本发明涉及一种基于三相融合射流的清洗设备，属于工业清洗领域。
背景技术：
我国的工业清洗业是一门新兴行业，只有20年的发展历史。经过20年的快速发展，已经取得了很大的进步。工业清洗，一般分为化学清洗、物理清洗以及生物清洗。依据国家统计局数据，物理清洗约占工业清洗整体市场规模的30％，高压水射流、空气喷砂等清洗方式占主导地位。
空气喷砂法是一种物理的除漆、除锈方法，除锈除漆质量高，表面粗糙度好，对于大件设备具有较高的除锈除漆工作效率。但其缺点是：作业时会产生大量粉尘污染环境，严重危害操作人员的健康，长期使用此方式清洗会损伤物体(如船体、车皮、车厢等)表面；此外，喷砂作业后现场清理也比较麻烦。由于喷砂环境污染较重，近来在国际上已逐渐被限制使用；
高压水射流法，也是一种物理清洗方法，具有不受材质形状的限制、洗净力强、不污染环境等优点。但其缺点是：满足除漆、除锈作业的效率、效果，一般喷射压力需要达到2000公斤左右，操作时有一定的危险性；水、电用量很大，能耗很高；
湿式喷砂法，是在空气喷砂的喷嘴处加装高压水出口，实现水、气、砂同时的喷出。这种方法能够有效减少粉尘的产生，具有一定的环保效果。这种湿式喷砂法不仅需要高压气源，还需要高压水源(通常为0.5mpa)，具有能耗大、安全风险大的缺点。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种射流清洗设备，本发明无需高压水源即可实现清洗，极大地降低了清洗能耗。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种射流清洗设备，包括罐体、加速射流组件及限位组件，所述罐体用于容设清洗砂和清洗液，且顶部设有安装孔，所述加速射流组件包括进气嘴和射流管路，所述进气嘴为空心锥台结构，设置在所述罐体底部，所述射流管路包括主体管路和出射管路，所述主体管路为直管，设置在所述罐体内，且下端与所述进气嘴紧密配合，上端通过所述安装孔探出所述罐体，所述出射管路与所述主体管路的上端连接，所述限位组件固定在所述罐体外部，用于限定所述主体管路的抬升高度，工作时，先关闭所述出射管路，通过所述进气嘴向所述主体管路内充气，当所述主体管路内的气压达到第一预设值时，所述主体管路沿所述安装孔抬升，脱离所述进气嘴，当所述罐体内气压达到第二预设值时，开启所述出射管路，所述清洗砂、清洗液与充入的气体混合后经所述主体管路，从所述出射管路喷出。
在一可选实施例中，所述主体管路上部设有至少一个通气孔。
在一可选实施例中，所述通气孔的孔径为所述主体管路内径的1/6-1/2。
在一可选实施例中，所述进气嘴中部外径与所述主体管路的管腔的直径一致，所述进气嘴部分插入所述主体管路下端，所述管腔的下端开口处带有倒角或圆角，当所述主体管路沿所述安装孔抬升时，所述主体管路与所述进气嘴之间形成先收缩后扩张的流道。
在一可选实施例中，所述出射管路为软管。
在一可选实施例中，所述的射流清洗设备还包括管路封闭组件，所述管路封闭组件包括支撑部和压紧装置，所述出射管路位于所述支撑部上，所述压紧装置用于挤压所述出射管路，使所述出射管路封闭。
在一可选实施例中，所述的射流清洗设备还包括振动器和两位五通阀，所述振动器设置在所述罐体上，所述压紧装置包括气缸和与所述气缸配套的活塞，所述活塞用于挤压所述出射管路使所述出射管路封闭，所述两位五通阀的进气口用于与气源连接，所述两位五通阀的第一出气口与所述气缸连接，所述两位五通阀的第二出气口与所述振动器连接。
在一可选实施例中，所述加速射流组件还包括设置在所述罐体内的导向板，所述导向板设有导向孔，所述主体管路穿设在所述导向孔内。
在一可选实施例中，所述的射流清洗设备还包括手动抬升组件，所述手动抬升组件与所述主体管路上端连接，用于手动抬升所述主体管路。
在一可选实施例中，所述限位组件包括主杆、支架及限位杆，所述主杆第一端与所述主体管路上端固定连接，所述支架一端与所述主杆转动连接，另一端与所述罐体固定连接，所述限位杆固定在所述主杆上，且所述支架位于所述限位杆和所述第一端之间，当所述主体管路抬升至预设高度时，所述限位杆抵住所述罐体。
在一可选实施例中，所述手动抬升组件包括把手和转接件，所述把手一端与所述主杆的第二端转动连接，所述转接件一端与所述把手转动连接，另一端与所述罐体转动连接。
在一可选实施例中，所述安装孔为螺纹孔，所述加速射流组件还包括套筒和密封圈，所述套筒内壁上设有环形安装槽，所述密封圈位于所述环形安装槽内，所述主体管路上端穿过所述套筒和所述密封圈，所述套筒与所述安装孔螺纹连接
在一可选实施例中，所述进气嘴的大端设有外翻边，所述罐体底部设有进气嘴安装孔，所述进气嘴安装孔包括连接的第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的直径大于所述外翻边的直径，所述进气嘴通过一法兰盘与所述罐体连接，所述法兰盘上表面设有环形凸起，固定连接后，所述进气嘴的主体部分位于所述第二孔段内，所述外翻边位于所述第一孔段内，所述第一孔段和第二孔段的台阶面上设有密封垫，所述环形凸起插入所述外翻边与所述第一孔段的夹层内。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明实施例提供的射流清洗设备，通过设置适配的进气嘴和主体管路，在不工作时，进气嘴与主体管路紧密配合，防止罐体内的清洗砂和清洗液进入进气嘴导致的进气嘴堵塞，当工作时，通过封堵出射管路使主体管路形成相对密闭的空腔，高压气体进入主体管路后，主体管路内压强不断升高，当达到一定值时，主体管路在气压作用下沿安装孔向上抬升，脱离进气嘴，使高压气体从进气嘴和主体管路底部的流道进入罐体内，罐体内的清洗砂和清洗液在充入气体的扰动下与充入气体充分混合，当罐体内压强达到预设值时，开启出射管路，三相混合物喷出，实现清洗功能，该装置无需高压水源，极大地降低了清洗能耗；
(2)由于气、液、固三相进行了预先混合，使清洗砂在三相混合物中均匀分布，避免了清洗砂集中堆积导致的管路堵塞，提高了装置的使用安全性及使用寿命；
(3)通过设置先收缩后扩张的流道，实现对充入气体的二次加速射流，进一步促进了气、液、固三相充分混合；在混合物喷出时，经过该流道有利于进一步提高三相流速度，提高清洗效率；
(4)通过设置进气孔使气体一部分通过进气嘴和主体管路底部的流道进入罐体内，高压气体压力降低，速度升高，高速气体从液、固两相底部进入，使得液、固两相产生剧烈翻滚、融合，起到预先混合的作用，另一部分通过通气孔进入罐体内，从顶部给液、固两相施压，促进气、液、固三相的充分混合，提高混合效率；
(5)通过采用气动压紧装置，并设置两位五通阀，通过将两位五通阀的阀芯设置在第一位置，使气源给气动压紧装置供气，实现对出射管路的封闭，通过将阀芯切换到第二位置，使气源给振动器供气，实现罐体振动，同时气动压紧装置松开，三相混合物由出射管路喷出，进行清洗，实现了对两个用气执行元件的控制，简化了控制系统结构，提高了可靠性；
(6)通过设置手动抬升组件，避免了由于主体管路卡滞导致的无法抬升，确保装置正常工作，同时，可以通过手动抬升组件调节主体管路的高度，从而调节三相喷射流量；
(7)本发明提供的双密封结构提高了密封的有效性，同时，当进气嘴与主体管路部分被清洗砂堵塞时，由于气体压力作用使得进气嘴与主体管路之间缝隙增大，使得清洗砂粒脱落，从而消除堵塞现象。
(8)罐体内清洗砂和清洗液的体积比优选1：1-2，既能防止清洗砂堵塞管路，又能保证较高的清洗效果；
(9)清洗砂和清洗液的体积比优选为1：1ˉ1：2,充入的高压气体的气体流量优选3ˉ6m3/min，既能保证清洗效果，也能防止清洗砂堵塞进气嘴。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种射流清洗设备外观示意图；
图2为本发明实施例提供的一种射流清洗设备剖面示意图；
图3为本发明实施例提供的一种射流清洗设备俯视图；
图4为本发明实施例提供的一种管路封闭组件结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种限位组件与手动抬升组件装配结构示意图；
图6为本发明实施例提供的限位组件和另一种手动抬升组件装配结构示意图。
其中，1.罐体、2.限位组件、3.安装孔、4.气源、5.进气嘴、6.主体管路、7.出射管路、8.支撑部、9.压紧装置、10.导向板、11.主杆、12.支架、13.气体管路、14.单向阀、15.减压阀、16.限位杆、17.把手、18.转接件、19.密封圈、20.套筒、21.法兰盘、22.溢流管、23.安装支架、24.出气孔、25.旋钮、26.转接块；
51.外翻边、61.通气孔、91.气缸、92.活塞、211环形凸起。
具体实施方式
下面结合附图及具体例子详细介绍本发明的实施方式。
参见图1和2，本发明实施例提供了一种射流清洗设备，包括罐体1、加速射流组件、限位组件2及气源4，罐体1用于容设清洗砂和清洗液，且顶部设有安装孔3，所述加速射流组件包括进气嘴5和射流管路，进气嘴5为空心锥台结构，设置在罐体1底部，所述射流管路包括主体管路6和出射管路7，主体管路6为直管，设置在罐体1内，且下端与进气嘴5紧密配合，上端通过安装孔3探出罐体1，出射管路7与主体管路6的上端连接，气源4与进气嘴5连接，用于供气，限位组件2固定在罐体1外部，用于限定主体管路6的抬升高度，工作时，先关闭出射管路7，通过气源4向主体管路6内充气，当主体管路6内的气压达到第一预设值时，主体管路6沿安装孔3抬升，脱离进气嘴5，气源4提供的气体可以经进气嘴5从主体管路6下端进入罐体1当罐体1内气压达到第二预设值时，开启出射管路7，所述清洗砂、清洗液与充入的气体混合后经主体管路6，从出射管路7喷出。
具体地，本发明实施例中，所述清洗砂可以包括玻璃珠、玻璃砂、石英砂等固体微粒，所述清洗液可以包括水、防锈剂的水溶液、乙醇溶液等液体，本发明不做限定；罐体1可以为圆筒状结构、锥筒状结构等，优选上半部为圆筒状结构下半部为锥筒状结构；气源4可以包括压缩空气、压缩氮气、氦气等气源，优选供气气压为0.6-1mpa，如图1所示，气源可以包括气体管路13和设置在气体管路13上的单向阀14和减压阀15；主体管路6为刚性直管，可以为不锈钢、铸铁、碳钢等材质，优选设置在罐体1的中轴线上；限位组件2可以带有限位孔的限位板、限位档块等结构，本发明不做限定；所述第一预设值可以由射流组件的重力以及主体管路6与罐体1的摩擦力等因素确定，所述第二预设值，根据气源压强确定，优选充入气体压强值。
在一可选实施例中，主体管路6下端为倒锥台结构，所述倒锥台结构可部分插入进气嘴5的空腔内，实现与进气嘴5紧密配合；在另一可选实施例中，进气嘴5部分插入主体管路6内，实现与主体管路6紧密配合；
使用本发明实施例提供的射流清洗设备进行清洗时，包括以下步骤：
步骤1、给罐体1内装入清洗砂和清洗液，封闭出射管路7；
具体地，在本发明实施例中，罐体1内清洗砂和清洗液的体积比优选1：1-2，既能防止清洗砂堵塞管路，又能保证较高的清洗效果；
步骤2、通过气源4向主体管路6内充入压强为0.6-1mpa的高压气体，当主体管路6内的气压达到第一预设值时，主体管路6沿安装孔3抬升，脱离进气嘴5，气源4提供的气体可以经进气嘴5从主体管路6下端进入罐体1，所述清洗砂、清洗液与充入的气体在罐体1内混合；本发明实施例中，清洗砂和清洗液的体积比优选为1：1ˉ1：2,充入的高压气体的气体流量优选3ˉ6m3/min，既能保证清洗效果，也能防止清洗砂堵塞进气嘴。
步骤3、当罐体1内气压达到第二预设值时，开启出射管路7，经充分混合后的所述清洗砂、清洗液与充入的气体的混合物，随高速气流卷吸进入主体管路6，顺主体管路6高速流动，再以超声速由出射管路7喷射向被清洗物表面，利用砂粒棱角的切割、摩擦以及液体的浸润、气体的冲刷等综合作用，对被清洗物进行强力清洗。具体地，可以通过观察设置在罐体1上的气压表判断是否到第二预设值。
本发明实施例提供的射流清洗设备，通过设置适配的进气嘴和主体管路，在不工作时，进气嘴与主体管路紧密配合，防止罐体内的清洗砂和清洗液进入进气嘴导致的进气嘴堵塞，当工作时，通过封堵出射管路使主体管路形成相对密闭的空腔，高压气体进入主体管路后，主体管路内压强不断升高，当达到一定值时，主体管路在气压作用下沿安装孔向上抬升，脱离进气嘴，使高压气体从进气嘴和主体管路底部的流道进入罐体内，罐体内的清洗砂和清洗液在充入气体的扰动下与充入气体充分混合，当罐体内压强达到预设值时，开启出射管路，三相混合物喷出，实现清洗功能，该装置无需高压水源，极大地降低了清洗能耗；同时，由于气、液、固三相进行了预先混合，使清洗砂在三相混合物中均匀分布，避免了清洗砂集中堆积导致的管路堵塞，提高了装置的使用安全性及使用寿命。
如图2所示，在一可选实施例中，进气嘴5中部外径与主体管路6的管腔的直径一致，进气嘴5部分插入主体管路6下端，在直径一致部位形成线接触配合，主体管路6管腔的下端开口处带有倒角或圆角，当主体管路6沿安装孔3抬升时，线接触配合解除，主体管路6与进气嘴5之间形成先收缩后扩张的流道，此时充入气流由主体管路6内部经流道加速后进入罐体，从而实现对充入气体的二次加速射流，进一步促进了气、液、固三相充分混合；在混合物喷出时，经过该流道有利于进一步提高三相流速度，提高清洗效率。
参见图2，主体管路6上部设有至少一个通气孔61，在以可选实施例中，主体管路6上对称设有2个进气孔61；步骤1中所述的给射流清洗装置的罐体内装入清洗砂和清洗液，包括：给射流清洗装置的罐体内装入清洗砂和清洗液，确保液面低于所述通气孔。通过设置进气孔使气体一部分通过进气嘴和主体管路底部的流道进入罐体内，高压气体压力降低，速度升高，高速气体从液、固两相底部进入，使得液、固两相产生剧烈翻滚、融合，起到预先混合的作用，另一部分通过通气孔进入罐体内，从顶部给液、固两相施压，促进气、液、固三相的充分混合，提高混合效率。在一可选实施例中，罐体1上设有溢流管22，溢流管22的高度略低于通气孔61的高度，以避免液位没过通气孔。
在一可选实施例中，通气孔61的孔径为所述主体管路内径的1/6-1/2，既保证了主体管路的强度，又防止清洗砂堵塞通气孔。
在一可选实施例中，出射管路7为软管，以便于调整清洗角度。
在一可选实施例中，参见图2，所述的射流清洗设备，还包括管路封闭组件，管路封闭组件包括支撑部8和压紧装置9，出射管路7位于支撑部8上，压紧装置9用于挤压所述出射管路，使出射管路7封闭。该管路封闭组件结构简单、便于安装且重量轻。
使用本发明实施例提供的射流清洗设备进行清洗时，上述步骤1中，通过气源4给压紧装置供气，使压紧装置压紧出射管路7封闭，避免内部压强过大导致的出射管路7冲开，压紧方式可靠性高。
在一可选实施例中，所述的射流清洗设备，还包括振动器(图中未示出)和两位五通阀(图中未示出)，所述振动器设置在罐体1上，用于使罐体振动，以防止清洗砂粘连到罐体内壁上，参见图2和4，压紧装置9包括气缸91和与气缸91配套的活塞92，活塞92用于挤压出射管路7使出射管路7封闭，所述两位五通阀的进气口与气源4连接，所述两位五通阀的第一出气口与气缸91连接，以推动活塞92运动，所述两位五通阀的第二出气口与所述振动器连接。在一可选实施例中，管路封闭组件还包括与罐体1固定连接的安装支架23，支撑部8固定在安装支架23上，支撑部8上设有限位通孔和气缸安装孔，所述限位通孔与所述气缸安装孔垂直，出射管路7穿设在所述限位通孔内，气缸91固定安装在所述气缸安装孔内，活塞92的挤压面为与出射管路7适配的弧形面。
使用本发明实施例提供的射流清洗设备进行清洗时，上述步骤1中通过将两位五通阀的阀芯设置在第一位置，使气源给气缸91供气，从而使活塞压92紧所述出射管路7，步骤3中，通过将所述阀芯切换到第二位置，使所述气源给振动器供气，实现所述罐体振动，同时使所述活塞92松开，开启出射管路7；具体地，本发明实施例中通过手动控制开关控制阀芯在第一位置和第二位置切换，即手动捏紧控制开关使阀芯从第一位置切换到第二位置，当松开控制开关时，阀芯从第二位置弹回到第一位置；
通过采用气动压紧装置，并设置两位五通阀，通过将两位五通阀的阀芯设置在第一位置，使气源给气动压紧装置供气，实现对出射管路的封闭，通过将阀芯切换到第二位置，使气源给振动器供气，实现罐体振动，同时气动压紧装置松开，三相混合物由出射管路喷出，进行清洗，实现了对两个用气执行元件的控制，简化了控制系统结构，提高了可靠性。
在一可选实施例中，参见图2，加速射流组件还包括设置在罐体1内的导向板10，导向板10设有导向孔，主体管路6穿设在所述导向孔内。通过设置导向板避免了主体管路在罐体内部的摆动，确保气流通道顺畅。
在一可选实施例中，参见图1、2和5，所述的射流清洗设备还包括手动抬升组件，所述手动抬升组件与所述主体管路上端连接，用于手动抬升所述主体管路。使用本发明实施例提供的射流清洗设备进行清洗时，上述步骤2中，当气源4的供气压力正常，罐体内的压力在预设时间内不发生变化或变化甚微时，手动抬升主体管路6。通过设置手动抬升组件，避免了由于主体管路卡滞导致的无法抬升，确保装置正常工作，同时，可以通过手动抬升组件调节主体管路的高度，调节三相混合物的喷出速度，从而调节三相喷射流量。
在一可选实施例中，参见图1、2和5，所述限位组件包括主杆11、支架12及限位杆16，主杆11第一端与所主体管路6上端固定连接，支架12一端与主杆11转动连接，另一端与罐体1固定连接，限位杆16固定在主杆11上，且支架12位于限位杆16和所述第一端之间，当主体管路6抬升至预设高度时，限位杆16抵住罐体11。该限位组件可靠性高，便于安装，且便于实现对主体管路的手动抬升。在一可选实施例中，主杆11的第一端为卡爪结构，所述卡爪结构包括相对的两个卡板，所述卡板上设有固定凸起，两个所述卡板上的固定凸起相对，相应地，主体管路6上端设有与所述固定凸起适配的凹槽，以便于实现与主杆第一端的固定和拆卸。在一可选实施例中，限位杆16与主杆11通过螺纹固定，在竖直方向上的相对位置可调，以便于调节主体管路的抬升高度。
在一可选实施例中，参见图5，所述手动抬升组件包括把手17和转接件18，把手17一端与主杆11的第二端转动连接，转接件18一端与把手17转动连接，另一端与罐体1转动连接。使用本发明实施例提供的射流清洗设备进行清洗时，上述步骤2中，通过抬升把手下压主杆11，使主体管路6抬升。该手动抬升组件，通过与限位组件配合，实现双杠杆结构形式，既能实现对主体管路的抬升，又节省了抬升动力。
参见图6，在另一可选实施例中，所述手动抬升组件包括把旋钮25和转接块26，转接块26竖直方向上设有螺纹孔旋钮25穿过所述螺纹孔，与转接块26螺纹连接，主杆11的第二端与转接块26转动连接。使用本发明实施例提供的射流清洗设备进行清洗时，上述步骤2中，通过转动旋钮，调节旋钮与转接快在竖直方向的相对位置，下压主杆第二端，从而使主体管路抬升。该手动抬升组件，通过与限位组件配合，实现主体管路高度的精准调节。
在一可选实施例中，安装孔3为螺纹孔，所述加速射流组件还包括套筒20和密封圈19，套筒20内壁上设有环形安装槽，密封圈19位于所述环形安装槽内，主体管路6上端穿过套筒20和密封圈19，套筒20与安装孔3螺纹连接。通过设置套筒，既便于加工安装，又便于密封圈的拆换安装。在一可选实施例中，所述加速射流组件包括两个密封圈19，套筒20内壁上设有两个环形安装槽，所述两个环形安装槽沿竖直方向排列，用于安装两个密封圈19，以进一步确保密封效果。
在一可选实施例中，进气嘴5的大端(下端)设有外翻边51，罐体1底部设有进气嘴安装孔，所述进气嘴安装孔包括连接的第一孔段和第二孔段，所述第一孔段的直径大于外翻51边的直径，进气嘴5通过一法兰盘21与罐体1连接，法兰盘21上表面设有环形凸起211，固定连接后，进气嘴5的主体部分位于所述第二孔段内，外翻边51位于所述第一孔段内，所述第一孔段和第二孔段的台阶面上设有密封垫22，环形凸起211插入外翻边51与所述第一孔段的环形夹层内。该结构能够实现进气嘴与罐体之间的双密封(密封垫密封及台阶密封)，提高了密封的有效性，同时，当进气嘴与主体管路部分被清洗砂堵塞时，由于气体压力作用使得进气嘴与主体管路之间缝隙增大，使得清洗砂粒脱落，从而消除堵塞现象。
在一可选实施例中，进气嘴5的下端设有向下延伸的直筒段，以便于进气嘴与罐体的装配，所述直筒段下端设有外翻边。
在一可选实施例中，罐体1上设有出气管24，出气管24第一端位于罐体1内，且高于通气孔61的位置，第二端位于罐体1外，优选开口向下，以避免喷出的气体对人员、设备造成损害。
使用本发明实施例提供的射流清洗设备进行清洗时，上述步骤1中所述的给射流清洗装置的罐体内装入清洗砂和清洗液之后，还包括关闭出气管24和溢流管22；步骤3中，射流清洗结束后，先关闭气源4，然后打开出气管24，使罐体1内气压降低，以避免高压气体冲出，造成人员伤害。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。