12.7平面清洗1.地面清洗平面清洗器是对地板、栅格等平面进行清洗的有效工具，其产生的平面旋转射流能有效地去除各种地板或地面上的污垢、痕迹、粘着物、废旧油漆等。大部分用于混凝土表面及柏油路面上的涂层(如焦油、油漆层及环氧树脂隔膜等)都可以用水射流清除。在平面清洗装置中，旋转射流应完全封闭。设备底部装有小轮，可很容易地用手推着走，有些还设置有液压或气压助动行走机构。产生旋转射流的旋转动力可以是水射流的反冲力，或靠气动、液压装置驱动。平面清洗器可使水射流的功率得到更充分的发挥。平面清洗器的典型应用有汽车制造厂喷漆车间地板格栅和地板的清洗。由于喷漆室的工作特点，地板格栅总是很快就沾满了漆垢，因此用水射流设备进行经常性的清洗对于保证正常的工作环境是十分必要的。另外，水射流在高速公路、市政建设中也得到了广泛应用。较小半径的平面旋转射流是用来除去道路上旧的交通标志线的有效工具。在 机场，由于飞机频繁起降而造成跑道挂胶过多使摩擦系数下降，严重影响飞机的起降安全。国内外机场都在普遍应用水射流进行除胶作业。根据机场除胶频次的不 同，可分别采用手推式平面清洗器配合高压清洗机组和水车进行除胶，或采用自动化程度较高的专用除胶车利用车载式平面清洗器进行除胶作业。有关除胶设备的详 细介绍可参见3.8节。2.建筑物外墙清洗外墙清洗与外墙涂料相比，最大的好处是建筑物在清洗掉污垢以后可以恢复原有的色彩和光泽。上海工业展览中心建于50年代末，大厦外墙用的是50年代的先进工艺“渗色水泥汰白元石”，表面微观凹凸参差，但远远望去整幢大厦气势恢宏，呈现一派俄罗斯风情。由于从启用后一直未对大厦外墙进行清洗，经过40余载的风蚀雨涤，整个建筑的廊、檐、廓、柱及阴阳镂花到处衍生灰褐斑驳的各类酸碱混合物，跟基体坚固复合，通常的物理方法根本清除不掉。为使这一著名建筑物重放异彩，展览中心物业管理处曾试图用化学清洗来还其本来面目，但庞大的建筑群外墙面积达5万m2，难以实施。后来，采用两台高压水射流清洗机进行了清洗，通过试验得出表12-2所示结果【7】。通过对试验结果进行分析认为，当压力为70MPa、流量为60L/min、配以双孔旋转喷头时，清洗效率高、清洗质量好、对墙面无损伤，适合于大面积的清洗。但是对于那些廓、檐、阴阳镂刻、凹凸成形等具有民族风格的建筑花纹，则清洗效果不理想，长年沉积的苔渍几乎清洗不掉。当提高压力时，建筑花纹因承受不住压力而成块剥落。后通过试验在40MPa压力的水射流中加入40#的石英砂形成磨料水射流，则可洗得干净且不伤花纹，达到了满意的效果。用高压水射流和磨料水射流进行建筑物外墙清洗，比用清洗剂加水射流进行冲洗可省去刷化学清洗剂这一道工序，既避免污染，又较为方便，另外，由于磨料射流具有较强的冲蚀、剥离、磨削能力，因而可以显著改善清洗效果，提高清洗效率。但对于光滑墙壁(如釉面砖等)建筑物的清洗，采用水射流加清洗剂的工艺也很有效。12.8水下清洗应用当在水下清洗船体、桩基等金属或混疑土结构物时，用清水射流可以非常成功地清除各种海洋生物附着生成的垢层及大面积锈蚀，所使用的工作压力在3040MPa。对距离水面小于2m的水下待清洗表面，清洗工作可由操作人员在水面上使用加长的喷杆或喷枪进行。这时候人们应当选用合适的扇形喷头，也可使用一个T型接头在上面安装两个扇型喷头进行清洗。对较深的水下待清洗面或不便于在水面上用加长喷枪进行清洗的表面，如水下闸门、桩基、构件等，可由潜水员进行水下清洗作业，此时须注意所选用的喷头必须是平衡型的，以抵消射流反冲力对潜水员的影响。水下清洗通常选用散射角为3045的扇型喷头，而平衡反冲力则选用圆柱状射流喷头。除了采用普通高压水射流清除水下船体等的海生附着物外，国外还进行了空化射流清除水下结构生物附着的应用研究【8】。 高压水射流清除与机械清理方法相比有了很大的进步，而磨料射流和超高压纯水射流的成功应用大大提高了清洗速度和质量，但空化射流可在较低的压力下具有较强 的冲蚀性能，因此所耗用的能量相对较少。空化射流是采用空化喷嘴在水射流中产生大量气泡，当气泡被冲击到被清洗表面产生的高压驻止区破裂时，由于气泡破裂 的能量聚集在一个微小的区域内，所产生的集中应力较大，使得空化射流比稳定的普通射流在相同的压力和流量下冲蚀能力更强。空化射流的另一个优点是气泡破碎 时形成的微小射流速度对不同特性的被冲击表面材料不一样，较软的表面材料会降低其速度和冲蚀力。根据这个机理，工作在较低压力下的空化射流可用于选择性地 去除坚硬的海生物附着垢层而不损伤较软的油漆表面。图12-20所示为试验用喷头型式，图12-21所示为靶距和压力在进给速度为0.6m/s时空化射流对油漆涂层的影响。由图可以看出，在20MPa压力时对油漆涂层的损伤很小，靶距大于40mm时所去除的漆层厚度小于25m；在5.2MPa时对漆层无可测量到的损伤；在压力为7MPa、靶距为13mm时去除的漆层厚度小于13m。并且，由于被清洗表面的局部凸起所引起的靶距变化不会对漆层产生不利影响。图12-22表明了不同的清洗参数对清洗宽度的影响。图a为靶距固定在40mm，改变压力和进给速度所得到的结果。由图可以看到，海生物垢层在低达3.5MPa的压力下即可被清除掉，随着压力的升高和进给速度的降低清洗宽度缓慢地有所增加。图b表明在进给速度为0.3m/s时靶距的变化对漆层的影响。除了在靶距很小的情况外，靶距的变化对漆层的影响非常小。选择高达75mm的靶距即可使清洗效果在作业中变化不大，又可使清洗喷头越过表面凸起的部分(如焊缝等)而不造成对喷头和被清洗表面的损伤。清洗作业的清洗效率可表示为对清洗效率的表达式，并不能简单地理解为加大进给速度和清洗宽度、减小射流压力和流量即可提高，事实上清洗宽度是进给速度、压力和流量的函数，因此在选择工况参数时应考虑到它们之间的相互影响。根据试验得到的数据，由一组空化射流喷头组成的清洗工具，当工作在4.06.2MPa压力时，清洗效率可达130m2/(hkW)。喷嘴安装在一个由射流反冲力形成旋转的旋臂上，当清洗装置前进时即均匀旋转扫过船体表面。若要进一步提高清洗效率，则需通过试验进一步优化喷嘴和工况参数。12.9轮毂清洗装置该设备是设计用于客车和货车轮毂的全自动清洗装置(见图1223)，可进行轮盘、轴颈和轴的清洗。轮毂组件在不添加任何化学剂的情况下用常温清水在4MPa压 力下进行射流清洗。清洗是在一个封闭的工作间内进行的，它的进入侧和出口侧都由升降门来开启和关闭。系统的操作全部在清洗间外控制进行。所需的清洗用水由 两个安置于清洗间旁、低于地面的水池提供。清洗水在一个封闭的循环系统中运行，从清洗间出来的污水经过排水沟进入第一个水池(粗滤池)进行初步的净化，污泥和固体杂质进入污物桶；漂浮在上层的油污被撇油器刮除，并由一个收集容器或类似的设备所收集。在第二个水池(精滤池)内进行进一步的净化后，再被水泵抽吸经管路送到喷嘴。根据循环水的污染程度，间隔一定时期后循环清洗用水必须进行更换。清洗设备中所有的与水相接触的部件都经过镀锌，以防生锈。清 洗间前后两扇升降门可以避免在清洗过程中飞溅的水流和水雾的影响，在轮毂进入和离开时，这两扇门由一个电气装置控制自动地上升和下降。在每扇门上还设有两 个用厚安全玻璃制成的观察窗。由于该机组的门架式结构，轮毂组件可以从其前面滚人到清洗间，清洗结束后再从后面滚出。为了固定和松开轮毂，采用了一个设置 在清洗机中部的固定升降装置。该装置可扣紧轮毂的边缘将其固定，与升降装置配套的自动定位系统可自动将轮毂的高度同喷嘴的工作区域相吻合。在升降装置升起 轮毂后，有一个旋转机构使轮毂旋转，它采用可调节速度的液压马达驱动，速度一经设定后，在工作期间则保持一定。升降装置上的固定和释放机构能将轮毂精确地 定位在升降装置上，当清洗结束后升降装置下降且能自动释放轮毂使其滚出。在清洗间内设置有用于清洗轮轴的固定喷嘴组和通过进给运动用于清洗轮盘表面的活动 喷嘴组，活动喷嘴组的进给速度可根据所需的清洗时间进行调节。清洗装置用水泵为一台多级离心泵，额定工作压力为4MPa。为了防止水泵空运转，在水池中设置了两个水位开关，当水位到达一半时给出灯光报警信号，到达最低水位时切断泵的运行。此外还设有压力表和流量计来显示泵的工作状态。12.10危险场合的清洗1.爆炸性材料的清洗过去从弹壳内清除炸药都沿用蒸汽液化法【9】，这种方法对于难融装药则不适用。如果采用普通回收方法，不仅效率低而且危险性大；若对其销毁，则会造成严重的环境污染和人力物力的浪费。类似地，在固体火箭发动机中经常会遇到固体装药因质量问题而报废的情况【12】， 因此必须将报废的推进剂装药从燃烧室清除掉，以使昂贵的金属壳体得到回用。由于固体推进剂有较高的冲击、摩擦敏感性，易燃易爆，所以无法用传统的机械切削 方式进行清除。采用人工清除则难度大、效率低，而且极为危险，操作中稍不留意就会引起爆炸。此外，对既要将燃烧室内的固体装药清除掉，又不允许破坏金属壳 体内表面粘接的玻璃钢内衬的发动机来说，传统的手工处理方式更是难以奏效。鉴于水射流清洗的高效和安全，在国内外正被成功地用于过期或剩余弹药的处废以及 火箭发动机固体装药的清除工作【9-12】。在对各种爆炸性材料进行分析的基础上，利用水射流切割、清洗时不产生火花和显著的切削热的特性，在选择合理的工况参数后，经过试验和应用表明:水射流清洗爆炸性材料不仅安全可靠、提高清洗效率几倍到几十倍，而且可根据爆炸性材料的特性任意调节水压、靶距、进给速度和喷射角等参数。由于一般弹药壳体和火箭发动机壳体大多是圆柱体或变截面回转体，所以对其内部装药的清洗类似于小直径容器类的清洗。在充分考虑安全措施的前提下，可采用类似图12-24所示的方法进行【10】， 即在喷杆的前端装有合适的喷头，喷杆在进给机构的作用下具有前后、左右、上下三个位移自由度，此外可以通过进给机构、旋转喷头或使工件产生旋转来提供正反 两个方向的旋转自由度。在实际清洗应用中，对一些体积较大的工件要产生旋转比较困难时，则主要靠进给机构提供必要的旋转运动或采用旋转喷头来达到清洗装药 的目的，从而使工件的夹持装置得到简化，这对于防止薄壁大口径类容器的变形是非常重要的。在一般情况下，不仅要求彻底清除装药，同时还要求清洗装药容器的表面。根据移动水射流的冲蚀机理，为充分利用水射流的切割、冲蚀和水楔作用，可使喷嘴沿着炸药与容器的分界面转动清洗。在70100MPa的压力范围内，容器壁面可达到金属发白的清洁程度。水 射流还可对固体火箭发动机燃烧室内壁表面上粘贴的隔热贴片进行清除。隔热贴片是一种特制胶片，经加温加压固化形成厚度不等、形状各异的隔热层被牢牢粘贴在 内壁上。在贴片过程中有时会遇到质量问题而需重新贴片，或是发动机进行地面热试车后需将贴在燃烧室内腔的贴片层和贴片烧蚀后的残留物(包括碳化层和熔融橡胶层)清 除干净重新贴片。用传统方式采用化学药剂浸泡后人工铲剥撕扯，劳动强度大、清理不彻底，且易损坏金属壳体。用水射流进行清理时，虽然隔热贴片具有很高的柔 韧性，与金属壳体的粘接力也很强，但只要调节好水压和流量，采用合适的清洗角度，即可有效地清除贴片，确保具有各种内型面的发动机壳体在清洗时不受损坏， 表面清洗质量远胜于手工清洗。在 大批量的弹药处废作业中，有必要建立相应的清洗工作站，并解决不同于小规模试验和小批量清洗作业中的特殊问题。首先，规模清洗作业时，为了满足环保法规和 降低消耗，整个清洗用水应是可循环使用的，并需考虑到及时移走清洗工位的废水和爆炸物碎屑。通过分离、过滤系统使固液分离，将固体爆炸物碎屑收集后回收或 进一步处理，液体则可循环使用。由于水在系统中闭式循环，所以水温的升高也是一个需要考虑的问题。解决方法一是可在系统