Venturisuuttimen ja kuluneen suuttimen vaikutus virtausnopeuteen ja puhdistustehoon raepuhalluksessa

Johdanto

Suihkupuhdistus, joka tunnetaan myös nimillä raepuhallus sekä kansanomaisemmin hiekkapuhallus on pintakäsittelymenetelmä, jossa paineilman avulla kiihdytetään raemateriaalia (esim. teräsrae, alumiinioksidi tai lasikuula) puhdistettavaa pintaa kohti. Raemateriaali iskeytyy käsiteltävään pintaan tarkoituksenaan muodostaa hyvä tartuntapinta esimerkiksi pinnoitteille. Menetelmän tehokkuus riippuu useista tekijöistä, joista yksi keskeinen on puhallussuutin – erityisesti sen koko, rakenne ja kunto. Teollisuudessa yleisimmin käytetty suutinmuoto on venturisuutin, jonka toiminta perustuu virtausdynamiikan periaatteisiin.

Tässä artikkelissa tarkastellaan, miten suuttimen kuluminen vaikuttaa ilman ja raemateriaalin virtausnopeuteen sekä raepuhalluksen tehokkuuteen.

Venturirakenteen teoria

Venturisuutin hyödyntää ns. venturi-ilmiötä, jossa ilmanvirtaus kiihdytetään kuristusosan (kaventuvan kohdan) läpi, minkä jälkeen virtausaukko laajenee kartiomaisesti. Paine-ero rakenteen molemmin puolin aiheuttaa ilman nopeuden kasvua ja samalla imuvaikutuksen, joka parantaa raemateriaalin virtausta suuttimen ulostuloaukkoa kohti.

Venturisuuttimen rakenne sisältää kolme pääosaa:

• Sisäänmeno: Kevyesti laajeneva osa, joka ohjaa ilmavirran sujuvasti kuristukseen.

• Kuristuskohta (throat): Suutinaukon kapein kohta, jossa ilman nopeus voi saavuttaa kriittisen virtausnopeuden (Mach 1), mikäli paine-ero on riittävä.

• Laajeneva kartio: Virtauskanava laajenee, mikä mahdollistaa rakeen kiihtymisen ja tasapainoisen virtauksen ulostulossa.

Oikein mitoitettu venturisuutin mahdollistaa ilman virtausnopeuden, joka voi kuristuskohdassa saavuttaa jopa äänennopeuden (~340 m/s), kun järjestelmässä on riittävä paine-ero. Raemateriaalin on verrattavissa tähän virtausnopeuteen, ja materiaalin ominaisuuksista (koko, tiheys) riippuen saavuttaa erittäin suuret nopeudet.

• Teräsrae: n. 150–250 m/s

• Alumiinioksidi tai lasikuula: n. 100–180 m/s

Kuluneen suuttimen vaikutus

Suuttimen kuluessa tapahtuu seuraavaa:

• Kuristuskohta laajenee: Suutin ei enää kykene kiihdyttämään ilmaa samalla tavalla.

• Venturirakenne heikentyy tai katoaa: Imuvaikutus vähenee, jolloin raemateriaalin kiihtyminen heikkenee.

• Suutin alkaa käyttäytyä kuin suora putki: Ilmavirta ei keskity ja virtausnopeus pienenee.

Tämä vaikuttaa keskeisiin suorituskykymuuttujiin:

Virtausnopeuden merkitys raepuhalluksessa

Raepuhalluksen tehokkuus on suoraan verrannollinen raemateriaalin iskuenergiaan, joka voidaan esittää kaavalla:

Missä:

• E = Iskuenergia

• m = Yhden rakeen massa

• v = Rakeen nopeus

Koska nopeus vaikuttaa toiseen potenssiin, jo pieni nopeuden lasku aiheuttaa merkittävän tehonaleneman. Esimerkkejä:

• Nopeus 200 m/s → 150 m/s → energia laskee ~44 %

• Nopeus 200 m/s → 100 m/s → energia laskee ~75 %

Tästä syystä raenopeuden lasku heikentää puhdistuksen laatua, karhennusta ja työn tehokkuutta.

Paineen ja ilmamäärän vaikutus

Suutinkoon kasvaessa ilmankulutus lisääntyy. Esimerkkinä tyypilliset ilmantarpeet (n. 7 bar paineessa):

• Suutin, koko 11 mm → vaatii n. 7,5 m³/min

• Suutin, koko 12,5 mm → vaatii n. 10 m³/min

Jos kulunut suutin (esim. 9,5 mm → 11 mm) kuluttaa enemmän ilmaa kuin kompressori kykenee tuottamaan, paine laskee, ja työskentely vaikeutuu. Tämä heikentää entisestään raenopeutta ja lopputulosta.

Johtopäätökset

Venturisuutin on virtausmekaniikkaan perustuva ratkaisu, jolla maksimoidaan puhallusteho. Suuttimen kuluminen johtaa seuraaviin ongelmiin:

• Ilman virtausnopeus ja paine pienenevät

• Raenopeus ja iskuenergia heikkenevät

• Aikaa ja raemateriaalia kuluu enemmän -> työaikakustannukset ja rakeen hankintakustannukset

• Kompressorin kuorma kasvaa -> energiakustannukset

• Puhdistustulos kärsii -> työn laadun heikkeneminen

Suuttimen vaihto – pieni kustannus, suuri vaikutus

Säännöllinen puhallussuuttimien tarkastus ja oikea-aikainen vaihto ovat sekä teknisesti että taloudellisesti erittäin perusteltuja. Uuden venturisuuttimen hinta on tyypillisesti n. 100–300 €, mutta sen vaikutus työn tehokkuuteen voi olla huomattava. Hyväkuntoisella suuttimella puhallusteho voi kasvaa jopa 20–30 %, mikä tarkoittaa käytännössä nopeampaa puhdistustyötä, parempaa pinnanlaatua ja pienempää resurssien kulutusta.

Erityisesti pitkissä projekteissa kuluneen suuttimen aiheuttamat piilokustannukset voivat kasvaa jopa kymmeniin tuhansiin euroihin. Esimerkiksi 10 viikon mittaisella työmaalla, jossa puhaltaja käyttää konetta päivittäin, jopa 2 viikon työaikasäästö on realistinen, jos tehokkuus paranee 25 %.

Kustannusvaikutukset – mistä lisäkustannukset muodostuvat?

Kuluneen suuttimen aiheuttamat ongelmat vaikuttavat useisiin eri osa-alueisiin:

1. Työaika

• Hitaampi puhallus tarkoittaa pidempiä työpäiviä tai pidempää projektiaikaa

• Puhdistusaika per neliömetri kasvaa

• Sama lopputulos vaatii enemmän aikaa → työn hinta nousee

2. Työvoiman tehokkuus

• Työntekijä sitoutuu pidempään yhteen työvaiheeseen

• Säästetty työaika voitaisiin käyttää muihin tehtäviin tai projekteihin

3. Raemateriaalin kulutus

• Heikommalla iskulla raetta tarvitaan enemmän saman tuloksen saavuttamiseksi

• Raekulutus voi kasvaa merkittävästi (%-luokka riippuu materiaalista ja käyttötavasta)

4. Jätteenkäsittelykulut

• Raemateriaalin käytön kasvu lisää myös jätettä

• Erityisesti suljetuissa tai ympäristöherkissä kohteissa tämä kasvattaa kustannuksia

5. Kompressorin energiankulutus

• Kulunut suutin kasvattaa ilmantarvetta

• Kompressori kuormittuu enemmän → enemmän polttoainetta tai sähköä kuluu

• Dieselkäyttöisissä kompressoreissa tämä näkyy suoraan polttoainekustannuksissa

• Sähkökäyttöisissä kohteissa energiakustannukset ja mahdollinen huipputeho nousevat

6. Työn laatu ja uusintatarve

• Hitaampi raenopeus voi heikentää tartuntapintaa

• Pienempi karhennus voi johtaa pinnoitteen tartuntaongelmiin

• Tämä voi tarkoittaa korjaustyötä tai lyhentynyttä pinnoitteen elinkaarta

Esimerkki: Suuttimen vaihto maksaa itsensä takaisin nopeasti

Uuden suuttimen kustannus: 200 €
Päivittäinen työaikasäästö: 1 tunti / päivä
Työntekijän kokonaiskustannus (palkka, sivukulut, konekulut): n. 50–80 €/h

→ Suutin maksaa itsensä takaisin yhdessä päivässä tai jopa alle siinä, kun säästetään tunti tehokasta työaikaa. Kaikki työpäivät tämän jälkeen ovat suoraa säästöä tai lisää tuotantoa.

Yhteenveto

Venturisuuttimen kunto vaikuttaa suoraan raepuhalluksen tehokkuuteen, taloudellisuuteen ja lopputuloksen laatuun. Sen kuluminen nostaa kustannuksia useilla osa-alueilla:

• Pidempi työaika

• Enemmän raemateriaalia

• Suurempi energiankulutus

• Kalliimpi jätelogistiikka

• Mahdollinen työn uusintatarve

Säännöllinen suuttimen tarkastus ja vaihto ovat yksinkertainen ja edullinen toimenpide, jolla voidaan säästää tuhansia euroja per työmaa – ja parhaassa tapauksessa maksaa itsensä takaisin jo ensimmäisenä käyttöpäivänä.

Tutustu hiekka- ja raepuhallusuuttimien valikoimaamme!