CN101912853B

CN101912853B - 超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置

Info

Publication number: CN101912853B
Application number: CN2010102719957A
Authority: CN
Inventors: 任保林; 陈新; 叶乔; 张微西
Original assignee: Individual
Current assignee: He Yuejun
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: CN101912853A

Abstract

本发明涉及一种用于管壁的切割、除去表面涂层、锈蚀和氧化皮等的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，它包括涡流脉冲共振射流喷头机构、平移升降轨道机构、高压水供应机构与超声波供应机构，涡流脉冲共振射流喷头机构安装在平移升降轨道机构上，高压水供应机构、超声波供应机构分别由高压输水软管和脉冲信号电缆与涡流脉冲共振射流喷头机构的高压水输入端、超声波输入端相连接。本发明采用脉冲射流技术，产生强力脉冲射流，提高能量转换效能，大大降低使用压力，降低制造成本和运行维护费用，节能减排；本发明中的微型空压机提供冷却压缩空气和喷头摆动所需的气源，机动性强，效率高，安全可靠。

Description

超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置

技术领域

本发明涉及一种用于管壁的切割、除去表面涂层、锈蚀和氧化皮等的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置。

背景技术

高压水射流技术及装备广泛地应用于工业清洗，切割，除毛刺及表面涂层剥离。在一般的工业清洗、除锈、及清除氧化皮工艺中，绝大多数都是采用连续纯水射流。所需高压水的压力一般都在150~250Mpa，而在清除一些较硬的金属涂层、氧化皮及除毛刺等工作，则更需要高达350~420Mpa的连续纯水高压射流才能完成。特别是在大型管壁的内外清洗、除锈，除漆和除氧化皮等工作领域，更是没有可靠的办法。

在目前的航空航天工业、石油化工工业等大型管壁除锈、清除氧化皮工艺中，仍然采用手工打磨或酸洗工艺，效率低，且高能耗、加工质量低、环境污染。如果采用目前的连续水射流技术，又具有某些使连续流动喷水系统昂贵和笨重的缺点。所以，喷嘴、水管道和配件体积大、重而且昂贵。为了提供超高压水射流，需要昂贵的超高压水泵，这种超高压泵及设备的高制造成本和高运行成本，且存在效率低，高能耗等不足。另外，针对管壁内表面及外表面的高效清洗、除锈及氧化皮的工艺和效率，由于执行机构的开发不完善，清除效率低，所以，目前在航空航天工业、石油化工工业等大型管壁除锈、清除氧化皮工艺中，仍然没有切实可行的解决办法。

由于以上各种原因，目前航空航天、石油化工工业中管壁清洗和除锈、清除氧化皮工艺还存在以下各种问题和缺点：

1、采用手工打磨或酸洗工艺，效率低，加工质量低且污染环境；

2、超高压水射流清洗系统结构复杂，喷水系统昂贵和笨重，使用条件繁琐，高能耗；

3、目前仍然没有开发出高效的管壁清洗、除锈的执行机构，以致生产效率低，能量损失极高，效率极低等。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于涡流脉冲技术的、利用超声波脉冲水射流清洗技术、用于管壁的切割、除去表面涂层、锈蚀和氧化皮等的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置。

按照本发明提供的技术方案，所述超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，包括涡流脉冲共振射流喷头机构、平移升降轨道机构、高压水供应机构与超声波供应机构，包括涡流脉冲共振射流喷头机构安装在平移升降轨道机构上，高压水供应机构、超声波供应机构分别由高压输水软管和脉冲信号电缆与涡流脉冲共振射流喷头机构的高压水输入端、超声波输入端相连接。

所述涡流脉冲共振射流喷头机构包括喷嘴壳体、喷嘴、喷嘴座、变幅杆与射流高压管路，在喷嘴壳体内开设有振荡腔，喷嘴具有涡流振荡喷头出口，其特征是：在振荡腔位置的喷嘴壳体上设有共振振子，在喷嘴壳体上设有振幅频率调节器，振幅频率调节器与共振振子配合使用并用于调节共振振子的振荡频率，在喷嘴壳体上设有锁紧螺母，锁紧螺母与振幅频率调节器配合使用并用于将振幅频率确定后予以锁紧，在喷嘴壳体外设有超声波涡流换能器，超声波涡流换能器具有脉冲信号电缆接口，在喷嘴壳体上通过压紧螺母安装有变幅杆，变幅杆的大头端与超声波涡流换能器接触，变幅杆的小头端伸入振荡腔内。

所述射流高压管路的脉冲射流入口沿着振荡腔的切向设置。所述变幅杆为外径递减的阶梯状圆柱体，相邻两段圆柱之间通过圆锥面平滑过渡。

所述平移升降轨道机构包括竖直固定设置的纵向导轨，纵向导轨内滑动连接有纵向滑块，纵向滑块内开设有横向滑槽，在横向滑槽内滑动连接有横向滑板，所述的涡流脉冲共振射流喷头机构安装在横向滑板上。

在横向滑板上安装有摇杆，摇杆内开设有驱动长孔，还设有气动马达，气动马达的输出轴上安装有曲柄，曲柄上安装有驱动销，驱动销上转动安装有轴承，该轴承插接在驱动长孔内。

在涡流脉冲共振射流喷头机构的下方固定设有支撑轨道，支撑轨道内滑动连接有间距调整滑块，在间距调整滑块上转动安装有支撑滚轮。

本发明的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置具有以下的优点：

1、本发明采用脉冲射流技术，产生强力脉冲射流，提高能量转换效能，大大降低使用压力，降低制造成本和运行维护费用，节能减排；

2、微型空压机提供冷却压缩空气和喷头摆动所需的气源，机动性强，效率高，安全可靠；

3、微型气动马达配备曲柄摇杆装置，简单可靠，针对不同对象任意调节最佳清洗幅宽和清洗速度。

附图说明

图1是本发明用于管件内表面清洗示意图。

图2是本发明用于管件外表面清洗示意图。

图3是图2的右视图。

图4是本发明中喷头摆动机构的示意图。

图5是本发明中涡流脉冲共振射流喷头机构的结构示意图。

图6是图5中变幅杆的放大图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：该超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，包括涡流脉冲共振射流喷头机构、平移升降轨道机构、高压水供应机构与超声波供应机构，包括涡流脉冲共振射流喷头机构安装在平移升降轨道机构上，高压水供应机构、超声波供应机构分别均与涡流脉冲共振射流喷头机构的高压水输入端、超声波输入端相连接。其中，高压水供应机构由水箱26、高压泵29、调压阀27、高压输水软管30等部件构成；超声波供应机构由超声发生装置28、空气压缩机、脉冲信号电缆31及其附件构成。

如图5所示，所述涡流脉冲共振射流喷头机构包括喷嘴壳体9、喷嘴2、喷嘴座3、变幅杆8与射流高压管路16，在喷嘴壳体9内开设有振荡腔7，喷嘴2具有涡流振荡喷头出口1，在振荡腔7位置的喷嘴壳体9上设有共振振子6，在喷嘴壳体9上设有振幅频率调节器5，振幅频率调节器5与共振振子6配合使用并用于调节共振振子6的振荡频率和振幅，在喷嘴壳体9上设有锁紧螺母4，锁紧螺母4与振幅频率调节器5配合使用并用于将振幅频率确定后予以锁紧，在喷嘴壳体9外设有超声波涡流换能器11，超声波涡流换能器11具有脉冲信号电缆接口12，在喷嘴壳体9上通过压紧螺母15安装有变幅杆8，变幅杆8的大头端与超声波涡流换能器11接触，变幅杆8的小头端伸入振荡腔7内。

所述射流高压管路16的脉冲射流入口10沿着振荡腔7的切向设置。如图6所示，所述变幅杆8为外径递减的阶梯状圆柱体，相邻两段圆柱之间通过圆锥面平滑过渡。

如图2所示，所述平移升降轨道机构包括竖直固定设置的纵向导轨13，纵向导轨13内滑动连接有纵向滑块14，纵向滑块14内开设有横向滑槽15，在横向滑槽15内滑动连接有横向滑板17，所述的涡流脉冲共振射流喷头机构安装在横向滑板17上。

如图4所示，在横向滑板17上安装有轴承装置32、摇杆18，摇杆18内开设有驱动长孔19，还设有气动马达20，气动马达20的输出轴上安装有曲柄21，曲柄21上安装有驱动销22，驱动销22上安装有轴承，该轴承插接在驱动长孔19内。

如图3所示，在涡流脉冲共振射流喷头机构的下方固定设有支撑轨道23，支撑轨道23内滑动连接有间距调整滑块24，在间距调整滑块24上转动安装有支撑滚轮25。

高压水供应机构将水箱26中引进来的普通水增压成高压水，通过高压输水软管30和射流高压管路16进入涡流脉冲共振射流喷头机构，在高压管路中设置了调压阀27以调节和稳定系统压力，超声发生装置28产生20KHZ 的高频电脉冲，并通过超声波涡流换能器11将超高频电脉冲转换成高频机械振动脉冲，在脉冲射流喷头装置的振荡腔7内，高频机械振动脉冲与高压射流进行能量交换后产生共振，通过脉冲射流喷嘴形成涡流3强力共振脉冲射流，由于高频振荡水锤作用（振荡频率一般为15~20KH），和涡流共振脉冲射流的水楔作用，从共振脉冲射流喷嘴2中射向待加工的物体表面以达到有效的破碎，剥离，清洗及除锈和除氧化皮的效果。

平移升降轨道机构由纵向导轨13与横向滑板17组成，纵向滑块14用于调节喷头的靶距，以达到最佳喷射效果，应用于大面积的表面清洗。平移升降轨道机构还可以是机械手或数控CNC X-Z工作台，用于精确的定位清洗，剥离或除锈和除氧化皮。

如图4所示的清洗执行装置上装有喷头摆动机构，它是由气动马达20、气动马达驱动的曲柄21、摇杆18机构、轴承装置32与喷头装夹机构等组成，喷头装夹机构负责将涡流脉冲共振射流喷头机构装夹在横向滑板17端部，其中，喷头装夹机构上可以视工况需要同时安装一组、两组或三组喷头。

压缩空气冷却管和动力管、脉冲信号电缆31和高压输水软管30沿横向滑板17将脉冲信号引入超声波涡流换能器11、共振振子6，压缩空气引入喷头摆动机构中的气动马达20。

如图2所示，是本发明用于管件内表面清洗示意图；涡流脉冲共振射流喷头机构具有用于清洗或除去大面积的涂层的具有多个喷嘴的喷头，当纵向滑块14沿着纵向导轨13向下移动至管件内壁，调节至最佳靶距，当涡流脉冲共振射流喷头机构的振荡腔7内产生共振以形成涡流强力脉冲射流。从涡流脉冲共振射流喷头机构的水中射向待加工的物体表面以达到有效的破碎，剥离，清洗及除锈和除氧化皮。

如图3所示，是本发明用于管体外表面清洗示意图。管件安装在支撑滚轮25上，由支撑滚轮25支撑并随其旋转，间距调整滑块24可根据不同直径大小的管件调节不同的间距，以达到所要求的转速，支撑滚轮25由橡胶制成。当支撑滚轮25旋转时，管件将以所要求的转速匀速定向旋转。此时，涡流脉冲共振射流喷头机构中强力喷射至待清洗的管件表面，横向滑板17在纵向滑块14内水平均匀移动，从而将待清洗表面逐一清洗。

Claims

1.一种超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，其特征是：包括涡流脉冲共振射流喷头机构、平移升降轨道机构、高压水供应机构与超声波供应机构，所述涡流脉冲共振射流喷头机构安装在平移升降轨道机构上，高压水供应机构、超声波供应机构分别均与涡流脉冲共振射流喷头机构的高压水输入端、超声波输入端相连接；所述涡流脉冲共振射流喷头机构包括喷嘴壳体（9）、喷嘴（2）、喷嘴座（3）、变幅杆（8）与射流高压管路（16），在喷嘴壳体（9）内开设有振荡腔（7），喷嘴（2）具有涡流振荡喷头出口（1），在振荡腔（7）位置的喷嘴壳体（9）上设有共振振子（6），在喷嘴壳体（9）上设有振幅频率调节器（5），振幅频率调节器（5）与共振振子（6）配合使用并用于调节共振振子（6）的振荡频率和振幅，在喷嘴壳体（9）上设有锁紧螺母（4），锁紧螺母（4）与振幅频率调节器（5）配合使用并用于将振幅频率确定后予以锁紧，在喷嘴壳体（9）外设有超声波涡流换能器（11），超声波涡流换能器（11）具有超声涡流电缆接口（12），在喷嘴壳体（9）上通过压紧螺母（15）安装有变幅杆（8），变幅杆（8）的大头端与超声波涡流换能器（11）接触，变幅杆（8）的小头端伸入振荡腔（7）内。

2.如权利要求1所述的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，其特征是：所述射流高压管路（16）的脉冲射流入口（10）沿着振荡腔（7）的切向设置。

3.如权利要求1所述的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，其特征是：所述变幅杆（8）为外径递减的阶梯状圆柱体，相邻两段圆柱之间通过圆锥面平滑过渡。

4.如权利要求1所述的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，其特征是：所述平移升降轨道机构包括竖直固定设置的纵向导轨（13），纵向导轨（13）内滑动连接有纵向滑块（14），纵向滑块（14）内开设有横向滑槽（15），在横向滑槽（15）内滑动连接有横向滑板（17），所述的涡流脉冲共振射流喷头机构安装在横向滑板（17）上。

5.如权利要求4所述的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，其特征是：在横向滑板（17）上安装有摇杆（18），摇杆（18）内开设有驱动长孔（19），还设有气动马达（20），气动马达（20）的输出轴上安装有曲柄（21），曲柄（21）上安装有驱动销（22），驱动销（22）上转动安装有轴承，该轴承插接在驱动长孔（19）内。

6.如权利要求1所述的超声波脉冲水射流管壁除锈清洗装置，其特征是：在涡流脉冲共振射流喷头机构的下方固定设有支撑轨道（23），支撑轨道（23）内滑动连接有间距调整滑块（24），在间距调整滑块（24）上转动安装有支撑滚轮（25）。