Виды тепловых насосов, преимущества и недостатки каждого из них

В условиях постоянного роста тарифов на электричество и газ, ухудшения экологической обстановки все чаще применяются альтернативные источники энергии. Тепловой насос (ТН) — один из вариантов таких систем, с помощью которого можно отопить частный дом зимой, кондиционировать помещения летом, нагревать воду для бытовых нужд. Устройства позволяют экономить на энергоносителях, не используют невозобновляемых природных ресурсов, что важно с точки зрения охраны окружающей среды. Рассмотрим виды тепловых насосов, их преимущества и недостатки, особенности эксплуатации.

Устройство и принцип работы

Теплонасос в общем виде состоит из:

Компрессор требуется для сжатия и передачи по трубопроводам хладагента, в качестве которого в современных ТН применяются фреоны R410A и R407C, безопасные для озонового слоя.

При сжатии температура фреона стремительно повышается, под давлением до 40 бар он перемещается в конденсатор и передает тепловую энергию потребителю (адиабатический процесс). Потребителем может быть воздух или теплоноситель, который затем отдает энергию отопительной системе. Температура фреона понижается, он возвращается из газообразного состояния в жидкое (изотермический процесс).

Затем жидкий хладагент через вентиль-терморегулятор, применяемый для дозировки и снижения давления, поступает в теплообменник-испаритель. Вследствие падения давления при передаче по каналам испарителя фреон вновь превращается в газ. Температура снижается, осуществляется его нагрев от источника — воды, воздуха, земных недр. Затем уже холодный фреон перемещается в компрессор и рабочий цикл вновь повторяется.

Принцип работы теплового насоса

Таким образом, теплонасос сам не вырабатывает тепло, а лишь перемещает его в дом. Для работы требуется электроэнергия, которая расходуется в основном на компрессор. Для определения эффективности ТН используется показатель преобразования (СОР) — отношение полученной тепловой энергии к потребленной электрической. Параметр зависит от производителя и типа теплонасоса и находится в интервале от 2 до 6.

Виды тепловых насосов

В зависимости от технологии, применяемой для забора и распределения энергии, конструкции оборудования и способов использования, различают следующие виды теплонасосов:

«Воздух-воздух»

Источник энергии для такого типа устройств — атмосферный воздух. По внешнему виду теплонасос не отличим от сплит-систем, способен нормально функционировать при температуре до -30°С, получая энергию из окружающей среды. Дом отапливается нагретым в конденсаторе воздухом.

Теплонасос «воздух — воздух»

Тепловые установки «воздух-воздух» применяются преимущественно в домах с сезонным проживанием и не могут рассматриваться как основное средство отопления.

«Воздух-вода»

Принцип действия системы идентичен предыдущему типу. Отличие заключается в нагреве не воздуха в комнатах, а теплоносителя, используемого в контуре ГВС и для отопления дома.

Если помещения обогреваются с помощью обычных батарей, работа насоса менее эффективна. ТН «воздух-вода» следует использовать с конвекторами и радиаторами большой площади, а также низкотемпературными системами «теплые стены» и «теплый пол» с водяным теплоносителем.

Схема организации отопления и ГВС с помощью теплонасоса «воздух-вода»

Насосы «воздух-вода» в качестве единственного средства отопления могут устанавливаться лишь в теплых регионах. В средней полосе они зачастую монтируются вместе с иным отопительным оборудованием (пеллетными, твердотопливными, электрокотлами, каминами с водным контуром).

«Грунт-вода»

В качестве внешнего (геотермального) контура задействованы недра земли. Поэтому теплонасосы «грунт-вода» обладают важным преимуществом перед другими типами ТН — стабильностью параметра СОР независимо от поры года и температуры воздуха.

Существует три способа сооружения геотермального контура:

Горизонтальный контур

Для использования тепловой энергии земли требуется обустройство коллектора, занимающего значительную площадь. Система трубопровода располагается близко к поверхности, из-за чего производительность оборудования относительно невелика — 30-40 Вт на погонный метр контура.

Глубина заложения полиэтиленовых труб принимается ниже линии промерзания грунта на 0,3-0,5 м и составляет порядка 1,3-2 м. В этой зоне температура остается положительной (от +3 до +15°С) на протяжении всего календарного года.

Площадь, отводимая под коллектор, зависит от площади дома, процента остекления, степени утепления. Для определения требуемого участка и диаметра труб требуется выполнение подробных теплотехнических расчетов.

Схема размещения ТН «грунт-вода» с горизонтальным контуром

Для обустройства горизонтального коллектора используется два способа:

  1. Грунт срезается на всей площадке, производится укладка труб теплообменника с интервалом 0,6-1,5 м. По завершении раскладки котлован обратно засыпается грунтом. Для производства работ используется тяжелая землеройная техника — бульдозеры, фронтальные погрузчики, экскаваторы прямая или обратная лопата.
  2. Укладка труб коллектора осуществляется за несколько этапов в канавы шириной 0,6-1,0 м. Для производства земляных работ используются мини-экскаваторы либо экскаваторы-погрузчики.

Преимущества горизонтального контура:

Вертикальный контур

Система представляет собой куст скважин глубиной 30-200 м с опущенными на дно специальным оборудованием — геотермальными зондами. В этой зоне на протяжении многих десятилетий температура остается неизменной и возрастает примерно на 2-5°С через каждые 70-100 м.

Схема размещения теплового насоса «грунт-вода» с вертикальным контуром

Наклонный контур

Для установки теплового насоса с наклонным контуром требуется участок площадью всего 4 м2. Бурение скважин возможно даже в подвале дома.

В заранее обустроенной шахте глубиной 4 м в разные стороны под углом бурятся скважины. В них укладываются трубы, соединенные с расположенным в доме теплоприемником.

Во избежание промерзания грунта от наклонного контура пространство между землей и трубами заполняется строительным раствором с низкой теплопроводностью.

Размещение теплового насоса «грунт-вода» с наклонным контуром

«Вода-вода»

Для получения тепла используются грунтовые воды. Они имеют постоянную температуру (более +7°С) и расположены на различной глубине.

Подземные воды из скважины поднимаются посредством центробежного насоса и поступают на станцию тепломассообмена, где происходит передача энергии антифризу нижнего контура ТН. Эффективность работы теплонасоса зависит от глубины грунтовых вод и удаленности скважины от станции.

Организация отопления и горячего водоснабжения по принципу «вода-вода» имеет ряд ограничений по использованию:

Заборная вода должна отвечать следующим параметрам: содержание магния и железа — менее 0,5 мг/л, общая доля хлоридов — не выше 300 мг/л. Выпадающие в осадок вещества должны полностью отсутствовать. При превышении допустимых концентраций требуется монтаж станций обессоливания и водоподготовки.

Монтаж систем «вода-вода» рационален, если в непосредственной близости расположена река либо иной водоем. Устройство отопления возможно только с закольцованным контуром, а в качестве теплоносителя должна применяться только вода.

Тепловой насос «вода — вода»

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Популярность тепловых насосов, используемых как для бытовых, так и для производственных нужд, обусловлена такими преимуществами:

  1. Экономичность и эффективность. Для подачи в систему отопления 1 кВт•ч тепловой энергии расходуется всего 0,2-0,3 1 кВт•ч электроэнергии.
  2. Возможность использования во всех регионах.
  3. Экологичность. При работе теплонасоса не выделяются продукты горения, потребление электроэнергии крайне низкое. Используемый хладагент безопасен для окружающей среды, не содержит хлоруглеродов.
  4. Многофункциональность. Тепло, взятое у природы, можно направлять на обогрев дома зимой или охлаждение его летом, для организации ГВС, подогрева воды в бассейне.
  5. Безопасность. Отсутствие строгих требований к системам вентиляции помещений, высокий уровень пожарной безопасности.
  6. Бесшумность работы, компактность.
  7. Возможность автоматического управления работой системы, в том числе удаленного — через интернет.

К недостаткам относятся:

Главным недостатком теплонасосов любого типа является недостаточный нагрев воды. Как правило, температура ее редко превышает 50-60°С.

Использование тепловых насосов — экономичное решение для эффективного обогрева и снабжения горячей водой частного дома. Оборудование абсолютно безопасно как для человека, так и для окружающей среды.

Предлагаем видео о ТН (виды, цены, эффективность):

Евгений Афанасьев главный редактор

Автор публикации 11.07.2020

Понравилась статья?
Сохраните, чтобы не потерять!

Резка водой металла (гидроабразивная резка) под давлением: технология и принципы работы

Гидроабразивная резка – это технология обработки металла, которая проводится с использованием воды и смеси абразива в роли рабочего инструмента. Причем жидкость подается под огромным давлением и с большой скоростью.

Сущность технологии

Заготовка из металлического листа кладется на рабочую поверхность. Она раскраивается по нужному формату. Места кроя подвергаются воздействию воды с добавлением абразивных частиц. Эти вещества взаимодействуют c поверхностью, разрушая ее. При этом необходимо поддерживать определенное давление, напор, который обеспечивает нужную скорость подачи жидкости и твердых частичек. Задача оборудования по этой технологии – отделить часть от целого. Мощность аппарата велика, но способности ограничиваются плотностью сплава и его толщиной.

Принцип работы гидроабразивной резки металла

Во время раскроя металлопроката происходят следующие процессы:

При этом происходит охлаждение металла.

Область применения

Распространенность метода объясняется большими возможностями аппарата. Его можно использовать фактически для любых природных и синтетических материалов. Не распространяется это только на алмаз и каленое стекло. Особенность (а вместе с тем и востребованность) – можно проводить обработку таких вещества, которые нельзя нагревать – они теряют, меняют свои физико-химические свойств или подвержены легкому воспламенению. А резка струёй воды происходит без изменения температурного режима. Таким образом, значительно расширяется спектр возможных работ. Чаще всего металлообработке подвергают:

Также разрезают указанным методом гранит, мрамор и прочие натуральные и искусственные камни. Применение станка возможно только в условиях цеха, налаженного производства. Видео покажет, где его применяют:

Оборудование для гидрорезки

Называют «непыльным». Действительно, стружки фактически нет, вернее, они сразу вымывается водой, получается очень ровный и чистый срез, который, в большинстве случаев, даже не требует шлифовки. Технологический процесс построен на природном явлении водоемов – эрозии, то есть способности размывать берега, при этом обтачивая камни, корни деревьев. Суть остается прежней, но чтобы многократно ускорить воздействие, в жидкость добавляют абразив.

Такая смесь выпускается струей очень высокого напора. Давление доходит до 6 тысяч атмосфер, при этом развивается скорость, которая в три раза превышает распространение звуковой волны в воздухе, – 800-1000 метров в секунду. Две основные задачи оборудования:

Устройство станка, который режет водой

Классический аппарат имеет множество узлов:

Читайте также:  Как закрепить люстру на бетонном потолке: планка, крюк, прозвонка

Большинство станков оснащены ЧПУ, инженер только руководит процессом с помощью пульта, но не занимается резкой вручную. Это удобно – нет негативного воздействия на обслуживающего машину человека и при этом достигается отличная точность. Еще одно достоинство ЧПУ – возможность использования программ для автоматизированного проектирования, на которых можно создавать проект в формате, совместимым с блоком управления.

Особенности устройства основных узлов

Уникальность установки заключается во многих отличиях, начиная с рабочего стола. Вместо привычной плоскости здесь представлена ванна с неглубокими бортами. Она оснащена ребрами для захвата и фиксации заготовки, они быстро снимаются и накладываются. Также емкость быстро набирается жидкостью, а затем сливается. Постоянное нахождение металла в водной среде позволяет избавить производство от шума и пыли. Емкость, которая содержит абразивные частицы, легко вынимается, имеет функцию пополнения даже в ходе работы, а также оснащена датчиками, контролирующими количество смеси.

Очень важна система перемещения инструмента. Она поставлена на ремни, которые двигают резак по линейным плоскостям. используются именно ремешки, а не цепи, так как они более невосприимчивы к влаге, а также у нечаянному попаданию абразива. Дополнительное преимущество – их легко менять при износе. Подробнее об устройства посмотрим на видео:

Возможности водной резки металла

Многие способы применяются только для прямой распиловки, в то время как гидрорезка позволяет:

Сейчас активно пользуются технологией в различных сферах:

Управление

Для эффективной работы станка необходим труд нескольких инженеров и операционистов. Проектировщик обязан создать проект в специальной компьютерной среде. Затем файл помещается в память устройства. Машина сама распределяет функции на остальные узлы. Сотрудник отвечает за достаточное количество расходных материалов, за запуск программы, контроль за выполнением и своевременное оповещение о поломке. Специалист по оборудованию обязан проводить техническое обследование (профилактическое), а также устранять неполадки.

Гидроабразивные станки с ЧПУ

Числовое программное управление позволяет осуществлять наиболее трудные детали с погрешностью в половину миллиметра. Производственный процес полность автоматизирован, он не требует постоянных команд, ему необходимо только однажды задать программу (выбрать из списка или ввести в память) и поставить запуск. Такое оборудование дорогостоящее, но более эффективное. Нет человеческого фактора, то есть минимизирован риск ошибок.

Как режут металл водой вручную

Менее популярные на производстве, зато теоретически возможны для изготовления в домашних условиях. Задача оператора – выбор угла резки, давления, напора и ширины струи. Работать с ним труднее, но, однажды научившись, специалист сможет делать очень эффективные простые формы. Точность остается высокой, но при этом набор функций относительно небольшой. Еще одно достоинство – цена значительно ниже, чем у оборудования с ЧПУ.

Расходные материалы

Основное сырье – это вода (чистая, прошедшая многоступенчатую фильтрацию, чтобы там не находилось примесей, которые могут вступить в реакцию с заготовкой) и абразивные частицы. Расход достаточно большой, при этом чем толще металл, тем больше расходников используется в секунду. Самое недорогой абразив – мелкий песок. Песчинки размером около 650 микрон эффективно справляются даже с тугоплавкими, высокопрочными сплавами. При этом имеют доступную стоимость. Также регулярно требуется проводить замену запчастей – трубок и шлангов, уплотнителей. Реже – мотора, резервуаров, сопел.

Какое давление нужно для резки металла водой под давлением

Минимальный напор – 1500 атмосфер, максимальный – 6000. Показатель настраивается в зависимости от плотности стали, от необходимой скорости работы. Делать это можно вручную или довериться умному блоку управления.

Преимущества гидроабразивной установки

Сейчас это один из наиболее эффективных и востребованных методов, благодаря своим достоинствам:

Недостатки гидроабразивной установки

Есть и некоторые сложности, связанные со станком:

Цена гидрорезки

Стоимость такого оборудования, а также его обслуживания, достаточно высока. Именно по этой причине метод используют в основном на крупных производствах – там все затраты компенсируются высококачественным итоговым продуктом. Ценник складывается из:

В статье мы рассказали, как водой разрезать металл. В качестве завершения покажем несколько видео:

Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.

Гидроабразивная резка — технология широкого спектра

20-21 века в технологическом плане принесли нам весьма много интересных и полезных инноваций, а также значительных усовершенствований уже имевшихся технологий. Так, например, кто бы мог когда-то подумать, автомобили станут красить не простой краской, подверженной различным повреждениям, а разноцветной жидкой резиной; принтеры смогут печатать не только плоские изображения, но и объёмные изделия, и т.д.

В этот список можно смело включить и новшество, о котором пойдёт речь сегодня, а именно – гидроабразивная резка, пришедшая на смену традиционной. Она используется как для работы с твёрдыми материалами (металл, керамика, природные и искусственные камни, бетон и т.д.), так и с хрупкими (стекло) и даже с мягкими (поролон, пластмасса, кожа, ткань и т.д. – в данном случае резка производится без добавления абразива.

Что такое гидроабразивная резка

Как явствует из самого названия данного процесса, гидроабразивная резка связана с двумя основными компонентами: водой («гидро» – от греч. hydor вода) и абразивом, в роли которого в данном случае выступает гранатовый песок.

Производится такая резка специальным станком, принцип работы которого вкратце можно описать следующим образом. Вода подаётся в мультипликатор – насос высокого давления, который сжимает её под давлением в 4000 атмосфер (и выше). После чего она проходит сквозь водяное сопло тонкой струёй (0,2-0,3 мм в диаметре) и попадает в смесительную камеру. В ней вода смешивается с вышеупомянутым абразивом и выходит через высокопрочное сопло (диаметр которого будет зависеть от требуемого диаметра струи – он может быть от 0,6 до 1,2 мм). Из данного сопла струя подаётся со скоростью порядка 1000 м/сек прямо на поверхность того материала, который подвергается резке.

Таким образом, резка производится струёй воды, смешанной со сверхпрочными микрочастицами, которая подаётся под очень высоким давлением. Эта технология обладает целым рядом преимуществ, за счёт которых данный вид обработки материалов обрёл широкую популярность, позволяющую открыть на гидроабразивной резке рентабельный бизнес.

Преимущества гидроабразивной резки

Экономичность

Что именно экономится? Для ответа на этот вопрос приведём простой пример. Допустим, вам необходимо изготовить несколько зубчатых колец. В случае использования традиционной технологии обработки металлов вам придётся пройти через несколько её этапов. При этом выполняя различные операции на разных станках (зубофрезерование, зубодолбление).

При гидроабразивной же резке такую деталь можно вырезать за один раз на одном соответствующем станке. В отличие от механической резки, резка струёй воды не перегревает материал в местах разреза, так что он не оплавляется и не пригорает. А значит, отсутствует необходимость в его последующей обработке.

Кроме того, отсутствует непосредственный контакт режущего средства с материалом, соответственно – нет необходимости постоянно затачивать инструмент. Да и нет обратной ударной отдачи от материала во время его резки, так что механизм лишний раз не изнашивается.

Итак, вы, как предприниматель, экономите средства на дополнительном дорогостоящем оборудовании, его обслуживании и энергообеспечении. Также вы экономите время на изготовление одного изделия/детали, т.е. повышается производительность процесса. Исходя из вышесказанного, экономит и потребитель – конечная стоимость услуги для него будет дешевле, и свой заказ он получит быстрее.

Качество и точность резки

Станки гидроабразивной резки управляются ЧПУ. Ширина реза не будет превышать толщины в 1,5 мм (минимум же практически не ограничен), что позволяет избегать перерасхода дорогих обрабатываемых материалов. К слову, раскрой материала можно начинать абсолютно в любой точке его поверхности – предварительного сверления не требуется.

Сложность изготавливаемых деталей

Линия реза может иметь абсолютно любую кривизну и траекторию, и при этом будет выполнена абсолютно точно. В связи с

Что касается конкуренции, то не в каждом городе можно найти подобные услуги. Может это связанно с дороговизной оборудования, а может из-за того, что многие даже и не догадываются о существовании и возможностях данной технологии.

Что необходимо для начала бизнеса

А) найти и арендовать небольшое помещение под производство (впрочем, это может быть и собственный вместительный гараж, если места в нём хватит не только для авто, но и для установки станка – как уже было сказано, никаких испарений и пыли процесс резки не даёт);
Б) приобрести станок гидроабразивной резки и соответствующий абразив;
В) провести рекламную кампанию по продвижению своей услуги, а также создать собственный сайт в Интернете с описанием и примерами работ. Возможно, именно по этой причине многие заказчики не могут найти подобную услугу.

Преимущества гидроабразивной резки металла

Что такое гидроабразивная технология резки металла, ее преимущества и недостатки? На что способно оборудование и какие расходники применяют – об этом далее.

Применение технологии разрушения породы для выемки полезных ископаемых под действием струи воды известно с 30 годов прошлого столетия, а вот промышленное использование струи воды под высоким давлением для резки различных материалов начали только в 80 годах того же века. Сегодня гидроабразивная резка металла является наиболее востребованным видом применения данной технологии в промышленном производстве.

Что такое гидроабразивная резка

Гидроабразивная резка представляет собой процесс абразивного воздействия струи гидравлической жидкости с добавлением особо твердых частиц на обрабатываемый материал для его раскроя по заданным размерам. С механической точки зрения — это процесс отрыва и уноса материала абразивными частицами, которые подаются на большой скорости в струе воды под высоким давлением. По физическим свойствам тонкий поток смеси воды и абразива на большой скорости является идеальным режущим инструментом.

Технология применения потока воды и абразива для разрезания практически любых материалов обеспечивается подбором необходимых условий и параметров, таких как:

Технологические возможности гидроабразивной резки ограничиваются только лишь толщиной обрабатываемой заготовки и физическими свойствами вещества, из которого она сделана. На что она способна хорошо показано на данном видео.

Читайте также:  Заливка пола ровнителем

Область применения

Областью промышленного использования этих особенностей стала абразивная резка различного металла водой под давлением, в основном таких как:

Также с ее помощью изготавливают художественные изделия из натурального и искусственного камня и применяют при обработке:

Незаменимой гидрорезка является для:

Преимущества и недостатки

Все они значительно отличаются друг от друга качественными характеристиками, при этом каждая имеет свои особенности, достоинства и недостатки.

Основными преимуществами гидроабразивного метода обработки является:

Но при неоспоримых достоинствах есть существенные недостатки:

Промышленное применение

Такая обработка позволяет с должной эффективностью применять водяной резак по металлу, обеспечивая будущему изделию хорошие показатели качества:

Возможность начинать и вести раскрой в любом направлении позволяет минимизировать общие потери материала при раскрое заготовок металла.

Устройство оборудования гидроабразивной резки

Но по принципу устройства любой станок для резки металла водой имеет:

Современные станки с ЧПУ и приводами для перемещения режущей головки позволяют осуществлять обработку материала по технологии 2D, 2,5D и 3D, то есть с высокой точностью осуществлять художественную резку в нескольких плоскостях и обрабатывать кромку под любым углом. Возможности выполнения 3D деталей с помощью гидроабразивной резки хорошо показаны на видео.

Режущий инструмент

Размеры диаметра сопла и смесительной камеры определяют исходя из производительности рабочей насосной станции и материала абразивных частиц. В основном для абразива применяют гранатовый песок, который еще называется альмандином. Он обладает кристаллическим строением с крайней жесткостью и тяжелой плотностью в 4,1 — 4,3 г/см, что позволяет обеспечивать высокую абразивную способность. Он хорошо распространен в природе, так наибольшие его залежи находятся на юго-востоке Индии и Австралии.

Расходные материалы

Так, время наработки фокусирующей трубки изготовленной из кристалла сапфира не превышает 60 часов. Такая же трубка, с наивысшим качеством выполненная из алмазного сырья работает гораздо дольше, но при этом стоит в 20 раз дороже. Сопла из искусственного керамокарбида прослужат до 120 часов, что примерно на 20% дольше, чем такие же детали, выполненные из других материалов.

Среднее время наработки расходных деталей и узлов приведено в таблице:

Эти цифры соответствуют работе гидроабразивного станка со средним давлением в 400 MPa. При применении давления режущей струи в 600 МРа скорость обработки увеличивается на 20-30 %, а износ основных расходных материалов происходит в два раза быстрее.

Своими руками

Применение гидроабразивного оборудования для резки в домашней мастерской вполне возможно. К примеру: в реализации авторских работ для художественной или декоративной обработки небольших и некрупных заготовок. А вот изготовить своими руками такой станок можно разве, что для резки дерева, пластмассы, ламината или других не очень прочных материалов.

При этом надо учитывать, что стоимость оборудования плюс периодическая замена расходных материалов и постоянная потребность в абразиве, делают прямые затраты на один рабочий час гидроабразивной резки минимум 1400 рублей. Но это отдельная тема и если у вас есть свой опыт в использовании гидроабразивного резака в домашних условиях, поделитесь им с остальными в блоке комментариев.

Технология гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка – это вид обработки материала резанием, где в качестве режущего инструмента выступает струя воды с частицами абразива, подающаяся под высоким давлением со сверхзвуковой скоростью. Физическая суть процесса гидроабразивной резки состоит в отрыве и уносе из полости реза частиц материала скоростным потоком твердофазных частиц.

Любая установка гидроабразивной резки работает по следующей схеме:
1. Насосы высокой мощности создают давление воды от 3800 до 6200 бар внутри самоцентрирующейся режущей головки.
2. В сопле формируется тонкая струя воды, которая под большим давлением, со скоростью выше скорости звука, подается в смеситель.
3. В смеситель аппарата из сопла подается вода, а абразивный материал – из специального бункера для абразива.
4. После смешивания вода с абразивом образуют режущую струю, которая подается на разрезаемый материал.

Рисунок 1- Схема головки для гидроабразивной резки

Стол для раскроя имеет консольное или портальное исполнение и специально разработанный корпус, позволяющий добиться оптимальной стабильности, а также отсутствия искажений и вибраций в условиях работы на больших скоростях.
Управление процессом резки осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения, различные версии которого позволяют осуществлять рез любой формы в зависимости от возможностей режущей головки.

Основные достоинства гидроабразивной резки:

Сравнение гидроабразивной резки с другими технологиями резки

Рисунок 2 – Область применения гидроабразивной резки

Гидроабразивная резка – любой материал поддастся!

Гидроабразивная резка металла и алюминия представляет собой такой способ их обработки, при котором рабочим инструментом является смесь абразива и воды, подаваемая под высоким давлением с высокой скоростью.

1 Суть и технология гидроабразивной резки

Базируется данная технология на принципе влияния эрозионного плана абразивных твердых элементов и водяного направленного высокоскоростного потока на материал, подвергаемый резке. С точки зрения физики процесс обработки заключается в отрыве частиц материала из полости реза скоростной струей частиц, находящихся в твердой фазе.
Эффективность данной операции, а также стабильность ее протекания зависят от грамотного подобранных значений:

При сжатии обычной воды под нагрузкой примерно 4 тысячи атмосфер и последующем ее пропускании через малое по сечению сопло (до 1 миллиметра), ее скорость в 3–4 раза превысит скорость звука. Если направить такой поток сжатой воды на какую-либо поверхность, он будет представлять собой мощнейшее режущее приспособление. А если еще дополнительно добавить в поток специально подобранные абразивы, он сможет без труда разрезать изделия из прочного металла толщиной от 10 и выше сантиметров.

Гидроабразивная резка своими руками ничем не отличается от процесса, предлагаемого в наши дни многими фирмами и предприятиями. Для обработки материала нужно приобрести специальное оборудование, которое функционирует по следующему принципу:

Остаточная энергия режущего потока гасится 70–100-сантиметровым слоем воды. Стоит отметить, что в некоторых агрегатах для резки абразивный материал смешивается с водой не в отдельной камере, а непосредственно в трубке, откуда он поступает на обрабатываемое изделие. При обычной гидрорезке абразивных частичек нет, и вода сразу направляется на поверхность, которую планируется разрезать.

2 Особенности резки изделий водой с абразивами

Струя при описываемой технологии обретает свой разрушительный потенциал в основном за счет абразивных составляющих потока. А уже сугубо транспортная функция ложится на воду. Частицы абразива при этом по размеру подбираются таким образом, чтобы быть не более 10–30 процентов от показателя сечения струи. Именно при таких условиях гарантируется стабильный поток и высокий эффект обработки.

В тех случаях, когда требуется получить малую шероховатость поверхности реза, используют частицы размером от 75 до 100 мкм, в остальных – от 150 до 250 мкм. В целом же, “идеальный” показатель абразива высчитывают как разницу между внутренними сечениями трубки для смешивания агрегата и водяного сопла, разделенную на два.

Выбор твердости абразивных элементов производят с учетом твердости детали, которая подвергается обработке, и вида материала, из которого она сделана. Не рекомендуется применять абразивы твердостью менее 6,5 единиц по шкале Мооса. При этом следует помнить, что режущая головка и ее отдельные компоненты изнашиваются намного быстрее, если используется очень твердый абразив.

Интересующий нас вид резки дает возможность обрабатывать:

Как правило, разные материалы режутся струей, содержащей определенные виды абразива:

Читайте также:  Деревянная лестница на косоурах: расчет и как сделать своими руками

Большую часть трубок для смешения воды и абразива выпускают из специальных сплавов, которые характеризуются высоким уровнем прочности. Эксплуатироваться без замены они могут до 200 часов непрерывной работы. А сопла производят, как правило, из драгоценных камней – рубина, сапфира, алмаза. Алмазные конструкции без проблем выдерживают до 1,5–2 тысяч часов использования, остальные рассчитаны на 150–200 часов.

3 Гидроабразивная резка металла и других материалов – плюсы и минусы технологии

К самым важным достоинствам процесса резки с применением струи воды и абразива относят:

Описываемая резка признается оптимальной для изделий из меди, алюминия, латунных сплавов, которые имеют высокую теплопроводность. При других вариантах их обработки необходимо применять мощные нагревающие источники, что влечет за собой повышение стоимости работ. Даже лазерная резка медных и алюминиевых конструкций не так эффективна, как гидроабразивная.

Кроме того, такая обработка подходит для:

К недостаткам использования гидроабразивного оборудования относят:

Технология и применение гидроабразивной резки

Метод гидроабразивной резки материалов применяется уже почти полвека в самых разных отраслях. В машиностроении, аэрокосмической и авиационной промышленностях, в инструментальном производстве этот способ стал незаменимым.

Технология резки

Смысл гидроабразивного метода заключается в подаче на обрабатываемый объект тонкой водной струи, смешанной с мелкими частичками абразива (зерна электрокорунда, карбид кремния, гранатовый песок и др.). Вода нагнетается насосом до чрезвычайно высокого давления (от 1000 до 6000 атмосфер), затем проходит через сопло установки со сверхвысокой скоростью (от 900 м/с) и вымывает частички обрабатываемого материала из зоны резки.

Скорость разрушения зависит от формы, размера, массы и твердости частиц абразива, угла удара, а также физико-технических свойств материала, подвергающегося обработке. Такой способ позволяет обрабатывать самые разные материалы: стекло, пластик, металл, камень, композитные составы, резину, дерево и др. Диапазон подвластных гидроабразивному резанию толщин достаточно широк — от 0,1 до 300 мм и даже больше. Благодаря наличию поворотной рабочей головки возможно осуществлять 3D-резку изделий. Основные принципы технологии на видео:

Станки и оборудование для гидроабразивной резки

Оборудованием для гидроабразивной резки является специальный станок, имеющий в составе несколько конструктивных элементов. Все они необходимы для обеспечения качественного, точного и быстрого раскроя в соответствии с имеющимся рабочим чертежом. Каждая рабочая установка комплектуется следующими устройствами:

  1. Насос высокого давления. От него зависит скорость выходящей из сопла воды (скорость обработки).
  2. Регулятор мощности. Широкие настройки позволяют применять абразивные смеси разного состава и подавать их под различным давлением. Это делает возможным обрабатывать заготовки разной твердости и толщины.
  3. Различные сопла (дюзы). Заменяются в зависимости от состава смеси абразивного порошка с водой и характеристик обрабатываемого объекта (толщина и плотность).
  4. Смеситель. Данное оборудование считается важнейшим узлом гидроабразивного станка, работа которого определяет равномерность пропорций и конечное качество подаваемой смеси. От этого зависит итог процесса резки (точность и отсутствие сколов).
  5. Система водоподготовки. Свойства воды оказывают непосредственное влияние на качество абразивной смеси и конечный результат резки гидроабразивным методом. Жидкость предварительно фильтруют и очищают от примесей.
  6. Автоматика. Благодаря автоматическим системам режущая рабочая головка самостоятельно меняет угол наклона дюзы в зависимости от качественных характеристик обрабатываемого предмета.

Установки для резки металла можно оснащать дополнительно: сверлильным узлом, лазерной системой позиционирования и высотного контроля, системой удаления шлама, подачи абразива и автоматической смазки.

Виды гидроабразивных станков и особенности их применения

Станки для водоструйной резки бывают 2 типов:

Стационарные гидроабразивные станки имеют разные принципы ручного или программного управления всеми параметрами.

В устройствах с ручным управлением вручную выставляются все параметры обработки (угол наклона, давление и пр.), они просты в управлении и обслуживании. На них можно производить качественную и точную резку изделий, имеющих простые геометрические формы.

На гидроабразивном оборудовании с ЧПУ с высочайшей точностью изготавливаются детали большой толщины и разных уровней сложности, имеющие качественную поверхность обрабатываемого среза. Расход материалов при этом будет минимальным. Для каждого изделия разрабатывается индивидуальное программное обеспечение, учитывающее параметры процесса резки: давление водной струи, состав абразивной смеси и пр.

Портативные устройства являются передвижными. Они применяются в пожароопасных отраслях (газовой, нефтяной), так как не дают искры во время работы. Такое оборудование незаменимо при строительстве колодцев, тоннелей, а также проведении работ с опасными трубопроводами.

Советы по эксплуатации станков ГАР

Применение гидроабразивного метода требует соблюдения нескольких правил эксплуатации и обслуживания:

Безопасность при работе на гидроабразивном станке

Технология с использованием абразива и воды является практически самым безопасным способом обработки. Однако для исключения травматизации при абразивной резке металла струей воды необходимо соблюдать некоторые правила:

  1. Беречь руки. Не приближаться к рабочей зоне во время резки.
  2. Защищать глаза: надевать специальные пластиковые очки.
  3. Использовать наушники или беруши.

Принцип действия и конструкция станков водно-абразивной резки

Оборудование для резки водой под давлением функционирует по следующему принципу:

На станине жестко закреплена ванна (наполненная водой), с расположенными на дне опорами для размещения и фиксации заготовки (сетка, штыри, ребра). Режущая головка способна перемещаться в 3 плоскостях, может смещаться с изменением угла наклона и вращаться вокруг оси.

В результате работы гидроабразивного станка образуются производственные отходы (абразив, частицы материала), которые оседают на дно ванны. Отсюда они удаляются в специальный накопительный бак, где вода фильтруется. Песок очищается от шлама и используется повторно.

Применения в различных отраслях

Применение обработки с помощью воды практически не имеет границ. Но изготовить такие аппараты своими руками чрезвычайно сложно, поэтому использование в домашних условиях маловероятно.

В оборонной промышленности

Гидроабразивное оборудование обеспечивают высокую точность резки при работе со сложными композитными материалами, пуленепробиваемым стеклом, бронированными листами, титаном, сплавами. Для разрезания утилизируемых старых снарядов и работы со взрывчатыми веществами такая технология является наиболее безопасной.

В стекольной промышленности


Для резки зеркального, простого, ламинированного, узорчатого, ударопрочного, бронированного и армированного стекла гидроабразивные станки являются оптимальными. Они позволяют изготавливать стеклянные изделия всевозможных форм. Из этих элементов создаются витражи, панно, элементы декора и другие предметы.

В строительстве

В строительной отрасли гидроабразивная технология применяется для решения следующих задач:

В машиностроении

Станки гидроабразивной обработки применяют в машиностроении для выполнения следующих операций:

В автомобильной промышленности

Гидроабразивное оборудование в автомобилестроении применяется в следующих целях:

В резинотехнической промышленности

Технология гидроабразивной обработки является отличным решением для работы с резиной разной плотности и толщины (до 300 мм). Резка происходит при достаточно низких температурных показателях (не более 90°C), поэтому не меняется структура самого материала и края не оплавляются.

В электротехнической промышленности

В электротехнической области станки для гидроабразивной резки находят применение для:

В авиационной и аэрокосмической промышленности

Гидроабразивные станки стали незаменимы для выполнения следующих задач:

В инструментальном производстве

Использование гидроабразивной технологии в инструментальном производстве позволяет осуществлять обработку стали, сплавов, а также материалов, обладающих повышенной твердостью. С помощью такого оборудования изготавливаются элементы пресс-форм, штампы, различный монолитный мелкий инструмент, сложные детали и технологическая оснастка.

Материалы для ГАР

Гидроабразивное оборудование позволяет обрабатывать самые разные материалы.

  1. Дерево. Гидроабразивная резка дерева поможет создать элементы декора и интерьера из ценных пород дерева. При гидрорезке древесина не обугливается и не скалывается.
  2. Керамогранит. Из прочного и твердого керамогранита с высокой точностью вырезаются элементы требуемой сложной формы без сколов и дефектов.
  3. Керамика. Гидроабразивный метод позволяет разрезать керамическую плитку на детали различного размера (даже достаточно мелкие), с острыми углами или криволинейных форм без сколов и трещин, с ровными гладкими краями.
  4. Бетон. Регулировка давления струи позволяет резать бетон даже без повреждения арматурного каркаса.
  5. Мрамор и гранит. Гидроабразивная обработка используется для создания орнаментов, узоров и небольших элементов декора на граните, мраморе, кварце и других натуральных камнях.
  6. Камень. Осуществляется резка каменных плит, которые могут иметь толщину до 150 мм.
  7. Металл. Используя гидроабразивную технологию резки металла, раскраивают различные виды стали, цветные металлы и сплавы (бронза, алюминий и пр.), титан, цирконий, листы и трубы с полимерным покрытием.
  8. Стекло. Метод позволяет работать с различными видами стекла: простым, армированным, закаленным, хрустальным, многослойным, зеркальным и др.

Преимущества и недостатки метода

Преимущества гидроабразивной обработки:

Недостатки гидроабразивного метода:

Благодаря тому, что преимуществ у этого метода гораздо больше, области его применения неуклонно расширяются.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *