СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОЛОЙ ДЕТАЛИ ВРАЩЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO CLEAN HOLLOW ROTARY PARTS AND DEVICE TO THIS END

Изобретение относится к способу очистки полой детали вращения, в частности большеразмерной полой детали, например, как турбинного колеса, содержащего кольцевые полости, отделенные друг от друга сваренными между собой дисками. Наиболее предпочтительным вариантом применения изобретения является химическое растворение загрязненного слоя с высоким содержанием кислорода, называемого слоем «alpha-case» и образующегося на такой детали из титанового сплава во время ее термической обработки.
Упомянутое турбинное колесо из титанового сплава считается труднодоступным изнутри по причине наличия множества смежных кольцевых полостей, выполненных в колесе между дисками, сваренными между собой и образующими это колесо. В результате термической обработки, необходимой при изготовлении этой детали, на ее поверхности (как снаружи, так и изнутри) появляется загрязненный слой толщиной в несколько десятков микрон с высоким содержанием кислорода, называемый слоем «alpha-case». В настоящее время производят только наружную очистку детали, и до сих пор внутренняя очистка считалась неосуществимой.
Наличие этого загрязненного слоя является причиной образования трещин, значительно сокращающих срок службы детали.
В настоящем изобретении предлагается способ очистки, позволяющий растворить загрязненный слой одновременно снаружи и изнутри, при этом химическое растворение в соответствии с этим способом происходит равномерно.
В частности, настоящее изобретение касается способа очистки полой детали вращения, отличающегося тем, что упомянутую деталь вращают вокруг ее оси вращения, направленной горизонтально, упомянутую деталь частично погружают в бак, с травильным раствором с возможностью его проникновения внутрь упомянутой детали, причем деталь вращают в процессе очистки и непрерывно откачивают травильный раствор внутри упомянутой детали, поддерживая при этом по существу постоянный уровень травильного раствора относительно упомянутой детали.
Частичное погружение детали с одновременным ее вращением позволяет производить очистку по равномерной глубине на всей поверхности детали как снаружи, так и изнутри. В частности, это техническое решение является предпочтительным по сравнению с простым полным погружением детали в ванну с травильным раствором, которое на практике не позволяет производить полную очистку из-за воздушных пузырьков, остающихся внутри детали.
Например, можно погружать детали по существу до ее оси вращения.
Откачиваемый таким образом травильный раствор предпочтительно повторно заполняет ванну снаружи детали. Учитывая, что полости имеют разные объемы, откачку можно осуществлять путем отбора травильного раствора из этих полостей, но корректируя при этом расход в этих полостях по существу пропорционально соответствующим объемам этих полостей.
Таким образом, обновление травильного раствора внутри полостей происходит равномерно, при этом раствор в любой момент имеет одинаковую эффективность (или, если так можно выразиться, один и тот же уровень истощения) во всех полостях. Например, можно предусмотреть наличие нескольких откачивающих трубок, соответственно вводимых в полости, при этом расход в них регулируется при помощи сужающихся пропускных участков с разной калибровкой.
В конце очистки деталь извлекают из ванны травильного раствора, продолжая откачивать раствор в этой детали. Предпочтительно во время извлечения детали вращение не прекращают. Извлечение детали занимает относительно короткое время порядка 30 секунд. После этого деталь перемещают к ванне с нейтрализующей жидкостью и погружают в нее. Предпочтительно во время этой фазы промывки вращение продолжают. В качестве нейтрализующей жидкости можно, например, использовать воду. Удаление загрязненного слоя производят при помощи травильного раствора, представляющего собой, например, смесь азотной кислоты и фтористоводородной кислоты.
Настоящее изобретение касается также установки для очистки полой детали вращения, отличающейся тем, что содержит опору, оборудованную средствами захвата и приведения во вращение упомянутой детали, выполненными с возможностью ее удержания и приведения во вращение вокруг ее оси вращения, направленной горизонтально, бак с травильным раствором, средства опускания детали в бак и ее частичного погружения в травильный раствор, средства откачки для непрерывного отбора травильного раствора внутри детали и средства поддержания по существу постоянного уровня травильного раствора относительно детали.
Нагнетательный выход средств откачки выполнен с возможностью повторного введения откачиваемого раствора в бак снаружи детали.
В случае, когда деталью является колесо ротора со сваренными дисками, средства откачки могут содержать несколько всасывающих трубок, вводимых соответственно в упомянутые полости.
Для облегчения установки всасывающей системы всасывающие трубки выполняют в виде гибких шлангов, сообщающихся с коллектором, соединенным с этим же насосом. Эти всасывающие трубки могут содержать калиброванные сужающиеся пропускные участки. В этом случае сечение каждого сужающегося участка рассчитывают в зависимости от объема полости, в которую вводят соответствующую всасывающую трубку.
Установка может также содержать бак для нейтрализующей жидкости и средства для перемещения детали из бака с травильным раствором в бак с нейтрализующей жидкостью.
Настоящее изобретение и его другие преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания очистной установки в соответствии с изобретением, приведенного исключительно в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
Фиг.1 изображает схематический вид спереди и в частичном разрезе части установки в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2 - вид, аналогичный Фиг.1, иллюстрирующий, в частности, размещение детали в очистной установке.
Фиг.3 - вид в направлении стрелки III на Фиг.2.
Фиг.4-7 - схематический вид в уменьшенном масштабе той же установки с показом различных операций процесса очистки.
Установка 11 содержит опору 13, оборудованную средствами 17 захвата и приведения во вращение очищаемой полой детали вращения 19. Этой деталью является колесо или центральная часть турбины турбореактивного двигателя. Речь идет о детали сложной формы, состоящей из множества сваренных между собой дисков 21, ограничивающих изнутри коаксиальные кольцевые полости 23, выполненные смежными в осевом направлении и являющиеся труднодоступными. Известно, что во время термической обработки такой детали из титанового сплава на ее поверхности образуется загрязняющий слой, называемый слоем «alpha-case», который желательно удалить. До сих пор очистка внутренней поверхности этой детали считалась неосуществимой.
Опора 13 содержит своего рода козловый кран 25, на верхней части которого на площадке 27 закреплены все средства (приводные и электромеханические компоненты) для захвата и приведения во вращение детали 19. В частности, электрический двигатель 29 приводит во вращение опору 31 с горизонтальной осью, установленную на стойке 32, выполненной под площадкой 27. Опора 31 приводится во вращение при помощи набора шестерен 33. Эта опора имеет размеры и форму, соответствующие концу 36 детали. Упомянутая опора 31 выполнена в виде решетки, чтобы не мешать циркуляции жидкости внутри детали, в частности травильного раствора и нейтрализующей или промывочной жидкости. Немеханизированный вращающийся элемент 37 содержит три кронштейна 38, взаимодействующих с другим концом 39 детали. Вращающийся элемент 37 установлен на вертикальной стойке 41, установленной под площадкой 27. Весь узел перемещается в осевом направлении, чтобы не мешать установке детали на место. Опора 31 и вращающийся элемент 37 имеют общую горизонтальную ось. После установки детали на место, она удерживается между ними, будучи при этом отцентрированной своими двумя круглыми концами 36 и 39. Таким образом, деталь может вращаться вокруг собственной оси вращения, находящейся в горизонтальном положении. Перед осуществлением очистки деталь перемещают под козловый кран 25 на тележке-подъемнике 46 (Фиг.2 и 3) и устанавливают между опорой 31 и кронштейнами 38. Таким образом, она может приводиться во вращение при помощи двигателя 29.
На площадке 27 также установлен насос 50, вход 51 которого соединен с трубкой, конец 53 которой выполнен в осевом направлении (ось х'х) и соединен с жестким и разборным коллектором 54, выполненным с возможностью установки в осевом направлении внутри детали. Гибкие всасывающие трубки 55 соединены с коллектором 54. Каждую трубку 55 заводят в одну из полостей 23, когда коллектор 54 и деталь 19 находятся на опоре 13, как показано на Фиг.1. Длина трубки зависит от соответствующей ей полости, чтобы ее нижний конец находился вблизи внутренней стенки детали в ее наиболее погруженной части, то есть на дне упомянутой соответствующей полости. Таким образом, средства откачки (50, 54, 55) выполнены с возможностью постоянного отбора травильного раствора внутри детали и на дне каждой полости, когда упомянутая деталь частично погружена в бак 59 с травильным раствором (Фиг.5). Если очищаемая деталь имеет другую конструкцию и, в частности, не содержит множества полостей, то всасывающая система внутри детали может быть упрощена и содержать, например, только одну гибкую трубку, заведенную в самую глубокую часть. Кроме того, на козловом кране установлен датчик 60 уровня, и установка содержит средства корректировки заранее определенного положения опоры 13 (по высоте) таким образом, чтобы упомянутая деталь была частично погружена до заранее определенной высоты, например, согласно данному примеру до своей оси вращения х'x. В представленном и проиллюстрированном примере в бак погружают узел опоры 13, то есть сам козловый кран 25. Для этого его подвешивают и перемещают при помощи подъемных средств 61, являющихся, например, частью передвижного мостового крана или аналогичного механизма, установленного на этом рабочем месте. Упомянутые подъемные средства позволяют корректировать положение опоры 13 и, следовательно, детали 19 в баке; для этого они управляются датчиком 60 уровня, закрепленном на опоре в таком месте, где он отслеживает поверхность ванны травильного раствора, когда деталь погружают по существу до оси х'x. Подъемные средства могут автоматически регулироваться по обнаруженному уровню, чтобы удерживать датчик 60 уровня на поверхности ванны травильного раствора.
Предпочтительно установка содержит средства для поддержания по существу постоянного уровня травильного раствора относительно упомянутой детали. Поскольку средства откачки отбирают травильный раствор на дне детали, насос 50 выполнен с возможностью постоянной рециркуляции травильного раствора в бак снаружи детали 19. Соединенную с нагнетательным выходом 52 насоса трубку 56 погружают в бак. Практически эта рециркуляция позволяет поддерживать уровень травильного раствора на постоянном уровне в баке в силу того, что опору 13 погружают в этот бак на глубину, определяемую датчиком 60 уровня. Поскольку травильный раствор постоянно откачивается в полостях 23 и на их дне, с последующей рециркуляцией в бак снаружи детали, обеспечивается равномерное действие травильного раствора во всех точках бака. Для определения необходимого времени обработки с учетом действия травильного раствора (постепенно истощающегося), достаточно предварительно произвести очистку образца, прошедшего такую же термическую обработку, что и деталь, и на основании этого вычислить время очистки упомянутой детали.
Кроме того, по меньшей мере, некоторые всасывающие трубки 55 содержат калиброванные сужающиеся участки 65 (на входе коллектора 54), при этом сечение каждого сужающегося участка вычисляют в зависимости от объема полости, в которую погружают соответствующую всасывающую трубку. Это позволяет поддерживать постоянный уровень травильного раствора в самой детали, в частности в конце очистки в течение времени, когда упомянутую деталь извлекают из бака и продолжают откачивать из нее раствор.
Во время самой обработки откачку между полостями осуществляют сбалансированно, что позволяет производить в них еще более равномерную очистку.
Установка содержит также бак 62 для нейтрализующей жидкости, расположенный близи бака 59, и средства перемещения детали 19 (в данном случае узел из детали и козлового крана 25) от бака 59 до бака 62. В данном случае эти средства выполнены в виде ранее упоминавшихся подъемных средств 61.
В описанном примере, когда деталь выполнена из титанового сплава, в качестве травильного раствора используют смесь азотной кислоты и фтористоводородной кислоты. Нейтрализующей жидкостью является вода.
Осуществление способа вытекает из предшествующего описания. Сначала деталь устанавливают на опору 13, как показано на Фиг.2 и 3. Коллектор 54 тоже устанавливают таким образом, чтобы каждая из гибких трубок 55 была погружена в полость. После этого коллектор соединяют с насосом 50. Конструкция в собранном виде показана на Фиг.1. Опора 13 подвешена к подъемным средствам 61, которые поднимают ее над баком 59, как показано на Фиг.4. Ее опускают до момента, когда датчик 60 уровня входит в соприкосновение с поверхностью травильного раствора в баке 59. Срабатывание датчика приводит к остановке опускания опоры 13. Во время опускания деталь уже приведена во вращение. Очистка происходит снаружи и изнутри, как показано на Фиг.5, при постоянной рециркуляции травильного раствора, откачиваемого из полостей. Как было указано выше, значения расхода травильного раствора, отбираемого в полостях, корректируются относительно друг друга по существу пропорционально соответствующим объемам полостей. Эту корректировку расхода производят благодаря наличию сужающихся пропускных участков 65, имеющих разную калибровку. В конце очистки деталь извлекают из ванны повторным поднятием опоры 13, не прекращая откачку внутри детали, таким образом, чтобы уровень травильного раствора, остающегося внутри детали, понижался постепенно за счет откачки, оставаясь при этом по существу одинаковым во всех полостях. Сразу же после полного извлечения детали и удаления из нее травильного раствора (Фиг.6) ее перемещают к баку 62 с нейтрализующей жидкостью и погружают в этот бак. Предпочтительно вращение детали продолжают во время всей фазы промывки, не прекращая при этом рециркуляцию.