| WYSOKOCIŚNIENIOWE SYSTEMY STRUMIENIOWE |
Metody wysokociśnieniowe stosowane do czyszczenia szczególnie trudno usuwalnych powierzchni w ostatnich kilku latach są coraz bardziej spopularyzowane. Wiąże się z tym prostota obsługi, szybkość oraz duża dokładność procesu czyszczenia. Zastosowanie wody jako środka czyszczącego, dodatkowo zwiększa bezpieczeństwo pracy, ze względu na praktycznie zerowe ryzyko zapłonu.
Obróbka wysoko ciśnieniowym strumieniem wody polega na oddziaływaniu zogniskowanego w dyszy strumienia wodnego na obrabiany materiał, a więc na doprowadzaniu miejscowo dużej gęstości mocy, powodującej odrywanie mikrocząstek materiału od jego podstawowej masy. Dzięki ostremu skupieniu strumienia wody, pomimo dużej gęstości mocy, są wywierane tylko niewielkie siły na ograniczonym obszarze materiału. W procesie tym energia strumienia wody jest przekształcana na pracę mechaniczną usuwania materiału bezpośrednio w strefie obróbki. Strumień cieczy jest wykorzystywany jako bezkońcowe narzędzie obróbkowe z dużą liczbą krawędzi skrawających.
Za pomocą wysokociśnieniowego strumienia wody można szybko i efektywnie oczyszczać różnorakie powierzchnie, materiały oraz konstrukcje, np.: elewacje budynków, mosty, rurociągi petrochemiczne, burty statków, powierzchnie lotnisk, powierzchnie płaskie, cysterny, kotły, rurociągi energetyczne i inne. Do zalet tego typu obróbki należy zaliczyć:
|
- brak zjawiska zużywania się narzędzia, którym jest strumień wody,
- dużą wydajność i wysoką jakość procesu obróbkowego,
- niepowstawanie szkodliwych gazów i par przy jednoczesny spływie usuwanych cząstek materiału wraz z odprowadzaną wodą,
- łatwe prowadzenie (niewielka siła reakcji) i sterowanie ruchem dyszy, a tym samym zdolność wielokierunkowej obróbki w odniesieniu tak do zewnętrznych, jak i wewnętrznych powierzchni,
- brak zagrożenia pożarowego i ekologicznego, związanego z procesem obróbkowym.
|
| Istnieją również pewne ograniczenia obróbki strumieniem wody: |
- w wielu zastosowaniach do uzyskania odpowiedniej prędkości strumienia wymaga się stosowania pomp o dużej mocy.
|
| Ponieważ czyszczenie wysokociśnieniową strugą cieczy odbywa się przy wysokich ciśnieniach rzędu 50 - 3000 bar, prędkość wypływu z dyszy jest często większa od prędkości dźwięku. Z tego względu niezbędne jest stosowanie wysokich wymagań dotyczących sprawności pompy wraz z współpracującym z nią sprzętem w postaci przewodów, głowic, pedałów sterowania oraz zaworów bezpieczeństwa. |
| STRUKTURA STRUMIENIA WODY |
Warunki pracy, parametry obróbki, wydajność urządzeń obróbkowych, zależą od jakości strumienia oraz jego parametrów hydrodynamicznych.
Jeden z koniecznych warunków zastosowania strumienia wody do obróbki różnych materiałów stanowi otrzymanie przy wylocie dyszy strumienia o korzystnych właściwościach zapewniających dostatecznie dużą efektywność procesu obróbkowego. Kryterium oceny właściwości hydrodynamicznych strumienia jest jego spójność (koherentność), czyli zdolność strumienia do nierozpadania się podczas ruchu i zachowywania swojej energii kinetycznej do określonej odległości od dyszy.
Strumień wody o wysokim ciśnieniu i dużej prędkości trafia po wyjściu z dyszy na powietrze, tj. ośrodek o gęstości 800 razy mniejszej od wody. Pod działaniem turbulentnych (burzliwych) pulsacji i otaczającego środowiska traci on przy tym swój walcowy kształt, nadany średnicą dyszy, i nieznacznie się rozszerza, przyjmując postać stożka.
Na styku poruszającego się, ciekłego strumienia z otaczającym go, pozostającym w spoczynku środowiskiem powietrznym istnieje duża różnica prędkości. W związku z tym powstają pod kątem prostym do osi strumienia siły aerodynamiczne, proporcjonalne do tej różnicy prędkości. W strumieniu wytwarza się nierównomierny rozkład jego masy. Pod działaniem tych sił, a także turbulentnych pulsacji wewnątrz strumienia, stopniowo, w miarę oddalania się od dyszy tworzą się na jego powierzchni nierówności w postaci fal, których kształt i długość zależy od warunków wypływu. Część cieczy oddziela się od podstawowej masy strumienia i wchodzi w obszar przylegającej do niego strugi powietrza o mniejszej prędkości ruchu, powietrze zaś otaczającego środowiska wdziera się do wnętrza strumienia cieczy. Prowadzi to do zwiększającej się wzajemnie wymiany masy pomiędzy cieczą strumienia i otaczającym powietrzem, co powoduje nieciągłość w strukturze strumienia, pojawianie się kropel, które ulegają rozdrobnieniu oraz dalsze rozszerzenie strumienia. |
Nasycenie strumienia powietrzem zaczyna się od powierzchni i przenika do jego wnętrza. W strumieniu wydziela się tzw. rdzeń strumienia czyli jego ciągłe jądro, o stożkowatym kształcie, charakteryzujące się stałą prędkością ruchu, równą prędkości vso wypływu strumienia z dyszy i stałym ciśnieniem spiętrzania pso.
Długość rdzenia jest funkcją ciśnienia. Im większe ciśnienie, tym krótszy rdzeń i tym większy kąt zewnętrznego zarysu strumienia. Średnica obszaru oddziaływania strumienia staje się większa ze względu na wzrastające, ze zwiększeniem ciśnienia pompy, natężenie przepływu cieczy i rosnące ze wzrostem prędkości strumienia jego rozpylenie. |
| STRUMIEŃ CIECZY JAKO NARZĘDZI OBRÓBKOWE |
| Obróbkowe możliwości wysokociśnieniowego strumienia cieczy i charakter wykonywanych przez niego operacji zależą od wielu czynników, w skład których wchodzą min: |
- rodzaj usuwanego materiału,
- skład cieczy roboczej,
- sposób oddziaływania na usuwany materiał,
- kierunek działania w stosunku do czyszczonej powierzchni.
|
Im wytrzymałość obrabianego materiału jest mniej wygórowana, tym łatwiej jest on obrabialny i wymaga mniejszego ciśnienia wypływu strumienia wody z dyszy (ciśnienia pompy).
Duży wpływ na koherentność strumienia, jego zdolność obróbkową i możliwość kształtowania różnych materiałów wykazuje skład cieczy roboczej (woda, woda z dodatkiem polimerów, woda z dodatkiem ścierniwa lub inne ciecze, jak spirytus, olej itp.). Z dodawanych do wody polimerów wymienić należy poliglikole, stężoną glukozę, poliakrylamidy, polioksyetylen, siarczkowe polietery i inne substancje. O ile mechanizm oddziaływania polimerów na zwiększanie efektywności procesu obróbki strumieniem wody nie jest w pełni poznany, to wiadomo, że nawet znikome dodatki rozpuszczalnych polimerów prowadzą do istotnego zmniejszenia turbulentnego oporu tarcia i przyczyniają się do ograniczenia stopnia rozszerzania się strumienia na skutek powierzchniowych zakłóceń.
Na charakter realizowanych operacji i wydajność obróbki wpływa kierunek oddziaływania strumienia na materiał lub kąt padania strumienia g, tj. kąt pomiędzy kierunkiem strumienia i obrabianą powierzchnią.
Wraz ze zwiększeniem kąta padania g od 0° do 90° zmienia się charakter oddziaływania, pomiędzy strumieniem cieczy a obrabianym materiałem. |
| ODDZIAŁYWANIE WYSOKOCIŚNIENIOWEGO STRUMIENIA CIECZY NA MATERIAŁ |
| W praktyce, w odniesieniu do każdego materiału, określa się doświadczalnie, czy nadaje się on do obróbki strumieniem wody oraz jakie powinny być optymalne wielkości wejściowe (nastawne) urządzenia obróbkowego ze względu na nakład energii i uzyskiwane rezultaty procesu. Do określonego zadania obróbkowego muszą więc być dostosowane wielkości nastawne, do których zalicza się przede wszystkim ciśnienie pompy, Średnicę dyszy, odległość dyszy od usuwanego materiału i prędkość posuwu. Ciśnienie pompy określa prędkość wypływu strumienia z dyszy i tym samym w zależności od średnicy dyszy - występującą gęstość mocy. W miarę zwiększania się drogi przebiegu swobodnego strumienia, na skutek głównie oddziaływania otaczającego powietrza, ulega zmianie jego struktura. Odległość dyszy wspólnie z jej średnicą wywierają więc wpływ na średnicę strumienia i tym samym na występujący w przekroju poprzecznym strumienia rozkład mocy. Na czas oddziaływania strumienia na materiał ma wpływ średnica strumienia i prędkości posuwu. |
| ŚRODKI BEZPIECZEŃSTWA |
| Ponieważ czyszczenie wysokociśnieniową strugą cieczy odbywa się przy wysokich ciśnieniach rzędu 50 - 3000 bar, prędkość wypływu z dyszy jest często większa od prędkości dźwięku. Powyższe własności stanowią wysokie wymagania w zakresie zachowania niezbędnych środków bezpieczeństwa. Muszą być spełnione następujące wymagania: |
- pompa wysokociśnieniowa musi być w pełni sprawna, ciśnienie powinno być ustawione w określonym zakresie,
- zawory bezpieczeństwa muszą być w pełni sprawne,
- wartość ciśnienia musi być odpowiednia do zastosowanego przewodu wysokociśnieniowego,
- miejsce pracy powinno być odpowiednio ogrodzone i oznakowane, osoba, która nie przeprowadza procesu czyszczenia, nie może wchodzić poza oznaczony teren, używać oraz przenosić sprzętu i urządzeń,
- pracownik kontrolujący pompę oraz wielkość ciśnienia musi być w stałym kontakcie wraz z pracownikiem kontrolującym przebieg procesu czyszczenia,
- każdy z pracowników musi posiadać odpowiedni sprzęt ochronny.
|