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水射流技术的应用

发布时间:2020-10-12 08:08:22    本文被阅读 :0 次
水射流的压力和流量覆盖范围很广,形式也多种多样,困此它的应用也就非常广泛,甚至渗透到风马牛不相及的各个领域。我们就以压力这条主线来简要地谈一下水射流的应用。
低压水射流

  低压水射流所用的主机大都是离心泵,它的流量相对很大,除了常见的消防、喷泉、喷灌等用途外,这里着重介绍一下新的用途。
  喷泉看似很传统,但它的推陈出新形成了对低压水射流难以解开的谜。瑞士日内瓦湖的喷泉以其喷射高度达160多米成为世界最高喷泉。它的水上水柱质量达7t,射流质点自喷出至最高点再落下一个行程
日内瓦喷泉日内瓦喷泉
需16s。其主机由两台1320kW的大型离心泵并联组成,流量达500L/S。该喷泉的壮丽景观已经成为同内瓦市的象征,难怪美国欲与瑞士合作将其移植。日内瓦人幽默地回答:如果世界各地都有这样的喷泉,那么日内瓦就不叫日内瓦了。尽管如此,沙特阿拉伯的吉达市海滨、澳大利亚堪培拉的格里莽湖、美国圣路易斯市都出现了类似的高射程喷泉,我国已有了这类奇观。如何增加喷射高度已成为喷泉的技术奥秘了。水幕电影是喷泉的一种新形式,即通过特殊的喷头形成高达50m左右的均匀薄平的巨型水幕,在该水幕上放映激光电影,达到白天无影无踪,夜间神奇入画的效果。这是加拿大首先开发应用的新技术,用作广告媒体和旅游景观也是别出心裁的。水射流用于消防也很传统,水雾灭火则是一种新的方法。它以水雾取代大流量水柱,即采用lOMPa高压泵通过喷射系统产生小于0.Imm直径的水雾水柱,细小水珠蒸发起到迅速制冷作用,在蒸发过程中水珠体积扩大600倍,以隔绝燃烧物体处的氧气,达到灭火目的。水雾灭火特别适用于带电区域的火灾,而这类火灾则很难使用连续水射流。同时,高压小流量的水雾灭火较常用的水龙头灭火节水近90%。
  大流量水射流冲击泥土作用有这样一个实例:在1973年埃以战争期间,以方为保证24h内横穿运河修建数座桥梁,在巴列夫防线的部分区域堆起巨沙屏障,试图阻滞埃及坦克部队48h。要捣毁这座沙墙,使坦克能穿行过去,按正面豁口宽6.8m计算,要求排除约55立方的黄沙。在东堤通过坦克部队需打出约60处这样的豁口,若使用推土机则需要10~12h,然而埃方采用了高压水射流仅用不到5h就打开了豁口,破坏了巴列夫防线,为其军队赢得成功。
高压水射流

  高压水射流应用于船舶除锈和工业清洗已很普遍。在水射流中,适用范围最广的就是高压水射流,其压力范围在10~lOOMPa,压力上限现已扩展到250MPa。这个压力区间的特点是随着机组功率的增加,由单机转变为成套装备,由简单作业(如清洗)转变为复杂作业(如开采煤矿等)。
高压水射流的另一应用就是破碎,可用其在材料上开槽,近十年发展到机械辅助剥除大量材料。目前,几乎在所有情况下,设备的研究已经集中在设计好的喷嘴,以及可靠的旋转喷头和旋转接头(它们可大大提高水射流束在物件表面上的移动速度)。破碎功能应用于机场跑道除胶、桥梁维修、煤层开采、辅助掘进、公路破坏,大坝浇注冲毛等等。
超高压水射流

  超高压水射流有2种主要形式:即压力范同在200~400MPa,借助连续介质流的形式,此间流量多在2~6 L/min;而当压力达700MPa甚至更高时,其装置则为单击水炮形式。超高隘水炮装置由聚集的大量高压压缩气体(氨气或空气)提供驱动压力,在水炮击发前,或借助点火引爆,或借助推进物冲击炮筒,使其能量突然爆发。由于射流炮筒 超高压水切割设备与工艺是近10年来各国水射流行业的发展热点,从历次国际水射流会议论文来看,水切割技术内风毛麟角发展为主导内容,随着水切割设备与工艺的商品化,水切割应用已渗透到许多工业领域。200~300MPa的连续运行射流切割系统,比其他许多切割工具更加令人满意。其特点是对材料无选择性、切缝窄(0.3mm)、质量好、不破坏材料内部组织、能进行二维与三维异形切割。

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  水射流在70MPa压力下的流速约为300m/s,当压力达到超高压时,流速可望达到1000m/s,这样就可实现很高的切割速度。水切割一旦实现很高的压力、很小的流量作业就意味着工作台位上的作用力很小,这就使得切割喷嘴很容易安装在机器人手臂上,实现计算机控制下三维复杂形状的高精度切割。
  水切割对材料的无选择性极为重要,也就是说它既能切割刚性的金属板材,又能切割柔性的布匝纸张。人们还曾用作工具切割软糖。然而,纯水射流的切割应用受到了压力的局限,一味地升高压力又意味着设备可靠性难以保证,且不容易实现,从而也就有了磨料水射流的20年发展史。用200MPa以上的射流压力引射磨料,在短靶距时可很好地用于切割,这就为明显降低射流压力,使其技术可靠地进入商品化创造了条件。


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