Для решения вопросов связанных с эксплуатацией разных типов газотурбинных двигателей (ГТД), а также энергетического оборудования разработан метод бездефектной обработки и очистки поверхности деталей и узлов ГТД, в том числе наиболее ответственных, таких как лопатки турбины, камеры сгорания, форсунки, сопловые створки, внутренние и наружные корпуса, коллектора, открытые и труднодоступные поверхности. Данная технология и оборудование являются перенастраиваемыми, и могут применяться как на основном производстве, так и в вспомогательном, а именно:
- очистка штампов и пресс-форм,
- очистка гальванических ванн от отложений,
- очистка бетонных и керамических поверхностей от любых загрязнений для подготовки к дальнейшей обработке.
Метод отличается высоким качеством очистки, проявлением положительных свойств поверхности после обработки, плавностью регулировки удаления загрязнений и нагара.
В настоящее время в авиационном двигателестроении и энергетике, промышленности и нефтегазовом комплексе РФ используется химическая (гальваническая), механическая, высоконапорная или абразивная (пескоструйная) очистка лопаточного аппарата роторов турбин и прочего оборудования с особыми требованиями к усталостной прочности и протеканию неконтролируемых химических процессов при эксплуатации. Указанные методы имеют существенные недостатки, и обострилась проблема, связанная с использованием этих методов.
Дело в том, что при классической очистке лопаточного аппарата роторов турбин происходит снятие поверхностного слоя металла, что приводит к реализации напряжений, дисбалансу и выходу из строя турбины, а качество очистки уже не соответствует современным требованиям дефектоскопии (невозможность прочистки микротрещин и раковин малых размеров). В авиадвигателестроении необходимость обработки сложных фасонных поверхностей привела к созданию новых методов обработки, характеризующихся отсутствием непосредственного механического контакта инструмента с лопаткой, заготовкой или иной деталью.
В этих методах в роли инструмента выступает либо электрическое поле (электрохимическая размерная обработка, электрополирование, хим. травление), либо направлений ударный поток различных материалов (пескоструйная, дробеструйная обработки, обработка шариками и т. д.), либо ультразвук в упругой среде на заготовку. Пескоструйная обработка поверхностей заготовок применяется давно и осуществляется либо с использованием пескоструйного аппарата с пневматическим приводом и специальными соплами, либо с помощью пескомета, бросающего песок вращающимися лопатками. Для пескоструйной обработки используется электрокорунд.
В ходе проведенных исследований было изучено молекулярное устройство поверхностей лопаток и загрязняющих отложений (нагара). К ним применили уникальные физические эффекты высокоскоростной композитной капсулированной среды, позволившие одновременно очищать и обрабатывать поверхность, раскрывая все микротрещины и раковины размерами до 300 нм для дальнейшей дефектоскопии. После обработки поверхность приобретает полезные свойства, типа упрочнения и влагостойкости направленные на снижение аварийности, повышение эффективности и снижение износа. Для турбинных и компрессорных лопаток ГТД эффект позволяет мягко настраивать капсулированную струю, которая не затрагивает металл под нагаром и высокотемпературными отложениями, но при этом эффективность удаления с поверхности и из микродефектов на много превосходит все современный методы (химическое травление, ГАО, АРО, УЗО, , сухой лёд – СО2 и мн. др.).
Применение:
- Обработка лопаток ГТД, сопловых агрегатов, коллекторов, форсунок и др.
- Обработка роторов, лопаток, колец и диафрагм турбин энергетического и газоперекачивающего оборудования.
- Обработка камер и трубных досок теплообменного оборудования.
- Обработка деталей и узлов, подверженных износу.
- Обработка пластин пластинчатых теплообменников.
- Подготовка поверхности под дефектоскопию.
Очистку капсулированной струей целесообразно применять для обработки сложных поверхностей: помимо значительного снижения времени обработки (более чем 20 раз) этот способ позволяет осуществить механизацию процесса отделочных операций и улучшить условия труда (снят вредные факторы от химических испарений и запыленности рабочего помещения).
Схематически процесс обработки капсулированной струёй можно представить следующим образом: микроскопическая частица композита обволакивается каплей воды (капсулируется) и разгоняется сжатым воздухом до сверхзвуковых скоростей. Ударяясь о поверхность, вода при контакте снижает прочность обрабатываемой поверхности (загрязнения), после чего частица композита механически разрушает загрязнение и вода вымывает расколовшиеся фрагменты и уносит их вместе с использованным композитом.
Рабочая жидкость выполняет следующие важные функции:
- обеспечивает транспортировку композитных частиц и их капсулирование от расходной емкости до обрабатываемой поверхности;
- непрерывно очищает обрабатываемую поверхность, удаляя отработавшие композитные частицы и частички снятого нагара или отложений;
- исключает образование пыли;
- регулирует тепловой режим в зоне обработки;
- позволяет собирать отходы от очистки и использовать рабочую смесь многократно.
Обработка поверхности происходит под действием сверхзвуковой струи воздуха с распыленной в ней пульпой из тонкого композита. Под действием струи сжатого воздуха в распылителе образуется так называемая гидрокомпозитная аэрозоль, состоящая из мягких частиц композита, воздуха и жидкости. Энергетическим носителем аэрозольных частиц в данном способе является высокоскоростная воздушная струя. Аэрозольные частицы представляют собой молекулы воды сосредоточенные в капли под высоким давлением (от 1 до 6 кг/см2), внутри которых находятся формоустойчивые частицы (композитная пыль) размером от 300 нм.
Рабочая жидкость, которая используется для получения аэрозольных частиц, представляет собой водную суспензию с различными, в зависимости от технологии очистки, объемными соотношениями твердой и жидкой фаз. Композитные порошки содержат в себе только природные вещества – мел, кварц, суглинки, гипс.
При взаимодействии с поверхностью данный метод обработки не оказывает отрицательного влияния на параметры исходной поверхности металла или специальных покрытий на металле (краски, керамики, в том числе и с глянцеванием), что выгодно отличает его от других способов очистки. Также при использовании этого способа снижаются адгезионные свойства металла, что обусловлено уменьшением поверхностного водопоглощения после обработки, и при дальнейшей эксплуатации образование нагара на деталях уменьшается.
Обоснованием превосходства данных разработок является то, что показатели эффективности и качества после их применения значительно превосходят показатели после применения современного иностранного оборудования, частично применяемого в сфере сервиса авиационных и наземных ГТД, промышленных, энергетических и нефтегазовых систем в РФ. Одним из главных преимуществ метода высокоскоростной капсулированной композитной струи и его производных является низкая стоимость применения и широкая доступность материалов, что обусловлено ориентацией при разработках на отечественный рынок.
Использование данного метода позволяет эффективно очищать сложные загрязнения без вреда для поверхности с широким спектром регулировок под различную твердость отложений. В других методах либо не очищаются тяжелые загрязнения, либо повреждается поверхность, при этом плавно регулировать интенсивность воздействия практически невозможно.
Адсорбционный эффект понижения прочности отложений, загрязнений и нагара.
Присутствие на поверхности слоя загрязнений поверхностно-активных веществ (композитный состав) значительно понижает сопротивление деформированию и разрушению твердых загрязнений в результате обратимой адсорбции композитного состава.
Адсорбционный эффект проявляется вследствие адсорбции атомов композитного состава на внутренних поверхностях зародышевых трещин, которые имеются в слое загрязнений.
Композитный состав мигрирует по поверхности тела с большими скоростями и проникая в трещины, старается их расклинить. Давление на стенки трещины может достигать 10 ГПа. Трещины, возникающие под действием внешней нагрузки при проникновении в них атомов, еще больше расклиниваются в результате уменьшения работы, затрачиваемой на образование новой поверхности, и усиливают деформацию, которая в свою очередь еще больше расклинивает трещины и способствует дальнейшему проникновению композитного состава. Отличительной особенностью эффекта является совместное действие среды и нагрузки на тело.
