高压水射流清洗

高压水射流清洗（精选8篇）

高压水射流清洗 第1篇

关键词：高压水射流,喷头,曲柄滑块机构

1 高压水射流外墙清洗系统

高压水射流清洗系统原理如图1所示

高压水射流外墙清洗系统由高压泵、水箱、喷头以及喷头工作机构和升降台组成。其中喷头工作机构是用来保证喷头能够左右移动, 以便能清洗一定的面积, 升降台用于使喷头以及喷头工作机构升降到所需要的高度。本文主要研究喷头工作机构的设计。

2 喷头工作机构的确定

为了实现喷头左右移动, 有不同的传动方案。可以利用液压传动, 用液压缸带动喷头作往复运动, 这个方案结构比较简单, 行程范围大, 但成本比较高, 需要一套液压系统和控制系统;也可以用螺旋副机构实现喷头的移动, 但螺旋副的移动速度一般比较慢, 因而清洗效率比较低;第三种方法是曲柄滑块机构来实现喷嘴的移动, 曲柄滑块机构可以方便地实现往复直线运动, 而且结构简单, 能够达到要求的运动速度。另外, 曲柄滑块机构也可以设计成可调节式的形式, 以便在使用过程中根据现场情况, 调节其清洗的面积。

综合比较三种方案, 本文选择对心曲柄滑块机构作为喷头工作机构, 将喷头固定在滑块上, 利用滑块的往复直线运动, 带动喷头左右移动, 从而实现清洗的目的。

2.1 电动机的选择

喷头左右移动的速度应适中, 如果速度太高则不能保证把墙壁冲洗干净, 而速度太低又会影响工作效率, 这样就需要选择具有合适转速的电动机。一般的普通电动机不能满足需要, 因为升降台面积是有限的, 如果选用普通电动机则需要配备减速器等设备, 必然增加体积以及重量。因而最终确定选择微型电动机, 本设计选择转速为12 r/min的微型电机。

1-机架;2-曲柄;3-连杆;4-滑块

2.2 曲柄滑块机构的设计

由电动机带动曲柄作回转运动, 再通过连杆带动固定在滑块上的喷嘴在工作台上做往复移动, 最终完成清洗任务。

2.2.1 曲柄和连杆长度的确定

图2为曲柄滑块机构示意图, 其中r为曲柄的长度, H为滑块的行程。由图2可知曲柄的长度决定了滑块的行程范围, 而连杆的长度至少应该要大于滑块的行程H, 滑块的行程受升降台大小的限制, 应在限定的长度范围内使滑块的行程尽量达到最大值, 若取曲柄长度r=400mm, 为了节省空间, 取B2C1的距离为0时, 则连杆BC的长度为:LBC=800mm。

2.2.2 曲柄和连杆横截面积的确定

为保证曲柄和连杆有足够的强度, 曲柄和连杆横截面积要根据曲柄和连杆的受力加以确定。曲柄和连杆的受力见图3。

图3中M驱动力矩, FR12机架1对曲柄2的作用力, FR32连杆3对曲柄2的作用力, FR34连杆3对滑块4的作用力, L力臂。

曲柄在驱动力矩M、力FR32和FR12作用下平衡, FR32=FR12=M/L, 在曲柄回转过程中, L值的大小是变化的, 当L取最小值时受力达到最大, 现按一种极限情况计算, 即在力FR12的作用线与曲柄所夹锐角为0°时, L值最小即等于摩擦园直径2ρ, 根据电动机的轴颈和驱动力矩, 可求得力FR32和FR12的最大值。对于本文FR12max=FR32max=43642.86N。

连杆是二力杆, 在力FR23、FR43作用下平衡, 因此FR23=FR43, 又FR23与FR32大小相等方向相反、FR43与FR34大小相等方向相反, 所以连杆受力最大值也为43642.86N。

曲柄和连杆的材料均选用45钢, 其屈服极限σs=355MPa, 安全系数取1, 则许用应力[σ]=355 MPa, [τ]=248 MPa。

那么:在受最大拉力时, 其受力最小面积为:

在受最大剪切力时, 其受力最小面积为:

故只要所取曲柄和连杆的截面积大于176mm2就能够满足强度要求。

另外在本设计中, 为满足滑块不同行程的需要, 把曲柄设计成了可调节结构, 这样曲柄的长度就能够在200～400mm的范围内进行调整, 同时滑块的行程也就可以在400～800mm之间进行变动。

3 结论

由于对心曲柄滑块机构没有急回运动, 可满足喷头左右移动都能均匀清洗的要求, 因而曲柄滑块机构可作为喷头工作机构, 同时把曲柄设计成可调节结构, 喷头清洗的宽度为400～800mm, 以满足喷头不同行程的需要。

参考文献

[1]孙桓, 陈作模, 葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2]濮良贵, 纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社, 2007.

高压水射流清洗 第2篇

高压水射流是能量转变与应用的最简单的一种形式，是一项迅速崛起的新技术、新工艺，是以高压水射流为核心，集机、泵、液、自动化控制为一体的综合系统，具有结构简单、操作方便、自动化程度高等优点，其产品品质突出反映在可靠性、成套性，达到安全、节能、环保的效果。

高压水清洗法与传统蒸汽洗法相比：工作效率提高5～8倍，清洗成本下降了60%，大大减少由于蒸煮铁路罐车而产生有毒气体造成的大气污染，从而极大改善了清洗工人作业环境，减轻劳动强度，清洗质量有明显提高。

该设备结构简单可靠，操作方便、自动化程度高，对好罐口后，可以实现全自动化作业，其技术达到国内领先水平，是一项利国利民的先进技术，具有广泛的推广价值。

1997年，公司受北京燕山石油化工石油供应销售公司委托完成了“槽车高压射流清洗装置双弧形轮清洗进给机构”技术开发合同。

1999年，公司受吉林化学股份有限公司铁运分公司完成了“铁路槽车高压清洗机构”技术开发合同。

1999年，为中国石油吉林石化分公司提供2套铁路罐车清洗成套设备。

2011年，为中国石油呼和浩特石化公司提供1套铁路罐车清洗成套设备（苯特洗）。公司核心技术是设计制造铁路罐车清洗核心设备三维定位机和高压清洗机，现已申请相关专利5项，发表论文3篇。

铁路罐车清洗系统主要工作原理

铁路罐车清洗系统主要原理是洗罐机将三维清洗喷头送至铁路罐车内的驻留点，在驻留点处，通过三维清洗喷头将高压水喷射到罐壁上，利用水的打击、冲蚀、楔劈、切割和铲除作用，将铁锈和杂质等清洗干净，同时可以变换角度和方位达到全面清洗的目的。

水平进给

装置特点

该机主要有三维定位机和高压清洗机组成，国内独创采用固定式三维定位机、C形管水平进给高压清洗机、自动同步抽污油污水新技术，所有驱动单元都是电机驱动，属于极端危险环境下专用功能产品，避免了对有毒有害残留物以及易燃易爆与人直接接触及其潜在的危害，大大降低水、电和蒸汽等能源消耗，具有极广的推广价值。

系统组成

高压水清洗系统、污油污水系统、PLC控制系统、牵引及对位系统、真空系统、鼓风烘干系统、长管呼吸系统及其他附属系统设备。

吉林石化

青岛大炼油

高压水射流清洗 第3篇

随着对乙烯及其下游衍生产品的需求量逐渐增加, 近年来乙烯装置大型化趋势明显, 生产能力逐年增加, 市场格局和原料来源也日趋多元化。

一、某石化企业80万t/年乙烯装置

项目建设内容包括80万t乙烯/年、30万t/年线性低密度聚乙烯 (LLDPE) 、30万t/年高密度聚乙烯 (HDPE) 、10/38万t/年环氧乙烷/乙二醇 (EO/EG) 、40万t/年聚丙烯 (PP) 等8套主要生产装置, 以及配套公用工程和辅助生产设施。其中80万t/年乙烯主生产装置包括裂解单元、急冷单元、压缩及前脱丙烷前加氢单元、冷分离单元、热分离单元、乙烯热泵及制冷单元、丙烯制冷单元。其主要设备构成见表1。

乙烯裂解装置中的5大关键设备:裂解炉、急冷换热器、三机 (裂解气压缩机、乙烯压缩机、丙烯压缩机) 、冷箱和乙烯球罐。

二、乙烯焦垢分布、结焦因素

1. 焦垢分布

目前, 乙烯的生产主要依靠轻烃及石油馏分的裂解获得, 在裂解过程中最严重的问题之一是炉管的结焦:烃类热裂解产生的焦沉积在管壁上, 不仅影响反应器的传热性能, 还会使管壁的温度升高、系统压力增加, 甚至堵塞管道、提高反应能耗、迫使停工清焦。裂解炉运行结垢主要以高温结焦为主, 原料中的硫化物腐蚀金属产生Fe S垢;高温蒸汽发生系统、中低压蒸汽系统中的结垢以Ca CO3、CaSi O3、Ca SO4为主;工艺水、循环冷却水、锅炉给水系统主要以氧腐蚀产物锈垢和钙镁盐垢等水垢为主。

分离精制系统的主要设备包括精馏塔、反应器和干燥器等, 这些设备的结垢主要以换热器中的物料垢、水系统中的水垢为主。

急冷换热器、高低塔再沸器结焦, 高低塔再沸器结焦需注意的几个问题: (1) 严格控制再沸器温度, 严禁超标运行; (2) 增加再沸器的气相分布板, 再沸器面积逐步增加后, 气体分布不均导致列管流通量不均, 局部容易结焦; (3) 合理控制再沸器的面积, 过多的换热面积余量会加剧结焦现象的发生; (4) 低负荷情况下再沸器也容易结焦。

2. 影响结焦的因素

(1) 原料的质量和裂解深度

结焦主要是由原料中的芳烃以及裂解气二次反应生成物产生, 原料中芳烃含量越多, 结焦速率越快。同时裂解深度提高, 结焦活性组分增加, 二次反应加剧, 结焦也加重。而烯烃裂解可发生断链、脱氢、歧化、芳构化等反应, 在高温下易缩合成芳香烃, 使焦炭生成较多。

(2) 稀释蒸汽

裂解中的一次反应, 都是气体分子数增加的反应, 从化学平衡角度看, 降低压力有利于乙烯转化率的提高。从化学动力学看, 降低压力可提高一次反应对于二次反应的相对速率, 提高乙烯的转化率, 减缓结焦。添加稀释蒸汽即是降低压力的方法之一。注入稀释蒸汽可以降低烃分压, 抑制缩聚反应, 从而能减轻结焦程度, 可以缩短停留时间, 抑制二次反应的进行, 从而降低结焦速率;而且水蒸气对Fe和Ni有氧化作用, 可以抑制催化生炭反应。

(3) 停留时间

缩短停留时间可以减少二次反应的发生, 有利于降低结焦速度。但缩短停留时间要通过提高流速或缩小炉管直径、提高炉管温度来实现, 这就提高了结焦母体的传质速度。当结焦反应速度低于传质速度时, 结焦反应过程由反应速度控制;反之, 结焦反应过程由传质速度控制。

(4) 裂解温度

烃类裂解是生成乙烯、丙烯等小分子的过程。主要是断链和脱氢反应, 均是强吸热反应, 必须在高温下进行。从化学平衡看, 提高反应温度能使化学反应达到更高的转化率;从反应动力学看, 提高温度能使一次反应相对二次反应的相对速度增加。但从热力学看, 温度提高, 反应深度增加, 二次反应加快, 结焦反应加剧。

三、高压水射流清洗技术

高压水射流技术就是将水加压到30~400MPa, 经过控制系统, 通过特制喷嘴喷出能量高度集中、速度极快的水流, 速度一般接近声速或超过声速, 这种水流称为高压水射流。

高压水射流清洗装置结构见图1。高压发生装置由电机或柴油机和高压柱塞泵组成的泵组来产生高压水。控制系统由溢流阀、安全阀、喷枪扳机、控制装置等组成。执行系统由喷枪、喷嘴、高压胶管、柔性枪等组成。辅助机构由水箱、框架 (拖车) 、走行机构及连接管路等组成。

近年来, 高压水射流清洗技术发展很快, 在石油、化工行业得到广泛应用, 且不污染环境、不腐蚀设备、不会造成任何机械损伤等优点, 还可除去某些化学清洗难溶或不能溶的特殊垢。

四、高压水射流技术在乙烯行业的应用

1. 急冷换热器 (废锅) 清洗

高压水射流技术可用于石化企业的换热器、冷凝器、反应器 (塔、釜) 、循环冷却水系统、锅炉、合成塔、工艺管道、贮罐、空压机、油系统等的清洗。以武汉80万t/年乙烯装置为例, 急冷换热器 (急冷废锅) 是乙烯裂解装置上的重要设备, 其作用是将裂解气温度从800~900℃瞬间冷却至400℃, 回收冷却过程中释放出来的这部分热蒸汽, 可提高裂解炉的热效率、降低成本。换热器结焦后换热效率下降, 难以满足正常生产的需求, 必须用高压水射流技术对其进行彻底的清洗。

2. 高压水射流清洗过程中主要参数的确定

当急冷换热器出口温度超过设计值, 或进出口压差超过设计值时, 表明有焦垢, 需进行清焦。经分析表明, 该垢样是烃类裂解气中的二氧化碳与裂解物料中的微量钙离子反应生成的方解石、铁电化学腐蚀产生的磁赤铁矿、磁铁矿和赤铁矿晶体以及烃类裂解反应的缩合产物非晶碳等在急冷换热器上缓慢结垢, 为黑色硬垢。根据垢型选择水射流压力180~230MPa。推荐机型为柴油机驱动拖车式, 驱动功率240.5kW, 最大压力280MPa, 安全清洗压力250MPa, 流量47L/min。内管道专用喷嘴的构造如图2所示。

五、结论

由于高压水射流能量密度大、易实现机械化或自动化, 因此具有很高的速度和效率。清洗一根6m长的列管只需30~120s, 平均速度为0.13m/s, 比人工清洗效率高10倍以上。清洗质量好, 对换热器本体无伤害。

高压水射流清洗 第4篇

化工设备结垢物的清洗主要有物理方法和化学方法两种。化学方法是采用化学试剂浸泡结垢物并与其发生化学反应的原理完成清洗目标, 由于化学试剂的排放存在环境污染问题, 非迫不得已情况下均采用高压水射流清洗这一物理方法, 它使用的介质为常温清水, 依靠水射流形成的打击力完成清洗任务。正是由于高压水射流在化工设备清洗领域应用广泛, 非常有必要了解其技术特性, 在此基础上合理进行设备选型, 并得以顺利应用。

2 高压水射流的基本技术特性

一束从小口径中射出的液体, 将压力能变成了速度能, 形成了凝聚的、具有相当高打击力的流束在被打击材料上做功, 这就是水射流。所谓“用水作业”就是将水射流的动能变成去除材料的机械能。为了更好地应用水射流, 了解以下几个方面的基本技术特性和计算非常必要。

水射流的主要技术参数为射流压力、流量及有效功率, 三者之间的关系如下[1]:

式中:P射流功率, W;

p射流压力, MPa;

q射流流量, L/min。

式 (1) 表明, 射流的有效功率与射流压力和流量的乘积成正比, 是做功的标志。对于某一特定作业目标而然, 压力是作业能力的指标, 即只有达到了某一压力值才能完成相应的作业目标, 这一压力值称为完成这一目标的门限压力。流量是作业效率的指标, 在达到门限压力后, 流量越大, 作业效率越高。压力和流量两个参数的作用是互补, 但不能相互替代, 即在没有达到门限压力的情况下, 通过增大流量是无法完成特定作业目标的。

喷嘴是水射流清洗应用中必不可少的一个元件。根据设定的水射流设备计算、选择喷嘴是清洗应用中的一项必要工作。喷嘴的计算公式如下【2】:

式中:d喷嘴孔出口截面直径 (简称喷嘴直径) , mm;

q射流体积流量, L/min。

µ喷嘴流量系数;

p射流压力, MPa;

对于嵌入式喷嘴而然, 一般喷嘴流量系数取为0.85。

上式是单个喷嘴的计算, 该喷嘴直径称之为当量喷嘴直径。而实际情况经常使用多个单独喷嘴。单独喷嘴直径与当量喷嘴直径的关系如下:

式中:de当量喷嘴直径, mm;

dn喷嘴孔出口截面直径 (简称单个喷嘴直径) , mm;

通过 (2) 、 (3) 两个公式即可计算出多喷嘴情况下单独喷嘴的直径, 单独喷嘴可为等直径, 也可不同。

射流反冲力也是水射流清洗应用中不可回避的一个问题, 为了操作者的安全, 预估出拟采用喷嘴和设定工作压力下的反冲力非常重要。射流反冲力如下:

式中:F射流反冲力, N;

d喷嘴出口直径, mm;

p射流压力, MPa;

从式 (4) 中不难看出, 射流反冲力对射流流量的变化要比对射流压力的变化敏感得多。

3 高压水射流设备的合理选型和典型应用

在了解了上述水射流基本技术特性的基础上便可以对水射流设备进行合理选型。应用于化工设备检修清洗的高压水射流设备通常称为高压清洗机。高压清洗机主要包括四部分[3]:高压水发生设备、控制系统、执行机构和辅助系统。高压水发生设备主要有高压泵机组和增压器两种形式, 对于化工设备清洗而然, 大多采用高压泵机组这一形式, 根据驱动机形式的不同又分为柴油机驱动的高压泵机组 (图1) 和电机驱动的高压泵机组 (图2) 。控制系统包括安全阀、调压阀、控制阀及控制柜等, 一般安装在高压泵机组上。执行机构包括手持喷枪 (图3) 、软管喷枪及各种形式的喷头 (图4~图7) , 这一部分又称之为水射流附件。辅助系统包括压力表、拖车、进给机构等。其实高压清洗机的选型主要包括两方面的工作, 一是选择合适参数的高压泵机组, 二是根据清洗目标选择合适的水射流附件。

合理选择高压泵机组既可完成给定的目标清洗, 也可避免出现“大马拉小车”的功率浪费情况。首先要明确清洗对象, 根据工程经验判断清洗作业所需的压力和流量, 并结合实际情况确定电机驱动还是柴油机驱动, 这样高压泵机组即可确定了。表1给出了压力-流量选型表, 可通过该表选型合适的高压泵机组。

针对不同的清洗对象, 高压水射流制造商们研发出了丰富的水射流附件和家族庞大的清洗喷头。固定形式的多孔喷头主要用于直径小于25mm的换热器管束清洗;依靠水射流反冲力推动的自旋转喷头常用于25~100mm较大直径管道的清洗;由气动马达或液压马达驱动的旋转喷头多用于堵塞严重情况下管束或管道的清洗;三维旋转喷头是容器类化工设备清洗最为高效的喷头。表2和表3给出了笔者通过工程经验总结出来的典型化工设备清洗的高压清洗机设备选型情况。

4 清洗作业的安全性

高压水射流的危险性和伤害性存在于设备和操作两个方面。高压清洗机在高压工况下运行时, 自泵的高压缸体至清洗喷嘴, 所有过流部件均处在高压蓄能状态, 失效情况下流体迅速膨胀而形成的冲击波必然会造成周围设备的损坏和人员伤害。水射流制造商根据相关产品标准制造, 设备本身的安全性是可以得到保证的, 但由于系统安装过程中潜在的安全隐患必需由使用者避免和排除。水射流本身的破坏力是非常巨大的, 足以造成人体任何部位的伤害, 所以保证清洗作业的安全性非常重要。笔者通过多年水射流工程应用, 总结了以下安全作业要点:

(1) 被水射流打击致伤的人不一定能观察到受伤的过程, 特别是其内部损害及穿透深度。虽然伤口可能很小甚至不会出血, 大量的水很可能已通过小孔穿透皮肤、肌肉及内部组织, 发生事故后, 应将受伤者立即送往医院告知医生受伤的原因, 并说明水射流的穿透破坏能力, 以便得到及时、正确的治疗。

(2) 操作者必须经过专业培训, 验证其具备安装、运行和维修设备的技能, 并在作业时佩戴符合作业安全规范的劳保防护用品。

(3) 喷枪 (头) 操作者所承受的反冲力不得超过其体重的1/3, 手持喷枪 (头) 的设计反冲力最大不得大于200N。

(4) 承压工况下不得紧固高压水系统任何部位的螺纹连接件, 所有软管接头都必须使用柔性扣保护。

(5) 软管与喷头总成在管道内清洗作业, 该喷头借助其向后的射流自进, 在喷头与软管之间必须设置一段足够长度的刚性管, 以防止喷头在管道内翻转伤人。

5 结论

充分了解高压水射流基本技术特性是清洗工程良好应用的必要基础。

高压水射流设备的合理选型保证了化工设备清洗应用的科学性和高效性。

通过对水射流安全作业的分析总结指导工程应用, 极大提高了作业的安全性。

摘要：换热器管束、反应釜、脱水仓等化工流程设备在高温下运行一定周期, 接触介质的壁面上会粘附厚度不等的结垢物。采用高压水射流这一物理方法清除结垢物是停车检修的一项必要工作。笔者通过对水射流技术的研究和工程应用实践总结出水射流清洗设备的应用选型及安全操作要点, 使高压水射流技术在化工设备检修过程中得以高效、安全地应用。

关键词：化工设备,清洗,高压水射流技术,高效,安全

参考文献

[1]Labus Y J.Fluid Jet Technology:Fundamentals and Application.St.Louis:WJTA, 1995

[2]薛胜雄等.高压清洗机.国家标准的解读[J].清洗世界, 2011 (07)

高压射流在大口径管道清洗中的应用 第5篇

经过多年迅速发展起来高压水射流技术应用在各行业运用已体现出独特的优越性。随着大型化、智能化以及专用化的高压水射流设备的迅速发展, 该技术也渗透到众多应用领域。

高压水射流以水为工作介质, 通过增压设备和特定形状的喷嘴产生高速射流束, 具有极高的能级密度, 合理的用于除锈, 清洗作业中。所谓高压水射流, 将自来水由高压泵进行加压, 以某种适合的压力 (数百或数千大气压力) 通过特殊的喷嘴 (孔径约1-2毫米) , 并以极高的速度 (200-500米/秒) 喷出的高能量、高集中的水流。来进行管道内壁的除锈, 以及盐、碱、垢等污物。

高压水射流主要优势:成本低、质量好、速度快、无环境污染、无金属腐蚀、应用面广。

澳大利亚巴罗岛 (Barrow Island) , 是项目设施所在地, 是一个A级的自然保护区, 要严格遵守检疫的要求和程序, 本次清洗工程一方面是业主对管道的严格要求, 另一个方面也是出于检疫方面的考虑。

2高压水射流功率的影响因素

在管道清洗过程中我们不难发现, 影响高压水射流的功率主要因素是射流流量和压力。两者一旦确定后, 可由下列公式计算高压水射流功率:

公式 (1) 中N=16.67pq (1)

N射流功率, Kw

p射流压力, Mpa

q射流流量, L/min

又有公式 (2) q=2.1d2p (2)

d喷嘴喷孔直径 (当量直径) , mm

由此可见:射流功率主要取决于喷嘴直径、压力的变化, 从公式中不难看出射流功率对喷嘴的变化要比压力敏感的多, 根据以上的分析, 提高高压水射流功率的对策不外乎两种办法, 一提高射流的超高压大功率;二是设计特殊喷嘴附件。

提高高压泵的压力是主要解决管道内壁结垢物与锈蚀问题的关键, 而结垢物与锈蚀的破坏是靠能量的形式实现的, 即单位结垢物必须接受足够能量才能破碎;高压泵的流量主要解决清洗速度快慢即生产效率高低的问题, 如果只考虑清洗机压力高低没有合理确定流量或功率, 往往在清洗工作中事倍功半, 达不到较好的效果。根据特定的管道特征我认为采用下列压力和流量配备的清洗机 (见表1) 比较合理:

在大型口径的管道清洗时, 在相同射流形式的情况下必须要求合理的流量q或压力p来提高高压水射流的功率, 经多年的清洗经验表明:在清洗对象过程中, 如果锈蚀或垢层难以清理, 此时提高高压水射流的压力至超高压 (100MPa～200MPa) ;如果锈蚀或垢层可以清洗掉, 但是此时的工作效率又太低, 就应该提高流量了, 并选用合适的喷头, 来保证低压力工况。

根据现场管道情况, 管道在运输存放过程中, 存在腐蚀情况, 管道内部出现大面积氧化物、坑蚀, 所以选择一台变速高压泵泵来进行清洗除锈工作。

该变速泵是依靠变速调节不同工况的高压水射流压力来对管道锈蚀以及垢层的清洗, 在适合的范围内实现高压大流量的以及一机多用工况, 在限制变速的情况下不用更换柱塞。实践表明, 100～120M P a的压力的水射流也能够实现对高难度的管道清洗。如超高压的喷头直径大约0.8mm。

3 高压水射流清洗系统原理

1电动机或柴油机;2高压泵;3电控箱;4安全阀;5压力表;6调节阀;7手控阀;8绞盘;9喷枪;10喷头;11喷头;12清洗对象;13线性控制阀;14手持旋转枪;15旋转喷头

此装置是利用水射流的冲击力和特殊设计的喷嘴, 再根据最佳靶距范围内对物件来完成清洗的, 消防水经过高压泵以及各种控制阀得到适合工作要求的高压水, 再经一根与推进器连接高压软管将高压水输入各种类型的管道内, 然后通过多孔喷头喷出符合工作要求的高压水来完成对管道的除锈和清洗。

由旋转喷头喷出的高压水射流形成的螺旋痕迹能够包络整个管道的内壁, 再与推进器带动装有喷头的高压软管一起做旋转的复合运动, 从而将管道内壁清洗干净。由于高压软管为细长的柔性体, 在使用特殊装置后, 可以适应各种弯曲管道 (包括U或S型管道清洗) 。

此装置工作时必须具备三个基本条件:一是提供高压源的水泵;二是产生高压射流工况的个喷嘴;三是控制高压的各种阀。

目前清洗管道的成套设计方案有以下两种:

(1) 高压泵调压阀喷枪 (用于清洗、除锈等表面预处理) ;

(2) 高压泵调压阀控制阀喷头或旋转喷头 (用于管束、管道、容器的内壁清洗)

4 管道清洗及喷头作业示意

根据业主的要求, 针对D N750管道要求使用150mpa 110l/min高压清洗机,

一般采用两维旋转喷头。旋转喷头的作用力是高压水射流形成的水力扭矩图2, 其关键技术是高压旋转密封和加速机构, 喷头旋转要求有较大的初始扭矩, 而启动后, 又希望转速减慢, 否则将影响寿命、产生严重射流雾化, 工作噪声也很大。

a喷头在管内作业b喷头侧面1接头;2喷嘴;3喷头体

旋转喷头的的基本形式是在喷杆两端对称安装一组反向喷射的喷头构成, 如果旋转喷头绕一个轴旋转称为二维旋转喷头, 旋转喷头的旋转方式有强制旋转和自动旋转, 其转速有可调节或不可调节两种, 就按动力而言, 一种是利用液压马达、气动马达或电动马达驱动;另一种是喷头周围安装6个与轴线相垂直的喷嘴, 利用喷嘴自身射流产生的反作用力而驱动的自动式旋转喷头, 现场采用的是第二种。

管道分成直管, U或S型管道, 为此设计清洗方案事对管道支架及牵引器时做了特殊设计, 即使用两节支架, 支架间用高压胶管连接, 变成蛇形方式, 有效解决了管道喷头过弯头的通过性能, 达到清洗管道的目的。

5 管道内壁清洗步骤

(1) 将喷头置入管道内, 通知操作高压泵人员开机。

(2) 开启柴油泵, 运转到设定转速, 调压到设定压力, 通知前方施工人员, 得到回复后, 关闭溢流阀, 开始加压运行。

(3) 高压水射流束所产生的反作用力在旋转喷头带动软管在管道中前进并清洗管中污物。当反作用力不足时, 软管在穿管器拉力作用下强制前移, 当喷头到达管道另一端时, 将高压软管拖回起点, 此时, 高压水射流束清扫管壁并将杂物带至管道一侧收集, 排放至回收罐。

1管道;2旋转体;3牵引器;4高压软管;5接管;6喷头;7中心定位滚动架

1清洗管道;2高压软管;3八轮支撑器;4旋转体;5旋转喷头;6牵引器

(4) 对管道氧化铁很厚的管道, 重复几次, 便可清洗干净。

第二类是大直径或弯曲管道的清洗, 这类清洗由于靶距的要求, 旋转喷头尺寸也就更大了, 由于管道的内径很大, 单独喷头的使用已经不满足此类管道的清洗, 因此在起基础上设计了一个滚动支架配套使用见图3, 此时的工作压力150MPa, 流量110L/min。

而在大直径弯曲管道中此装置同业不能实现清洗作业, 我们必须采用八轮支撑器实现, 由于喷嘴仅为径向旋转作业, 此驱动力可靠人工实现。这种装置用于管径560～940m m的管道, 可以根据要求自行调节。见图4。

6 管道清洗检验流程

在高压水清洗完毕后与交付使用之前必须进行检验流程, 下列是清洗管道的检验流程及注意事项:

(1) 检验时, 借助强力手电筒观察管线两端的管道内壁, 是否存在清洗不彻底的锈蚀和污物, 如果发现有少量的锈蚀或污物, 可借助于高压旋转喷枪处理,

(2) 高压清洗完成后, 根据业主要求必须使用大流量水冲洗管道, 水压应该满足适合压力, 即出水口的水流截面等于或几乎接近被冲洗管径截面。

(3) 按冲洗质量标准, 观察各种冲洗环路出水口的水质, 即无杂物、无沉积物你, 与入口水质相比无异样, 此过程可是用带白布的篮子接水辅助。

(4) 重复以上过程, 直到合格标准。

(5) 同是做好合格记录, 方便下一步的干燥工作。

摘要：针对澳大利亚客户对管道的特殊要求, 提出了以高压水射流技术对大管径管道除锈、清洗, 因此实施以大流量高压水射流清洗, 辅助以管道牵引器、旋转喷头、管道支架应用技术, 对直管及异型管道清洗除锈的解决应用方案

超高压水射流切割系统 第6篇

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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高压水射流清洗 第7篇

在水射流清洗中, 射流基本参数的改变会影响清洗的效率。选择的参数过小则不能彻底高效地清洗掉附着在基体表面的污垢, 选择的参数过大则会破坏掉基体结构, 对产品造成损坏。而且清洗过程中过高的参数选择对清洗所需要的成本要求也更高, 所以一直以来, 合理的清洗参数研究一直是研究的重点。射流的基本参数包括射流压力、射流流量、流速、功率及反冲力等动力学参数以及射流起始端长度、射流宽度等结构参数。

目前, 国内外学者对水射流清洗方面的研究主要集中在射流清洗原理、射流参数优化、射流喷嘴的参数优化等方面。1974年日本学者Yanaida等[1]首先用几何图形描述了水射流的特征图。捷克学者Hlavac等[2]曾推导出计算水射流在环境介质中衰减的简化模型;同时推导出了描述等价水射流结构发展的关系式, 并且推导出计算水射流横断面速度场的一组方程。Anirban等[3]在实验和数值模拟中确定了最佳的水射流清洗作业, 并在对射流压力的模拟中得出射流周围存在的气体使得射流中心压力沿轴线程线性衰减, 其最佳射流距离为5倍射流直径距离, 26倍直径外射流失去效果。薛胜雄[4]应用Fluent软件模拟的出结果指出射流周围存在着真空, 能使200 MPa的工作压力将射流速度提升到700~800 m/s, 若射流的靶距能正好处于该加速区末端可以大大提高其打击力, 并且模拟得出最佳靶距为25 mm。Kunapom[5]研究了用3种不同类型的喷嘴 (模糊射流喷嘴、扇形射流喷嘴、圆形射流喷嘴) 来冲击银合金表面, 评估其对表面特性的影响。陈玉凡[6]指出水射流对污垢的打击力是通过射流的速度以及动能来实现的, 压力为15~50 MPa内能清洗城市排污管道和工矿企业物料输送管道, 热交换器, 硫酸镁、冷凝器中的硅酸盐等则需要100~150 MPa压力才能清除。张兰芳[7]根据污垢的成分和特点, 结合高压水射流冲蚀岩石的破碎机理, 分析了两类典型污垢的破碎机理, 给出了高压水射流清洗污垢的部分技术参数。Daniel等[8]经过研究表明破碎坑的大小和形状与高压水射流的比长 (射流长度与喷嘴直径之比) 和比压 (水流冲击压力与岩石抗压强度的比值) 有关。

本文在以上学者的研究基础上, 基于回归正交组合试验对混凝土泵车水射流清洗参数进行优化。通过分析射流压力、射流直径、射流入射角度、靶距与清洗量之间的关系, 构建4个参数与清洗量之间的响应面模型。以单位时间内清洗量最大化为优化目标, 得出适用于废旧混凝土泵车水射流清洗的一组最佳参数, 并用实验验证其正确性。

1 混凝土泵车水射流清洗原理

在混凝土泵车再制造中的清洗作业中, 水射流清洗频繁应用于清洗混凝土泵车表面所沉积的水泥积垢。水射流清洗作为近几十年兴起的一门技术, 以其高效无污染受到清洗行业的青睐。所谓高压水射流清洗技术, 是将普通自来水通过加压数百乃至数千个大气压, 然后通过特殊的喷嘴 (孔径只有0.5~2.5 mm) , 以极高的速度 (300~600 m/s) 喷出的一股或多股能量高度集中的水流, 该水射流以很强的冲击动能, 连续作用在被清洗表面, 从而使垢物剥离, 达到清洗的目的。

水射流清洗装置如图1所示, 其基本机构参数分别有射流压力P、射流直径d、射流入射角度β、靶距l, 清洗量用污垢的重量表示。

1.水箱2.电动机3.泵4.喷嘴5.混凝土泵车

2 回归正交组合试验设计

采用回归正交组合试验设计方法对水射流清洗射流直径d、射流压力P、入射角度β、靶距l等4个因数进行正交设计, 四元二次回归正交设计由25个试验点组成。m0是在中心点 (0, …, 0) 处所做的实验次数, 本文取m0=1。查表的γ=1.414, 确定各试验因素的上水平值、下水平值, 各因素的零水平为变化间距。

各因素水平编码值见表1所示。根据回归正交组合设计的要求, 设计四元二次回归正交组合设计方案如表2所示。运用实验方法, 测试单位时间内清洗混凝土泵车风冷器的清洗量。

根据回归正交组合设计结构矩阵计算表, 可建立四元二次多项回归方程为

2.1 回归分析及清洗量响应面模型

根据结构矩阵和计算表中的数据, 进行回归关系的显著性检验, 相关的F分布值为:

F检验显示:总回归0.01显著, 说明射流压力P, 射流直径d, 入射角度β, 靶距l与清洗量F之间存在显著的回归关系, 其中x1、x2、x3、x4、x1x2、x1x4、x2x4均达到0.01显著, 而互作用项x1x3、x2x3、x3x4均不显著。则式 (1) 可优化为

由二次项中心公式可得

将式 (3) 带入式 (2) 可得

根据编码公式:

将式 (3) 代入式 (2) , 得射流参数对清洗效率影响的响应面模型为

2.2 水射流清洗优化模型

由射流参数对清洗效率影响的响应面模型式 (6) 可以建立混凝土泵车水射流清洗优化模型为:

运用Matlab编程求出式 (7) 的极大值, 相对应的P、d、l、β的值就是优化后的最佳值, 该点参数值使得清洗量达到最大。计算结果可得P=0.65、d=2.4、l=3.5、β=0.79, 即射流压力为65 MPa, 射流直径为2.4 mm, 靶距为350 mm, 入射角度为79°。

3 对比实验验证

优化模型求解得出的一组参数为P=65、d=2.4、l=350、β=79, 原始参数为P=50、d=2.0、l=22.0、β=90。经过现场清洗实验, 获得了优化模型与原始模型下的混凝土泵车风冷器上清洗量数据。

3.1 实验步骤

1) 选取二块重量为15 kg、尺寸为400 mm×250 mm×10 mm混凝土泵车上的风冷器, 编号为A和B, 用湿的混凝土对其表面分别进行均匀涂刷, 涂刷厚度为 (3±1) mm, 称其重量, 晾干待用。

2) 设定好而种不同参数, 靶距以及入射角度确定后将喷头固定, 采用50 mm/s的速度从上至下冲洗。风冷器A表面用优化前参数冲洗, 风冷器B表面用优化后参数冲洗。相同时间 (500 s) 后清洗结束晾干称其重量。具体清洗过程。

3.2 结果分析

清洗500 s后风冷器A、B表面如图2所示。

由图2可知两种参数条件下水射流清洗均能有效地去除附着在混凝土泵车风冷器上面的水泥污垢, 然而B组实验的清洗更为干净, 效率更高。对A、B二组实验进行定量分析,

由表3可以得出A组实验被去除的污垢重量为3.45 kg, B组实验被去除的污垢重量为4.23 kg。混凝土的密度为2.4×103kg/m3。混凝土厚度统一为3×10-3mm。可以计算A组实验的去除风冷器表面混凝土污垢面积为0.479 2 m2, B组实验的去除风冷器表面混凝土污垢面积为0.587 5 m2。优化后清洗的效率提高18%。

4 结论

本文采用四元二次回归正交组合试验设计, 分析射流压力、射流直径、射流入射角度、靶距作为影响混凝土泵再制造清洗量的四个因素, 构建了混凝土泵车再制造清洗量响应面模型, 以此为基础, 建立了混凝土泵再制造水射流清洗优化模型, 运用MATLAB软件进行了优化, 得到了以清洗量最大化为目标的混凝土泵车再制造水射流参数优化结果。最后, 采用对比实验验证, 优化后清洗效率提高18%。

摘要：研究了混凝土泵车再制造水射流参数与清洗效率之间的变化规律。采用正交试验的方法, 选取了射流压力、射流直径、射流入射角度、靶距作为设计参数, 每个因素取5个水平, 设计出25种实验方案。采用数值模拟的方法对所设计的方案进行正交试验, 得到25种设计方案的清洗量值, 通过回归分析得出了清洗量与4个参数之间的响应面模型。进而建立了混凝土泵车水射流清洗优化模型, 并优化设计了射流压力、射流直径、射流入射角度、靶距等参数。最后, 通过对比实验验证了所得结果的正确性。

关键词：混凝土泵车,再制造,正交试验,水射流清洗

参考文献

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[7]张兰芳, 费建国.高压水射流清洗污垢时的机理及参数[J].化学清洗, 1997, 10 (3) :6-9.

高压水射流清洗 第8篇

1 歧管式高压水射流水下洗网机结构与原理

歧管式高压水射流水下洗网机是利用导流式的歧管实现旋转式清洗网衣的一种水力设备 (图1) 。把高压水管的出水口接于高压密封螺帽9的中心通孔, 打开出水口阀门, 高压水流经高压导管轴3轴向及径向端内部的水流通道, 到达歧管2, 高压水流经前档板1上的高压喷嘴10斜向喷出 (结合图1中歧管2顶端的斜向结构可得) , 依靠高压水流喷射时作用于前档板1上的反作用力, 前档板1开始旋转, 并使得前档板1的多个喷嘴10喷射出高压水流, 冲洗网衣, 由于所喷射的水流为旋转式水流, 所以对网衣的清洗面积更大。另外, 在前档板1的外圈上设置的螺旋桨, 也会随前档板1一起转动, 安装在螺旋桨11上的叶片在旋转时会产生水流推力, 使得洗网机在清洗过程中一直会紧贴网衣, 增强了对网衣上的附着物清洗的效果。

2 射流旋转打击力水力学计算与分析

在对系统进行水力学计算时, 作了以下假设:海水为理想流体;海水密度为常量 (ρ=1.03 g/cm3) ;流动是恒定无旋的;质量力是有势力, 存在力势函数;沿流线积分;水泵在额定功率下工作。

2.1 旋转的射流角速度与分析

工程应用中的连续水射流关心的是其主要基本参数, 即产生射流的流体静压力 (简称流体压力) 、射流流量、流速、功率、反冲力等动力学参数[9]。对连续射流, 设定洗网机的作业深度为8 m, 高压水管长度为20 m, 孔径20 mm, 以-8 m水深处为基准面。

1.前挡板 2.歧管 3.高压导管轴 4.后盖5.轴套 6, 7.推力轴承 8.螺母9.高压密封螺帽 10.喷嘴 11.螺旋桨

在旋转喷头进行清洗工作时, 如果射流与网衣附着物接触时间短, 会使附着物尚未破坏而射流就滑离打击点的现象出现, 大大降低清洗效率, 即旋转转速必须优选, 不是越快越好。其旋转速度方程为[10]

undefined1-expundefined (1)

M=αf16AsphRa (2)

式中: t∞;ω喷嘴旋转角速度, r/s;t时间, s;R旋转半径, 即水射流出口到旋转轴的距离, mm;Ra螺旋浆旋转半径, 即螺旋浆中线到旋转轴的距离, mm; α偏转角, 即水射流轴心线与旋转轴的夹角;J旋转部分转动惯量, kgm2;M阻力扭矩;As叶片的径向面积;ph螺旋浆处的压力;考虑到O型圈、轴承等与旋转轴之间摩擦产生, αf=1.05。求得M=10 525.78 Nmm2。

当 t∞时, 旋转角速度趋于稳定值, 即

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由于undefined, 即

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式中:n喷嘴孔数;d喷嘴直径, mm;q1射流流量, L/s;p射流压力, MPa。

分析图2可得 (喷嘴孔径为2.6 mm和射流压力p=5.5 MPa的4孔喷头) , 旋转速度随偏转角几乎成线性的增大, 并且偏转角大于45°时, 旋转的射流打击力增大的速度逐渐减缓。

2.2 旋转的射流打击力与分析

在喷嘴出口断面内外两点间应用动量定理[12]有

FΔt=mv2-mv1 (4)

由连续方程及作用力与作用反力可得射流方向的打击力[11]为:

F=ρqtvt (5)

当高压水射流以入射角 β喷射到被清洗物时, 其打击力

F=ρqtvtcosβ (6)

为了维持喷头的匀速旋转, 射流的绝对速度vabs的方向一定平行旋转轴心, 才会不产生旋转扭矩, 则 vabs=ΩRcotα, 而射流打击力的理论值

F=ρqtvabscosβ

=1.52nd2pcosβcosα (7)

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其定义域为

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式 (7) 对 α、p、R和d分别求一阶偏导数, 得

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此方程组在 Φ内无解, 这表明F在Φ内无最大值。

由于M/ (60R) 远远小于1.52 nd2p, 则射流打击力F随偏转角 α增大而递减, 且递减幅度与d的平方成正比, 说明增大孔径将迅速增大偏转角α对射流打击力F的减弱作用。射流打击力F随压力p增大而增大, 且递增速度与d的平方成正比, 表明增大孔径将迅速增大压力p对射流打击力F的增强作用。射流打击力F随旋转半径R增大而增大, 但是旋转半径R的增强作用迅速减弱。另一方面, 增大旋转半径R将带来洗网机结构尺寸变大, 不利于洗网机的便捷式操作, 同时增加制造成本。因此, 旋转半径R对射流打击力F的增强作用不作考虑。射流打击力F随喷嘴孔径d增大而增大, 然而任意增大喷嘴孔径d将导致压力损失, 进而减小射流打击力F;另一方面, 喷嘴孔径超过系统的额定压力和流量确定的喷嘴孔径数值, 增大喷嘴孔径只会减小射流压力, 相应减小射流打击力。因此, 必须合理选择喷嘴孔径d, 此处选择喷嘴孔径d=2.6 mm。

从图3分析可得, 射流打击力随偏转角几乎成线性的减小, 并且偏转角大于45°时, 旋转的射流打击力减小的速度加快。

根据非旋转的射流最大打击力经验公式[9]

Fmax=120 (p/100) 1.15de1.75 (10)

计算得多喷嘴的洗网机非旋转的射流打击力为

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依据设计的歧管式高压水射流洗网装置的模型尺寸 (喷嘴孔径为d=2.6 mm, 射流压力p=5.5 MPa) 作出图4、5。

由图4分析比较可得, 非旋转的射流打击力随射流压力几乎成线性的增大, 并且旋转的射流打击力与射流压力变化趋势与非旋转的基本一致。然而在射流压力一样的条件下, 旋转的射流打击力远远大于非旋转的射流打击力, 当射流压力p=5.5 MPa时, 可得旋转的射流打击力是非旋转的射流最大打击力的2.09倍, 对网衣附着物的打击破坏效果比非旋转的射流要好, 并且随着射流压力的增大, 旋转的射流打击力增大的速度快于非旋转的射流打击力, 所以采用旋转喷头, 可以减少水射流能量的损失, 提高清洗的效果。

分析比较图5可得, 非旋转的射流打击力随喷嘴孔径几乎成抛物线性的增大, 旋转的射流打击力与射流压力变化趋势与非旋转的基本上相似。但是在喷嘴孔径相同的条件下, 旋转的射流打击力远远超过非旋转的射流打击力, 当喷嘴孔径为2.6 mm时, 也可计算出旋转的射流打击力是非旋转的射流最大打击力的2.09倍, 对附着物的击落效果明显优于非旋转的射流打击力的, 并且随着喷嘴孔径的增大, 旋转的射流打击力增大的速度快于非旋转的射流打击力并且表现出增大效果好于射流压力的增大效果 (图5) 。因此, 采用旋转喷头并选取合适的喷嘴孔径, 可以减少水射流能量的损失, 大大提高网衣附着物的击落效果。

3 海上网箱清洗试验

试验在广东湛江特呈岛深水网箱养殖基地进行。网箱框架材料为高密度聚乙烯 (HDPE) , 主浮框架周长 (内圈中心线) 为40 m, 直径约6.4 m, 管材直径为250 mm, 网衣材料为尼龙, 网具主尺度 (直径) 为16 m, 网高8 m, 网目尺寸为40 mm, 网线规格为210 D/75股。网箱中的养殖品种是鞍带石斑鱼, 养殖网箱下海20个月。用三缸活塞泵作为工作泵, 高压胶管长20 m。依据上述计算, 设定工作泵的额定压力为8 MPa, 流量100 L/min, 转速1 470 r/min。

网衣经过歧管式高压水射流水下洗网机清洗后, 网衣上的附着物被洗网机喷嘴射出的水流击落, 网衣清洗效果良好, 这说明洗网机旋转的射流打击力足够击落附着物。

4 讨论

(1) 歧管式高压水射流水下洗网机旋转的射流打击力F随偏转角α增大而递减, 但随射流压力p、旋转半径R和喷嘴孔径d增大而增大, 合理选择喷嘴孔径d对射流打击力F的增强作用明显, 而增大旋转半径R对射流打击力F的增强作用不好。

(2) 非旋转的射流打击力和旋转的射流打击力随射流压力和喷嘴孔径的增大而增大, 但是旋转的射流打击力增大的速度快于非旋转的射流打击力, 因而采用旋转喷头, 可以减少水射流能量的损失, 提高清洗的效率。

(3) 水下洗网机的海上清洗试验表明, 在合理的压力和流量条件下, 歧管式高压水射流水下洗网装置的旋转的射流打击力足够击落网衣附着物, 并且清洗网衣的效果好。

摘要：依据水力学公式计算出歧管式高压水射流水下洗网机旋转的射流角速度和射流打击力。分析结果表明:旋转的射流打击力随偏转角增大而递减, 但随射流压力、旋转半径和喷嘴孔径增大而增大;合理选择喷嘴孔径对旋转的射流打击力的增强作用明显, 而增大旋转半径对射流打击力的增强作用较弱;旋转的射流打击力比非旋转的射流打击力更有利于提高清洗网衣的效率。海上清洗试验表明, 在合理的压力和流量条件下, 旋转的射流打击力清洗网衣的效果良好。

关键词：水射流,洗网机,旋转,射流打击力,网衣

参考文献

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