2. Về thực tiễn
2.1.2. Phân loại công nghệ tia nước áp suất cao
Phân loại công nghệ tia nước áp suất cao ựược dựa trên thành phần của tia và phương pháp tạo thành tia (xem Hình 2.1).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 17
Hình 2.1- Sơ ựồ phân loại công nghệ tia nước áp suất cao
Dựa trên nguyên lý tạo thành tia, tia nước áp suất cao (Waterjetting) ựược chia thành hai loại tia: tia nước thuần khiết (Pure WaterJet Ờ WJ) và tia nước trộn hạt mài (Abrasive WaterJet Ờ AWJ). Trong thành phần của AWJ có nước, hạt mài và có thể có hoặc không có không khắ. Không khắ có hay không trong thành phần của tia phụ thuộc vào phương pháp cấp hạt mài của dòng tiạ Dựa vào phương pháp cấp hạt mài, tia AWJ ựược chia thành 2 loại là tia nước trộn hạt mài không áp (Abrasive Water InJection Jet Ờ AWIJ) và tia nước trộn hạt mài có áp (Abrasive Water Suspension Jet Ờ AWSJ).
Trong hình 2.2 ta có thể thấy ựược tắnh năng, công dụng của 3 loại tia nước áp suất cao là: tia nước thần khiết, tia nước trộn hạt mài không áp và tia nước trộn hạt mài có áp, trong ựó nếu xét về khả năng cắt thì phương pháp trộn hạt mài có áp có tắnh năng nổi trội hơn cả.
Tia nước thuần khiết (WJ)
Tia nước trộn hạt mài (AWJ)
Tia nước trộn hạt mài có áp (AWSJ)
Tia nước trộn hạt mài không áp (AWIJ) CÔNG NGHỆ TIA NƯỚC
ÁP SUẤT CAO
Bơm trực tiếp Nguyên lý ựường
nhánh ỘBypassỢ Bơm gián tiếp
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 18
Tia nước thuần Tia nước trộn hạt mài không áp Tia nước trộn hạt mài có áp Nguyên lý hoạt ựộng Tắnh năng dụng cụ Cắt, khoan, tiện, bóc tách, làm sạch
Phản ứng nhiệt Không ảnh hưởng ựến cấu trúc, tắnh chất lý học vật liệu Phương cắt Gia công trên mọi hướng
Vật liệu mềm Vật liệu bằng thép, Keramic Vật liệu cắt
Vật liệu ựơn chất, hợp chất, ựa tắnh, ựơn tắnh
Bề rộng rãnh cắt > 0,1 mm > 0,4 mm > 0,3 mm Chiều sâu rãnh cắt VD: PVC 20 mm VD: Thép 120 mm VD: Thép 300 mm Lực gia công nhỏ 15 N Ờ 250 N Vật liệu tái sử
dụng Nước Nước, hạt mài
Hình 2.2 Ờ So sánh tắnh chất giữa các loại tia nước áp suất cao
Bơm nước cao áp
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 19
2.1.2.1. Tia nước áp suất cao thuần
Tia nước thuần là tia hình thành chỉ bởi dòng nước thần tuý. Trong làm sạch, người ta dùng tia nước thuần khiết ựể bóc tách hoặc rửa trôi chất bám dắnh hay chất bẩn trên vật liệu nền. Tuỳ vào cường ựộ bám dắnh của lớp phủ hoặc các chất bẩn mà áp suất làm sạch ựược lựa chọn ựể hiệu quả làm sạch ựạt mức tối ưu, sao cho tác ựộng của tia nước vừa ựủ ựể bóc tách các chất bám dắnh mà không làm hỏng vật liệu nền. đây là một trong những ưu ựiểm nổi trội của phương pháp làm sạch bằng tia nước so với những phương pháp khác.
Bảng 2.1 Ờ Một số ứng dụng làm sạch của tia nước
Vật liệu làm sạch / Lĩnh vực ứng dụng Áp suất làm sạch (Pa)
Các lớp phun phủ bằng nhiệt 2400 Ờ 3750 Bê tông 700 Keo nhựa 1000 Ờ 3000 Làm sạch vỏ tàu 2750 Làm sạch các bình phản ứng hoá học 3400 Làm sạch bavia 1000 Ờ 4000 Tẩy rửa các chất nổ 2350 Làm sạch ống thoát nước 80 Ờ 200
Làm sạch trong ngành y học Tuỳ thuộc vào từng ứng dụng Làm sạch các ựường ống dẫn dầu 700
Làm sạch trong các nhà máy ựiện hạt nhân 2000 Làm sạch các chất bám dắnh vào thành tàu
thuỷ (vắ dụ như hà, rêuẦ) 28 Ờ 97 Làm sạch các lò luyện kim, các toa tàu 345 Ờ 689
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 20
2.1.2.2. Tia nước áp suất cao có trộn hạt mài
để tăng hiệu quả cắt của tia nước trong công nghệ tia nước áp suất cao, người ta ựưa hạt mài hoà vào dòng tiạ Những hạt mài nhỏ, cứng và có cạnh sắc khi chuyển ựộng cùng với tia nước áp suất cao, lúc ra khỏi ựầu cắt có một năng lượng phá huỷ rất lớn, cho nên chúng là tác nhân chắnh của quá trình cắt gọt. Việc bổ sung hạt mài vào dòng nước làm cho hệ thống thiết bị gia công phức tạp hơn. Tuy nhiên, nhờ những ựặc ựiểm nổi trội của phương pháp mà gia công với tia nước áp suất cao ựã thu hút ựược nhiều công trình nghiên cứu thiết bị và công nghệ và ựang thể hiện những khả năng mà các phương pháp gia công truyền thống không thể thực hiện ựược.
ạ Tia nước trộn hạt mài không áp, dạng ỘInjektorỢ
để tạo ra tia nước áp suất cao có hạt mài theo phương pháp này phải cần có khoang trộn. Hạt mài khô ựược chứa trong thùng chứa và dẫn ựến khoang trộn bằng hệ thống ựịnh lượng qua vắt tải, băng tải hoặc sàng rung. Hạt mài ựược tia hút vào khoang trộn do chênh lệch áp và hoà chung cùng dòng tia nước, ở ựây hạt mài ựược tăng tốc cùng vận tốc của dòng tia và bắn ra ngoài sau khi qua ống dẫn hội tụ. Do lực hút hạt mài tạo nên bởi chênh lệch áp nên ựộ dài của ống dẫn hạt mài cần ựược giới hạn. Vì vậy trong phương pháp trộn hạt mài không áp người ta phải bố trắ thùng chứa hạt mài không quá xa với khoang trộn, như mô tả trên hình 2.3.
Do quá trình trộn hở, hạt mài ựược cấp liên tục từ ựường dẫn nên tia AWIJ bao gồm: nước, hạt mài và không khắ. Trong phương pháp trộn hạt mài không áp, cấu trúc của tia nước áp suất cao phụ thuộc vào các thông số: áp suất bơm, ựường kắnh ựầu phun, chiều dài ống dẫn hội tụ, loại hạt mài và lưu lượng hạt màiẦ
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 21
Hình 2.3 Ờ Phương pháp tạo tia nước trộn hạt mài không áp (AWIJ)
b. Tia nước trộn hạt mài có áp, dạng ỘSuspensionỢ
Trong phương pháp này tia nước trộn hạt mài có áp (AWSJ), hạt mài ựã ựược trộn với nước trong bình nén và ựược tăng tốc cùng với áp suất dòng nước khi qua ựầu phun. Thành phần của tia AWSJ chỉ gồm có nước và hạt màị đây cũng chắnh là nguyên nhân chắnh mang ựến hiệu suất gia công khi sử dụng tia AWSJ cao hơn nhiều so với khi sử dụng tia AWIJ, nhất là trong các trường hợp ựặc biệt như gia công dưới nước (xem hình 2.4).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 22
2.1.2.3. Các phương pháp tạo tia nước áp suất cao trộn hạt mài có áp
Tia nước trộn hạt mài có áp ựược tạo ra theo 3 nguyên lý khác nhau, như mô tả trên hình 2.5, ựó là: nguyên lý bơm trực tiếp, nguyên lý bơm gián tiếp và nguyên lý ựường nhánh ỘBypassỢ.
Hình 2.5 Ờ Các phương pháp tạo tia nước áp suất cao trộn hạt mài
Theo nguyên lý bơm trực tiếp, hạt mài ựược trộn lẫn cùng nước và bơm trực tiếp từ bơm cao áp ra vòi phun. Nguyên lý này ựược ứng dụng lần ựầu năm 1965 trong khi cắt phá chân giàn khoan bằng thép dày tới 25mm dưới mặt nước với áp suất bơm là 69 MPạ Ngày nay nguyên lý này không ựược áp dụng nữa do tắnh mài mòn cao của hạt mài trong quá trình bơm.
Với nguyên lý bơm gián tiếp, hạt mài ựược trộn với nước không áp thành dạng huyền phù ỘSuspensionỢ, dung dịch trộn hạt mài ựược ựưa vào bình chứa và nén trực tiếp bằng pit tông tới vòi phun. Nguyên lý này ựược thử nghiệm tại Mỹ và ựược ứng dụng ựể khoan các ựường ống dẫn dầu dưới biển. Tuy nhiên nhược ựiểm của phương pháp này là khả năng ựịnh lượng và phân phối ựều hạt mài trong dung dịch trộn, ựể khắc phục nhược ựiểm này, nhiều nghiên cứu còn ựưa thêm hạt Polyme vào trong dung dịch ựể giảm khả năng mài mòn và ựịnh lượng hạt màị
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 23
Cách tạo tia nước trộn hạt mài có áp (AWSJ) thứ 3 là nguyên lý ựường nhánh ỘBypassỢ. Hạt mài ựược trộn trong thùng nén có áp và ựược nối với ựường dẫn chắnh qua nhánh chia ỘBypassỢ. Lượng dung dịch có hạt mài ựược trộn với dòng tia nước chắnh qua một van ựịnh lượng, nguyên lý này hiện tại ựược sử dụng áp suất ựến 2.102 MPa trong nghiên cứụ Nguyên lý nhánh bắt ựầu ứng dụng từ năm 1986, sau một năm ựã ựược phát triển nghiên cứu, ứng dụng ở Châu Âu và Châu Á. Ưu ựiểm của nguyên lý này là có thể ựiều chỉnh ựịnh lượng hạt mài trong dung dịch tương ựối chắnh xác, qua ựó chất lượng gia công ổn ựịnh, hiệu suất cao hơn.