Способ очистки деталей топливных коллекторов газотурбинных двигателей от нагара и углеродных загрязнений



Способ очистки деталей топливных коллекторов газотурбинных двигателей от нагара и углеродных загрязнений
Способ очистки деталей топливных коллекторов газотурбинных двигателей от нагара и углеродных загрязнений

 


Владельцы патента RU 2614441:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)

Изобретение относится к области очистки деталей топливного коллектора газотурбинного двигателя от нагара и углеродных загрязнений. Выдержку деталей осуществляют при температуре от 100 до 150°C в водном растворе щелочи, содержащем от 600 до 800 г/л гидроксида натрия и дополнительно содержащем от 0,5 до 2 г/л нитрата натрия или от 0,2 до 0,5 г/л сульфата натрия, после выдержки в водном растворе щелочи проводят очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты с концентрацией от 50 до 150 г/л при температуре от 80 до 105°C, причем выдержку в водном растворе щелочи, очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты, промывку в воде и продувку сжатым воздухом проводят по меньшей мере два раза. Технический результат - повышение эффективности и снижение длительности очистки деталей топливного коллектора газотурбинного двигателя, а также снижение энергозатрат. 3 ил.

 

Изобретение относится к области очистки изделий от нагара и углеродных загрязнений, в частности очистки топливного коллектора камеры сгорания и форсажной камеры газотурбинного двигателя физико-химическим методом, и может найти применение в авиадвигателестроении, энергетическом машиностроении, судостроении и других отраслях промышленности.

Сокращение времени, затраченного на промывку, разборку, дефектацию двигателя, а также промывку и очистку его узлов и деталей, вместе с повышением качества очищенных поверхностей деталей, является важной технико-экономической задачей. Актуальность разработки эффективной технологии очистки деталей газотурбинных двигателей от нагара и углеродных загрязнений обусловлена необходимостью интенсификации использования двигателей при сокращении удельных расходов на обслуживание и увеличении их ресурса работы.

Известен способ ремонта топливного коллектора газотурбинного двигателя, который заключается в том, что топливный коллектор устанавливают в печь, а очистку осуществляют путем нагрева печи до температуры возгорания коксовых отложений и подачи после нагрева печи до указанной температуры сжатого воздуха во внутреннюю полость топливного коллектора в течение 5-20 мин при давлении 2 кг/см2, после прекращения подачи сжатого воздуха топливный коллектор выдерживают в печи, затем топливный коллектор вынимают из печи и проводят контроль его внутренней полости (RU 2255285 C1, 27.06.2005).

Для осуществления данного способа требуется наличие термического участка, существует вероятность загрязнения окружающей среды продуктами горения в процессе удаления загрязнений, при этом качество очищаемой поверхности недостаточно для проведения ремонта методом пайки.

Также известен способ очистки коллектора с форсунками камеры сгорания газотурбинного двигателя от продуктов коксования топлива. Очистка осуществляется путем последовательной промывки коллектора нагретыми до 80-95°C органическим и двумя неорганическими растворителями (при многократной прокачке в прямом и обратном направлениях) с предварительной продувкой коллектора озонсодержащей смесью для перевода коксовых и асфальтеновых соединений, присутствующих в отложениях, в соединения с более низкой молекулярной массой, обладающие повышенной растворимостью. Завершается процесс промывкой горячей водой, нагретой до температуры 80-90°C, и высушиванием воздухом, нагретым до 100°C (RU 2224126 C1, 20.02.2004).

Недостатки данного способа заключаются в том, что при многократном проведении циклов очистки наблюдается коррозия металла очищаемых поверхностей, применяемые реагенты и оборудование имеют высокую стоимость, причем реагенты являются токсичными.

Наиболее близким аналогом является способ очистки от коксовых отложений и нагара топливного коллектора камеры сгорания и форсажной камеры газотурбинного двигателя физико-химическим методом, который включает выдержку в кипящем растворе при температуре от 120 до 165°C. Раствор содержит щелочь КОН или NaOH или их смесь с концентрацией щелочи в растворе от 600 до 800 г/л. Также он может содержать окислители, например азотнокислые соли щелочных металлов. Промывка в воде и продувка может производиться периодически (RU 2325606 C2, 27.05.2008).

Общая длительность процесса очистки, включая выдержку и остальные стадии, может доходить до 16 часов, в связи с чем данный способ недостаточно эффективен. Также способ не позволяет удалить плотные коксовые отложения в труднодоступных местах во внутренних канавках форсунок коллектора.

Технический результат заявляемого способа заключается в повышении эффективности и снижении длительности очистки деталей топливного коллектора газотурбинного двигателя, а также в снижении энергозатрат.

Указанный технический результат достигается за счет предложенного способа очистки деталей топливного коллектора газотурбинного двигателя от нагара и углеродных загрязнений, включающего выдержку деталей топливного коллектора в водном растворе щелочи, их промывку в воде и продувку сжатым воздухом, при этом выдержку осуществляют при температуре от 100 до 150°C в водном растворе щелочи, содержащем от 600 до 800 г/л гидроксида натрия и дополнительно содержащем от 0,5 до 2 г/л нитрата натрия или от 0,2 до 0,5 г/л сульфата натрия, после выдержки в водном растворе щелочи проводят очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты с концентрацией от 50 до 150 г/л при температуре от 80 до 105°C, причем выдержку в водном растворе щелочи, очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты, промывку в воде и продувку сжатым воздухом проводят по меньшей мере два раза.

В зависимости от размеров и формы топливного коллектора газотурбинного двигателя его детали можно очищать в собранном, в разобранном или же частично собранном виде.

Зависимость степени и времени очистки деталей коллектора от параметров процесса проиллюстрирована на графиках.

На фиг. 1 приведена зависимость степени очистки поверхности деталей коллектора от времени их выдержки и концентрации NaNO3 в водном щелочно-солевом растворе при 150°C и концентрации гидроксида натрия 750 г/л.

Кривая 1 соответствует концентрации NaNO3 - 0,5 г/л, кривая 2 - 1 г/л, кривая 3 - 2 г/л.

На фиг. 2 приведена зависимость степени очистки поверхности деталей коллектора от времени их выдержки и температуры водного щелочно-солевого раствора при концентрации NaNO3 - 1 г/л и гидроксида натрия 750 г/л.

Кривая 4 соответствует температуре выдержки в водном растворе гидроксида натрия и нитрата натрия - 100°C, кривая 5 - 120°C, кривая 6 - 150°C.

На фиг. 3 приведена зависимость степени очистки поверхности деталей коллектора от времени их выдержки и концентрации NaOH в водном щелочном растворе при температуре раствора 120°C и концентрации NaNO3 1,5 г/л.

Кривая 7 соответствует концентрации гидроксида натрия 600 г/л, кривая 8 - 700 г/л, кривая 9 - 800 г/л.

Предлагаемый способ очистки сохраняет в целостности паяные соединения элементов конструкции форсунки ГТД за счет снижения времени воздействия щелочной среды, а также снижения температуры процесса очистки.

Гидроксид натрия (NaOH) и нитрат натрия (NaNO3) были выбраны в качестве компонентов раствора для выдержки деталей коллектора с той целью, что данные вещества и продукты их взаимодействия с загрязнениями образуют растворимые в воде и легко удаляемые соединения и не образуют собственных отложений на деталях коллектора.

Механизм химического взаимодействия щелочи состоит в омылении сложных эфиров, содержащихся в составе продуктов нагара. Роль NaNO3 заключается в разложении плотных коксовых отложений на внутренних стенках каналов форсунок коллектора по схеме:

C+4NaNO3+2NaOH→Na2CO3+4NaNO2+H2O

Применение NaNO3 для разложения коксовых отложений значительно ускоряет процесс очистки деталей коллектора. Так, на фиг. 1 и 2 показано, что процесс очистки коллектора средней степени загрязненности предложенным способом может быть осуществлен за 2-3 стадии с выдержкой в щелочном растворе 30-60 минут. Таким образом, общее время очистки может составлять 2-4 часа - в отличие от способа-прототипа, предусматривающего только выдержку в щелочном растворе в течение 2-10 часов.

Концентрация щелочи и нитрата натрия или сульфата натрия в указанном диапазоне позволяет полностью удалить нагар и углеродные загрязнения, а также поддерживать температуру в пределах указанного диапазона, в том числе из-за выделяющегося в процессе реакции тепла, в течение всей операции очистки. Следовательно, предложенный способ позволяет снизить энергозатраты на подогрев раствора.

При температуре ниже 100°C и концентрациях в растворе щелочи ниже 600 г/л и азотнокислой соли ниже 0,5 г/л невозможно получить полную очистку внутренних полостей коллектора от углеродных загрязнений, в том числе от коксовых отложений, в труднодоступных местах из-за малой активности протекающей реакции омыления.

При высоких температурах процесса и концентрациях щелочи более 800 г/л и соли более 2 г/л могут возникнуть технологические сложности во время остывания ванны с раствором для очистки деталей коллектора, связанные с кристаллизацией гидроксида натрия.

После выдержки детали коллектора в водном щелочно-солевом растворе деталь перемещают в водный раствор ортофосфорной кислоты с концентрацией от 50 до 150 г/л, нагретый до температуры от 80 до 105°C. В процессе взаимодействия остатков щелочно-солевого раствора в полостях коллектора с раствором ортофосфорной кислоты происходит интенсивное отслаивание загрязнений.

При температуре ниже 80°C и концентрации раствора ортофосфорной кислоты ниже 50 г/л не происходит бурного вскипания остатков щелочи в каналах коллектора, что не приводит к отслоению загрязнений.

Обработка деталей коллектора при температуре выше 105°C и концентрации раствора ортофосфорной кислоты выше 150 г/л может привести к растравливанию их поверхности. Таким образом, режимы выдержки в щелочном растворе и очистки в кислотном растворе, а также указанные концентрации данных растворов, обеспечивают повышение эффективности и снижение длительности очистки деталей.

Далее проводят промывку водой для удаления остатков загрязнений. Операция промывки водой нейтрализует остатки реагентов.

Для более эффективного удаления остатков загрязнений промывку желательно проводить горячей водой.

В конце процесса очистки проводится продувка коллектора сжатым воздухом, в процессе которой удаляются отслоившиеся фрагменты нагара и углеродных загрязнений из внутренних полостей трубок и форсунок топливного коллектора.

После очистки топливного коллектора осуществляют контроль форсунок с использованием известных технических средств. Можно определить по известным методикам показатель pH и степень загрязненности дистиллированной воды, пролитой через внутренние каналы форсунок и коллектора.

Повторное проведение всех описанных операций дополнительно повышает эффективность удаления загрязнений, а также снижает продолжительность процесса очистки за счет снижения необходимого времени выдержки в щелочном растворе.

Для реализации способа очистки необходимы две емкости для выдержки топливного коллектора в щелочно-солевом и кислом растворах соответствующего размера, оборудованные защищенными нагревательными элементами, также емкость аналогичного размера с трубопроводом для подачи и удаления воды без нагревательных элементов для осуществления операции промывки коллектора, источник сжатого воздуха с гибким армированным шлангом.

Примеры осуществления.

Пример 1.

Топливный коллектор поместили в емкость, заполненную до уровня, при котором коллектор полностью покрывается водным раствором, содержащим 650 г/л NaOH и 1,5 г/л NaNO3. Емкость накрыли крышкой и подогрели с помощью нагревательных элементов до температуры 120°C. Коллектор выдержали в щелочном растворе в течение 30 мин, затем вынули и переместили в емкость с водным раствором ортофосфорной кислоты с концентрацией 100 г/л. Емкость с кислым раствором также заполнили до уровня, при котором коллектор полностью покрыт раствором, предварительно подогретым до 100°C, и выдерживали коллектор в течение 5 мин. При перемещении коллектора в емкость с раствором кислоты началась бурная химическая реакция, в процессе которой углеродные загрязнения отделялись от поверхности коллектора.

Концентрацию щелочи в растворе и температуру водного щелочно-солевого раствора контролировали при помощи ареометра и ртутного термометра соответственно. При снижении заданной температуры в емкость добавляли необходимое для повышения температуры количество щелочи, а при повышении температуры выше заданной (при увеличении выше установленной концентрации щелочи) в раствор добавляли необходимое количество воды.

Далее коллектор перенесли в емкость с водой для промывки, после чего его продули сжатым воздухом.

Описанный цикл очистки повторяли всего 2 раза.

Затем проводили 2 цикла очистки со следующими параметрами: выдержка в щелочном растворе в течение 2 ч, выдержка в растворе ортофосфорной кислоты в течение 5 минут, промывка, продувка.

Общее время очистки составило 6 часов.

Исследование очищенных поверхностей деталей коллектора методами оптической и растровой микроскопии показало отсутствие углеродных загрязнений, как на внешней поверхности, так и во внутренних каналах.

Пример 2.

Топливный коллектор поместили в емкость, заполненную до уровня, при котором коллектор полностью покрывается водным раствором, содержащим 650 г/л NaOH и 0,5 г/л NaNO3. Емкость накрыли крышкой и подогрели с помощью нагревательных элементов до температуры 120°C. Коллектор выдержали в щелочном растворе в течение 1 ч, затем вынули и переместили в емкость с водным раствором ортофосфорной кислоты 100 г/л. Емкость с кислым раствором также заполнили до уровня, при котором коллектор полностью покрыт раствором, предварительно подогретым до 100°C, и выдерживали коллектор в течение 5 мин.

Концентрацию щелочи в растворе и температуру водного щелочно-солевого раствора контролировали при помощи ареометра и ртутного термометра соответственно. При снижении заданной температуры в емкость добавляли необходимое для повышения температуры количество щелочи, а при повышении температуры выше заданной (при увеличении выше установленной концентрации щелочи) в раствор добавляли необходимое количество воды.

Далее коллектор перенесли в емкость с водой для промывки, после чего его продули сжатым воздухом.

Описанный цикл очистки повторяли всего 2 раза.

Затем проводили 2 цикла очистки со следующими параметрами: выдержка в щелочном растворе в течение 2 ч, выдержка в растворе ортофосфорной кислоты в течение 5 минут, промывка, продувка.

Общее время очистки составило 6 ч.

Пример 3.

Топливный коллектор поместили в емкость, заполненную до уровня, при котором коллектор полностью покрывается водным раствором, содержащим 750 г/л NaOH и 2 г/л NaNO3. Емкость накрыли крышкой и подогрели с помощью нагревательных элементов до температуры 150°C. Коллектор выдержали в щелочном растворе в течение 30 мин, затем вынули и переместили в емкость с водным раствором ортофосфорной кислоты 100 г/л. Емкость с кислым раствором также заполнили до уровня, при котором коллектор полностью покрыт раствором, предварительно подогретым до 105°C, и выдерживали коллектор в течение 5 мин.

Концентрацию щелочи в растворе и температуру водного щелочно-солевого раствора контролировали при помощи ареометра и ртутного термометра соответственно. При снижении заданной температуры в емкость добавляли необходимое для повышения температуры количество щелочи, а при повышении температуры выше заданной (при увеличении выше установленной концентрации щелочи) в раствор добавляли необходимое количество воды.

Далее коллектор перенесли в емкость с водой для промывки, после чего его продули сжатым воздухом.

Описанный цикл очистки повторяли всего 2 раза. Общее время очистки составило 1,5 ч.

Пример 4.

Топливный коллектор поместили в емкость, заполненную до уровня, при котором коллектор полностью покрывается водным раствором, содержащим 800 г/л NaOH и 2 г/л NaNO3. Емкость накрыли крышкой и подогрели с помощью нагревательных элементов до температуры 100°C. Коллектор выдержали в щелочном растворе в течение 30 минут, затем вынули и переместили в емкость с водным раствором ортофосфорной кислоты 100 г/л. Емкость с кислым раствором также заполнили до уровня, при котором коллектор полностью покрыт раствором, предварительно подогретым до 100°C, и выдерживали коллектор в течение 5 мин.

Концентрацию щелочи в растворе и температуру водного щелочно-солевого раствора контролировали при помощи ареометра и ртутного термометра соответственно. При снижении заданной температуры в емкость добавляли необходимое для повышения температуры количество щелочи, а при повышении температуры выше заданной (при увеличении выше установленной концентрации щелочи) в раствор добавляли необходимое количество воды.

Далее коллектор перенесли в емкость с водой для промывки, после чего его продули сжатым воздухом.

Описанный цикл очистки повторяли 2 раза.

Затем проводили два цикла очистки со следующими параметрами: выдержка в щелочном растворе в течение 2 ч, выдержка в растворе ортофосфорной кислоты в течение 5 мин, промывка, продувка.

Общее время очистки составило 6 ч.

Пример 5.

Топливный коллектор поместили в емкость, заполненную до уровня, при котором коллектор полностью покрывается водным раствором, содержащим 650 г/л NaOH и 0,2 г/л NaSO4. Емкость накрыли крышкой и подогрели с помощью нагревательных элементов до температуры 120°C. Коллектор выдержали в щелочном растворе в течение 30 минут, затем вынули и переместили в емкость с водным раствором ортофосфорной кислоты 100 г/л. Емкость с кислым раствором также заполнили до уровня, при котором коллектор полностью покрыт раствором, предварительно подогретым до 100°C, и выдерживали коллектор в течение 5 мин.

Концентрацию щелочи в растворе и температуру водного щелочно-солевого раствора контролировали при помощи ареометра и ртутного термометра соответственно. При снижении заданной температуры в емкость добавляли необходимое для повышения температуры количество щелочи, а при повышении температуры выше заданной (при увеличении выше установленной концентрации щелочи) в раствор добавляли необходимое количество воды.

Далее коллектор перенесли в емкость с водой для промывки, после чего его продули сжатым воздухом.

Описанный цикл очистки повторяли всего 2 раза.

Затем проводили один цикл очистки со следующими параметрами: выдержка в щелочном растворе в течение 2 ч, выдержка в растворе ортофосфорной кислоты в течение 5 минут, промывка, продувка.

Общее время очистки составило 4 ч.

Пример 6.

Топливный коллектор поместили в емкость, заполненную до уровня, при котором коллектор полностью покрывается водным раствором, содержащим 600 г/л NaOH и 0,5 г/л NaSO4. Емкость накрыли крышкой и подогрели с помощью нагревательных элементов до температуры 100°C. Коллектор выдержали в щелочном растворе в течение 30 мин, затем вынули и переместили в емкость с водным раствором ортофосфорной кислоты 100 г/л. Емкость с кислым раствором также заполнили до уровня, при котором коллектор полностью покрыт раствором, предварительно подогретым до 100°C, и выдерживали коллектор в течение 5 мин.

Концентрацию щелочи в растворе и температуру водного щелочно-солевого раствора контролировали при помощи ареометра и ртутного термометра соответственно. При снижении заданной температуры в емкость добавляли необходимое для повышения температуры количество щелочи, а при повышении температуры выше заданной (при увеличении выше установленной концентрации щелочи) в раствор добавляли необходимое количество воды.

Далее коллектор перенесли в емкость с водой для промывки, после чего его продули сжатым воздухом.

Описанный цикл очистки повторяли всего 2 раза.

Затем проводили три цикла очистки со следующими параметрами: выдержка в щелочном растворе в течение 2 ч, выдержка в растворе ортофосфорной кислоты в течение 5 мин, промывка, продувка.

Общее время очистки составило 8 часов.

Таким образом, как показали проведенные опыты, предложенный способ повышает эффективность и снижает длительность очистки деталей топливного коллектора газотурбинного двигателя.

Поскольку диапазон концентраций щелочи и нитрата натрия или сульфата натрия из-за выделяющегося в процессе реакции тепла обеспечивает поддержание температуры раствора в пределах указанного диапазона, предложенный способ также позволяет снизить энергозатраты на подогрев раствора.

Способ очистки деталей топливного коллектора газотурбинного двигателя от нагара и углеродных загрязнений, включающий выдержку деталей топливного коллектора в водном растворе щелочи, их промывку в воде и продувку сжатым воздухом, отличающийся тем, что выдержку осуществляют при температуре от 100 до 150°C в водном растворе щелочи, содержащем от 600 до 800 г/л гидроксида натрия и дополнительно содержащем от 0,5 до 2 г/л нитрата натрия или от 0,2 до 0,5 г/л сульфата натрия, после выдержки в водном растворе щелочи проводят очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты с концентрацией от 50 до 150 г/л при температуре от 80 до 105°C, причем выдержку в водном растворе щелочи, очистку деталей топливного коллектора в растворе ортофосфорной кислоты, промывку в воде и продувку сжатым воздухом проводят по меньшей мере два раза.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания газотурбинного двигателя, содержащая внешний корпус, жаровую трубу и плиту кольцевой формы с установленными на ней форсуночными модулями и топливный коллектор, соединенный с плитой и установленный в воздушной полости перед форсуночной плитой, полость которого соединена с одной стороны с топливопроводом, а с другой топливными каналами с форсуночными модулями, содержащими струйную топливную форсунку и каналы подвода и закрутки воздуха.

Изобретение относится к энергетике. Топливная форсунка 2 для двух видов топлива с внутренней трубой 5 с радиально ориентированными выходными отверстиями для первого вида топлива и с окружающей внутреннюю трубу внешней трубой 6 с ориентированными по оси выходными отверстиями 10 для второго вида топлива.

Турбомашина для летательного аппарата, содержащая вал турбомашины и насосный модуль (100), содержащий конструктивный корпус (9), насосный вал (11), связанный с валом (1) турбомашины, насос (3) питания топливом турбомашины, установленный на упомянутом насосном валу (11) и внутри конструктивного блока (9), и электрическое устройство (5), установленное на упомянутом насосном валу (11) и выполненное с возможностью вращения упомянутого насосного вала (11) для приведения в действие насоса (3) питания или с возможностью быть приведенным во вращение упомянутым насосным валом (11) для электрического питания агрегата (8) турбомашины, при этом электрическое устройство содержит элементы ротора (51), установленные на наружной периферии подвижной части (32) насоса питания, и элементы статора (52), установленные на внутренней периферии конструктивного корпуса.

Изобретение относится к турбомашине, оснащенной камерой сгорания, устройством впрыска топлива в камеру сгорания и средствами подачи топлива в устройство впрыска топлива.

Заявлен способ контроля для контроля фильтра контура питания для питания авиационного двигателя топливом, при этом способ содержит этап определения текущей стадии из множества последовательных стадий полета летательного аппарата, содержащих по меньшей мере стадию, в течение которой забивание фильтра не может быть вызвано льдом, и стадии, в течение которой забивание фильтра может быть вызвано льдом; и в ответ на обнаружение забивания - этап определения типа забивания в зависимости от упомянутой текущей стадии; при этом во время этапа выдачи индикаторного сообщения сообщение, которое выдается, зависит от типа забивания.

Изобретение относится к энергетике. Щелевой инжектор-генератор вихрей, установленный в канале вдоль направления движения высокоэнергетического газового потока.

Изобретение относится к энергетике. Способ управления работой установки внутреннего сгорания с повышением давления, включающий: нахождение скважности импульсов топливной форсунки и частоты циклов сгорания, которые соответствуют заданной рабочей точке нагрузки и заданному коэффициенту заполнения камеры сгорания установки; определение уставки давления подачи топлива, уставки момента впрыска для топливной форсунки и уставки момента зажигания, которые обеспечивают найденную скважность импульсов топливной форсунки и найденную частоту циклов сгорания; и передачу управляющего сигнала давления подачи топлива, содержащего уставку давления подачи топлива, в устройство обеспечения давления топлива, управляющего сигнала топливной форсунки, содержащего уставку момента впрыска топлива, в топливную форсунку и управляющего сигнала момента зажигания, содержащего уставку момента зажигания, в узел зажигания установки.

Изобретение относится к энергетике. Система для генерирования энергии содержит компрессор, теплообменник и ионопроницаемую мембрану.

Изобретение относится к энергетике. Камера сгорания для газовой турбины, содержащая предкамеру, имеющую центральную ось, и завихритель, который установлен на предкамере.

Изобретение относится к энергетике. В системе и способе для утилизации энергии из факельных газов в химических установках и нефтеперерабатывающих заводах используется двигатель для сжигания части газа, отведенного из факельной системы.
Наверх