IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Окрасочные работы проводятся в цехах, в состав которых, как правило, входят участки с технологическими линиями. На этих линиях осуществляются операции по подготовке рабочих поверхностей, грунтовке, окраске, сушке, охлаждению, шпатлевке, шлифовке. В цехах по производству окрасочных работ имеются также вспомогательные участки. При обеспечении пожарной безопасности окрасочных работ следует учитывать вероятность образования горючих и взрывоопасных смесей паров лакокрасочных материалов с воздухом и их воспламенения с последующим возникновением волн сжатия.

Для пожаров, возникающих на объектах при проведении окрасочных работ, характерно проявление в различном сочетании следующих опасных факторов:

- теплового излучения при пожаре пролива лакокрасочных материалов;

- избыточного давления во фронте волны сжатия при взрыве газопаровоздушной смеси и расширяющихся продуктов горения при реализации «пожара-вспышки»;

- осколков, образующихся при разрушении тары с лакокрасочными материалами и легкосбрасываемых конструкций (остекленение окон) помещений окрасочных производств;

- токсикологического и наркотического действия летучих компонентов лакокрасочных материалов, а также продуктов их термического разложения при пожаре.

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, что 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 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].

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 V_возд = 3 м/с.

Длина прямого факела L₁апроксимировалась уравнением вида

L₁=V·K, м;

расход жидкости с одного погонного метра щетки

Q = K (m+X₁V+X₂Δl+X₃VΔl)·10^-9м³/c,

где K= K₁·K₂ ·K₃…Kn·,

при этом K₁ - коэффициент, учитывающий конструкцию щетки, K₂ - коэффициент, учитывающий свойства материала щетины (гидрофильность и т.д.), K₃ – коэффициент, учитывающий свойства жидкости (вязкость, 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, 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

L₁=V·K·K_в=V·Kn

где K_в,Kn - 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, в самой промывочной камер 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.

С помощью такого же устройства возможно улавливание паров растворителей. 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 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.

Список использованной литературы

1. Сточник Г.Ф. Технология окрасочных работ в машиностроении [текст, илл.] - М.: Высш. Школа, 1981-238с.

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.

Код для цитирования: Скопировать