建筑鋁模板高壓水清洗系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

崔 寧，鄭守東，唐曉東，張大維，向德宇，王 昌

(遼寧忠旺機械設(shè)備制造有限公司，遼寧 遼陽 111003)

在國家倡導綠色施工的背景下，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]。鋁模板單個項目周轉(zhuǎn)次數(shù)最高可達60次，而其中80%的模塊由標準模板組成，在多個項目中可以循環(huán)使用，一套鋁模板最高可重復使用300次[3-4]。由于鋁制模板具有較強的吸附力且延展性差，導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)計了一種利用介質(zhì)水對鋁模板進行高壓清洗的系統(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到理想的清洗效果，其可實現(xiàn)在線輸送、在線清洗、在線風干等多個環(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，噴洗、收集、風干等環(huán)節(jié)均在封閉箱體內(nèi)進行，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)是由電動機提供動力傳輸給高壓水泵將自然水達到使用壓力，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行清洗，經(jīng)清洗后的水流又被回收到水循環(huán)系統(tǒng)，實現(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驅(qū)動鏈輪驅(qū)動鏈條，帶動各獨立不銹鋼輥軸進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)備選用了先進的清洗系統(tǒng)，可實現(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組輸出端連接，內(nèi)含清洗直徑500mm噴盤1套配備12個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)配備兩臺羅茨風機，在模板輸出輥道處上下各配備一把風刀。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 高壓泵機組

高壓泵機組由超高壓柱塞泵、超高壓氣控閥、變頻電機、連軸器、過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)、防震底座、隔噪音護罩等組成，該清洗系統(tǒng)共需兩臺高壓泵機組，負責給清洗模板上表面噴盤及噴頭供水的高壓泵機組輸出額定壓力為95MPa，流量110L/min；負責給清洗模板下表面噴盤供水的高壓泵機組輸出額定壓力為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組及清洗系統(tǒng)的使用條件，達到重復使用、綠色環(huán)保的目的。系統(tǒng)運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)車間地溝自流進入曝氣沉砂池，在去除大塊水泥顆粒及泥沙后，自流進入集水井，經(jīng)泵送進入一體化沉淀箱調(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。可方便、直觀地操作高壓泵機組電機和傳送線上各個電機的啟動停止，調(diào)節(jié)傳送線進給速度的快慢及高壓泵輸出壓力。故障顯示頁面可以精準的反應(yīng)出故障點，方便人員進行檢修維護，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)采用單獨的控制系統(tǒng)，控制流程如圖3(b)所示，可實現(xiàn)自控，在自動化控制狀態(tài)下，各個工藝的運行根據(jù)預(yù)設(shè)的自動控制程序和檢測分析的運行數(shù)據(jù)自動進行。

3 清洗系統(tǒng)主要元件選型

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

3.1 清洗系統(tǒng)原動機功率的確定

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

(1)

式中，Pc原動機所需功率，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、傳動效率和原動機效率，通常取0.85～0.95。

將壓力和流量分別帶入式(1)，計算高壓泵機組Ⅰ的功率為205kW，高壓泵機組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，計算出高壓泵機組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，計算出高壓泵機組Ⅱ下的噴嘴直徑為0.65mm。

3.3 水循環(huán)系統(tǒng)水箱設(shè)計

清洗系統(tǒng)的總流量為185L/min，系統(tǒng)采用循環(huán)水方式進行工作，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)備裝機后去現(xiàn)場統(tǒng)計試機效果，圖6是現(xiàn)場設(shè)備及模板清洗前后的對比。試機時，清洗對象規(guī)格為1200mm/2700mm×500mm×65mm，實踐證明該套清洗設(shè)備每小時能清洗模板100m2以上，但清洗合格率無法達到100%。不合格品主要集中在模板下部內(nèi)肋處，產(chǎn)生的主要原因是因為部分較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，才能達到清洗要求。在上料時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)計見表1，表中統(tǒng)計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

5 結(jié)論

(1)在清洗過程中，利用高壓水產(chǎn)生強大動能，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減少了用水量，降低了能耗成本。同時，此系統(tǒng)平均每小時可以清洗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，實踐證明處理后的每噸水費僅為工業(yè)水價格的20%。

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