超声波清洗法在直升机发动机定检中的应用

张世伟，黄占亭，吕阳阳

(61769部队，山西 文水 032100)

超声波清洗法在直升机发动机定检中的应用

张世伟，黄占亭，吕阳阳

(61769部队，山西 文水 032100)

滑油滤、燃油滤以及空气滤被喻为发动机的“保护神”，在直升机发动机定检时进行清洗检查是必不可少的环节。分析了油滤、气滤清洗的重要性。为解决传统清洗方法清洗孔隙难、洁净度差、效率低等问题，将超声波清洗技术用于油滤、气滤等部附件的清洗中。通过实际保障单位在直升机发动机定检中的应用，证明超声波清洗技术提高了滤芯的清洁度，并且在经济效益和生态环境方面都优于其他清洗方法，适用于直升机发动机定检中部附件的清洗工作。

滤芯； 超声波清洗 ； 直升机发动机定检

0 引言

发动机的定期维修一般应完成计划常规类检修、计划非常规类检修和定检中对缺陷或者故障附加工作的处理等三类工作。在计划常规类检修中，滑油滤、燃油滤、空气滤以及发动机空气管接头的清洗检查是必不可少的工作，滑油滤、燃油滤以及空气滤简称为发动机的“三滤”。 清洗三滤的作用,一方面是保证滤芯的洁净，防止因堵塞而影响系统正常工作；另一方面是便于目视检查有无破损、变形等，避免造成渗漏而影响过滤效果。所以三滤清洗要求无油污、无尘埃、无杂质等。

随着工程技术的不断发展，各类滤芯的过滤能力向微米级提升，传统的手工清洗方法清洗不干净且费时费力，已不能满足微米级滤芯的清洗需求。因此，本文针对直升机发动机各类滤芯的超声波清洗技术的应用展开研究。

1 超声波清洗原理及特点

1.1超声波清洗的原理

超声波是一种波，波就有波峰与波谷。在波谷处形成微气泡而在波峰处气泡破裂，瞬间释放能量。在理论上，其瞬间温度与瞬间压力分别高达上千摄氏度和几百至几千大气压[1]。这种超声波空化所产生的巨大压力能破坏不溶性污物，使他们分化于溶液中。蒸汽型空化对污垢的反复直接冲击，一方面破坏污物与清洗件表面的吸附，另一方面能引起污物层的疲劳破坏而被驳离，气体型气泡的振动对固体表面进行擦洗，污层一旦有缝可钻，气泡立即“钻入”振动使污层脱落。由于空化作用，两种液体在界面迅速分散而乳化，超声波在清洗液中传播时会产生正负交变的声压，形成射流，冲击清洗件[2]。所有这些作用，能够破坏污物，除去或削弱边界污层，增加搅拌、扩散作用，加速可溶性污物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。超声波的清洗作用主要包括超声波本身具有的能量作用，空穴破环时释放的能量作用以及超声波对媒液的搅拌流动作用等[3]。

1)超声波的能量作用

超声波具有很高的能量，它在传媒液体中传播时，把能量传递给传媒质点，传媒质点再将能量传递到清洗对象物表面并造成污垢解离分散，在声波传播过程中，传媒质点获得一定的动能和一定的加速度。质点振动加速度αm大小符合下列公式：

式中，ρ为媒质密度；c为声波在媒质中的传播速度；f为超声波频率；I为超声波强度或输出的功率密度(W/cm2)。超声波传递给传媒质点的能量是与超声波频率和输出功率密度成正比的，在相距半波长的两点处，振动周相相反，即一点的加速度达到极大值时，另一点就达到负的加速度极大值，对于半波长为1mm的高频超声波，在这么小的距离中就要出现方向相反的相当于重力加速度数百万倍的加速度变化以及成千大气压的声压压强的变化，因此高频超声波的能量作用是异常巨大的。

2)空穴破坏时释放的能量作用

超声波以正压和负压重复交替变化的方式向前传播，负压时在媒体中造成微小的真空洞穴，这时溶解在媒液中的气体会快速进入空穴形成气泡，而在正压阶段，空穴气泡被绝热压缩，最后被压破，破裂瞬间会对空穴周围的液体或固体产生上千个大气压的高压冲击，这种巨大的能量能把物体表面的污垢薄膜击破而达到去污的目的。空穴破裂时产生的高压符合以下公式：

式中，p为空穴界面压力；P0为标准大气压；r0为空穴最初半径；r为破裂前最大半径。

1.2超声波清洗的特点

超声波通过在液体中的空化乳化作用以及振动摩擦作用对清洗件表面进行清洗，原理独特，效果明显，主要有以下特点[4]：

1)精度高，适用性强

超声波振动在清洗液中所引起的振动速度，能够在很大程度上促使表面上的污染物受到持续的冲击。所以，从整体上看，只要是液体能够达到的部位都具有一定的清洗作用，例如，在滤芯表面的空穴、狭缝和深孔都能够得到清洗。

2)速度快，效率高

超声波清洗相对于常规清洗方法在除污、除垢方面要快得多。对于油滤这种小型部附件，一次可以清洗多件，装配件无需拆卸也可清洗，既节省了装配时间，又缩短了清洗时间，生产效率大大提高。

3)环保绿色，洁净度高

超声波的振动和乳化作用能够除去和加速溶解污染物，强化清洁剂的清洁作用，甚至能够不依赖清洁剂的清洁作用，可直接使用蒸馏水达到一定的效果。因此可以减少清洁剂的使用，尤其是传统清洗方法中各种洗涤油料的使用，既提高了经济效益，又保护了环境。

2 超声波清洗滤芯

2.1超声波清洗装置

超声波清洗装置[5]主要由电源、电磁振荡器、超声换能器、清洗槽和清洗液五部分组成，如图1所示。由图可以看出，本超声波清洗装置选用的是喇叭状换能器，它起直棒状的换能器，它的换能效率更高，且对不锈钢板表面空化腐蚀小，清洗槽的寿命更长。

2.2超声波清洗检查流程：

滤芯等部附件→超声波清洗→超声波漂洗→无水乙醇脱水→洁净高压空气吹干→检查滤芯等部附件。具体清洗参数设置如表1所示。

表1 超声波清洗基本参数

1)超声波清洗：清洗槽底部装喇叭形换能器，超声波发生器，外部接电磁振荡器，选择频率为28kHz，功率3kw，清洗液温度设置为50～70℃,进行超声波清洗。

2)超声波漂洗:使用50～70℃热水对油滤进行超声波漂洗，去除剩余油污及清洗液。

3)无水乙醇脱水:使附着在油滤空隙及表面的水珠大部分去掉，为下一步吹干节约时间，提高金属表面的光亮度，便于后面进行目视检查。

4)高压冷空气吹干：通过冷气瓶供气，对油滤进行全角度吹干，防止有残留水珠进入系统影响发动机工作稳定性。

2.3超声波清洗效果检查

超声波清洗后，滤芯表面洁净无污物，金属网孔无残留金属屑，目视检查效果好。而手工清洗后的滤芯滤网表面有残留油污，网孔有金属屑，需要反复清洗，甚至需要用镊子之类的工具才能将金属屑取出来，费时费力，且容易人为破坏网孔。在清洗现场，通过目视观察以及用干净不起毛的布对清洗对象表面擦拭，根据布脏的情况进行简易定性判断。图2、图3是两种方法的清洗效果对比图。

通过以上两种方法的清洗试验直接对比，可以发现超声波清洗的效果更好。另外，经手工清洗和超声波清洗后的油滤重新安装在发动机上进行定期追踪检测，具体检测数据见表2。

表2 发动机燃油滤入口压力检测

通过以上监测可以发现，随着时间的增长，手工清洗后的油滤入口压力相对超声波清洗的油滤要增长得快，即油滤堵塞得快。通过以上比较可见，超声波清洗技术的优势更加明显。

3 结语

超声波清洗技术适用于现代高精密、高清洁度产品发展的要求，必将得到普遍应用。此项技术在航空维修领域的使用较晚，但可以肯定，超声波清洗技术在直升机发动机部附件清洗中将发挥越来越重要的作用。通过这项研究，也发现了一些不足，如：与传统清洗方式相比，使用便捷性还有待提高，尤其是在快速机动维修方面亟待研究开发。

[1] 周雅文，徐宝财， 韩 富．中国工业清洗技术应用现状与发展趋势[J]．中国洗涤用品工业，2010( 01) : 33-36．

[2] 陈思忠．超声波清洗技术与发展[J]．清洗技术，2004(02) : 7-12．

[3] 梁治齐．实用清洗技术手册[M]．北京：化学工业出版社，2005．

[4] 李丙才，傅建青，蒋铭潮．超声波清洗机的自动化控制[J]．设计与研究，2008(6):52-53 ．

[5] 王江山，宫传伟，王宪锋．超声波清洗机在清洗装滚子的塑料盒中应用[J]．清洗技术，2004(10) : 26-28．

ApplicationofUltrasonicCleaninginHelicopterEnginePeriodicalInspection

ZHANG Shiwei，HUANG Zhanting，LV Yangyang

(61769 PLA Army ，Wenshui 032100，China)

Lubricating oil filters, fuel filters and air filters are referred to as the “protection gods” of the engine. Cleaning and checking the helicopter engine during its scheduled inspection is an essential part. The importance of oil filtration and gas filtration cleaning was analyzed. In order to solve the problems of difficult cleaning, poor cleanness and low efficiency of traditional cleaning methods, ultrasonic cleaning technology was used in the cleaning of oil, gas and filter parts. Through the actual security units in the helicopter engine application test, proved that ultrasonic cleaning technology to improve the cleanliness of the filter, and was superior in both economic and environmental aspects of other cleaning methods applied to helicopter engine set cleaning central accessories inspection.

filter; ultrasonic cleaning; helicopter engine periodical inspection

2017-09-18

张世伟(1985-)，男，汉族，山西忻州人，机械助理工程师，在读硕士研究生，研究方向：计算机数控技术及工业设备自动化

1673-1220(2017)04-046-03

V267+.23; TB559

A