超高压水射流

2024-06-20

超高压水射流（精选8篇）

超高压水射流篇1

南京大地水刀股份有限公司成立于1996年, 是中国最早、目前规模最大的专业从事“超高压水射流技术”在切割和清洗应用领域的产品研究、开发和生产的省级高新技术企业, 目前拥有该领域的国家专利40余项。

在制药机械设备制造业, 超高压水切割机用于面板、支架构件及其他部件的切割和成形加工。该类机械设备制造过程中呈现出所需材料多样、产品外观及精度要求较高、非标件多等特点, 传统切割方式在材料材质以及加工方式上多存在一定的弊端, 如小批量加工不经济、切割精度差等, 而超高压水切割技术克服了以上不足, 水切割材料材质不受限制, 可切割各种平面异型图案, 产品精度要求不是很高的工件, 水切割可以一次成型加工, 精度要求高的工件, 水切割加工后易于二次加工。

超高压水射流篇2

动态超高压微射流对卵清蛋白微观结构的影响

摘要：采用圆二色谱(CD)、X射线衍射(XRD)、ANS荧光探针和紫外(UV)光谱研究了动态超高压微射流对卵清蛋白微观结构的影响.结果表明:卵清蛋白的`微观结构的变化与处理压力有关,CD显示不同压力处理的卵清蛋白二级结构中的α-螺旋,β-折叠,β-转角和无规卷曲之间发生相互转化,二级结构的有序性提高;X射线衍射图谱直观显示不同压力处理的卵清蛋白品体结构增加,160 MPa处理下结晶区最大,说明蛋白结构的有序性提高,与CD分析结果相似;ANS荧光探针光谱显示卵清蛋白的表面疏水性随着处理压力的增大而提高,120 MPa处理下达到最大;紫外光谱显示随着处理压力的增大,卵清蛋白最大紫外吸光值下降,卵清蛋白分子表面的具有紫外吸收的芳香氨基酸残基被包埋于分子内部,卵清蛋白的三维结构发生改变.Abstract：The effect of dynamic high pressure microfluidization on the microstructure of ovalbumin was studied by CD spectra,XRD spectra,ANS fluorescence probe emission spectra and UV absorption spectra.The results indicated that the changes in the microstructure were dependent on the pressure.CD spectra were used to examine the changes in the secondary structure of the ovalbumin treated by different pressures.When the pressure increased,the mutual transformation between α-helix,β-sheet,β-tum and the random coil was observed.The orderliness of the secondary structure was increased with increasing the pressure.XRD spectra analysis showed that the crystal structure content of the ovalbumin treated increased with increasing the pressure and the largest data was observed at 160 MPa,indicating that the orderliness of the secondary structure was increased.The results were similar to CD spectra analysis.The ANS fluorescence probe emission spectra analysis demonstrated that the dynamic high pressure microfluidization induced an increase in surface hydrophobicity following high pressure treatment,while the largest data was observed at 120 MPa.In addition,UV absorption spectra analysis indicated that dynamic high pressure microfluidization treatment also resulted in a decrease in the UV-absorption maximum wavelength with increasing the pressure,indicating that the aromatic amino acid was buried in the molecular interior and the three dimensional structure of ovalbumin was changed. 作者：涂宗财王辉刘光宪陈钢豆玉新张雪春 Author： TU Zong-caiWANG HuiLIU Guang-xianCHEN GuangDOU Yu-xinZHANG Xue-chun 作者单位：南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西,南昌,330047 期刊：光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 年，卷(期)： ,30(2) 分类号： Q0631.1 关键词：动态超高压微射流卵清蛋白圆二色谱 X射线衍射 ANS荧光探针紫外光谱 Keywords： Dynamic high pressure microfluidization Ovalbumin Circular dichroism XRD spectra ANS fluorescence probe Ultraviolet spectra 机标分类号： R91 R9 机标关键词：动态超高压微射流卵清蛋白微观结构MicrostructureTreatmentHigh Pressureabsorption spectrasecondary structurehigh pressurefluorescence probeemission spectraanalysis压力处理microstructureUV absorptionANS荧光探针dynamicaromatic amino acidtreatment 基金项目：国家自然科学基金，教育部长江学者奖励计划

超高压水射流切割系统篇3

南京大地水刀股份有限公司

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应用超高压水射流切割木材的研究篇4

超高压水射流切割是利用具有很高动能的高速射流进行的(有时又称为高速水射流加工)与激光、离子束、电子束一样是属于高能束加工范畴。高压水射流切割作为一项高新技术在某种意义上讲是切割领域的一次革命,有着十分广阔的应用前景,随着技术的成熟及某些局限的克服,对木材切割加工工艺是一种完美补充。水切割工艺区别于其它切割方法的主要特点在于其为冷态点切割,由此带来一系列的性能优势。如精确度高,能精确切割任何复杂平面图形,切口光滑,一般无须再处理;无热效应和机械效应变形,避免了材料因受热而发生的物理化学变化;最小的浪费,切缝≤1mm,减少了材料浪费;良好的环保,因为所用工质为水和天然矿砂切割,所以加工过程中不会产生任何污染,以上这些优点对于应用到木材加工工艺中来将会带来加工方式的变革,从而适应木材不同加工多样化的需要。

超高压水射流切割机包括4个基本组成部分(如图1):压力发生装置提供切割动能,如:高强度的加压泵、蓄能器;水供给装置,如过滤器、输送管线;切割装置,如:控制阀门、喷嘴等;回收装置等。有的系统还具备精确控制装置;磨料供给装置等[1]。

高速射流本身具有较高的刚性,在与靶物碰撞时,产生极高的冲击动压(P=ρVC)和涡流的形成,从微观上看相对于射流平均速度存在着超高速区和低速区(有时可能为负值),因而高压水射流表面上虽为圆柱模型,而内部实际上存在刚性高和刚性低的部分,刚性高的部分产生的冲击动压使传播时间也减少,增大了冲击强度,宏观上看起快速楔劈作用,而低刚度部分相对于高刚度部分形成了柔性空间,起吸屑、排屑作用,这两者的结合正好像使得其切割材料时犹如一把轴向“锯刀”加工。高速水射流破坏材料的过程是一个动态断裂过程,对脆性材料(如岩石)等主要是以裂纹破坏及扩散为主;而对塑性材料符合最大的拉应力瞬时断裂准则,即一旦材料中某点的法向拉应力达到或超过某一临界值σ时,该点即发生断裂。根据弹塑性力学,动态断裂强度与静态断裂强度相比要高出一个数量级左右,主要是因为动态应力作用时间短,材料中裂纹来不及发展,因而这个动态断裂不仅与应力有关,还与拉伸应力的作用时间相关[2]。采用高压水射流木制工艺品如图2所示。

2 试验及分析

2.1 原料与方法

2.1.1 试验原料

硬阔叶材印茄木(拉丁名:Intsia spp.,绝干密度:0.86 g/cm2,产地:印尼)

2.1.2 试验仪器

TR110袖珍式粗糙度仪、南京理工大学制造的SQ-WJG40型高压水射流切割机、烘箱等。

2.1.3 试验方法

对实木进行切割,由于木材切割质量与水射流切割的压力、切割速度和切割木材的厚度关系密切,本试验采用不同的切割参数切割不同厚度印茄木,通过多次试验测定其表面粗糙度,研究切割压力、切割速度、切割厚度等因素对木材切割质量的影响。

研究方法是先设计L9(33)正交试验,然后用TR110袖珍式粗糙度仪来测量每一次切割平面的粗糙度,通过测量其表面粗糙度来表示切割质量的好坏,利用正交方差分析的方法研究切割压力、切割速度和切割厚度参数对切割质量的影响程度,最后得出较合理的切割参数。

2.2 实验结果及试验分析

2.2.1 试验分析

从图3可见,切割速度对切割表面质量的影响较大。随着染液速度的升高,切割表面粗糙度明显增加,水射流束具有相当大的能量,远超过木材的抵抗能力。木材抗压强度约为50 N/mm,因此水射流束能击破作用点材料深人工件,同时切割速度过快时,水射流束切入工件材料后在一定程度上展开成扇形,水射流束来不及充分切割表面,而形成扇形的“沟痕”,严重影响切割表面的粗糙度。当切割压力在200 MPa,加工厚度在15~25 mm,切割速度为100~150 mm/min时,加工表面质量较好。

从图4可见,切割压力大小影响切割表面的质量,切割压力增大,切割表面的粗糙度减低,切割质量提高。由于木材与水的亲合性,水射流束裁切存在一定问题,木材是一种轻质材料,但木材单位重量的强度却比较大,能耐较大的变形而不折断。这是因为木材是由细胞构成的,木材细胞基本上都是死细胞,它由细胞壁和细胞腔组成。细胞腔与细胞壁上的纹孔腔等构成木材中的大毛细管系统;而细胞壁内纤丝间的间隙形成微毛细管系统。可见,木材无论是宏观、微观还是超微结构上均显示出多孔性,它是一种“蜂窝状”结构,有较好的塑性,能够吸收能量的特性,在高压水射流割切时会吸收一部分能量;另一方面高压水射流切割介质水也是柔性介质。因此,压力过小,无法切透木材,压力过大,浪费能量且切割质量不高,一般选用200~250 MPa较适。

从图5中可见,切割厚度也影响切割表面的质量,特别是当厚度在25 mm以上时,切割厚度对切割表面的粗糙度影响明显。当工件厚度不大时,水射流束很容易穿透工件,切割表面质量较好。但切割较厚时,由于木材与水的亲合性以及水射流切割的特性,水射流束会通过木材中的孔道射出,从而影响切割表面的质量,因此木材加工中水射流束裁切仅应用于作用厚度不超过30 mm的场合。与此不同,水射流束裁切金属、石料、陶瓷和塑料等材料时不存在上述问题[3]。

2.2.2 切割参数对切割表面的粗糙度影响的方差分析

方差分析的结果表明在木材树种、密度和含水率不变的条件下研究考察的3个切割参数中,切割速度对切割质量的影响是显著的;其次,切割压力、切割厚度对切割质量的影响较小,是不显著影响因素。

F0.05(2,2)=19;F0.05(2,4)=6.94;F0.1(2,4)=4.32

3 结论

1)水射流切割速度对木材切割表面质量影响显著,切割压力和切割厚度对切割表面质量的影响较小,切割速度一般在100~150 mm。

2)水射流切割压力影响切割表面的粗糙度大小,但切割压力在220~260 MPa范围变化时,对切割表面的质量提高不明显。

3)水射流切割厚度较大时对切割表面的质量影响较大,切割厚度取25 mm以下较合适。

参考文献

[1]张运棋.高压水射流切割原理及其应用[J].武汉工业大学学报,1994,16(4):13-18.

[2]董庆华.超高压水射流切割技术及其应用[J].焊接技术,2001,30(6):34-35.

高压水射流技术简述篇5

高压水射流作为一项新技术, 在最近几十年得到迅速发展, 主要用于清洗、切割和破碎, 水射流具有独特的优越性。近年来, 随着高压水射流装备朝着大型化、智能化、专用化方向迅速发展, 该技术逐步向各领域渗透:从清洗一般的机械零件、建筑物到管道、管束、容器等工业清洗, 从机场跑道除胶到船舶除锈, 从金属、非金属板材切割到曲面仿形切割等都涉及到高压水射流技术。

1 水射流加工技术的概述

1.1 高压水射流的概念

所谓高压水射流, 就是通过高压泵将普通自来水进行加压, 使其达到数百甚至数千大气压, 然后通过孔径只有1-2毫米的特殊喷嘴, 以200-500米/秒极高的速度喷出一股高能量的水流, 该水流具有强大的打击能量, 能够对钢板进行切割、铸件清砂等, 同时能够除去管子内壁的各种堵塞物。

1.2 高压水射流的优点

采用高压水射流技术具有成本低、质量好、速度快、无环境污染、无金属腐蚀、应用面广等优点。在可持续发展占社会发展主导地位的今天, 具有很大的优势。

2 高压水射流工艺

2.1 高压水射流切割技术的工艺特点

(1) 在切割过程中, 由于高压水射流切割属于冷切割, 进而产生较少的热量, 并且产生的热量能够被水流带走, 在工件切口附近, 不会造成材料氧化、金相组织发生变化等, 进而不会造成工件变形。 (2) 高压水射流切割属于点切割, 在切割过程中, 作用到工件上的力非常小, 不会对工件产生额外的应力, 造成工件变形, 对于表面完整性要求较高的零部件, 以及补充加工来说, 该技术有着特殊的意义。 (3) 高压水射流不会产生粉尘, 在切割过程中, 随着水流切割碎屑进入收集器而排除, 该技术对石棉制品、玻璃钢制品等材料进行切割时具有重要的作用。 (4) 由于高压水射流使用很小孔径的喷嘴进行切割, 使得切割产生的切口间隙比较窄, 进一步提高了材料的利用率。 (5) 采用计算机或机器人控制的数控切割装置对高压水射流切割设备进行处理, 在一定程度上实现了多轴联动。

2.2 高压水射流清洗技术工艺特点

(1) 可以方便地调节水射流的压力和流量, 对清洗物的基体不会造成损伤。 (2) 二次污染不会出现在高压水射流清洗过程中, 清洗过后, 如果没有特殊要求, 不需进行相应的清洁处理。 (3) 对形状、结构比较复杂的物件进行清洗时, 清洗工作不受空间狭窄、环境恶劣的影响和制约。 (4) 通过高压水射流进行清洗, 具有速度快, 清洗彻底的优点。例如:下水管道清通率、清净率高达100%和90%;热交换器的清净率超过95%;锅炉除垢率超过95%。 (5) 清洗成本只有化学清洗费用的1/3, 在清洗过程中, 高压水射流的水流比较细, 进行连续喷射时, 耗水量为1.8~4.5m3/h, 功率为35~90k W, 节能效果非常理想。 (6) 高压水射流清洗应用范围广。不管是管道和容器内腔, 还是设备表面, 只要水射流能够直接射到的部位, 都可以使污染物迅速脱离粘结的母体。 (7) 高压水射流清洗与化学清洗相比, 不会产生有害物质, 同时不会对环境构成污染, 作业区的空气粉尘通过水射流物化后还能够进一步降低浓度, 对环境起到保护的作用。

2.3 高压水射流技术研究现状

人们在很早的时间就开始利用很高压力的水进行材料的加工和切割。1870年前后, 美国在加利福尼亚的金矿中用增压后的水流开采矿石, 俄国人也曾用水采煤。1971年第一台商用水切割试验机在杰克逊的阿尔顿纸品公司投入应用, 用于切割层压纸管, 其厚度达到12.7mln (0.sin) , 并且可以在纸管上切出各种形状。目前许多国外的公司用高压水切割各种材料, 甚至用于军舰制造。

高压水除用于切割之外, 还可用于除锈、清洗, 以及建筑与道路施工等方面, 涉及到造船、航空、汽车、机械制造、轻工、城建等许多行业。新型射流的应用和研究得到很快的发展, 在落煤、破岩、船舶除锈、喷射钻井、机场除胶和除漆等得到极为迅速的推广。

2.4 高压水射流技术未来的发展趋势

(1) 低价格。高压水射流清洗自上世纪八十年代引进以来在中国已有二十余年的发展。在技术引进之处, 高压水射流以明显的技术和成本优势占有了市场, 并取得了巨大的经济效益。然而, 二十余年的发展过程中, 随着技术的成熟与人们对这个领域的逐步了解, 各种各样的高压水清洗公司纷纷建立, 市场竞争越来越激烈。但是整体来看, 目前的竞争主要体现在价格战的低端竞争上, 在保证利润的情况下就要压缩成本就成了必然之选。 (2) 高技术。现有的高压水清洗企业良莠不齐, 许多厂家只是代理国外的清洗设备直接卖给需要的化工企业或者其他清洗目标企业, 结果往往由于设备与被清洗机械部匹配导致无法清洗或者清洗不达标。这就提醒国内的高压水清洗行业要提高自身的研发能力来面对国内各种各样不同的清洗状况制定不同的清洗方案。同时, 由于竞争的存在, 清洗目标企业对清洗的质量也越来越关心, 而且, 清洗目标企业在清洗期间往往要停用目标设备, 所以清洗的时间也是他们非常关心的, 而技术的提高往往有利于这两方面问题的解决, 于是能更好的提高市场占有率。 (3) 宽领域。高压水射流清洗一开始就只出现在工业清洗的领域, 由于其对环境无污染而且介质是水方便获得, 在工业清洗领域迅速的拓展, 从化工、煤炭到电力以及除锈、喷涂预处理。高压水射流技术的广泛适用性还应该在民用清洗领域继续拓展, 比如高层的建筑楼外清洗以及广场地面黏着物。 (4) 严规范。国外的清洗施工都有严格的规程控制清洗操作, 而国内由于市场规范还不严格, 往往不注重这方面的监管。而高压水是具有高能量的水流, 一旦直接接触人体, 极容易发生危险。而且由于清洗的目标设备往往比较大, 存在高处作业的可能, 如果是石化企业中的清洗项目则存在燃爆的隐患。与经济发展相比, 人身安全是要放在首位考虑的, 相信国家有关方面会进一步加大清洗行业的安全工作, 而相关的企业也要做好这方面的工作, 让工人, 目标企业都放心。 (5) 寻求多方面技术合作。高压水射流只是一个单一的技术手段, 也有其自身的局限性, 比如无法清洗复杂管路、易燃易爆品清洗流程过于复杂。从长远来讲, 由于以后清洗环境的多变, 以及新的清洗难题的产生, 各种技术必然要有一个组合使用的趋势, 才能努力使所有问题都有恰当的解决方案。

3 总结

高压水射流与激光束、电子束和等离子束统称为高能束加工技术, 其中高压水射流足唯一的冷切割加工技术。高压水射流不仅可以切割各类金属、非金属、塑性或脆性硬材料, 而且工艺简单, 工件材料的物理、机械性能不会破坏。在各种新材料与复合材料相继涌现的当今时代, 高压水射流的冷切割性能是无与伦比的。

参考文献

[1]薛胜雄.高压水射流技术工程[M].合肥工业大学出版社, 2006.

[2]丁圣银.水射流现状研究机发展趋势[D].江苏大学, 2006.

超高压水射流篇6

1 射流冲击压力的实验测试

1.1 实验测试方法及装置

实验装置主要包括:高压水泵、高压胶管、射流喷嘴、试验台架、数据采集与分析系统。图1是测试射流冲击压力分布实验装置的示意图。

1) 高压水泵:

YLC500型泵, 最大压力50 MPa, 最大排量553 L/min, 实验泵压10 MPa。

2) 高压胶管:

抗压强度50 MPa。

3) 射流喷嘴及喷距:

喷嘴直径为4 mm, 喷距124 mm。

4) 试验台架:

试验台架主要由1台旧铣床改造而成, 同时配有1个淹没射流水箱。铣床能实现纵向、横向以及上下3个方向的自由移动, 在该铣床的平台上加装了1套喷嘴固定和喷嘴入口压力测试与显示系统, 通过铣床的横向与纵向运动来调节射流中心与测压盘中心的重合度, 通过上下运动则可以调节射流的喷距, 而水箱则可以实现淹没射流的条件, 而且测压底盘也固定在水箱内。在水箱的1个侧面开有8个圆孔, 压力传感器就固定在这些圆孔上, 通过外径2 mm的无缝不锈钢管连通测压盘的测压小孔和传感器的测压孔。实验台架上下升降高度可以达到0.5 m, 左右移动距离可以达到0.5 m, 纵向移动距离可以达到0.4 m, 3个运动方向移动距离的误差为±0.1 mm。

1—计算机;2—NI6062E型数据采集盒;3—传感器与测压盘;4—实验水箱;5—喷嘴;6—高压管线;7—压力表;8—试验架;9—z方向位移标尺;10—排水口;11—高压泵;12—低压管线。

5) 数据采集与分析系统:

主要包括有7个测压孔的测压盘 (在径向上同时测量7个点的冲击压力值) 、NI6062E型数据采集卡、传感器, 以及装有Labview软件的笔记本电脑1台。

1.2 实验前测试系统调试

在实验之前, 重点需要先检查高压射流系统各连接部件的密封性。把高压水射流发生系统除射流喷嘴外的各部件连接好之后, 用特制堵帽封住射流测试出口处, 缓慢加压, 观察是否有漏水、跑水现象, 然后再继续升压至25 MPa, 待压力稳定后继续观察, 发现无漏水、跑水现象后, 再安装射流喷嘴进行射流冲击压力分布规律的测试。

1.3 实验数据分析

图2是射流横截面上射流冲击压力与径向距离的关系。由图2可见, 随着径向距离的增加, 离射流轴心越远, 射流冲击压力不断降低。说明由射流中心向其边缘, 射流颗粒所具有的能量越来越小, 在冲击半径为15 mm处, 射流冲击压力降低到约为1.5 MPa, 表明射流沿程呈现出卷吸周围流体的趋势, 射流呈现出发散性。

图3是射流中心轴上, 射流冲击压力与轴向距离之间的关系。由图3可见, 随着轴向距离的增加, 射流冲击压力不断降低。在射流喷嘴的出口附近, 射流冲击力变化非常小, 说明在距喷嘴出口很近的1个范围内, 射流中心轴上的冲击压力受周围液体的影响较小, 即在普通直射流出口附近存在1个等速核, 这一点与理论分析非常相似, 等速核区长度约为喷嘴直径的9倍。越过等速核区, 射流冲击压力衰减迅速。

2 射流冲击压力分布的数值模拟

2.1 柱坐标下流场控制方程

数学模型采用标准的k—ε模型, k为单位质量流体的紊动动能, ε为湍能耗散率[1]。

紊流动能k方程模化后的形式为

undefined

紊流动能耗散率ε方程模化后的形式为

undefined

式中:Φ代表变量u, v, ω, K, ε;SΦ是Φ方程的源项。

进口边界条件:u=135 m/s, v=0, ω=0;出口条件:undefined;固壁边界条件:u=0, v=0, ω=0。

2.2 模拟结果分析

在射流喷距为30 D (D为喷嘴直径) 的情况下, 射流纵断面冲击压力分布规律如图4所示。模拟表明:在射流冲击中心, 冲击压力达到最大, 随着径向距离的增加, 射流冲击压力逐渐降低, 且降低规律有明显的层次感, 发散性是射流的固有特性之一。模拟结果与实验测试较为吻合。

图5为不同喷嘴直径轴心无因次速度分布图, 图中:x为射流喷距, D为喷嘴直径, v为射流轴心速度, v0为射流出口初速度。由图5分析得知, 不同喷嘴直径下, 射流均存在一定范围的等速核区, 在喷嘴

直径4 mm时, 等速核区长度约为喷嘴直径的8倍, 与实验测试结果非常接近。

3 结论

1) 淹没条件下, 射流冲击压力随着径向距离的增加而减小, 射流呈现出卷吸周围流体的特性, 周围流体对射流的径向冲击压力分布存在明显影响, 发散性是淹没射流固有特性之一。

2) 随着轴向距离的增加, 射流冲击压力在一定范围内几乎没有变化, 周围流体对射流冲击压力在轴心的分布没有影响, 在普通直射流出口附近存在1个等速核区, 超过等速核区, 射流冲击压力明显降低。

参考文献

[1]周光垌, 严宗毅, 许世雄, 等.流体力学[M].北京:高等教育出版社, 2000.

超高压水射流篇7

随着现代社会对清洗行业提出的效率、洁净率及环保要求的不断提高, 高压水射流清洗技术的普及应用成为工业清洗的必然趋势。

一、高压水射流清洗技术的特点

美国、德国、日本、英国、法国、澳大利亚等发达国家利用高压水射流进行清洗已占到工业清洗80%~90%的市场份额。作为一种先进的物理清洗方法, 高压水射流清洗具有多方面的优势:

(1) 无环境污染。高压水射流以自来水或工业用水为介质, 无味、无色、无臭、无毒, 对环境没有任何污染, 属于环保型清洗方法。

(2) 不腐蚀金属。水射流中没有任何酸、碱药剂等添加剂, 既不腐蚀金属, 又不损坏管路及设备, 延长了设备的使用寿命。

(3) 应用范围广泛。凡是水射流直接射到的部位, 不论是管道、容器罐体的内外壁、建筑物的表面, 还是坚硬结垢物、致密堵塞物, 皆可迅即被击碎剥落, 脱离粘结母体, 清洗干净。对设备、设施大小、形状、材质及垢物种类均无特殊要求, 故其应用范围极其广泛。

(4) 打击效率高、清洗成本低。以廉价的水为介质, 对任何结垢物及堵塞物, 只要水射流的压力、流量选择合适, 喷射枪具选型合理, 就能进行高速有效清洗, 获得低成本、高效率的双重效果。

(5) 节水又节能。水射流清洗属于高压细射流清洗。喷嘴喷头的孔径只有0.5~2.5mm, 射流直径也以毫米计算, 每小时只消耗3~5m3的水, 用过的水还可以回收。故高压水射流清洗机属节水节能设备。

由于上述高压水射流清洗的特性, 高压水射流清洗在国内外, 无论是在工矿企业还是在市政工程, 无论在服务行业还是在机关单位, 都能获得广泛的应用。

二、高压水射流清洗技术在发达国家中的发展状况

高压水射流清洗技术在发达国家中广泛应用, 应用最普遍的是美国、德国和日本, 他们的热交换器、工业锅炉、大型容器和罐体、物料输送管道、设备表面等清洗作业几乎全部使用高压水射流技术。在很多特种清洗作业中, 诸如轮船船体的除焦除藻、飞机跑道的除漆除胶、核电反应堆的除垢除污、特殊钢厂的铸件清砂、轧件除磷等, 也多采用高压水射流技术。

经过多年的发展和进步, 这些国家的高压水射流清洗工艺水平都比较高。借助很多先进的周边设备, 使高压水射流清洗作业中的喷射枪具的旋转和推进实现了机械化和自动化。他们采用的高压柱塞水泵, 单级压缩可达到300MPa, 即使不加磨料也可实现设备除鳞除锈、除氧化皮的要求。重要的清洗参数, 如清洗机的压力、流量和功率, 也可根据清洗对象的要求随时调节至最合适的状态。并且高压水泵的质量比较高、易损件的寿命也比较长, 在国际上受到普遍欢迎。

高压水射流清洗中配套使用的高压胶管, 最小外径可达到6~8mm, 通常可承压100~300MPa, 有的甚至可达到300~600MPa。

他们使用的喷嘴、喷头和喷枪就有数百种之多, 分别编辑成册, 可根据清洗对象优化选用, 以便获得最佳的使用效果。这些喷射枪具都由专业厂家生产、供应。为了提高清净率, 多用二维或三维旋转的喷头、喷嘴, 喷嘴、喷头的推进形式有喷射反力自进、液压旋转推进及外力牵引推进等。另外, 还有各式各样的空间辅助变位机构、清洗罐体的多维空间变幅机构、清洗排污管道的纵向牵引机构等。当前, 在美国最先进的送进机构是爬壁机器人, 它可以在大型金属构件及建筑物表面纵向、横向自由地爬移, 以便顺利和灵活地在这些平面上除漆、除锈和清除各种结合物及粘结物。

三、高压水射流清洗技术在我国工业中的应用现状

在我国, 使用高压水射流技术做工业清洗的单位也有很多。我国高压水射流柱塞泵大型生产企业有十几家, 分布在天津、辽宁、江苏、四川和陕西等地。高压水射流清洗机的生产厂家多为大型柱塞泵的制造厂家。

目前在我国正常服役的大型高压水射流清洗机有上万台, 每年投入生产使用的也有上千台。一级压缩最高压力可达280MPa, 高压水流量由每分钟几十升到几百升不等。我国高压水泵厂的生产潜力很大, 随着清洗机用户的增加, 他们可以提供大量的水泵。与之配套的柴油机、电机、配电柜等设备, 也都能满足生产与使用要求。

清洗机主要用户分布在石油、化工、发电、炼油、动力、酿造、造纸、橡胶、冶金、制药及市政工程等行业或部门。若我国大中城市及大中型企业都使用大型高压水射流清洗机, 需要量将成倍增加, 因此, 其在我国清洗机制造及使用潜在市场都很巨大。

我国大型高压水射流清洗机重量多在2~3t, 主要用来清洗城市上下水管道、工矿企业排污及物料运输管道、各类热交换器、工业锅炉、大型容器和罐体、大型设备表面和建筑物外墙等。高压水射流工业清洗在我国已初步形成产业, 并且每年大约以10%~20%的速度增长。

四、我国高压水射流清洗存在的问题

高压水射流清洗机在我国应用已有二、三十年的历史, 在很多大中型企业中起着骨干清洗作用。但目前毕竟高压水射流清洗技术还处于发展阶段, 还不够成熟, 存在下列一些问题。

1. 整机设计问题

整机由动力机械 (柴油、电机) 、高压泵组、水箱、配电柜、高压胶管、电缆、低压水管、脚控阀、机械室、底盘行走机构、喷枪喷头等部件所组成。就整机而言, 目前尚存在以下几个问题。

(1) 整机配置不够完善。整机供给用户应当接水接电即可工作, 但很多清洗机厂家提供的部件种类不全、数量不足, 随带枪具不能满足用户多种用途的需要。

(2) 系统参数缺乏优化设计。系统参数优化的目的是在额定压力、额定流量、额定功率的前提下, 获得最大打击效果和清洗效率。这就要求清洗机在额定状态下工作。但在实际上, 由于高压胶管规格使用不当, 清洗结垢物对象与清洗机主要参数不符合, 喷嘴、喷头的孔径、孔向与主参数不一致等情况, 整机工作经常事倍功半, 甚至在很小的功率下作业, 使整机功能白白浪费。

2. 高压泵质量问题

高压泵是高压水射流的发生装置, 是清洁机整机的作业核心。工作时高压泵作业正常, 则整机工作基本正常。但在实际工作中经常出现高压泵部件的质量问题, 如运动件耐磨性差、高压胶管非正常破损等问题, 以及喷射枪具性能问题、寿命问题、种类欠缺问题等, 都会影响清洁机的工作效能。

3. 操作维修人员作业资格问题

高压水射流设备是高风险作业装置。高压水射流象高速子弹一样, 能击穿坚硬结垢物和堵塞物, 也能击穿和截断人体和设备, 作业人员应当像防范子弹一样防范水弹, 避免高压水射流伤人和损坏设备。因此, 作业人员必需经过正规、严格的培训并在完全合格之后再持证上岗。但在目前, 我国上万台清洗机的操作者和维护者大部分是无证上岗, 存在着严重的安全隐患, 这已成为相关企业和管理机构必须解决的安全问题。

五、我国高压水射流工业清洗的发展前景

工业厂房的维护、设备的运行与维修都离不开工业清洗。采用高压水射流的方法进行清洗, 目前在国际和国内都处于主导地位, 清洗所占比重约为整体清洗的80%~90%。因此, 高压水射流技术的进一步研究、高压水射流理论深入发展都显得十分重要。

超高压水射流篇8

关键词：油泵壳,高压水射流,清洗,工艺参数

0 引言

DQ380油泵壳是汽车直接换挡变速器的关键零件, 其清洁度直接影响直接换挡变速器的可靠性和使用寿命。由于其复杂的油路通道、厚薄不均的壁厚布局、型腔较多的结构特点及较高的尺寸精度要求和极高的清洁度质量要求, 所以对清洗方式及工艺也提出了严格要求。

鉴于传统清洗方法的缺点与限制, 针对DQ380油泵壳零件较高的清洁度质量要求, 结合产品结构特点和生产工艺流程, 开展高压水射流清洗技术及工艺研究, 以满足产品大批量生产条件下高清洁度质量要求。

1 油泵壳结构及质量要求

1.1 结构特点

材质为FC250, 外形尺寸 (长×宽×高) 约160 mm×130mm×120 mm。外表面为铸造面、精加工的平面和孔端面, 内腔为精加工的平面、孔和铸造孔腔组合而成, 具有复杂的油路通道、较多型腔和壁厚厚薄不均的结构特点。结构示意如图1所示。

1.2 清洁度质量要求

内腔颗粒度≤0.3 mm;外表面颗粒度0.3~0.6 mm的数量≤5个, 没有0.6 mm以上的颗粒;颗粒总重量<1.0mg (内腔+外表面) 。

2 油泵壳清洗技术现状

DQ380油泵壳结构及内外表面形状复杂, 其在装配前要经过铸造、孔和面的机械加工、清洗、干燥等工序。油泵壳铸造过程中复杂的型腔和孔腔表面会形成粘砂和毛刺等缺陷, 机械加工后内外表面特别是孔腔内部会残留有难以去除的油污、碎屑和毛刺。

2.1 油泵壳清洗技术现状

常用的工业清洗方法主要有超声波法、水处理法、化学法、干冰法和饱和蒸汽法等, 每种清洗方法都有其特点及各自适用领域[1]。目前对像油泵壳此类表面形状复杂且多孔腔零件的清洗工艺和清洗设备研究的不多, 实际清洗过程中存在如下问题:

1) 浸渍振动清洗时, 因油泵壳表面上孔、腔数目较多且有的孔径较小, 故在浸入清洗过程中, 部分孔腔中的空气来不及排出, 造成清洗液不能与这些孔腔的内表面充分接触, 同时清洗液对工件表面的冲刷力也较小, 从而导致清洗时不能完全清除工件表面及其上孔腔中的碎屑和油污[1]。如果延长浸泡和清洗时间或使用具有较强去污能力的有机清洗剂, 则会降低效率或增加清洗成本。

2) 超声波清洗时, 因超声波能量传递的衰减原理, 再加上波的折射和反射等影响因素, 真正到达并进入工件孔、腔内的能量就很少, 同时清洗液流动时产生的冲刷力也较小, 从而会导致油泵壳零件孔、腔内的油污及碎屑不易清洗出, 效果不理想。

3) 低压喷淋清冼时, 因压力较小, 导致喷淋液流不能有效地对油泵壳孔、腔内有较强粘附力的油污和碎屑进行有效的剥离去除, 清洗效果较差, 同时去除毛刺的效果也较差。

4) 油泵壳弯曲孔、腔内毛刺的去除比较困难, 人工去除毛刺费时费力, 自动化程度极低, 严重影响生产效率, 且质量极不稳定。为提高生产效率, 需在工件清洗的同时去除毛刺, 但是采用浸渍振动清洗、超声波清洗和低压喷淋清冼均不能满足产品质量要求。

2.2 高压水射流清洗技术发展及现状

高压水射流清洗技术是将携带高能的水射流喷射到被清洗物体 (基体) 上, 使一种或多种材料 (附着层) 从另一种物体 (基体) 表面上脱离下来, 完成清洗作业的技术。与传统的人工清洗、机械清洗、化学清洗等方法相比, 具有效率高、无污染、综合费用低、节能、不腐蚀损伤基体, 易于实现自动化和智能化控制等诸多优点, 可清洗形状和结构复杂的零部件[2]。

鉴于国内多个专业清洗厂家对油泵壳清洗后清洁度检测结果均未满足要求, 所以目前还没有能够满足批量生产和高清洁度质量要求的集清洗、去毛刺一体化的清洗设备。

3 油泵壳高压水射流清洗技术研究

油泵壳高压水射流清洗技术研究内容主要包含:1) 确定清洗方式并制定清洗工艺流程;2) 确定高压水射流清洗的压力、流量、喷嘴直径、靶距等主要技术参数。

3.1 清洗方式及工艺

鉴于高压水射流技术的清洗优点, 根据油泵壳零件的结构特点和清洁度质量要求, 清洗方式选用高压水射流清洗。清洗工艺分为表面清洗和内腔部位定位清洗, 对应所用喷嘴为平面喷嘴和L型喷嘴。由于平面喷嘴清洗时喷射出的高压水射流束覆盖面积限制, 需要设定合理的清洗工艺路线, 以便实现对外表面全方位的高效快速清洗;同时, 内腔部位包含有深孔表面和多型腔复杂弯曲孔道表面, 清洗时需要采用L型喷嘴首先对应每个内腔部位进行定位, 然后做圆周运动或同时做包含旋转和伸缩进给运动的定位清洗。

平面喷嘴进行表面清洗和L型喷嘴进行内腔清洗的原理示意图如图2、图3所示。

根据研制开发的五轴 (X、Y、Z轴移动, Z、A轴旋转) 联动高压水射流清洗专用设备, 采用加工中心数控系统, 具有自动更换喷嘴功能, 清洗工艺路线如下:

1) 表面清洗。通过定位夹持工件的A轴0°、90°、180°、270°4个旋转工位及平面清洗喷嘴沿X、Y、Z三轴移动和同时沿Z轴旋转, 即可完成油泵壳零件表面的高压清洗作业。

2) 内腔清洗。通过定位夹持工件的A轴0°、90°、180°3个旋转工位及L型清洗喷嘴沿X、Y、Z三轴移动, 同时结合对应较大孔腔时Z轴 (即L型喷嘴) 旋转清洗和较小孔腔时Z轴 (即L型喷嘴) 定位清洗的设定程序, 即可完成油泵壳零件内腔的高压清洗作业。

图4、图5分别为油泵壳工件单个工位表面清洗和内腔清洗的典型工艺路线。

3.2 主要技术参数

1) 压力。清洗压力的大小直接影响清洗效果, 需根据工件结构复杂程度、被清洗表面污物的粘附强度、工件毛刺的厚度和位置而定。油泵壳加工精度较高, 毛刺厚度从几十微米到一百微米之间, 根据文献[3], 确定清洗压力为35 MPa, 则型腔和孔道表面上的粘砂和毛刺, 机械加工过程中内外表面上的油脂油污、碎屑和毛刺均可以完全清洗去除。

2) 流量。流量的确定与清洗对象的大小、压力的大小、喷头是否要求旋转、工作内容等因素有关。由于表面清洗时清洗对象面积较大, 喷头旋转, 且为了提高清洗效率, 故选用大流量, 确定为35 L/min。内腔清洗为定位清洗, 清洗对象面积小, 喷头不旋转, 故选用小流量, 确定为20 L/min。

3) 喷嘴直径。为保证高压水射流发生系统达到最佳工作状态, 使清洗效果最好, 喷嘴直径必须根据清洗时的射流压力和流量进行精确计算, 其经验表达式为[4]:

式中:d为喷嘴内径, mm;Q为流量, L/min;P为射流压力, MPa;n为喷嘴孔数;μ为喷嘴结构系数, 0.6~0.7。

由于表面清洗喷嘴数有2个, 内腔清洗喷嘴数有4个, 通过计算, 并根据实际加工工艺要求及应用经验, 确定平面清洗喷嘴和内腔清洗喷嘴的内径分别为1.5 mm和0.8 mm。

4) 靶距。研究发现, 存在一个最佳距离可使高压水射流清洗的效果达到最佳。根据实际应用经验, 当靶距大小约为喷嘴直径的100倍时, 高压水射流对污物的打击作用最强, 清洗效果也最好。故确定平面清洗和内腔清洗时的靶距分别为150 mm和80 mm。

3.3 清洁度检测

采用上述确定的高压水射流清洗工艺路线及技术参数对DQ380油泵壳零件进行高清洁度清洗后, 经过G-Kem公司的PCC-80S零件清洁度检测设备检测, 清洁度检测结果完全符合正规设计图样规定的清洁度质量要求。

4 结论

技术研究和检测结果表明, 高压水射流技术应用于DQ380油泵壳清洗, 较好地解决了产品零件的高清洁度质量要求问题。

目前高压水射流清洗技术正朝着高效、多功能、智能化、精细化方向发展, 开展高压水射流高效应用机理及流体、数控、机器人等多方面综合技术研究, 进行船舶、石油、铁路、工程机械、汽车等多领域应用的高压水射流清洗集成化专业设备的开发, 将具有广泛的应用前景。

参考文献

[1]都基旭.盲孔类零件超声波真空清洗的试验研究与应用[D].大连:大连理工大学, 2008.