超高壓水射流自動(dòng)爬壁除銹機(jī)理與成套設(shè)備技術(shù).pdf

1、船舶除銹乃至大型罐槽除銹至今仍是工程難題,鋼質(zhì)材料在海水中腐蝕、在空氣中氧化,這種氧化層稱之為銹,金屬表面涂裝前必須除去銹層,標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)叫做表面預(yù)處理。筆者承擔(dān)了“超高壓水射流自動(dòng)爬壁除銹成套設(shè)備”科技部科研院所基金,編號(hào)為NCSTE-2-1-JK2X-132,本課題的目標(biāo)是:利用200-250 MPa超高壓旋轉(zhuǎn)水射流自動(dòng)爬壁除銹作業(yè),除銹質(zhì)量達(dá)到Sa2.5級(jí)“白金”,且除銹不返銹、銹渣回收,除銹速度50m2/h。這一成套技術(shù)主要包括以下

2、三部分:250MPa、160kW超高壓泵機(jī)組、自動(dòng)爬壁機(jī)器人系統(tǒng)和真空吸附與排渣系統(tǒng)。這是一項(xiàng)二十一世紀(jì)初發(fā)達(dá)國(guó)家的高新應(yīng)用技術(shù),以取代傳統(tǒng)的人工錘擊除銹和干氣噴砂除銹,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,避免環(huán)境污染,減少作業(yè)成本,確保除銹質(zhì)量。因此,大面積鋼質(zhì)金屬表面預(yù)處理的應(yīng)用市場(chǎng)潛力巨大,是一項(xiàng)典型的高技術(shù)附加值的應(yīng)用成套技術(shù)。
　　本文從以下八個(gè)方面予以闡述并得出結(jié)論:1.概述本課題的市場(chǎng)背景、技術(shù)目標(biāo)、理論研究和技術(shù)路線,得出結(jié)論:超高壓水

3、射流除銹的技術(shù)參數(shù)為:壓力200-250MPa、流量30L/min,本課題實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。2.討論各種形式的水射流除銹方法利弊,綜述國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn),得出結(jié)論:超高壓水射流自動(dòng)爬壁除銹成套技術(shù)是當(dāng)今世界上除銹技術(shù)的先進(jìn)生產(chǎn)力,提出這一技術(shù)研究的內(nèi)容及思路。3.研討水射流除銹相關(guān)系列的理論,從水射流的內(nèi)在與外在特征入手,揭示水射流微觀破壞機(jī)理:射流打擊力和最佳靶距是射流破壞的直觀參數(shù)。4.超高壓水射流除銹的工況是:在單束圓柱射流的基礎(chǔ)上,使用

4、相同的幾束射流旋轉(zhuǎn),形成霧化流場(chǎng);同時(shí)因超高壓水射流的溫升，真空抽吸能力作用,流場(chǎng)產(chǎn)生溫升與汽化,本文提出這一湍流條件下多相流的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值模擬。結(jié)論:數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是吻合的:比較而言,k-ω模型的穩(wěn)定性和收斂性都更適合應(yīng)用。5.以數(shù)學(xué)手段建立超高壓水射流對(duì)除銹層的破壞機(jī)理模型,經(jīng)數(shù)值分析得出結(jié)論:除銹機(jī)理是因水射流的法向打擊力產(chǎn)生的彎矩應(yīng)力和因噴嘴安裝角度、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形成的切向力產(chǎn)生的剪應(yīng)力復(fù)合作用,銹層內(nèi)部主要為拉伸破壞。經(jīng)驗(yàn)?zāi)?/p>

5、型揭示了除銹能力與水射流參數(shù)之間的關(guān)系。6.詳細(xì)論述成套設(shè)備技術(shù),從超高壓泵、爬壁機(jī)器人、真空系統(tǒng)和整體設(shè)計(jì)四方面論述成套設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　本課題的運(yùn)行可靠性在于超高壓往復(fù)動(dòng)密封、旋轉(zhuǎn)動(dòng)密封和進(jìn)出水閥組設(shè)計(jì)等,筆者單獨(dú)剖析這三部分理論設(shè)計(jì),系統(tǒng)解讀設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn);7.應(yīng)用技術(shù)必須經(jīng)過試驗(yàn)的檢驗(yàn),筆者以實(shí)用目標(biāo)建立試驗(yàn)條件,從微觀與宏觀分析試驗(yàn)情況,從壓力、流量、靶距、速度與質(zhì)量的統(tǒng)一諸方面研討試驗(yàn)的過程、影響因素,從而

6、得出水射流除銹的優(yōu)化參數(shù)和質(zhì)量與速度統(tǒng)一的判據(jù),提出提高除銹效率的方法;8.結(jié)合本課題綜述理論研究、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)研究結(jié)論,對(duì)本項(xiàng)成果技術(shù)商品化和推廣應(yīng)用提出問題及其措施。同時(shí)就超高壓可壓縮液體端湍流理論的進(jìn)一步研究提出新的研究方向與思路。
　　本文研究的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為:1.提出超高壓水射流自動(dòng)爬壁除銹成套設(shè)備整體設(shè)計(jì)、參數(shù)匹配和施工設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人爬壁作業(yè),用水除銹不返銹的目標(biāo);2.對(duì)于受限空間的多孔超高壓沖擊射流的復(fù)雜流場(chǎng)進(jìn)行