高壓水射流清洗系統的設計及其試驗研究

摘要：高壓水射流技術這一高新技術在近幾年得到了良好的發展。我國在不斷發展工業技術的同時，采用環保性良好的高壓水射流技術，能夠實現對工業市場的大面積占有，主要具有清洗以及切割等功能。本文設計了高壓水射流清洗系統，并對其性能進行了試驗。

關鍵詞：高壓水射流清洗系統;設計;試驗研究

一、高壓水生成系統組成及工作原理

（一）系統設計

本文設計了一款高壓水射流清洗系統，并對其效果進行了試驗，首先根據洗滌效果的材料收集與分析，國內、外相關設備的材料收集與分析，分析企業進行洗滌劑用量、洗滌溫度、洗滌時間等因素對洗滌效果的生產數據，以啤酒生產釀造、發酵、酵母擴培、灌裝機等自動化生產設備為對象，研究其原位清洗系統的優缺點，現場觀察洗滌殘留物回收利用的可行性、循環熱水回收利用的可行性。根據相關數據與分析確定CIP系統工藝設計與管線設計、清洗程序設計。利用 現代電氣控制實訓室、自動生產線實訓室、和過程控制技術實訓室相應的模塊，對研究成果進行模型構建，從而進行模擬驗證，對工藝設計與管線設計、清洗程序設計進行優化。

（二）系統的組成及主要部件功能

核心零部件主要如下：

（1）高壓泵：普通水經過加壓后會成為高壓水，執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）電機或柴油機：能夠作為高壓泵驅動系統，為高壓清洗系統提供了運轉動力。

（3）電控箱：其中包含了PLC控制系統和觸摸屏，具有啟停整個系統的功能，并且能夠對系統工作狀態進行監控，觸摸屏具有參數顯示功能[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，閥芯通常屬于關閉狀態。安全閥只有在高壓泵超過預定壓力值時才會打開。

（6）溢流調壓閥：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，通過對龐統溢流的控制，能夠使高壓清洗系統具有穩定的工作壓力。在開啟了溢流調壓閥之后，越高的升程會溢出越多的水，也會減少噴嘴處的流量。水經過溢出后由循環作用回到水箱，起到了保護水資源的作用。

（7）腳踏控制閥：起作用相當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中的噴槍是最常見的執行器，高壓水從高壓泵中經過高壓軟管進入到噴槍高壓水入口。相關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，在對工作壓力進行調節時，能夠顯示系統壓力值。壓力表通常具有超出所需壓力50%的最大量程[2]。

（三）系統的工作原理

高壓水生成系統主要由兩部分組成，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，保證其工作不出現異常。其主要具有如圖1所示的工作原理。

在調節高壓泵流量期間，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到水循環的目標，實現對水資源的節約;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，最后再次進入水箱，完成水循環。

低壓水經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，水經過離心泵的加壓達到特定值后，才能夠進入高壓泵，如此能夠使高壓泵內具有均衡流量的水。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，想要避免堵塞孔口，就需要做好對水的過濾。低壓水經過水箱、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、樣機性能驗證試驗

（一）流量驗證試驗

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

在試驗期間，需要分三次采集3分鐘的水，表1顯示了具體實驗數據和實驗結果。

結合設計要求可知，機器實際流量與理論流量的比值為100：85，根據表中數據得知，三次測試都獲得了比85%更大的結果，可見符合樣機流量。

（二）壓力驗證試驗

清洗機所具有的壓力值主要取決于系統流量，同時，在對清洗機壓力進行測試時，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期間都沒有出現漏水問題，那么機器最大能夠達到280MPa的額定壓力，并且機器在最高壓力下，能夠保持30分鐘穩定運行，波動幅度并不大。所以，清洗機具有標準的壓力參數。

（三）清洗效果試驗研究

各行各業都可以應用清洗機，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表面所需的壓力范圍，如果壓力比材質最大能夠承受的壓力更大，就會損傷材料。本節采用壓力清洗了鋁合金和鋼這兩種材質，最終獲取到了良好的清洗效果[4]。

結束語：

高壓水射流技術的介質就是水，電動機或柴油機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驅動，進而使高壓旋轉水射流具有多束、多角度以及不同的強度。能夠在設備表面和內部進行清潔和結垢清除，并且能夠高壓清洗堵塞物。

參考文獻：

[1]劉俊，秦臻.高壓水射流清洗作業中噴嘴的設計原理和選型依據[J].管道技術與設備，2007，000（005）：43-44.

[2]邢雪陽，趙健，郭公浦，等.自旋式高壓旋轉射流清洗油管裝置的設計與研究[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.自旋式高壓旋轉射流清洗油管裝置的設計與研究[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，大學本科，安徽國防科技職業學院，高級實驗師，主要研究方向：智能控制。

項目：安徽省優秀青年人才支持計劃項目，環保節能原位清洗系統及其控制研究，gxyq2018242。