CN116256176B - 一种可应用于发动机换热通道内部的积碳无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可应用于发动机换热通道内部的积碳无损检测方法，所述方法包括：将液态显影剂加入发动机冷却通道内，其后进行通道密封，通过X射线成像设备对填充有显影剂的发动机冷却通道进行扫描成像，根据成像图像确定发动机冷却通道的积碳检测结果。本发明可通过无损的检测方式得到准确的通道内积碳轮廓和堵塞情况，极大地提高了检测效率，降低了发动机系统的维护和修理成本。
Description
技术领域
本发明涉及积碳检测方法的技术领域。
背景技术
航空煤油等碳氢化合物燃料兼具物理吸热以及化学裂解吸热的优良特性，不仅可以作为先进的航空航天飞行器的燃料，还可以作为冷却剂，对飞行器发动机及相关系统的高温受热部件进行主动冷却。一般在高温受热部件内部设置的大量直径约2-4mm的毫米级换热通道组成了飞行器的热量主动冷却再回收系统。将碳氢燃料作为冷却剂泵入换热通道进行流动吸热后，可实现对飞行器发动机高温受热结构的有效换热冷却。然而，换热通道内的燃料吸热升温后会出现燃料的裂解结焦现象，其产生的焦炭附着在管道内壁，严重时会导致通道堵塞，造成发动机局部过热甚至压力过载等情况，进一步造成整个发动机系统损毁等严重事故。因此，无论是在装备研发过程中还是其投入使用后，对换热通道的积碳情况进行准确检测，对评价发动机系统能否安全运行都十分重要。但由于换热通道直径微小、结构紧凑，且一体化封装于受热部件壁面内部，难以使用常规破坏性检测如剖切、切割等，需要进一步开发针对此类发动机受热部件换热通道积碳的无损检测方法。
现有技术中的一些常见的无损积碳检测方法包括X射线成像检测和中子辐射照相检测。其中，X射线成像检测使用的X射线是一种波长极短、能量巨大的电磁波，其穿透力与被检测的物质密度有关，密度大的物质对X射线的吸收多，透过少，密度小则吸收少，透过多，利用这种差别吸收的性质可以将密度不同的物质进行区分开来。但因X射线穿透性过强，碳层对X射线的吸收率极低，即使通过算法对所得的X射线成像图像进行像素增强处理，仍然无法获得清晰的积碳轮廓；中子辐射照相检测所用中子射线在通过轻氢化合物时会明显衰减，但在穿过金属时不会衰减，因此其多用于检查轻氢化合物在金属物体中的分布，在将其用于积碳检测时，可以成功获得积碳轮廓，但该技术需要核反应堆产生热中子束，过程复杂，检测成本极其高昂，实施及安全保障难度极大，对检测后被测物件所携带的辐射性处理困难。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的积碳无损检测方法，其通过特定的显影剂和调节显影剂表面张力方法，经X射线成像检测，可获得清晰的发动机受热部件毫米级换热管道内积碳的轮廓成像特性，解决了现有的积碳无损检测中，X射线成像模糊，中子辐射技术安全性低、成本高、被测件难以重复使用的缺陷。
本发明的技术方案如下：
一种可应用于发动机换热通道内部的积碳无损检测方法，其包括：
获得用于发动机换热通道内积碳轮廓造影的液态显影剂；
在隔绝空气的条件下，将所述显影剂泵入发动机换热通道，至其完全填充发动机换热通道后停止，其后对显影剂的注入口和出口进行密封，得到填充完成的发动机换热通道；
通过X射线成像设备对所述填充完成的发动机换热通道进行扫描成像，根据成像图像确定发动机换热通道的积碳检测结果；
其中，所述显影剂选自常温液态金属。
根据本发明的一些优选实施方式，所述积碳无损检测方法还包括：在所述显影剂泵入发动机换热通道前，对所述显影剂先进行表面张力处理，所述表面张力处理包括：向所述发动机换热通道内泵入氢氧化钠的水溶液。
该优选实施方式可降低液态金属的表面张力，使液态金属更好地浸润在积碳表面，达到更佳的成像效果。
更优选的，所述氢氧化钠的水溶液的浓度为0.5～1mol/L。
根据本发明的一些优选实施方式，所述积碳无损检测方法还包括：在完成所述扫描成像后，打开所述显影剂的注入口和出口，通过惰性气体吹扫，将所述发动机换热通道内的显影剂排出，其后使用燃料对发动机换热通道进行清洗，至显影剂排出完全。
根据本发明的一些优选实施方式，所述积碳无损检测方法还包括：在将所述显影剂泵入所述发动机换热通道之前，通过惰性气体先对所述发动机换热通道进行吹扫。
根据本发明的一些优选实施方式，所述显影剂选自镓铟锡合金。
该优选实施方式所选显影剂镓铟锡合金的熔点为3℃，在室温下可保持液态。
根据本发明的一些优选实施方式，隔绝空气的方式为：向所述发动机换热通道通入惰性气体，隔绝空气。
该优选实施方式可充分防止液态金属的氧化。
根据本发明的一些优选实施方式，所述填充完成的发动机换热通道的实现过程包括：先对发动机换热通道进行惰性气体吹扫，再注入氢氧化钠的水溶液至充满发动机换热通道，其后自位于发动机换热通道低位端一侧的显影剂的注入口将所述显影剂泵入，该过程中维持所述显影剂的温度在熔点以上，待所述显影剂进入发动机换热通道内、并有少量从位于发动机换热通道另一侧的显影剂出口溢出后，停止填充显影剂，将所述显影剂的注入口和所述显影剂出口关闭，并进行密封处理，得到所述填充完成的发动机换热通道。
根据本发明的一些优选实施方式，所述惰性气体选自氩。
根据本发明的一些优选实施方式，所述X射线成像设备选自工业DR成像系统和/或工业CT成像系统。
根据本发明的一些优选实施方式，所述密封通过堵头密封实现。
本发明基于X射线的透射原理，利用液态显影剂和积碳对X射线吸收强度的差异，通过X射线扫描获得积碳与显影剂明暗度显著差异的成像，在不损坏通道结构和原有积碳状态的情况下，得到准确的可视化检测结果，解决了对发动机毫米级换热通道内积碳、堵塞情况进行可视化检测的难题，极大地提高了换热管道积碳检测的精准性和检测效率，降低了发动机相关系统的维护和修理成本。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中进行积碳无损检测的发动机换热通道道的立体结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中发动机换热通道积碳无损检测后的显影示意图。
图3为本发明实施例中用于进行积碳无损检测的毫米级换热通道加工件的实物图像。
图4为本发明实施例中毫米级换热通道内部碳颗粒成像结果。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
参照附图1-2，本发明的积碳无损检测方法应用于发动机冷却通道的积碳检测上的一些具体实施方式包括以下步骤：
步骤一：获得用于发动机冷却通道内积碳轮廓造影的液态显影剂。
在更具体的一种实施方式中，所述显影剂选择为液态金属如常温液态金属镓铟锡合金。
该金属镓铟锡合金的熔点为3℃，将金属镓铟锡合金置于室温下，其仍能保持液体状态。
步骤二：进行表面张力调节及显影剂注射。
其更具体的一种实施方式如：首先对附图1中发动机受热部件的毫米级换热通道T内进行惰性气体如氩气(Ar)吹扫，考虑到常温液态金属镓铟锡合金具有较大的表面张力，在积碳表面的润湿性可能不是特别好，可优选使用氢氧化钠水溶液先对换热通道内进行填充处理，利用氢氧化钠水溶液降低液态金属表面张力的特性，以便液态金属更好地浸润在积碳表面，氢氧化钠水溶液的浓度优选为0.5～1mol/L，更优选为1mol/L，其后自毫米级换热通道的显影剂注入口1(低位端)先泵入足量氢氧化钠溶液至充满换热通道T。
然后将足量的显影剂X如液态金属镓铟锡合金泵入，该过程中维持显影剂X温度在熔点3℃以上，保持室温即可，确保其以液态从分配槽A处顺利进入换热通道T，以及方便显影剂X经汇流槽B汇流后排出；待显影剂X进入换热通道内、并有少量显影剂从出口2(高位口)处溢出后，则认为显影剂X已完全填充管内除积碳以外的剩余空间，停止填充显影剂；显影剂X填充停止后，将注入口1和出口2的截止阀V1和V2关闭，并对出入口管道都进行接头堵头密封处理。
步骤三：对完成显影剂填充的发动机换热通道进行数字化X射线成像。
在一些具体实施方式中，若换热通道为平直结构，所述数字化X射线成像可选用工业DR成像系统，若换热通道为复杂结构，可优选工业CT成像系统。
其更具体的一种实施方式如，对填充有显影剂且密封完好的发动机换热通道进行数字化X射线扫描成像，可得到如附图2所示的显影示意图，如图H处图像显示明亮部分为积碳，图像显示阴暗X处为显影剂，图像显示阴暗W处为换热通道壁面，由此可清晰地看到管道内积碳的轮廓。
步骤四：进行显影剂排出。
其更具体的一种实施方式如：打开显影剂注入口1和其出口2阀门以及密封堵头，其后使用惰性气体吹扫，将通道内的显影剂吹出，其后使用燃料如煤油对通道进行清洗，将显影剂完全排出。
优选的，为保证显影剂完全排出，可对换热通道再次进行X射线扫描，观察管内是否有显影剂残留，若有可用惰性气体再次进行吹扫。
通过以上检测方法获得的检测结果可用于评估发动机及相关热部件换热通道的剩余使用寿命，以确保发动机系统重复使用的安全性或进一步针对积碳积累情况对换热通道的设计布局进行优化。
以下结合实施例对本发明的技术方案作出进一步的展示。
实施例1
针对平直结构的发动机毫米级换热通道样品，采用本发明的方法检测样品内部碳颗粒沉积情况，过程如下：
(1)使用规格为70*30mm长宽10mm厚的金属构件，在两侧分别交替加工4个3mm内径25mm深的毫米级换热通道，并在通道口焊接外接堵头做密封处理使用，如附图3所示；
(2)同时在4个通道内填充等量碳粒C，碳粒约占通道1/3～1/2体积，并分别编号1-4；
(3)液态显影剂X的制备方式参照具体实施步骤一获得，氢氧化钠水溶液浓度为1mol/L；
(4)在通道1内填充物质为空气A，做空白对照组；通道2内填充航空煤油F，做实验空白对照组；通道3内参照具体实施步骤二先填充氢氧化钠水溶液再注入液态金属显影剂X；通道4内直接注入液态金属显影剂X，通道3、4做平行实验对照组。对4个通道进行堵头密封处理，即得发动机毫米级换热通道样品；
(5)对发动机毫米级换热通道样品使用工业DR成像系统进行数字化X射线成像可得到如附图4所示毫米级换热通道样品内部碳颗粒DR成像实例照片。
从图4可以看出，置于通道1和2中空气A或航空煤油F中的碳颗粒C在X射线下无法清晰成像；通道3使用未调节表面张力的液态金属显影剂X可以判断碳粒C沉积位置，但无法显示碳颗粒C轮廓；通道4使用经过表面张力调节的液态金属显影剂TX，可以清晰得看到碳粒C位置和轮廓。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种可应用于发动机换热通道内部的积碳无损检测方法，其特征在于，其包括：
获得用于发动机换热通道内积碳轮廓造影的液态显影剂；
在隔绝空气的条件下，向所述发动机换热通道内泵入氢氧化钠的水溶液，其后将所述显影剂泵入发动机换热通道内，至其完全填充发动机换热通道后停止，其后对显影剂的注入口和出口进行密封，得到填充完成的发动机换热通道；
通过X射线成像设备对所述填充完成的发动机换热通道进行扫描成像，根据成像图像确定发动机换热通道的积碳检测结果；
其中，所述显影剂选自熔点为3℃的镓铟锡合金。
2.根据权利要求1所述的积碳无损检测方法，其特征在于，所述氢氧化钠的水溶液的浓度为0.5~1 mol/L。
3.根据权利要求1所述的积碳无损检测方法，其特征在于，在完成所述扫描成像后，打开所述显影剂的注入口和出口，通过惰性气体吹扫，将所述发动机换热通道内的显影剂排出，其后使用燃料对发动机换热通道进行清洗，至显影剂排出完全。
4.根据权利要求1所述的积碳无损检测方法，其特征在于，其中，隔绝空气的方式为：在将所述显影剂泵入所述发动机换热通道之前，通过惰性气体先对所述发动机换热通道进行吹扫，隔绝空气。
5.根据权利要求1所述的积碳无损检测方法，其特征在于，所述填充完成的发动机换热通道的实现过程包括：对发动机换热通道进行惰性气体吹扫，再泵入氢氧化钠的水溶液，其后自位于发动机通道低位端一侧的显影剂的注入口将显影剂泵入，该过程中维持显影剂的温度在熔点以上，待显影剂进入发动机换热通道内、并有少量从位于发动机换热通道另一侧的显影剂出口溢出后，停止填充显影剂，将所述显影剂的注入口和所述显影剂出口处阀门关闭并进行密封处理，得到所述填充完成的发动机换热通道。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的积碳无损检测方法，其特征在于，所述惰性气体选自氩。
7.根据权利要求1所述的积碳无损检测方法，其特征在于，所述X射线成像设备选自工业DR成像系统和/或工业CT成像系统。
8.根据权利要求1所述的积碳无损检测方法，其特征在于，所述密封通过堵头密封实现。
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