王 幸，葛曉宏，伊明揚，徐燕輝

(廈門理工學院機械與汽車工程學院，福建 廈門 361024)

民航運輸過程中，飛機的頻繁起降增加了飛機輪胎與跑道間的摩擦次數(shù)，給跑道和嵌入式燈具帶來輪胎膠體粘結問題[1]。附著在助航燈上的污染物嚴重影響透鏡的透光率，會影響飛行員的道面視線和著陸點判斷，致使飛機不能準確地降落在跑道上而造成事故[2]。因而，快速高效的助航燈清洗技術逐漸成為清洗領域的研究主題。目前，國內(nèi)清洗機場跑道助航燈常用的除污方法有高壓水噴法[3]、化學方法、機械方法[4]、干冰清洗方法[5]和干式噴粉清洗方法。干式噴粉清洗作為機場跑道助航燈的新型清洗方法存在很多問題，如缺乏深入的清洗效率分析和噴嘴結構優(yōu)化，工藝參數(shù)選取主要憑經(jīng)驗，缺乏理論指導和試驗優(yōu)化，磨料流量和氣體流量混合不合理等。為有效提高嵌入式助航燈干式噴粉清洗設備的清洗效率，本文通過試驗方法研究干式噴粉清洗設備的最優(yōu)清洗參數(shù)。

1 試驗設備

1.1 清洗設備

清洗設備主要有發(fā)動機、空壓機、冷凝器、供料機構、水泵、管路、噴嘴等[6]。發(fā)動機帶動空壓機產(chǎn)生高壓空氣經(jīng)過管道進入供料機構，磨料閥開啟后，高速的壓縮空氣推動磨料在管路中輸送，在噴嘴處水會噴注在管道內(nèi)，在管道內(nèi)霧化形成氣固液混合物經(jīng)噴嘴噴射到清洗物表面，對清洗物加以清洗。清洗設備如圖1所示。

1.2 噴嘴的選擇

1.2.1 不同噴嘴的結構及清潔度檢測

噴嘴一般采用扁平噴嘴和圓錐形噴嘴[7]，兩種噴嘴的進口直徑為16mm，扁平噴嘴的出口尺寸為22 mm×4 mm，圓錐形噴嘴出口的直徑為8 mm。不同噴嘴的幾何模型如圖2～3所示。

圖1 清洗裝置Fig.1 Cleaning device

圖2 扁平噴嘴結構圖(單位：mm)Fig. 2 Flat nozzle(unit：mm)

圖3 圓錐形噴嘴結構圖(單位：mm)Fig.3 Conical nozzle (unit: mm)

2種噴嘴的清洗效果如圖4所示。清洗后的實驗效果只通過肉眼觀察、評定無法進行量化評價，因此,需要一個可以量化的方法來加以評價[8-10]。

圖4 清洗前后對比Fig. 4 Before and after cleaning

采用VG-726視覺檢測系統(tǒng)檢驗透光鏡表面的清潔度。該設備結構主要由工控電腦主機、工業(yè)相機、工業(yè)鏡頭、繼電器報警器、臺面安裝支架、環(huán)形光源六大模塊構成。工控電腦主機操作系統(tǒng)內(nèi)嵌專業(yè)視覺分析軟件，配置輔助的LED機器視覺光源以及專業(yè)的安裝支架。

VG-726視覺檢測系統(tǒng)工作原理為：將標準跑道助航燈透光鏡置于高清工業(yè)面陣相機之下，相機拍照讀取透光鏡的清潔度，以此清潔度作為標準，隨后將清洗后的跑道助航燈透光鏡放在同樣的位置讀取其清潔度，顯示“OK”的被清洗跑道助航燈表示清洗效果良好，顯示“NG”的被清洗跑道助航燈表示清洗效果沒有達到要求。檢測結果如圖5所示。

圖5 檢測結果顯示Fig.5 Test result display

1.2.2 不同噴嘴清洗效率的對比試驗

試驗分為2組：一組使用扁平噴嘴，一組使用圓錐形噴嘴。試驗條件：噴射壓力0.7 MPa，磨料流量6 g·s-1，同一噴射角度。記錄2組試驗過程中透光鏡表面清潔度隨清洗時間的變化關系，可知兩種噴嘴清洗設備的清洗效率如表1所示。

表1 兩種噴嘴結構的清洗效率Table 1 Cleaning efficiency of two nozzle structures

由表1可知，使用扁平噴嘴、圓錐形噴嘴清洗跑道助航燈時，跑道助航燈表面的清潔度都是隨著清洗時間的增長而提高，清潔度的變化速率都是先大后小。清潔時間為10 s時，扁平噴嘴的清潔度達到94%，清潔度的增長速度開始變緩；14 s時，清潔度達到標準要求。清潔時間為14 s時，圓錐形噴嘴的清潔度達到96%，清潔度的增長速度開始變緩；18 s時，清潔度達到標準要求。剛開始清洗時，透光鏡表面的污垢較多，所以清洗掉污垢的速度較快，清潔度的增長速度較快；隨著清洗時間的增長，表面的污垢逐漸減少，單位時間內(nèi)清洗的污垢量減少，清潔度的增長速度開始變慢。由表1中可以看出，在相同的清洗時間下，使用扁平噴嘴時的清潔度要大于使用圓錐形噴嘴時的清潔度，這是由于扁平噴嘴的有效清洗面大于圓錐形噴嘴的有效清洗面。因此，本文選擇扁平噴嘴清洗設備進行正交試驗。

2 最優(yōu)清洗參數(shù)的正交試驗及結果分析

對扁平噴嘴清洗設備采用正交試驗，主要研究的影響因素有3個，分別是噴射壓力、清洗角度和磨料流量，其參數(shù)設置如表2所示。

表2 影響因素的參數(shù)設置表Table 2 Influencing factors

采用3因素4水平正交試驗，忽略各因素間存在的交互作用，選擇L16(43)安排試驗，試驗指標為達到清洗要求時所需的清洗時間，A表示噴射壓力，B表示噴射角度，C表示磨料流量，T表示各因素的極差。正交試驗組合方案及試驗結果如表3所示。

表3 正交試驗及結果分析Table 3 Orthogonal test and result analysis

由表3可知，當T值越大時，該因素對清洗效率的影響就越大。由T值大小分析可知，對清洗效率的影響程度由大到小的因素依次是：噴射壓力,噴射角度,磨料流量。其中，最優(yōu)的清洗參數(shù)為A3B2C2，即噴射壓力為0.7 MPa，噴射角度為45°，磨料流量為6 g·s-1。通過因素水平趨勢圖(圖6)可以更直觀地反映各因素對清洗效率的影響。

圖6 因素水平趨勢圖Fig.6 Factor level trend graph

3 結語

在對比分析兩種不同噴嘴結構清洗效率的基礎上，選用清洗效率較大的扁平噴嘴，采用正交試驗研究發(fā)現(xiàn)，干式噴粉清洗設備的最優(yōu)清洗參數(shù)為：噴射壓力0.7 MPa、噴射角度45°、磨料流量6 g·s-1。使用最優(yōu)的清洗參數(shù)時，只需12～13 s的清洗時間便可達到標準清潔度，從而有效減少了清洗時間，提高了清洗效率。