固体干冰喷射（二氧化碳净化）的热力和机械去除机理研究-行业动态

摘要清洁技术是生产技术以及服务和回收领域的重要因素。固态二氧化碳的喷涂（干冰清洗机清洁）通常基于压缩空气，这是一种灵活但耗能的加速方法。为了通过转轮喷砂提高机械加速度，已经分别研究了机械和热的主要去除机理。基于开发的方法，可以独立于目标类型来表征这两种机制。呈现的结果显示了一种有前途的方法，用于确定机械拆卸机构的冲击力的大小。显然，它主要取决于爆破压力，这是主要的影响因素之一。清洁应用-基材和残留物的粘合-对热应力和机械冲击具有不同的抵抗力。因此，必须定义一个独立于应用程序的总体基准，以便比较喷砂技术和产生的喷砂效率。本文简要指出，在表面技术的背景下，金属加工机的清洁和维护非常重要。清洁是从以前的过程中去除残留的润滑剂，过程流体和剩余材料。通常通过水性或有机冲洗介质完全去除冷却润滑剂残留物和碎屑。为了将污染物转移到清洁介质中，以及随后润滑剂的再生和润滑过程本身，需要大量的能量，例如，用于加热或产生真空。清洁过程可能成为特定制造链的重要组成部分：例如，在具有代表性的汽车零部件制造链中，清洁过程最多会产生25％的生产时间和生产成本。由于不同清洁任务的要求不断变化，清洁技术的设计和应用的灵活性非常重要。清洁应用证实了干冰喷射（dib）在详细实验中可用于清洁和预处理。在通过干冰喷射进行的选择性清洁领域中，已经研究了多种应用：例如，清洁机制的组合，噪声排放的减少，通过混合组合的材料去除率的提高以及能源的替代性加速概念保存。基于干冰的清洁技术可以帮助避免因载流电厂的安装而导致的停机时间。对于木材加工工具的在线清洁，使用固体二氧化碳（CO2）进行喷砂处理可提供面向任务的选择性清洁技术。该过程的前提是将压缩空气驱动的干冰喷射干净地集成在一起，这可以将噪音水平显着降低到120dB（A）。因此，已经研究了关于各种噪声的发生的降噪方法以开发降噪喷嘴。作为压缩空气驱动过程的一种节能替代方案，干冰颗粒的机械加速通过离心轮喷砂设备进行检查。固体二氧化碳喷射和干冰喷射的使用已得到深入研究[9]。固体二氧化碳（CO2）是一种单向喷射介质。由于升华，喷雾介质的其他固体残留物将不会保留在除去的污染物旁边。 CO2是化学惰性的。在固态下，干冰颗粒的硬度与石膏相当，在环境压力下的温度为-78.5°C。最近的硬度研究得出莫氏硬度为1.5。用作爆炸介质的二氧化碳不会导致全球变暖，因为它可能是化学工业的副产品，也可能来自自然资源。无论如何，无论是否用作爆炸介质，二氧化碳仍将进入大气。必须区分两种固体二氧化碳喷射形式：二氧化碳雪喷射和干冰颗粒喷射。另外，加速方法，无论是通过压缩空气喷洒还是通过旋转的车轮进行机械喷洒，都会影响能源效率和爆破面积。二氧化碳颗粒由二氧化碳雪组成，并被基质压缩。基质孔的直径和环境条件决定e二氧化碳颗粒的特性，即所谓的干冰。固体CO2喷射的清洁效果基于机械和热机制的结合，并由喷射介质的升华来支持。尽管污染物是通过CO2颗粒（A）的撞击而机械去除的，但污染物与待清洁表面之间的界面处的张力是热机理（B）的结果。由于升华，表面被额外冷却，这增加了热机制。 1. CO2颗粒2：磨损涂层，残留物3：基本材料4：冲击方向5：热流6：界面为了确定特定清洁任务的主要去除机理，必须改变不同的机理。迄今为止，已经进行了各种研究，但是已证明难以测量效果。由于干冰颗粒和喷砂二氧化碳颗粒的升华，传统方法无法测量其性能。但是，对于残留物去除和清洁过程，固体CO2的硬度，冲击力和冷却效果很重要。颗粒撞击工件（或任何传感器）的接触时间对于测量非常重要。除了对所谓的喷砂产生间接影响外，还测量喷砂颗粒的速度并计算动能。冲击力通过压电测力计测量。他区分了静态和动态电源组件。 dib的动态力约为。用于特定参数设置的压缩空气喷射量的四倍。相反，dib的静态分量仅比压缩空气注入的静态分量高10％。测得的冲击力与颗粒的冲击具有更高的相关性：干冰喷射会导致150N，75N的压缩空气破裂。通过应用热电偶，记录工件的冷却情况。由于已经冷却的压缩空气（低至-70°C左右），这加速了颗粒与工件之间的比热传递，从而在初始颗粒撞击之前达到了温度。通过高速相机（hsc）观察到了撞击。由于颗粒被完全压碎，他从颗粒速度和近似尺寸计算出接触时间为22μs。此外，他认为可能会通过影响观察而融化。形成了较大的二氧化碳气瓶，并使用传统但冷却的设备测量了其性能。借助测得的弹性模量，接触时间约为。计算1.5μs至50μs的弹性冲击。这些值仅取决于0.1mm至3mm之间的粒径。关于固体二氧化碳的硬度和流动限制，不太可能具有整体的弹性作用。在塑性方法中，假设接触时间小于15μs至500μs。由于温度低于环境压力（CO2）下气相固相的平衡温度，因此证明了颗粒在撞击时会升华。压电式称重传感器无法测量由于升华膨胀而引起的去除效果。先前的研究专门研究了干冰喷射对工件和工件材料的影响。二氧化碳颗粒本身很少受到关注。此外，文献显示了部分相互矛盾的结果和关于去除效果及其对全部材料去除的贡献的假设。概述传统干冰喷射的空气注入会影响冲击力和工件温度的测量。尽管测量了倾斜力的作用，但压缩空气对空气射流（以加速潜在的爆炸介质）的作用尚不清楚。关于测得的冲击力，如果必须减去空气喷射力，则模棱两可：在空气喷射力的值或最小值处可能发生颗粒冲击。调查甚至显示了相反的结果。由于二氧化碳颗粒碰撞的接触时间短，因此必须使用高速照相机观察该过程。这需要足够的帧速率。 106s-1获得了对该过程的新见解。到目前为止，高速相机显然正在研究如上所述的如此短的接触时间的可能性。对于任何传感器的结果，必须考虑撞击的接触时间。为了提高通过针对特定应用分离和重组去除机理的喷砂工艺，其效果必须变得可测量。这将有助于通过旋转砂轮喷砂提高非耐用喷砂介质（例如固体CO2）的机械加速度，从而显着提高能源效率。通过确定加速过程中干冰颗粒可以承受而不会中断的载荷，冲击或向下力，可以大大减少早期升华的损失。因此，首先研究了基于压缩空气的dib的影响。第一步是减少或量化气流的影响。关于物理量，必须提供足够的传感器。此外，必须将并行高速相机观察和数据结合起来以获得更多信息。机械去除机理的研究基于压缩空气的加速度，空气射流会影响与工件正交的加工力。任何喷砂介质。此外，空气喷射器正在冷却破裂点，从而影响任何传感器来测量主要的去除机理。因此，已经开发出一种分离装置，其显着减小了空气喷射的影响。上图显示爆炸力降低了60％。观察到的。这提供了检查来自常规喷涂工艺的颗粒的可能性。研究了由单粒子注入装置加速的单粒子冲击。没有讨论其代表性的爆破工艺的偏差。下图显示了所选CO2颗粒的测得冲击力。冲击信号和空气喷射的背景信号之间的关系是近似的。 5：1。在分析获取的日期之前，有必要参考传感器的信号。这适用于传感器的值和信号的频率。尽管冲击和空气喷射仅产生正值，但传感器也会显示振荡并产生负值。与传感器本身的频率相比，空气喷射流的高频湍流，特别是颗粒撞击的短接触时间被认为是原因。干冰喷射的单颗粒影响如图4所示（上图）。供参考的陶瓷球的标准冲击力见图4（下）。结论所开发的分离装置可以分别分析干冰颗粒的撞击力和空气喷射力。与以前的影响研究相比，该比例为5：1。已观察到单次冲击力高达50N的固态CO2颗粒的信号。先前的研究表明，在更积极的爆破参数设置下，该值会更高，尤其是更高的爆破压力。通常，在相同的参数设置下，所有测试都比单个压缩空气喷嘴产生更高的冲击力。期望固体CO 2颗粒接触的持续时间高度相关。除了任何传感器的可能频率外，还必须满足数据记录器必需的高采样率。后者至少可以识别电击，尽管电击信号的值仍必须小心处理。必须通过传感器获得的其他过程数据来验证它们，并且总采样率比粒子撞击的接触时间要高。这是正在进行的工作的一部分。它被设计为使用高速摄像机进行同步观察。与标准陶瓷球撞击的接触持续时间相比，所测量的二氧化碳颗粒的撞击接触持续时间将有助于使用撞击力信号的值。因此，冲击力的量化可以帮助建立粒子速度，冲击力和所造成的损害之间的关系。此外，将对热效应进行系统分析。必须确定传热测量方法和所产生的冷却效果。为了开始时提到的分离和重组方法，必须研究冲击力和冷却效果之间可能存在的相互关系。分离装置的开发与影响的基础研究是同一博士论文的一部分。但是，该想法将单独执行以实现喷砂效果，而在喷砂焦点处没有空气喷射。