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山西干冰射流技術清洗航空發(fā)動機積炭
編輯：2022-04-15 00:00:00
航空發(fā)起機積炭清洗大多以清洗劑泡洗、高溫燒結、超聲波清洗和手工打磨技術為主。清洗劑泡洗是應用化學藥劑浸泡積炭部件，經過化學反響使得積炭零落，該辦法主要針對葉片等小零件；高溫燒結主要針對熄滅室噴嘴等零件，但效果不佳、耗時長、能耗高；超聲波辦法可去除一些體積較小的零部件，耗時長且不能以部件狀態(tài)清洗。發(fā)起機修理裝配現場的積炭清洗目前還停留在手工打磨與清洗劑并用的辦法，通常需求2～3人耗時3天才干完成。總之，以上辦法存在功用單一、設備昂貴能耗高、清洗耗時長和清潔度不高等缺陷。而在汽車、核工業(yè)及軌道交通范疇普遍應用的干冰射流清洗技術去除污染物，通用性強且具有良好的經濟效益。創(chuàng)新團隊從理論、仿真與實驗等方面探求了干冰清洗作用機理，開發(fā)出適用于航空發(fā)起機零部件積炭清洗的工藝辦法，并將該技術應用至發(fā)起機的修理中。
干冰射流清洗技術機理 干冰射流清洗技術也稱為干冰冷放射清洗技術，是一種以干冰微粒的碰撞、高速氣流吹掃作用為主的動力學過程，以液態(tài)二氧化碳溶解作用為主的化學過程，以熱沖擊作用、升華作用為主的熱力學過程等共同作用的清洗辦法， 撞擊、吹掃作用 干冰微粒隨同緊縮空氣由噴槍放射至零件外表，撞擊污染物時發(fā)作的動量轉移，克制了污染物與零件外表的黏結力；過程中的熱交流使得污垢層遇冷后急劇收縮、變脆及龜裂，在高速氣流的吹掃下易肅清。 液態(tài)二氧化碳的溶解作用 干冰微粒與污染物接觸后，二氧化碳微粒放射流變成了氣體、液體、固體三相共存的體系，其中液相二氧化碳是有機污垢的最好溶劑，使得有機污垢愈加容易溶解。 熱沖擊作用 當干冰微粒射向外表時，由于干冰微粒升華使得氣流溫度霎時降低，因零件基體與污染物的熱收縮系數不同，污染物的分離力降低，在低溫作用下決裂成碎片，在氣流的作用下被吹掃帶走。 干冰微粒升華 當干冰暴露在常溫常壓（20℃，1atm）的環(huán)境下，干冰會吸熱疾速收縮成氣體。干冰微粒與污垢層發(fā)作撞擊后疾速升華成二氧化碳氣體，短時間內空間體積會霎時擴展898倍，細碎的干冰微粒進入污染物間隙后，體積霎時收縮，在一定水平上起到去除污染物的作用。工件外表層的污染物在發(fā)作彈性撞擊及由于升華作用發(fā)作“微爆炸”后，零落的污染物在高速氣流的吹掃作用下吹掃潔凈，從而不會在工件外表留下其他雜質。 干冰射流清洗實驗與仿真 實驗安裝 干冰射流清洗系統(tǒng)主要包括干冰清洗機、空氣緊縮機和儲氣罐等，如圖2所示。干冰顆粒初始尺寸為長1～3mm、直徑1mm。 仿真模型 應用Fluent軟件對噴嘴流場及干冰顆粒運動停止仿真剖析，基于計算流體動力學停止數值模仿剖析，取得氣體的速度場、壓力場散布狀況。干冰微粒放射過程實踐上是一種兩相運動，包含干冰顆粒的固相和緊縮空氣的氣流相。在連續(xù)的氣流相中參加干冰顆粒，將會惹起氣流的活動狀態(tài)產生相應影響。運用Fluent軟件模仿干冰顆粒運動軌跡，可看作是氣體和干冰顆粒的氣固兩相流仿真。由于噴嘴內部和外部壓力相差較大，會產生壓力波和激波，采用二維模型可以很好地捕捉到軸線左近的壓力動搖。 仿真、實驗結果剖析及應用 仿真結果剖析 應用Fluent剖析軟件對干冰微粒的運動狀況停止模仿仿真。首先待氣相流場穩(wěn)定，然后設置干冰微粒的相關參數，加載可形變部件模型（DPM），待殘差收斂后，查看顆粒的運動軌跡及干冰微粒的速度散布狀況。 干冰微粒經噴槍加速后，在射流空間中先呈匯集狀態(tài)放射，然后呈發(fā)散狀態(tài)放射，Fluent模仿噴嘴內部和外部氣流流場速度散布云圖及對稱軸線速度變化曲線如圖3所示，云圖反映出噴嘴氣體速度大小的差別。拉瓦爾噴嘴在出口外產生激波，構成了收縮波與激波相交和反射的現象，最大速度集中在5~15cm范圍內，即干冰微粒放射清洗常用放射的間隔，此時噴嘴產生的氣流照舊能堅持較高的速度，噴嘴會有更高的拋光清洗效率。 經過仿真能夠看出，放射壓力為0.7MPa時，干冰粒子的速度與放射間隔有較大關系，間隔噴嘴出口在5~15cm的間隔時，干冰微粒速度會在400~550m/s范圍內變化。由干冰粒子的運動軌跡可知拉瓦爾噴嘴射流發(fā)散，當工作間隔在10 cm左近時清洗效率較高，因而在實踐工藝中對放射間隔的控制尤為重要。 實驗結果剖析 依據仿真計算的結果，干冰射流清洗積炭實驗過程中的放射壓力設為0.7MPa，放射角度為60°，放射間隔為10cm。結果顯現，積炭在干冰射流的撞擊下極易零落，僅需約11s的時間就能夠把面積為62cm2的積炭肅清潔凈，清洗效率達95%以上，比照清洗進程圖，清洗前后效果明顯， 資料屬性剖析 創(chuàng)新團隊對常見的航空發(fā)起機資料，如不銹鋼、鈦合金和高溫合金，在干冰清洗前后的資料屬性停止了剖析，以考證該技術的適用性。 從干冰射流清洗技術對樣件外表形貌的影響來看，經過干冰射流清洗后，外表的加工痕跡和紋理明顯減輕，外表質量得到改善；從粗糙度剖析結果來看，干冰清洗技術在去除積炭的同時，還可降低外表粗糙度，起到光整作用。值得留意的是，起到光整作用所需的時間遠大于清洗積炭所需的時間，故在干冰射流清洗積炭過程中簡直不會影響外表粗糙度；同時，創(chuàng)新團隊對樣件停止金相檢查，清洗前后試樣形貌分歧，均未見氧化、腐蝕特征，也未見晶間氧化現象。 應用考證 依據仿真、實驗及資料屬性剖析可知，干冰射流清洗技術積炭肅清效果好，且對資料無影響。創(chuàng)新團隊隨后對發(fā)起機零部件停止了干冰清洗積炭實踐應用考證，清洗前后比照效果明顯，同時對各零部件目視檢查，外表均無明顯損傷， 更多：山西干冰 太原干冰?
