标准是产品设计、制造、测试与使用的依据，是产品的“牛鼻子”。同时，标准与产品又是相辅相成、相互促进的。产品是标准的基础，标准是产品的体现。为此，各类产品的标准都是极其重要并极受重视的。安全性、灵敏性、可靠性和效率是对高压水射流设备的基本要求，其标准编制的重点也就在于此。
　　18.1标准体系
　　80年代初期，我国开始研制生产高压清洗机，虽然比起发达国家起步较晚，但由于高压水射流设备对安全性、灵敏性、可靠性的独特要求，作为这类产品技术管理部门的机械工业部通用机械研究所在其开发趋于成熟的同时，便组织行业单位先后编制和审查实施了高压清洗机^【1～3】、微小型清洗机^【4～6】、高温清洗机^【7】、超高压泵^【8】和高压水射流清洗作业安全规范^【9】等标准。产品标准的内容包括基本参数、技术条件和试验方法。这些标准不仅填补了国内空白，在国际上也是独树一帜的。随着高压水射流技术的发展，尤其是90年代高压、超高压、大功率机组和周边设备的出现，将继续组织修定高压水射流设备标准，使其更为科学、严谨和易于操作，满足量大面广产品的需要。
　　高压水射流设备标准体系如下。标准体系中所注参数为现行标准界定。
　　执行标准应是严格的、严肃的，同时制定标准又是相对的，是随产品的发展而发展的。高压水射流设备的发展趋势是压力更高、功率更大，这就突破了对原有清洗、切割压力的界限；各种功能的产品相互渗透，工程应用装备异军突起；高压水射流成套设备压力已达250MPa、超高压泵的压力下限已提高至200MPa，等等。技术的突飞猛进对标准工作提出了新的要求和挑战。本章仅就已经实施的标准作一综述，具体应用请参照标准原文。
　　

　　18.2基本参数
　　通常把水射流设备主机的基本参数认定为成套设备基本参数。
　　1.微小型清洗机基本参数　机动往复式微小型清洗机的泵额定排出压力为3.6～150MPa，额定流量为2.5～45L/min，工作介质为温度5～60°C的清水或与运动粘度不大于45mm²/s、不含颗粒、无腐蚀性清洗剂的混合液。配带单相电动机微型泵的基本参数见表18-1。配带三相电动机泵的基本参数见表18-2。
　　
　　
　　2.高温清洗机基本参数　电动高温清洗机的额定排出压力不高于18MPa，额定流量不大于15L/min，工作温度不高于150°C，工作介质为不含颗粒的清洗剂与清水的混合液。高温清洗机基本参数见表18-3。
　　
　　3.高压水射流设备基本参数　高压清洗机已成了高压水射流成套设备的代名词。标准规定，高压清洗机额定排出压力为10～140MPa，配带电动机功率为15～250kW，输送介质为常温的清水，由电动机或其它旋转式原动机驱动，清洗机用往复式高压泵。随着技术的发展，近年来，用于破碎工程作业的高压清洗机基本参数已发展到压力为250MPa、额定输入功率为500kW。由于上述标准基本参数型谱正在作为《高压水射流设备》标准内容修订，表18-4并修订中的高压水射流设备基本参数，供设计和选型参考。
　　
　　18.3技术条件
　　作为产品的技术条件涉及范围较广，限于篇幅，本节仅就技术条件的主要内容加以介绍^【10】。
　　1.对泵与喷嘴的匹配要求　泵与喷嘴的压力与流量的参数匹配，形成了机组的工况。首先，标准对清洗机用泵根据其压力与功率分级规定了泵的容积系数要求，以保证泵的工作效率。表18-5为微小型清洗机在额定排出压力下的容积系数。高压清洗机的容积系数Kv和总效率η的设计值应不低于图18-1的规定。
　　
式中　K_v——容积系数；
　　q——实际流量；
　　q_th——理论流量。
　　
　　由于系统管路与阀的压力和流量损失相对于泵机组参数很小，通常设计喷嘴直径均依据泵的基本参数。然而，由于经验系数、计算圆整和加工误差等因素的影响，喷嘴直径与泵额定工况相匹配的实际值与理论值便出现了偏差，这就形成了所谓“初始工况”。对这种偏差的控制也就是对初始工况的限制。标准规定，清洗机的初始工况应符合下列要求中的一种:
　　(1)在清洗机工作期间，泵的溢流阀(或其它阀)无泄流，其初始排出压力为额定排出压力的90%～105%:
　　(2)在清洗机工作期间，泵的排出压力达到额定排出压力，其溢流阀(或其它阀)的初始溢流量不大于额定流量的10%。
　　
　　符合这一初始工况的清洗机，其性能参数被认定为合格的。对于一个给定的喷嘴，尽管理论上压力和流量的变化梯度不一样，但这样的规定直观、明确。上述(1)对压力上限的限制(105%)，是为了限制喷嘴的最小直径。
　　清洗机的效率也就是机组能量的利用率，亦即喷嘴出口处的水射流功率与泵出口处的水功率之比值。泵的输出功率需单独测试。
　　
式中　p_n，q_n——近似由喷嘴入口前测得；
　　K——喷嘴能量损失系数，与喷嘴形状、尺寸、加工精度等有关；
　　p_o、q_o——泵出口处压力和流量。
　　从公式可以定性地认为清洗机效率与清洗机的基本参数及配置有关。高压泵与喷嘴的性能曲线见图7-21。由于泵出口至喷嘴入口管路压力损失相对较小，但两处的流量变化较大，如果喷嘴太小，则溢流阀必须溢流，此时机组效率主要由溢流流量决定；如果喷嘴直径合适，则泵排出的所有流量均流经喷嘴，则机组效率仅仅与管路损失及喷嘴能量损失有关，因而机组效率较高。所以，从提高机组效率角度也要求喷嘴与泵参数匹配。不难看出，机组效率可以进行相同参数机组的横向比较。
　　2.设备制造技术指标　安全问题随设备工作压力的提高而愈显突出。对高压水射流设备，从原材料的购人、加工及装配都应严格把关。
　　设备运行过程中要求不得超压，故安全阀的作用显得十分重要，因此标准规定安全阀的动作应灵敏、可靠，其开启压力根据系统压力分级，规定见表18-6。由表可见，系统压力越高，安全阀开启压力范围越小，要求安全阀越灵敏。
　　对承压件的液压试验压力也以泵排出压力为依据分级规定，详见4.7节。
　　
　　清洗机在额定工况下运转时，泵内油温温升应不超过45°C、油温温度应不超过75℃，这就对传动端的结构设计和泵速提出了最终约束，如果不能保证则必须附加强制冷却系统。
　　清洗机在额定工况下运行时，包括喷枪在内的噪声值应不超过表187的规定。
　　
　　为保证泵进排液阀组的寿命，标准规定阀与阀座应配研，研磨后进行密封性试验:将阀与阀座倒置后，注入煤油，5min内不应渗漏。
　　3.控制机构的灵敏性　控制机构主要指电控装置和各种阀。电控装置强调匹配和维护，而各种阀则强调机组的出厂试验。
　　安全阀、调压溢流阀、控制阀(脚踏控制阀和喷枪阀)均需频繁开关灵敏，且复现正常。调压溢流阀则须在泵额定排出压力范围内的任何一个压力上预置，并在控制阀关闭的瞬间开启溢流，它的开启压力又必须在安全阀开启压力范围内。
　　喷枪分两种型式:一种是溢流式，其阀常闭水流直达喷嘴喷出，当手强制阀打开时，水流则经旁通管溢流；另一种是截流式，其阀常闭，当手强制阀打开时，水流则经该阀从喷嘴喷出，否则喷枪关闭，调压溢流阀开启溢流。这两种型式均要求喷嘴、阀芯与弹簧的设计相适应，既保证动作灵敏和频繁复现，又保证喷嘴出流达到机组的性能指标(即“初始工况”)。
　　射流反冲力对安全使用影响很大。喷枪设计的反冲力应小于操作者体重的1/3。标准规定，反冲力不得超过250N，凡超过者建议采用多枪作业或平衡式喷枪；喷枪最小长度应保证持枪朝下时枪头触地面不伤及操作者的腿或脚；喷枪还必须有自锁机构，以免非操作者误用。
　　4.寿命及其判据　高压水射流设备的寿命即可靠性是用户最关心的问题，但由于它是间断运行的，可靠性判据也就难以由试验得到。
　　系统可靠性研究的主要对象是易损件，如柱塞、密封、进出水阀组、其它阀和喷嘴等。标准按压力分级对这些易损件提出了不同的更换期(寿命)指标(见表18-8)。上述每个易损件的寿命都关系到整机运行寿命，每个零件的缺陷都将影响整机的性能。因此，标准提出易损件的使用寿命应以整机性能的变化为依据，即当整机运行中排出压力比初始工况下降10%时，首先应更换合格喷嘴，再检测整机性能参数。如果更换喷嘴后，系统回复至初始工况，则原喷嘴判废，否则应检查其它易损件，如密封副等，发现问题即予更换并再进行比较。因此，整机性能参数较初始工况下降10%即为易损件寿命的判据。
　　
　　整机性能参数下降10%的依据是初始工况，也就是说，整机性能参数较初始工况下降10%以上则为不正常运行，必须检查喷嘴、阀组和密封副的判废与更换。截止此时的判废件时间也就是该件的寿命。
　　5.对喷嘴和旋转喷头的要求　标准试图将喷嘴以型式、压力与流量为参量规范成一个平面型谱，以便于用户选用和提高喷嘴的通用互换性。这一工作先从高压清洗机产品做起，然而现行的产品标准难以容纳这样一个庞杂的内容，有待于协调各企业单独制定喷嘴标准。
　　现行标准对喷枪规定了100h连续试验的要求，要求喷嘴射流非雾化区不小于150mm，运行100h后非雾化区不小于100mm。水射流的雾化(喷雾喷嘴除外)是一个共性问题，它的最终表现形式是清洗效率。标准规定依靠目测虽不精确，但这一规定与设计水射流喷嘴的最佳靶距是相吻合的。况且，在特制背景下借助光源目测非雾化区还是可行的。
　　旋转喷头包括二维和三维，无论它们是自转的还是强制旋转的，有一个共性问题就是减速调速，不使射流雾化。对二维旋转喷头，因其直径的差异其转速差异很大，尤其小直径旋转喷头由于尺寸的限制，难以成批保证转速的稳定性，因此只能对射流质量提出定性要求，以保证达到清洗效果；但二维旋转喷头(尤其是小直径喷头)通常转速在1500～2000r/min是合理的，对一定尺寸的旋转喷头由于采用了减速机构可使转速降至1000r/min甚至更低。对三维旋转喷头，则规定其转速不得超过100r/min。使用证明，20～40r/min的转速是比较理想的。另外，标准提出三维旋转喷头的射流轨迹必须完全覆盖被清洗表面，这就要求设计中必须注意转向齿轮的模数与齿数比。
　　多孔喷嘴与泵参数的匹配原则上与单孔喷嘴一致，只是在给定泵参数下多孔喷嘴与单孔喷嘴的过流面积要当量，多孔喷嘴经圆整后其初始工况仍遵循单孔喷嘴的初始工况要求。由此可见，初始工况的规定是对喷嘴与泵匹配的基本要求。
　　18.4试验方法
　　标准所规定的试验方法是对生产企业产品出厂试验的规定，而不是研究高压水射流的条件和手段。标准应可行可测，使产品与标准、产品与产品有可比性。
　　1.试验条件　图18-2所示为高压清洗机试验装置原理图。实际上高压水射流设备本身就是一个比较完整的试验装置。
　　
　　对试验装置总的要求是，管路的承压能力、管路联接的密封性、排出管路稳压装置的采用(泵试验)和不采用(射流试验)、泵的吸入性能试验应另设吸入装置、不采用单纯调节阻力的方法进行试验。
　　试验用介质一般为常温清水。水的过滤由机组考虑。
　　试验采用抗震压力表，其量程的选择应使指示平均值为满量程的1/3～2/3。
　　进行喷枪寿命试验，一般是将喷嘴插入导流管经折射后回流。
　　凡应测量参数的试验，被测参数的测量仪器仪表指示值的波动范围不超过表18-9的规定。
　　
　　试验时，确认泵达到稳定工况后，所有仪表应同时读数和记录。每个被测参数的测量次数应不少于3次，取算术平均值为测量值并记人记录表，然后整理绘出性能曲线。
　　标准对测量用仪器仪表的精度也做了相应规定，并要求在有效使用期内使用。
　　2.性能试验　这里主要介绍高压清洗机和高温清洗机的性能试验方法。
　　高压清洗机在空载和升载试验后，性能试验便在平稳的工况下进行。在规定的初始工况下，排出压力从最小值开始，然后按额定值的20%、40%、60%、80%、100%升压，每一排出压力下同时测量和记录介质温度、泵速、流量、功率和排出压力的值。
　　在上述工况下累计运行500h，试验期间允许中途停机，但如遇主要部件损坏需要更换时则已完成的试验无效。
　　每一种喷嘴按交验数量的10%做抽查检验，每只喷嘴的累计试验时间应不少于1h。
　　喷枪水压试验的试验压力应等于喷枪额定排出压力的1.3倍。
　　固定一种喷嘴进行试验，累计使用100h，其非雾化区应达到技术要求的规定。
　　磨料射流累计试验不少于1h，磨粒粒度为0.5～1mm。
　　标准对安全阀、调压溢流阀与喷枪的灵敏动作规定了试验次数。
　　随着高压水射流设备参数的提高，连续运行试验时间应作调整，使得标准与产品对接。表18-10即为标准修订过程中规定的连续运转试验时间
　　
　　高温清洗机全性能试验指由高压工况向蒸汽工况转变的全过程试验。清洗机在高压工况运行，同时测量流量和介质温度。然后在高压工况额定排出压力范围内均分3～4个压力点，按流量压力的线性变化规律调节各压力点的对应流量。在各压力点稳定运行工况下，加热至最高温度，测量其压力点的温度值；然后降温并调节下一个压力点继续上述测量。在蒸汽工况下测量油箱内的燃油耗量，测量时间5～10min，该测量值为最大耗油量。
　　高温清洗机连续运行试验累计运行100h，其中在蒸汽工况下累计运行50h，喷嘴累计喷射100h(即蒸汽工况50h，高压工况50h)，并绘制连续试验比较曲线。
　　在蒸汽工况下，水加热器功率
　　
式中　P——水加热器热功率，kW；
　　P_m——加热器蒸发量(被加热的流量)，kg/h；
　　h₂——高温水比焓，J/kg；
　　h₁——进水比焓，J/kg。
　　高温清洗机实质上是高压与高温的叠加。
　　清洗机的试验还包括噪声测量、数据处理、性能曲线绘制等。
　　《微小型清洗机》和《高压水射流设备》标准正在修订中，具体实施应依据新标准。
　　18.5超高压泵
　　超高压泵标准适用于机动、气动、液动、手动超高压泵和液动超高压增压器等，额定排出压力为100～1000MPa，输送介质为无毒、无腐蚀性、非爆炸性、不结晶的常温液体。该标准压力的界定源自容器和往复泵标准，实际上超高压泵的泛指压力在200MPa以上。
　　1.技术条件^【11】首先是对整机的技术要求。标准对泵运行中的工作压力分级规定了压降、噪声指标、安全阀开启压力和易损件寿命。安全阀开启压力p以额定工作压力P_r=400MPa为限，当p_r>400MPa时p=(1.02～1.05)p_r；p_r≤400Mpa时p=(1.05～1.1)p_r，这一规定反映了超高压运行工况特征。
　　泵的主要易损件，负荷下的累积运行时间不低于表18-11的规定；压力不大于320MPa的泵，在额定工况下累积运行时间不低于50h。
　　
　　承压件的液压试验见4.7节。
　　材料选择对超高压泵至关重要。从静力强度设计的观点来看，采用静力强度高的材料是有利的，但这种高强度材料大多伸长率较低，承压件破坏时将出现危险状态。标准指出，承压件的材料必须具备表18-12的力学性能。标准还考虑了材料尺寸、取样位置对材料性能的影响。另外，对于高强度钢，微小的缺陷也会使材料的疲劳强度大幅度下降，必须要求对材料进行无损检测。
　　
　　制造技术要求特别强调有疲劳强度要求的零件表面的粗糙度、自增强处理方法、圆角半径、零件变截面的圆角光滑过渡、承受超高压循环压力作用的零件不应焊接、缸体开孔问题、联接螺纹精度、阀组配研与煤油渗漏试验、柱塞与密封套应偶配研磨，等等。这些规定是对制造的共性要求。
　　2.试验方法　对超高压泵的试验装置不作定量要求，只强调必备的控制与测试手段。标准着重强调了试验装置的安全问题，如装置用所有部件与泵的排出压力的一致性、试验中的人机隔离、不采用热弯管、调压阀采用针阀等。
　　因为泵速较低，试验中泵压力波动范围为10%。
　　超高压泵的试验包括试运转、性能试验、安全阀或超压保护试验、保压试验、累积运转试验等。
　　性能试验应确定流量、功率与压差的关系，并绘出曲线和评价100MPa压力下泵的容积系数。
　　性能试验应在额定泵速下进行。排出压力从最小值开始，然后按每50MPa一个压力级升压，但应附加100MPa压力点。对不超过400MPa的每一排出压力等级，同时测量和记录泵速、流量、功率、排出压力值，对超过400MPa的每一排出压力等级仅记录泵速、功率与排出压力值。
　　由于超高压的作用，工质的可压缩性不容忽视，而超高压泵最重要的又是压力指标，流量的不足一般可通过扩大机组功率得以补偿。另外，在400MPa压力以上液体会明显产生不同程度的固化。本标准性能试验对容积系数的评价基准是基数压力100MPa，且该压力点在曲线上要有反映，各项指标的测量与绘制曲线只限于400MPa。性能试验除了注重评价400MPa以下的流量外，对工作压力允许下降值也做出定量评价，这一定量评价也就是易损件寿命的临界点(见表18-13)。
　　
　　无论采用什么安全措施，它们的测量前提均在规定的压力下这种规定保证了泵的安全性和不同方法的等价性。
　　累积运转试验规定的原则是可行可测。累积升压次数主要针对以试压为目的的超高压泵，将它包容在连续运转试验过程中。这里有累积升压次数和累积运转时间两个概念。作为水射流应用，通常的寿命指标为时间。试验中，如更换损坏的柱塞密封副、阀组或高压缸体，则已进行的试验无效。试验每4h测量、记录一次泵的主要性能指标。
　　我国的超高压泵还正处在上品种、上质量和商品化发展阶段，作为标准的依据——产品和试验都还有局限性，有的定量指标尚需按受实践的检验。
　　参考文献
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