Комбінований спосіб очищення конструктивних елементів від забруднень

Спосіб очищення конструктивних елементів авіаційних двигунів, який полягає в тому, що тверді відкладення на їх поверхнях, що мають велику силу зчеплення, руйнують та змивають з поверхні елемента конструкції, який відрізняється тим, що здійснюють пружні деформації матеріалу поверхні елемента конструкції дією короткочасних (10"3-10"5 с) потужних електроімпульсів, які створюють індуктори-перетворювачі електроімпульсної системи, що розташовують або переміщують в безпосередній близькості від зони відкладень на поверхні конструктивного елемента, а видалення зруйнованих відкладень з забрудненої поверхні виконують або шляхом їх відсмоктування, або шляхом здування потоком повітря, або шляхом змивання потоком дистильованої води, причому потужність, що необхідна для роботи електроімпульсної системи, визначають за співвідношенням: де W, - величина енергії електричного імпульсу; п, - кількість індукторів, що застосовують у системі; т 3 - тривалість накопичення енергії електроімпульсу; Яз - коефіцієнт корисної дії зарядного електроланцюга, величина площі поверхні елемента конструкції, що очищають одним індуктором, залежить від швидкості розповсюдження пружної хвилі VXB в матеріалі конструктивного елемента, що пропорціональна величині енергії імпульсу, яку визначають за формулою: VxB=f(kW,), де k - коефіцієнт пропорційності, що визначають експериментально, величина якого залежить від конструкції індуктора, зазору між індуктором і поверхнею елемента конструкції, параметрів електроіндуктивного контуру L та R, товщини і матеріалу елемента конструкції та його електропровідності, причому коефіцієнт k обернено пропорційний квадрату величини зазору б між індуктором і поверхнею елемента конструкції: к=1/б2. Csl о> Ю Корисна модель належить до технології очищення конструктивних елементів механізмів та машин від зовнішніх й внутрішніх відкладень і може бути застосована для очищення елементів конструкції авіаційних двигунів від твердих відкладень з метою відновлення їх справного технічного стану. Відомий спосіб очищення проточної частини компресора авіадвигуна від відкладень [1], який включає змивання водою експлуатаційних відкладень з поверхонь конструктивних елементів компресора та виведення їх із зони очищення. Змивання відкладень ведуть у проточній частині компресора напором рідини, яка подається на вхід повітрозабірника двигуна і виносить відкладення із зони обробки через вихідний пристрій двигуна. Цей спосіб, як правило, застосовують для виведення м'яких відкладень, зосереджених на стінках тунелю проточної частини компресора, оскільки тверді відкладення не піддаються змиванню через значну силу їх зчеплення з конструктивними елементами двигуна. Також відомий спосіб очищення компресора газових турбін авіадвигунів [2], згідно з яким рідина, що подається у проточну частину компресора імпульсами, насичується поверхнево-активними речовинами, які діють на відкладення і руйнують їх за рахунок хімічної реакції, яка зменшує силу зчеплення відкладень з поверхнями конструктивних елементів, а імпульси потоку рідини змивають їх і виносять через вихідний пристрій двигуна. Цей спосіб ефективний у випадку, коли відкладення мають незначну силу зчеплення і порівняно рівно сп 10592 мірну площу забрудненого елемента конструкції при невеликій відстані до них від джерела генерації імпульсів потоку рідини. При перемінній відстані від джерела генерації імпульсів потоку рідини до відкладень, що найчастіше має місце на практиці, спосіб виявляється неефективним через те, що відбувається екранування фронту імпульсу рідини елементами першої ступені компресора. При цьому відкладення на наступних ступенях практично не зазнають впливу імпульсу і залишаються не відірваними від поверхонь елементів конструкції авіадвигуна. Цей спосіб вибраний як прототип. В основу корисної моделі покладено очищення конструктивних елементів авіадвигунів від твердих відкладень шляхом одночасного застосування комбінації електроімпульсної системи, яка забезпечує швидке електромеханічне руйнування і відокремлення відкладень з поверхонь елементів конструкції двигуна, та системи видалення, яка забезпечує видалення відокремлених відкладень із зони забруднення. Остання операція забезпечується вакуумним (відсмоктування), пневматичним (здмухування потоком повітря) або гідравлічним (змивання потоком рідини) способом. Це приводить до підвищення ефективності очищення елементів конструкції авіадвигуна від твердих відкладень, що мають велику силу зчеплення з поверхнями і дозволяє підвищити швидкість процесу очищення зовнішніх і внутрішніх поверхонь авіадвигунів із значно меншими енерго- та працевитратами. Поставлену задачу вирішують тим, що в способі очищення поверхонь конструктивних елементів для руйнування і відокремлення твердих відкладень застосовують індуктори-перетворювачі, що переміщують по обраній забрудненій металевій поверхні за заданою програмою, циклічно змінюють у просторі і часі величину й напрямок хвиль пружних деформацій поверхні і руйнують та відокремлюють від неї тверді фракції відкладень. Згідно з корисною моделлю одночасно з руйнуванням та відокремленням відкладень забезпечується їх видалення шляхом відсмоктування вакуумною помпою, або здмухування повітрям нагнітаючою пневмопомпою, або змивання рідиною нагнітаючою гідропомпою. Поставлену задачу вирішують також тим, що для очищення поверхонь конструктивних елементів авіадвигунів, при реалізації способу електроімпульсного вакуумно-пневмо-гідравлічного очищення, застосовують уніфіковані елементи електроімпульсної системи: генератор електроімпульсів, що являє собою електросхему трансформатора і випрямляча струму; накопичувачформувач електроімпульсів у вигляді конденсатора великої ємності (більше ІОмкф), в якому формують короткочасні потужні електроімпульси тривалістю 10"3-10"5с з між імпульсними інтервалами 1-Зс; індуктор-перетворювач вихорних струмів у вигляді соленоїда без стрижня, в якому створюють потужне змінне магнітне поле високої частоти. При розташуванні індуктора в безпосередній близькості від забрудненої поверхні з її тилової сторони змінне магнітне поле соленоїда наводить в мета левій поверхні елемента конструкції потужне електричне вихорне поле, яке викликає появу механічної сили F, що є наслідком взаємодії магнітного поля соленоїда та електричного поля металевої поверхні забрудненого елемента конструкції. Дія механічної сили F приводить до виникнення пружної деформації забрудненої поверхні без її пошкодження, але при цьому тверді фракції відкладень на поверхні руйнуються і відокремлюються від неї. Отже, перетворення електричної енергії в механічну при подачі електроіпульсу дозволяє створити в зоні відкладення високу концентрацію енергії, яка значно перевищує силу зчеплення твердого відкладення з поверхнею елемента конструкції двигуна, що приводить до його руйнування й відокремлення від неї. Згідно з корисною моделлю для видалення відокремлених відкладень з поверхні використовуються різні системи видалення, а саме: - для відсмоктування відкладень застосовується вакуумна електропомпа, яка по каналу насадки відсмоктує їх у фільтр-ємність; - для здмухування відкладень повітрям застосовується нагнітаюча пневматична електропомпа, яка по каналу насадки подає потік повітря у зону зруйнованого відкладення; - для змивання відкладень рідиною застосовується нагнітаюча гідравлічна електропомпа, яка по каналу насадки подає потік дистильованої води у зону зруйнованого відкладення. Така реалізація способу приводить до можливості варіювання його використання в залежності від раціональності й ефективності застосування способу видалення відкладень. Порівняння енергій, що необхідні для видалення однакової маси твердого відкладення хімічним чи електромеханічним способами, показує, що для електромеханічного руйнування кристалічної структури відкладень необхідно у кілька разів менше енергії, ніж при хімічному способі. При електромеханічному способі очищення робочий цикл руйнування твердих структур відкладень може бути дуже коротким і визначається часом розповсюдження механічних пружних напруг в матеріалі елемента конструкції, що виникають зі швидкістю, близькою до звукової. Якщо застосувати індуктори, що створюють дуже короткі потужні електроімпульси (тривалістю 10"3-10"5с) з відносно великими інтервалами між ними (1-Зс) та використати накопичувачі енергії за час інтервалів та приєднати пристрої для відсмоктування, або здмухування повітрям, або змивання рідиною, тоді отримаємо принципово нову комбіновану технічну систему очищення забруднених зовнішніх і внутрішніх конструктивних елементів машин та механізмів, до яких відносяться поверхні вхідних і вихідних пристроїв авіадвигунів, лопатки компресорів і турбін, розпилювачі робочих паливних форсунок, трубопроводи та інші елементи конструкції. При цьому величина поверхні, що очищається одним індуктором, залежить від швидкості VXB розповсюдження пружної хвилі в матеріалі конструкції, яка пропорційна величині енергії імпульсу W,: VXB=f(kW,)(1) 10592 де к - коефіцієнт пропорційності, що визначається експериментально. Величина його залежить від конструкції індуктора, зазору між індуктором і поверхнею елемента конструкції, параметрів електроіндуктивного контуру L та R, товщини й матеріалу елемента та його електропровідності. Коефіцієнт К обернено пропорційний квадрату зазору ( ) між індуктором і поверхнею елемента конструкції: 2 k=1/ (2) Потужність, яка необхідна для ефективної роботи електроімпульсної системи з одним генератором імпульсів, визначається за співвідношенням: N=W,iV з з(3) де Пі - кількість індукторів; 3- час зарядження накопичувача енергії; 3 - коефіцієнт корисної дії зарядного електроланцюга. На фіг.1 зображена схема розташування індуктора вихорних струмів на поверхні забрудненого елемента конструкції' і робота електроімпульсної та вакуумної систем. На фіг.2 зображена схема розташування індуктора вихорних струмів на поверхні забрудненого елемента конструкції і робота електроімпульсної та пневматичної (гідравлічної) систем. Заявлений спосіб реалізують таким чином (фіг. 1-2). При подачі електроенергії на генератор електроімпульсів 4, від його імпульсів на накопичувачі-формувачі електроімпульсів 3 формують короткочасні електроімпульси тривалістю 10"3-10" 5 с з міжімпульсними інтервалами 1-Зс. Сформовані електроімпульси подають на індукториперетворювачі вихорних струмів 2, в яких створюють потужне змінне магнітне поле високої частоти. При розташуванні та переміщенні індукторів в безпосередній близькості від забрудненої поверхні 1 з її тилової сторони змінне магнітне поле індуктора наводить в металевій поверхні елемента конструкції двигуна потужне електричне вихорне поле, яке викликає появу механічної сили F, що є наслідком взаємодії магнітного поля індуктора та електромагнітного поля металевої поверхні забрудненого елемента конструкції. Від дії механічної сили F виникає хвиля пружної деформації забрудненої поверхні 5 без її пошкодження. При цьому тверді фракції відкладень 6 на поверхні руйнують і відокремлюють від неї. Видалення відокремлених відкладень 7 здійснюють або шляхом відсмоктування (фіг. 1) вакуумною електропомпою, або здмухуванням потоком повітря, який нагнітають пневматичною електропомпою, або електропомпою (фіг. змиванням потоком дистильованої води, який нагнітають гідравлічною 2). Потужність, тривалість та необхідна кількість електроімпульсів залежить від виду та товщини твердого відкладення, кількості індукторів, що використовуються, тривалості накопичення енергії електроіпульсу, коефіцієнта корисної дії зарядного електроланцюга. Величину потужності для роботи електроімпульсної системи з одним генератором електричних імпульсів визначають за співвідношенням [3]. Величина площі поверхні елемента конструкції авіадвигуна, що очищають одним індуктором, залежить від швидкості [1] розповсюдження пружної хвилі в матеріалі конструктивного елемента, яка, у свою чергу, пропорційна величині енергії електроімпульсу Wi. Ефективність застосування електроімпульсної системи, що реалізує заявлений спосіб очищення, перевірена на її моделі з одним індуктором за схемою, що зображена на фіг. 1-2, на пластині з алюмінієвого сплаву Д-16 товщиною 2,0мм та площею 200см2 (20x10см), на яку наносились різнорідні покриття різної товщини, що мали з поверхнею пластини різну силу зчеплення. Зазор між індуктором і поверхнею пластини становив близько 0,5мм. При включенні електроімпульсної системи очищення фіксувались вихідні параметри, при яких поверхня пластини повністю очищувалась від забруднення-покриття, що знаходилось на ній, а саме: потужність (Вт), кількість електроімпульсів, тривалість електроімпульсів (с), тривалість накопичення енергії електроімпульсу (с). Результати випробування моделі електроімпульсного вакуумно-пневматичного очищення для різних видів змодельованих твердих забруднень представлено у таблиці. Таблиця Результати випробування роботи моделі електроімпульсного очищення від твердих забруднень поверхні пластини товщиною 2,0мм, площею 200см2 з алюмінієвого сплаву Д-16 Вид забруднення Силікатний клей з наповненням (товщина 0,5мм) Лакофарбове покриття на основі нітроемалі (товщина 1,0мм) Бетоноване покриття (товщина 2,0 мм) Час накопичення елек- Кількість елетроімпуьсу, ктроімпульсів с Величина зчеплення, Н/см2 Потужність електроімпульсу, Вт Тривалість електроімпульсу, с 150...170 750 ю-3 1 5...7 200...220 1000 ю-4 2 10...12 3 12...15 250...300 Таким чином, у заявленому способі відбувається комбінування двох незалежних (електромагнітної та механічної) систем очищення внутрішніх 1500 5 ю та зовнішніх поверхонь конструктивних елементів авіадвигунів від твердих відкладень, що мають велику силу зчеплення. При цьому забезпечується 10592 ефективна дія на відкладення, швидке їх руйнування й видалення і, отже, підвищення швидкості та ефективності процесу очищення конструктивних елементів двигуна при значному зменшенні енерго- та працевитрат. Джерела інформації: 220 Ъг 0 8 1. А.С. №957567 (СССР). Способ очистки проточной части компрессора. - Опубл. 1978, Бюл. №17. 2. А.С. №0275987 (СССР). Состав и способ очистки компрессора газових турбин. - Опубл. 1989, Бюл. №2. " — ФігЛ, Фіг.2. Комп'ютерна верстка А. Попік Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601