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【原创】航空发动机的污垢来源和清洗技术-合明科技

合明科技 👁 1869 Tags:航空发动机航空发动机清洗剂水基清洗剂

今天小编和大家聊聊航空发动机清洗,航空发动机顾名思义就是安装在飞机上的发动机,咳咳,这个解释多少有点外行了,重来。航空发动机为飞行提供动力源,是飞机重要的组成部分,被称为飞机的“心脏”,是人类在工业发展过程中创造出来的最为精密和复杂的艺术品,被称为“现代工业之花”,航空发动机的发展水平甚至被用来衡量一个国家的工业和科技水平。

航空发动机的污垢来源和清洗技术1.jpg航空发动机的污垢来源和清洗技术4.jpg

航空发动机实物图

说完了航空发动机,让我们来看看航空发动机的污垢来自于哪里。

首先是燃料不充分燃烧产生的碳颗粒,航空发动机工作在高温高压的环境中,将航空煤油中的化学能转化为动能为飞机提供动力,普通民航飞机的油耗可达到每小时1.3~1.4吨,这已经是一个相当惊人的油含量,但这先进战机每小时数吨油耗,如苏-27每小时燃油消耗可达3.2吨左右,相比还是小巫见大巫。如此大量的油耗,所有的燃油不可能都得到充分燃烧,在发动机工作过程中会产生较多的碳颗粒污垢。

其次是空气中的颗粒物,我国幅员辽阔民航飞机的航线可达数千公里,加之近些年环境污染导致雾霾严重,空气中的颗粒物浓度持续上升,在飞机发动机工作时将不可避免的吸入空气中的颗粒物,这些颗粒物会在飞机发动机的内涵道高温高压作用下,不断吸附在叶片和机匣等气路部件表面,形成污垢。

最后碳颗粒污垢和空气中的颗粒物会在高温高压的环境下变成结构致密的积碳和胶质污垢。由此可见这些污垢的产生是不可避免的。

航空发动机的污垢来源和清洗技术3.jpg

发动机工作环境及叶片积垢结果图

说完了航空发动机污垢产生的来源,大家可能会想到马路上跑的汽车脏兮兮的也能照常行驶,那飞机发动机“脏兮兮”的是不是也能照常飞行呢?或者说飞机发动机的污垢有什么危害呢?

首先飞机发动机气路部件表面的积垢会增加部件表面的粗糙度和边界层厚度,导致其涵道内气流在发动机叶片表面出现湍流的加剧现象,即减少了空气的进气量,也使整个气动流场发生进气畸变,形成非对称气流,在发动机同样的功率输出时,势必增加发动机转速,逼近其喘振线诱发发动机的喘振,严重影响发动机的正常工作状态,甚至可能导致发动机停车。

在2012年某航空公司的一台美国普惠PW4000 发动机在从北京飞往厦门的航线途中,因发动机发生严重喘振,致使其在空中停车,经过机组人员的配合虽然安全落地,但维修人员无法找到发生事故的原因,后经数据分析,发现飞行过程中发动机排气温度迅速升高,推测时发动机结垢导致,在清除污垢后再次起飞,发动机喘振现象完全消失,推测得到验证。

其次发动机表面积垢会引起燃油消耗增加,减低飞机发动机的性能,导致维护间隔缩短,增加运营成本。气路部件表面积垢还会增加碳排放,威胁大气环境安全,据相关数据每消耗1Kg燃油,就会产生3.1Kg的二氧化碳排放。

看来飞机发动机“脏兮兮”的是不能正常飞行的,接下来我们看看飞机发动机是怎样清洗的。

飞机发动机的清洗被称为在翼清洗,其目的是清除航空发动机叶片的积垢,提升压气机推进效率,提高飞机发动机的工作性能,这也是飞机维修手册(AMM)唯一推荐的维护方法。

航空发动机的污垢来源和清洗技术5.jpg
飞机发动机在翼清洗图

在翼清洗时,首先要在发动机气道口装好射流清洗架,用清洗车向清洗架提供一定压力的清洗液,使用喷嘴将清洗液雾化后,进入发动机气路内涵道,这时飞机发动机保持约300r/min的低速转动状态,清洗液雾化液滴与发动机气路内涵道表面结构致密的积碳和胶质污垢相互作用,以去除这些污垢,实现在翼清洗。

这个过程听起来好像很容易,实际上在翼清洗过程涉及的清洗设备、清洗剂、污垢去除机理、清洗效果表征等十分复杂。目前我们国家主要采用简易清洗装置,不但清洗工序较为复杂,清洗的时间长,而且清洗的效果差。而欧美等国的航空发动机清洗,不仅清洗设备技术含量高,清洗操作过程简易,而且清洗效果好,从EGTM恢复值来评价,我国在翼清洗的EGTM恢复值为8~10℃,而欧美等国在翼清洗的EGTM恢复值可达到14~16℃。

2020年我国民航机队的规模已经接近7000架,预计到2030年这个数字将翻一倍,随着机队规模的不断增大,航空发动机在翼清洗的任务将日益繁重。据国航CFM56机队发动机清洗前后总耗油量的对比,通过在翼清洗能够降低燃油消耗率0.5%左右,200台航空发动机平均每年执行1500个航班,通过在翼清洗可节省燃油 5471t,减少温室气体二氧化碳减排17250t,清洗节省费用将达到2000万左右。此外欧盟曾在2012年提出我国抵离的商业航班,需要支付碳排放费用,按照估计截止2020年我国将累计支出碳排放费用约176亿元,为此民航局甚至出台了节能减排政策。

而国外航空发动机高端清洗设备因为涉及到国防和军事用途,其技术十分排外,对我国更是进行技术封锁,其设备不仅对我国航空公司禁售,而且难以租赁,航空发动机的在翼清洗技术已经成为了我国民航业卡脖子的问题。因此不论从短期收益和长远规划来看,研制出具有自主知识产权的航空发动机在翼清洗技术,对我国的航空事业发展都有十分重大的意义。


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