高压水射流技术

以清洗油污为例，油污用不加清洗剂的低压水难以清洗， 一是由于油污与基体之间有粘接力；二是油和水之间存在 着表面张力。清洗剂的润 湿、渗透作用，降低了粘接力； 分散作用使油污中的碳粉、灰尘、金属细粉末形成 的结 垢分散成许多微粒；清洗剂泡沫作用，能把裹着油垢脱离 物体浮到水表面被射 流冲掉。而热力又加速了上述过程， 十分容易清洗干净。这是物理清洗与化学清洗 联手的典型清洗技术。 高压水射流清洗机的组成 高压发生装置：由电机和高压水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、电控装置等一 起组成。 执行系统：由喷枪、喷头等组成。 辅助机构： 由水箱、高压软管、框架、走行机构及连接管路等组成。 主要组成部分的作用
射流打击力 水射流打击物体表面的打击力主要体现在射流的压强上， 如果压强大于垢物的抗压强度，则垢物即被破坏。 最佳靶距 水射流对物体表面的作用力不仅与射流密度、速度有关， 而且还与水射流离 该表面的距离有关，这是由于水射流的速度、结构随着其 喷射距离发生变 化，因 此水射流冲击物体的作用力也随喷嘴至物体表面 的距离（靶距）不断变化，根据 实验结果，达到最大打击力的最佳靶距在100倍喷嘴直径 左右。 打击力 E=(mv2)/2 100倍 靶距 压力分级
高压水射流技术逐渐形成了以下 几类专业产品：数控超高压睡切 割机、系列高压清洗机（线）、 超高压大功率水射流成套设备、 清洗类的微小型（含热水）清洗 机等，除此之外，，高压水射流 技术辅助设备及应用也发展的很 快，如钻采工具、推进工具、挖 （吸）泥工具等。

超高压大功率成套设备室近年在我国发展起来的，它之 所以区别高压清洗机系列产品，一时参数特别，一般在 150-250MPa、200kW以上甚至是520kW机组功率，这是 一套投资很大的设备；二是用途特别，如机场跑道除胶、 钢质表面除锈工程、氧化铝管道化清除结疤工程等，作 业难度大、强度大、要求也高，因而成套技术性就很强； 三是主机大都是来自欧美原产地，因市场刚开始启动、 技术含量高、投资成本大，国内制造商还不能生产这种 大泵机组，但国内进行工程的总体设计、装备的成套组 装已成为现实，也正因如此，，以主机进口，国内成套 已成为当今我国行业技术提升的一个有效途径，它不仅 可以极大地降低依赖进口的成本，而且很多特别的专用 要求是国外也未有经验的，需要我们自己去研究、去尝 试。
对于重油垢、干涸的油脂垢、沥青垢的清洗； 北方地区冬天设备、管道的解 冻，应选用蒸 气清洗机。因为145℃的高温蒸气足以将重油 垢、干涸的油脂 垢、沥青垢彻底融化，大大 提高其流动性，降低附着力，然后依靠 24kg/cm2 的高压将其自基体表面冲刷下来。 ƒ 对于极难清洗的热交换器散热管内的坚 硬水垢、锅炉内的水垢，应选用压力 为 700kg/cm2的大型高压清洗机。 ƒ 对于一些体积较小、结构复杂、数量繁 多的零部件的油污、油垢的清洗，应 选用零 件清洗机。
加热装置一般采用燃油加热和电加热两种形式，高 压水流过盘管时被加热到 所需的温度。 根据被清洗对象结垢性质来选择，一般灰尘或较软的污垢 选用小型冷水型， 油污油垢要选用热水和蒸汽型，坚硬的锅炉垢、水垢要选 用大型高压清洗机，具体如下： „ 对于地面、车辆外表面等油污、油垢不多的地方的 泥垢、灰垢清洗，选用小型冷 水清洗机。 „ 对于设备零部件上的油污、油垢的清洗及一些工程 机械的油污的清洗，应选用热 水清洗机。因为85℃的热 水可将油污、油垢软化，降低其与基体表面的粘结力，然 后靠高压水射流即可将油污、油垢自基体表面剥离，不用 添加清洗剂即可获得 佳极的清洗效果。
设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流 清洗机清洗效果的参数分析 ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系 ƒ 泵输出流量：与射流打击力有较大影响 ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对 射流打击力有间接影响 ƒ 高压管长度：对压力降有直接影响，对 射流打击力有间接影响 ƒ 喷嘴的直径：对射流打击力有很大影响 ，存在最佳喷嘴直径 ƒ 射流的靶距：对射流打击力有很大影响 ，存在最佳靶距
高压水射流清洗工作压力选择十分重要，既要考虑在除掉 附着物同时不损伤基 体表面，还要考虑清洗压力对射流特性的影响，因此驱动 压力等级是设计任何水射 流工艺系统的主要参数，下面 的水射流压力等级是世界水射流界普遍认可的划分方 法。 低压 0.5-20 Mpa 中压 20-70 MPa 高压 70-140 MPa 超高压 140 MPa以上 机械力、热力、化学力 水射流的冲击力为机械力，热力可以用加热高压水的方法 得到。机械力、热力 与化学力的综合作用即水基清洗。清洗剂以其润湿、渗透 、乳化、分散泡沫作用 而具有极强的清洗作用。
高压水射流清洗技术的基本概念 水射流的结构 高压水射流在喷嘴出口处有一个锥形等速流核心区，其中 射流轴向动压力 及密度基本保持不变，为水射流的初始段。射流继续发展 的部分为基本段，其 轴心速度与轴心动压有规律地衰减 。最后在消散段水射流与环境介质完全混合 变成水滴与 空气的混合物或雾化。射流各段在工程应用中具有不同的 功能，起 始段适宜于材料切割，基本段适用于清洗、除 锈等，消散部分主要用于降温除 尘、大面积地冲刷。 速度核 初始段 基本段 消散段
高压水射流反作用力计算 F:水射流反作用力，N q:工作流量，l/min p:工作压力，MPa 清洗设备的热值输入 柴油的低位发热值：42000千焦耳/千克 柴油的低位发热值：10000千卡/千克 1千克0-100度水吸收的热量：418千焦耳 1千克0-100度蒸汽吸收的热量：2678千焦耳 1千克水的汽化潜热：2260千焦耳 柴油油耗1千克相当于电功率10-11千瓦 清洗设备的功率计算

高压水射流是近几十年来得以迅速发展的一项 新技术，作为清洗、切割、破碎工具，水射流 具有其独特的优越性。近年来，随着大型化、 智能化、专用化的高压水射流装备的迅速发展， 该技术已渗透到众多应用领域：从一般机械零 件、建筑物的清洗到以管道、管束、容器为主 的工业清洗，从机场跑道除胶到船舶除 锈， 从金属、非金属板材切割到曲面仿形切割，从 水力采煤到开采岩石，从喷射注浆到破碎路面， 从无刀手术到水幕电影、降尘、喷泉……，林 林总总。
设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流 清洗机清洗效果的参数分析 ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系 ƒ 泵输出流量：与射流打击力有ห้องสมุดไป่ตู้大影响 ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对 射流打击力有间接影响 ƒ 高压管长度：对压力降有直接影响，对 射流打击力有间接影响 ƒ 喷嘴的直径：对射流打击力有很大影响 ，存在最佳喷嘴直径 ƒ 射流的靶距：对射流打击力有很大影响 ，存在最佳靶距
n:喷嘴效率，1.05-1.1 Nozzle#= q ×4000p Nozzle: 喷嘴号数 p:压力，psi q:流量， gal/min 喷嘴号数与喷嘴直径的关系 高压胶管与压力损失的关系 Δ p=59. 7 q 2 压力损失（MPa/m）, q:流量（l/min） D5 R0 . 25E d: 胶管内径（mm）, Re:雷诺数 10 15 20 25 30 35 40 6 0.065734 0.133644 0.221103 0.326728 0.449525 0.588722 0.743697 8 0.008044 0.027845 0.0672 0.133094 0.232622 0.372971 0.561404 10 7.06E-05 0.00062 0.002897 0.009578 0.025448 0.058135 0.118916
压力：Mpa流量:L/min 泵输出功率=压力*流量/60（kW） 配套电机功率=压力*流量/50 （kW ） 配套发动机功率=压力*流量/39 （ kW） 配套发电机功率=3倍电机功率（kW

随着中国和世界的高压水射流技术发展的20年，见证 了中国喷射设备各行各业由高压产品到超高压产品、由小 功率机组到大功率机组、由通用成套设备到专用成套设备、 由机电控制到智能化控制的发展过程，可以肯定的说：这 20年中国高压水射流技术产业的发展令美欧等发达国家瞩 目，中国代表团几乎每年都出现在专业的国际性技术会议 席位上，中国的产品标准实实在在的填补了国际空白，美 欧的主要制造商均在中国设立机构抢滩中国市场，中国的 制造商产业群已经形成，这一独特的一水射流技术为核心 的多学科制造与研究行业已经向泵、阀等传统产品行业那 样得到了社会与市场的认可，水射流技术已远远突破了泵 与喷嘴的概念。随着市场主导创意，创意主导发展，中国 企业已经越来越会利用制造业全球化的理念发展高新技术， 形成有自主知识产权的综合技术实力。