一种船舶的高压水射流除锈工艺的制作方法

本发明涉及船舶除锈技术领域，特别是涉及一种船舶的高压水射流除锈工艺。

背景技术：

船舶除锈清洗是船舶工业中的一项重要业务，是造船和修船不可或缺的重要环节，是船舶涂装前的首要步骤，另外由于船舶外壁长期沉浸在海水中，饱受海水的侵蚀，不可避免的发生锈蚀，为提高船舶的使用寿命和增加使用安全性，当船舶外壁锈蚀到一定程度时，必须进行除锈清洗。

而现有的除锈方法大都采用传统的人工手持喷枪进行喷干砂除锈，这种除锈工艺成本非常之高，需要耗费大量的铜矿砂以及需要人力，除成本高外，长期处于这种环境中，工人也容易患职业病，另外，这样的作业方式也容易出事故。

目前也有其他除锈方式，如高压弥雾技术，依然需要铜矿砂，除锈成本非常高。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种高压水射流除锈方法，利用高压水射流技术和真空技术配合除锈，并能有限防止返锈，是通过如下技术方案实现的。

一种船舶的高压水射流除锈工艺，包括如下步骤：

配置具有除锈清洗装置的机器人，以机器人横向、纵向逐行行走作业的方式，调节机器人和除锈清洗装置的工艺参数，将高压水射流喷射在船舶外壁的锈面上；

配置真空抽吸装置产生真空腔在除锈清洗装置上，除锈清洗装置的喷头设置在真空腔内；

高压水射流冲击船舶外壁的进行清洗锈面，同时产生的高温使船舶外壁表面的水分蒸发。

进一步的，高压水射流的工艺参数包括射流压力、喷嘴安装角度、射流靶距、喷头旋转速度和机器人行走速度。

其中，射流压力满足公式：

其中，s是机器人行走速度，单位mm/s；

p是工作压力，单位mpa；

dn喷嘴直径，单位是mm；

h是破坏深度，单位是mm；

σt是材料抗拉强度，单位mpa。

其中，射流靶距满足：射流打击力p＝f(l)；则最佳靶距：popt＝f(p，dn)。

其中，除锈清洗装置的喷嘴安装角度在0°～30°。

其中，除锈清洗装置的喷头旋转速度坐匀速圆周运动，喷头打击壁面的实际运动轨迹为2个运动的合成运动，设高压水喷头的打击点坐标为(x,y),随着时间t变化，初始位置位于x轴正半轴的单个高压水喷头打击壁面的轨迹方程式如下：

其中，r为喷头匀速旋转的轨迹半间，ω为喷头匀速旋转的角速度，v为机器人匀速直行的速度。

喷头匀速旋转相邻两周期的轨迹线为相邻轨迹线，当满足t2＝t1+2π/ω时，相邻两轨迹线之间的最大距离δy＝y(t2)-y(t1)，令n为喷头匀速旋转的转速，则，可得：

令上述高压水射流的水柱打击壁面能有效除锈的宽度是w，只有当δy≤w时，清洗器才能除锈干净，即

根据上述公式，在具体实施例中，除锈清洗装置选用8个喷头，最外层的喷嘴旋转半径相同，上述公式可调整为

本发明的有益效果是：能实现船舶绿色、高效、高质量的除锈清洗。

附图说明

图1是本发明的具体实施例中喷嘴参数设计示意图。

图2是本发明的具体实施例中喷嘴及流场的网格划分。

图3是本发明的具体实施例中靶面打击力示意图。

图4是本发明的具体实施例中剪切力径向分布图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，以本发明的具体实施例进行详细说明。

一种船舶的高压水射流除锈工艺，包括如下步骤：

配置具有除锈清洗装置的机器人，以机器人横向、纵向逐行行走作业的方式，调节机器人和除锈清洗装置的工艺参数，将高压水射流喷射在船舶外壁的锈面上；

上述机器人是一种船舶专用的爬壁机器人，是一种履带磁吸式机器人，通过马达驱动机器人横向、纵向逐行行走，配置在机器人上的除锈清洗装置清理船舶外壁的锈面。

配置真空抽吸装置产生真空作用在除锈清洗装置上；将除锈喷嘴安装在一个真空腔内，形成旋转射流，在一个真空腔内，常温水泵送至超高压水时候进行除锈清洗。

高压水射流冲击船舶外壁的进行清洗锈面，同时产生的高温使船舶外壁表面的水分蒸发。同时，在真空腔内形成高温度场，可以实现即除即干。同时，真空抽吸装置的负压抽吸作用还实现了废水废料回收，达到防止返锈和环保的效果。

上述高压水射流的工艺参数包括射流压力、喷嘴安装角度、射流靶距、喷头旋转速度和机器人行走速度。

射流压力是影响除锈的最重要因素，纯水射流除锈要求设备不得不在超高压工况运行，运行压力越高，除锈效率高，但对设备的损害越大，所以控制射流压力的范围，才能在保证效率的基础上，最大限度延长设备的使用寿命，是降低成本的关键因素，是通过下面公式来确定：

其中，s是机器人行走速度，单位mm/s；

p是工作压力，单位mpa；

dn喷嘴直径，单位是mm；

h是破坏深度，单位是mm；

σt是材料抗拉强度，单位mpa。

根据上述公式，达到sa2.5的除锈效果，射流压力在240～260mpa作用。

其中，射流靶距满足：以超过压单喷嘴细射流为例，设打击力p＝f(l)；则最佳靶距为：popt＝f(p，dn)。如图3所示，所寻找的靶距也就是图中曲线凸出部分，通常，这一范围较小，通过实施例，假设采用0.3mm的圆锥形收敛喷嘴，则根据上述公式计算，最佳的射流靶距在10～20mm之间，在实际应用中，喷嘴的直径不同，则射流靶距也不同，以上仅是其一实施例。

如图1所示在本发明的具体实施例中，保持其他高压水射流的工作参数不变，采用射流压力位200mpa，流量为30l/min，喷嘴依然圆锥收敛型，喷嘴直径定为1mm，入射角度为0°，即射流垂直冲击靶面，改变射流的靶距，将射流的靶距分别定位5mm、10mm、15mm、20mm、25mm

其中，除锈清洗装置的喷嘴安装角度在0°～30°，靶面获得的射流作用力最大，考虑到上述安装角度产生的切向力，容易剥落油漆层，喷嘴安装角度在接近或等于30°时，效果最佳。

如图4所示，剪切力对船面油漆的去除有关键性作用，图中可以清晰看到剪切力的变化趋势，在射流中心点周围呈双峰曲线形式，从周围最大剪切力区域到射流中心，剪切力迅速减少到0，最大剪切力区域之外，随着射流中心的距离越来越大，剪切力的数值越来越小。

配置具有除锈清洗装置的机器人，需要除锈清洗装置的喷头旋转速度和机器人行走速度协调，如果高压射流的喷嘴旋转速度和机器人行走速度不协调时，致使射流轨迹清晰但不相连，呈网状断续，会影响到除锈、清洗效果，如转速太高，容易使得启动力扭矩不够而难以转动，旋转速度过慢，则射流呈雾化状，打击力分散，当力度不够时，不能完全除去表面的锈迹，需要多次才能将锈面完全清除。

除锈清洗装置的喷头旋转速度坐匀速圆周运动，喷头打击壁面的实际运动轨迹为2个运动的合成运动，设高压水喷头的打击点坐标为(x，y)，随着时间t变化，初始位置位于x轴正半轴的单个高压水喷头打击壁面的轨迹方程式如下：

其中，r为喷头匀速旋转的轨迹半间，ω为喷头匀速旋转的角速度，v为机器人匀速直行的速度。

喷头匀速旋转相邻两周期的轨迹线为相邻轨迹线，当满足t2＝t1+2π/ω时，相邻两轨迹线之间的最大距离δy＝y(t2)-y(t1)，令n为喷头匀速旋转的转速，则，可得：

令上述高压水射流的水柱打击壁面能有效除锈的宽度是w，只有当δy≤w时，清洗器才能除锈干净，即

根据上述公式，在具体实施例中，除锈清洗装置选用8个喷头，最外层的喷嘴旋转半径相同，上述公式可调整为

除锈清洗装置中，喷嘴是形成高野谁射流工况的直接元件，最高压水射流的工作效果有着重要影响，圆锥收敛型喷嘴的除锈性能最好，如图2所示，是圆锥收敛型喷嘴的设计图，收缩角α为13°，长径比i/d为3,喷嘴直径d为0.3mm。结合图，喷嘴直径为1mm,长径比为3，收缩角为13°，则流场模型是直径50mm,高是200mm的圆柱形，如图3所示。

以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些都属于本发明的保护范围。