面向再制造的水射流清洗试验研究.doc

面向再制造的水射流清洗试验研究
摘要:机械制造行业面临环境污染和资源消耗两大问题,各类机械产品在不断的进入报废的高峰期。以此为背景催生了再制造产业。再制造清洗是再制造过程中的一个重要环节,再制造清洗影响了再后续工作的方法与步骤。高压水射流清洗因其清洗无污染,效率高,成本低及清洗范围广等优点而受到重视。对于高压水射流清洗参数的研究具有实际意义。
关键词:高压水射流再制造清洗损伤
一、高压水射流清洗
高压水射流清洗是利用高压泵将水加至一定的压力,。按照压力大小,可以划分为四个等级:~20Mpa为低压;20~70Mpa为中压;140~400Mpa为高压;大于400Mpa为超高压。高压水经过喷嘴,压力能转化为动能,水流会以相当高的速度喷射出,喷射出的高压水射流具有很高的冲击动能[1]。其连续作用于被清洗对象表面,使清洗对象上的污迹,锈蚀,结垢等完全剥离而达到清洗的效果。
高压水射流清洗的特点:高压水射流清洗以水或者添加部分磨料的水为介质,高速流动的水在清洗过程中同时具备了溶解作用和冲击作用。因此与传统的人工清洗、化学清洗和机械清洗相比,具有不可替代的优点:
,对环境无污染。
,以水为介质,只需对于清洗设备的日常维护即可。
c..清洗设备可以实现机械化和自动化控制。
高压水射流清洗具备以上诸多优点,有统计表明,高压水射流清洗在发达国家的清洗市场份额高于80%[2]。。目前管道清洗普遍用于各类石油管道,容器清洗广泛应用于各种铁路罐车洗罐站台,专业器材清洗例如船舶清洗、火炮内壁清洗、机场跑道清洗等[3]。
二、射流理论及射流装置
1、射流理论
射流是指不同的流体经过各种形式的孔口或者喷嘴以一定的速度和压力进入同一种或者另一种流体的流动。高压水射流冲洗研究的为紊动冲击射流,是指自由射流对于固体壁面的冲击流动。
紊动冲击射流按照其流动特性,可以分为三个明显不同的区域,分别是:自由射流区(Ⅰ)、冲击区(Ⅱ)和壁面射流区(Ⅲ)。自由射流区(Ⅰ)距离清洗对象有一定距离,清洗对象不受这一区域影响,因此自由射流区与自由射流具有相同的特性;冲击区(Ⅱ)射流经过与壁面的撞击,方向明显改变,压力与速度变化明显,清洗对象在此区域受到冲击压力和剪切力最大;壁面射流区(Ⅲ)与壁面接触面积最大,其反射角度随着入射角度有所改变。
实际计算时,要考虑不同流体的流态,在此研究的紊动冲击射流属于湍流流动,在计算时需要附加湍流方程。对于湍流发展非常充分的湍流流动,射流理论给出标模型,它是基于湍流动能和扩散率的一个半经验公式。
湍流动能方程方程:
(2-1)
湍流耗散率方程―方程是一个由经验公式导出的方程:
(2-2)
标准模型给出的方程组是非线性二阶偏微分方程组,在大多数工程问题中无法得到精确解析解[4]。因此,为了得到工程问题上的有用解,我们可以用在标准模型上面发展而来的雷诺平均N-S方程(RANS)方法。
2、高压水射流清洗装置
一般高压清洗机成套设备通常有以下四个部分组成:高压泵,控制系统,执行系统和辅助系统。
目前,高压水射流清洗在再制造中的应用,需要有专业化的成套高压水射流清洗设备。试验研究所的高压射流清洗机压力的选择为30MPa,