高压水射流清洗参数实验研究

发布时间：2019-10-29 14:01

【摘要】：研发了一种高压水射流实验台,测试了不同靶距和入射角对射流打击力的影响。结果表明,射流打击力随靶距的增加呈先增后减,160 mm为最佳靶距,打击力最大,具有较好的污垢清洗效率。由于非淹没射流结构特性,靶距过大和过小都不处于有效射流段,使打击力减小,从而达不到去污目的。同时,通过对最佳靶距及最大打击力进行理论验证,表明该实验台测试数据合理可靠。通过调节喷嘴安装角度来改变入射角,得出小的入射角可以获得较大的射流打击力,角度为0°时,即为垂直打靶,打击力最大。该实验台不仅为今后高压水射流现场清洗工作提供理论与实验支撑,还可以确定不同直径喷嘴在各种直径管道下高压水清洗时的清洗参数,以及适用于高压水射流破岩等其他方向的参数研究。
【图文】：

结构图,非淹没,水射流,结构图

员诿娴淖饔昧Ρ匦氪锏揭欢ǖ牧俳缰?［13］才能满足垢层的去除要求，从而达到清洗目的。水射流打击力可分解为水平和垂直分量。其中，水平分量对靶面污垢起切削作用，即为剪切力，决定着前行速度的快慢;垂直分量则为冲击力，对污垢起渗透、破碎作用，若垂直分量低于临界值，射流则只掠过垢层表面而不能起到清洗。射流打击力在不同入射角的分解下得到的冲击力不同，因此，为提高清洗效率，不仅需要较大的射流打击力，还需要该力下能够获得较大的冲击力。1．3靶距清洗作业所需要的水射流通常为非淹没射流，其结构如图1所示［14］。水射流喷嘴对流体的约束可以使得水射流速度迅速增加，如进口压力55MPa时，射流速度就能增加至超音速;而当射流进入空气之后，由于紊流引起了射流功率损失，使得紊流区射流速度随着射流距离的增加而降低，最终导致没有足够的能量有效清洗靶件。因此，高压水射流清洗主要运用核心段水流清洗污垢。由此表明:从射流结构特性而言，实验中在进行高压水射流清洗时应当考虑靶距的影响。1－原始段，2－基本段，3－发散段图1非淹没水射流结构图同时，就理论研究发现而言，射流作用于物体表面的实际打击力不仅取决于射流基本参数，同时也与喷嘴与物体间的距离有关，称之为靶距。连续高压水射流冲击被清洗物体过程中，由于喷嘴出口处射流较紧密，冲击后沿物体表面流出，打击力大小有限;当靶距增大时，射流扩散，冲击物体后引起大量液体反溅，会增大对物体的打击力;但随着靶距的继续增大，射流速度将会降低，打击力也就随之减校因此，研究射流打击力与靶距的变化关系，对于研究射流性能参数尤为重要。通常把射流对物体表面的打击力最大时的靶距称为最佳靶距lopt，了解最佳靶距与射流基本参数间的关系

实验台,实物,靶距

刂粕淞餮沽?整个实验台以工字梁为底座，并设有2个平行导轨，导轨上安装着带有喷头的滑块，该滑块与滚珠丝杆配合，通过丝杠的转动达到调节靶距(喷头到靶板的距离);靶板所在的工作台安装在装置右侧，通过蜗轮蜗杆转动原理使工作台转动，继而使靶板转动一定角度来反映射流角度，角度的大小由其上黏贴的量角器读取，且靶板起始位置与量角器90°刻线垂直;同时在靶板上装有测力传感器，用于测量水射流打靶压力。在实验过程中需要注意:①喷头必须被夹紧以防止其窜动而造成测力误差;②喷头到传感器的有效距离最大为300mm。图2实验台实物图整个实验装置的工作情况即可简述为，泵通过软管将高压水送到喷头处，初始时，喷头保持水平布置，通过滚珠丝杆的转动来实现不同靶距下的水射流测量;调整靶板工作台的角度，研究不同入射角和靶距对水射流的影响。2．2实验参数的确定由上述实验原理可知，在实验过程中，靶距、泵压力、喷嘴安装角度(入射角)、喷嘴直径等是确定射流打击力与射流清洗参数关系的重要数据，其中喷嘴安装角度由靶板的转动角度来表示，角度为0°时，喷嘴垂直打靶。因此确定如下实验参数进行射流清洗参数实验测试:靶距(直尺)，mm;射流压力(压力阀)，MPa;射流打击力(压力传感器)，N;安装角度(量角器);喷嘴直径(直尺)，mm。2．3实验台测试的主要步骤及数据(1)实验开始阶段，压力显示器上数值调为零。(2)开始实验，打开喷头阀门，，泵上的压力阀显示为4MPa，喷头处的压力阀的数值为3MPa，过程中存在压力损失。(3)调试不同靶距，距离范围在100～200mm，间隔10mm。(4)因为压力传感器接触面积较小，所以调整角度设为0°～30°，间隔为10°。(5)记录不同靶距和不同安装角下的压力传感器的数据，结果见图3，其中Α(x)表示靶
【作者单位】：北京石油化工学院机械工程学院;北京化工大学机电工程学院;
【基金】：北京自然科学基金项目(3132010)
【分类号】：TB490

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