CN114939565A - 螺旋气道内芯砂的清理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是螺旋气道内芯砂的清理方法，整个清砂过程包括以下步骤：①喷枪喷嘴在端部芯沙清洗装置的一号伺服电机、链条的牵引下作水平往复运动，两个运动协调一致，确保对清砂面的全覆盖，完成前端区域a芯砂的清理；②将用于固定螺旋气道的一号夹持工装旋转180°，重复上述①操作步骤，完成后端区域d芯砂的清理；③螺旋气道完成端部清理后，先对螺旋气道的前端螺旋区域b进行清理；④将螺旋气道竖直旋转180°对螺旋气道的后端螺旋区域c进行清理。本发明用机械代替人工，提高了工作效率，且省时省力，清洗成本低。此外，本发明能实现对螺旋气道的全面清洗，在不损坏螺旋气道内腔的前提下，可以从螺旋气道内腔的螺旋面将型砂清理出来。

Description

螺旋气道内芯砂的清理方法

技术领域

本发明涉及铸件清理技术领域，尤其涉及螺旋气道内芯砂的清理方法。

背景技术

“高压水射流”是通过高压水发生装置将水压至数百个大气压以上，再通过具有细小孔径的喷射装置转换为高速的微细“水射流”。这种“水射流”的速度一般都在一倍马赫(声音在空气中的速度340m/s)数以上，具有巨大的打击能量，可以完成不同种类的任务。

高压水射流在表面清理方面，具有广泛的用途。凡是水射流能直接射到的部位，不论是容器内腔，还是构件表面，也不论是坚硬污垢物，还是结实的堵物，都可以使结垢迅速脱离粘结母体。高压水射流对构件的材质、特性、形状及垢物种类均无特殊要求，水射流能够达到，即可实现设定的工艺目标。

高压水射流清洗是20世纪60年代兴起的一项技术，自80年代中期传入我国以来，逐渐得到了工业界的普遍认同与重视，应用于清除水垢、铁锈、油类等烃类残渣结焦、各种涂层、混凝土层、颜料、橡胶石膏、塑料等。自进入21世纪以来，高压水射流清洗技术在我国的应用发展很快，在石油化工、电力、冶金等工业部门中得到了广泛的应用，现在已经将普遍应用于清洗容器，如高压釜、反应器冷却塔、罐槽车、管道、气管线及换热器，以及清洗船舶上积附的海洋生物和铁锈以及铸件上的清砂等。

铸件的型砂清理，是高压水射流的重要应用场合，特别是在消除清砂过程对环境的破坏，减轻操作人员的劳动强度方面，具有独到的优势。

但由于被清理的铸件型砂种类不同，因此在进行清砂工艺设计时。要确保射流对型砂的冲击力，这就需要射流的原始压力足够，射流的靶距合适，同时要有足够的流量，以便将清理下来的型砂从工作面移走。

螺旋气道铸件作为石油开采系统中的一个构件，采用铸造的方法获得毛坯，内置的流体通道，由三头的螺旋内壁形成并联的螺旋形通道，螺旋气道采用人工清理的办法去掉螺旋气道两端的冒口和型砂，将螺旋气道的入口暴露出来，再用人工采用机械的办法清理芯砂。由于螺旋气道为螺旋形，因此普通的高压水射流冲击无法到达螺旋气道的内部，此处的芯砂往往只能够借助于敲击螺旋气道外壁的办法，将内部的芯砂震落，生产能力很难提高，这样一个螺旋气道需要一个工人花费一天的时间才能完成清除芯砂的工作，费时、费力、成本高，无法满足实际需求。由于螺旋气道铸件的形状比较复杂，如何做到对清理面的全覆盖，以及如何保证射流足够的冲击力，以及如何及时从清理面移走清理下来的型砂，就成为型砂清理工艺和装置设计的重点目标。

发明内容

本发明旨在清理螺旋气道的内芯砂，而提供螺旋气道内芯砂的清理方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：螺旋气道内芯砂的清理方法，根据对螺旋气道清砂的要求、设备的配置和螺旋气道的结构特点，可将构件分成个区域，即前端区域a、前端螺旋区域b、后端螺旋区域c和后端区域d，整个清砂过程包括以下步骤：

①首先对螺旋气道的前端区域a和后端区域d进行清理，将若干螺旋气道排列成一排，前端区域a和后端区域d均朝外，用一号夹持工装将若干螺旋气道固定住，端部芯沙清洗装置的一号夹持工装上下运动，一号夹持工装带动螺旋气道上下移动，螺旋气道前端区域a的前侧设有喷枪喷嘴，喷枪喷嘴安装在端部芯沙清洗装置上，喷枪喷嘴在端部芯沙清洗装置的一号伺服电机、链条的牵引下作水平往复运动，两个运动协调一致，确保对清砂面的全覆盖，完成前端区域a芯砂的清理；

②将用于固定螺旋气道的一号夹持工装旋转180°，重复上述①操作步骤，完成后端区域d芯砂的清理；

③螺旋气道完成端部清理后，先对螺旋气道的前端螺旋区域b进行清理，螺旋气道的前端区域a朝下，采用内通道清洗装置进行清理，将待清理的螺旋气道通过二号夹持工装进行夹持，使螺旋气道处于竖直状态，螺旋气道正下方设有一号蛇形管，一号蛇形管的出口安装有一号喷嘴，一号蛇形管安装在内通道清洗装置上，内通道清洗装置带动螺旋气道边旋转边向下移动，一号蛇形管和一号喷嘴均从螺旋气道的前端区域a进入到螺旋气道内，并对螺旋气道的前端螺旋区域b进行清理，螺旋气道反复上下运动，从而完成对螺旋气道的前端螺旋区域b的清理；

④将螺旋气道竖直旋转180°，螺旋气道通过二号夹持工装进行夹持，让螺旋气道的后端区域d朝下，采用内通道清洗装置进行清理，将螺旋气道正下方设有的一号蛇形管更换成二号蛇形管，二号蛇形管的螺距大于一号蛇形管的螺距，二号蛇形管的出口安装有二号喷嘴，内通道清洗装置带动螺旋气道边旋转边向下移动，二号蛇形管和二号喷嘴均从螺旋气道的后端区域d进入到螺旋气道内，并对螺旋气道的后端螺旋区域c进行清理，螺旋气道反复上下运动，从而完成对螺旋气道的后端螺旋区域c的清理，从而完成对螺旋气道整个内芯砂的清理。

一号蛇形管和二号蛇形管均为刚性输液管。

内通道清洗装置的架体顶部安装有一号蜗轮丝杆升降机，一号蜗轮丝杆升降机的升降端朝下，且一号蜗轮丝杆升降机升降端连有二号伺服电机，二号伺服电机的输出端与二号夹持工装连接。

端部芯沙清洗装置的架体顶部安装有二号蜗轮丝杆升降机，二号蜗轮丝杆升降机的的升降端朝下，且二号蜗轮丝杆升降机升降端连有三号伺服电机，三号伺服电机的输出端与一号夹持工装连接。

端部芯沙清洗装置的一号伺服电机驱动链条在两个链轮上运动，喷枪喷嘴安装在链条上。

喷枪喷嘴上设有若干一号出口，且每个一号出口的流量为0.15L/min。

喷枪喷嘴的一号出口个数为3。

一号喷嘴和二号喷嘴上均设有若干二号出口，且每个二号出口的流量为0.4L/min。

一号喷嘴和二号喷嘴上的二号出口的个数均为4。

本发明的有益效果是：本发明用机械代替人工，提高了工作效率，且省时省力，清洗成本低。此外，本发明能实现对螺旋气道的全面清洗，在不损坏螺旋气道内腔的前提下，可以从螺旋气道内腔的螺旋面将型砂清理出来。

附图说明

图1为螺旋气道的结构示意图；

图2为螺旋气道的剖视图；

图3为螺旋气道和喷枪喷嘴的位置关系图；

图4为内通道清洗装置的结构示意图；

图5为端部芯沙清洗装置的结构示意图；

图6为一号蛇形管与一号喷嘴的连接示意图；

图7为二号蛇形管与二号喷嘴的连接示意图；

图8为射流冲击力曲线图；

图中：1-螺旋气道；2-一号夹持工装；3-喷枪喷嘴；4-内通道清洗装置；5-二号夹持工装；6-一号蛇形管；7-一号喷嘴；8-二号蛇形管；9-二号喷嘴；10-一号蜗轮丝杆升降机；11-二号伺服电机；12-端部芯沙清洗装置；13-二号蜗轮丝杆升降机；14-三号伺服电机；

以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图7所示，本发明采用高压水射流对螺旋气道内芯砂进行清理，清砂的工艺参数主要是指清洗泵的压力和流量、以及射流靶距。清洗泵的选择可参考表1提供的数据。由于铸件的需求型砂的类型有许多种，其强度有较大的差异，特别是水射流的冲击力和靶距有很大的关系，在结构设计上能否实现最佳靶距，对射流冲击的效果有很大的影响。清砂时靶距选择，可见图8所示，由图可知靶距是与喷枪喷嘴3的口径直接相关的。图中的阴影区域对应的靶距是相当于最大冲击力90％的区域，可作为确定靶距时参考。

表-1型砂类型和射流压力及流量的匹配关系

铸件类型	压力(MPa)	流量(m<sup>3</sup>/h)
			铸铁件湿型	<10	10～16
铸铁件干型	10-16	10～16
			铸铁件自硬砂	16～20	10～16
铸钢件砂型	20左右	12～20

螺旋气道内芯砂的清理方法，根据对螺旋气道1清砂的要求、设备的配置和螺旋气道1的结构特点，可将构件分成4个区域，即前端区域a、前端螺旋区域b、后端螺旋区域c和后端区域d，即先对螺旋气道1的端部进行清理，清理完成后露出螺旋通道的入口，在对前端螺旋区域b和后端螺旋区域c进行清理，本发明现对前端区域a和后端区域d进行清理，整个清砂过程包括以下步骤：

①对螺旋气道1的前端区域a和后端区域d进行清理，将若干螺旋气道1排列成一排，前端区域a和后端区域d均朝外，用一号夹持工装2将若干螺旋气道1固定住，端部芯沙清洗装置12的架体顶部安装有二号蜗轮丝杆升降机13，二号蜗轮丝杆升降机13的的升降端朝下，且二号蜗轮丝杆升降机13升降端连有三号伺服电机14，三号伺服电机14的输出端与一号夹持工装2连接。端部芯沙清洗装置12的一号夹持工装2上下运动，一号夹持工装2带动螺旋气道1上下移动，螺旋气道1前端区域a的前侧设有喷枪喷嘴3，喷枪喷嘴3安装在端部芯沙清洗装置12上，端部芯沙清洗装置12的一号伺服电机驱动链条在两个链轮上运动，喷枪喷嘴3安装在链条上。喷枪喷嘴3在端部芯沙清洗装置12的一号伺服电机、链条的牵引下作水平往复运动，两个运动协调一致，确保对清砂面的全覆盖，完成前端区域a芯砂的清理；

②将用于固定螺旋气道1的一号夹持工装2旋转180°，重复上述①操作步骤，完成后端区域d芯砂的清理；

喷枪喷嘴3上设有若干一号出口，且每个一号出口的流量为0.15L/min。喷枪喷嘴3的一号出口个数为3。喷枪喷嘴3的流量是通过计算得出的，具体计算过程如下：

清砂时最大的靶距为55mm左右，如果按图8提供的数据。取最优靶距为喷枪喷嘴3直径的150倍，则单个喷枪喷嘴3的孔径应为0.4mm。

清洗工艺操作中，流量、压力和喷嘴口径之间的关系可由公式:

确定。整理后可得

式中:d--喷嘴直径cm,选定d＝0.04cm

P--驱动压力MPa选定P＝20MPa

Q--喷嘴流量L/min

带入则有:

通常清洗管道类的构件，如清洗锅炉的换热管，均是采用回转喷嘴作为清洗操作件。喷枪喷嘴3为回转喷嘴，该回转喷嘴有3个以上的一号出口，分别用于对污垢的冲击和为喷嘴的旋转提供动力。因此泵的实际选择流量为:Q＝0.15x3＝0.45L/min。

如图3所示，在端部芯沙清洗装置12的一号夹持工装2作垂直运动，一号夹持工装2和喷枪喷嘴3的运动合成，即可做到对清砂面的全覆盖。

由于射流的覆盖范围较小。因此一号夹持工装2和喷枪喷嘴3的往复运动将进行多次，一号伺服电机工作稳定，可保证两个运动的协调一致。乏水和清理下来的芯沙，靠重力沿着与射流方向垂直流向端部芯沙清洗装置12下部的收集槽中。

由于端部芯沙清洗装置12对传动的精度要求不高，其传动负荷也不大，升降的距离大约在150mm左右，因此可以简化清砂构件的传动结构，直接采用电缸来代替二号蜗轮丝杆升降机13。

③螺旋气道1完成端部清理后，先对螺旋气道1的前端螺旋区域b进行清理，螺旋气道1的前端区域a朝下，采用内通道清洗装置4进行清理，内通道清洗装置4的架体顶部安装有一号蜗轮丝杆升降机10，一号蜗轮丝杆升降机10的升降端朝下，且一号蜗轮丝杆升降机10升降端连有二号伺服电机11，二号伺服电机11的输出端与二号夹持工装5连接。将待清理的螺旋气道1通过二号夹持工装5进行夹持，使螺旋气道1处于竖直状态，螺旋气道1正下方设有一号蛇形管6，一号蛇形管6的出口安装有一号喷嘴7，一号蛇形管6安装在内通道清洗装置4上，内通道清洗装置4带动螺旋气道1边旋转边向下移动，一号蛇形管6和一号喷嘴7均从螺旋气道1的前端区域a进入到螺旋气道1内，并对螺旋气道1的前端螺旋区域b进行清理，螺旋气道1反复上下运动，从而完成对螺旋气道1的前端螺旋区域b的清理；

④将螺旋气道1竖直旋转180°，螺旋气道1通过二号夹持工装5进行夹持，让螺旋气道1的后端区域d朝下，采用内通道清洗装置4进行清理，将螺旋气道1正下方设有的一号蛇形管6更换成二号蛇形管8，二号蛇形管8的螺距大于一号蛇形管6的螺距，二号蛇形管8的出口安装有二号喷嘴9，内通道清洗装置4带动螺旋气道1边旋转边向下移动，二号蛇形管8和二号喷嘴9均从螺旋气道1的后端区域d进入到螺旋气道1内，并对螺旋气道1的后端螺旋区域c进行清理，螺旋气道1反复上下运动，从而完成对螺旋气道1的后端螺旋区域c的清理，从而完成对螺旋气道1整个内芯砂的清理。

一号喷嘴7和二号喷嘴9上均设有若干二号出口，且每个二号出口的流量为0.4L/min。一号喷嘴7和二号喷嘴9上的二号出口的个数均为4。一号喷嘴7和二号喷嘴9的流量是通过计算得出的，具体计算过程如下：

靶距是和清洗泵的流量、压力相关联的，根据表1的可选择数据，可选择清洗泵的压力为20MPa，清洗工艺操作中，流量、压力和喷嘴口径之间的关系前以得出:

式中:d--喷嘴直径cm，选定d＝0.02cm

P--驱动压力MPa，选定P＝20MPa

Q--喷嘴流量L/min

带入则有:

一号喷嘴7和二号喷嘴9均为回转喷嘴作，该回转喷嘴作有4个出口，喷嘴清洗泵最低的流量为0.4X4＝1.6L/min(0.1m³/h)。

螺旋气道1的清理面是螺旋型通道，因此要求输送高压液体的一号蛇形管6和二号蛇形管8也需要做成螺旋形，并且其螺距应该和通道的螺距相同。一号蛇形管6和二号蛇形管8均为刚性输液管。

螺旋气道1内部通道是一个狭窄的空间，清除下来的芯砂如果不能及时排出，则后续的清砂过程几乎无法进行。解决这类问题的通常作法是进出分流，如水力清砂，一般是侧面用高压水冲击，型砂和乏水从竖直面流出，相互不干扰，也不会形成水垫。但对于本发明的清理对象，工作水的进和乏水的排出是一个方向，因此在清理的方法上可采取工作水自下向上射流的方法，利用通道和输液管路在通道内的间隙作为乏水排出的通道，利用重力，加大乏水的排水动力。

本发明用机械代替人工，提高了工作效率，且省时省力，清洗成本低。此外，本发明能实现对螺旋气道3的全面清洗，在不损坏螺旋气道3内腔的前提下，可以从螺旋气道3内腔的螺旋面将型砂清理出来。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，根据对螺旋气道(1)清砂的要求、设备的配置和螺旋气道(1)的结构特点，可将构件分成4个区域，即前端区域a、前端螺旋区域b、后端螺旋区域c和后端区域d，整个清砂过程包括以下步骤：

①首先对螺旋气道(1)的前端区域a和后端区域d进行清理，将若干螺旋气道(1)排列成一排，前端区域a和后端区域d均朝外，用一号夹持工装(2)将若干螺旋气道(1)固定住，端部芯沙清洗装置(12)的一号夹持工装(2)上下运动，一号夹持工装(2)带动螺旋气道(1)上下移动，螺旋气道(1)前端区域a的前侧设有喷枪喷嘴(3)，喷枪喷嘴(3)安装在端部芯沙清洗装置(12)上，喷枪喷嘴(3)在端部芯沙清洗装置(12)的一号伺服电机、链条的牵引下作水平往复运动，两个运动协调一致，确保对清砂面的全覆盖，完成前端区域a芯砂的清理；

②将用于固定螺旋气道(1)的一号夹持工装(2)旋转180°，重复上述①操作步骤，完成后端区域d芯砂的清理；

③螺旋气道(1)完成端部清理后，先对螺旋气道(1)的前端螺旋区域b进行清理，螺旋气道(1)的前端区域a朝下，采用内通道清洗装置(4)进行清理，将待清理的螺旋气道(1)通过二号夹持工装(5)进行夹持，使螺旋气道(1)处于竖直状态，螺旋气道(1)正下方设有一号蛇形管(6)，一号蛇形管(6)的出口安装有一号喷嘴(7)，一号蛇形管(6)安装在内通道清洗装置(4)上，内通道清洗装置(4)带动螺旋气道(1)边旋转边向下移动，一号蛇形管(6)和一号喷嘴(7)均从螺旋气道(1)的前端区域a进入到螺旋气道(1)内，并对螺旋气道(1)的前端螺旋区域b进行清理，螺旋气道(1)反复上下运动，从而完成对螺旋气道(1)的前端螺旋区域b的清理；

④将螺旋气道(1)竖直旋转180°，螺旋气道(1)通过二号夹持工装(5)进行夹持，让螺旋气道(1)的后端区域d朝下，采用内通道清洗装置(4)进行清理，将螺旋气道(1)正下方设有的一号蛇形管(6)更换成二号蛇形管(8)，二号蛇形管(8)的螺距大于一号蛇形管(6)的螺距，二号蛇形管(8)的出口安装有二号喷嘴(9)，内通道清洗装置(4)带动螺旋气道(1)边旋转边向下移动，二号蛇形管(8)和二号喷嘴(9)均从螺旋气道(1)的后端区域d进入到螺旋气道(1)内，并对螺旋气道(1)的后端螺旋区域c进行清理，螺旋气道(1)反复上下运动，从而完成对螺旋气道(1)的后端螺旋区域c的清理，从而完成对螺旋气道(1)整个内芯砂的清理。

2.根据权利要求1所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，一号蛇形管(6)和二号蛇形管(8)均为刚性输液管。

3.根据权利要求1所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，内通道清洗装置(4)的架体顶部安装有一号蜗轮丝杆升降机(10)，一号蜗轮丝杆升降机(10)的升降端朝下，且一号蜗轮丝杆升降机(10)升降端连有二号伺服电机(11)，二号伺服电机(11)的输出端与二号夹持工装(5)连接。

4.根据权利要求1所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，端部芯沙清洗装置(12)的架体顶部安装有二号蜗轮丝杆升降机(13)，二号蜗轮丝杆升降机(13)的的升降端朝下，且二号蜗轮丝杆升降机(13)升降端连有三号伺服电机(14)，三号伺服电机(14)的输出端与一号夹持工装(2)连接。

5.根据权利要求4所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，端部芯沙清洗装置(12)的一号伺服电机驱动链条在两个链轮上运动，喷枪喷嘴(3)安装在链条上。

6.根据权利要求5所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，喷枪喷嘴(3)上设有若干一号出口，且每个一号出口的流量为0.15L/min。

7.根据权利要求6所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，喷枪喷嘴(3)的一号出口个数为3。

8.根据权利要求1所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，一号喷嘴(7)和二号喷嘴(9)上均设有若干二号出口，且每个二号出口的流量为0.4L/min。

9.根据权利要求8所述的螺旋气道内芯砂的清理方法，其特征在于，一号喷嘴(7)和二号喷嘴(9)上的二号出口的个数均为4。

Images