黃剛雷　李芳兵　尤新宇

【摘 要】磨料水射流技術是八十年代發(fā)展起來的新型、高效的水射流技術，具有切割溫度效應小、切割能力強等優(yōu)點，被廣泛應用在安全 切割和清洗領域，本文主要針對這兩個領域?qū)ζ鋬?yōu)點進行了詳細的闡述。

【關鍵詞】水射流；安全切割；清洗

0.前言

水射流技術作為近幾十年發(fā)展起來的一個嶄新的行業(yè)，自從出現(xiàn)以來，就倍受各國研究者的關注。隨著研究與應用的不斷深入和發(fā)展，這門技術已經(jīng)廣泛的應用于安全切割、清洗、破碎、表面處理及加工等作業(yè)。但由于純水射流主要用于清洗，并且工作效率低、耗能大，研究學者們便進一步著眼于其他的特殊射流，比如脈沖射流、空化射流、磨料射流等等。

自從80年代新興起的磨料水射流技術，由于具有切割能力，破碎能力都比較強的優(yōu)勢，逐漸吸引了各國科學家的眼球。1983年第一臺磨料水射流切割機在美國橫空出世，同時這也標志著磨料水射流技術正式投入使用，以前純水射流主要局限于非金屬物質(zhì)，而磨料水射流可以以很小的噴射壓力就可以輕松的穿透像鋼材、巖石等堅硬的材料，大大的擴展了切割材料的范圍。

磨料水射流是以磨料為主要介質(zhì)，將磨料和高壓水射流混合并且同時加速而形成的液固兩相射流。根據(jù)水與磨料射流的混合點是在水噴嘴之前還是之后，將其分為前混合磨料水射流和后混合磨料水射流兩種。但根據(jù)郭楚文等人的計算[1]，由于后混合磨料水射流沖蝕能力有一定的局限性，并且又存在很明顯的三次能量損失、成本較高，所以前混合磨料水射流漸漸的被廣泛應用。

前混合磨料水射流技術具有高能、冷態(tài)、按點切割的特點，對材料有極強的沖蝕作用，幾乎可以切割所有的金屬、非金屬以及復合材料。而且由于其破碎能力比較強，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應用于煤礦井下安全切割、清洗、切割炮彈、排雷掃雷、核電站切割等方面。本文將根據(jù)磨料水射流技術的切割原理和相關實驗研究，對其在安全切割方面的作用展開詳細的論述。

1.前混合式磨料水射流在煤礦開采方面的應用

磨料水射流技術是八十年代發(fā)展起來的新型射流技術，自從高壓水射流技術在我國礦業(yè)方面應用以來，人們就不斷探索，爭取更好的將該項技術與礦業(yè)開采相結(jié)合，現(xiàn)在水射流技術已經(jīng)成功的應用在我國的礦業(yè)開采各個方面，其中主要用在煤礦井下危險環(huán)境的切割。磨料水射流切割技術是一種新的冷切割技術，廣泛應用在金屬，玻璃，巖石切割方面。研究表明，磨料水射流在切割過程中溫度不會超過100攝氏度，低于瓦斯著火點，大大提高了煤礦井下切割的安全性。磨料水射流技術在煤礦開采方面的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

磨料水射流掘巷，高壓水射流掘進機是利用高壓水射流輔助技術對巖石進行切割，以往的切割技術，刀具容易破壞，更換頻率高，影響工作進度。研究表明，在磨料水射流輔助掘進時，材料耗能成本每平米比以往降低34.5%，大大降低了運行成本，增加了產(chǎn)品效益。

除塵，傳統(tǒng)的炮式巷道掘進會產(chǎn)生很多煙塵，使工人作業(yè)的環(huán)境粉塵濃度極高，這不僅加大了開采的難度，阻礙開采進度，更重要的是威脅著工人的健康。研究表明工作面采用磨料水射流輔助掘進大大減少了環(huán)境中粉塵濃度，僅為普通鑿巖的18.5%。因此，磨料水射流技術在改善環(huán)境，保障工人的健康等方面具有其突出的功效。

2.水射流技術在儲油罐清洗、切割等安全方面的應用

目前，我國加油站總數(shù)大約在105座，埋在地面下的儲油罐近4×105個[2]，如此巨大數(shù)目儲油罐定期的清洗以及廢舊儲油罐的切割回收將是一份艱巨的工作。然而傳統(tǒng)工藝雖然耗費了大量的人力、財力、物力，但是最終的清洗效果卻不盡讓人滿意，而且采用傳統(tǒng)方法如火焰、等離子切割等方法切割廢棄的儲油罐也是一件極其危險的工作。

傳統(tǒng)方法儲油罐的清洗主要由人工承擔，主要方法有蒸汽熏蒸法，但是該法加熱時間比較長，消耗的蒸汽量也比較大，；另外一種比較常用的就是化學清洗法，即利用化學反應溶解罐壁上油污從而達到清洗目的的方法；綜合安全以及環(huán)保等因素，傳統(tǒng)清洗儲油罐方式的不足之處：①安全性差，油罐內(nèi)刺激性氣味比較大，勞動人員容易出現(xiàn)中毒事故；②給周圍環(huán)境帶來污染，不利于環(huán)保；③清洗的效果不理想，易破壞油罐母材。而新興起的水射流技術則很好地解決了這些問題。

水射流分為高壓水射流和低壓水射流，是一種已經(jīng)在國外如美國、英國、德國、日本等國家的清洗行業(yè)應用比較廣泛的技術。例如，儲油罐內(nèi)壁的清洗、焦爐煤氣管道清洗、建筑物以及大型雕塑等方面的清洗。目前我國的水射流清洗技術發(fā)展十分迅速，對于儲油罐的清洗采用低壓水射流即可滿足要求，與傳統(tǒng)的清洗工藝相比其特點主要有[2]：①很大程度上減少了對勞動工人身體的傷害；②清洗效果較傳統(tǒng)工藝好；③減少了清洗所用的時間；④操作的安全性較好，不會給油罐的母材帶來傷害，從而延長了儲油罐的使用年限；⑤耗水量小，平均耗水<1t/罐，利于環(huán)保。

3.磨料水射流用于廢舊炮彈切割

近年來，由于維護國家安全的需要，炮彈制造技術在國內(nèi)外飛速發(fā)展，各國的研究學者致力于發(fā)明一批批新型用途和型號的炮彈。但是也正是由于炮彈更新速度之快，隨著時間的推移和技術的不斷超越，使得大量的廢舊炮彈在好多單位和工廠積壓。這些廢舊的炮彈，如果不經(jīng)過及時的處理，很可能會發(fā)生一些不可預知的危險。

[3]相對以前的爆破切割破碎銷毀法、聚能切割銷毀法切割炮彈，磨料水射流切割炮彈時無火花也無切削熱，并且安全系數(shù)較高，因此這項技術在我國得到了廣泛的應用與推廣。

利用磨料水射流技術切割炮彈安全可靠，而且對環(huán)境無污染。“超高壓水射流切割彈藥銷毀系統(tǒng) ”利用高壓水射流這一高新技術將炮彈切開，并利用高壓水將彈藥和彈殼分離，再分別銷毀和提取所需要的鋼材和炸藥。采用這種方法不僅安全可靠，成本較低，而且對于拆下來的東西還可以重復利用，具有可觀的安全性和經(jīng)濟價值。

4.結(jié)束語

綜上所述，磨料水射流作為近年來發(fā)展起來的一項高效冷切割工藝，其應用已遍及工業(yè)生產(chǎn)和人們生活各個方面。由于具有設備簡單、操作方便、切割安全的優(yōu)勢，有效的擴大了切割材料的范圍，使其被廣泛的應用于危險環(huán)境下的切割、清洗等作業(yè)。因此，磨料水射流技術在安全方面的特性與研究，對于工業(yè)生產(chǎn)和生活具有廣泛的前景與實際意義。

【參考文獻】

[1]郭楚文，徐曉東.空化磨料水射流粉碎技術[M].北京：中國科學文化出版社，2002.

[2]崔凌.加油站埋地油罐清洗技術現(xiàn)狀及適用性分析[J].石油礦場機械，2011.

[3]宋擁政，趙曉利，郭芳筠.磨料水射流切割彈藥實驗可行性研究[J].鍛壓機械，1998.