超高压水射流设备的关键技术

文章编号: 1005 0329(2009)04 0033 05

技术综述

超高压水射流设备的关键技术

薛胜雄1,齐永健2

(1.合肥通用机械研究院,安徽合肥 230088;2.天津通洁高压泵制造有限公司,天津 300385)

摘 要: 超高压、大功率、自动化和成套性这四大特点已经成为超高压水射流技术应用的先进标志,笔者围绕这四点研发产品,取得了以下定量成果:主泵机组最高工作压力275M Pa,最大配带柴油机功率为400k W;对柴油机组动力采用PLC全自动控制、对电动机组采用变频器自动控制;针对不同的泵机组匹配功能各异的周边设备。上述功能的组合,构成了具备当今国际先进水平的高压水射流成套设备。本文综合介绍这一系列产品的关键技术及其技术成果,为将我国此类产品水平提高到一个崭新阶段提供技术参考。

关键词: 超高压;水射流;技术应用

中图分类号: TB75 文献标识码: A

K ey Technology of the U ltra H igh P ressureW ater Jet Equi p m ent

XU E Sheng x i ong1,Q I Y ong jian2

(1.H efe iG ene ra lM ach i nery R esea rch Instit ut,H e fei230088,China;

2.T i anji n T ong jie H i gh Pressure P u mp M anufacturing L t d.,T i anji n300385,China)

Abstrac t: Four m a i n fea t ures,U ltra h i gh press ure,h i gh powe r automa ti on and assemb l y,have been the advancde m ark o f ultra h i gh pressure wa ter j e t technique qpplica tion.T he tex t conc l udes t he fo llo w i ng ach i eve m ents about the four ma i n f ea t ures:the m ax i m u m w ork i ng pressure of h i gh pressure pu mp unit is275M P a,t he m ax i m u m pow er o f t he diese l is400k W;PLC f u ll autom atic contro l is used for the diese l un it,and the transducer control i s used fo r the mo tor un it;the anc ill a ry equip m ent w ith different f unc ti ons are equipped.A ssemb li ng above facto rs can for m t he i nterna ti ona l advanced high pressure w ater j e t equ i p m ent.T he text ex p l a i ns the unique techn i que ach ievem ents o f these equ i p m ents,and prepares the techn i que conc l usi on o f h i gh pressure w ater jet e qu i p m ent deve l op m ent.

K ey word s: u ltra h i gh pressure;w ater jet;technique appli cation

1 前言

在每年的国际性高压水射流技术会议上,超高压、大功率、自动化和成套性已成为专家论文和企业产品的共性特点,这是因为水射流技术的应用已经转向到高难度、高效率的工程应用,它面对的不再是一般的工业清洗,而是坚硬异常、壁厚达到100mm的氧化铝业管道结疤、超大面积的船舶除锈、大型桥梁、公路的混凝土破碎工程、铁路货车复杂表面除锈生产流水线等等[1],应对这些工程,以超高压实现功能,以大流量实现效率,期待着水射流技术的量变引发质变。与此同时,这种变化带来的不但是高投入、高效率,而且带来了安全性与执行机构的问题:大功率机组必须要具备较高的自动化控制水平,因水射流反冲力必须由专门的执行机构强制其运动;同时,由于被作业工件的复杂形状又往往要求执行机构的自动化控制,即执行机构向机器人转变。也就是说:这四大特点综合在一套设备上就引发了完全不同意义的先进技术水平,由此,将水射流设备的技术水平提

收稿日期: 2009-01-12修稿日期: 2009-02-10

高到一个崭新阶段。同时,水射流技术的应用也推进到了工程机械的层面。本文根据笔者近几年研发超高压水射流设备的实践,从超高压水射流设备的技术参数与型谱、超高压泵液力端、自动化控制、执行机构等方面综合介绍其关键技术及其技术成果。

2 技术参数与型谱

水射流做功的能力取决于其有效功率,可表示为[2]:

P e p q v(1)式中 P e 有效功率,k W

p 射流压力,M Pa

q v 体积流量,L/m in

射流打击力:

F=1

4

d2p(2)式中 F 射流打击力,N

d 喷嘴直径,mm

由此可见,做功的能力(无论是p e还是F)总是与压力、流量成正比,即压力和流量的乘积是水射流做功的标志。压力和流量两个参数的作用是互补的,但又不能替代,不能偏废。也就是说,对于某一特定作业目标,必须要有一定的射流压力,在此基础上,流量越大作业效率显然越高。

然而,射流功率的增加将会极大地增加机组成本,射流压力的大幅度提高又会极大地降低机组的运行可靠性。即提高压力,是保证水射流作业的能力;提高流量,是保证水射流作业的效率,然而,提高机组功率,势必造成泵造价的大幅度提高,对泵的运行可靠性要求也随之提高。

表1 超高压泵机组基本参数

序号

型号压力

(M Pa)

流量

(L/m i n)

功率

(k W)

1900型14030120,道依茨2900型707090,电动33D3Q-S型10080170,斯太尔4250T J3型25050298,康明斯5200T J3型27530204,斯太尔65D1-S型(五柱塞泵)130140375,康明斯73D S-2型2013560,道依茨8200T J3型14060160,电动9K2500-S型7535

图1 高压清洗机型谱

为了应对高难度工业清洗、表面预处理、破岩、深度铝孔和下水道清洗等市场需求,笔者开发了9种高压泵机组,由于大功率机组的应用机动性特点,它们多为柴油机驱动。表1为这9种泵机组技术参数。表1中的3、4、5、6、8项为超高压应用的典型产品,它们大多填补了国内高压泵产品空白,在高压清洗机型谱上占据着新的位置(如图1所示)。

由图1可以看到,序号5填补了标准空白,序号4和6填补了国内现有产品空白,序号8与3为国内现有产品高端,序号9也超高了标准型谱。5种泵的型谱范围基本上超出了现有产品范围。

3 超高压泵液力端

高压泵是水射流技术得以实现的基础,占整套机组投资比例的绝大部分,必须引起重视;而液力端又是高压泵的心脏,尤其对超高压泵而言,液力端可以说是重中之重。开发这类产品,实质上就是研究液力端。

液力端的技术关键主要有以下几个方面:

(1)结构与参数设计;

(2)材料及其工艺;

(3)相关设计,如与动力端和各类阀的连接、进出口系统设计等。

液力端的参数设计是与动力端密切相关的,即由泵的往复次数n、行程s决定的柱塞平均速度U m。