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固体干冰喷射(二氧化碳清洗)中热力和机械去除机理的研究-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-09-13 16:40:55 * 浏览: 0
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。用固体二氧化碳(干冰清洁剂)喷洒通常基于压缩空气,这是一种灵活但耗能的加速方法。为了通过旋转车轮爆破来增加机械加速度,已经分别研究了力学和热量的主要去除机制。基于所开发的方法,可以独立于目标类型来表征这两种机制。所给出的结果显示了确定机械去除机构的冲击力的大小的有希望的方法。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 - 基材和残留物的粘附 - 显示出对热应力和机械冲击的不同抵抗力。因此,必须定义独立于应用的总体基准,以便比较爆破技术和结果的爆破效率。文本简述在表面技术的背景下,金属加工机器的清洁和维护非常重要。清洁是去除前一过程中残留的润滑剂,工艺液体和剩余材料。冷却润滑剂残余物和碎屑的完全去除通常通过水性或有机漂洗介质完成。为了将污染物转移到清洁介质中并随后进行润滑剂再生和润滑过程本身,需要大量的能量,例如用于加热或真空产生。清洁过程可能是特定制造链的重要组成部分:例如,高达25%的生产时间和生产成本是通过代表性汽车零部件制造链中的净化过程产生的。随着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是重要的。清洁应用证实了干冰喷射(dib)在详细实验中用于清洁和预处理的适用性。在通过干冰喷射进行选择性清洁的领域中,已经研究了几种应用: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增加,以及用于能量的替代加速概念。保存。干冰清洁技术有助于避免与安装载流发电厂相关的停机时间。对于木工工具的在线清洁,使用固体二氧化碳(CO2)进行爆破提供了面向任务的选择性清洁技术。清洁此过程的先决条件并与压缩空气驱动的干冰喷射相结合,将噪音水平降低至120 dB(A)。因此,已经研究了用于各种噪声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节能替代方案,通过离心轮式喷砂装置检查干冰颗粒的机械加速度。已经深入研究了用固态二氧化碳进行干冰喷射[9]。固态二氧化碳(CO2)是一种单向爆破介质。由于升华,喷雾介质的其他固体残留物不会留在除去的污染物旁边。 CO2具有化学惰性。在固态下,干冰颗粒的硬度与石膏的硬度相当,并且环境压力下的温度为-78.5℃。最近的硬度研究得出莫氏硬度为1.5。用作爆破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或天然来源。在任何情况下,如果使用或不用作爆破介质,二氧化碳仍会进入大气。必须区分两种形式的固体二氧化碳喷砂:二氧化碳喷雪和干冰颗粒喷砂。此外,加速方法,无论是压缩空气还是通过旋转轮机械注入,都会影响能量效率和爆破足迹。二氧化碳颗粒由二氧化碳 - 雪组成,并被压过基质。基质孔的直径和环境条件决定了二氧化碳颗粒的性质,即所谓的干冰。溶胶的清洁效果id CO2爆破基于由爆破介质升华支持的机械和热机制的组合。尽管通过CO 2颗粒(A)的冲击机械地除去污染物,但是污染物和待清洁表面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。 1.二氧化碳颗粒2:磨损涂层,残留物3:基础材料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制,必须改变不同的机制。到目前为止已经进行了各种研究,但是效果的测量已被证明是困难的。由于干冰颗粒和喷砂二氧化碳颗粒的升华,常规方法不能测量它们的性质。然而,对于残留物去除和清洁过程,固体CO2的硬度,冲击和冷却效果是令人感兴趣的。颗粒与工件(或任何传感器)的接触时间对于测量是重要的。除了对所谓的爆破的间接影响之外,还测量爆破颗粒的速度并测量计算的动能。冲击力由压电测力传感器测量。他区分静态和动态力量。 dib的动态力测量为约。压缩空气喷射的四倍用于特定参数设置。相反,dib的静态分量仅比压缩空气射流高10%。测得的最大冲击力与颗粒的影响具有更高的相关性:干冰喷射导致150N,75N的压缩空气爆破。通过施加热电偶记录工件的冷却。由于冷却的压缩空气(低至约-70℃),这加速了颗粒和工件的比传热,因此在初始颗粒撞击之前已达到最低温度。通过高速摄像机(hsc)观察到撞击。由于颗粒被完全粉碎,他通过颗粒的速度和近似的尺寸计算接触时间22μs。此外,他认为通过影响观察可以融化。形成较大的二氧化碳气瓶,并使用常规但冷却的设备测量其性能。接触时间大约是通过测量的弹性模量。计算1.5μs至50μs的弹性冲击。这些值仅取决于0.1mm和3mm之间的粒径。关于固体二氧化碳的硬度和流动限制,不太可能具有总弹性效应。在塑料方法中,假设接触时间小于15μs至500μs。由于温度低于环境压力(CO 2)下的气固相平衡温度,因此证明颗粒在撞击时升华。由升华膨胀引起的去除效果不能通过压电测力传感器测量。以前的研究专门研究了干冰喷射对工件和工件材料的影响。二氧化碳颗粒很少受到关注。此外,文献显示了关于去除效果及其对总材料去除的贡献的部分矛盾的结果和假设。概述传统干冰喷射的喷气式飞机正在影响冲击力和工件温度的测量。尽管测量了dib力的影响,但压缩空气对空气射流的贡献(以加速潜在的爆破介质)是未知的。关于测量的最大冲击力,如果必须减去空气注入力,则不清楚:粒子撞击可能发生在空气注入力的最大值或最小值处。该调查甚至显示了相反的结果。由于CO2颗粒撞击的接触时间短,因此必须通过高速相机观察该过程。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,高速摄像机显然是研究如上所述的这种短接触时间的唯一可能性。对于任何传感器的结果,必须考虑撞击的接触时间。为了通过分离和重新组合特定应用的去除机制来改善爆破过程,效果很好变得可测量。这将有助于通过旋转车轮爆破来改善非耐用爆破介质(例如固体CO2)的机械加速,从而显着提高能效。通过确定干冰颗粒在加速期间可以不受干扰地承受的最大载荷,冲击力或向下力,可以显着降低早期升华的损失。因此,首先研究基于压缩空气的dib的冲击力。第一步是减少或量化空气喷射的影响。关于物理量,必须提供足够的传感器。此外,必须将并行高速摄像机观察与数据相结合以获得附加信息。机械去除机构基于压缩空气的加速度研究受空气喷射影响的任何喷射介质与工件正交的加工力。此外,空气喷射器正在冷却爆破点,影响任何传感器以测量主要的移除机制。因此,已经开发出一种分离装置,它可以显着降低空气喷射的影响。上图显示爆破力减少60%。观测到的。这提供了检查传统喷涂工艺的颗粒的可能性。研究了单颗粒喷射装置加速的单颗粒撞击。没有讨论与代表性共同爆破过程的偏差。下图显示了所选CO2颗粒的测量冲击力。最大冲击信号与空气射流的背景信号之间的关系近似。 5:1。传感器的信号需要在分析日期之前参考。这适用于传感器的值以及信号的频率。虽然冲击和空气注入仅产生正值,但传感器也表现出振荡并导致负值。与传感器本身的频率相比,空气射流的高频湍流,特别是粒子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)。陶瓷球的标准化冲击如图4(下图)所示,并用作参考。结论所开发的分离装置可分别分析干冰颗粒的冲击力和空气喷射力。 5:1的比例高于之前的影响研究。已经观察到高达约50N的单冲击力固体CO2颗粒信号。以前的研究表明,在更激进的爆破参数设置下,最高值会更高,特别是对于更高的爆破压力。通常,使用相同的参数设置,所有测试都会导致干冰喷射的最大影响高于单个压缩空气喷射。预计固体CO 2颗粒的接触持续时间高度相关。除了任何传感器的最高频率之外,还必须满足数据记录器的必要高采样率。后者至少允许识别冲击,尽管仍必须小心处理冲击信号的值。它们必须通过传感器获得的额外过程数据进行验证,并且与粒子撞击的接触时间相比总采样率更高。这是正在进行的工作的一部分。它设计用于使用高速摄像机同时观察。与标准化陶瓷球冲击的接触持续时间相比,测量的二氧化碳颗粒撞击的接触持续时间将有助于冲击力信号的值。因此,冲击力的量化可以帮助建立粒子速度,冲击力和由此产生的损伤之间的关系。此外,将系统地分析热效应。必须建立传热的测量方法和由此产生的冷却效果。必须研究影响和冷却效应之间可能的相互关系,以便开始提到的分离和重组方法。分离装置的开发是与影响基础研究相同的博士论文的一部分。然而,这个想法将分开进行以实现爆破效果,而不需要喷射焦点处的空气喷射。致谢我们要感谢研究基金会通过资助Cooper来支持这项工作CRC研究中心CRC1026(子项目B2)。