一種發(fā)動(dòng)機(jī)清洗效果評(píng)價(jià)裝置的設(shè)計(jì)

張瑜

摘要：清洗劑是清洗技術(shù)的核心環(huán)節(jié)。清洗劑一般是有機(jī)化合物，含有表面活性劑、有機(jī)溶劑、研磨劑和增白劑等成分，一般分為水基型和溶劑型兩種。清洗劑選擇的好壞直接決定著清洗效果的優(yōu)劣，而清洗效率是清洗劑使用特性的重要指標(biāo)。本文針對(duì)飛機(jī)或汽車等發(fā)動(dòng)機(jī)的積碳清洗問題，設(shè)計(jì)了一種試驗(yàn)裝置用于評(píng)價(jià)其清洗效果，采用稱重法計(jì)算清洗效率，并據(jù)此選擇合適的清洗劑及用量，提升顧客清洗積碳的清洗效率，降低工人時(shí)間成本。

關(guān)鍵詞：工業(yè)清洗;積碳;清洗評(píng)價(jià);稱重法

0 ?引言

發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，燃油的不充分燃燒產(chǎn)生的積碳是造成發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降及結(jié)構(gòu)損壞的主要原因，比如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃油系統(tǒng)80%的故障是由于積碳過多所造成的，因此對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的積碳必須進(jìn)行有效的清洗和控制，以保證車輛的正常運(yùn)行。

如何科學(xué)有效地對(duì)各個(gè)部位的積碳進(jìn)行清除，國內(nèi)外多家公司設(shè)計(jì)專用清洗設(shè)備配合相應(yīng)的產(chǎn)品對(duì)燃油系統(tǒng)進(jìn)行徹底清洗。清洗劑的品質(zhì)和量的多少?zèng)Q定了清洗系統(tǒng)工作情況的好壞和清洗能力。為此，本文設(shè)計(jì)了一種清洗劑清洗效果的評(píng)價(jià)裝置。

1 ?總體方案設(shè)計(jì)

如圖1所示，清洗劑清洗效果評(píng)價(jià)裝置主要由清洗劑霧化噴注系統(tǒng)、帶有積碳的試驗(yàn)樣品、步進(jìn)電機(jī)、聯(lián)軸器等組成。其中清洗劑霧化裝置包括清洗劑貯罐、計(jì)量泵、高壓氣瓶、減壓閥、流量計(jì)、球閥開關(guān)等組成。

2 ?試樣制備

首先利用掃描電鏡（SEM，Scanning Electron Microscope）觀察某發(fā)動(dòng)機(jī)積碳樣本表面超微結(jié)構(gòu)的形態(tài)和組成，并利用能譜儀（EDS，Energy Dispersive Spectroscopy）對(duì)積碳樣本中的成分元素進(jìn)行分析。通過SEM觀察積碳形貌可以確定為無定形炭（圖2）;經(jīng)EDS能譜（圖3）分析成分構(gòu)成發(fā)現(xiàn)，積碳樣本中C元素含量占95%，O元素含量占5%。

根據(jù)對(duì)提供的發(fā)動(dòng)機(jī)的積碳樣本的分析結(jié)果及GJB 2841-1997《燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馔ǖ狼逑磩┮?guī)范》要求，確定了適合本試驗(yàn)的試驗(yàn)規(guī)范，并采用如圖4所示積碳樣本制備試驗(yàn)裝置成功制備出符合試驗(yàn)要求的積碳樣本（圖5）。

3 ?關(guān)鍵部件選型

3.1 噴嘴選型

在清洗過程中，對(duì)清洗效果有重要影響的因素有噴嘴類型、噴嘴孔徑、噴射角度及噴射距離。在噴射洗滌中完成清洗的關(guān)鍵部件是將壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能的噴頭。

根據(jù)試驗(yàn)要求，并結(jié)合GJBz 20356-96《航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馔ǖ狼逑磩┩ㄓ靡蟆分袑?duì)噴嘴噴射距離和氣路空氣壓力的要求：噴嘴頭部應(yīng)與試驗(yàn)板保持83.8±3mm的距離;空氣壓力78.4532KPa;清洗劑溶液流量6L/h。因此，選擇SUC13A型空氣霧化噴嘴。

3.2 電機(jī)選擇

根據(jù)試驗(yàn)要求，清洗設(shè)備應(yīng)能使試驗(yàn)板在噴嘴前方以220r/min的轉(zhuǎn)速垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，噴嘴與板垂直，選擇交流異步調(diào)速電機(jī)。

3.3 聯(lián)軸器、固定架臺(tái)設(shè)計(jì)

為保證電機(jī)與試驗(yàn)板拆裝方便，使試驗(yàn)板在電機(jī)帶動(dòng)下以220r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)10min以上而不會(huì)損壞試驗(yàn)板表面，本裝置最終確定在電機(jī)輸出軸設(shè)計(jì)一個(gè)法蘭聯(lián)軸器（如圖6），既可以準(zhǔn)確傳遞轉(zhuǎn)速又可以平穩(wěn)連接試驗(yàn)片，并在聯(lián)軸器與試驗(yàn)板間建立中間定位板，使中間板與聯(lián)軸器固定連接。

固定架臺(tái)使用角鋼焊接制作，穩(wěn)定性良好，可用于固定電機(jī)與噴嘴。

4 ?試驗(yàn)流程

準(zhǔn)備一定體積分?jǐn)?shù)的清洗劑溶液，通過噴嘴噴向刷有污垢的轉(zhuǎn)動(dòng)的試驗(yàn)板，清洗劑溶液流量調(diào)整到100±10ml/min，經(jīng)沖洗后的試驗(yàn)板應(yīng)在105℃加熱10min，隨后冷卻至室溫，稱重精度為0.1mg，計(jì)算清洗效率，以3次試驗(yàn)的平均值作為正式記錄，清洗效率計(jì)算公式為η（%）=（A-B）/（A-C）×100%。

其中A為積碳試驗(yàn)板清洗前重量;B為積碳試驗(yàn)板清洗后重量;C為試驗(yàn)板未進(jìn)行積碳處理前重量。

5 ?清洗效果評(píng)價(jià)

試驗(yàn)中選用了三種清洗劑（A、B、C）分別使用圖1裝置按照試驗(yàn)流程對(duì)積碳樣本進(jìn)行清洗處理，取3次試驗(yàn)的平均值進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)清洗劑C的清洗效果最好，清洗效率可以達(dá)到96.4%。

之后使用試驗(yàn)中得出的清洗效果最好的清洗劑C對(duì)一組發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命周期內(nèi)積碳試驗(yàn)件進(jìn)行積碳清洗，通過清洗效率和效果進(jìn)行對(duì)比，達(dá)到同樣的清洗效果，使用清洗劑C進(jìn)行清洗時(shí)工時(shí)縮短75%，清洗效率提高了3倍，說明清洗劑C可以代替汽油等低閃點(diǎn)溶劑應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)積碳清洗工作中，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)清洗的安全性和高效性，同時(shí)也說明本試驗(yàn)裝置對(duì)清洗效果評(píng)價(jià)具有很好的指導(dǎo)作用。

6 ?結(jié)論

本文針對(duì)傳統(tǒng)飛機(jī)或汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)積碳清洗過程中，清洗效率不高等缺點(diǎn)。本文采用稱重法計(jì)算清洗效率，并據(jù)此設(shè)計(jì)一種試驗(yàn)裝置，可以科學(xué)有效地選擇合適的清洗劑及用量，進(jìn)而提升清洗積碳的清洗效率，降低工人時(shí)間成本。

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