田 雨，劉力紅，楊 帆，孫慶斌

(安徽理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

管道內(nèi)污垢的形成涉及物理和化學(xué)的反應(yīng)過程，同時伴隨著能量傳遞、動量傳遞等繁瑣的過程[1]，以及傳熱學(xué)等多學(xué)科知識的交叉，給研究人員造成很大的困擾。工業(yè)清洗在我國的發(fā)展，開始于20世紀(jì)70年代末[2]，起步較晚，但發(fā)展迅速，各種清洗方式層出不窮[3]。我國的清洗行業(yè)仍主要以化學(xué)清洗為主，存在著環(huán)境污染、耗時比較長，較高的成本、效率比較低等問題，特別是對于復(fù)雜的管道則清洗困難，存在需要長時間處于封閉狀態(tài)等因素方面問題[4]。在當(dāng)前化學(xué)清洗舉步維艱而其他的除垢方法也同時存在著不同程度的局限性的清洗格局下，高壓水射流清洗技術(shù)得到極大發(fā)展，并且此勢頭愈演愈烈。由于其拋開了管道結(jié)垢的復(fù)雜過程，從物理學(xué)的角度分析管道污垢的硬度、粘度等物理特性，利用高壓水射流技術(shù)對管道實(shí)施清洗作業(yè)，方法簡單，目的明確，清洗效果好，所以備受業(yè)內(nèi)人士鐘愛[5]。由此，筆者提出了一種既能用化學(xué)清洗和水射流清洗相結(jié)合的方法，又可將含有化學(xué)試劑的污水抽吸回收的系統(tǒng)，達(dá)到了在清洗作業(yè)時保護(hù)環(huán)境的目的。

1 管道疏通的真空回收系統(tǒng)組成

高壓水射流疏通的真空回收系統(tǒng)由疏通系統(tǒng)和回收系統(tǒng)兩部分組成。如圖1所示。

圖1 管道疏通的真空回收系統(tǒng)示意圖

清洗系統(tǒng)由自進(jìn)式噴嘴、高壓水管、高壓水泵、水箱等組成，是疏通管道所用高壓水產(chǎn)生和工作的設(shè)備。真空回收系統(tǒng)是由回收套筒、真空泵、污水收集罐、PVC鋼絲管等組成，是回收污物所需要的設(shè)備。

疏通系統(tǒng)水箱中的高壓水經(jīng)高壓水泵加壓后，將水按一定的速度和射流角度分路從自進(jìn)式噴嘴射出，加速噴射到前方和后方，從而實(shí)現(xiàn)對管道的疏通和使裝置自進(jìn)式前進(jìn)。噴頭自進(jìn)給的動力來自于反沖力的分量。真空回收系統(tǒng)中選擇用真空泵，通過真空泵把污水收集罐里的空氣抽走形成負(fù)壓，這樣就可以通過回收套筒順利將管道內(nèi)的污水抽吸到污水收集罐里?；厥仗淄膊牧鲜褂媚猃?D打印制成?；厥仗淄餐ㄟ^卡箍安裝在疏通裝置的高壓軟管合適的位置。

2 真空抽吸系統(tǒng)試驗(yàn)

2.1 方案設(shè)計

在設(shè)計研究真空回收系統(tǒng)試驗(yàn)時只考慮真空系統(tǒng)工作壓力、PVC鋼絲管內(nèi)徑(以下簡稱管內(nèi)徑)以及抽吸高度這三個因素對抽吸流量的影響。但在初次預(yù)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)工作壓力在-0.06 MPa時回收效果不好，因此需要提高壓力水平。管內(nèi)經(jīng)初始設(shè)定為8 mm，每2 mm變化一次，最大值設(shè)定為14 mm。抽吸高度最大設(shè)定為7 m。表1所列就是在考慮諸多因素后確認(rèn)的試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置。

表1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

根據(jù)表1設(shè)置的試驗(yàn)因素與參數(shù)水平，本試驗(yàn)為3因素4水平正交試驗(yàn)，通過查詢標(biāo)準(zhǔn)正交實(shí)驗(yàn)表，可以選擇四水平正交表L16(45)進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計，即通過正交試驗(yàn)設(shè)計后需要進(jìn)行16次試驗(yàn)才能得出試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)選定的試驗(yàn)影響因素、因素參數(shù)水平和正交試驗(yàn)表，擬定的正交試驗(yàn)方案如表2所列。

表2 正交試驗(yàn)方案

續(xù)表2 正交試驗(yàn)方案

2.2 真空抽吸試驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理分析

此次試驗(yàn)依托于安徽理工大學(xué)高壓水射流技術(shù)研究所，采用研究所的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，其他相關(guān)設(shè)備均為采購或者定制得到。由于條件環(huán)境限制，采用如圖2現(xiàn)有的真空回收系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，得到的關(guān)于真空系統(tǒng)回收流量的相關(guān)變化規(guī)律。

圖2 真空回收系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備

根據(jù)設(shè)計好的正交試驗(yàn)表，將試驗(yàn)結(jié)果填入表3中，把與各因素有關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果相加填入表中，以各水平為單位，分別記為Ⅰj、Ⅱj、Ⅲj等，下標(biāo)j表示正交試驗(yàn)表中的列數(shù)，也就是表示可以安排的試驗(yàn)影響因素的數(shù)量。根據(jù)Ⅰj的值求極差Rj，填入表3中，極差Rj的大小可以作為判斷各個試驗(yàn)影響因素對試驗(yàn)結(jié)果影響程度大小的依據(jù)，需要根據(jù)試驗(yàn)指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)驚醒判斷。其中Rj可以根據(jù)式(1)進(jìn)行計算：

(1)

Rj={Ij,Ⅱj…}max-{Ij,Ⅱj…}min

續(xù)表3 正交試驗(yàn)極差分析表

通過正交試驗(yàn)極差分析表可得以下結(jié)論。

(1) 各試驗(yàn)因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響程度 根據(jù)正交試驗(yàn)極差分析的相關(guān)理論，極差Rj的大小可以作為判斷各個試驗(yàn)影響因素對試驗(yàn)結(jié)果影響程度大小的依據(jù)。在試驗(yàn)的三個影響因素中，抽吸高度因素的極差最大，為23，真空泵抽吸壓力因素的極差大小排第二，為16.6，管直徑因素的極差最小，為15.4。說明此試驗(yàn)中抽吸高度對真空系統(tǒng)回收流量的影響最明顯，在高壓水射流管道疏通的真空回收的實(shí)際工況中如果出現(xiàn)廢水殘渣回收效果不理想的情況，首先要改變的就是真空泵的抽吸高度。

(2) 較優(yōu)參數(shù)水平的確定 在極差分析法的計算結(jié)果中，“與各因素有關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果的和”這一項(xiàng)數(shù)值的大小可以反映出各參數(shù)水平對試驗(yàn)指標(biāo)影響的優(yōu)劣。在此試驗(yàn)中，以真空回收系統(tǒng)的回收流量作為衡量系統(tǒng)工作能力的指標(biāo)，回收流量越大，表示實(shí)驗(yàn)效果越好，系統(tǒng)工作能力越強(qiáng)。對比Ⅰj、Ⅱj、Ⅲj和Ⅳj的數(shù)值大小，最大值分別為Ⅳ1、Ⅳ2和Ⅰ3，因此真空泵抽吸壓力因素取4水平，管直徑因素取4水平，抽吸高度因素取1水平是在此試驗(yàn)中的較優(yōu)方案。

3 結(jié) 語

對真空回收系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，得到試驗(yàn)的三個影響因素中，其中對抽吸流量影響大小依次為抽吸高度、真空泵抽吸壓力、PVC鋼絲管內(nèi)徑，在實(shí)際的高壓水射流管道疏通的真空回收系統(tǒng)作業(yè)時，此相關(guān)參數(shù)可以起到一定的參考作用。