液體火箭發動機使用由燃燒劑和氧化劑組成的液體推進劑。在發動機工作過程中,液體推進劑在發動機推進室中進行混合和燃燒,燃燒氣體進行膨脹並以高速噴出從而產生推力。推力室包栝有頭部、燃燒室和噴管三部分。發動機工作完畢後所形成的一部分燃燒產物——碳和碳氫化合物牢牢地粘附在推力室內腔壁麵上,在頭部的金屬噴注口和燃燒室,噴管的金屬壁麵上形成一層黑色的厚度不均的積碳層。
由於液體火箭發動機結構複雜,製造成本高,故在研究試驗過程中經常要重複使用。但如果不清除推力室內腔的積碳層,頭部噴注口處推進劑的霧化和混合質量就會降低。燃燒室和噴管處的再生冷卻效果和燃氣的流速也會降低,這勢必影響發動機的工作效率。更重要的是,積碳層會妨礙對試驗後推力室的觀察研究,直接影響對試驗結果的分析和判斷。
為此研製的高壓水清洗設備,適合於清洗中小型液體火箭發動機的推進室。該設備整機結構緊湊,占地麵積小,操作方便,使用可靠。根據試驗,完全清除發動機推力室的積碳層所需要的水射流壓力為20-30MPa,射流打擊力達到最大值的距離約為噴咀直徑的60-200倍。綜合考慮到壓力、流量、靶距和進給速度等多種因素,采用了孔徑為1.3-1.6mm的人造紅寶石噴咀,噴頭的旋轉速度控製在4lr/min,噴頭的進給速度控製在I40mm/min,對於燃燒室內徑為150-400mm左右的發動機推力室來說,用高壓水清洗時的噴掃線速度達到19.3-51.5m/min這種較高的瞬時清洗速度下,清洗質量也能得到保證。
固體火箭發動機結構簡單。主要部件燃燒室由殼體、包覆層或隔熱襯裏和固體藥柱等組成。但是殼體的造價和燃燒室所裝推進劑都要數萬元。作為高分子材料的固體推進劑,超過貯存期,就需要進行更換。有時,固體藥柱可能出現裂紋、脫粘等故障,也需要將易燃的推進劑清理掉,以保存昂貴的燃燒室殼體。
固體推進劑屬於易燃易爆物品,衝擊、摩擦等感度均較高。采用高壓水射流清理是最適宜的清除方法9清理固體火箭發動機燃燒室所用高壓水射流發生器設備,壓力50MPa,流量631/min。對於燃燒室直徑360mm,長約900mm,裝藥量接近100kg的固體火箭發動機,整個清理過程僅約7、8小時。
從彈殼內清除炸藥,過去都沿用蒸汽液化法,即用蒸氣先使炸藥溶融至液化,然後使液化了的炸藥從彈殼內流出。但是近20年來,軍用炸藥的成分已發生變化,在通常的蒸汽溫度下大多數軍用炸藥已不再能溶化。隨著時間的推移,大量的彈藥不能作為軍用而又不能都銷毀掉,因此必須設計出一種行之有效的新方法來取出武器中的炸藥。同樣,高壓水射流是一種可資選擇的方法。美國密蘇裏大學羅拉分校與美國海軍武器補給中心簽訂合同,檢驗上述清除炸藥方法的能力及與此有關的安全問題。試驗結果表明,清除炸藥的有效方法是用壓力較低的普通水射流。
2.9高壓水射流破碎製漿
製造漿體需要將物料破碎成適當粒度的微小顆粒-破碎工藝是把各種不同初始粒度的礦石或其它材料經過破碎或研磨,變為粒度控製在規定的範圍內,並能滿足後續工序要求.的產品。在普通破碎設備的運轉過程中,非生產功竟達到能耗的99%,即破碎過程中隻有1%輸入功率用於產生新的表麵。
在目前的提高破碎效率開發工作中,總的趨勢是改變物料破碎的基本方式。如果能把沿襲至今的壓縮破碎原理改變為拉伸破碎原理,即在拉伸作用下,利用物料內部固有裂隙的擴展而導致物料本身破碎,將使超細粉末的研磨工藝取得重大進展。能達到這個目標的一個行之有效的方法是采用能量高度集中的水射流或油射流加載。
采用水射流破碎主要有兩方麵的好處。一是水射流能以較低的輸入功率使物料破碎到超細的粒度範圍;二是因為高速液體穿透了晶粒的邊界,物料被破碎成前所未有的小粒度顆粒,使物料內部的不同成分更好地分開。因此,采用高壓水射流穿透質點邊界上固有的微裂紋還能使上述的物料破碎過程轉變為一種選礦過程。例如,使硫化鐵、矽石和其它髒物與煤有效地分開。
水射流破碎的優越性在實踐中已取得了令人滿意的結果。而且,由於對高效能製漿工藝的需求日益迫切,因此,許多工業部門設計建造了利用水射流破碎技術的專用製漿裝置。如高速水流由高壓水槍射出。該係統中緩慢旋轉的水槍射出壓力高達2.lMPa的水射流。漿體靠重力通過格篩進入料槽被菜送走。
高壓水射流作為一種出色的材料破碎工具應用的另一個實例就是紙漿造紙工業。
用木料製成木纖維傳統方法有兩種:一種是機械製漿法,另一種是化學製漿方法。機械製漿通常指磨碎法,化學製漿要求用規則木塊經化學處理而分解。
水力製漿法是一種用高水射流把木料製成木纖維的工藝。機械切碎或磨,都可以用高壓水射流的水力-機械作用來取代。主要優點為:
(1)用水射流分離的纖維質量等級比磨碎法要好。纖維較長,纖維完整性好。
(2)用水射流加工每立方米木料的耗電量不到常規磨碎法耗電量的50%,一些重要參數優化後,還可以進一步減少。
(3)紙漿廠生產線設計和轉運費用可降低約30%。
水力製漿工藝的主要參數是:射流壓力、射流形狀和直徑、射距,通過木材表麵的射流流量和射流與纖維方向之間的夾角。此外,射流的軌跡也十分重要。
試驗時曾采用水射流壓力35MPa、70MPa、105MPa,噴咀采用0.75mm黃銅噴阻、直徑0.2mm藍寶石噴咀、直徑0.66mm的碳化鎢噴咀,進給速度為9cm/min和l3.6cm/min。
用這種工藝生產的紙漿製成紙張後,強度達到最佳質量標準。
2.10醫用水射流衝洗及無針注射
連續水射流在醫學界的實驗與應用研究由來已久,並在近十幾年取得了顯著的進展。可行性研究涉及牙科、創傷外以及其它外科手術。在國外使用壓力為0.6MPa水射流清洗牙垢,始於1960年。各種類型的水衝洗器在牙科手術室裏已普遍采用。改進後水壓已提高到0.9MPa。水衝洗器已被引進陸軍野戰醫院,卓有成效地清洗大麵積傷口。由於防止感染,搶救及時,水衝洗器為挽救受傷人員的生命做出了貢獻。
無針皮下注射器的問世則是單發脈衝射流原理應用於醫療器械的一個成功的事例。上海醫械專機廠生產的HG-701型皮下無針注射器是利用小油泵產生的單發脈衝射流,一次注射量為0.2ml,每小時可注射600人次。注射器總重隻有1.85kg。加拿大學者介紹的無針皮下注射器是用壓力為4lMPa的C02氣體為脈衝射流的驅動力,一次注射時間為33m。
1989年,國防科技成果辦公室介紹了一種更先進的無針注射器,由槍型殼體、藥液噴射劑量調節、控製傳壓和氣源分配等裝置組成。這種無針注射器用壓縮空氣推動,使藥液產生高壓噴出注射,調節氣壓可改變注射深度。
使用無針注射器的突出優點是,注射器的噴咀與患者不接觸,因此不必擔心在注射過程中引起的病毒傳染問題。