高压水射流技术(课堂PPT)
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制造业的一枝奇葩_高压水射流加工技术
& 3 1999 VOL . 28 T ot al Issue & 124 An Exci ting Achievement of Manufacturing Cutting Technology wi th High Pressure Water Jet
Z hao Wei L iu Xiaobing Zhu Pailong ( Dalian U niversity of Science & T echno logy, Dalian, Liaoning, 116023) Abstract T he paper describes the origin of cutting mechanism wit h water jet cutting technology, and intr oduces t he fundamental of getting high pressure water jet and its ap plicat ion. Key words Hig h pressure nism Water jet Cutting mecha Abstract T his paper discusses t he importance of stan dardization for manufacturing modernization and agilization. It describes the relation between modernization, serialization, standar dizat ion of product structure and agile manufacturing ( AM ) . And it also emphasizes effect of group technolog y o n AM implementation. Key words manufacturing GT Standar dizatio n M oder nization A gile
Z hao Wei L iu Xiaobing Zhu Pailong ( Dalian U niversity of Science & T echno logy, Dalian, Liaoning, 116023) Abstract T he paper describes the origin of cutting mechanism wit h water jet cutting technology, and intr oduces t he fundamental of getting high pressure water jet and its ap plicat ion. Key words Hig h pressure nism Water jet Cutting mecha Abstract T his paper discusses t he importance of stan dardization for manufacturing modernization and agilization. It describes the relation between modernization, serialization, standar dizat ion of product structure and agile manufacturing ( AM ) . And it also emphasizes effect of group technolog y o n AM implementation. Key words manufacturing GT Standar dizatio n M oder nization A gile
高压水射流清洗技术
而无 论 喷砂作 业
、
由 于 高压 水射 流 以 水作 为
介质
害
,
,
故 对环 境 无 任何 污 染
。
属 于环 保 型产 品
,
化 学 清洗 都对 环 境 和 操作 人员 有 一 定 的 损
。
受到 环 保的制约
+#
,
能 清洗 形状 和结构 复杂 的 物 件
、
能在 空 间狭 窄 的 场 合进 行 作业
。
,
相 信在我们 的共 同努 力下
, 。
相互 融合
,
将会开 发出更先进 的清洗工 艺
高压水射流 清洗 技术会得 到更 大的发展 和 更 广泛 的应用
并给您带实 实在 在
的经 济效益
!
,
广泛 应 用 于 各行 业 的 清洗作业
,
清洗范 围从 灰尘 到 坚硬 的水垢
从 地 面 的清洗到锅 炉
。
、
热交换
,
器 管 道 内部 的 清洗 处 于 线性 增长阶 段
。
市场销售 资料表 明 + 世 纪 4 年代 5
,
我 国小 型清洗 机 市场 是 一 个 缓慢发展 的 时期
。
进 人 5 年代 以 后
。
随着机 械制造 水平 的提 高 从 + 世 纪 ∋ 年 代高
以 后 每两 年 一 届
∗ ) ( 扩
。
。
压 水 射流 清洗技术 迅 速发 展 起 来
已 达 到 了很 高 的水平
,
∋ 0
+
年在 英 国召开 了第一 届 国际 水 射 流 会议
。
在会 上
,
高压 水 射流 技术 的研 讨 占了很 大 的 比 重
、
由 于 高压 水射 流 以 水作 为
介质
害
,
,
故 对环 境 无 任何 污 染
。
属 于环 保 型产 品
,
化 学 清洗 都对 环 境 和 操作 人员 有 一 定 的 损
。
受到 环 保的制约
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能 清洗 形状 和结构 复杂 的 物 件
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能在 空 间狭 窄 的 场 合进 行 作业
。
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高压水射流 清洗 技术会得 到更 大的发展 和 更 广泛 的应用
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广泛 应 用 于 各行 业 的 清洗作业
,
清洗范 围从 灰尘 到 坚硬 的水垢
从 地 面 的清洗到锅 炉
。
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热交换
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器 管 道 内部 的 清洗 处 于 线性 增长阶 段
。
市场销售 资料表 明 + 世 纪 4 年代 5
,
我 国小 型清洗 机 市场 是 一 个 缓慢发展 的 时期
。
进 人 5 年代 以 后
。
随着机 械制造 水平 的提 高 从 + 世 纪 ∋ 年 代高
以 后 每两 年 一 届
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。
。
压 水 射流 清洗技术 迅 速发 展 起 来
已 达 到 了很 高 的水平
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年在 英 国召开 了第一 届 国际 水 射 流 会议
。
在会 上
,
高压 水 射流 技术 的研 讨 占了很 大 的 比 重
水射流教学课件英文版
Water Jet Technology
----Fundamentals and Applications
1
Why Should We Learn This Subject ?
Because it is closely concerned to petroleum ENG. In oil well drilling, we use water jet; In oil production, we use water jet; In our daily life, we also make use of WJ. But these are not enough, we have additional reasons to learn this subject: • WJT has now been and so developed that it has created a large independent industrial sector aimed for cleaning and cutting, such as cleaning in chemical industry, rock breaking in mining and road building, cutting in machining. • In recent years, WJT got ever increasing new applications in petroleum ENG, such as hole drilling in oil formation, cleaning of perforated holes to recover oil production, etc.
3. Making oral presentations in class ---- to get 20 points
----Fundamentals and Applications
1
Why Should We Learn This Subject ?
Because it is closely concerned to petroleum ENG. In oil well drilling, we use water jet; In oil production, we use water jet; In our daily life, we also make use of WJ. But these are not enough, we have additional reasons to learn this subject: • WJT has now been and so developed that it has created a large independent industrial sector aimed for cleaning and cutting, such as cleaning in chemical industry, rock breaking in mining and road building, cutting in machining. • In recent years, WJT got ever increasing new applications in petroleum ENG, such as hole drilling in oil formation, cleaning of perforated holes to recover oil production, etc.
3. Making oral presentations in class ---- to get 20 points
高压水射流技术
⾼压⽔射流技术⾼压⽔射流技术⾼压⽔射流技术概述所谓⾼压⽔射流，是将普通⾃来⽔通过⾼压泵加压到数百乃⾄数千⼤⽓压⼒，然后通过特殊的喷嘴（孔径只有 1-2毫⽶），以极⾼的速度（200-500⽶/秒）喷出的⼀股能量⾼度集中的⽔流。
这⼀股⼀股的⼩⽔流如同⼩⼦弹⼀样具有巨⼤的打击能量，它能够进⾏钢板切割、铸件清砂、⾦属除锈，更能除去管⼦内壁的盐、碱、垢及各种堵塞物。
利⽤这股具有巨⼤能量的⽔流进⾏清洗即为⾼压⽔射流清洗。
⾼压⽔射流是近⼏⼗年来得以迅速发展的⼀项新技术，作为清洗、切割、破碎⼯具，⽔射流具有其独特的优越性。
近年来，随着⼤型化、智能化、专⽤化的⾼压⽔射流装备的迅速发展，该技术已渗透到众多应⽤领域：从⼀般机械零件、建筑物的清洗到以管道、管束、容器为主的⼯业清洗，从机场跑道除胶到船舶除锈，从⾦属、⾮⾦属板材切割到曲⾯仿形切割，从⽔⼒采煤到开采岩⽯，从喷射注浆到破碎路⾯，从⽆⼑⼿术到⽔幕电影、降尘、喷泉……，林林总总。
⾼压⽔射流是以⽔为⼯作介质，通过增压设备和特定形状的喷嘴产⽣⾼速射流束，具有极⾼的能级密度。
⼀些新型射流如脉冲射流、空化射流和磨料射流的相继出现，⼤⼤提⾼了其切割、剥离、破碎能⼒，更进⼀步拓宽了⽔射流技术的应⽤范围，可⽤于清洗、清理、切割、注⽔钻孔、喷雾、破碎、研磨等作业，具有清洁、⽆热效应、能量集中、易于控制、效率⾼、成本低、操作安全⽅便等特点，⼴泛应⽤在轻⼯、机械、建筑、采矿、⽯油、化⼯、核能、军⼯、航天、航空、汽车、铁道、船舶、海洋、冶⾦、市政⼯程以及医学等部门。
特别适宜于⾃然环境恶劣、⼯作危险等场合作业，能⼤⼤减轻劳动强度、改善劳动环境、降低和防⽌危险事故的发⽣。
⾼压⽔射流与激光束、电⼦束和等离⼦束统称为⾼能束加⼯技术，其中⾼压⽔射流是唯⼀的冷切割加⼯技术。
⾼压⽔射流不仅可以切割各类⾦属、⾮⾦属、塑性或脆性硬材料，⽽且⼯艺简单，⼯件材料的物理、机械性能不会破坏。
在各种新材料与复合材料相继涌现的当今时代，⾼压⽔射流的冷切割性能是⽆与伦⽐的⾼压⽔射流的主要优势⼀、清洗成本低：⾸先⾼压⽔射流使⽤的介质是⾃来⽔，它来源容易，普遍存在。
高压水射流技术精华
第二章 石油工程水射流技术
§2-1 提高射流井底效率 §2-2 新型高效射流研究 §2-3 水力和机械联合破岩 §2-4 超高压射流基础研究 §2-5 旋转射流钻径向水平井 §2-6 旋转射流处理近井地层 §2-7 高压水射流深穿透射孔 §2-8 高压水射流清洗油管除垢
§2-1 提高射流在井底工作效率
1. 基本原理
高压水射流，是以水为介质，通过高压发生设备 增压获得巨大能量，经一定形状的喷嘴喷出的一股能 量集中的高速水流。
2. 发展概况 50’s～60 ’s: 探ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ和实验阶段
50年代，人们从水力采煤和高速飞机的雨蚀现象 中认识到，提高射流压力和速度能够冲蚀较坚硬物料， 并显著提高落煤效果，从而开始了较高压力设备的研 制和较高压射流的实验。
3、按环境介质 淹 没 射 流: 在水中或其他液体中喷射； 非淹没射流: 水在空气中喷射。
4、按射流水力学特性 稳 定 射 流: 各断面流力特性不随时间变化，仅随位置变化； 不稳定射流: 各断面流力特性不仅随时间变化，且随位置变化。
5、按固壁条件 自 由 射 流: 无固壁限制； 非自由射流: 有固壁约束。
1972年，Conn推导出空化射流冲击压力：
P = Pi /6.35 [ exp ( 2/3α)]
(-3)
其中, P -- 空化射流冲击压力，MPa；
Pi -- 连续射流滞止压力，MPa； α-- 射流介质中气体含量。
当α= 1/6 ∼1/10 时，P = (8.6 ∼ 124) Pi
即在相同排量下，空化射流冲击压力是连续射流滞止压力 的8.6 ∼ 124倍。
八、管路压力损失
(1-13)
ΔP = 71.24 Q2 / D5 R1/4
机械加工-磨料水射流技术PPT
水射流微细加工技术
水射流(Water Jet)是20世纪70年代发展起 来的一门新技术。七十年代末，高压柱塞泵和 增压器的问世，极大地促进了高压水射流技术 的研究和发展。八十年代后，为提高水射流对 物料的冲蚀效果，世界各国相继研究开发出磨 料水射流(Abrasive Water Jet)、脉冲射流 (Pulse Water Jet)、自激振荡脉冲射流(Selfexcited Water Jet)和空化射流(Cavitation Water Jet)等新型射流。
磨料冲蚀加工原理及过程
磨料水射流是固体磨料与高速流动 的水互相混合而形成的固液两相介质射 流。高压水的动能大部分传递给磨料， 被加速的磨粒以很大的能量冲击、磨削 材料。大量磨料粒子的微切割的作用累 积，使材料渐进破坏。
加工机床
1．磨料 2．磨料储存容器 3．供应水 5．控制单元 6．喷嘴
4．泵
磨料
适用范围
磨料水射流是水射流技术的一种形式，一 般说来，大多数的柔软材料和一些薄的硬材料， 例如泡沫塑料、纸张、纤维板、地毯、玻璃纤 维、食品、合成材料、电路板、丙烯片等，都 可以用纯水射流切割，磨料水射流则几乎可切 割任何材料。通常，钛、铝合金，高强度钢、 石墨、陶瓷、花岗岩、玻璃和复合材料，均可 使用磨料水射流切割方法。
加工局限
应用前景
当前工业革命的一个重要特征是产品的小型化。 随着设备和器件的越来越小，以及大量新材料的开发 和应用，使得微细加工技术要求越来越高。磨料水射 流能加工更宽范围的材料并且产生更令人满意的切割 边缘质量，不产生热影响区。对半导体行业来说，水 射流技术无疑会在未来发挥巨大的作用。
以免阻塞喷嘴。 石榴石是广泛应用的磨 科材料；氧化铝做磨料同样 可行，它比石榴石更昂贵， 具有更高的强度，所以喷嘴 的磨损率更高。 试验数据证明，在切 割更硬的材料时氧化铝是更 好的磨料，例如，陶瓷。
水射流(Water Jet)是20世纪70年代发展起 来的一门新技术。七十年代末，高压柱塞泵和 增压器的问世，极大地促进了高压水射流技术 的研究和发展。八十年代后，为提高水射流对 物料的冲蚀效果，世界各国相继研究开发出磨 料水射流(Abrasive Water Jet)、脉冲射流 (Pulse Water Jet)、自激振荡脉冲射流(Selfexcited Water Jet)和空化射流(Cavitation Water Jet)等新型射流。
磨料冲蚀加工原理及过程
磨料水射流是固体磨料与高速流动 的水互相混合而形成的固液两相介质射 流。高压水的动能大部分传递给磨料， 被加速的磨粒以很大的能量冲击、磨削 材料。大量磨料粒子的微切割的作用累 积，使材料渐进破坏。
加工机床
1．磨料 2．磨料储存容器 3．供应水 5．控制单元 6．喷嘴
4．泵
磨料
适用范围
磨料水射流是水射流技术的一种形式，一 般说来，大多数的柔软材料和一些薄的硬材料， 例如泡沫塑料、纸张、纤维板、地毯、玻璃纤 维、食品、合成材料、电路板、丙烯片等，都 可以用纯水射流切割，磨料水射流则几乎可切 割任何材料。通常，钛、铝合金，高强度钢、 石墨、陶瓷、花岗岩、玻璃和复合材料，均可 使用磨料水射流切割方法。
加工局限
应用前景
当前工业革命的一个重要特征是产品的小型化。 随着设备和器件的越来越小，以及大量新材料的开发 和应用，使得微细加工技术要求越来越高。磨料水射 流能加工更宽范围的材料并且产生更令人满意的切割 边缘质量，不产生热影响区。对半导体行业来说，水 射流技术无疑会在未来发挥巨大的作用。
以免阻塞喷嘴。 石榴石是广泛应用的磨 科材料；氧化铝做磨料同样 可行，它比石榴石更昂贵， 具有更高的强度，所以喷嘴 的磨损率更高。 试验数据证明，在切 割更硬的材料时氧化铝是更 好的磨料，例如，陶瓷。
第九章 超声波和超高压水射流加工
频率与其厚薄、上下端块质量及夹紧力等成反比。
图9.4压电效应图
2013-9-22
9.5 压电陶瓷换能器
1——上端块；2——压紧螺钉；3——导电镍片； 12 4——压电陶瓷；5——下端块；6——变幅杆
•〔2)磁致伸缩效应超声波换能器 • 铁、钴、镍及其合金的长度能随其所处的磁场 强度的变化而伸缩的现象称为磁致伸缩效应，其中 镍在磁场中的最大缩短量为其长度的0.004％，铁和 钴则在磁场中为伸长，当磁场消失后又恢复原有尺 寸，如图9.6所示。这种材料的棒杆在交变磁场中其 长度将交变伸缩，其端面将交变振动。 • 为了减少高频涡流损耗，超声波加工中常用纯 镍片迭成封闭磁路的镍棒换能器，如图9.7所示。在 两芯柱上同向绕以线圈，通入高频电流使之伸缩， 它比压电式换能器有较高机械强度和较大输出功率， 常用于中功率和大功率的超声加工。其缺点是镍片 的涡流发热损失较大，能量转换效率较低，故加工 过程中需用水冷却，否则温度升高，超过居里点时， 磁致伸缩效应将消失，线圈绕组的绝缘材料也会被 烧坏。
图9.2超声波加工原理图
1——工具；2——工件；3——磨料悬浮液；4、5——变幅杆；6——换能器；7——超声波发生器 2013-9-22 8
9.1.1.3超声波加工的特点 • 1)适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料， 例如玻璃、陶瓷(氧化铝、氮化硅等)、石英、锗、硅、玛瑙、 宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料如淬火钢、硬 质合金等，也能进行加工，但加工生产率较低。 • 2）由于工具可用较软的材料做成较复杂的形状，故不需要 使工具和工件作比较复杂的相对运动，因此超声加工机床 的结构比较简单，只需一个方向轻压进给，操作、维修方 便。 • 3)由于去除加工材料是靠极小磨料瞬时局部的撞击作用，故 工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不 会引起变形及烧伤，表面粗糙度也较好，可达～，加工精 度可达0.01～0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度 零件。 9.1.2超声波加工设备及其组成部分 • 超声波加工设备又称超声波加工装置，它们的功率大 小和结构形状虽有所不同，但其组成部分基本相同，一般 包括超声发生器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液 循环系统。其主要组成如下： 2013-9-22 9
图9.4压电效应图
2013-9-22
9.5 压电陶瓷换能器
1——上端块；2——压紧螺钉；3——导电镍片； 12 4——压电陶瓷；5——下端块；6——变幅杆
•〔2)磁致伸缩效应超声波换能器 • 铁、钴、镍及其合金的长度能随其所处的磁场 强度的变化而伸缩的现象称为磁致伸缩效应，其中 镍在磁场中的最大缩短量为其长度的0.004％，铁和 钴则在磁场中为伸长，当磁场消失后又恢复原有尺 寸，如图9.6所示。这种材料的棒杆在交变磁场中其 长度将交变伸缩，其端面将交变振动。 • 为了减少高频涡流损耗，超声波加工中常用纯 镍片迭成封闭磁路的镍棒换能器，如图9.7所示。在 两芯柱上同向绕以线圈，通入高频电流使之伸缩， 它比压电式换能器有较高机械强度和较大输出功率， 常用于中功率和大功率的超声加工。其缺点是镍片 的涡流发热损失较大，能量转换效率较低，故加工 过程中需用水冷却，否则温度升高，超过居里点时， 磁致伸缩效应将消失，线圈绕组的绝缘材料也会被 烧坏。
图9.2超声波加工原理图
1——工具；2——工件；3——磨料悬浮液；4、5——变幅杆；6——换能器；7——超声波发生器 2013-9-22 8
9.1.1.3超声波加工的特点 • 1)适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料， 例如玻璃、陶瓷(氧化铝、氮化硅等)、石英、锗、硅、玛瑙、 宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料如淬火钢、硬 质合金等，也能进行加工，但加工生产率较低。 • 2）由于工具可用较软的材料做成较复杂的形状，故不需要 使工具和工件作比较复杂的相对运动，因此超声加工机床 的结构比较简单，只需一个方向轻压进给，操作、维修方 便。 • 3)由于去除加工材料是靠极小磨料瞬时局部的撞击作用，故 工件表面的宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不 会引起变形及烧伤，表面粗糙度也较好，可达～，加工精 度可达0.01～0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度 零件。 9.1.2超声波加工设备及其组成部分 • 超声波加工设备又称超声波加工装置，它们的功率大 小和结构形状虽有所不同，但其组成部分基本相同，一般 包括超声发生器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液 循环系统。其主要组成如下： 2013-9-22 9
高压水射流技术
高压水射流技术高压水射流技术是一种应用广泛的高精度、高效率的机械加工方法。
该技术利用高压水射流对工件进行切割、清洗、冲击等操作，可广泛应用于金属加工、矿山开采、建筑工程、环境保护等领域。
高压水射流技术的原理是利用泵体将水加压至特定压力，再通过喷嘴将水强力喷射出来。
水在高速流动过程中，因其动能和压力的共同作用，可以实现对各类物体的切割、清洗和冲击。
高压水射流技术具有以下几个特点。
首先，高压水射流技术是一种非接触式加工方法，不会对工件表面造成机械损伤。
传统的机械加工方法往往需要使用刀具或磨料来对工件进行加工，容易导致工件表面出现划痕、凹凸不平等问题。
而高压水射流技术利用高速流动的水流对工件进行处理，不会对工件表面造成机械损伤，保证了工件的平整度和光洁度。
其次，高压水射流技术具有较高的加工效率。
高压水射流在喷射出来的瞬间具有极高的冲击力，可以迅速切割各类材料。
与传统的机械加工方法相比，高压水射流技术的加工速度更快，能够大幅提高生产效率。
同时，高压水射流技术可以实现对复杂曲面的加工，减少了传统加工方法所需要的模具制造工序，降低了生产成本。
再次，高压水射流技术的加工质量较高。
高压水射流技术可以实现对细微部位的加工，精度高，加工质量极佳。
例如在汽车零部件加工中，高压水射流可以将工件切割成各种形状，而不损坏工件的材料特性和性能。
此外，高压水射流技术对环境友好。
与传统的机械加工方法相比，高压水射流技术不需要使用油润滑剂或冷却液等化学物质，减少了对环境的污染。
同时，高压水射流技术能够将切割产生的废料清洗出来，实现废料的回收利用。
高压水射流技术在各个领域都得到了广泛应用。
在金属加工领域，高压水射流技术可以将钢铁、铝合金等材料进行切割、冲孔等操作。
在矿山开采领域，高压水射流技术可以清理矿石表面，提高矿石的回收率。
在建筑工程领域，高压水射流技术可以对建筑物外墙进行清洗，去除污渍和附着物。
在环境保护领域，高压水射流技术可以用于清洗污水管道、疏通下水道等操作。
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14
压力：Mpa流量:L/min 泵输出功率=压力*流量/60（kW） 配套电机功率=压力*流量/50 （kW ） 配套发动机功率=压力*流量/39 （ kW） 配套发电机功率=3倍电机功率 （kW
射流打击力有间接影响
ƒ 高压管长度：对压力降有直接影响，对
射流打击力有间接影响
ƒ 喷嘴的直径：对射流打击力有很大影响
，存在最佳喷嘴直径
ƒ 射流的靶距：对射流打击力有很大影响
，存在最佳靶距
11
设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流
清洗机清洗效果的参数分析
ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系
ƒ 泵输出流量：与射流打击力有较大影响
垢分散成许多微粒；清洗剂泡沫作用，能把裹着油垢脱离 物体浮到水表面被射 流冲掉。而热力又加速了上述过程， 十分容易清洗干净。这是物理清洗与化学清洗 联手的典型清洗技术。 高压水射流清洗机的组成
高压发生装置：由电机和高压水泵组成的泵组来产生高压 水。
控制系统：由溢流阀、安全阀、喷枪扳机、电控装置等一 起组成。 执行系统：由喷枪、喷头等组成。 辅助机构： 由水箱、高压软管、框架、走行机构及连接管路等组成。 主要组成部分的作用
700kg/cm2的大型高压清洗机。
ƒ 对于一些体积较小、结构复杂、数量繁
多的零部件的油污、油垢的清洗，应 选用零
件清洗机。
10
设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流
清洗机清洗效果的参数分析
ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系
ƒ 泵输出流量：与射流打击力有较大影响
ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对
5
高压泵
6
喷枪和喷头
7
高压软管
8
加热装置一般采用燃油加热和电加热两种形式，高 压水流过盘管时被加热到 所需的温度。 根据被清洗对象结垢性质来选择，一般灰尘或较软的污垢 选用小型冷水型， 油污油垢要选用热水和蒸汽型，坚硬的锅炉垢、水垢要选 用大型高压清洗机，具体如下： „ 对于地面、车辆外表面等油污、油垢不多的地方的 泥垢、灰垢清洗，选用小型冷 水清洗机。 „ 对于设备零部件上的油污、油垢的清洗及一些工程 机械的油污的清洗，应选用热 水清洗机。因为85℃的热 水可将油污、油垢软化，降低其与基体表面的粘结力，然 后靠高压水射流即可将油污、油垢自基体表面剥离，不用 添加清洗剂即可获得 佳极的清洗效果。
9
对于重油垢、干涸的油脂垢、沥青垢的清洗；
北方地区冬天设备、管道的解 冻，应选用蒸
气清洗机。因为145℃的高温蒸气足以将重油
垢、干涸的油脂 垢、沥青垢彻底融化，大大
提高其流动性，降低附着力，然后依靠
24kg/cm2 的高压将其自基体表面冲刷下来。
ƒ 对于极难清洗的热交换器散热管内的坚
硬水垢、锅炉内的水垢，应选用压力 为
2
射流打击力
水射流打击物体表面的打击力主要体现在射流的压强上，
如果压强大于垢物的抗压强度，则垢物即被破坏。
最佳靶距
水射流对物体表面的作用力不仅与射流密度、速度有关，
而且还与水射流离
该表面的距离有关，这是由于水射流的速度、结构随着其
喷射距离发生变
化，因 此水射流冲击物体的作用力也随喷嘴至物体表面
的距离（靶距）不断变化，根据
8 0.008044 0.027845 0.0672 0.133094
0.232622 0.372971 0.561404
10 7.06E-05 0.00062 0.002897 0.009578
0.025448 0.058135 0.118916
13
高压水射流反作用力计算 F:水射流反作用力，N q:工作流量，l/min p:工作压力，MPa 清洗设备的热值输入 柴油的低位发热值：42000千焦耳/千克 柴油的低位发热值：10000千卡/千克 1千克0-100度水吸收的热量：418千焦耳 1千克0-100度蒸汽吸收的热量：2678千焦耳 1千克水的汽化潜热：2260千焦耳 柴油油耗1千克相当于电功率10-11千瓦 清洗设备的功率计算
实验结果，达到最大打击力的最佳靶距在100倍喷嘴直径
左右。
打击力 E=(mv2)/2
100倍
靶距
压力分级
3
高压水射流清洗工作压力选择十分重要，既要考虑在除掉 附着物同时不损伤基
体表面，还要考虑清洗压力对射流特性的影响，因此驱动 压力等级是设计任何水射 流工艺系统的主要参数，下面 的水射流压力等级是世界水射流界普遍认可的划分方 法。 低压 0.5-20 Mpa 中压 20-70 MPa 高压 70-140 MPa 超高压 140 MPa以上 机械力、热力、化学力
喷嘴号数与喷嘴直径的关系
高压胶管与压力损失的关系
Δ p=59. 7 q 2
压力损失（MPa/m）, q:流量（l/min）
D5 R0 . 25E
d: 胶管内径（mm）, Re:雷诺数
10 15 20 25 30 35 40
6 0.065734 0.133644 0.221103 0.326728
0.449525 0.588722 0.743697
ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对
射流打击力有间接影响
ƒ 高压管长度：对压力降有直接影响，对
射流打击力有间接影响
ƒ 喷嘴的直径：对射流打击力有很大影响
，存在最佳喷嘴直径
ƒ 射流的靶距：对射流打击力有很大影响
，存在最佳靶距
12
n:喷嘴效率，1.05-1.1
Nozzle#= q ×4000p
Nozzle: 喷嘴号数 p:压力，psi q:流量， gal/min
第一章 高压水射流技术
1
高压水射流清洗技术的基本概念 水射流的结构
高压水射流在喷嘴出口处有一个锥形等速流核心区，其中 射流轴向动压力
及密度基本保持不变，为水射流的初始段。射流继续发展 的部分为基本段，其 轴心速度与轴心动压有规律地衰减 。最后在消散段水射流与环境介质完全混合 变成水滴与
空气的混合物或雾化。射流各段在工程应用中具有不同的 功能，起 始段适宜于材料切割，基本段适用于清洗、除 锈等，消散部分主要用于降温除 尘、大面积地冲刷。 速度核 初始段 基本段 消散段
水射流的冲击力为机械力，热力可以用加热高压水的方法 得到。机械力、热力
与化学力的综合作用即水基清洗。清洗剂以其润湿、渗透 、乳化、分散泡沫作用 而具有极强的清洗作用。
4
以清洗油污为例，油污用不加清洗剂的低压水难以清洗，
一是由于油污与基体之间有粘接力；二是油和水之间存在 着表面张力。清洗剂的润 湿、渗透作用，降低了粘接力； 分散作用使油污中的碳粉、灰尘、金属细粉末形成 的结
压力：Mpa流量:L/min 泵输出功率=压力*流量/60（kW） 配套电机功率=压力*流量/50 （kW ） 配套发动机功率=压力*流量/39 （ kW） 配套发电机功率=3倍电机功率 （kW
射流打击力有间接影响
ƒ 高压管长度：对压力降有直接影响，对
射流打击力有间接影响
ƒ 喷嘴的直径：对射流打击力有很大影响
，存在最佳喷嘴直径
ƒ 射流的靶距：对射流打击力有很大影响
，存在最佳靶距
11
设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流
清洗机清洗效果的参数分析
ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系
ƒ 泵输出流量：与射流打击力有较大影响
垢分散成许多微粒；清洗剂泡沫作用，能把裹着油垢脱离 物体浮到水表面被射 流冲掉。而热力又加速了上述过程， 十分容易清洗干净。这是物理清洗与化学清洗 联手的典型清洗技术。 高压水射流清洗机的组成
高压发生装置：由电机和高压水泵组成的泵组来产生高压 水。
控制系统：由溢流阀、安全阀、喷枪扳机、电控装置等一 起组成。 执行系统：由喷枪、喷头等组成。 辅助机构： 由水箱、高压软管、框架、走行机构及连接管路等组成。 主要组成部分的作用
700kg/cm2的大型高压清洗机。
ƒ 对于一些体积较小、结构复杂、数量繁
多的零部件的油污、油垢的清洗，应 选用零
件清洗机。
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设备选型时需要考虑的技术问题 影响水射流
清洗机清洗效果的参数分析
ƒ 泵输出压力：与射流打击力成线性关系
ƒ 泵输出流量：与射流打击力有较大影响
ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对
5
高压泵
6
喷枪和喷头
7
高压软管
8
加热装置一般采用燃油加热和电加热两种形式，高 压水流过盘管时被加热到 所需的温度。 根据被清洗对象结垢性质来选择，一般灰尘或较软的污垢 选用小型冷水型， 油污油垢要选用热水和蒸汽型，坚硬的锅炉垢、水垢要选 用大型高压清洗机，具体如下： „ 对于地面、车辆外表面等油污、油垢不多的地方的 泥垢、灰垢清洗，选用小型冷 水清洗机。 „ 对于设备零部件上的油污、油垢的清洗及一些工程 机械的油污的清洗，应选用热 水清洗机。因为85℃的热 水可将油污、油垢软化，降低其与基体表面的粘结力，然 后靠高压水射流即可将油污、油垢自基体表面剥离，不用 添加清洗剂即可获得 佳极的清洗效果。
9
对于重油垢、干涸的油脂垢、沥青垢的清洗；
北方地区冬天设备、管道的解 冻，应选用蒸
气清洗机。因为145℃的高温蒸气足以将重油
垢、干涸的油脂 垢、沥青垢彻底融化，大大
提高其流动性，降低附着力，然后依靠
24kg/cm2 的高压将其自基体表面冲刷下来。
ƒ 对于极难清洗的热交换器散热管内的坚
硬水垢、锅炉内的水垢，应选用压力 为
2
射流打击力
水射流打击物体表面的打击力主要体现在射流的压强上，
如果压强大于垢物的抗压强度，则垢物即被破坏。
最佳靶距
水射流对物体表面的作用力不仅与射流密度、速度有关，
而且还与水射流离
该表面的距离有关，这是由于水射流的速度、结构随着其
喷射距离发生变
化，因 此水射流冲击物体的作用力也随喷嘴至物体表面
的距离（靶距）不断变化，根据
8 0.008044 0.027845 0.0672 0.133094
0.232622 0.372971 0.561404
10 7.06E-05 0.00062 0.002897 0.009578
0.025448 0.058135 0.118916
13
高压水射流反作用力计算 F:水射流反作用力，N q:工作流量，l/min p:工作压力，MPa 清洗设备的热值输入 柴油的低位发热值：42000千焦耳/千克 柴油的低位发热值：10000千卡/千克 1千克0-100度水吸收的热量：418千焦耳 1千克0-100度蒸汽吸收的热量：2678千焦耳 1千克水的汽化潜热：2260千焦耳 柴油油耗1千克相当于电功率10-11千瓦 清洗设备的功率计算
实验结果，达到最大打击力的最佳靶距在100倍喷嘴直径
左右。
打击力 E=(mv2)/2
100倍
靶距
压力分级
3
高压水射流清洗工作压力选择十分重要，既要考虑在除掉 附着物同时不损伤基
体表面，还要考虑清洗压力对射流特性的影响，因此驱动 压力等级是设计任何水射 流工艺系统的主要参数，下面 的水射流压力等级是世界水射流界普遍认可的划分方 法。 低压 0.5-20 Mpa 中压 20-70 MPa 高压 70-140 MPa 超高压 140 MPa以上 机械力、热力、化学力
喷嘴号数与喷嘴直径的关系
高压胶管与压力损失的关系
Δ p=59. 7 q 2
压力损失（MPa/m）, q:流量（l/min）
D5 R0 . 25E
d: 胶管内径（mm）, Re:雷诺数
10 15 20 25 30 35 40
6 0.065734 0.133644 0.221103 0.326728
0.449525 0.588722 0.743697
ƒ 高压管内径：对压力降有直接影响，对
射流打击力有间接影响
ƒ 高压管长度：对压力降有直接影响，对
射流打击力有间接影响
ƒ 喷嘴的直径：对射流打击力有很大影响
，存在最佳喷嘴直径
ƒ 射流的靶距：对射流打击力有很大影响
，存在最佳靶距
12
n:喷嘴效率，1.05-1.1
Nozzle#= q ×4000p
Nozzle: 喷嘴号数 p:压力，psi q:流量， gal/min
第一章 高压水射流技术
1
高压水射流清洗技术的基本概念 水射流的结构
高压水射流在喷嘴出口处有一个锥形等速流核心区，其中 射流轴向动压力
及密度基本保持不变，为水射流的初始段。射流继续发展 的部分为基本段，其 轴心速度与轴心动压有规律地衰减 。最后在消散段水射流与环境介质完全混合 变成水滴与
空气的混合物或雾化。射流各段在工程应用中具有不同的 功能，起 始段适宜于材料切割，基本段适用于清洗、除 锈等，消散部分主要用于降温除 尘、大面积地冲刷。 速度核 初始段 基本段 消散段
水射流的冲击力为机械力，热力可以用加热高压水的方法 得到。机械力、热力
与化学力的综合作用即水基清洗。清洗剂以其润湿、渗透 、乳化、分散泡沫作用 而具有极强的清洗作用。
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以清洗油污为例，油污用不加清洗剂的低压水难以清洗，
一是由于油污与基体之间有粘接力；二是油和水之间存在 着表面张力。清洗剂的润 湿、渗透作用，降低了粘接力； 分散作用使油污中的碳粉、灰尘、金属细粉末形成 的结