高壓水射流清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)研究

摘要：高壓水射流技術(shù)這一高新技術(shù)在近幾年得到了良好的發(fā)展。我國在不斷發(fā)展工業(yè)技術(shù)的同時，采用環(huán)保性良好的高壓水射流技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對工業(yè)市場的大面積占有，主要具有清洗以及切割等功能。本文設(shè)計(jì)了高壓水射流清洗系統(tǒng)，并對其性能進(jìn)行了試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高壓水射流清洗系統(tǒng);設(shè)計(jì);試驗(yàn)研究

一、高壓水生成系統(tǒng)組成及工作原理

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一款高壓水射流清洗系統(tǒng)，并對其效果進(jìn)行了試驗(yàn)，首先根據(jù)洗滌效果的材料收集與分析，國內(nèi)、外相關(guān)設(shè)備的材料收集與分析，分析企業(yè)進(jìn)行洗滌劑用量、洗滌溫度、洗滌時間等因素對洗滌效果的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以啤酒生產(chǎn)釀造、發(fā)酵、酵母擴(kuò)培、灌裝機(jī)等自動化生產(chǎn)設(shè)備為對象，研究其原位清洗系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)場觀察洗滌殘留物回收利用的可行性、循環(huán)熱水回收利用的可行性。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)與分析確定CIP系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與管線設(shè)計(jì)、清洗程序設(shè)計(jì)。利用 現(xiàn)代電氣控制實(shí)訓(xùn)室、自動生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室、和過程控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室相應(yīng)的模塊，對研究成果進(jìn)行模型構(gòu)建，從而進(jìn)行模擬驗(yàn)證，對工藝設(shè)計(jì)與管線設(shè)計(jì)、清洗程序設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

（二）系統(tǒng)的組成及主要部件功能

核心零部件主要如下：

（1）高壓泵：普通水經(jīng)過加壓后會成為高壓水，執(zhí)行器中的高壓水噴出后成為高壓水柱。柱塞式泵是最常見的高壓泵，能夠在特定的泵速下輸出相同的流量。

（2）電機(jī)或柴油機(jī)：能夠作為高壓泵驅(qū)動系統(tǒng)，為高壓清洗系統(tǒng)提供了運(yùn)轉(zhuǎn)動力。

（3）電控箱：其中包含了PLC控制系統(tǒng)和觸摸屏，具有啟停整個系統(tǒng)的功能，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，觸摸屏具有參數(shù)顯示功能[1]。

（4）離心泵：高壓泵缺乏良好的抽吸能力，通常需要借助離心泵來加壓低壓水，并向高壓泵輸送，以此來穩(wěn)定高壓泵的流量。

（5）安全閥：需要在高壓泵某個排出口安裝安全閥，通常來說，在彈簧的作用下，閥芯通常屬于關(guān)閉狀態(tài)。安全閥只有在高壓泵超過預(yù)定壓力值時才會打開。

（6）溢流調(diào)壓閥：也叫作卸荷閥，其安裝位置在另一個高壓泵排出口，從水量方面，通過對龐統(tǒng)溢流的控制，能夠使高壓清洗系統(tǒng)具有穩(wěn)定的工作壓力。在開啟了溢流調(diào)壓閥之后，越高的升程會溢出越多的水，也會減少噴嘴處的流量。水經(jīng)過溢出后由循環(huán)作用回到水箱，起到了保護(hù)水資源的作用。

（7）腳踏控制閥：起作用相當(dāng)于溢流噴槍中所采用的手控閥，操作者能夠用腳來開啟和停止噴頭處水流。

（8）高壓水射流清洗系統(tǒng)中的噴槍是最常見的執(zhí)行器，高壓水從高壓泵中經(jīng)過高壓軟管進(jìn)入到噴槍高壓水入口。相關(guān)人員只需操作噴槍就能夠清洗物體，完成清洗工作。

（9）壓力表：通常來說，壓力表會被安裝到過濾器和高壓泵處，以此來顯示不同的壓力值。特別是高壓泵壓力最為重要，在對工作壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)時，能夠顯示系統(tǒng)壓力值。壓力表通常具有超出所需壓力50%的最大量程[2]。

（三）系統(tǒng)的工作原理

高壓水生成系統(tǒng)主要由兩部分組成，分別為水路和氣路。前者主要用于加壓低壓水，作為高壓泵的卸荷水和冷卻水這兩種回路;安裝在高壓泵上的卸荷閥主要由氣路提供壓力，保證其工作不出現(xiàn)異常。其主要具有如圖1所示的工作原理。

在調(diào)節(jié)高壓泵流量期間，高壓泵卸荷水回路能夠向回水箱直接輸送卸荷掉的水，通過這一回路能夠達(dá)到水循環(huán)的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對水資源的節(jié)約;在冷卻回路中，精濾成小分支的水會流向高壓泵泵頭，保證高壓泵工作時的溫度，最后再次進(jìn)入水箱，完成水循環(huán)。

低壓水經(jīng)過水路會成為高壓水。高壓泵通常為柱塞式，但是柱塞式泵并缺乏良好的抽吸能力，因此，水經(jīng)過離心泵的加壓達(dá)到特定值后，才能夠進(jìn)入高壓泵，如此能夠使高壓泵內(nèi)具有均衡流量的水。高壓水由小口徑噴頭噴出，而噴頭并沒有過大的孔徑，大多在0.3-2.5mm范圍內(nèi)，想要避免堵塞孔口，就需要做好對水的過濾。低壓水經(jīng)過水箱、離心泵以及過濾器等，會成為高壓水。通常來說，壓力表需要安裝在過濾器和高壓泵部位，用于觀察工作時的回路壓力和高壓泵壓力[3]。

二、樣機(jī)性能驗(yàn)證試驗(yàn)

（一）流量驗(yàn)證試驗(yàn)

本次在驗(yàn)證流量時主要借助了稱重法，也就是先采集清洗機(jī)在特定時間內(nèi)噴出的水，然后稱量采集水的總重，最終按照實(shí)際流量值進(jìn)行換算。

在試驗(yàn)期間，需要分三次采集3分鐘的水，表1顯示了具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

結(jié)合設(shè)計(jì)要求可知，機(jī)器實(shí)際流量與理論流量的比值為100：85，根據(jù)表中數(shù)據(jù)得知，三次測試都獲得了比85%更大的結(jié)果，可見符合樣機(jī)流量。

（二）壓力驗(yàn)證試驗(yàn)

清洗機(jī)所具有的壓力值主要取決于系統(tǒng)流量，同時，在對清洗機(jī)壓力進(jìn)行測試時，還需要做好對成套噴槍、噴嘴的配合使用，所以，決定清洗機(jī)壓力的另一個重要因素就是噴嘴孔徑。如果高壓管所有接頭在試驗(yàn)期間都沒有出現(xiàn)漏水問題，那么機(jī)器最大能夠達(dá)到280MPa的額定壓力，并且機(jī)器在最高壓力下，能夠保持30分鐘穩(wěn)定運(yùn)行，波動幅度并不大。所以，清洗機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)的壓力參數(shù)。

（三）清洗效果試驗(yàn)研究

各行各業(yè)都可以應(yīng)用清洗機(jī)，由于清洗材料并不相同，因此，材料具有不同的硬度，所以，在各類材質(zhì)表面清洗其污垢時，需要采用不同的壓力值，表2 展示了清洗不同材質(zhì)表面所需的壓力范圍，如果壓力比材質(zhì)最大能夠承受的壓力更大，就會損傷材料。本節(jié)采用壓力清洗了鋁合金和鋼這兩種材質(zhì)，最終獲取到了良好的清洗效果[4]。

結(jié)束語：

高壓水射流技術(shù)的介質(zhì)就是水，電動機(jī)或柴油機(jī)為大流量高壓泵提供了動力支持。寶石噴嘴用于噴出加壓后的水。油壓或氣壓能夠作為噴嘴旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，進(jìn)而使高壓旋轉(zhuǎn)水射流具有多束、多角度以及不同的強(qiáng)度。能夠在設(shè)備表面和內(nèi)部進(jìn)行清潔和結(jié)垢清除，并且能夠高壓清洗堵塞物。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉俊，秦臻.高壓水射流清洗作業(yè)中噴嘴的設(shè)計(jì)原理和選型依據(jù)[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2007，000（005）：43-44.

[2]邢雪陽，趙健，郭公浦，等.自旋式高壓旋轉(zhuǎn)射流清洗油管裝置的設(shè)計(jì)與研究[J].清洗世界，2016，32（001）：17-21.

[3]王啟博，寧大勇，侯交義，等.超高壓水射流盤式清洗裝置工作效率試驗(yàn)研究[J].液壓與氣動，2019，331（03）：22-28.

[4]邢雪陽，趙健，郭公浦，等.自旋式高壓旋轉(zhuǎn)射流清洗油管裝置的設(shè)計(jì)與研究[J].清洗世界，2016，32（1）：17-21.

作者簡介：王麗（1983.10--）女，漢族，安徽宿州人，碩士，大學(xué)本科，安徽國防科技職業(yè)學(xué)院，高級實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：智能控制。

項(xiàng)目：安徽省優(yōu)秀青年人才支持計(jì)劃項(xiàng)目，環(huán)保節(jié)能原位清洗系統(tǒng)及其控制研究，gxyq2018242。