Строительный блог. Пеногенератор: принцип работы и устройство, изготовление различных видов своими силами

Использование пены стоит в ряду таких догадок человека, как применение орудий труда, овладение огнем, изобретение рычага, клина и колеса. Достаточно вспомнить – хлеб, который мы едим, это застывшая пена. В современной жизни вспенивание находит широчайшее применение, как и генераторы пены – устройства для ее получения в больших количествах. В этой статье мы разберем, как изготовить пеногенератор своими руками для достаточно узкой, но актуальной области применения – бесконтактной мойки автомобиля и др. хозяйственно-бытовых целей. И в этом никак не широком сегменте, как увидим, используются различные конструкции со своими особенностями.

Общие сведения

Рыдваны-«броневики», окрашенные по грунту в несколько слоев, ушли туда же, куда бензин по 7 коп. или 10 центов за литр и его расход легковушками (!) в 30-50 л на 100 км по трассе. Сейчас автомобили окрашиваются одним тончайшим слоем прямо по металлу. Современные краски очень стойки, но тереть машину щеткой или губкой все равно не рекомендуется. В наше время автомобили моют преим. бесконтактным способом. Напомним на всякий случай: раствор автошампуня наносят на загрязненную поверхность, выжидают некоторое время, пока ПАВ разъест грязь, и смывают водой. Сообщество машиномойщиков распадается на два непримиримых (шутка) лагеря: по одним, наносить ПАВ нужно в виде эмульсии без вспенивания; другие считают, что хорошо моет только активная пена. Те и другие приводят обоснованные аргументы в свою пользу, но, раз вы читаете этот текст, то вы, скорее всего, сторонник пенной мойки.

«Пеномои» (еще шутка), в свою очередь, делятся на две секты (и это тоже шутка): «низкократников» и «высокократников». Мойка пеной низкой кратности (слева на рис. ниже) требует недолгой выдержки до смыва (обычно до 5 мин). Жидкая текучая пена хорошо проникает в труднодоступные места, но из-за стекания ее много и теряется, а вместе с ней – дорогого автошампуня. Воды на смывку тоже нужно немало, и все равно могут остаться потеки, которые нужно дотирать мягкой губкой. Воды и шампуня на получение высокократной пены, и снова воды на ее смывку, нужно в 1,5-3 и более раз меньше, плотная липкая «шуба» (справа) сама почти не стекает, но ждать ее полного действия приходится до получаса, и в узких щелях может остаться грязь.

Мойка автомобиля пеной низкой и высокой кратности

Вопрос и в цене тоже

Приобрести пенную насадку к моечному пистолету, как слева на том же рис. выше, не проблема: стоят они недорого, и нередко входят к комплект пистолета. Но насадка дает только низкократную пену. Цены на высокократные пеногенераторы уже другого порядка, плюс нужен достаточно производительный воздушный компрессор. Поэтому мы далее рассмотрим, как изготовить пеногенератор для мойки авто, позволяющий получать пену различной кратности с обычным компрессором для накачки шин или самодельным. Цена упрощения – пониженная производительность и соотв. удлинение моечного цикла. Но для периодической помывки своей машины или мойщику-индивидуалу по вызову это не страшно.

Терминология

Видов искусственной пены насчитываются сотни, а типов пеногенераторов многие десятки (без учета особенностей конструктивного исполнения). Поэтому во избежание путаницы с дальнейшим определимся с терминами:

Пена – мелкодисперсная система в дисперсионной среде. Попросту – жидкая, упругая, эластичная или твердая пузырчатая субстанция, в которой суммарный объем полостей пузырей как минимум в несколько раз больше, чем суммарный объем перегородок между пузырями.
Вспенивание – превращение исходной диспергируемой среды в пену.
Пенообразователь – исходная диспергируемая среда, вещество или смесь веществ, вспенивающаяся в определенных условиях.
Наполнитель – газ, наполняющий пузырьки пены. В пузырьках ненаполненной пены вакуум.
Генератор пены или пеногенератор – техническое устройство, на входы которого подаются пенообразователь и наполнитель, а из выхода выходит пена. Генератор ненаполненной пены – вакуумная камера с непрерывной откачкой, в которую поступает активный наполнитель.
Барботер (вспениватель) – часть пеногенератора, в которой и происходит вспенивание.
Активный барботер тем или иным образом взбивает пену, действуя механически, пневматически (пузырьковый барботер), либо посредством электрических, химических или электрохимических процессов.
Пассивный барботер – твердая химически стойкая дисперсная система, сквозь которую принудительно прокачивается золь пенообразователя в наполнителе. Вспенивание происходит за счет микротурбулентности в порах пассивного барботера.
Активный пенообразователь – не требует подачи наполнителя, т.к. сам вспенивается в определенных условиях (нагрев, сброс давления, добавка вспенивающего реагента и др.).
Кратность пены – отношение в единице ее объема совокупного объема наполнителя к таковому пенообразователя. Напр., если на создание 1 л воздушной пены ушло 1 мл пенообразователя, то ее кратность 999.

Примечание: современные пеногенераторы специального назначения могут выдавать пену кратности выше 1000. Для бесконтактной мойки автомашин применяется пена кратности от 15-20 до 50-70.

Принцип действия

Итак, мы будем конструировать воздушно-жидкостный пеногенератор с пассивным барботером. Такой вид данного класса устройств технически прост и доступен для самостоятельного изготовления, а его показатели по производительности и кратности пены достаточны для индивидуальной автомойки. Воздушно-жидкостный значит, что пенообразователь жидкий (раствор автошампуня в воде), а наполнитель пены атмосферный воздух.

Принцип действия генератора пены указанного вида иллюстрирует рис.:

Принцип действия пеногенератора для мойки машины

В зависимости от способа подачи пенообразователя и наполнителя данное устройство конструктивно может быть выполнено:

Инжекционным (с наддувом) – пенообразователь и наполнитель подаются принудительно под давлением. Возможности регулировки кратности и расхода пены наиболее широкие. «Дальнобойность» (см. ниже) наибольшая. Воздушный компрессор – низкой или средней производительности на давление от 4-5 ати (4-5 бар (прибл.) или 55-70 psi). Расход шампуня на мойку легковой машины 30-50 мл; воды на пенообразователь – 5-6 л.
Эжекционным прямого действия (с наддувом) – воздух подается также принудительно и подсасывает пенообразователь из расходной емкости с атмосферным дренажем, как в распылителе одеколона с грушей. Конструктивно проще пред. вида (не нужен сосуд на давление), но возможности установки параметров пены несколько уже. Компрессор на давление от 2-2,5 ати (бар, или 29-36 psi); расход воды и шампуня прибл. в 1,5-2 раза больше, чем в пред. случае. С компрессором низкой производительности (для накачки шин) возможно получение только низкократной пены. По данной схеме строится большинство пенных насадок к моечным пистолетам.
Эжекционным обратного действия – струя пенообразователя из сопла подтягивает атмосферный воздух. Его расход определяется падением давления на срезе сопла, которое не может быть больше 1 атм (0,987 бар или 14,5 psi), поэтому получение высокократной пены невозможно. Актуальные для автомойки дополнительные параметры (см. ниже) неудовлетворительны, но на модели такого устройства из моечного пистолета с грязевой фрезой и обрезка пластиковой бутылки с «талией» (внизу на рис.) можно наглядно понять принцип действия и поучиться настраивать пену.

Дополнительные параметры

На производительность пенной автомойки существенно влияют и дополнительные параметры генератора пены:

дальность выброса пенной струи (дальнобойность) – чем с большего расстояния можно «обстрелять» заданную площадь, чем меньше времени уйдет на мойку и тем лучше будет ее качество, т.к. у набрызганной в начале пены меньше риска «перестояться»;
однородность струи – моет машину преим. пена из плотного ядра струи, а образующие ореол хлопья более стекают без толку;
поперечное сжатие струи – мойка сжатой «лопатой» пены дает гораздо меньшую потерю ПАВ, чем круглой в поперечном сечении «метлой».

Дальше всего «стреляют» инжекционные генераторы, на 3 м и дальше. Однородность и сжатие струи в значительной мере определяются распылительной насадкой, см. далее.

Еще один генератор

Часть пенных насадок к моечным пистолетам выпускается с двойным барботированием, активным пневматическим и пассивным. Воздух в расходный резервуар накачивается через распылитель в виде струи пузырей сквозь пенообразователь, над зеркалом которого образуется шапка низкократной пены. При нажатии на спуск часть ее поступает в камеру с пассивным барботером, который повышает кратность пены. За счет этого резко падает дальность выброса струи, зато под генератор такого типа для мойки небольших поверхностей может быть очень просто приспособлен бытовой помповый опрыскиватель (см. далее), причем возможность его использования по прямому назначению не теряется.

Какой делать?

Виды самодельных пеногенераторов

Выбор типа пеногенератора для самостоятельного построения производится исходя из наличных производственно-хозяйственных потребностей, сосуда для расходного и допустимых затрат на создание установки (см. также рис.):

из бытового помпового опрыскивателя – только мини-генератор с двойным барботированием. Но с его помощью можно вымыть самые загрязняющиеся места машины: колеса, колесные ниши и пороги кузова (см. рис. ниже), мотоцикл (простите – байк), скутер/мопед, велосипед, резиновые сапоги после выхода на природу или работы на огороде;

Мойка пеной колеса и колесной шиши автомобиля
из помпового переносного садового опрыскивателя – без компрессора такой же пеногенератор, но пригодный для мойки компактного городского автомобиля. С компрессором – любой из описанных выше типов. Лучший агрегат-основа – российский «Жук», его танк без проблем держит 6 бар;
из автомобильного огнетушителя – пеногенератор с наддувом для мойки личного автомобиля или микроавтобуса/фургончика типа «Газели». «Форд Транзит», «Мерседес Транспортер» и т.п. Компрессор для накачки шин или из холодильного агрегата подойдет;
из стационарного огнетушителя – генератор пены для профессиональной мойки, в т.ч. большегрузных автомобилей. Компрессор – на производительности от 120-150 л/мин (напр. на основе бортового от ЗИЛ-130);
из канистры, ведра с крышкой и т.п. – эжекционный с наддувом. Параметры генератора определяются типом имеющегося компрессора.

Устройство «настоящих»

Для качественной мойки машины нужен все же инжекционный или «прямой» эжекционный пеногенератор. Конструктивно они во многом сходны, так что разберем оба сразу.

Устройство генератора моечной пены с наддувом показано на рис.:

Устройство пеногенератора с наддувом расходного резервуара

Пенообразование начинается уже в подающем патрубке, поскольку вследствие т. наз. дроссельного эффекта давление за сетчатым фильтром падает и из смеси выделяются микропузырьки воздуха. Это еще не пена, но много ее зародышей. Жиклер пенообразователя конструкторы-любители обычно не ставят, пропуская готовую вспениться смесь сразу через барботер. А зря: резкое падение давления за жиклером дает не аэрозоль, но «пенозоль» из мельчайших капелек высокократной пены. В барботере они «набухают» воздухом, почти не теряя кратности, и в шланг идет густая, липучая, почти не стекающая «Nivea for cars».

Настройка пеногенератора с наддувом не требует квалификации:

редуктор компрессора устанавливают на давление от 4 бар (мин.) до 6 бар (макс.) в зависимости от требуемого расхода пены;
вентили наддува и настройки полностью открывают;
включают подачу воздуха и вентилем настройки устанавливают кратность пены (визуально, по ее густоте и текучести);
вентилем наддува устанавливают расход пены;
по необходимости (редко) корректирую качество пены вентилем настройки.

Пеногенератор эжекционного типа ( на след. рис.) подключается к компрессору также через редуктор давления; обратный клапан в данной установке не обязателен, хватит штатного в компрессоре. По устройству эжекционный генератор пены похож на инжекционный, только жиклер переставлен в другое место.

Устройство пеногенератора без наддува расходного резервуара

Но его настройка сложнее:

запорные вентили закрывают;
регулировочный вентиль воздуха открывают прим. наполовину;
регулировочный вентиль пенообразователя закрывают;
включают воздух, открывают запорные вентили;
плавно открывая регулировочный вентиль пенообразователя, добиваются появления пены из сопла насадки (см. далее);
оперируя поочередно или одновременно регулировочными вентилями, добиваются нужной консистенции и расхода пены. Регулировки взаимозависимы!

Примечание: если нужно мыть одну и ту же машину, эксплуатируемую с одних и тех условиях, одним и тем шампунем, то после настройки пены рукояти регулировочных вентилей лучше аккуратно, чтобы не сбить регулировку, снять.

Особенности конструкций

Расходный резервуар инжекционного пеногенератора должен выдерживать давление не менее 8-9 бар. Назначение обратного клапана скорее технологическое: когда пенообразователь выработается прим. на 2/3, компрессор можно выключить, а остаток смеси выработается под остаточным давлением, т.к. его колебания в пределах 30-35% существенно не влияют на параметры пены. Диаметр отверстия в шайбе жиклера 1-3 мм подбирается под конкретный шампунь; можно завести комплект шайб с отверстиями разного диаметра. Длина L смесительной камеры инжекционного генератора 120-180 мм; эжекционного 220-350 мм. Диаметр канала соотв. 8-20 и 9-12 мм.

Детали и узлы

Критически важными узлами описанных здесь и далее пеногенераторов являются:

пассивный барботер;
сетчатый фильтр;
обратный клапан;
распылительная насадка.

Барботер

Пассивные барботеры для моечных пеногенераторов продаются по названием пенных таблеток. Любители, как правило, делают пенные таблетки сами из стальной кухонной губки (скребка, «ёршика»). Но – не надо.

Качественная фирменная пенная таблетка это путанка (ударение на первом слоге) из круглой нержавеющей проволоки, см. рис.:

Пенная таблетка для пеногенератора

Стальная губка, во-первых, не рассчитана на длительную работу под давлением в активной среде. Во-вторых, в ней (стальной губке) много тонких острых краев. Активная пена «отщипывает» от них микрочастицы твердого металла. Неплохой абразив, правда? И – на сверкающую краску. Машина начинает терять вид после 3-10 моек, в зависимости от качества ее покраски.

Сетка

Сетчатый фильтр:

начинает пенообразование в инжекционном генераторе с наддувом;
служит активным барботером в генераторе пены с двойным барботированием (см. далее);
может стать основой очень хорошего самодельного пассивного барботера, ничем не уступающего лучшему фирменному.

Прикупить для последнего случая кое-что придется, но совсем недорого, в каком-нибудь хозмаге ((«Все для дома», водопроводно-сантехническом и т.п.). Там, правда, не всегда знают, что это такое. Частенько просто ставят ценник без наименования товара. Поэтому давайте и мы присмотримся получше.

Отвинтите колпачок с излива смесителя кухонной мойки или умывальника (стрелка на поз. 1 рис. ниже). Делается это просто рукой, если другой придерживать «гусак». Рассмотрите отвинченное. Видите сеточку (поз. 2)? Надвите пальцем, вылезет сетчатый фильтр. Его крышечка снимается, если поддеть ее зубочисткой и т.п. в любое их боковых отверстий, стрелка на поз. 3. Сетки точно так же выдавливаются пальцем (поз. 4).

Бытовой водопроводный сетчатый фильтр

Примечание: вы, возможно, удивитесь – а сколько же там грязи! На такой случай – сетки чистятся старой зубной щеткой под слабой струйкой воды. Признаки засорения – струя из крана дергается, рано разбивается на капли, брызгается.

Теперь запомним, что надо искать, или берем с собой для образца – показать молоденькой, толерантно-политкорректной уверенной в себе продавщице. Дома разбираем «новый, хороший» фильтр и срезаем упор с крышки (стрелка на поз. 4). Зачем? 3-4 сеток не хватит для пеногенератора. Недостающие можно, во-первых, вырезать из старого ситечка от китайского заварника; набивают их, сколько поместится. Такая штука сгодится и на фильтр, и вместо пенной таблетки (установочные диаметры 20/18 мм) в производительный пеногенератор. Пенку дает на загляденье – высокократную, густую, хоть снежки из нее лепи.

Во-вторых, дополнить фильтр можно и синтетическим войлоком, срезанным с мягкой кухонной губки (см. рис.). Срезать надо с недохватом по толщине, чтобы не
рихватить клеевого слоя. Фильтр с таким дополнением пригоден на активный пневмобарботер и пассивный в ручном пеногенераторе.

Клапан и насадка

Самодельщики ставят в свои генераторы пены покупные лепестковые клапаны или делают их сами «по образу и подобию» стандарных. Для чего требуются точеные детали и некоторый опыт слесарных работ. А мы сделаем дома «на колене№, то бишь на рабочем столе, шариковый клапан. Его пропускная способность ниже, а замедление на срабатывание больше, чем лепесткового, но нам же не турбобур крутить, а шариковый клапан очень долговечен и надежен.

Купить придется бронзовый водопроводный тройник на 1/4″ – 3/4” (крестовину, если генератор с манометром) с наружной резьбой (тип ННН), подобрать к нему шарик от подшипника подходящего диаметра и отрезок трубки; чертежи и пропорции обратного клапана для самодельного пеногенератора даны на рис.:

Чертеж шарикового клапана для пеногенератора

Сборка производится таким образом:

в тройнике/крестовине сверлятся в один проход отверстия для упора;
один из торцов отрезка трубки для седла клапана зенкуется обычным спиральным сверлом;
седло вкладывают в тройник/крестовину и ставят его/ее на стол седлом вниз;
вкладывают шарик и легкими ударами молотка через твердую деревянную палочку подгоняют его к седлу;
седло снаружи фиксируют от выпадения силиконовым клеем, выдавиться под давлением ему не даст присоединительный фитинг;
ставят упор, фиксируют силиконом или зачеканивают.

Примечание: самодельный шариковый клапан на первых порах может немного подтравливать, но после 3-4 включений/осечек воздуха шарик «прибьет» себе седло до полной герметичности.

Чертежи распылительной насадки для генератора моечной пены даны на след. рис.:

Чертеж распылительной насадки для пеногенератора

Если пена подается просто по шлангу без пистолета (что, конечно, неудобно), вместо резьбового гнезда вытачивают штуцер-«елочку» под шланг. Длину насадки уменьшать нежелательно, т.к. она служит и стабилизатором «мятой» в шланге пены. Изготовление насадки дело довольно-таки сложное:

сверлится сквозной канал D6;
вытачивается резьбовое гнездо, заготовка обтачивается по форме снаружи;
с правого (по чертежу) торца заготовки под наклоном сверлятся 2 отверстия D6, сходящихся V-образно в 27 мм от торца. Это сложная и ответственная операция;
с левого по чертежу торца насверливается канал D9 на глубину 270. Желательно после сверловки пройти его разверткой, т.к. шероховатости в канале сильно «бьют» по кратности пены;
с правого торца тонким узким резцом выбирается лишний материал. Это самая тонкая операция;
проверяется посадка насадки на пистолет и подгоняется зашлифовыванием левого торца, см. рис.

Варианты резервуара

Инжекционный пеногенератор лучше делать на основе порошкового огнетушителя, и здесь есть подводный камень – его штатный барботер. Первые порошковые огнетушители были пластиковыми сосудами с крышкой, наполненными самовспенивающимся при нагреве огнегасящим порошком. Просто, дешево, но, попав на раскаленную металлическую поверхность, порошок мог взорваться. В целом простые порошковые огнетушители спасли много больше жизней и имущества, чем причинили вреда; довольно много их ждет своего часа и по сей день. Но, понятно, возможный взрыв вместо гашения загорания это никуда не годится. Поэтому современные порошковые огнетушители (см. рис. справа) наполняются микрокапсулированным огнегасящим составом и накачиваются инертным газом, выдавливающим порошок через стальную губку. Оболочки микрогранул в ней разрушаются, наружу выходит уже готовая гасящая смесь. Сложновато, дороговато, огнетушитель нужно периодически проверять, как углекислотный, но взрыв исключен.

Так вот, во внутреннее гнездо деструктора микрогранул как раз и входит пенная таблетка. Первое – на пеногенератор берут, естественно, выработанный негодный огнетушитель, и таблетку не покупают. Зачем, вроде бы, если нечто с виду подходящее уже есть? Но деструктор огнетушителя одноразовый, пылить стальным абразивом он будет еще сильнее кухонной губки. Второе – аэрозольной камеры перед барботером в огнетушителе нет, а без нее высокократной пены не получится, это первое. Впрочем, это «не смертельно», доработать пеногенератор из огнетушителя для получения высокократной пены возможно, см видео:

Видео: доработка пеногенератора из огнетушителя

Примечание: еще об одном варианте самодельного пеногенератора из огнетушителя см. след. ролик:

Видео: изготовление пеногенератора из огнетушителя

Варианты «Жука»

Пеногенератор из опрыскивателя типа «Жук» можно сделать с наддувом от встроенной помпы или компрессора. На помывку городской легковушки требуется 3-7 л пенообразователя. Садовые «Жуки» выпускаются емкостью от 5 до 10 л, вверху на рис.:

Садовые опрыскиватели типа “Жук” и пеногенератор из такого опрыскивателя

Чтобы пена «держала кондицию» и не застаивалась, пока резервуар подкачивается, наполнять его пенообразователем нужно не более чем наполовину (лучше – на 1/3). А чтобы помыть маленьким «Жуком» большую машину, нужно замонтировать в его резервуар патрубок для присоединения воздушного шланга от компрессора (показан стрелкой внизу на рис.). Если компрессор самодельный без градуированного редуктора и манометра, то патрубок нужен с внутренней дюймовой резьбой. В него ввинчивается тройник с обратным клапаном (см. выше). На свободное плечо тройника навинчивается манометр; резьбовые стыки герметизируются лентой ФУМ. Чтобы опрыскиватель после доработки можно было использовать по прямому назначению, нужно будет купить и заглушку на плечо тройника с клапаном.

Ручной мини-пеногенератор из опрыскивателя

«Жуки» выпускаются и ручные бытовые. Однако для бескомпрессорного мини-пеногенератора с двойным барботированием подойдет любой бытовой опрыскиватель подобной конструкции: избыточного давления в 1-2 бар, на которое его можно накачать штатной помпой, в данном случае достаточно.

Чтобы сделать портативный генератор пены из бытового опрыскивателя, нужно, во-первых, снять и разобрать выходной клапан его воздушного насоса, слева на рис.:

Изготовление пеногенератора из бытового опрыскивателя

В патрубке клапана почти всегда есть достаточно места, чтобы поставить на выходе воздуха прокладку из синтетического войлока (см. выше) и получить таким образом пневмобарботер первой ступени; возможно, придется немного поджать возвратную пружину тарелки клапана. Проверяют первичный барботер погружением в банку с водой: при нажатии на шток поршня воздух в воду должен выходить густой струей мелких пузырьков. Возможно, нужно будет добавить войлока. Далее штатный распылитель отвинчивают, а на его патрубок натягивают корпус медицинского шприца с пенной таблеткой (лучше – фирменной проволочной или самодельной сетчатой, см. выше) и 3-4 слоями синтетического войлока с кухонной губки. Первой по ходу пены ставится войлочная прокладка, справа на рис. Вот и все, можно заправлять и мыть. Только, если опрыскиватель будет использоваться и по назначению, перед заправкой удобрениями или пестицидами первичный пневмобарботер нужно будет убрать, иначе действующие вещества препаратов могут окислиться, прежде чем вылетят наружу.