用于通过低温流体喷射进行表面处理的方法和设备

摘要

本发明涉及采用低温高压流体喷射流的工作设备，特别用于表面处理、浸洗或类似操作，该设备包括：转动或摆动工具(4)，该工具包括一个或多个用于分配低温高压流体的喷射流的喷嘴(11)；用于使该工具(4)转动或摆动的马达(21)。该马达(21)通过转动传动轴(22)和包括内部传动机构的传动齿轮箱(23)与该工具(4)连接，该内部传动机构通常具有链轮(24)或皮带。该设备进一步包括用于供应干燥气体例如氮气或干燥空气的装置(28)，该装置与传动箱(23)的内部流体连接并且设计成能够为所述传动齿轮箱(23)的内部供应干燥气体。所述气体进入传动齿轮箱(23)阻止了该传动齿轮箱的内部被大气杂质污染。

说明书

技术领域

本发明涉及通过高压低温流体喷射流进行工作的设备和方法，特别用 于表面处理、浸洗(除垢，除鳞，酸洗)或者刮光(去皮，修整)有涂层 或无涂层的材料，例如金属、混凝土、木材、聚合物和塑料或者任何其它 类型的材料。

背景技术

目前，主要通过喷沙、超高压(UHP)水喷射、磨光机、风镐、锤子 或者可选地通过化学过程进行有涂层或无涂层材料的表面处理，特别是浸 洗或者刮光或者类似处理。

然而，例如由于苛刻的环境限制而不能在例如核环境或者化学产品中 包含任何水分时，只能使用所谓的“干燥”工作方法。

然而，在一些实例中，由于例如添加了需要随后进行再处理的丸粒或 沙子，因而难以使用这些“干燥”方法，这些“干燥”方法非常费力或者 难以操作或者引起额外的污染。

如文献US-A-7,310,955和US-A-7,316,363中提出的，上述这些技术的 一种替代方案使用非常高压力下的低温喷射流。在这些实例中，使用一个 或更多个液氮的喷射流，该喷射流处于1000至4000bar的压力以及介于例 如-100和-200℃之间，通常在大约-140和-160℃之间的低温温度下，通 过通常设置为转动或摆动的喷嘴支撑工具分配液氮的喷射流，通过由发动 机驱动的包括齿轮或传动带的系统使得喷嘴支撑工具运动。

然而，通常容纳齿轮组的传动箱从来不能完全不漏液密封并且在任何 情况下都不能被制成完全不漏液密封，这是由于存在穿过传动箱的壁的运 动部件，以及由于在设备使用过程中产生的显著的温度变化导致的部件的 膨胀和压力变化。

目前，传动箱的液密性的缺乏和因此贯穿传动箱的壁的间隙的不可避 免的存在导致了一些主要问题，即：

-由于采用非常低的温度，传动箱内部的空气中不可避免地包含的水蒸 气结晶成冰并且随着设备的使用逐渐积累，这倾向于阻止齿轮正确地转动 并且因而阻止管嘴支撑工具的转动或摆动。因此，必须关闭设备以使传动 箱能升温并从而融化冰晶。

-某些应用可能产生大量的灰尘，灰尘也倾向于渗透进入传动箱和齿轮 或啮合齿轮对并且在其中积累，这也倾向于阻止齿轮转动以及因而阻止管 嘴支撑工具运动。如前所述，灰尘的积累导致强制关机以便清理传动箱。

关机可能是治疗性的，即当出现问题时执行关机。关机也可能是预防 性的，即在出现问题之前执行关机，例如根据经验，在一定的时间之后， 最好进行维护关机从而避免任何问题。

在以上两种情况下，如果不及时执行维护，会导致产量和生产率的显 著损失以及导致齿轮或甚至设备的其它部件损坏的风险，并且会对待执行 的例如浸洗等热处理的有效性造成消极影响。

因此，需要解决的问题是避免或减少例如水蒸气或灰尘的环境杂质对 容纳齿轮或工作设备的其它内部机构的非不漏液密封的传动箱造成的污 染，这种工作设备使用非常高压力下的低温喷射流，并且特别为表面处理、 浸洗或刮光设备等。

发明内容

因此，本发明涉及采用至少一个高压低温流体喷射流的工作设备，它 包括：

-与运动工具(活动工具)流体连接的低温流体源，

-该运动工具包括一个或更多个用于分配一个或更多所述低温高压流 体喷射流的流体分配喷嘴，和

-用于驱动运动工具转动的马达，

-该马达通过传动轴和具有传动机构的传动箱与运动工具连接，

-所述传动轴进入传动箱并且与布置在所述传动箱中的传动机构相互 作用(相配合)，从而将马达的转动运动传递给该运动工具。

本发明的设备的特征在于，它进一步包括干燥气体供应装置，该干燥 气体供应装置与传动箱的内部流体连接并且设计成能够为所述传动箱的内 部供应干燥气体。

依据使用条件，本发明的设备可以包括一个或更多个下述特征：

-该运动工具可以转动或摆动，

-该传动机构包括一个或更多个齿轮或传动带(皮带)，

-干燥气体供应装置包括与传动箱的内部流体连接的干燥气体源，

-干燥气体供应装置包括干燥氮气源或干燥空气源，

-该设备包括至少一个热交换器，该热交换器包括布置在低温流体源和 转动工具之间的排气装置，特别是排气口，干燥气体供应装置与所述排气 装置流体连接以便能够回收至少一些通过所述排气装置逸出的气体，

-低温流体源是容纳气层(ceil gazeux)下的低温液体的罐，干燥气体 供应装置与低温流体源的所述气层流体连接。

本发明还涉及用于避免或最小化工作设备的传动箱内部的大气杂质污 染的方法，特别地，根据本发明的方法的特征在于，将干燥空气导入传动 箱，所述干燥气体包含小于20％体积百分比的水蒸气并且具有高于或等于 大气压的压力。

依据使用条件，本发明的方法可以包括一个或更多个下述特征：

-干燥气体的压力高于大气压，优选地高于1bar并且小于或等于 400bar，

-干燥气体是空气或氮气，优选地，干燥气体是来自于该方法的其它阶 段的氮气或者是来自于设备的废气的氮气，

-干燥气体是来自于设备的热交换器的排气装置的氮气和/或来自于低 温流体源的气层的氮气，

-通过工具的喷嘴分配的低温流体的压力至少为1000bar，优选地介于 2000和5000bar之间，并且低温流体的温度低于-140℃，优选地介于大约 -140和-180℃之间，

-大气杂质是空气中携带的水蒸气和特别是灰尘的固体颗粒，以及产生 的残渣，

-供应给传动箱内部的干燥空气的流量介于0.1和100L/min之间，优 选地介于1和10L/min之间。

另外，本发明还涉及使用高压低温流体进行表面处理、浸洗或刮光材 料的方法，在该方法中使用根据本发明的设备，或者在该方法中使用根据 本发明的用于避免或减少设备的传动箱内部的大气杂质污染的方法。

附图说明

现在，参考附图更加详细地描述本发明，附图中：

图1示出了采用很高压力下的低温喷射流的工作设备的运转；

图2a(侧视图)和2b(仰视图)示出了图1的设备配备的喷嘴支撑工 具；

图3示出了驱动图1的设备配备的喷嘴支撑工具的驱动机构；和

图4示出了用于阻止水蒸气或大气灰尘进入图3的机构的外壳的根据 本发明的实施例。

具体实施方式

从图1中可以看到，用于使用低温液体喷射流进行浸洗、表面处理或 类似处理的设备通常包括液氮(在下文中以LN₂表示)的存储容器1，例 如罐，该存储容器1通过低压-即大约3到6bar的压力和大约-180℃的 温度-下的液氮供应管线6将液氮供应给压缩装置2，压缩装置2具有压 缩机和使液氮处于超高压(UHP)的内部上游热交换器。

因此，压缩装置2能够压缩来自存储容器1的LN₂。

接着，第一压力(UHP)下的LN₂通过输送管线7到达外部下游热交 换器3，在外部下游热交换器3中用大气压下的液氮(在9中)冷却该超 高压LN₂从而通常获得UHP液氮。

这导致LN₂处在通常高于1000bar的压力(UHP)下，一般介于2000bar 和5000bar之间，有利地介于大约3000和4000bar之间，并且处在低于 -140℃的温度下，通常介于-140℃和-180℃之间，例如大约-150到 -160℃，该LN₂被输送(在8中)给浸洗或类似工具4，该工具4喷出一 个或更多个超高压液氮喷射流，通常为多个喷射流。

高容量容器1，例如罐车或能够存储几千升液氮的存储容器，通常位 于建筑物外部，即位于户外。该容器可以是固定的或可移动的。

高容量容器1以常规方式与所述设备连接，即通过包括一个或更多个 控制阀等的隔热管道与所述设备连接。另外，也可以通过隔热管道在系统 的各种元件之间输送LN₂。总体气体流量约为20L/min，即15m³/min。

一般来说，压缩装置2、外部交换器3和特别是工具4理论上处于一 个或更多个建筑物内部。

在热处理或类似方法的操作过程中，两个交换器-即压缩装置2的上 游交换器和下游交换器3-持续地释放处于大气压力(大约1bar)下和大 约-196℃的气态氮。

该气态氮的释放通过布置在所述热交换器2、3的每一个上的例如排气 口或类似物的排气装置进行。

在现有技术的设备中，这种释放的氮不能重复使用，而是通常被收集 起来并从建筑物中排出，以便减少人员窒息的风险，即，它构成了被排入 大气的废气。

另外，如图2a(侧视图)和图2b(仰视图)中示出的，为了增加所处 理的表面的尺寸，即浸洗或类似处理的表面的尺寸，通常使用装配有在超 高压水喷射方法中使用的喷嘴11的工具4，但是这里供应超高压LN₂(在 8中)并且喷嘴11转动或摆动从而获得超高压LN₂的旋转喷射流12，该 旋转喷射流12用于浸洗(或等效处理)待处理表面。

从图3中可以看出，这里的喷嘴支撑工具4借助于具有或不具有传动 带的齿轮组24旋转，该齿轮组被电动或气动马达21通过传动箱、传动壳 或传动腔23的与该马达连接的第一转动传动杆或轴22驱动，该传动箱容 纳传动机构，该传动机构具有内部齿轮组24和第二传动杆或轴25，该第 二传动杆或轴25在此为转动杆或轴，它的一部分与装配有喷嘴的运动工具 4连接。

然而，容纳具有齿轮组24或类似物的传动机构的传动箱23从来不能 理想地不漏液密封。这是由于，当使用设备时，由于显著的温度变化-即 从环境温度到低温的转变-引起的压力变化以及部件的膨胀导致了间隙的 产生，所以难以或不可能获得不漏液密封的传动箱23。

目前，在现有技术的设备中，容纳具有齿轮组24的传动机构的传动箱 23的这种液密性的缺乏会产生问题，因为它使得特别是水蒸气和各种类型 的灰尘的大气杂质通过所述间隙进入所述传动箱23。

接着，随着时间的推移，这些杂质倾向于在传动箱中积累并且导致传 动机构、特别是齿轮的沾污(沾上油污)问题。

因此，如已经在上文中解释的，由于涉及非常低的温度，传动箱23 中的环境空气中不可避免地含有的水蒸气结晶为冰并且随着机器使用而积 累。现在，这些冰晶的沉积物逐渐倾向于阻止齿轮24正确转动(或摆动) 并且因此倾向于阻止活动的喷嘴支撑工具4运动。这则导致以给定频率强 制关机，以使传动箱23能回暖并且因此融化冰晶。

类似地，某些应用可能产生大量的灰尘，这些灰尘倾向于进入传动箱 23并且在传动箱23中积累，并且同样地阻止传动机构的齿轮24转动以及 因此阻止管嘴支撑工具运动。再一次的，灰尘的积累导致强制关机以便清 理传动箱23并且除掉积累的灰尘。

因此，如图4示出的并且在下文中详细描述的，根据本发明的解决方 案基于在略高的压力下将干燥且洁净的气体导入传动箱的思想。

图4与图3类似，不同之处在于，根据本发明，通过干燥气体供应装 置28向传动箱23供应高于大气压的干燥且洁净的气体，该供应装置28 与传动箱23的内部流体连接。

供应装置28包括与干燥气体源流体连接的干燥气体供应管线，干燥气 体优选地为干燥且洁净的气态氮或干燥且洁净的空气，也就是不含有水蒸 气、灰尘或其它容易结晶并在传动箱23中特别是在传动机构中沉积和积累 的大气微粒杂质的气体。

所述干燥且洁净的气体-无论其种类(特性)是什么-可以来自于气 缸、容器、储气缸、装配有过滤器或任何其它气体净化装置的专用压缩机、 气体供应管线或管网。

但是，有利地，使用来自罐或容器1的气层的气体，更优选地，使用 通过排气口从图1的设备的上游交换器2或下游交换器3排出的废气，即 气态氮。

导入传动箱23的干燥且洁净的气体处在高于大气压的压力下，即高于 1bar(1atm)的压力下。

如图4所示，导入传动箱23的加压气体占据传动箱23的内部容积并 且一些气体选出(箭头29)，这是由于不可能获得完全不漏液密封的传动 箱23，所以加压气体通过传动箱23的壁上的不可避免的间隙逸出。

特别地，可以看到，本例中的这些间隙或其它渗漏孔位于这些位置：

-转动传动杆或轴22和超高压低温流体供应管线8进入容纳齿轮24的 传动箱23的位置，和

-驱动工具4的转动传动杆或轴25离开所述传动箱23的位置。

这是由于在这些位置，传动箱23的壁具有用作前述轴和管线的通道的 孔，考虑到这些机械元件的全部或部分-特别是转动轴22、25-是运动部 件，即使使用密封物或其它密封装置也不能完全不漏液密封该孔。当工具 4被驱动而进行摆动运动时也同样如此。

根据本发明，通过在传动箱23内部产生升高的压力，由于该传动箱或 传动壳23的内部和外部之间产生的压力差，从而阻止处于环境大气压下的 大气杂质进入传动箱23。

所使用的干燥空气含有小于20％体积百分比的水蒸气，并且干燥空气 的压力高于该传动箱或传动腔23外的环境大气压力。优选地，所使用的干 燥空气具有零或接近零的水含量并且不含有灰尘。

在本发明中，主要目的是避免灰尘和水蒸气的进入。然而，借助于本 发明，也有可能阻止或者至少相当大地减缓如果在箱23内部积累则易于导 致问题产生的气态或悬浮微粒成分例如CO₂的进入，所述CO₂可以在箱 23内部固化成干冰并且引起与水蒸气在箱23内部结晶成冰所导致的问题 相同的问题。因此，本发明还涉及这些其它的潜在的有害杂质。

如果必须，可以在将干燥气体注入进箱23之前净化该干燥气体，例如 可以通过吸附系统过滤和处理干燥气体，例如使干燥气体通过氧化铝、沸 石、硅胶或类似的吸附性颗粒。

本发明适用于任何通过低温流体喷射流进行热处理的操作，特别是表 面处理、浸洗或刮光例如金属、混凝土、石头、塑料、木材等材料。