運(yùn)用飽和蒸汽清洗技術(shù)分離零件表面顆粒物的技術(shù)

秦緒波 燕峰 徐平

(1.湖南中航精工有限公司，湖南 長沙 410200； 2.湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410151)

1 顆粒物概述

1.1 顆粒物概念

顆粒物[1]，是指尺寸用納米或微米單位來度量的細(xì)小微粒。通常指氣溶膠體系中或人類生活環(huán)境中均勻分散的各種固體或液體微粒。工業(yè)清洗零件表面顆粒物[2]，是指因加工制造、存放環(huán)境、運(yùn)輸裝卸等因素，產(chǎn)生附著在零件表面的細(xì)小污垢、雜質(zhì)等顆粒物。

1.2 常見顆粒物分類及影響

自然環(huán)境產(chǎn)生的顆粒物，主要是由有機(jī)物和無機(jī)物構(gòu)成的復(fù)雜混合物。例如，空氣中的粉塵、焚燒產(chǎn)生的煙塵、天然的海鹽等。其大小一般在幾納米到幾十微米范圍，沉降在金屬零件表面，會(huì)造成各類化學(xué)腐蝕。

人為因素產(chǎn)生的顆粒物，主要包括工業(yè)生產(chǎn)制造及應(yīng)用中的金屬和非金屬顆粒污染物。例如，金屬切削加工后放置在空氣中的氧化顆粒，焊接零件產(chǎn)生的殘?jiān)?，機(jī)械傳動(dòng)配合處因磨損產(chǎn)生的顆粒物等。其大小一般在幾微米到幾毫米不等，會(huì)造成零部件質(zhì)量和使用功能缺陷。

1.3 工業(yè)清洗顆粒物產(chǎn)生及影響

工業(yè)清洗零件表面顆粒物產(chǎn)生，主要包括以下三種情況：

一是因零件在加工制造過程中冷卻需要，所使用的切削乳化液、冷卻油等，附著在零件表面的細(xì)小微粒；

二是因零件進(jìn)行機(jī)加工后，存放在空氣中粘附的灰塵等顆粒；

三是因零件長期擱置油污等不潔凈環(huán)境，在其表面產(chǎn)生的固化油污物、污垢等微粒。

2 工業(yè)清洗分類

工業(yè)清洗，是指運(yùn)用配備合適清洗試劑的清洗設(shè)備[3]，針對(duì)航空航天、工程機(jī)械等工業(yè)設(shè)備的組成零部件或機(jī)體等表面，因其受化學(xué)、生物或物理的作用，而形成的各類油污、雜質(zhì)等污垢物進(jìn)行清潔，使其恢復(fù)原來表面狀況的過程。

工業(yè)清洗按其分類依據(jù)不同，主要包括以下四種分類方式：

一是按清洗精細(xì)度要求，分為一般工業(yè)清洗、精密工業(yè)清洗、超精密工業(yè)清洗；

二是按清洗方法，分為物理清洗、化學(xué)清洗、電子清洗；

三是按清洗媒介，分為濕式清洗和干式清洗；

四是按清洗狀態(tài)，分為投產(chǎn)前清洗、不停產(chǎn)清洗和停產(chǎn)檢修清洗。

飽和蒸汽是無色、無味、無腐蝕氣體，集環(huán)保、安全、無污染于一體的精密、干式、物理、不停產(chǎn)自動(dòng)化清洗技術(shù)。

抽選我院2016年10月至2017年4月收治的35例糖尿病患者作為研究對(duì)象,其中男性患者19例,女性患者16例,年齡58~69歲,平均年齡(64.3±2.2)歲。1型糖尿病6例,2型糖尿病29例。

3 零件表面顆粒物分離清洗技術(shù)

3.1 顆粒物分離清洗技術(shù)原理

零件表面顆粒物分離[4]，是指給予顆粒物一定的聲能、熱能、動(dòng)能、光能等能量，并將此能量轉(zhuǎn)換成顆粒物機(jī)械振動(dòng)，從而破壞顆粒物與待清洗零件表面的吸附，使顆粒物從待清洗零件表面脫離，達(dá)到清洗效果的技術(shù)。

3.2 顆粒物分離清洗技術(shù)分類及原理

工業(yè)用清洗技術(shù)主要包括以下五類：

一是超聲波清洗。主要是由超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻振蕩信號(hào)，轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振蕩沖擊波而傳播到清洗溶劑介質(zhì)中，與其周圍產(chǎn)生空化效應(yīng)，破壞不溶性污物，而使他們分散于清洗溶劑中；

二是高壓水射流清洗。主要是用高壓泵噴出的高壓水，經(jīng)過噴嘴轉(zhuǎn)換為高壓力、高流速的射流，以高的射流沖擊動(dòng)能，連續(xù)作用在待清洗零件表面，從而使污垢物脫落；

三是激光清洗。主要是待清洗零件表面上的污染層，吸收了激光器發(fā)射的高強(qiáng)度、短脈沖激光束，在焦點(diǎn)處產(chǎn)生高溫，從而使污染物急劇膨脹產(chǎn)生沖擊波，使污染物變成碎片并被剔除；

四是等離子清洗。主要是在真空狀態(tài)(10～100Pa)下，使電極之間形成高頻交變電場，在交變電場的激蕩下，形成活性等離子體，對(duì)被清洗物進(jìn)行物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)雙重作用，使被清洗物表面污染物變成顆粒物和氣態(tài)物，經(jīng)過抽真空排出；

五是高溫高壓飽和蒸汽清洗。主要是利用180℃高溫后產(chǎn)生的飽和蒸汽，在10MPa的高大氣壓力下，采用特殊設(shè)計(jì)的噴頭將蒸汽的壓力、速度和溫度作用于工件內(nèi)外表面，形成沖擊波，對(duì)零件表面油膜、油漬污垢、顆粒附著物等雜質(zhì)進(jìn)行清洗，無需添加任何溶劑或有害化學(xué)去垢品，便可以降解任何頑固油污等雜質(zhì)，并使之汽化蒸發(fā)。

4 飽和蒸汽清洗零件表面顆粒物分離技術(shù)

4.1 清洗中分離技術(shù)

為達(dá)到機(jī)械零部件表面顆粒物在清洗中既能分離又有高清潔度目標(biāo)，結(jié)合傳統(tǒng)清洗技術(shù)，并分析其會(huì)產(chǎn)生二次污染、人工勞動(dòng)強(qiáng)度大等弊端，引進(jìn)意大利飽和蒸汽清洗技術(shù)，自主研制了多級(jí)自動(dòng)封閉式清洗生產(chǎn)線，如圖1所示。在飽和蒸汽生產(chǎn)線中，高溫高壓飽和蒸汽從多方位清洗噴口噴出，分子活性強(qiáng)，游動(dòng)性大，噴出速度遠(yuǎn)超音速，并形成沖擊波，每分鐘約有80萬次的爆裂，從而完成對(duì)工件表面污垢、粉塵等雜物的降解汽化及剝離。

圖1 多級(jí)自動(dòng)清洗生產(chǎn)線

4.2 清洗后分離技術(shù)

雖然，傳統(tǒng)清洗方法能從金屬表面清洗下大量黑色金屬、有色金屬及有機(jī)、無機(jī)大小不同的顆粒粉狀和纖維狀固體物質(zhì)，但是，這些固態(tài)物質(zhì)對(duì)水循環(huán)清洗會(huì)造成二次污染，降低清洗效果。為保證清洗液清潔度和良好清洗效果，必須將這些固態(tài)物質(zhì)塊狀及顆粒物從清洗液中分離出來，在多級(jí)自動(dòng)封閉式清洗生產(chǎn)線上，設(shè)計(jì)了以下三級(jí)過濾裝置。

一是設(shè)計(jì)了袋式過濾器系統(tǒng)，如圖2所示。分別對(duì)第一次藥液清洗、第二次水漂洗儲(chǔ)液箱的液體進(jìn)行循環(huán)過濾。針對(duì)第一次藥液清洗采用20μm過濾袋，可將直徑20μm以上的顆粒和纖維狀固態(tài)物質(zhì)從清洗液中分離出來。針對(duì)第二次水漂洗采用10μm過濾袋進(jìn)行循環(huán)過濾，可將直徑10μm以上的顆粒和纖維狀固態(tài)物質(zhì)從清洗液中分離出來。

二是設(shè)計(jì)了磁鐵棒陣列過濾黑色金屬細(xì)微顆粒。經(jīng)過袋式過濾器過濾后，清洗溶液中還殘存有細(xì)微的金屬顆粒。隨著清洗液的不斷循環(huán)，這些細(xì)微的金屬顆粒會(huì)越來越多。對(duì)于最常見的黑色金屬細(xì)微顆粒，在水箱上設(shè)計(jì)安裝了多根磁鐵棒形成一個(gè)陣列，將這些細(xì)微顆粒從水溶劑中吸附到磁鐵棒上，定期取出磁鐵棒，將黑色金屬粉末去除。

圖2 袋式過濾系統(tǒng)

三是設(shè)計(jì)了多級(jí)顆粒及纖維物固液分離工作站。設(shè)計(jì)了將4個(gè)不同過濾精度的磁性過濾器和磁鐵棒矩陣串聯(lián)在一起，形成固液分離工作站，如圖3所示。首先，用磁性過濾器分別對(duì)直徑80μm、20μm、10μm、5μm以上的顆粒和纖維狀固態(tài)物質(zhì)從清洗液中分離。其次，再用磁鐵棒矩陣通過鐵磁場將更微小的黑色金屬粉塵吸附聚集到鐵磁體上。每個(gè)過濾器上設(shè)計(jì)有報(bào)警裝置，當(dāng)過濾器堵塞，進(jìn)出口壓差達(dá)到0.3MPa時(shí)，過濾器會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示清理或置換濾芯。每個(gè)月清理1次儲(chǔ)油箱，將每個(gè)過濾器內(nèi)和磁棒上吸附的固態(tài)過濾物去除。使防銹油清潔度隨時(shí)滿足美國航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)提出的NAS6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 油品固液分離工作站

5 飽和蒸汽清洗零件表面清潔度檢測

針對(duì)使用了飽和蒸汽清洗技術(shù)，對(duì)零件表面清潔度依據(jù)新標(biāo)ISO 16232—2006中顆粒污染物定量標(biāo)準(zhǔn)，用1000cm2的浸濕表面積，采用重量分析方法對(duì)清洗樣品金屬塊體3件進(jìn)行檢測，其結(jié)果如表1所示。經(jīng)與清潔度檢測標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，完全能達(dá)到零件表面高清潔度要求。

表1 金屬塊體清潔度檢測數(shù)據(jù)表

6 結(jié)語

運(yùn)用飽和蒸汽清洗技術(shù)，從清洗過程中和清洗完成后有效對(duì)零件表面顆粒物進(jìn)行了分離。同時(shí)，在多級(jí)自動(dòng)化工業(yè)清洗設(shè)備中，設(shè)計(jì)了三級(jí)過濾系統(tǒng)，能有效將清洗后的污物等雜質(zhì)進(jìn)行固液分離，解決了清洗后的二次污染問題，使清洗更環(huán)保。另外，在清洗分離顆粒物工藝上，先通過超聲波清洗、高壓水射流清洗作為初洗，再用飽和蒸汽精洗，有效利用了飽和蒸汽恒定不變的潔凈、干燥特性，達(dá)到工業(yè)精密清洗的高清潔度要求。