Введение
Воздушный нож – это инструмент, используемый для удаления жидкости или загрязнений с изделий, перемещающихся по конвейеру. Воздушные ножи обычно применяются в производстве или в качестве первого этапа рекурсивного процесса переработки для отделения легких или мелких частиц от других компонентов с целью их дальнейшего использования на последующих этапах, для сушки деталей после изготовления и очистки конвейеров, а также в качестве части процесса очистки компонентов. Нож представляет собой высокоинтенсивный, однородный поток ламинарного воздуха, иногда называемый потоком обтекания. Промышленный воздушный нож – это камера под давлением, содержащая ряд отверстий или сплошных щелей, через которые воздух под давлением выходит в виде ламинарного потока. Скорость выходящего воздуха создает силу воздушного удара на поверхность объекта, на который он направлен. Эта сила может варьироваться от легкого бриза до скорости, превышающей 0,6 Маха (40 000 футов в минуту), что позволяет изменять поверхность изделия без механического контакта. Воздушные ножи удаляют жидкости, регулируют их толщину, сушат жидкие покрытия, удаляют посторонние частицы, охлаждают поверхности изделий или создают прижимную силу для облегчения механического соединения материалов с поверхностью. Электрический ток от антистатических планок также может подаваться в поток воздуха, выходящий из ножа, для нейтрализации статического заряда на некоторых поверхностях. В большинстве производственных применений воздушные ножи остаются неподвижными, а изделие проходит через поток воздуха. В других случаях изделие неподвижно, а воздушные ножи перемещаются (возвратно-поступательно или вращательно) по его поверхности. Хотя существует немного областей применения, где воздушный нож может фактически разрезать изделие (разрушить механические связи между двумя точками), воздушные ножи часто являются наиболее эффективным способом удаления или контроля нежелательных или посторонних веществ на любой поверхности. В гальванической промышленности воздушные ножи используются для точного контроля количества цинкового покрытия путем удаления избытка покрытия, пока оно находится в жидком состоянии на стальной поверхности. В большинстве применений горячего цинкования как верхняя, так и нижняя поверхности могут контролироваться независимо с помощью компьютера через обратную связь с точностью до плюс-минус 5 граммов на квадратный метр. Большинство систем воздушных ножей для этого применения используют нагретый азот в качестве очищающего агента, а не атмосферный воздух. Азот используется для снижения окисления основного металла.
История
В 1950-х и 60-х годах термин "воздушный врач" впервые был использован для обозначения бесконтактного метода удаления загрязнений с помощью сжатого воздуха. Печатная и текстильная промышленность были одними из крупнейших потребителей воздушных врачей в то время, получивших название по аналогии с "вращающимися роликами" и "врачебными лезвиями". Им часто требовались широкие воздушные потоки из системы сжатого воздуха для контроля толщины жидкостей на поверхности или для удаления загрязнений с поверхности материалов перед следующим этапом обработки. Другими используемыми терминами были воздушная планка, воздушный скребок, воздушная завеса, воздушная струя, воздушный поток, сжатый воздух, воздушное сопло, воздушный гребень, воздушное лезвие и лезвие воздушного врача. Сегодня наиболее распространенным термином является просто "воздушный нож". Хотя воздушные ножи, работающие от сжатого воздуха, используются в самых разных промышленных областях, промышленные воздушные ножи с приводом от вентилятора доказали свою эффективность в снижении энергопотребления по сравнению с воздушными ножами, работающими от сжатого воздуха, на 50–75% в большинстве случаев применения. Системы воздушных ножей с вентиляторным приводом получили широкое распространение с принятием Монреальского протокола 1987 года, который запустил процесс поэтапного отказа от озоноразрушающих ХФУ (хлорфторуглеродов), использовавшихся в качестве чистящих средств во многих отраслях промышленности. Большинство этих чистящих средств на основе растворителей просто испарялись, что не требовало продувки или других методов сушки. Хотя промышленность печатных плат находилась только в зачаточном состоянии, она стала одной из первых, кто начал переход к системам очистки деталей на водной и полуводной основе. Поскольку почти все существующие и все будущие заводы по производству печатных плат используют новую экологически чистую технологию очистки, им также потребовался новый метод сушки печатных плат после водной очистки для удаления флюсов при пайке и других загрязнений. Тенденция перехода от очистки деталей на основе растворителей к очистке на водной основе в других отраслях промышленности началась вскоре после этого. Кроме того, переход на краски, покрытия, клеи и другие растворы на водной основе, используемые в различных производственных секторах, привел к необходимости использования сушилок с воздушными ножами там, где их раньше не было. В результате Монреальского протокола и соблюдения мировой промышленностью принципов экологической ответственности, бывший нишевый бизнес воздушных ножей превратился в целую отрасль.
Описание операции
Воздушные ножи на производственной линии обычно варьируются в длине от … до …, с прорезью или отверстиями для выброса воздуха, также варьирующимися от … до … . Конфигурация стационарного воздушного ножа может требовать от одного до десятка воздушных ножей в зависимости от критериев применения. Воздух подается через прорези воздушного ножа с помощью генератора воздуха – промышленного вентилятора или воздушного компрессора – для обеспечения заданного объема и скорости выходного потока. При выборе между компрессорами и вентиляторами необходимо учитывать множество факторов, связанных с применением, условиями окружающей среды, эффективностью и циклом работы. Сжатый воздух, который наименее эффективен при использовании в воздушных ножах, выбрасывающих воздух в открытое пространство, позволяет использовать основной сжатый воздух предприятия. Диаметр трубопроводов, подающих воздух к воздушным ножам, может быть всего … , что делает их идеальными для ограниченного пространства. Воздушные ножи с приводом от вентилятора должны быть больше по размеру, а также иметь трубопроводы большего диаметра, но повышение эффективности по сравнению со сжатым воздухом легко оправдывается экономией на электроэнергии. Современные конструкции воздушных ножей эволюционировали, и некоторые производители выпускают очень эффективную форму "капля" с коэффициентом разряда 0,95. Эти воздушные ножи с приводом от вентилятора обычно имеют профиль примерно … шириной x … высотой x любой длины, но высота профиля "капля" может варьироваться от … в зависимости от требований к продукту, для которого необходимо спроектировать скорость воздушного потока. Конструкция воздушных ножей может варьироваться от алюминиевой экструзии толщиной … до изготовленных из нержавеющей стали толщиной 11 gauge, что обеспечивает вес от 1 фунта на фут до 25 фунтов на фут. В зависимости от ширины и скорости продукта, воздушный нож может эффективно сдувать с поверхности изделия с расстояния … или более. Круглые воздушные сопла диаметром … могут быть эффективны для поверхностей, находящихся на расстоянии до нескольких футов (1-2 метров) от поверхности продукта, при условии соответствующей разработки.
Типы и применения
Наиболее распространенное применение воздушных ножей – удержание или удаление свободно лежащих материалов (жидкостей или твердых веществ) с поверхности изделий. Это включает в себя сушку бутылок и банок после наполнения и промывки, печатных плат после конвейерной мойки для удаления паяльной пасты и флюса, металлических отливок после автоматической обработки и многое другое. Они также могут подавать нагретый или охлажденный воздух на поверхность, либо создавать невидимый воздушный барьер для разделения зон с разной температурой в промышленных применениях, таких как печи непрерывного термообработки металла, камеры для холодной обработки или хранения в пищевой промышленности, либо для удержания пыли на входе в чистые помещения. Существует широкий спектр применения воздушных ножей в различных отраслях, для разных задач и в различных условиях. Невидимые струи воздуха высокой скорости могут создаваться воздушными ножами различных форм и размеров – от самодельных устройств с низкой точностью до ножей, изготовленных из самых экзотических металлов для чистых помещений класса 100. В тех случаях, когда важны снижение шума и предотвращение разбрызгивания влаги вокруг конвейерной установки воздушного ножа, некоторые производственные предприятия устанавливают воздушные ножи в кожух. Эти кожухи удерживают воду, снижают уровень шума и предотвращают попадание жидкости, которая может представлять опасность.
Ножи с воздушным двигателем
Всегда существовал широкий ассортимент оборудования для сдува. Воздушные ножи и сопла для сдува сжатым воздухом варьируются от самодельных круглых труб с отверстиями до разработанных воздушных ножей высокого давления. Для достижения максимальной эффективности при использовании сжатого воздуха многие производители воздушных ножей используют эффект Коанды для улучшения конструкции воздушных ножей по сравнению с другими типами ножей и соплами. Хотя эффективность сжатого воздуха для сдува при низком давлении значительно ниже, чем у вентиляторов, воздушные ножи, разработанные с учетом эффекта Коанды, захватывают окружающий воздух в высокоскоростную струю, усиливая эффект сдува.
Вентиляционные ножи с вентилятором
Воздушный нож каплевидной формы имеет расширяющуюся камеру (пленум), которая сужается к прецизионному соплу для выброса воздуха, являясь отраслевым стандартом для воздушных ножей с приводом от вентилятора. В то время как круглая труба с просверленными отверстиями имеет средний коэффициент расхода 0,6 (эффективность 60%), каплевидный воздушный нож обычно достигает 0,95 (эффективность 95%), что обеспечивает значительно более высокую скорость воздушного потока на поверхности, куда он направлен, при минимальной нагрузке на двигатель вентилятора. Эти каплевидные конструкции доступны в виде экструдированных алюминиевых профилей, а также из углеродистой и нержавеющей стали.
Соответствие OSHA
Необходима информация об Управлении по охране труда и технике безопасности (OSHA) и их стандартах и директивах, касающихся сжатого воздуха, особенно при его использовании для очистки.