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基于超高压纯水射流的船壁除锈除漆关键技术与爬壁试验研究

王兴如

  船舶工业是我国支柱工业之一,它是高技术密集区,也是重体力密集区。除锈是船舶工业劳动强度最大、污染严重、涉及面广、技术水平落后的一道必不可少的工艺。船舶壁面超高压水射流爬壁除锈成套设备,是以环保无污染的自来水为除锈介质,通过超高压大功率泵机组获得除锈能量。超高压水射流除锈是利用高压水射流的冲击作用和水撬作用,破坏锈蚀和涂层对钢板的附着力,具有高质、高效、清洁等适合船舶维修除锈的技术特性。 本文对超高压纯水射流的船舶壁面除锈机理、超高压纯水射流剥离冲击特性、及超高压纯水射流除漆除锈成套设备关键技术等方面进行研究,分析了锈层与船壁钢板之间的硬度关系,建立了超高压纯水射流喷射剥离冲击模型,并进行了剥离冲击射流流场的模拟和试验研究,设计了超高压水射流船舶壁面除锈设备试验台,进行了不同爬壁行进速度下的除漆试验对比分析,进行了实际除锈的显微研究,检测了除锈前后的钢质表面元素比例,分析了微观环境下超高压水射流的除锈效果,为船舶壁面除锈除漆的提供试验参考和依据。 本文研究了超高压纯水射流除锈的原理,建立了锈蚀和涂层表面的基本结构,探讨了水射流的特性,分析了剥离冲击的力学原理,建立了基本的冲击力学模型,研究其剥离冲击的有效工作方法,应用旋转射流方法进行了实验。提出了一种超高压纯水射流剥离冲击的数值模拟方法,建立了超高压纯水射流喷嘴的剥离冲击模型,采用湍流模式对超高压纯水射流的喷嘴的流场特性进行了数值模拟,提出了一种用于水射流的剥离冲击的速度核概念。模拟在不同射流压力和典型的不同射流靶距下的流场性能变化,分析出了超高压纯水射流的喷嘴剥离冲击的冲击流场的特性,以及不同射流压力下对纯水射流剥离冲击力的影响。根据不同压力的仿真,表明射流压力在200MPa时除漆效果最好;根据不同喷嘴口径的仿真,表明口径0.3mm的喷嘴射流冲击速度较大;理想状态下,靶距越大,冲击速度越高。 设计了船舶除锈超高压纯水射流成套系统,给出了系统的基本参数配置,论述了泵组系统、真空回收系统以及爬壁机器人等分系统的工作原理。分析了泵组系统能量损失和超高压密封技术,提出了一种试验台样机配置和基本元件布置,探讨真空吸干回收系统基本功能。应用所搭建的超高压纯水射流除漆除锈试验台进行不同行进速度下的除漆爬壁试验,并进行了对比分析,采用扫描电镜对真实除锈形貌进行了放大处理,进行了实际除锈的微观研究,并检测了除锈前后的钢质表面元素比例,分析了微观环境下超高压水射流的除锈效果。试验结果表明:在实际除锈试验中,采用超高压纯水射流除锈后,氧化物可以基本剥离干净,除锈效果达到除锈标准Sa2.5级。……   
[关键词]:超高压纯水射流;除漆除锈;剥离冲击;数值模拟;爬壁试验
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连海事大学2010年