高压水射流清洗机射流打击力的研究分析

1、高压水射流清洗机射流打击力的研究分析避清洗世界CleaningWorld第24卷第12期2008年12月文章编号:16718909(2008)12002604高压水射流清洗机射流打击力的研究分析刘庭成'范晓红,(1.北京科技大学高压水射流研究所,北京100083;2.北京北科威斯迈技术发展有限公司,北京100083)摘要:水射流打击力是影响高压水射流清洗机清洗效果的重要因素之一,在一定程度上决定了高压水射流清洗机的清洗质量.本文主要从理论上对高压水射流清洗机的射流打击力进行了分析.关键词:高压水射流;打击力;清洗机中图分类号:TP69文献标识码:ATheforceanalysisofh

2、ighpressurewaterjetcleaningmachinetheoryL/UTingcheng.FANXiaohong,(1.UniversityofScienceandTechnologyBeijinghighpressurewaterjetinstitute,Beijing100083,China;2.BeijingBeikeWeSmileTechnologyDevelopmentCo.,Ltd.,Beijing100083,China)Abstract:Waterjetforceisoneimportantinfluencesofhighpressurewaterjetclea

3、ningmachinecleaningeffect.Itdecidesthecleaningqualityofhighpressurewaterjetcleaningmachinetosomeextent.Thispa-permainlyanalysisthewaterjetforceofhighpressurewaterjetcleaningmachineintheory.Keywords:highpressurewaterjet;force;cleaningmachine高压水射流清洗技术是一项新型清洗技术,具有清洗成本低,速度快,清净率高,不损坏被清洗物,无污染等诸多优点.在美国,13本

4、,德国等发达国家,水射流清洗已占工业清洗的80%左右,在许多清洗方法中,可谓一支独秀.20世纪7O年代末80年代初高压水射流清洗技术在我国开始研究应用,20世纪9O年代中期在交通,铁路,机械,煤炭,石油,冶金,建筑,化工,市政工程,民用,水利及轻工业等领域得到了迅速普及.高压水射流清洗机是高压水射流清洗技术应用中必不可少的关键设备,而清洗机所能产生的水射流打击力是影响清洗机清洗效果的重要因素之一,所以对水射流打击力的分析研究显得十分重要.1压力和流量对水射流打击力的影响水射流作用于物体表面,其原有的速度和方向收稿日期:20080812作者简介:刘庭成(1949一),男,教授,主要从事高压水射流

5、研究与教学工作.第24卷刘庭成等.高压水射流清洗机射流打击力的研究分析均发生改变,即其动量发生改变(图1).水射流打击力物体图1水射流打击力示意而这种动量的改变是由于水射流与物体间的相互作用引起的,根据动量定理,经整理后可得到理论最大水射流打击力:F=0.745qpsinq(1)式中:F理论最大水射流打击力,N;q水射流体积流量,L/min;p水射流压力,MPa;水射流清洗角度.式(1)得出的是水射流作用于物体表面的理论最大水射流打击力,从式中我们可以看出,压力和流量是影响水射流打击力的重要因素.表1列出了在不同的压力下,不同流量时产生的水射流打击力和清洗机工作时所需的功率值,并对相关数据进行

6、了分析.表1不同的压力和流量对应的水射流打击力(N)和所需功率(kW)从表1我们可以看出,为了使高压水射流清洗机在消耗低功率的情况下具有良好的清洗效果,必须对高压水射流清洗机的压力和流量进行有效合理地匹配.2同功率不同压力时水射流打击力的比较我国高压水射流清洗工程采用的压力范围多在70MPa左右,所以我们选取70MPa的压力来进行分析研究.'表2是在同样功率的条件下,70MPa和150MPa两种压力时,相匹配流量的理论最大水射流打击力以及对水射流打击力的比较.表2同功率150MPa和70MPa压力相匹配流量的水射流打击力比较从表2可以看出,在同样功率条件下,70MPa压力相匹配流量的理

7、论最大水射流打击力比150MPa压力相匹配流量的理论最大水射流打击力高46%47%.?28?清洗世界第12期3同打击力,不同压力相匹配的流量和功率在相同的水射流打击力(70MPa压力和70L/min流量产生的理论最大水射流打击力436N)情况下,不同压力相匹配的流量,工作功率以及匹配的电机功率,如表3和图2所示.表3同打击力,不同压力相匹配的流量,工作功率以及匹配的电机功率He-g强图2同打击力,不同压力相匹配的流量和功率从表3和图2可以看出,在相同的水射流打击力(436N)情况下,不同的射流压力匹配着不同的射流流量,而且随着射流压力的提高,在相匹配的流量条件下工作功率也随着增加.也就是说,高

8、压水射流清洗机在具有同样的水射流打击力的条件下,系统的工作压力越高,工作时所需的功率也越高.4流量70L/min时,压力的增加对水射流打击力的影响图3所示是流量为70L/min时,压力在5O150MPa之问,每增加10MPa水射流打击力的增加率.从图3可以看出,流量为70L/min时,压力在50150MPa之间每增加10MPa水射流打击力都会增加,但是水射流打击力的增加率由5060MPa之间的9.5%降为140150MPa之间的3.4%誉l08姜耋4囊2萋.力/MPa图3流量70L/rain时,压力每增加10MPa时水射流打击力的增加5压力70MPa时,流量的增加对水射流打击力的影响图4所示是

9、压力为70MPa时,流量在10901./min之间,每增加10L/min,水射流打击力的增加率.从图4可以看出,压力为70MPa时,流量在1O90L/min之问每增加10L/min,水射流打击力都会增加,但是水射流打击力的增加率由1020L/min之间的50%降为8090L/min之问的11.6%.流量/(L?min)图4压力70MPa时,流量每增加10L/min水射流打击力的增加通过对表1,图3和图4的分析我们可以看出,在工作压力大于等于垢物破坏的门限压力值时,应如如如如0,廿ff蛊佰苌*第24卷刘庭成等.高压水射流清洗机射流打击力的研究分析?29?优化匹配水射流流量和压力,使得清洗机以最小

10、的能耗获得最大的水射流打击力增加.6高压胶管的选择对打击力的影响高压水射流清洗机工作压力越高,一方面对相匹配的高压胶管的耐压要求就越高,进而增加高压胶管的成本;另一方面高压胶管需要缠绕的钢丝圈数就越多,高压胶管内径也就越细,高压水经过高压胶管后的阻力损失就越大,高压胶管出口处的压力就会减小,详见表4.表4不同直径和长度的高压胶管沿程压力损失,出1:2压力和水射流打击力注:压力:70MPa;流量:70L/rain;水射流打击力:436N.从表4我们可以看出,当高压胶管长50m时,高压胶管内径由13mm减小到10mm流体的沿程压力损失由4.3%增加到17.1%;水射流打击力的减小由2%增加N2o%

11、;高压胶管内径由10mm减小到8mm流体的沿程压力损失由17.1%增加到42.1%,水射流打击力的减小由20%增加到24%;高压胶管内径由13mm直接减小到8mm流体的沿程压力损失由4.3%增加到42.1%,水射流打击力的减小由2%增加到24%,可见高压胶管内径的改变对沿程阻力损失和水射流打击力的影响是非常大的.7结论从前面对高压水射流清洗机射流打击力的分析我们可以得到以下几点结论.(1)影响高压水射流清洗机射流打击力的因素很多,压力和流量的提高都会使水射流打击力提高,但不是压力越高水射流打击力提高的幅度就越大,如流量为70L/min时,压力在50150MPa之间每增加10MPa水射流打击力提高的幅度可达3.4%9.5%;而压力为70MPa时,流量在l090L/min之间每增加10L/min水射流打击力提高的幅度可达11%5O%.(2)高压水射流清洗机在相同水射流打击力条件下,系统工作压力越高,工作时所需的功率也越高.(3)高压水射流清洗机工作压力越高,对相匹配的高压胶管的耐压要求就越高,清洗机成本也越高.(4)高压胶管内径的改变对沿程阻力损失和水射流打击力的影响非常大,在高压胶