高压水射流技术简述

2024-06-28

高压水射流技术简述（共6篇）

高压水射流技术简述篇1

0 引言

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.

[3]李强.超高压磨料水射流切割喷嘴的结构研究[D].兰州理工大学, 2011.

高压水射流技术简述篇2

摘要：水中高压脉冲放电可引起多种物理和化学效应,该技术处理废水具有高能电子、紫外线、臭氧等多因素的`综合作用,是集光、电、化学等多种氧化于一体的新型水处理技术,具有良好的发展前景.本文介绍了这一技术在水处理方面的技术原理、高压脉冲电源、有机污染物的降解以及催化剂的应用等方面的研究进展,并提出了此技术存在的问题和前景.作者：韩育宏陆彬李庆刘志强 HAN Yu-hong LU Bin LI Qing LIU Zhi-qiang 作者单位：韩育宏,李庆,刘志强,HAN Yu-hong,LI Qing,LIU Zhi-qiang(河北大学,物理科学与技术学院,河北,保定,071002)

陆彬,LU Bin(天津大学,环境科学与工程学院,天津,300072)

高压水射流技术简述篇3

某市政道路隧道工程, 采用下沉式方案, 隧道为双向4车道, 断面全宽为27.84m。该基坑的闭口段深度为11.2m, 泵房处深度为15.4m, 整段基坑最大深度达到了32.4m。场地的地下水主要是第四系孔隙潜水和基岩裂隙水, 第四系孔隙水主要存在于填筑土层及冲洪积砂层中, 水量较丰富;基岩裂隙水较贫乏。场地地下水主要补给为大气降水补给, 地下水埋深0.6~4.2m。地下水对混凝土结构具弱腐蚀性, 对混凝土中的钢筋无腐蚀性。根据地质资料显示, K2+281.9~K2+991.9段预测坑道涌水量为377.61m3/d。为此, 经专家研究决定, 隧道支护采用高压旋喷桩桩间止水, 对于局部或隧道底板渗水, 可采用集水坑抽水排放。

2 高压旋喷桩施工

隧道钻孔桩基坑止水帷幕采用Φ800mm单管高压旋喷桩桩间止水, 与钻孔灌注桩咬合15cm, 水泥采用42.5级, 每米水泥用量为150kg;单管高压旋喷止水桩要求穿越透水层进入不透水层1m以上, 若基底为淤泥质土, 则止水桩应穿透淤泥质土至少1m。本工程高压旋喷止水桩6252.8m, 主要用于防水防渗及增强基坑边坡稳定性。旋喷桩设计桩径为Φ800mm, 间距为600mm、桩间搭接200mm, 每排孔应按三序孔跳孔施工并保证桩的连续搭接。摆喷桩为对桩间缝喷射, 间距为钻孔桩的间距。

2.1 施工工艺

施工工艺流程:喷钻机就位→钻杆下至导孔底部→开启压缩空气→开启高压水泵→开启浆泵→旋转提升至桩顶标高→关闭气、水、浆→成桩完毕、移动钻机到下一桩位。

2.2 主要施工技术

2.2.1 定位

桩机需要平稳、平正, 桩机的垂直度需要控制在1%以内, 可以采用线锤对龙门立柱进行垂直定位观测。

2.2.2 钻孔

钻孔采用XY-1型地质钻机, 金刚石钻头或硬质合金钻头钻进。如遇漏浆情况可采用泥浆固壁, 根据不同地层采用不同浓度的泥浆。钻孔孔径不小于Φ130mm, 孔位偏差不大于5cm, 孔底偏斜率不大于1%。

将钻机对准孔位木桩, 调平钻机, 再次校正孔位, 准确校正钻机立轴垂直度后方可开钻。钻进过程中必须勤于检查钻孔孔斜率是否满足精度要求;控制固壁泥浆流量、压力及回次进尺以正常钻进, 并详细记录孔内情况, 如换层、遇块石、漏浆等。

2.2.3 浆液制备

采用P0 42.5级普通硅酸盐水泥, 水泥应新鲜无结块, 通过0.08mm方孔筛的筛余量≤5%, 每批次进场水泥必须具有产品合格证和出厂检验报告, 进场后按规定进行抽检。制浆用水必须清洁无污染, 符合拌制水工砼的要求。制备水泥浆液时, 按照浆液配比:水:水泥=1.42:1准确称量, 严格控制水泥浆液比重。水泥浆采用高速搅浆机制浆, 搅拌时间不小于30s, 水泥浆拌好后必须过筛放入储浆桶, 防止杂物进入浆管堵塞喷咀。为使水泥浆不发生离析, 储浆桶内设慢速搅拌装置, 且水泥浆液存放不超过4h, 否则作为废浆处理。

2.2.4 高喷作业

(1) 高喷台车就位:高喷管下入前, 校正高喷台车水平及高喷管垂直, 使高喷管与钻孔孔向一致, 确保高喷成墙的倾斜偏差在1/150以内。

(2) 下喷射管:检查高压泥浆泵、空压机运行良好, 检查高压输浆管、供风管畅通及完好, 准备就绪后下入喷浆管。为防止下管过程中堵塞喷嘴, 可将喷嘴包扎或低压力送浆下管。

(3) 喷射提升:高喷管下至设计深度后, 输入水泥浆液和压缩空气, 待浆压和风压升至设计规定值并孔口返浆后, 按设计提升速度、旋转速度及摆动角度旋转摆动提升喷管, 进行喷浆作业, 直至达到孔口孔口返浆率20%~30%以此判别成墙强度。在接卸管时, 速度要快, 以防止埋管。

(4) 回灌:喷浆结束后, 如遇到孔口浆面下沉, 应进行回填灌浆, 可利用相隔孔喷灌作业返浆, 直到浆面不再下沉为止, 以确保高喷防渗墙形成后达到墙顶高程。每个喷浆孔喷浆完毕后, 移开喷浆管, 用清水把泥浆泵和管路内的残留浆液全部排出, 冲洗干净。

(5) 复喷处理:施工过程中, 因机械故障、孔内事故、卸接管等原因中断, 恢复喷射时均须进行复喷, 复喷搭接长度不小于0.5m。

(6) 记录:施工过程中钻孔、旋喷灌浆的各道工序应详细、及时、准确记录, 所有记录需按要求使用统一表格。

2.3 高喷灌浆施工参数 (见表1)

3 施工中出现的问题及控制要点

3.1 旋喷桩施工过程中如果遇到了阻力, 无法继续进行下插时, 可以采用上下窜动注浆管的方法, 并将管口插入到设计深度位置, 如果不能做到, 则直接跳过此桩, 跳喷下一根桩, 此桩位需要进行重新成孔。

3.2 高压喷射注浆过程中如果出现了压力突然下降、上升, 或者大量冒浆等不正常的现象, 需要及时查明原因并采取相应的措施, 处理完故障后再进行接桩时, 需要将停喷点下移1.0m处后再进行重新的喷射接桩作业。

3.3 在喷射过程中, 如果出现了堵塞喷嘴现象, 需要及时的更换钻头。此外, 在完成一根桩的施工后需要及时的清洗注浆管, 保证管内的不得残存水泥浆。

3.4 为了有效防止浆液凝固收缩过快影响到桩顶的质量, 可以采用超高喷射的办法, 喷射高度高出桩顶标高0.6m左右。

4 综合效果分析

4.1 施工质量效果

对基坑进行开挖后, 我们发下旋喷桩和灌注桩接合的非常紧密, 两者相互搭接 (图1) , 有效防止了外侧水进入基坑基。此外, 对于基坑内的水采用了降水井方法降低了地下水位, 保证了后期挖土工序的顺利进行。工程完全达到了预期的止水效果。

在本工程中灌注桩和高压旋喷桩的施工对于周围土体的扰动非常小, 对外围水起到了截止作用。基坑开挖之后, 我们对基坑的进行了全面的沉降观测, 根据现在采集的监测数据, 基坑最大的侧向位移为17.5mm, 沉降最大位移为23.5mm, 这充分说明基坑的开挖过程对周围土体的影响非常小。由此可见, 高压旋喷桩+灌注桩的施工方法保证了施工质量。

4.2 效益分析

高压旋喷桩加灌注桩施工减少了施工作业面积, 有效保证了基坑的止水效果。此外, 工程可以多个钻机同时作业, 操作人员较少, 节约了人工成本, 缩短了工期, 保证了施工安全。总之, 取得了良好的社会和经济效益。

参考文献

[1]赵明华.土力学与基础工程.武汉:武汉理工大学出版社, 2003.[1]赵明华.土力学与基础工程.武汉:武汉理工大学出版社, 2003.

[2]阎明礼.地基处理技术.北京:中国环境科学出版社, 2006.[2]阎明礼.地基处理技术.北京:中国环境科学出版社, 2006.

[3]GJ79-2002, 建筑地基处理技术规范[S].[3]GJ79-2002, 建筑地基处理技术规范[S].

超高压水射流切割系统篇4

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。

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高压水射流技术简述篇5

1 水射流技术和高压水射流技术

中国古代就有“天下莫柔于水, 驰骋天下之至坚“的名句及“水滴石穿“的成语, 这些都包含有以柔克刚的观念。水射流切割技术和高压水射流切割技术就是这一观念的延伸和实践。

水射流切割技术, 顾名思义就是利用水来切割某些物质的技术。这一技术的实现, 通常情况下要靠一些装置或设备来完成, 主要设备有发动机、增压器或者水泵、喷嘴、开关等。通过这几个装置之间动能的相互转化, 最终使水具有强大冲击力, 之后便可对特定物质进行切割。

高压水射流切割技术, 就是利用高压发生装置及恒压系统, 来进行水射流切割, 这种技术一般要增压器的增压能力要相当强大, 设备功率相对也就大, 同时为提高切割质量, 在高压水中添加了固体磨料, 达到了提高切割速度和质量的目的。

2 高压水射流切割技术的发展概况

采矿业是高压水射流切割技术的源头。在19世纪中叶, 高压水射流技术第一次被北美人用来开采质地较为疏松的矿床。而中国应用高压水射流切割技术来开采矿石, 要追溯到20世纪50年代, 当时前苏联和中国的专家们利用水射流的冲击和输送作用, 进行矿石的开发, 这些技术都大大提高了采矿业的工作效率。然而, 这一时期的水射流技术仍旧属于低压水射流。

20世纪60-70年代, 人们渐渐开始利用增压装置, 如增压器、高压泵、高压管件等, 来完成水射流技术由低压向高压的过渡。当然这一时期的水射流技术还是普遍在采矿业中使用。

到了70-80年代, 高压水射流技术才逐渐向清洗、切割等行业发展。随着人们研究的逐渐深入和科技的不断发展, 20世纪80-90年代, 水射流技术已经发展成为一种产品, 并且有各种方式, 主要包括磨料射流、自激振动射流、空化射流等。水射流技术成为一种可以面向市场直接销售的商品。

3 高压水射流切割技术的工作原理

高压水射流切割技术很大程度上是靠各种物理动能的相互作用和相互转化来完成。所以就应该有相应的设备, 这些设备主要有:发动机、转能设备、开关、喷嘴等。

那么这些设备是如何运作实现切割的呢?这就要说道高压水射流切割技术的工作原理:

首先, 要有一个发动机, 这个发动机可以是电机、内燃机, 或者是油料机, 通过一些高压泵或增压器等转能设备 (注:当压力小于70MP时, 用多级离心泵或者柱塞泵都是可以的;当压力大于70MP时, 就要用增压器或者动压式水炮。) , 将发动机的机械能转变成为压力能。

第二, 利用带有开关的喷嘴, 喷射出高速射流, 将压力能转化为动能。

最后, 材料被高压水射流冲击切割后, 动能直接转变为作用于被切割的材料表面的压力能。

实际上, 高压水射流切割技术就是利用水的射流 (0.80~1.50mm) , 通过压力发生装置, 使得水聚集, 通常情况下, 喷射速度可以达到600~800m/s, 已经大于2马赫。通过这些数据, 我们能够想象到当水经过加工后, 喷射出来时的冲击力完全可以对任何材料完成切割。

4 高压水射流切割技术的应用

4.1 高压水射流技术在机械制造业方面的应用。

随着高压水射流切割系统的不断更新发展, 经过增压装置加工后, 从喷嘴处射出的水速度相当快, 甚至可以达到音速的3倍。这种高速的冲击力完全可以切割各种各样的材料, 比如大理石、陶瓷、还有一些质地较好的金属等硬质材料;泡沫、塑料、橡胶等软质材料, 还有玻璃等脆质材料。经过高压水射流切割后, 切口处的材料结构组织性能不会改变。同时, 由于高压水射流是一种具备“冷、软“等加工性能的技术, 所以在切割的过程中, 没有传统切割机的热能高, 故而被切割的材料也不会发生热变形。在机械制造业中, 经常需要切割各种不同质地的材料, 并且因为行业本身对于切割标准的高要求, 高压水射流切割技术在机械制造业被广泛使用。

4.2 高压水射流切割技术在医学领域的应用。

当前在医学领域, 高压水射流技术应用还不太普遍, 但已经有了一定成果。在这些成果中, 最突出的应该是临床医学中的水射流手术刀和水射流无针注射器。这两项技术, 能够提高医院的工作效率。比如在注射预防针类的药水时, 水射流注射器在一个小时内, 就可以完成500多人的注射工作。并且不需要更换针头, 大大节省了患者和医生的时间。同时, 这种注射器与注射者不会有任何接触, 所以更加安全卫生, 降低了疾病传染的可能性。

4.3 高压水射流切割技术在军事和消防领域的应用。

军事和消防是两个危险性高、精确度要求也高的行业。高压水射流切割技术是一种独特的冷切割技术, 它通常被用来切割高温、易燃易爆、地雷、核武等不需要产生火花的地方。通过高压水射流的切割, 爆炸物的危险性会被解除的同时, 也能够降低操作人员的伤亡概率。

4.4 高压水射流切割技术在石油化工工业领域的运用。

石油化工工业危险系数也极高, 操作不当或者设备质量和技术不高的情况下, 往往会产生爆炸或者泄露, 严重威胁人的生命。在开采石油的过程中, 经常会遇到不同质地的岩石或海底礁石, 运用高压水射流切割技术, 可以进行高难度石油开采, 并且安全有效。化工工业就更需要高压水射流切割技术了, 各种化学物质在这里交织, 管道错综复杂, 而水几乎可以溶解各种化学物质, 所以利用高压水射流切割技术会更安全。

4.5 高压水射流切割技术在航空航天方面的应用。

航空航天业要求精准、无误差, 所以在选择切割技术时, 这是这个行业首先考虑的问题。航天材料经过高压水射流切割技术不会结构组织不会变。更不会发生热变化。我国航天航空部门, 曾经多次从技术先进的美国引进高质量的高压水射流切割系统, 主要用于切割航天玻璃、碳纤维、钛合金以及各种复合和特种材料。切割后, 可以保证质量, 同时也很经济。

结语

高压水射流切割技术在我国还是一项新的技术, 由于相关切割核心理论问题及耐超高压部件制造还未完全解决, 所以中国很多行业所用的高压水射流切割系统多是从外国引进的。所以相对于技术已经相对成熟的美国、日本等发达国家, 我们在高压水射流切割技术的发展和创新上, 还有很长的路要走。

摘要：本文主要介绍了高压水射流切割技术的发展概况、工作原理和在一些行业的应用, 同时期待中国的高压水射流切割技术能够进一步发展, 最终能够实现自主研发。

关键词：高压水射流切割技术,发展概况,工作原理,在行业的应用

参考文献

[1]杨志, 陈世明, 张毅君, 李满.高压水射流技术的发展及应用[J].机械管理开发, 2009, 24 (5) , 87-89.

[2]刘忠伟.高压水射流技术综述[J].湖南冶金职业技术学院学报, 2005, 5 (3) , 330-333.