ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

-Метод нанесения ЛКМ в электрическом (электростати­ческом) поле высокого напряжения, его достоинства и недо­статки

-Распылительная аппаратура

-Ручные пневмоэлектростатические распылители

-Ручные гидропневмоэлектростатические распылители

-Установки ручной электростатической окраски

-Основные правила работы и ухода за установками для нанесения ЛКМ в электрическом поле высокого напряжения

-Окрашивание изделий электростатическими распылителями

-Уход за установками электростатической окраски

Метод нанесения ЛКМ в электрическом (электростати­ческом) поле высокого напряжения, его достоинства и недо­статки

Основой метода является способность частиц материала приоб­ретать заряд в электрическом (электростатическом) поле. Электро­статические силы используются в основном для перемещения и осаждения заряженных частиц материала на окрашиваемой по­верхности. Электрическое поле высокого напряжения (60 — 140 кВ) создается между заземленным изделием и распыляющим устройст­вом, которое является одновременно и коронирующим электродом с высоким отрицательным потенциалом. ЛКМ подается в распыля­ющее устройство (распылительную головку) и распыляется там под действием энергии сжатого воздуха, центробежных сил или высо­кого давления на ЛКМ. Распыленные частицы, получив заряд с по­мощью зарядного устройства, перемещаются в направлении сило­вых линий электрического поля от распылительной головки к заземленному изделию. Попав на поверхность изделия, частицы ма­териала отдают ему свой заряд и образуют равно­мерное покрытие на его поверхности (рис. 1).

Рис. 1. Схема окраски изделий в  электростатическом поле высокого напряжения

Нанесение покрытий в электрическом поле высо­кого напряжения - один из наиболее экономичных методов окраски (коэффи­циент использования ма­териала 0,90 - 0,95). При его применении значительно (или почти полностью) уменьшается туманообразование. Для очистки воздуха достаточно удалить пары растворителя, выделяющегося из ЛКМ, что возможно при  небольших скоростях движения воздуха. В камерах не требуется монтажа фильтров, упрощается система вентиляции.

Применение стационарных электроокрасочных установок позволяет полностью автоматизировать процесс окраски. При этом повышается культура производства и улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Наиболее эффективно применение метода электроокраски при нанесении ЛКМ на поверхность однотипных изделий серийного или массового производства, а также изделий решетчатых, круглой или овальной формы, без острых кромок, выступов и впадин.

К недостаткам метода относятся невозможность полностью окрасить поверхность изделий сложной конфигурации с глубоки­ми впадинами и сложными сопряжениями, а также внутренние поверхности изделий (в этом случае предусматривают подкраску вручную методом пневматического распыления) и определенные ограничения по распыляемым ЛКМ.

Распылительная аппаратура

При окрашивании изделий в электрическом поле высокого на­пряжения для распыления и зарядки ЛКМ используют разнообраз­ные распылительные устройства: ручные - в виде специальных эле­ктростатических пистолетов-распылителей и стационарные - распылители с дистанционным управлением.

В зависимости от вида энергии, применяемой для дробления ЛКМ, электростатические распылители подразделяют на:

• электромеханические (высокооборотные) электростатические распылители, в которых для дробления ЛКМ используются цен­тробежные силы, возникающие на коронирующей кромке, вра­щающейся с частотой 15000 - 50000 мин-1, от осевой пневмотурбины, насадки (чаши);
• пневмоэлектростатические, использующие для распыления ЛКМ сжатый воздух давлением 0,3 - 0,6 МПа (3,0 - 6,0 атм);
• гидроэлектростатические, в которых распыление происходит за счет высоких скоростей истечения ЛКМ под высоким давлением из эллипсовидного отверстия сопла безвоздушного распыления;
• гидропневмоэлектростатические (комбинированного распыле­ния), в головках которых сочетается предварительное дробле­ние ЛКМ, вытекающего из отверстия сопла безвоздушного рас­пыления под высоким давлением, и окончательное распыление сжатым воздухом, подаваемым в факел из специальных боковых отверстий воздушной головки.

Электромеханические высокооборотные распылители просты по устройству, имеют достаточно высокую производительность при высокодисперсном распылении, однако:

• неудобны для автоматического управления, так как не позволяют включать или выключать подачу ЛКМ на распыление в зависи­мости от наличия в данный момент изделия перед распылителем;
• при ручной окраске не обеспечивают прокрас поверхности из­делий, имеющих впадины, углубления и т.п.

    Конструкции пневмоэлектростатических, гидроэлектростати­ческих и гидропневмоэлектростатических распылителей позволя­ют автоматически включать их в работу только при прохождении перед ними окрашиваемых изделий и выключать, как только факел распыленного ЛКМ выходит за контур изделия; их использование в ручном режиме допускает прокрашивание изделий, имеющих впадины, углубления, за счет отключения в нужные моменты элек­тростатического поля и окраски сложной поверхности пневматиче­ским (безвоздушным, комбинированным) распылением.

Ручные пневмоэлектростатические распылители

Пневмоэлектростатические распылители имеют корпус с ру­кояткой, изготовленный из специальных полимерных материа­лов. Передняя часть корпуса выполнена в виде разъемного ство­ла. В верхнюю часть корпуса и ствола встроен портативный ис­точник высокого напряжения (ИВН). На переднем конце ствола смонтирована распылительная головка, состоящая из воздушной головки и материального сопла. Отверстие материального сопла герметично запирается подпружиненной запорной иглой, свя­зной с пусковым крючком.

В ручных пневмоэлектростатических распылителях используя различные конструкции встроенных ИВН:

• во встроенный ИВН по кабелю из генератора подается ток на­чального (небольшого) напряжения и там трансформируется (Умножается) до величины рабочего напряжения (60 - 85 кВ);
• во встроенный ИВН подается сжатый воздух, энергия которого пре­образуется в электрическую с рабочим напряжением (60 - 85 кВ).

Вторая схема не требует подвода электрического тока, отсутст­вует генератор, электрический кабель и т.п. Устройство такого рас­пылителя изображено на рис. 2.

Рис. 2. Пневмоэлектростатический распылитель со встроенным ИВН:        

1 - накидная гайка;

2 - сопло;

3 - воздушная головка;

4 - шток;

5 - втулка зарядная;

6 - ствол;
7 - ИВН;
8 - корпус;

9 - дроссель;

10 - канал сброса воздуха;

11 - канал подачи воздуха;

12 - рукоятка;

13 - шариковый клапан;

14 - кронштейн;

15 - пусковой крючок;

16 – вентиль;

Сжатый воздух, подаваемый в распылитель, поступает в распы­лительную головку на распыление ЛКМ и одновременно во встро­енный патронный ИВН, который включает пневмотурбину с гене­ратором переменного тока с постоянными магнитами, высокочас­тотный преобразователь с системами электронной защиты, высо­ковольтный трансформатор и многокаскадный умножитель напря­жения. Напряжение от ИВН подается на зарядную втулку. Зарядка ЛКМ осуществляется внутри распылителя при прохождении его через зону интенсивного электрического поля (в таких распылите­лях возможно использование и коронирующих электродов для за­рядки ЛКМ).

С помощью дросселя 9 регулируется подача воздуха во встроен­ный ИВН. При полном закрытии дросселя 9 генерация высокого напряжения прекращается и распылитель работает как пневматический (такая необходимость возникает при окраске глубоких впадин, сложных сопряжений, внутренних поверхностей).

В зависимости от размеров и конфигурации окрашиваемых изделий с помощью вентиля 16 можно изменить форму факела от круглого до плоского.

На рис. 3  показан один из пневмоэлектростатических распылителей серии PRO Xs, производимых фирмой GRACO, имеющих встроенные ИВН, работающие от энергии сжатого воздуха с зарядкой ЛКМ с помощью электрода, закрепленного на наконеч­нике запорной иглы. Поскольку ИВН находится непосредствен­но в распылителе, дополнительное выносное оборудование не требуется.

Распылители могут комплектоваться материальными соплами с диаметром отверстия 1,0; 1,2; 1,5 и 1,8 мм.

Рис. 3. Пневмоэлектростатический распылитель серии PRO Xs фирмы GRACO

Пневмоэлектростатические распылители фирмы GRACO ши­роко применяются в различных отраслях промышленности для нанесения ЛКМ с рабочей вязкостью 15 - 25 с по ВЗ-246-4 на ме­таллические или специально подготовленные поверхности, такие, как древесина, пластмассы, стекло и др. Они обеспечивают возможность получения покрытий высокого качества с наименьшими потерями.

Удельное объемное сопротивление наносимых ЛКМ должно быть не ниже 3 мОм • см. Технические данные пневмоэлектростатических распылителей PRO Xs2, PRO Xs3 и PRO Xs4 приведены в табл. 1.

Ручные гидропневмоэлектростатические распылители

На рис. 4 изображен ручной гидропневмоэлектростатический распылитель PRO Xs4 АА, работающий по принципу ком­бинированного распыления. Устройство распылителя PRO Xs4 АА, включая строение ИВН патронного типа, аналогично устройству пневмоэлектростатических распылителей. Однако, учитывая специфику метода комбинированного распыления, сочетающего пневматическое и безвоздушное распыление под высоким давлением, следует отметить, что конструкция распы­лителя PRO Xs4 АА имеет ряд существенных отличий:

• на переднем конце ствола корпуса распылителя смонтирована распылительная головка комбинированного распыления, включающая сопло безвоздушного распыления с эллипсовид­ным отверстием и закрепленную на нем воздушную головку, имеющую боковые отверстия, оси которых пересекаются с осью отверстия сопла;
• уплотнения, каналы и полости, подводящие ЛКМ к соплу, обес­печивают герметичность системы при давлении 20,0 МПа (200 атм) и более;
• на входе в полость со смонтированным в ней соплом безвоз­душного распыления установлено седло клапана, запираемое подпружиненным клапаном, связанным с пусковым крюч­ком;
• зарядка производится с помощью электрода, связанного с ИВН и закрепленного на распыляющем сопле безвоздушного распыления;
• между рукояткой распылителя и пусковым крючком установ­лено предохранительное устройство, предотвращающее от­крывание запорного клапана при случайном нажатии на пус­ковой крючок.

У распылителя есть два регулировочных устройства:

• дроссель, с помощью которого регулируется подача воздуха во встроенный ИВН и, соответственно, величина генериру­емого напряжения. При полном закрытии дросселя распы­литель работает без электростатической зарядки распыляе­мого ЛКМ;
• вентиль, регулирующий подачу сжатого воздуха для оконча­тельного распыления частиц ЛКМ, предварительно раздроб­ленных за счет высоких скоростей истечения из отверстия сопла безвоздушного распыления. При полностью закрытом вентиле и повышенном давлении на ЛКМ мелкодисперсное распыление ЛКМ производится только за счет высокого давления ЛКМ.

Рис. 4. Гидропневмоэлектростатический распылитель PRO Xs AA фирмы Graco

Установки ручной электростатической окраски

Ручные электростатические распылители могут поставляться в комплекте с установками, которые обеспечивают подачу в рас­пылитель ЛКМ под требуемым давлением и сжатого воздуха в патронный ИВН и на распыление. Они оснащены всеми необхо­димыми регулирующими и контрольно-измерительными прибо­рами и в случае надобности осуществляют перемешивание и цир­куляцию материала.

В зависимости от требуемой величины давления ЛКМ для его подачи в распылитель могут быть использованы насосы с пнев­моприводом различного типа: диафрагменные [при давлении ЛКМ 0,1 - 0,3 МПа (1-3 атм)] или плунжерные [давление ЛКМ 20,0 МПа (200 атм) и выше] с возможностью регулирования вели­чины давления в широких пределах.

Для практического использования пневмоэлектростатических распылителей РРО Xs может быть использована установка Triton, укомплектованная воздушными и материальными шлангами длиной 7,5 - 30,5 м, диафрагменным насосом Triton 308 со всасывающим шлангом, системой кранов и регуляторов давления с манометрами, позволяющих подавать в распылитель ЛКМ и сжатый воздух на распыление и привод турбины ИВН распылителя.

На рис. 5 показана установка комбинированного распыления модели President 30:1, укомплектованная плунжерным насосом с пневмоприводом, позволяющим подавать ЛКМ в ручной гидропневмоэлектростатический распылитель под давлением до 20 МПа (200 атм).

Для подачи в ручной гидропневмоэлектростатический распылитель сжатого воздуха и ЛКМ под высоким давлением могут использоваться также установки комбинированного распыления насосами President 15:1, Monark 10:1, Monark 15:1, Monark23:1.

Рис. 5. Установка комбинированного распыления President 30:1 с гидропневмоэлектростатическим распылителем PRO Xs 4AA

Агрегаты высокого давления (насосы с пневмоприводом) мо­гут быть установлены на тележке, пристенном кронштейне или резервуаре.

В комплект установки гидропневмоэлектростатического рас­пыления входят агрегат высокого давления, всасывающий шланг (патрубок) с фильтром грубой очистки, фильтр тонкой очистки, сдвоенные шланги (материальный высокого давления и воздуш­ный) и гидропневмоэлектростатический распылитель.

Технические данные агрегатов высокого давления, применяемых при комбинированном распылении с использованием гидропневмо­электростатического распылителя приведены в табл. 2.

Основные правила работы и ухода за установками для нанесения ЛКМ в электрическом поле высокого напряжения

Перед тем как приступить к окраске, необходимо:

• убедиться в правильности выбора модели распылителя (пневмо-, гидро-, гидропневмоэлектростатическое распыление) и типоразмера его распылительной головки применительно к конкретным условиям работы (вязкость ЛКМ, его расход га­бариты окрашиваемых изделий, их конфигурация и т.п.);
• убедиться в соответствии ЛКМ и его параметров (вязкость, удельное объемное сопротивление) требованиям электроста­тического нанесения конкретной моделью распылителя;
• убедиться в исправности распылителя. При включении уста­новки и подаче ЛКМ в распылитель сальники, уплотнения, прокладки должны исключать подтекание ЛКМ при макси­мальном рабочем давлении;
• при нажатии на пусковой крючок без электростатической за­рядки частиц ЛКМ убедиться в правильном формировании факела и его мелкодисперсном распылении; при отпускании пускового крючка - в четкой отсечке факела;
• настроить распылитель на оптимальный режим работы: давле­ние на ЛКМ, давление сжатого воздуха (если распылитель пневмоэлектростатический или гидропневмоэлектростатический);
• убедиться в том, что распылитель и окрашиваемые изделия надежно заземлены (сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 100 Ом). Если окрашиваются мелкие из­делия, то они подвешиваются на заземленной рейке или кон­вейере;
• включить в работу ИВН (генерирование высокого напряже­ния) и при нажатом пусковом крючке убедиться в электроста­тической зарядке частиц ЛКМ. Для проверки зарядки произвести пробную окраску заземленного цилиндра диаметром не более 100 мм. При установке распылителя с одной стороны ЛКМ должен осаждаться по всему периметру цилиндра.

Окрашивание изделий электростатическими распылителями

Окрашивание должно производиться только после включения вытяжной вентиляции (при отключении вентиляции работа должна быть прекращена).

Изделия при окрашивании должны располагаться на расстоянии 850 - 950 мм от маляра и на высоте над уровнем пола 650 -1900 мм (при окрашивании изделий высотой более 1900 мм рабо­те место должно быть оборудовано подъемником).

Расстояние от сопла распылителя до окрашиваемого изделия должно быть 300 - 350 мм. При этом расстояние от сопла распы­лителя до лица маляра должно быть не менее 650 мм (при несо­блюдении этих условий возможно попадание частиц ЛКМ на рас­пылитель и маляра).

Распылитель необходимо держать перпендикулярно окраши­ваемой поверхности: сначала наносят вертикальные, а затем го­ризонтальные полосы. В отличие от других способов окраски распылением при окраске изделий из уголков, трубок, прутков нет необходимости поворачивать их на другую сторону, так как возникает эффект «электростатического охвата», обеспечиваю­щий равномерную окраску изделий со всех сторон. Факел распы­ляемого ЛКМ должен быть шире окрашиваемого изделия. Если он уже изделия, эффект проявляется неполно.

Большое влияние на равномерность получаемого в электро­статическом поле покрытия оказывает форма окрашиваемого изделия. На поверхности изделий сложной конфигурации создается неравномерное электрическое поле, где силовые линии расположены с различной плотностью. Они концентрируются на краях и острых выступающих частях, в достаточной степени сосредотачиваются на выпуклых поверхностях, в углублениях их мало или они совсем отсутствуют (рис. 6). Поэтому в момент окрашивания углублений электростатическим распылителем рекомендуется отключать высокое напряжение.

Рис. 6. Распределение силовых линий электростатического поля на поверхности с углублениями

Уход за установками электростатической окраски

 По окончании работы необходимо отключить высокое напря­жение, всасывающий шланг установки перенести в емкость с рас­творителем, слить оставшийся в системе ЛКМ и в течение не­скольких минут промыть растворителем установку, шланг, распы­литель. Недопустимо промывать систему краскопередачи и рас­пылителя растворителем с температурой вспышки 28°С и ниже. После промывки необходимо удалить весь растворитель из систе­мы продувкой воздухом.

Детали распылителя следует промывать токонепроводящим растворителем, так как использование токопроводящих раство­рителей может быть причиной ненадежной работы распылителя.

При работе установок электростатического распыления могут наблюдаться неисправности. Некоторые из них, связанные с за­рядкой и переносом заряженных частиц на изделие, а также воз­можные причины и способы их устранения приведены в табл. 3. При анализе неисправностей, связанных с пневматическим, без­воздушным и комбинированным распылением ЛКМ, следует ис­пользовать аналогичные таблицы в разделах 1, 2 и 3.