гравиметрический питатель порошка

Когда слышишь ?гравиметрический питатель порошка?, многие сразу представляют себе просто точные весы с шнеком. На деле же это нервный узел всей линии, особенно в термическом напылении. От его капризов зависит не просто расход, а сама структура покрытия. Я много лет работаю с оборудованием для напыления, и могу сказать, что разница между ?подавать порошок? и ?стабильно дозировать по массе? — это разница между браком и качественным слоем.

Где кроется главная ошибка в восприятии?

Частая ошибка — считать, что главное в питателе — это точность взвешивания в статике. Поставил гирю, показания сошлись — и хорошо. Но в реальном процессе порошок течёт, его плотность может ?дышать? из-за вибрации или малейшего изменения влажности. Если система управления реагирует только на интегральный вес за большой промежуток времени, то мгновенные флуктуации расхода проскакивают. А в напылении именно они оставляют полосы или включения в покрытии.

Поэтому для меня ключевой параметр — не абсолютная точность в граммах, а скорость отклика контура управления и способность компенсировать псевдоожижение порошка в бункере. Видел я системы, где стоит дорогущий тензодатчик, но алгоритм работы такой, что он усредняет показания за 10 секунд. За это время в плазменной струе успевает провалиться целая порция, которую потом не наверстаешь.

Кстати, о бункере. Его геометрия — это отдельная наука. Конический низ с крутым углом — это аксиома, но не панацея. С некоторыми сферическими порошками, например, для напыления карбида вольфрама, даже на идеальном конусе бывает сводообразование. Приходится ставить вибраторы или мягкие аэрационные мембраны. Но здесь важно не переборщить, иначе вместо борьбы со сводами получишь неконтролируемое уплотнение порошка в зоне шнека.

Опыт из цеха: случай с гравиметрическим питателем от ООО Чжэнчжоу Лицзя

В прошлом году мы столкнулись с задачей модернизировать линию для нанесения износостойких покрытий на детали экскаваторов. Старый объемный дозатор уже не обеспечивал повторяемости. Решили попробовать гравиметрический питатель порошка. Среди вариантов рассматривали и европейские марки, но в итоге остановились на оборудовании от ООО Чжэнчжоу Лицзя Термического Напыления Оборудования. Привлекло то, что компания не просто продаёт оборудование, а профессионально занимается самим методом термического напыления, а также исследованиями и разработкой. Значит, их инженеры должны понимать процесс изнутри.

Первое, что бросилось в глаза при распаковке — конструкция узла взвешивания. Бункер был установлен на трёх тензодатчиках, но не напрямую, а через сильфонный развязывающий элемент. Это мелкая, но критичная деталь. Она отсекает паразитные механические напряжения от рамы установки, которые всегда есть из-за работы вентиляторов и водяного охлаждения. В паспорте об этом не пишут, но видно, что делали люди, которые знают, в каких условиях будет работать аппарат.

Настройка была не без проблем. При первом запуске с никель-хромовым сплавом система ?плавала?. Расход показывал стабильный, а на деле — лёгкие пульсации. Стали разбираться. Оказалось, что в настройках по умолчанию был слишком агрессивный PID-регулятор для компенсации веса. Он так рьяно пытался парировать любое отклонение, что сам вносил колебания. Специалисты из Лицзя по удалённому доступу помогли подобрать другие коэффициенты, более плавные. Объяснили, что для мелкодисперсных порошков с хорошей сыпучестью нужно ?смягчать? отклик, система должна работать на опережение не по резкому изменению веса, а по его тренду.

Неочевидные нюансы, о которых редко говорят в спецификациях

Материал шнека и его шаг — это тема для отдельного разговора. Для абразивных порошков, тех же оксидов алюминия или циркония, обычная нержавейка долго не живёт. Быстро появляется выработка, зазор увеличивается, и точность дозирования падает, даже если весы показывают идеально. В хорошем гравиметрическом питателе должен быть либо твердосплавный наконечник шнека, либо возможность быстрой замены пары ?шнек-гильза?. В нашем случае от Лицзя была как раз сменная гильза из износостойкой стали. Мелочь, но продлевает жизнь узла в разы.

Ещё один момент — пневмотранспорт. Питатель выдаёт дозированный порошок, но дальше его нужно унести газом-носителем в горелку. Если точка ввода транспортирующего газа расположена неудачно, возникают турбулентности, которые сбивают расчётный поток. Иногда видишь стабильный сигнал с тензодатчика, а покрытие ложится неравномерно. Виноват может быть не сам питатель, а стык между ним и магистралью. При монтаже мы чуть не наступили на эти грабли — поставили гибкий патрубок с лишним изгибом. Пришлось переделывать на жёсткий трубопровод с минимальным радиусом.

И конечно, калибровка. Её нельзя сделать один раз и забыть. Любой порошок, даже одной марки из разных партий, имеет разную насыпную плотность. Перед каждой серьёзной работой мы теперь обязательно гоняем систему на холостую, с сбором выходящего порошка в мерную тару и взвешиванием. Сравниваем с показаниями контроллера. Разница обычно в пределах 1-2%, что для наших задач приемлемо. Но был случай с очень лёгким мелкодисперсным порошком для барьерных покрытий, где ошибка доходила до 5%. Причина — электростатика. Порошок лип к стенкам патрубков, и система, учитывая только вес убывшего из бункера материала, не видела этих потерь. Спасла установка ионизатора на линии транспорта.

Когда гравиметрия не панацея? Ограничения и провалы

Нельзя думать, что, поставив гравиметрический питатель, решишь все проблемы. Есть ситуации, где он бесполезен или даже вреден. Например, при работе с порошковыми смесями, где компоненты сильно различаются по плотности и размеру частиц. Если смесь не идеально гомогенна, может происходить расслоение в бункере питателя. Более тяжёлые частицы уходят вниз и в расход первое время, а лёгкие остаются сверху. Гравиметрическая система честно отработает общий вес, но состав газо-тепловой струи будет плавать. Для таких задач нужен предварительный смеситель непрерывного действия, а лучше — подача каждого компонента своим отдельным питателем с последующим смешением в потоке.

Был у нас и откровенно неудачный эксперимент с подачей волокнистых материалов. Пытались наносить покрытие с добавкой мелких керамических волокон для армирования. Эти волокна цеплялись друг за друга, создавая в бункере подобие сети. Шнек работал с перегрузкой, система управления сходила с ума, пытаясь компенсировать ?залипание? веса. В итоге отказались от этой идеи. Гравиметрический метод здесь не виноват, просто технология подачи была выбрана неверно. Для таких материалов, наверное, нужен принципиально иной механизм, может, ленточный или вибрационный.

Этот опыт научил главному: выбор питателя — это не самостоятельная задача. Это часть комплексного проектирования технологической цепи. Нужно отталкиваться от характеристик порошка, требуемой производительности и, что самое важное, от допустимого уровня колебаний расхода для конкретного типа покрытия. Иногда, для грубых износостойких слоёв, хватит и хорошего объемного дозатора с калибровкой. А для тонких функциональных или декоративных покрытий — только гравиметрия с умной системой управления.

Взгляд в будущее и практический вывод

Сейчас много говорят про Industry 4.0 и интеграцию в общий контур управления. Для гравиметрического питателя порошка это означает не просто вывод цифр расхода на экран, а возможность в реальном времени корректировать работу исходя из параметров плазмы или факела. Например, получать сигнал от пирометра о температуре в зоне напыления и связывать её колебания с мгновенным расходом порошка. Это следующий уровень. Оборудование от тех же китайских производителей, вроде ООО Чжэнчжоу Лицзя, уже идёт по этому пути, предлагая открытые протоколы связи для систем верхнего уровня.

Что я вынес для себя? Что гравиметрический питатель — это инструмент, который требует понимания и тонкой настройки под конкретную задачу. Его нельзя просто ?включить и работать?. Он как хороший музыкальный инструмент — нужно знать его характер, сильные и слабые стороны. И главный критерий его работы — не цифры на дисплее, а равномерность и качество покрытия на готовой детали. Всё остальное — средства достижения этой цели.

Поэтому, когда сейчас кто-то спрашивает меня о выборе системы подачи, я не начинаю с марок и цен. Я спрашиваю: ?А какой порошок и что вы хотите им получить?? Ответ на этот вопрос определяет всё. И часто именно гравиметрический питатель становится тем самым решением, которое закрывает проблему стабильности, но только если к нему подойти с умом и, что немаловажно, с практическим опытом тех, кто его разрабатывал и кто его будет обслуживать.