Сжатый воздух, поступающий от компрессора грузового автомобиля, содержит водяной пар, аэрозоли масла и механические частицы. При резком снижении температуры после компрессора воздух в пневмолиниях охлаждается, а содержащаяся в нём влага конденсируется. В результате усиливаются коррозия ресиверов, клапанов и трубопроводов, повышается риск обмерзания элементов тормозной системы, ухудшается работа пневмоподвески и приводов.
Картридж осушителя устанавливается в пневмосистеме для удаления влаги из сжатого воздуха. Воздух проходит через слой гранул адсорбента, а водяной пар удерживается на поверхности и в поровой структуре материала. Чем стабильнее гранулы по размеру, прочности, пористости и остаточной влажности, тем устойчивее картридж поддерживает заданный уровень осушения в реальных режимах работы автомобиля. О роли осушителя воздуха пневмосистемы грузового автомобиля мы уже подробно рассказывали в соответствующей статье. Теперь же расскажем про главную его составляющую часть — гранулы адсорбента.
Исходным материалом для производства этих гранул служит каолиновая глина, обогащённая минералом каолинитом. Каолиновая глина состоит преимущественно из каолинита — слоистого алюмосиликата с формулой Al₂Si₂O₅(OH)₄. В её составе обычно преобладают диоксид кремния SiO₂ и оксид алюминия Al₂O₃; также могут присутствовать соединения железа, титана, кальция, магния, щелочных металлов, кварц и иные минеральные примеси. Соотношение компонентов зависит от месторождения.
Каолин добывают, затем подвергают первичной подготовке: дроблению, размолу, просеиванию и, при необходимости, водному обогащению. Цель этих операций — удалить крупные включения кварцевого песка, слюды, органические примеси и нестабильные минеральные компоненты, а также обеспечить однородный химический и гранулометрический состав сырья. Качество исходного каолина определяет свойства будущего десиканта. Повышенное содержание железосодержащих и иных примесей может объяснять бежевую, кремовую или светло-коричневую окраску гранул. Цвет не является самостоятельным показателем осушающей способности, однако помогает отслеживать стабильность сырьевых партий вместе с лабораторными показателями — влажностью, массовой долей SiO₂ и Al₂O₃, потерей при прокаливании, содержанием пыли и механической прочностью.
После обогащения каолин переводят в технологическую массу. Для этого порошок смешивают с водой до требуемой пластичности и вводят связующее, если оно предусмотрено рецептурой. Связующее должно обеспечивать сохранение формы гранулы до термообработки, но не должно создавать плотную непроницаемую плёнку, препятствующую диффузии влаги к рабочей поверхности минерала. Содержание воды выбирают таким образом, чтобы масса устойчиво гранулировалась, не образовывала избыточно крупных комков и не разрушалась на мелкую фракцию после сушки.
Подготовленная каолиновая масса подаётся в гранулятор. В зависимости от производительности и требуемой фракции применяют тарельчатое гранулирование, барабанный гранулятор, экструзию с последующей резкой либо иные методы агломерации. Для картриджей осушителей обычно важны близкая к сферической форма, стабильная фракция и минимальное количество пылевидных частиц. При гранулировании формируется «зелёная» гранула — ещё влажная и механически недостаточно прочная. Её геометрия влияет на укладку в картридже и на аэродинамическое сопротивление слоя. Слишком большой разброс размеров вызывает неравномерность каналов для прохождения воздуха: мелкие частицы уплотняют слой и повышают перепад давления, а слишком крупные снижают площадь контакта с воздушным потоком. Поэтому после гранулирования материал обычно классифицируют по размерам, возвращая некондиционную мелочь и крупные агломераты в технологический цикл.
До высокотемпературной обработки гранулы проходят сушку. Её задача — удалить свободную влагу постепенно, без образования внутренних трещин. При слишком интенсивном нагреве поверхность гранулы может высохнуть быстрее сердцевины. Тогда пар, выходящий из внутреннего объёма, создаёт напряжения, вызывающие растрескивание и снижение механической прочности. Корректная сушка обеспечивает сохранение формы и создаёт условия для равномерной последующей закалки.
В производстве каолинового десиканта термин «закалка» следует понимать как контролируемую высокотемпературную термообработку — прокаливание, кальцинацию и активацию гранул. Это не закалка металла в строгом материаловедческом смысле. Её цель состоит в удалении влаги, изменении структуры каолинита, стабилизации гранулы и формировании доступной для адсорбции поровой поверхности.
При нагреве каолин последовательно теряет свободную, адсорбированную и химически связанную воду. Главный структурный переход связан с дегидроксилированием каолинита. В соответствующем диапазоне температур каолинит Al₂Si₂O₅(OH)₄ преобразуется в метакаолин — более аморфный и реакционноспособный алюмосиликат: Al₂Si₂O₅(OH)₄ → Al₂Si₂O₇ + 2H₂O. В различных источниках переход к метакаолину связывают с ориентировочным интервалом 450–900 °C. На практике же применяемая температура зависит от минерального состава каолина, размера гранул, скорости нагрева, продолжительности выдержки, типа печи и требуемых эксплуатационных свойств адсорбента. Правильный температурный режим критичен. При недостаточной температуре или слишком короткой выдержке гранулы сохраняют повышенную остаточную влагу и нестабильную структуру. Такой материал занимает часть своей адсорбционной ёмкости уже до установки в картридж, хуже переносит циклы увлажнения и регенерации и не обеспечивает устойчивой осушки воздуха.
Чрезмерный перегрев также нежелателен. При дальнейшем росте температуры структура материала может уплотняться, поры — укрупняться либо становиться менее доступными, а поверхность — частично спекаться. При температурах порядка 950–1050 °C и выше для каолиновых материалов возможно начало кристаллизации; это делает материал более инертным и твёрдым, но не гарантирует улучшения его адсорбционной способности. Поэтому температура прокаливания должна подбираться по результатам испытаний готового гранулята. Качественная термоактивация обеспечивает сочетание трёх характеристик: минимальной остаточной влажности при выпуске, достаточной открытой пористости для поглощения влаги и прочности гранулы, исключающей интенсивное истирание в картридже.
После охлаждения гранулы сортируют по фракции и удаляют пыль, сколы и непрочные частицы. Контроль должен быть ориентирован не только на внешний вид, но и на параметры, реально влияющие на работу картриджа: остаточную влажность, влагоёмкость в заданных условиях, насыпную плотность, гранулометрический состав, прочность на раздавливание или истирание, долю пылевидной фракции, химический состав и стабильность термообработки между партиями. Рабочую влагоёмкость целесообразно проверять испытанием в потоке воздуха заданной температуры, давления и относительной влажности. Результатом контроля должен быть не только процент удержанной влаги, но и подтверждение, что гранулы сохраняют форму, не разрушаются и не создают недопустимого перепада давления. Все эти тесты доступны в лаборатории Höttecke, где с ходом и данными исследований может ознакомиться любой желающий.
Компания Höttecke использует гранулированный адсорбент на основе каолиновой глины, прошедший контролируемую сушку, закалку и термоактивацию. Технология обеспечивает формирование стабильных гранул с необходимой механической прочностью и развитой рабочей поверхностью для поглощения влаги из сжатого воздуха. Гранулы Höttecke обеспечивают осушение воздуха до 0,15 % влажности при поступлении на вход осушителя воздуха со 100 % относительной влажностью. Гранулы Höttecke предназначены для применения в картриджах осушителей грузовых автомобилей, где необходимы стабильная работа пневматической тормозной системы, снижение риска коррозии и обмерзания воздушных магистралей, а также надёжная защита клапанов, ресиверов и исполнительных механизмов от воздействия влаги.
Строго говоря, классический силикагель — это гидрогель кремниевой кислоты, который получают из силиката натрия. Гранулы Höttecke изготовлены по другой технологии — из прокалённой каолиновой глины (после термоактивации она переходит в метакаолин), что в отраслевой терминологии также часто называют «силикагелем» как общее обозначение гранулированного десиканта. Работают оба типа гранул по одному принципу — адсорбция влаги развитой поровой поверхностью, но отличаются составом сырья и технологией производства.
Да, и именно для этого рассчитан цикл регенерации самого осушителя: часть уже осушённого воздуха периодически продувается через колонну гранул в обратном направлении и уносит накопленную влагу наружу через продувочный клапан — так адсорбционная ёмкость гранул восстанавливается автоматически при штатной работе системы, без необходимости вынимать картридж. Извлекать и сушить гранулы отдельно, как бытовые пакетики силикагеля, в автомобильном картридже не требуется и не предусмотрено.
Картридж осушителя — сменный узел целиком, замену гранул отдельно от картриджа не производят. Типовой интервал замены картриджа — раз в 20–30 тыс. км или в соответствии с регламентом производителя техники; при интенсивной эксплуатации, частых заправках в сырую погоду или при явных признаках снижения эффективности осушения интервал стоит сократить.
Оттенок гранул — от бежевого до светло-коричневого — определяется содержанием железосодержащих и иных минеральных примесей в исходном каолине, которое зависит от конкретного месторождения сырья. Цвет сам по себе не характеризует осушающую способность гранул, но в сочетании с лабораторными показателями — влажностью, долей SiO₂ и Al₂O₃, механической прочностью — помогает контролировать стабильность сырьевых партий на производстве.
Гранулы с нестабильной фракцией, повышенной остаточной влажностью или недостаточной прочностью хуже удерживают влагу, быстрее теряют адсорбционную способность и начинают крошиться от вибрации, создавая абразивную пыль. Эта пыль уходит дальше по пневмосистеме и ускоряет износ клапанов и модуляторов.
Хотите увидеть весь ассортимент компонентов пневматических тормозных систем Höttecke в одном месте — с артикулами, техническими характеристиками и применимостью по маркам техники? Скачайте актуальный каталог продукции в формате PDF.
Скачать каталог Höttecke (PDF)