蔣明

摘要：隨著我國的科技不斷的發(fā)展與社會不斷的進步，以往傳統(tǒng)的油濾清洗技術(shù)已逐漸不滿足于國家和社會的需求，所以超聲波技術(shù)逐漸進入人們的視線，其中超聲波清洗技術(shù)逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的新型工業(yè)技術(shù)，超聲波清洗技術(shù)應用于石油化工行業(yè)及航空技術(shù)領(lǐng)域的過濾器濾芯清洗有明顯優(yōu)勢。本文針對于此，對我國現(xiàn)在的超聲波清洗油濾技術(shù)進行了考察與分析，并對基于航空領(lǐng)域的超聲波油濾清洗技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展提出了一些自己的想法與見解。

關(guān)鍵詞：超聲波清洗技術(shù);油濾;航空領(lǐng)域

飛機濾芯在航空航天的技術(shù)設(shè)備種起著至關(guān)重要的作用，濾芯外層以不銹鋼材料編制空隙網(wǎng)狀然而近年來為提高經(jīng)濟效益，各煉油企業(yè)逐漸加大了重質(zhì)、劣質(zhì)原油的摻煉比例，其殘?zhí)恐怠⒔狗?、瀝青質(zhì)等比例高隔層，及內(nèi)置燒結(jié)氈。通過阻礙油液中固體顆粒穿透的方式，濾除油液雜質(zhì)。，這類雜質(zhì)不斷粘附在濾芯表面及夾層中，使得壓差過高，過濾器開啟自動反沖洗，但隨著自動反沖洗頻率增加，濾芯在不斷變化的壓力作用下，各濾網(wǎng)層間會產(chǎn)生細微的變形，部分固體顆粒被嵌附在濾網(wǎng)層間，無法隨著反沖洗液排出過濾器，進而堵塞濾芯孔隙，導致過濾面積不斷減少，堵塞濾芯，導致其喪失過濾效果，需對過濾器拆卸清洗濾芯使其恢復過濾效果。所以，快捷有效的飛機濾芯清洗技術(shù)的發(fā)展迫在眉睫，其對航空航天領(lǐng)域的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

一.超聲波清洗技術(shù)現(xiàn)狀

超聲波技術(shù)是從二十世紀三十年代發(fā)展起來的一種新興技術(shù)，具有多領(lǐng)域的研究價值，越來越受到世界各國科研工作者的重視，并且在各國的努力研究下，該技術(shù)迅速發(fā)展，不斷的被應用于新的領(lǐng)域，取得了較為理想的應用效果。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，對超聲波清洗技術(shù)研究的不斷深入，超聲波清洗機現(xiàn)在已經(jīng)滲入：工作、生產(chǎn)和日常生活的方方面面。超聲波清洗技術(shù)遠超其他清洗技術(shù)所能達到的清洗效果。 [4]。

超聲波是一種頻率高于20000Hz的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在液體中傳播距離遠，超聲波利用其在液體中的空化作用： 當聲壓達到一定值時，液體中的某一區(qū)域會形成局部的暫時的負壓區(qū)，此時無數(shù)氣泡快速形成并迅速內(nèi)爆產(chǎn)生沖擊波，使污物層被分散、乳化、剝離而達到清洗目的。人們正是運用這一原理研制出超聲波清洗技術(shù)廣泛應用于醫(yī)學、軍事、工業(yè)等行業(yè)中，如金銀首飾、珠寶玉器等光學玻璃，金銀珠寶的清洗;手術(shù)器具、牙科用鉆、搪孔器等醫(yī)用器具的清洗;半導體管的殼座、IC的殼座、晶體的殼座、繼電器的殼座等電子零件清洗;齒輪、曲軸乃至齒輪箱等精密機械零件的清洗。

二.飛機濾芯清洗技術(shù)分析

針對濾芯特殊的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)飛機濾芯清洗工藝清洗效率低、清洗效果差、干燥不徹底以及安全性低的缺點，本文提出以使用非水基溶液作為清洗液的超聲清洗對飛機濾芯進行清洗的工藝技術(shù)。并對其進行闡述和論證。其主要工藝流程如圖1所示，清洗工藝流程為：機械手自動上料→第一超聲旋轉(zhuǎn)清洗工位粗洗→第二超聲旋轉(zhuǎn)清洗工位精洗→氣相清洗及真空干燥→機械手自動下料。

2.1.1碳氫溶劑清洗液探討

根據(jù)溶劑類型的不同，可以將清洗劑分為以水作為溶劑的水基型清洗劑和以碳氫化合物（烴類）及其他有機物質(zhì)為溶劑的溶劑型清洗劑。水基型清洗劑在日常生活、早期的工業(yè)生產(chǎn)以及精密、超精密工業(yè)生產(chǎn)中較為常見。

水基清洗是以水為主體，在水中添加各種化學溶質(zhì)如酸、堿之類，以減小水的表面張力，提高清洗效果。在精密、超精密生產(chǎn)中一般要求使用電阻率≥10M2/cm純凈水進行清洗。但是，水基清洗工序較多，干燥時間長或難以徹底干燥，效率低，運行成本高，不適合濾芯的清洗。清洗過后廢液的回收處理也是一個大問題，不經(jīng)過處理的廢液隨意排放會引起嚴重的水資源和土地資源的污染，對廢液進行回收處理則會帶來成本的增加。同時隨著水資源的日益減少，相關(guān)政策對環(huán)保要求的不斷提高，水基清洗在工業(yè)生產(chǎn)中的使用越來越少。

溶劑型清洗劑是指使用不溶于水的有機物質(zhì)作為溶劑的清洗劑，主要有石油.類碳氫化合物（烴類）、氯代烴、氟代烴等。20世紀80年代之前，氟利昂（CFC）和三氯乙烷（TCA）是清洗效果最好、應用范圍最廣的有機溶劑型清洗劑，具有惰性強，液體表面張力小，容易徹底干燥，不易燃安全性好，KB值（貝殼松脂丁醇值）低等優(yōu)點。但是CFC和TCA屬于消耗臭氧層物質(zhì)（ODS），根據(jù)1985年通過的保護臭氧層維也納公約，這些ODS型物質(zhì)被禁止使用。因此，近些年世界清洗行業(yè)積極尋找替代的清洗劑，日本首先發(fā)現(xiàn)了碳氫溶劑強大的清洗效果，并開發(fā)了相應的清洗工藝和商品化的清洗設(shè)備。

基于傳統(tǒng)濾芯清洗使用清洗劑的不足，并對多種清洗劑進行對比分析，本文選擇用了碳氫溶劑作為清洗劑。碳氫溶劑是有一種可替代CFC和TCA的新型環(huán)保清洗劑，其清洗效果與CFC和TCA相當。本文采用某公司生產(chǎn)的MD-100型碳氫清洗劑，其具有以下優(yōu)點：不破壞臭氧層（非ODS），表面張力和粘度小，滲透性好，清洗能力強，具有輕微碳氫溶劑味，毒性小，廢液處理容易，可再生利用，綜合成本較低。

2.1.2 航空燃油RP-3作為清洗液探討

從實際情況來看，航空煤油在接近臨界點或者超過臨界點的情況下，其物態(tài)隨著環(huán)境溫度以及壓力的變化而逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變，目前還沒有一個較為簡潔的方法進行計算。由于RP-3航空煤油超臨界狀態(tài)下流體與氣體具有相似性，在溫度條件足夠的情況下，在達到聲速狀態(tài)下，其并不會發(fā)生凝結(jié)，基于這種實際情況，在進行RP-3 航空煤油超臨界態(tài)燃料流量測定的過程之中，可以利用聲速流量計進行測定。為了確保測定結(jié)果的準確性與簡潔性，可以采取廣義對應狀態(tài)法對超臨界態(tài)燃料流量進行分析，實現(xiàn)熱物性參數(shù)的全面系統(tǒng)呈現(xiàn)。廣義對應狀態(tài)法則下，RP-3航空煤油超臨界態(tài)燃料流量的分析模型如下：

Δh=h0-h1=1/2

在這一-數(shù)學模型之中，u1 表示RP-3航空煤油的流動速度，在馬赫數(shù)Mal=u1 /al，前提下，如果馬赫數(shù)不為1，在溫度持續(xù)降低的情況下，馬赫數(shù)可以達到1。在這種情況下，技術(shù)人員可以對超臨界態(tài)燃料流量進行科學的測定（0）

通過對RP-3 航空煤油熱力學特征及超臨界態(tài)燃料流量的分析，發(fā)現(xiàn)RP-3航空煤油具有良好的熱力學特征，其在熱物性方面與碳氫燃料具有一致性，完全可以作為替代燃料，應用于航空領(lǐng)域，滿足超沖壓發(fā)動機對于航空煤油的使用訴求，在保證使用效果的前提下，減少使用成本，增強實用性。超聲波空化氣泡（后文中提到）破裂的過程中，氣泡溫度從上升到恢復過程僅有幾納秒，氣泡破裂的半徑不到1μm，其微觀的瞬時性不會引起油液自然等安全問題，因此燃油也可以作為一種清洗劑。

2.2超聲波清洗技術(shù)

（1）超聲清洗頻率的選擇

超聲清洗主要是利用超聲波的空化效應?？栈獣谟鸵褐挟a(chǎn)生氣泡，氣泡破裂時會產(chǎn)生局部的瞬時高溫高壓，作用于工件時會對附著于工件.上的污染物產(chǎn)生沖擊，當沖擊效果疊加到一-定的程度時就會將污染物與工件分離，達到清洗的效果。超聲波的空化效果與許多因素有關(guān)，如超聲波的清洗頻率、清洗液的濃度及清洗液中的空氣含量等[24]。不同頻率的超聲波產(chǎn)生的空化效應的特點不同，其所應用的清洗對象也不相同。因此需要根據(jù)清洗對象的結(jié)構(gòu)特點選擇合理的超聲波清洗頻率。

低頻率的超聲波具有較強的空化效應，產(chǎn)生的空化氣泡較大，但是氣泡數(shù)量較少，氣泡破裂時產(chǎn)生的沖擊力較強。因此選擇低頻率超聲波用于清洗顆粒較大的污染物。高頻率的超聲波具有較強的穿透力，空化效應較弱，產(chǎn)生的空化氣泡較小，氣泡數(shù)量較多。因此選擇高頻率超聲波用于清洗位于微孔、盲孔及縫隙中顆粒較小的污染物。根據(jù)飛機濾芯過濾網(wǎng)的機構(gòu)和過濾機理，以及飛機油液中污染物的特點，可知飛機濾芯中既有較大顆粒狀的污染物，又有吸附于濾孔中顆粒較小的微粒。在使用超聲波清洗飛機濾芯時，需要使用低頻和高頻的超聲波分別對這些污染物進行清理。

粘附在濾芯上的污染物顆粒與濾芯之間會產(chǎn)生粘附力，在清洗這些污染物時，清洗工藝所提供的去除力必須大于污染物與濾芯之間的粘附力。表2列出了在以水為清洗液，40kHz的超聲波清洗頻率的條件下，不同顆粒大小產(chǎn)生的粘附力與超聲波提供的去除力。從表中可以看出，對于1μm大小的顆粒，其與濾芯之間的最大粘附力約為1.083x10-8N[25]。40kHz的超聲波清洗頻率可以去除顆粒直徑在0.1μm以上的污染物。

設(shè)定粗洗工藝為：使用低頻率的超聲波清洗顆粒較大的污染物。精洗工藝為：使用高頻率的超聲波清洗位于濾芯濾孔深處顆粒較小的污染物。根據(jù)以往的清洗經(jīng)驗及工程實際要求，在此選擇低頻為28kHz，高頻為40kHz的超聲波頻率作為實際的粗洗和精清的超聲波頻率，功率應為0.5-0.7W/cm2。

（2）真空超聲清洗

濾芯的內(nèi)表面直接連接著對油液清潔度要求較高的動力系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等部分。因此，在清洗濾芯的過程中要保證濾芯內(nèi)表面不被清洗液中的雜質(zhì)污染，需要在濾芯的出口處增加相應的密封結(jié)構(gòu)對濾芯進行密封。

①此外，在對濾芯進行超聲波清洗的過程中，需要對清洗槽進行抽真空的操作，配合濾芯出口處的密封結(jié)構(gòu)具有以下3個優(yōu)點：抽真空時，在濾芯的外部形成低壓的空間，此時Pa>P外濾芯內(nèi)部的空氣在壓力的作用下逃逸到濾芯外部并被抽離;同時外部的清洗液迅速填滿濾芯，保證了超聲波的清洗效果。此外，抽真空也可以將濾芯過濾網(wǎng)的微孔及縫隙中的氣泡抽走，使清洗液和濾芯的接觸更充分，提高清洗效果。

②提高超聲波的空化效果。將兩個相同的鋁箔分別放入超聲波清洗機中，其中一臺清洗機進行抽真空操作，另一臺不抽真空。實驗結(jié)果顯示，抽真空的鋁箔在超聲波的作用下很快出現(xiàn)裂紋和孔洞，而另一張鋁箔則無明顯變化。

③在壓差的作用下，濾芯內(nèi)部的空氣經(jīng)由濾孔排到濾芯之外，在排氣的過程中將堵塞濾芯的污染物顆粒吹出濾網(wǎng)，配合超聲波的空化效果，清洗的更加徹底。

2.3真空干燥

由于制成濾芯過濾網(wǎng)材料的結(jié)構(gòu)特點，過濾網(wǎng)上存在較多的微孔，狹縫及盲孔，這些結(jié)構(gòu)特征在對濾芯清洗時會積攢清洗液，在清洗完成后需要對積攢的這些洗衣液進行去除。傳統(tǒng)的濾芯清洗工藝的干燥手段是使用干熱風吹技術(shù)對濾芯進行干燥，這種干燥方式干燥時間長，干燥效果差，干燥效率低，而且對于上述位置積攢的清洗液很難徹底清理干凈。當這些沒有徹底干燥的濾芯再次使用時，其中殘留的清洗液就可能引起油液的污染，對飛機的液壓系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)等帶來不利影響，也會對飛機的平穩(wěn)運行帶來不利的影響。本文為了解決這傳統(tǒng)清洗工藝干燥不徹底的問題，提出了在對濾芯進行干燥時，采用真空干燥技術(shù)，對濾芯進行徹底的干燥，大幅提高分濾芯的干燥效果和效率。

真空干燥是指在對濾芯進行干燥時，利用蒸餾機將清洗液化為蒸汽，然后利用清洗液蒸汽對濾芯進行加熱，同時對干燥槽進行抽真空的操作，來對濾芯進行干燥。抽真空造成的低壓環(huán)境可以大幅降低清洗液的沸點，清洗液更容易轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀嗝撾x濾芯，可以使濾芯干燥的更加徹底。

三.結(jié)束語

目前國內(nèi)清洗飛機上液壓、燃油及潤滑油濾芯的工藝大多使用人工或半自動化的浸泡超聲波清洗，存在自動化程度低，清洗效果差，效率較低及清洗成本高等問題。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人力勞動正一步步被機械化所取代，自動化、智能化、無人化等技術(shù)發(fā)展日新月異，應用領(lǐng)域不斷拓展。在飛機濾芯清洗中，以碳氫溶劑清洗液為介質(zhì)，利用超聲波清洗技術(shù)進行清洗，最后再進行真空干燥，可以使飛機濾芯清洗的更加徹底，提高了飛機濾芯的重復使用率。建議相關(guān)企業(yè)加快推動該超聲波清洗技術(shù)在飛機油濾清洗中的應用，以降低清洗成本，提高清洗效率，消除安全隱患。

參考文獻：

[1]張浩;."超聲波清洗技術(shù)在鐵路油罐車清洗中的應用可行性分析."石油商技 .（2017）：62-65.Print.