高壓清洗機(jī)之提高清洗管道效率的方法 在使用管道過程中，由于被輸送物質(zhì)的物理化學(xué)作用，會(huì)在管道內(nèi)壁產(chǎn)生高溫聚合物、水垢、結(jié)焦、沉積物等，使生產(chǎn)能耗物耗增加、土藝流程中斷、設(shè)備不能正常使用，甚至發(fā)生惡性事故。所以定期清理管道就成為生產(chǎn)中的必要土序。 目前，企業(yè)主要使用的清洗方法有:人力清洗、機(jī)械清洗、化學(xué)清洗、高壓水射流清洗。其中高壓水射流清洗由于清洗效率高、適用范圍廣、無污染等諸多優(yōu)點(diǎn)而逐漸成為管道清洗的主要手段。研究人員已經(jīng)建立了高壓水清洗的理論基礎(chǔ)，總結(jié)出主要參數(shù)的計(jì)算公式。但是，這些研究都基于射流對(duì)象為無限大平面，在管道清洗過程中，受清洗對(duì)象呈環(huán)形分布和曲率影響，使其和一般的平面清洗有很大的不同，而且隨著管道直徑的減小，這種特殊性越來越明顯，給清洗壓力、流量、靶距等主要參數(shù)選擇帶來了一定的困難。針對(duì)小直徑管道清洗過程中，進(jìn)行了提高清洗效率的討論。
2高壓水射流清洗 高壓水射流清洗是指以水為土作介質(zhì)，經(jīng)高壓泵加壓產(chǎn)生高壓力抵流速水流，經(jīng)噴嘴轉(zhuǎn)化為低壓力、高流速的水射流后，在沖蝕、剝層、水楔等作用下，使污垢從基體表面脫離的過程屬于物理清洗的范疇。
2．1水射流結(jié)構(gòu) 清洗小直徑管道時(shí)，高壓水射流通常為非淹沒連續(xù)水射流。在噴嘴出口處有一個(gè)錐形等速流核心區(qū)，射流軸向動(dòng)壓力、流速及密度基本保持不變，稱為水射流的初始段。射流繼續(xù)發(fā)展的部分稱為基本段，其軸心速度與軸心動(dòng)壓有規(guī)律的衰減，而在垂直于軸心的截面上，軸向速度與動(dòng)壓呈高斯曲線關(guān)系，該段內(nèi)射流仍保持完整，具有緊密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)*后，非淹沒射流與環(huán)境介質(zhì)完全混合成水滴與空氣的混合物或霧化。根據(jù)水射流各段的特點(diǎn)，適用于清洗的是基本段。表面射流基本結(jié)構(gòu)的參數(shù)包括射流起始段長(zhǎng)度和射流擴(kuò)展直徑。蘇聯(lián)學(xué)者根據(jù)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)當(dāng)射流壓力較高時(shí)射流的長(zhǎng)度和雷諾數(shù)無關(guān)i
2．2水射流清洗破壞形式 水射流的清洗機(jī)理是是十分復(fù)雜的，當(dāng)高壓水射流打擊到管道內(nèi)壁的污垢時(shí)，不僅有正向的沖擊作用，而且有切向的沖蝕作用。射流由于擴(kuò)散射向管道內(nèi)壁而轉(zhuǎn)化為切向流，這種高速切向流挾帶著被剝離下來的垢層物質(zhì)一起沖刷新露出的結(jié)垢表面，增強(qiáng)了清洗效果。所以，清洗過程具有沖擊作用、壓力作用、空化作用、脈沖負(fù)荷疲勞作用、水楔作用、磨削作用等，對(duì)污垢產(chǎn)生沖蝕、滲透、剪切、壓縮、剝離、破碎等作用，并引起裂紋擴(kuò)散和水楔等。它們不可能同時(shí)起作用，根據(jù)污垢的組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、分布狀況及射流工況，其中的一項(xiàng)或幾項(xiàng)起主要作用。對(duì)質(zhì)地硬脆的污垢，如常見的換熱器、蒸發(fā)器等內(nèi)壁附著的水垢，其抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度，因此，在清洗中起主要作用的破壞形式是拉應(yīng)力破壞。當(dāng)射流壓力足以克服垢層顆粒之間的附著力時(shí)，垢層之間產(chǎn)生裂紋，并在后續(xù)射流的作用下，迅速擴(kuò)散、延伸、交匯，使污垢成片從管道內(nèi)壁剝離下來，達(dá)到清洗的目的。對(duì)軟勃性的污垢，如瀝青、潤(rùn)滑油等，主要利用射流力剪切力作用，除去垢層。
2．3清洗效率 膠管的沿程損失、噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)能耗等，是影響射流清洗效率的主要方面。但作為小直徑管道清洗，高壓射流在管道內(nèi)的利用率是不容忽視的。高壓水經(jīng)噴嘴噴出，當(dāng)高壓水進(jìn)行平面清洗工作時(shí)，射流完全作用在清洗對(duì)象上，所以射流的利用率是100%。但清洗管道時(shí)，大多數(shù)管道沒有完全堵塞，故清洗的重點(diǎn)在管壁。射流由于擴(kuò)散，僅是與內(nèi)壁互相接觸部分有清洗作用，而大量射流在管道內(nèi)沿軸向運(yùn)動(dòng)，清洗作用不明顯，*終在消失段成為沒有能量的水滴，沿管道流出。對(duì)單噴嘴清洗系統(tǒng)而言，在射流擴(kuò)散時(shí)，當(dāng)擴(kuò)散直徑>管道直徑時(shí)，進(jìn)入有效清洗段;當(dāng)射流基本段結(jié)束時(shí)，對(duì)管道內(nèi)壁不產(chǎn)生徑向壓力和軸向剝離，也就起不到清洗的作用所以，高壓水清洗管道內(nèi)壁時(shí)，有效清洗長(zhǎng)度為兩點(diǎn)之間的部分�？梢�，此時(shí)大量的高壓射流消耗，所以，在進(jìn)行管道清洗時(shí)，應(yīng)在噴頭圓周上，均布多個(gè)噴嘴聯(lián)合作業(yè)。
3提高高壓水射流清洗效率 高壓水射流的清洗參數(shù)包括壓力和流量的選擇、橫移速度、靶距和射流沖擊角等，合理選擇這些參數(shù)以及優(yōu)化它們的組合是提高水射流清洗效率、降低能耗的重要手段之一。
3．1壓力和流量 由流體力學(xué)知識(shí)可知，提高射流的壓力和流量都可以提高射流功率，當(dāng)二者確定后，可以通過下列關(guān)系式計(jì)算射流公式表明:壓力和流量雖然和功率都成正比關(guān)系，但是二者在清洗過程中對(duì)垢物的打擊效果有很大區(qū)別。壓力的大小以能將垢物從基體上剝離為準(zhǔn)，當(dāng)壓力足夠時(shí)，如果想提高清洗速度，就必須提高射流流量。表1中給出了管道清洗時(shí)對(duì)不同工況的壓力和流量選擇的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3．2靶距與打擊力 對(duì)進(jìn)行分析可知，可以通過增大射流起始段長(zhǎng)度延長(zhǎng)射流清洗范圍(即B點(diǎn)后移增大射流擴(kuò)散直徑尺使有效清洗起點(diǎn)提前(即A點(diǎn)前移)，增加有效清洗段長(zhǎng)度，提高清洗效率。同時(shí)，靠近前端的高壓水碰到管道內(nèi)壁后，由于折射產(chǎn)生水墊，很大程度地緩沖了后端射流的清洗作用，所以，在有效清洗段內(nèi)存在一個(gè)*佳清洗點(diǎn)。為了使清洗時(shí)打擊力*大，應(yīng)該使*佳清洗點(diǎn)和射流的*佳靶距重合，射流的*佳靶距和射流打擊力通過經(jīng)驗(yàn)關(guān)系在實(shí)際工況下，由于受到空氣阻力影響，打擊力大約相當(dāng)于0.85倍。射流壓力大，噴嘴直徑小時(shí)，取較大值;反之，取較小值。
3．3噴頭與噴嘴 可以確定在*佳靶距處，射流擴(kuò)展直徑與射流壓力和噴嘴直徑的關(guān)系。但通過初步運(yùn)算，在正常工作參數(shù)下，射流的擴(kuò)展直徑無法保證能夠清洗到管道內(nèi)壁，所以，一般情況下應(yīng)采用多噴嘴聯(lián)合作業(yè)。此時(shí)，通過可以計(jì)算出每個(gè)噴嘴的工作范圍，進(jìn)而確定出噴嘴個(gè)數(shù)。為了提高清洗效果，也可以使用旋轉(zhuǎn)噴頭。對(duì)小直徑管道，由于工作空間限制了噴頭的外形尺寸，所以一般為二維自旋轉(zhuǎn)噴頭。清洗時(shí)，噴頭與高壓軟管相連，噴頭靠自身后噴射流產(chǎn)生的反推力前進(jìn)，靠射流產(chǎn)生的反向力矩驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)套旋轉(zhuǎn)。這類噴頭除了必要的后噴孔以外，還會(huì)有前噴孔或者徑向噴射孔。后噴孔主要用來產(chǎn)生推進(jìn)力和排污，徑向孔主要用來清洗，旋輪體前噴孔主要用來清堵。
3．4沖擊角與清洗速度 通過討論可知，在其他條件相同時(shí)，不同的沖擊角使水射流的清洗效果不同。同時(shí)，水射流的沖擊角還與射流的移動(dòng)方向有關(guān)。當(dāng)沖擊角偏向射流前進(jìn)方向時(shí)，由于清洗過后的水流將攜帶已被破碎的污垢以一定的速度沖刷待清洗表面，水流在管道壁面反彈后也會(huì)加快裂縫的生成和生長(zhǎng)，從而增加清洗效果，提高清洗效率。實(shí)驗(yàn)表明:清洗一般松軟油脂污垢時(shí)，沖擊角一般在17°左右，而對(duì)于硬而薄的垢層，沖擊角一般在60°-70°之間。清洗速度的快慢以被清洗對(duì)象達(dá)到要求為依據(jù)，以噴頭的進(jìn)給速度為表現(xiàn)形式。進(jìn)給過快，不能充分發(fā)揮水楔的沖蝕剝離作用，清洗效果很難保證，只能通過反復(fù)沖洗來達(dá)到要求;進(jìn)給過慢，清洗效率必然不高。擴(kuò)散角與射流形狀水射流的擴(kuò)散角表征了高壓水由噴嘴噴出后，在垂直于射流軸線方向上的擴(kuò)散程度。擴(kuò)散角越大，射流越分散，清洗范圍增大，但同時(shí)射流由于致密性下降而引起打擊力下降，對(duì)提高清洗效率不利。水射流斷面形狀是影響清洗效果的另一個(gè)重要因素，不同的噴嘴出口形狀，可形成不同的射流斷面形狀如使用標(biāo)準(zhǔn)扇形噴嘴射流斷面呈扁平形;使用標(biāo)準(zhǔn)錐形噴嘴時(shí)射流斷面呈圓形;使用空心錐形噴嘴可以使射流斷面呈環(huán)形等。在管道內(nèi)壁清洗中，為了提高清洗效率，需要根據(jù)不同的清洗要求，合理的選擇射流斷面形狀。如果使用單一噴嘴，斷面形狀以環(huán)形*優(yōu);如果使用多噴嘴聯(lián)合作業(yè)，斷面形狀以扁平形*優(yōu);如果管道在清洗內(nèi)壁的同時(shí)，還要進(jìn)行清堵作業(yè)，則斷面形狀以圓形為宜。對(duì)圓形和環(huán)形斷面的射流，其擴(kuò)散角在圓周范圍內(nèi)相等，但對(duì)于扁平形等非對(duì)稱斷面射流，由于擴(kuò)散角在垂直方向有*大*小值，為了增大清洗范圍，應(yīng)使較小的角度與清洗的進(jìn)給方向一致。
