建筑铝模板高压水清洗系统的设计及应用

崔 宁，郑守东，唐晓东，张大维，向德宇，王 昌

(辽宁忠旺机械设备制造有限公司，辽宁 辽阳 111003)

在国家倡导绿色施工的背景下，铝模板依靠其高效节能、低耗环保的特性在众多模板产品中脱颖而出，在建筑工程领域得到广泛应用[1-2]。铝模板单个项目周转次数最高可达60次，而其中80%的模块由标准模板组成，在多个项目中可以循环使用，一套铝模板最高可重复使用300次[3-4]。由于铝制模板具有较强的吸附力且延展性差，导致施工后的混凝土粘附在模板上不易被去除，因此需配套设备对模板进行清洗。目前清除铝模板上混凝土的传统方式主要有酸洗和抛丸，二种方式不仅污染环境，而且都会对铝模板表面造成损伤，模板的循环使用寿命受到影响。鉴于此，设计了一种利用介质水对铝模板进行高压清洗的系统，其能够最大限度地去除铝模板表面的泥渣，使铝模板表面不受任何损伤而达到理想的清洗效果，其可实现在线输送、在线清洗、在线风干等多个环节的自动化清洗系统，具有结构简单，清洗质量好、清洗速度快、节能、省水等诸多特点，喷洗、收集、风干等环节均在封闭箱体内进行，所以设备的安全性得以有效保证。而且喷洗用水可循环，属于物理清洗，其清洗成本低，速度快、清净高、不损坏被清洗物、不污染环境[5]。现场试验应用表明，该清洗系统能够顺利完成清洗任务。

1 系统原理及组成

建筑铝模板高压水清洗系统是由电动机提供动力传输给高压水泵将自然水达到使用压力，然后通过特殊的自旋转喷盘经喷嘴以极高的速度喷出高度集中的水射流，这股水流具有巨大的打击能量并连续不断地作用在被清洗物表面，从而使污垢脱落，达到清洗的目的。系统主要由铝模板高压水清洗传送系统、干燥系统、高压泵机组、水循环系统、PLC控制柜5大部分组成(图1)。

图1 系统设计组成及工作流程图Fig.1 System design and work flow chart

从图中可以看出，水流在水循环系统中过滤后由高压泵机组经管线供给铝模板高压水清洗传送系统，最终由铝模板高压水清洗传送系统内的喷嘴喷出对模板进行清洗，经清洗后的水流又被回收到水循环系统，实现循环。

2 结构简介

2.1 铝模板高压水清洗传送系统和干燥系统

传送结构应具备足够刚度，中部清洗及吹干隔室采用封闭形式，传送线采用变频减速电机驱动链轮驱动链条，带动各独立不锈钢辊轴进行铝模板的清洗输送。输送速度通过变频器的调节在1m/min～7.3m/min之间可调。可依据模板清洁程度及需要清洗效果选择合适的频率进行作业，过快会影响清洗效果，过慢会影响工作效率。

设备选用了先进的清洗系统，可实现对模板的360°环洗功能[6]。该清洗系统装设了自主研发的超高压自旋转清洗喷盘，通过高压软管与高压泵机组输出端连接，内含清洗直径500mm喷盘1套配备12个宝石喷嘴用于清洗上面板，清洗直径300mm喷盘2套各配备6个宝石喷嘴用于模板下侧内肋清洗，高压喷头2套各配备4个宝石喷嘴，用于模板侧面的清洗，具体布局如图2所示。

(a) 清洗系统布置图； (b) 清洗系统实物图图2 清洗系统组成Fig.2 Cleaning system composition

干燥系统配备两台罗茨风机，在模板输出辊道处上下各配备一把风刀。用来吹干铝模板上清洗后残留的水，保证清洗后的铝模板达到干燥存放的条件。

传送辊道长度为13000mm，主要清洗宽度500mm、高度65mm的铝模板，清洗长度范围在500mm～3000mm。

2.2 高压泵机组

高压泵机组由超高压柱塞泵、超高压气控阀、变频电机、连轴器、过滤系统、冷却系统、气动控制系统、防震底座、隔噪音护罩等组成，该清洗系统共需两台高压泵机组，负责给清洗模板上表面喷盘及喷头供水的高压泵机组输出额定压力为95MPa，流量110L/min；负责给清洗模板下表面喷盘供水的高压泵机组输出额定压力为65MPa，流量75L/min。

2.3 水循环系统

水循环系统主要用于回收设备清洗之后的废水，并将其过滤净化到高压泵机组及清洗系统的使用条件，达到重复使用、绿色环保的目的。系统运用了具有自主知识产权的水处理装置[7]。工艺流程为，含有水泥颗粒、泥沙等污浊物的废水经车间地沟自流进入曝气沉砂池，在去除大块水泥颗粒及泥沙后，自流进入集水井，经泵送进入一体化沉淀箱调节pH值，加混凝剂反应之后沉淀，最后过渡池的出水经泵打入砂碳滤罐经保安过滤器过滤后回收使用，经过处理后的循环水粒径≤10μm，pH值控制在6～9，具体工艺流程如图3(a)所示。

(a) 工艺流程图； (b) 控制流程图图3 水循环系统工艺及控制流程Fig.3 Water circulation system process and control flow

2.4 PLC控制柜

PLC控制柜上采用西门子触摸显示屏。可方便、直观地操作高压泵机组电机和传送线上各个电机的启动停止，调节传送线进给速度的快慢及高压泵输出压力。故障显示页面可以精准的反应出故障点，方便人员进行检修维护，操作界面如图4所示。

图4 高压水清洗系统操作界面Fig.4 High pressure water cleaning system operation interface

水循环系统采用单独的控制系统，控制流程如图3(b)所示，可实现自控，在自动化控制状态下，各个工艺的运行根据预设的自动控制程序和检测分析的运行数据自动进行。

3 清洗系统主要元件选型

根据清洗对象的要求，高压泵机组Ⅰ压力选择为95MPa，流量为110L/min，高压泵机组Ⅱ压力选择为65MPa，流量为75L/min。

3.1 清洗系统原动机功率的确定

高压泵机组选型时，在高压泵机组以压力和流量组成的性能曲线中，每一个功率级对应着一个系列的产品，因此计算机组功率对选择机组具有重要意义，此清洗系统配备2套高压泵机组，功率计算如式(1)所示：

(1)

式中，Pc原动机所需功率，kW；p为系统压力，MPa；qυ为系统流量，L/min；ηt为总效率，包括泵效率、传动效率和原动机效率，通常取0.85～0.95。

将压力和流量分别带入式(1)，计算高压泵机组Ⅰ的功率为205kW，高压泵机组Ⅱ的功率为95kW。

3.2 喷嘴的选型

喷嘴是形成高压水射流的核心元件，其与主机的匹配程度极大的影响着清洗效果[8]。此套清洗系统选用适合平面清洗的圆柱宝石喷嘴，喷嘴直径可按式(2)计算。公式如下：

(2)

式中，d为喷嘴直径，mm；p为系统压力，MPa；qυ为系统流量，L/min；n为喷嘴个数；η为喷嘴效率系数，通常取1.05～1.1。

取,n=20，η=1.05，并将压力和流量带入，计算出高压泵机组Ⅰ下的喷嘴直径为0.55mm。

取,n=12，η=1.05，并将压力和流量带入，计算出高压泵机组Ⅱ下的喷嘴直径为0.65mm。

3.3 水循环系统水箱设计

清洗系统的总流量为185L/min，系统采用循环水方式进行工作，单台配比水箱总容积55m3，污水处理量为14m3/h，处理池分组一体化布置，内含曝气沉砂池容积2m3，反应池容积2m3，斜板沉淀池容积42m3，过渡池容积3m3，清水池5.5m3。现场应用如图5所示，实践证明该水循环系统满足使用要求。

图5 水循环系统的现场应用Fig.5 Field application of water circulation system

4 现场应用

设备装机后去现场统计试机效果，图6是现场设备及模板清洗前后的对比。试机时，清洗对象规格为1200mm/2700mm×500mm×65mm，实践证明该套清洗设备每小时能清洗模板100m2以上，但清洗合格率无法达到100%。不合格品主要集中在模板下部内肋处，产生的主要原因是因为部分较厚污垢无法彻底去除，在无人工干预的情况需要二次甚至三次清洗，才能达到清洗要求。在上料时人工去除大块较厚污垢后清洗合格率显著提高，一次清洗合格率在90 %以上。对现场模板清洗合格率及效率的统计见表1，表中统计的清洗面积是指模板与混凝土贴合面，即模板上面。

图6 现场设备及清洗效果Fig.6 On-site equipment and cleaning effect

表1 铝模板高压水清洗数据统计

5 结论

(1)在清洗过程中，利用高压水产生强大动能，不用添加填充物及清洗剂就能将模板清洗干净，清洗成本相比化学清洗至少降低30%。其次，该系统采用高压低流的方式，降低能耗功率的同时减少了用水量，降低了能耗成本。同时，此系统平均每小时可以清洗100m2左右的模板，相比传统方式清洗效率得到极大提升。

(2)该清洗系统以水为介质进行清洗，作业过程环保，无毒无味，射流喷射打击污垢的瞬间将会雾化，不会造成任何环境污染。同时高压水清洗也不会对模板的本体造成破坏影响使用。

(3)水处理系统的运用使得设备更加节能环保，提供了稳定的循环水源，实践证明处理后的每吨水费仅为工业水价格的20%。

(4)清洗系统采用全自动化操作面板，可实时根据模板污垢状况调整清洗效率，系统设置报警系统，当系统有故障发生时，会触发相应的报警信息弹出画面，并记录发生的日期时间和状态及简单处理方法，操作者可根据故障报警处理方法作相应处理，以便快速排除故障。

(5)经过现场应用的清洗结果显示，该清洗系统并不能实现一次清洗合格率100%，仍然需要人工去除厚重污垢，不合格处主要集中在铝模板的非工作面内肋处，仅影响外观，不影响循环使用要求。