崔 寧，鄭守東，唐曉東，張大維，向德宇，王 昌

(遼寧忠旺機(jī)械設(shè)備制造有限公司，遼寧 遼陽 111003)

在國家倡導(dǎo)綠色施工的背景下，鋁模板依靠其高效節(jié)能、低耗環(huán)保的特性在眾多模板產(chǎn)品中脫穎而出，在建筑工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-2]。鋁模板單個(gè)項(xiàng)目周轉(zhuǎn)次數(shù)最高可達(dá)60次，而其中80%的模塊由標(biāo)準(zhǔn)模板組成，在多個(gè)項(xiàng)目中可以循環(huán)使用，一套鋁模板最高可重復(fù)使用300次[3-4]。由于鋁制模板具有較強(qiáng)的吸附力且延展性差，導(dǎo)致施工后的混凝土粘附在模板上不易被去除，因此需配套設(shè)備對模板進(jìn)行清洗。目前清除鋁模板上混凝土的傳統(tǒng)方式主要有酸洗和拋丸，二種方式不僅污染環(huán)境，而且都會對鋁模板表面造成損傷，模板的循環(huán)使用壽命受到影響。鑒于此，設(shè)計(jì)了一種利用介質(zhì)水對鋁模板進(jìn)行高壓清洗的系統(tǒng)，其能夠最大限度地去除鋁模板表面的泥渣，使鋁模板表面不受任何損傷而達(dá)到理想的清洗效果，其可實(shí)現(xiàn)在線輸送、在線清洗、在線風(fēng)干等多個(gè)環(huán)節(jié)的自動化清洗系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單，清洗質(zhì)量好、清洗速度快、節(jié)能、省水等諸多特點(diǎn)，噴洗、收集、風(fēng)干等環(huán)節(jié)均在封閉箱體內(nèi)進(jìn)行，所以設(shè)備的安全性得以有效保證。而且噴洗用水可循環(huán)，屬于物理清洗，其清洗成本低，速度快、清凈高、不損壞被清洗物、不污染環(huán)境[5]?，F(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用表明，該清洗系統(tǒng)能夠順利完成清洗任務(wù)。

1 系統(tǒng)原理及組成

建筑鋁模板高壓水清洗系統(tǒng)是由電動機(jī)提供動力傳輸給高壓水泵將自然水達(dá)到使用壓力，然后通過特殊的自旋轉(zhuǎn)噴盤經(jīng)噴嘴以極高的速度噴出高度集中的水射流，這股水流具有巨大的打擊能量并連續(xù)不斷地作用在被清洗物表面，從而使污垢脫落，達(dá)到清洗的目的。系統(tǒng)主要由鋁模板高壓水清洗傳送系統(tǒng)、干燥系統(tǒng)、高壓泵機(jī)組、水循環(huán)系統(tǒng)、PLC控制柜5大部分組成(圖1)。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成及工作流程圖Fig.1 System design and work flow chart

從圖中可以看出，水流在水循環(huán)系統(tǒng)中過濾后由高壓泵機(jī)組經(jīng)管線供給鋁模板高壓水清洗傳送系統(tǒng)，最終由鋁模板高壓水清洗傳送系統(tǒng)內(nèi)的噴嘴噴出對模板進(jìn)行清洗，經(jīng)清洗后的水流又被回收到水循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。

2 結(jié)構(gòu)簡介

2.1 鋁模板高壓水清洗傳送系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)

傳送結(jié)構(gòu)應(yīng)具備足夠剛度，中部清洗及吹干隔室采用封閉形式，傳送線采用變頻減速電機(jī)驅(qū)動鏈輪驅(qū)動鏈條，帶動各獨(dú)立不銹鋼輥軸進(jìn)行鋁模板的清洗輸送。輸送速度通過變頻器的調(diào)節(jié)在1m/min～7.3m/min之間可調(diào)?？梢罁?jù)模板清潔程度及需要清洗效果選擇合適的頻率進(jìn)行作業(yè)，過快會影響清洗效果，過慢會影響工作效率。

設(shè)備選用了先進(jìn)的清洗系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對模板的360°環(huán)洗功能[6]。該清洗系統(tǒng)裝設(shè)了自主研發(fā)的超高壓自旋轉(zhuǎn)清洗噴盤，通過高壓軟管與高壓泵機(jī)組輸出端連接，內(nèi)含清洗直徑500mm噴盤1套配備12個(gè)寶石噴嘴用于清洗上面板，清洗直徑300mm噴盤2套各配備6個(gè)寶石噴嘴用于模板下側(cè)內(nèi)肋清洗，高壓噴頭2套各配備4個(gè)寶石噴嘴，用于模板側(cè)面的清洗，具體布局如圖2所示。

(a) 清洗系統(tǒng)布置圖； (b) 清洗系統(tǒng)實(shí)物圖圖2 清洗系統(tǒng)組成Fig.2 Cleaning system composition

干燥系統(tǒng)配備兩臺羅茨風(fēng)機(jī)，在模板輸出輥道處上下各配備一把風(fēng)刀。用來吹干鋁模板上清洗后殘留的水，保證清洗后的鋁模板達(dá)到干燥存放的條件。

傳送輥道長度為13000mm，主要清洗寬度500mm、高度65mm的鋁模板，清洗長度范圍在500mm～3000mm。

2.2 高壓泵機(jī)組

高壓泵機(jī)組由超高壓柱塞泵、超高壓氣控閥、變頻電機(jī)、連軸器、過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)、防震底座、隔噪音護(hù)罩等組成，該清洗系統(tǒng)共需兩臺高壓泵機(jī)組，負(fù)責(zé)給清洗模板上表面噴盤及噴頭供水的高壓泵機(jī)組輸出額定壓力為95MPa，流量110L/min；負(fù)責(zé)給清洗模板下表面噴盤供水的高壓泵機(jī)組輸出額定壓力為65MPa，流量75L/min。

2.3 水循環(huán)系統(tǒng)

水循環(huán)系統(tǒng)主要用于回收設(shè)備清洗之后的廢水，并將其過濾凈化到高壓泵機(jī)組及清洗系統(tǒng)的使用條件，達(dá)到重復(fù)使用、綠色環(huán)保的目的。系統(tǒng)運(yùn)用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的水處理裝置[7]。工藝流程為，含有水泥顆粒、泥沙等污濁物的廢水經(jīng)車間地溝自流進(jìn)入曝氣沉砂池，在去除大塊水泥顆粒及泥沙后，自流進(jìn)入集水井，經(jīng)泵送進(jìn)入一體化沉淀箱調(diào)節(jié)pH值，加混凝劑反應(yīng)之后沉淀，最后過渡池的出水經(jīng)泵打入砂碳濾罐經(jīng)保安過濾器過濾后回收使用，經(jīng)過處理后的循環(huán)水粒徑≤10μm，pH值控制在6～9，具體工藝流程如圖3(a)所示。

(a) 工藝流程圖； (b) 控制流程圖圖3 水循環(huán)系統(tǒng)工藝及控制流程Fig.3 Water circulation system process and control flow

2.4 PLC控制柜

PLC控制柜上采用西門子觸摸顯示屏?？煞奖恪⒅庇^地操作高壓泵機(jī)組電機(jī)和傳送線上各個(gè)電機(jī)的啟動停止，調(diào)節(jié)傳送線進(jìn)給速度的快慢及高壓泵輸出壓力。故障顯示頁面可以精準(zhǔn)的反應(yīng)出故障點(diǎn)，方便人員進(jìn)行檢修維護(hù)，操作界面如圖4所示。

圖4 高壓水清洗系統(tǒng)操作界面Fig.4 High pressure water cleaning system operation interface

水循環(huán)系統(tǒng)采用單獨(dú)的控制系統(tǒng)，控制流程如圖3(b)所示，可實(shí)現(xiàn)自控，在自動化控制狀態(tài)下，各個(gè)工藝的運(yùn)行根據(jù)預(yù)設(shè)的自動控制程序和檢測分析的運(yùn)行數(shù)據(jù)自動進(jìn)行。

3 清洗系統(tǒng)主要元件選型

根據(jù)清洗對象的要求，高壓泵機(jī)組Ⅰ壓力選擇為95MPa，流量為110L/min，高壓泵機(jī)組Ⅱ壓力選擇為65MPa，流量為75L/min。

3.1 清洗系統(tǒng)原動機(jī)功率的確定

高壓泵機(jī)組選型時(shí)，在高壓泵機(jī)組以壓力和流量組成的性能曲線中，每一個(gè)功率級對應(yīng)著一個(gè)系列的產(chǎn)品，因此計(jì)算機(jī)組功率對選擇機(jī)組具有重要意義，此清洗系統(tǒng)配備2套高壓泵機(jī)組，功率計(jì)算如式(1)所示：

(1)

式中，Pc原動機(jī)所需功率，kW；p為系統(tǒng)壓力，MPa；qυ為系統(tǒng)流量，L/min；ηt為總效率，包括泵效率、傳動效率和原動機(jī)效率，通常取0.85～0.95。

將壓力和流量分別帶入式(1)，計(jì)算高壓泵機(jī)組Ⅰ的功率為205kW，高壓泵機(jī)組Ⅱ的功率為95kW。

3.2 噴嘴的選型

噴嘴是形成高壓水射流的核心元件，其與主機(jī)的匹配程度極大的影響著清洗效果[8]。此套清洗系統(tǒng)選用適合平面清洗的圓柱寶石噴嘴，噴嘴直徑可按式(2)計(jì)算。公式如下：

(2)

式中，d為噴嘴直徑，mm；p為系統(tǒng)壓力，MPa；qυ為系統(tǒng)流量，L/min；n為噴嘴個(gè)數(shù)；η為噴嘴效率系數(shù)，通常取1.05～1.1。

取,n=20，η=1.05，并將壓力和流量帶入，計(jì)算出高壓泵機(jī)組Ⅰ下的噴嘴直徑為0.55mm。

取,n=12，η=1.05，并將壓力和流量帶入，計(jì)算出高壓泵機(jī)組Ⅱ下的噴嘴直徑為0.65mm。

3.3 水循環(huán)系統(tǒng)水箱設(shè)計(jì)

清洗系統(tǒng)的總流量為185L/min，系統(tǒng)采用循環(huán)水方式進(jìn)行工作，單臺配比水箱總?cè)莘e55m3，污水處理量為14m3/h，處理池分組一體化布置，內(nèi)含曝氣沉砂池容積2m3，反應(yīng)池容積2m3，斜板沉淀池容積42m3，過渡池容積3m3，清水池5.5m3?，F(xiàn)場應(yīng)用如圖5所示，實(shí)踐證明該水循環(huán)系統(tǒng)滿足使用要求。

圖5 水循環(huán)系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用Fig.5 Field application of water circulation system

4 現(xiàn)場應(yīng)用

設(shè)備裝機(jī)后去現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)試機(jī)效果，圖6是現(xiàn)場設(shè)備及模板清洗前后的對比。試機(jī)時(shí)，清洗對象規(guī)格為1200mm/2700mm×500mm×65mm，實(shí)踐證明該套清洗設(shè)備每小時(shí)能清洗模板100m2以上，但清洗合格率無法達(dá)到100%。不合格品主要集中在模板下部內(nèi)肋處，產(chǎn)生的主要原因是因?yàn)椴糠州^厚污垢無法徹底去除，在無人工干預(yù)的情況需要二次甚至三次清洗，才能達(dá)到清洗要求。在上料時(shí)人工去除大塊較厚污垢后清洗合格率顯著提高，一次清洗合格率在90 %以上。對現(xiàn)場模板清洗合格率及效率的統(tǒng)計(jì)見表1，表中統(tǒng)計(jì)的清洗面積是指模板與混凝土貼合面，即模板上面。

圖6 現(xiàn)場設(shè)備及清洗效果Fig.6 On-site equipment and cleaning effect

表1 鋁模板高壓水清洗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

(1)在清洗過程中，利用高壓水產(chǎn)生強(qiáng)大動能，不用添加填充物及清洗劑就能將模板清洗干凈，清洗成本相比化學(xué)清洗至少降低30%。其次，該系統(tǒng)采用高壓低流的方式，降低能耗功率的同時(shí)減少了用水量，降低了能耗成本。同時(shí)，此系統(tǒng)平均每小時(shí)可以清洗100m2左右的模板，相比傳統(tǒng)方式清洗效率得到極大提升。

(2)該清洗系統(tǒng)以水為介質(zhì)進(jìn)行清洗，作業(yè)過程環(huán)保，無毒無味，射流噴射打擊污垢的瞬間將會霧化，不會造成任何環(huán)境污染。同時(shí)高壓水清洗也不會對模板的本體造成破壞影響使用。

(3)水處理系統(tǒng)的運(yùn)用使得設(shè)備更加節(jié)能環(huán)保，提供了穩(wěn)定的循環(huán)水源，實(shí)踐證明處理后的每噸水費(fèi)僅為工業(yè)水價(jià)格的20%。

(4)清洗系統(tǒng)采用全自動化操作面板，可實(shí)時(shí)根據(jù)模板污垢狀況調(diào)整清洗效率，系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)有故障發(fā)生時(shí)，會觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警信息彈出畫面，并記錄發(fā)生的日期時(shí)間和狀態(tài)及簡單處理方法，操作者可根據(jù)故障報(bào)警處理方法作相應(yīng)處理，以便快速排除故障。

(5)經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用的清洗結(jié)果顯示，該清洗系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)一次清洗合格率100%，仍然需要人工去除厚重污垢，不合格處主要集中在鋁模板的非工作面內(nèi)肋處，僅影響外觀，不影響循環(huán)使用要求。