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固体干冰喷射(CO2清洗)的热力和机械去除机理研究-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-04-04 0:45:39 * 浏览: 0
摘要清洁技术是生产技术,服务和回收领域的重要因素。固态二氧化碳(干冰清洗机)的喷洒通常基于压缩空气,这是一种灵活但耗能大的加速方法。为了通过旋转喷砂提高机械加速度,已经分别研究了机械和除热的主要机理。基于开发的方法,可以独立于目标类型来表征这两种机制。给出的结果显示了用于确定机械拆卸机构冲击力大小的有前途的方法。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。本文简要介绍了表面技术背景下金属加工机械的清洁和维护。清洁是去除先前过程中的残留润滑剂,过程流体和残留物。通常通过水性或有机漂洗介质完全清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的润滑剂再生和润滑过程本身,例如,为了加热或产生真空,需要大量的能量。清洁过程可能是特定制造链中的重要部分:例如,多达25%的生产时间和生产成本是由具有代表性的汽车零部件制造链中的纯化过程产生的。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非常重要。清洁应用详细实验证实了干冰喷射(dib)用于清洁和预处理的适用性。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增加以及能量的替代加速概念保存。基于干冰的清洁技术可以帮助避免因电流驱动的电厂安装而导致的停机时间。对于木工工具的在线清洁,使用固体二氧化碳(CO2)进行喷砂可提供一种面向任务的选择性清洁技术。此过程的先决条件是通过压缩空气驱动的干冰喷射进行清洁集成,从而将噪音水平显着降低至120dB(A)。因此,已经研究了关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一种节能替代方案,干冰颗粒的机械加速通过离心式喷砂装置进行检查。固体二氧化碳的干冰喷射已得到深入研究[9]。固体二氧化碳(CO2)是一种单向喷射介质。由于升华,喷雾介质中的其他固体残留物将不会残留在去除的污染物旁边。 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。最近对硬度的研究得出的莫氏硬度为1.5。用作爆炸介质的二氧化碳不会导致全球变暖,因为二氧化碳可能是化学工业的副产品,也可能来自自然资源。无论如何,如果将其用作或不用作爆炸介质,二氧化碳仍将进入大气。固态二氧化碳喷射必须区分两种形式:二氧化碳除雪喷射和干冰粒子喷射。此外,加速方法,无论是压缩空气还是通过旋转的车轮进行机械喷涂,都会影响能源效率和爆炸足迹。二氧化碳颗粒由二氧化碳雪组成,并被基质挤压。基质孔的直径和环境条件决定了二氧化碳颗粒(所谓的干冰)的性质。清洁效果固体CO2喷射的原理是结合机械和热学机理,并通过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却是热机理(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,但是事实证明很难测量效果。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,对于残留物的去除和清洁,固体CO2的硬度,冲击和冷却效果是令人关注的。颗粒撞击工件(或任何传感器)的接触时间对于测量很重要。除了对所谓的喷砂产生间接影响外,还测量了喷砂颗粒的速度并计算了动能。冲击力通过压电测力计测量。他区分静态力和动态力。 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影响具有更高的相关性:干冰爆炸引起150N,75N的压缩空气爆炸。通过应用热电偶,记录工件的冷却情况。由于压缩空气已被冷却(降低至约-70°C),因此加速了颗粒与工件之间的比热传递,因此在初始颗粒撞击之前就达到了温度。通过高速相机(hsc)观察到了撞击。由于颗粒被完全压碎,他根据颗粒的速度和近似大小计算出22μs的接触时间。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,并使用常规但已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0.1毫米至3毫米之间的粒径。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。由于升华膨胀引起的去除效果无法用压电式称重传感器测量。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,文献显示了关于去除效果及其对全部去除材料的贡献的部分矛盾的结果和假设。概述传统干冰喷射产生的空气喷射会影响冲击力和工件温度的测量。尽管已经测量了顶力的作用,但未知压缩空气对空气射流的作用(以加速潜在的爆炸介质)。关于测得的冲击力,如果有必要减去空气喷射力,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。调查甚至显示相反的结果。由于二氧化碳颗粒撞击的接触时间很短,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短接触时间的可能性。对于任何传感器的结果,必须考虑撞击的接触时间。为了通过分离和重新组合规格的去除机制来改善喷砂工艺在特殊的应用中,效果必须变得可衡量。这将有助于通过旋转砂轮喷砂提高非耐久喷砂介质(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,冲击或向下的力,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的冲击力。该步骤是减少或量化空气射流的影响。关于物理量,必须提供足够的传感器。另外,必须将并行的高速相机观察结果与数据结合起来以获得更多信息。研究了与工件正交的机械去除机理。加工力受任何喷射介质中压缩空气加速度的影响而受到空气射流的影响。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一次清除机制。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%。观测到的。这提供了检查颗粒以进行常规喷涂工艺的可能性。研究了单颗粒喷射装置加速的单颗粒冲击。没有讨论其代表性的普通爆破工艺的偏差。下图显示了所选CO2颗粒的测得冲击力。空气喷射的冲击信号和背景信号之间的关系大约为0。 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。尽管冲击和喷气只产生正值,但传感器也显示出振荡并产生负值。与传感器自身的频率相比,空气射流的高频湍流,尤其是粒子撞击的短接触时间,被认为是原因。干冰喷雾的单颗粒影响如图4所示(上图)。供参考的陶瓷球的标准冲击力见图4(下)。结论开发的分离装置可以分别分析干冰颗粒的冲击力和空气喷射力。与以前的影响研究相比,5:1的比例更高。最多只能观察到约50N的固态CO2颗粒的单个冲击力信号。先前的研究表明,在更积极的爆破参数设置下,该值将更高,尤其是更高的爆破压力。通常,在相同的参数设置下,所有测试均导致干冰喷射比单个压缩空气喷射具有更高的冲击力。前景固体二氧化碳颗粒暴露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。尽管冲击信号的值仍必须谨慎处理,但后者至少可以识别冲击。必须通过传感器获得的其他过程数据对它们进行验证,并且总采样率比粒子撞击的接触时间高。这是正在进行的工作的一部分。它设计用于使用高速相机进行同步观察。与标准陶瓷球撞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使用撞击信号的值。因此,冲击力的量化可以帮助建立粒子速度,冲击力及其所造成的损害之间的关系。此外,将对热效应进行系统分析。必须建立热传递的测量方法以及由此产生的冷却效果。必须研究冲击力和冷却效果之间可能的相关性,以便分离和重新组合开头提到的方法。分离装置的发展与对冲击力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爆破效果,而无需在爆破焦点处设置空气喷嘴。