СПОСОБ ПРОМЫВКИ И КОНСЕРВАЦИИ ГАЗОВОЗДУШНОГО ТРАКТА АВИАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR WASHING AND PRESERVING GAS-AIR PATH OF AIRCRAFT ENGINE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к технологиям и оборудованию для обслуживания авиационных двигателей и может быть использована для промывки и консервации газовоздушного тракта (ГВТ) газотурбинных двигателей (ГТД).
Известен способ промывки газотурбинной установки, согласно которому в ее воздухозаборнике распыляют промывочную жидкость посредством форсунки, выполненной в виде корпуса с множеством сопел, вход каждого сопла подсоединен к средству нагнетания промывочной жидкости, при этом сопла ориентированы в направлении центральной оси форсунки к узловой точке, находящейся на расстоянии от 5 до 30 см от выходных отверстий сопел, и под углом в направлении центральной оси так, чтобы жидкость, вытекающая из соответствующего сопла, находилась в пределах углового интервала от 0° до 80°, подавалась под давлением в соплах в интервале от 35 до 175 бар и со скоростью в интервале от 50 до 250 м/с, при этом сопла располагают на корпусе форсунки таким образом, что они формируют струю распыленной жидкости необходимой формы (круговой, эллиптической или прямоугольной) (см. патент РФ №2343299, кл. F02C 7/00, 2009 г.).
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что ориентация сопел сходящимися на центральной оси форсунки в точке, отстоящей на 5-30 см от их выходных отверстий, обеспечивает схождение потоков промывочной жидкости на входе в газотурбинную установку, что способствует образованию мелкодисперсной среды, которая захватывается потоком воздуха воздухозаборника работающей газотурбинной установки, поступает в полость установки и осуществляет ее промывку. В данном случае при образовании мелкодисперсной среды потоки моющей жидкости теряют значительную часть кинетической энергии, приобретенной на выходе из сопел, которая полностью не может быть восполнена потоком воздуха, поступающего в воздухозаборник. Это снижает качество промывки газотурбинной установки.
Известен способ промывки ГВТ ГТД, заключающийся в подаче распылительным устройством моющего состава во входное устройство двигателя в процессе его работы, причем моющий состав подают в виде мелкодисперсных капель (тумана) размером не более 20 мкм в течение 10-12 минут при температуре окружающей среды.
Реализующая способ установка состоит из бака для моющей жидкости, соединенного трубопроводом с распылительным устройством, причем в трубопровод последовательно встроены насос с манометром, перекрывной кран и фильтр, при этом за фильтром и перед распылительным устройством к трубопроводу подсоединен перепускной канал, подведенный к баку и предназначенный для отвода излишков промывочной жидкости в бак. При проведении промывки распылительное устройство установки располагают перед входом в двигатель без контакта с ним. (см. а.с. СССР №1776846, кл. F02C 7/30. 1992 г.) - наиболее близкий аналог для способа.
В результате анализа известного способа необходимо отметить, что использование для промывки моющего состава в виде потока мелкодисперсных капель весьма перспективно, однако при выходе из распылительного устройства они ввиду малой массы быстро теряют свою кинетическую энергию, что снижает качество промывки ГВТ ГТД. Кроме того, подаваемый поток капель ввиду незначительной их скорости и массы вращением лопаток вентилятора двигателя отбрасывается на стенки воздухозаборника, исключая возможность качественной промывки элементов двигателя, находящихся за лопатками вентилятора. Необходимо также отметить, что осуществление промывки по времени более длительности режима работы двигателя «холодная прокрутка» снижает ресурс эксплуатации двигателя.
Известна установка для промывки ГВТ ГТД, содержащая емкости для моющего и очищающего растворов, в заливных горловинах которых установлены фильтры. Выходы емкостей подключены к первому трехходовому распределительному крану, который предназначен для задания режимов «Очистка» и «Промывка». Выход первого трехходового распределительного крана соединен с электронасосом, выход которого посредством трубопровода с встроенным устройством для измерения давления соединен с входом второго трехходового распределительного крана, который имеет два выхода для задания режимов «Перемешивание» и «Распыление», и этими выходами он соединен магистралью перепуска очищающего раствора во вторую емкость с расположенным в ней устройством струйного перемешивания очищающего раствора, и рукавом подачи моющего или очищающего раствора через вентиль в распылительное устройство, устанавливаемое перед входом в воздухозаборник турбокомпрессора двигателя, при этом емкости снабжены указателями уровня каждого раствора. В трубопроводе, связывающем выход электронасоса со входом второго трехходового распределительного крана, установлено устройство для измерения давления. Все оборудование установки смонтировано на оснащенной колесами платформе с рукояткой для маневрирования установки. На платформе закреплены скобы для укладки рукава с распылительным устройством.
(см. патент РФ №2311551, кл. F02C 7/30, 2007 г.).
В результате анализа выполнения известной установки необходимо отметить, что рукав с распылительным устройством не имеет возможности точной установки и настройки своего положения относительно воздухозаборника ГТД, что затрудняет качественную его промывку и приводит к повышенному расходу промывочно-консервирующего раствора (ПКР). Кроме того, конструкция установки предполагает подачу ПКР в виде струй, а не в виде мелкодисперсных капель (тумана), что также снижает качество промывки ГВТ ГТД.
Известна установка для подготовки и подачи растворов для промывки ГТД, содержащая оснащенную колесами раму, на которой смонтированы баки для промывочной жидкости, полости баков связаны между собой запорно-регулирующей арматурой. Для заправки баков к ним подсоединяют ручной переносной электронасос. Полости емкостей связаны с намотанными на барабаны шлангами с раздаточными штуцерами. В данной линии связи установлены насос и фильтр. Барабаны оснащены механизмами их вращения. Баки оснащены уровнемерами для контроля уровня находящейся в них промывочной жидкости, а также устройствами для поддержания ее температуры в заданных пределах. Управление работой устройства осуществляется с пульта управления, установленного на раме.
Для работы устройства с помощью ручного переносного электронасоса производят заправку баков соответствующими жидкостями. Уровень заполнения баков контролируют по уровнемерам. В случае необходимости осуществляют нагрев помещенной в баки среды. Подключают штуцера шлангов к местам подсоединения ГТД. Установка готова к работе.
Подача жидкостей для промывки ГТД производится в 2 этапа. Сначала подается моющий раствор из одного бака с помощью подающего насоса по трубопроводам с запорно-регулирующей арматурой через фильтр и шланг. Затем из другого бака тем же насосом подается жидкость для ополаскивания. Расход жидкостей контролируется по уровнемерам. При падении уровня жидкости в любом из баков ниже минимально допустимого срабатывает датчик уровня и блокируется работа нагревателей и насоса, предотвращая возможную поломку насоса при работе без жидкости.
По окончании промывки установка приводится в исходное положение. Отсоединяют штуцера и шланги сматывают на барабаны. Вращение барабанов производится вручную за соответствующие ручки. Самопроизвольная размотка шлангов с барабанов блокируется стопорами.
(см. патент РФ на полезную модель №140704, кл. B64F 5/00, 2014 г.).
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что выходной штуцер шланга не имеет возможности точной установки и настройки своего положения относительно воздухозаборника ГТД, что затрудняет качественную промывку ГВТ и приводит к повышенному расходу моющей жидкости и увеличению времени промывки. Использование дополнительного электронасоса для заправки баков приводит к усложнению системы управления установки за счет применения дополнительного электрооборудования.
Известна установка для промывки ГТД, содержащая платформу на колесном ходу, размещенный на платформе каркас, на торцевой стенке которого смонтировано распылительное устройство, выполненное в виде корпуса с замкнутым коллектором, на котором расположены форсунки, причем распылительное устройство оснащено механизмом настройки его положения по высоте. В состав установки входит бак для ПКР с заливной горловиной и выходным патрубком, подсоединенным к трубопроводу, связывающему бак с распылительным устройством. Бак оснащен датчиками давления и температуры ПКР. В трубопровод последовательно включены насос, манометр и фильтр. (см. патент РФ №2412086, кл. B64F 5/00. 2011 г.) - наиболее близкий аналог для установки.
В результате анализа известного решения необходимо отметить, что при работе установки на определенном расстоянии от сопел распыление ПКР прекращается, так как струя оказывает ударное силовое воздействие на воздух из-за его плотности, и, следовательно, уменьшается кинетическая энергия каждой капли, что отрицательно сказывается на качестве промывки. Недостатком также является снижение плотности подаваемой струи, что снижает возможность прохождения мелкодисперсных капель струи за лопатки вращающегося вентилятора и, как следствие, - снижается качество промывки всех элементов двигателя.
Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение качества промывки и консервации ГВТ двигателя за счет использования для промывки и консервации ПКР в виде мелкодисперсной струи, подаваемой в ГВТ, и придания ей на входе в ГВТ дополнительной кинетической энергии за счет использования высоконапорного потока воздуха, захватывающего распыленный ПКР при подаче его в ГВТ двигателя, а также упрощение конструкции установки и повышение удобства работы на ней за счет обеспечения заливки ПКР, ее слива, промывки бака без использования дополнительных средств, а также за счет вывода управляющих вентилей на единую панель управления - гидропульт.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе промывки и консервации газовоздушного тракта авиационного двигателя, согласно которому напротив входа воздухозаборника двигателя располагают оснащенное форсунками распылительное устройство, запускают двигатель, после чего осуществляют подачу в его газовоздушный тракт из форсунок распылительного устройства под давлением промывочно-консервирующий раствор в виде мелкодисперсных капель, производя промывку и консервацию газовоздушного тракта двигателя, новым является то, что промывку и консервацию газовоздушного тракта двигателя осуществляют при работе двигателя на холостом ходу в два этапа, причем на первом этапе промывки и консервации подачу образованных мелкодисперсных капель промывочно-консервирующего раствора в газовоздушный тракт осуществляют в высоконапорном потоке воздуха, пропускаемого через корпус распылительного устройства, а на втором этапе промывку и консервацию газовоздушного тракта ведут потоком воздуха при отключенной подаче промывочно-консервирующего раствора, после проведения которого отключают подачу воздуха и двигатель.
В установке для промывки и консервации газовоздушного тракта авиационного двигателя, включающей платформу на колесном ходу, размещенный на платформе каркас, на котором смонтировано распылительное устройство, содержащее коллектор с установленными на нем форсунками и имеющее возможность настроечных перемещений относительно входа воздухозаборника газовоздушного тракта, установленный на платформе бак для промывочно-консервирующего раствора с заправочной горловиной и выходным патрубком, трубопровод с включенными в него насосом и фильтром, подсоединенный к выходному патрубку бака и имеющий возможность соединения с коллектором распылительного устройства, новым является то, что распылительное устройство выполнено в виде корпуса, имеющего форму сопла, коллектор распылительного устройства размещен у выходного торца корпуса и выполнен в виде полого тора, полость которого связана с трубопроводом посредством гибкого шланга, причем установка оснащена установленным на платформе воздушным нагнетателем, выход которого подсоединен к входному торцу корпуса распылительного устройства посредством рукава, выполненного из мягкого газонепроницаемого материала, при этом установка может быть оснащена гидропультом, на который выведены вентили управления подачей промывочно-консервирующего раствора к распылительному устройству, заправкой бака и сливом из него промывочно-консервирующего раствора, а на трубопроводе установлены входной штуцер и входной вентиль, связанные с насосом и баком, а за фильтром и перед гибким шлангом может быть установлен сливной вентиль.
Трубопровод может быть подсоединен к выходному патрубку бака посредством дополнительного трубопровода, в котором установлен вентиль, предназначенный для управления подачей промывочно-консервирующего раствора из бака в трубопровод в процессе работы установки и для его слива из бака после окончания работы, и соединен с заправочной горловиной бака посредством дополнительного трубопровода, в котором установлен вентиль, предназначенный для управления заправкой бака промывочно-консервирующим раствором.
В заявленной группе изобретений одно из изобретений (установка) предназначено для осуществления другого (способа), следовательно, они образуют единый изобретательский замысел, и требование единства изобретения в материалах заявки соблюдено.
Сущность заявленной группы изобретений поясняется графическими материалами, на которых даны:
- на фиг. 1 - установка, вид сбоку;
- на фиг. 2 - вид А по фиг. 1;
- на фиг. 3 - расположение установки перед воздухозаборником авиационного двигателя при проведении промывки и консервации ГВТ;
- на фиг. 4 - сечение Б-Б по фиг. 2;
- на фиг. 5 - место I по фиг. 2;
- на фиг. 6 - схема установки пневмогидравлическая.
Установка для промывки и консервации ГВТ авиационного двигателя представляет собой платформу 1 на колесах 2, приспособленную для буксировки и маневрирования посредством водила 3, установленного на платформе 1. На платформе 1 размещен бак 4 для ПКР (например, ZOK-27), подсоединенный к трубопроводу 5, оснащенному входными штуцером 6 и вентилем 7.
Установка оснащена гидропультом 8, на панель которого выведены вентили 9, 11, 12, 14 и манометр 10.
Вентиль 9 установлен на трубопроводе 5, за ним на трубопроводе 5 установлен манометр 10. Вентиль 9 предназначен для управления подачей по трубопроводу 5 ПКР в систему для промывки и консервации ГВТ, а манометр 10 - для контроля давления ПКР в трубопроводе 5.
Вентиль 11 установлен в дополнительном трубопроводе (позицией не обозначен), соединяющим трубопровод 5 с заправочной горловиной бака 4 и предназначен для управления заправкой бака 4 ПКР.
Вентиль 12 установлен в дополнительном трубопроводе (позицией не обозначен), соединяющим трубопровод 5 с выходным патрубком бака 4, и предназначен для управления подачей ПКР из бака в трубопровод 5 в процессе работы установки и для слива ПКР из бака 4 после окончания ее работы. Вентиль 14 предназначен для обеспечения слива ПКР из бака 4.
В трубопровод 5 последовательно включены насос 13 и фильтр 15.
Установка оснащена смонтированным на платформе 1 нагнетателем 16 воздушного потока. Нагнетатель выполнен известным образом, например, в виде стандартного приводного вентилятора.
На платформе 1 смонтирован каркас 17 с боковыми и торцевыми стенками. Боковые стенки оформлены дверцами (позициями не обозначены), предназначенными для доступа к узлам и агрегатам установки при работе на ней, при их обслуживании и ремонте. Торцевые стенки обозначены позициями 18 и 19. На торцевую стенку 18 выведен входной штуцер 6 трубопровода 5.
На торцевой стенке 19 посредством механизма 20 смонтировано распылительное устройство 21. Механизм 20 имеет возможность вертикального настроечного перемещения распылительного устройства 21 посредством привода 22.
Механизм 20 может быть выполнен различным известным образом, например, в виде двух пар планок, установленных с двух противоположных сторон относительно распылительного устройства, одним концом соединенных с распылительным устройством, а на другом конце каждой пары установлен ролик (позицией не обозначен), размещенный в направляющих торцевой стенки 19. Привод перемещения механизма может быть выполнен в виде рычажно-винтовой передачи. Механизм и привод выполнены известным специалистам образом. Их конструкция не является предметом патентной охраны.
На торцевой стенке 19 установлен включенный в трубопровод 5 тройник 23, вход которого соединен с выходом фильтра 15, а на одном из его выходов установлен вентиль 24 для слива ПКР.
Распылительное устройство 21 выполнено в виде корпуса, имеющего форму сопла, например, коническую, у выходного торца которого на наружной поверхности установлен коллектор 25, имеющий форму полого тора, с полостью которого сообщены форсунки 26, установленные на коллекторе в один или несколько рядов. К полости коллектора подведен входной патрубок 27, соединенный гибким шлангом 28 с другим выходом тройника 23.
Выходной патрубок 29 бака 4 посредством трубопровода, в котором установлен вентиль 12, через трубопровод 5 соединен с входным патрубком насоса 13 и, через вентиль 7 - со штуцером 6 трубопровода 5.
Для контроля верхнего и нижнего уровня ПКР бак 4 оснащен датчиками уровня 30.
К выходу нагнетателя 16 подсоединена труба 31, подведенная к торцевой стенке 19. С трубой 31 через выполненное в стенке 19 отверстие (не показано) состыкован воздуховод 32, прикрепленный выходным концом к входному торцу корпуса распылительного устройства 21. Воздуховод 32 выполнен в виде рукава из мягкого газонепроницаемого материала, например, например, АТОМ-1. Такое выполнение воздуховода 32 облегчает сборку конструкции и обеспечивает беспрепятственное перемещение распылительного устройства в вертикальной плоскости при его наладке.
Узлы и агрегаты установки, конструкция которых не раскрыта в данной заявке, являются известными и не составляют предмета патентной охраны.
Установка, осуществляя заявленный способ, работает следующим образом.
Первоначально осуществляют заправку бака 4 ПКР. Для заполнения бака 4 подсоединяют заправочный штуцер заправщика (не показан) ПКР, например, ZOK-27 или смеси этой жидкости с водой, к штуцеру 6, после чего открывают вентиль 7 и вентиль 11. Вентили 9, 12, 14 при этом закрыты. Включают насос 13 и обеспечивают подачу ПКР в бак 4. По достижению заполняющим бак ПКР датчика 30 верхнего уровня, насос 13 автоматически отключается, заправка бака 4 завершена. Вентили 7 и 11 закрывают, заправочный штуцер заправщика отсоединяют от штуцера 6.
Установку посредством водила 3 соединяют с транспортным средством (не показано), которым перемещают установку и устанавливают ее относительно объекта таким образом, что распылительное устройство 21 располагается в одной вертикальной плоскости с воздухозаборником ГВТ двигателя.
Далее осуществляют регулировку положения распылительного устройства 21 по высоте для совпадения положения его коллектора 25 с входным каналом воздухозаборника двигателя. Такое регулирование осуществляют приводом 22. Установка и ее распылительное устройство выставлены в заданное положение и готовы к работе.
Для проведения промывки и консервации ГВТ включают двигатель объекта и выводят его на режим холостого хода. Весь цикл промывки и консервации ГВТ не превышает длительности режима «холостой ход» двигателя. На гидропульте 8 открывают вентили 9 и 12, запускают нагнетатель 16 воздушного потока, включают насос 13. Вентили 7, 11, 14, 24 при этом закрыты.
Посредством насоса 13 ПКР из бака 4 через вентили 12 и 9, фильтр 15, тройник 23, гибкий шланг 28 поступает к входному патрубку 27 и далее, под давлением - в полость коллектора 25. Давление ПКР в трубопроводе 5 в процессе работы установки контролируется манометром 10.
Из полости коллектора ПКР под давлением поступает на вход форсунок 26, на выходе из которых преобразуется в поток мелкодисперсных капель, образующих туман.
Параллельно включенным нагнетателем 16 высоконапорный воздушный поток через трубу 31 и воздуховод 32 под давлением поступает в полость корпуса распылителя и на выходе из него захватывает частицы ПКР, которые под воздействием воздушного потока получают дополнительную скорость а, следовательно, кинетическую энергию, и на высокой скорости под давлением образованная газожидкостная смесь поступают в воздухозаборник, через который благодаря высокой кинетической энергии частиц ПКР попадает во все полости ГВТ двигателя, производя качественную промывку и консервацию его элементов. Благодаря тому, что корпус распылительного устройства выполнен в виде сопла, поступающий в него из нагнетателя поток воздуха получает заданное направление, чтобы обеспечить захват всего поступающего их форсунок 26 ПКР для образования газовоздушной смеси, а за счет конической формы - повышение скорости воздушного потока на выходе из сопла. Минимальное давление воздушного потока составляет не менее 2-х атмосфер. При меньшем давлении воздушного потока не обеспечивается гарантированная доставка ПКР ко всем узлам и элементам ГВТ. Максимальное давление строго не ограничено и, как правило, лимитируется конструктивными возможностями нагнетателя.
По истечении определенного технологическим процессом времени (данное время немного меньше (на 5-8 секунд) времени режима холостого хода двигателя) отключают насос 13, закрывают вентили 9 и 12. Первый этап помывки и консервации завершен.
Для удаления смытых загрязнений и остатков промывочных компонентов ПКР из ГВТ двигателя, предназначен второй этап промывки и консервации. Он заключается в том, что после отключения насоса 13 нагнетатель 16 продолжает работать в течение 5-8 секунд, подавая воздух в ГВТ. Это позволяет значительно повысить качество промывки и консервации.
Полный цикл промывки и консервации не превышает времени режима работы двигателя на холостом ходу. Это позволяет использовать стандартное время работы двигателя на наиболее экономичном его режиме, а, следовательно, минимально сократить его ресурс при проведении профилактических работ.
Процесс промывки и консервации ГВТ двигателя закончен.
Посредством водила 3 установку перемещают к другому двигателю объекта или на место хранения.
Для слива остатков ПКР из бака 4 открывают вентили 12 и 14 и включают насос 13. Вентили 7, 11, 9 при этом закрыты.
Слив ПКР из фильтра 15, шланга 28 и коллектора 25 осуществляют через открытый вентиль 24.
Отработку способа с использованием установки проводили на ГВТ двигателя РД-33МК. В качестве ПКР использовали состав, состоящий из дистиллированной воды и жидкости ZOK-27, приготовленный в концентрации: четыре части дистиллированной воды и одна часть жидкости ZOK-27. Приготовленный ПРК заливали в бак установки. Располагали установку таким образом, что распылительное устройство находилось напротив воздухозаборника двигателя. Включали двигатель и выводили его на режим холостого хода. Включали насос и нагнетатель установки, осуществляя подачу ПКР и воздуха в ГВТ двигателя. Температура ПКР составляла 20°С. Расход ПКР - 25 литров за 20 секунд. Расход воздуха - 15000 куб/час. Давление воздуха - 0,16 МПа. Давление - ПКР на выходе из форсунок - 1,0 МПа. Время обработки при совместной работе насоса и нагнетателя - 20 секунд. Отключали насос. Обработку ГВТ воздухом нагнетателя осуществляли в течение 5 секунд. Отключали нагнетатель. Отключали двигатель. После обработки осуществляли контроль обработанных поверхностей как визуально, так и посредством эндоскопа Т-99-88. На обработанных ПКР поверхностях деталей ГВТ остаточных загрязнений не выявлено.
Предложенный способ позволяет повысить качество промывки и консервации двигателя за счет придания потоку мелкодисперсных камель ПКР большей скорости и, следовательно, большей кинетической энергии, что позволяет улучшить снятие загрязнений со стенок ГВТ авиационного ГТД и лопаток турбины, обеспечивая при этом очистку ГВТ двигателя от оставшейся ПКР и смытых загрязнений.
Предложенная установка обеспечивает выполнение вышеописанного способа промывки и консервации ГВТ ГТД, она проста конструктивно за счет использования одного двигателя для заправки бака, нагнетания ПКР и слива из бака остатков ПКР, удобна в работе за счет вывода на панель гидропульта основного количества вентилей и обеспечения простого регулирования распылителя по высоте.
Предложенные способ и установка позволили осуществить промывку ГВТ авиационного ГТД за один его цикл его прокрутки в режиме холостого хода, что позволяет сохранять ресурс ГТД.