТ 8420-74). Теоретической базой данного метода является решение (формула) Стокса для силы сопротивления Fc, возникающей при установившемся медленном ламинарном обтекании шара вязкой жидкостью (рис. 4.1). где і) - скорость натекающего потока жидкости (или скорость движения шара в неподвижной жидкости), d - диаметр шара, v - кинематический коэффициент вязкости жидкости. В 1910 году Оссен предложил следующую уточненную формулу Стокса, позволяющую использовать ее до чисел Рейнольдса Re 1 [36]: По этой методике проводились опыты по определению кинематического коэффициента вязкости состава АП-1(ТУ 2257-173-05786904-2003), широко применяемого для антикоррозионной обработки сварных соединений нефте-и газопроводов. Вязкость данной жидкости необходимо знать при проектировании дозировочного агрегата. Для опытов был выбран сосуд высотой Н=0,35 м, а активная длина h равнялась 0,25 м. Пробными опытами было установлено, что условие Re 1 достигается при стандартных шариках 3 3 из подшипников качения (ШХ15, рт=7,8-10 кг/м ) 0(8; 13,5; 16,5; 19,5) мм. Основная погрешность опытов определялась фиксацией времени входа и выхода в измерительную зону между рисками и составляла 5%. 4.1.1. Аппаратура, материалы и оборудование Для определения условной вязкости применяют: 1. Вискозиметр шариковый (рис. 4.2), представляющий собой стеклянную трубку 3, нижний конец которой закрыт пробкой 1, в комплекте со стальным шариком 4 диаметром 7,938 мм по ГОСТ 3722-81. Стеклянная трубка длиной 350 мм и диаметром достаточным, чтобы не сказывался пограничный эффект влияния стенки трубки на движение шарика, с нанесенными на ней метками 2 и 5, расстояние между которыми 250-мм, вертикально укреплена в штативе 6. Пробу испытуемого материала, отобранную в соответствии с ГОСТ 9980—80, разд. 2, перед определением условной вязкости тщательно перемешивают, избегая образования в ней пузырьков воздуха. Испытуемый лакокрасочный материал должен быть однородным. Для устранения посторонних веществ образец перемешивают, фильтруют через сито и непосредственно перед измерением снова тщательно перемешивают. Испытание проводят при температуре воздуха 20±2С. Вискозиметр и испытуемый материал непосредственно перед испытанием должны иметь температуру 20±0,5С. Вискозиметр и особенно сопло тщательно очищают растворителем. При необходимости температуру испытуемого материала в шариковом вискозиметре поддерживают помещением стеклянной трубки вискозиметра, заполненной испытуемым материалом, в стакан с водой необходимой температуры. В вертикально установленную стеклянную трубку до нижней метки наливают глицерин по ГОСТ 6259-75 или по ГОСТ 6824-76, а затем трубку вискозиметра заполняют испытуемым материалом до верхней метки. В случае образования пузырьков воздуха их удаляют стеклянной палочкой после поднятия па поверхность. Затем свободно опускают стальной шарик в центр трубки и в момент достижения нижним краем шарика верхней метки включают секундомер. Когда шарик достигнет нижним краем нижней метки трубки, секундомер останавливают и отсчитывают время прохождения шарика в секундах между двумя метками трубки вискозиметра с погрешностью не более 0,2 с. Вместо глицерина можно применять другую прозрачную жидкость, не смешивающуюся с испытуемым материалом. Определение условной вязкости проводят не менее трех раз. За величину условной вязкости, определенной по шариковому вискозиметру, принимают среднее арифметическое значение трех параллельных определений времени прохождения стального шарика между двумя метками вискозиметра.
