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磨料水射流除銹

為提高高壓水射流的沖蝕性能，將各類(lèi)固體磨料 顆粒( 石榴石、石英砂、碳化硅等) 加入高壓水射流中， 高壓水的一部分動(dòng)能傳遞給磨料顆粒，使其獲得速度， 從而形成高速液固兩相射流。磨料水射流技術(shù)興起于 20 世紀(jì) 80 年代，1982 年美國(guó)制造出了第 1 臺(tái)高壓磨料 水射流切割機(jī)，此后因其優(yōu)異的沖蝕性能，極大地提高 了除銹質(zhì)量和效率，迅速推廣至除銹行業(yè)。根據(jù)磨料 添加的方式可將磨料水射流分為前混合磨料水射流和后混合磨料水射流 2 類(lèi)。后混合磨料水射流是指在高壓水射流形成之后，高壓水射流經(jīng)過(guò)混合腔形成負(fù)壓，從而將固體磨料顆粒吸入( 見(jiàn)圖 1) 。

由于液、固 2 相速度的差異，所以混合過(guò)程為水射流的減速與固體顆粒的加速過(guò)程，通常固體顆粒很難進(jìn)入水射流的核心部分，達(dá)到與水射流同速的狀態(tài)。Hashish 等、Kvietkov 等將相同壓力下的 2 種磨料水射流進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)后混合磨料水射流的沖蝕效果較差。后混合磨料水射流的磨料混合過(guò)程十分復(fù)雜，涉及到湍流、霧化、速度松弛等現(xiàn)象。Galecki 等通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)后混合磨料水射流的磨料混合過(guò)程中，出現(xiàn)了磨料顆粒碰撞變細(xì)的現(xiàn)象，導(dǎo)致磨料的沖蝕性能在一定程度上降低。前混合磨料水射流是一個(gè)相對(duì)后混合磨料水射流的概念，其磨料是在高壓水射流形成之前就已加入水中，形成磨料漿，然后對(duì)磨料漿加壓使其從磨料噴嘴噴出，形成磨料水射流。前混合磨料水射流存在磨料粒子的沉降問(wèn)題，另外，由于前混合磨料水射流中含有大量高速的磨料顆粒，經(jīng)過(guò)噴嘴時(shí)與噴嘴壁面發(fā)生刮擦，對(duì)噴嘴磨損十分嚴(yán)重。丁宇等通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，后混合磨料水射流的磨料與水的混合效果較差，不能充分發(fā)揮磨料的作用，而前混合磨料水射流沒(méi)有類(lèi)似缺陷，磨料具有很高的動(dòng)能，極大地提高了磨料水射流的沖蝕效果。前混合磨料水射流的關(guān)鍵技術(shù)是如何保持磨料與水的均勻混合。許多學(xué)者對(duì)磨料水射流的除銹機(jī)理進(jìn)行了研究，并取得了很多成果。Deris 等、Wibowo 提出了 1種將橫移速度、水射流壓力、靶距、磨料粒度和磨料流量關(guān)聯(lián)的方法，對(duì)磨料水射流加工中的表面粗糙度進(jìn)行預(yù)測(cè)。Long 等采用歐拉-拉格朗日方法對(duì)磨料水射流噴嘴中內(nèi)部流場(chǎng)和磨粒的移動(dòng)進(jìn)行了模擬分析，并使用離散顆粒模型計(jì)算磨粒軌跡。研究發(fā)現(xiàn)，較長(zhǎng)的收縮管可以減小顆粒圓周運(yùn)動(dòng)，從而確保顆粒離開(kāi)噴嘴時(shí)沒(méi)有大的圓周速率，其研究結(jié)果為磨料水射流的應(yīng)用和噴嘴的設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。陳玄研究了磨料水射流除銹機(jī)理，通過(guò)對(duì)射流靶距、射流橫移速率、射流壓力、磨料流量參數(shù)的分析，建立了磨料水射流除銹效率的預(yù)測(cè)模型，為后續(xù)磨料水射流除銹作業(yè)提供了理論指導(dǎo)。磨料水射流技術(shù)以其獨(dú)有的特點(diǎn)在除銹領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。薛勝雄等針對(duì)石化行業(yè)，將變速超高壓泵用于不同難度的清洗工程，具有除銹效率高、靈活可靠的特點(diǎn)，尤其在輸送管道的除銹方面表現(xiàn)良好。高巖等將該技術(shù)應(yīng)用于彈藥除銹作業(yè)中，并對(duì)其除銹機(jī)理進(jìn)行了分析，驗(yàn)證了磨料水射流除銹技術(shù)在彈藥除銹作業(yè)中的優(yōu)異效率和效果。Xue 等分析了高壓水射流在除銹過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，進(jìn)而設(shè)計(jì)制造了一套 70 MPa 高壓水射流除銹設(shè)備，通過(guò)對(duì)生銹鋼板和船體表面除銹后的表面質(zhì)量對(duì)比，優(yōu)化了設(shè)備參數(shù)，并總結(jié)了性能參數(shù)與除銹速率的關(guān)系。丁宇等將磨料水射流除銹方法與其他除銹方法進(jìn)行了對(duì)比，并且通過(guò)設(shè)計(jì)磨料水射流除銹試驗(yàn)，得出了磨料水射流除銹效率高、質(zhì)量好的結(jié)論磨料水射流除銹技術(shù)效率高、質(zhì)量好，因而得以大規(guī)模應(yīng)用。