航空發(fā)起機(jī)積炭清洗大多以清洗劑泡洗、高溫?zé)Y(jié)、超聲波清洗和手工打磨技術(shù)為主。清洗劑泡洗是應(yīng)用化學(xué)藥劑浸泡積炭部件，經(jīng)過化學(xué)反響使得積炭零落，該辦法主要針對(duì)葉片等小零件；高溫?zé)Y(jié)主要針對(duì)熄滅室噴嘴等零件，但效果不佳、耗時(shí)長、能耗高；超聲波辦法可去除一些體積較小的零部件，耗時(shí)長且不能以部件狀態(tài)清洗。發(fā)起機(jī)修理裝配現(xiàn)場(chǎng)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(shí)3天才干完成?？傊?，以上辦法存在功用單一、設(shè)備昂貴能耗高、清洗耗時(shí)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(yīng)用的干冰射流清洗技術(shù)去除污染物，通用性強(qiáng)且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)從理論、仿真與實(shí)驗(yàn)等方面探求了干冰清洗作用機(jī)理，開發(fā)出適用于航空發(fā)起機(jī)零部件積炭清洗的工藝辦法，并將該技術(shù)應(yīng)用至發(fā)起機(jī)的修理中。

干冰射流清洗技術(shù)也稱為干冰冷放射清洗技術(shù)，是一種以干冰微粒的碰撞、高速氣流吹掃作用為主的動(dòng)力學(xué)過程，以液態(tài)二氧化碳溶解作用為主的化學(xué)過程，以熱沖擊作用、升華作用為主的熱力學(xué)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(shí)發(fā)作的動(dòng)量轉(zhuǎn)移，克制了污染物與零件外表的黏結(jié)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(jī)污垢的最好溶劑，使得有機(jī)污垢愈加容易溶解。

熱沖擊作用

當(dāng)干冰微粒射向外表時(shí)，由于干冰微粒升華使得氣流溫度霎時(shí)降低，因零件基體與污染物的熱收縮系數(shù)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(dāng)干冰暴露在常溫常壓（20℃，1atm）的環(huán)境下，干冰會(huì)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?xì)怏w，短時(shí)間內(nèi)空間體積會(huì)霎時(shí)擴(kuò)展898倍，細(xì)碎的干冰微粒進(jìn)入污染物間隙后，體積霎時(shí)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(huì)在工件外表留下其他雜質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)安裝

干冰射流清洗系統(tǒng)主要包括干冰清洗機(jī)、空氣緊縮機(jī)和儲(chǔ)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(yīng)用Fluent軟件對(duì)噴嘴流場(chǎng)及干冰顆粒運(yùn)動(dòng)停止仿真剖析，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)停止數(shù)值模仿剖析，取得氣體的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)散布狀況。干冰微粒放射過程實(shí)踐上是一種兩相運(yùn)動(dòng)，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(huì)惹起氣流的活動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)影響。運(yùn)用Fluent軟件模仿干冰顆粒運(yùn)動(dòng)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(nèi)部和外部壓力相差較大，會(huì)產(chǎn)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(dòng)搖。

仿真結(jié)果剖析

應(yīng)用Fluent剖析軟件對(duì)干冰微粒的運(yùn)動(dòng)狀況停止模仿仿真。首先待氣相流場(chǎng)穩(wěn)定，然后設(shè)置干冰微粒的相關(guān)參數(shù)，加載可形變部件模型（DPM），待殘差收斂后，查看顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡及干冰微粒的速度散布狀況。

干冰微粒經(jīng)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，F(xiàn)luent模仿噴嘴內(nèi)部和外部氣流流場(chǎng)速度散布云圖及對(duì)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(chǎn)生激波，構(gòu)成了收縮波與激波相交和反射的現(xiàn)象，最大速度集中在5~15cm范圍內(nèi)，即干冰微粒放射清洗常用放射的間隔，此時(shí)噴嘴產(chǎn)生的氣流照舊能堅(jiān)持較高的速度，噴嘴會(huì)有更高的拋光清洗效率。

經(jīng)過仿真能夠看出，放射壓力為0.7MPa時(shí)，干冰粒子的速度與放射間隔有較大關(guān)系，間隔噴嘴出口在5~15cm的間隔時(shí)，干冰微粒速度會(huì)在400~550m/s范圍內(nèi)變化。由干冰粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡可知拉瓦爾噴嘴射流發(fā)散，當(dāng)工作間隔在10 cm左近時(shí)清洗效率較高，因而在實(shí)踐工藝中對(duì)放射間隔的控制尤為重要。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果剖析

依據(jù)仿真計(jì)算的結(jié)果，干冰射流清洗積炭實(shí)驗(yàn)過程中的放射壓力設(shè)為0.7MPa，放射角度為60°，放射間隔為10cm。結(jié)果顯現(xiàn)，積炭在干冰射流的撞擊下極易零落，僅需約11s的時(shí)間就能夠把面積為62cm2的積炭肅清潔凈，清洗效率達(dá)95%以上，比照清洗進(jìn)程圖，清洗前后效果明顯，

資料屬性剖析

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)常見的航空發(fā)起機(jī)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(shù)的適用性。

從干冰射流清洗技術(shù)對(duì)樣件外表形貌的影響來看，經(jīng)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(zhì)量得到改善；從粗糙度剖析結(jié)果來看，干冰清洗技術(shù)在去除積炭的同時(shí)，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(shí)間遠(yuǎn)大于清洗積炭所需的時(shí)間，故在干冰射流清洗積炭過程中簡直不會(huì)影響外表粗糙度；同時(shí)，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對(duì)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(xiàn)象。

應(yīng)用考證

依據(jù)仿真、實(shí)驗(yàn)及資料屬性剖析可知，干冰射流清洗技術(shù)積炭肅清效果好，且對(duì)資料無影響。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)隨后對(duì)發(fā)起機(jī)零部件停止了干冰清洗積炭實(shí)踐應(yīng)用考證，清洗前后比照效果明顯，同時(shí)對(duì)各零部件目視檢查，外表均無明顯損傷，

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