Ультразвуковая очистка. Экологические аспекты.

Дата публикации: 
24.07.2014

ультразвуковая очистка

В настоящее время надежность и долговечность техники — не только технико-экономический, но и важнейший экологический показатель. Известно, что свыше 90 % планетарных загрязнений дают стационарные промышленные предприятия, потребляющие более 90 % природных ресурсов, производящие различные технические изделия, которые и определяют уровень загрязнения окружающей среды .

Затраты материалов и энергии на реновацию деталей составляют менее 1 % их веса, что примерно в 100 раз меньше, чем на их изготовление. Следовательно, в 100 раз меньше расходуется энергоресурсов и в 100 раз меньше образуется различных загрязнений.

Восстановительные технологии успешно используют во всем мире. Даже с учетом выбраковки изношенных деталей (до 25 %) и получаемых загрязнений от реализации технологических процессов восстановления экологичность реновации агрегатов и автомобиля в целом на порядок выше экологичное его изготовления из первичных невозобновляемых ресурсов.

Одним из эффективных энерго- и ресурсосберегающих способов восстановления эксплуатационных свойств изделий считается ультразвуковая очистка. Ультразвук - экологически чистое средство воздействия на материал, позволяющее снизить себестоимость процесса или продукта, получить новые продукты или повысить качество существующих, интенсифицировать традиционные технологические процессы, снизить негативное воздействие применяемых технологий на окружающую среду.

Основные направления развития ультразвуковой очистки, ориентированные как на безопасность создаваемой технологии, так и на повышение экологической безопасности объектов обработки:

  • повышение экологичное техники за счет использования технологий, позволяющих снизить токсичные выбросы;
  • уменьшение вредного воздействия производственных предприятий на окружающую среду, что обусловлено увеличением долговечности изделий и их повторным использованием;
  • экологическая безопасность непосредственно самой технологии, т.е. минимизация энергетических затрат, отсутствие отрицательного влияния оборудования на окружающую среду, а также использование безопасных расходных материалов (например, моющих жидкостей).

Экологическая безопасность любой техники складывается из безопасности работы ее систем. Так, у транспортной техники наибольшее влияние на окружающую среду оказывают двигатели внутреннего сгорания. Характерный пример возможностей ультразвуковой технологии в практике восстановления и ремонта деталей двигателей внутреннего сгорания — правильно организованная обработка свечей зажигания.

В процессе эксплуатации свечи зажигания требуют технического обслуживания: регулярной очистки и регулировки искрового зазора между электродами. Производители автомобилей рекомендуют заменять свечи при электронной системе зажигания через каждые 20 тыс. км пробега автомобиля, а при классической — через каждые 30 тыс. км. Особенно актуально увеличение ресурса современных свечей с использованием редкоземельных и благородных металлов, таких как иттрий, иридий, платина, вольфрам, палладий. Срок службы этих свечей возрастает до 100 тыс. км пробега. Несмотря на увеличенный ресурс, они тоже требуют обслуживания каждые 10-15 тыс. км пробега.

При регулярном техническом обслуживании долговечность свечей может быть увеличена в 2-3 раза, это зависит от качества очистки свечи от нагара. Ультразвуковая очистка позволяет с высокой эффективностью удалять основные виды загрязнения свечей: нагар на стенках искрового зазора и пылежировые отложения на керамическом столбе, других деталях корпуса свечи. Регулярное обслуживание свечей кроме увеличения ресурса позволяет на 10-12 % снизить содержание СО в отработавших газах.

Лямбда-зонд (датчик кислорода) — еще одно дорогостоящее устройство, требующее периодического обслуживания. Он служит для оптимизации соотношения компонентов воздушно-топливной смеси. Лямбда-зонд устанавливают на выходном коллекторе двигателя в соответствии с международными экологическими стандартами «Евро». Причина 95 % случаев перерасхода топлива автомобилей в потере работоспособности лямбда-зонда.

Рабочую поверхность лямбда-зонда изготовляют из фарфора или металлокерамики (с напылением платины или циркония, германия и т.п.). При ее соприкосновении с выхлопными газами бензина (с молекулами водорода) возникает электронная эмиссия и подается сигнал на компьютерный блок управления оптимизацией воздушно-топливной смеси. Рабочая часть находится подзащитным колпачком, выполненным из нержавеющей стали. В процессе эксплуатации лямбда-зонд покрывается нагаром и свинцовыми отложениями выхлопных газов.

Существующая технология очистки лямбда-зонда  предполагает частичную его разборку (срезание одного или двух защитных колпачков), промывку в ортофосфорной кислоте в течение 10-20 мин, крепление защитного колпачка с помощью

аргоновой сварки. Подобная технология достаточно сложна, поскольку включает ряд дополнительных операций.

Применение ультразвука для очистки лямбда-зондов позволяет значительно упростить описанную выше технологию. Удаление нагара и свинцовых отложений выхлопных газов с помощью ультразвука не вызывает трудностей, помимо того не требуется удаление защитных колпачков.

Испытания лямбда-зондов после очистки ультразвуком дали положительные результаты. Контроль осуществляли с помощью газоанализатора по содержанию СО в отработавших газах. После обработки зафиксировано значительное снижение содержания СО — с 1,8-1,5 до 0,3-0,5 %.

Одним из самых дорогостоящих ремонто пригодных узлов топливных систем впрыска бензина считается бензиновая форсунка (инжектор) — прецизионное электромеханическое или механическое устройство для дозирования топлива. Наиболее распространенная неисправность форсунок — их загрязнение. Поскольку они расположены в зоне воздействия высоких температур, то вследствие этого возникает закоксовывание содержащимися в топливе (особенно низкокачественном) смолами, образуются твердые отложения, перекрывающие (частично или полностью) распылительные отверстия и нарушающие герметичность игольчатого клапана. Кроме того, общее загрязнение элементов топливной системы (бак, трубопровод, фильтр и т.д.) приводит к засорению частичками шлама каналов и фильтра форсунки. Основные неисправности инжекторов, связанные с загрязнениями, можно разделить на три типа:

негерметичность клапана инжектора в закрытом положении из-за образования углеродистых отложений на клапане или седле клапана;

неправильная форма факела распыла вследствие частичного или полного перекрытия распылительных отверстий;

недостаточное количество топлива, проливаемого инжектором за единицу времени (отложения внутри инжектора толщиной 5 мкм уменьшают удельный пролив на 25 % нормы).

Ультразвуковая очистка изделий показала, что за первые 7-10 с процесс наиболее интенсивен. Оставшаяся значимая часть загрязнений почта целиком удаляется за последующие 20-40 с. Контроль работоспособности инжекторов после очистки проводили по дисперсности факела распыла топлива, производительности и герметичности клапана. У всех обработанных изделий отмечено полное восстановление эксплуатационных параметров.

Аналогично деталям и узлам топливной аппаратуры бензиновых двигателей высокое качество обработки достигается и при очистке элементов других типов топливной аппаратуры: дизельных, газовых и т.д.

Перечисленные примеры применения ультразвука наглядно демонстрируют возможности возврата в повторную эксплуатацию сложных высокотехнологичных изделий, а также значительного уменьшения вредных выбросов.

Технология ультразвуковой очистки — система взаимосвязанных процессов преобразования энергии и вещества. Протекание этих процессов неизбежно сопровождается непродуктивными потерями энергии в виде излучения в окружающую среду. Основные узлы любого ультразвукового технологического аппарата: ультразвуковой генератор, предназначенный для преобразования тока промышленной частоты в ток ультразвуковой частоты; ультразвуковая колебательная система, преобразующая электрическую энергию в энергию механических колебаний и передающая их в технологическую среду. В процессе работы генератора и колебательной системы проявляются негативные техногенные факторы — шумовые загрязнения и электромагнитное излучение.

Ультразвук способен распространяться во всех средах: в газообразной, включая и воздух, жидкой и твердой. При применении ультразвука для очистки создаваемые его источником колебания передаются через жидкую среду, некоторая часть энергии, генерируемая источником, переходит в воздушную среду, в которой также возникают ультразвуковые колебания. При распространении в жидкой среде ультразвук вызывает кавитацию, что сопровождается образованием шума. Ультразвуковые колебания непосредственно у источника их образования распространяются направленно, но уже на небольшом расстоянии от источника (25-50 см) они переходят в концентрические волны, заполняя все рабочее помещение ультразвуком и высокочастотным шумом.

Анализ экспериментальных данных позволил определить, что наиболее высокий уровень шума зафиксирован при максимальном напряжении генератора на расстоянии 25 см от установки, т.е. непосредственно в рабочей зоне обслуживающего персонала. Более того, уровень звукового давления превышает нормы по шуму, изложенные в ГОСТ 12.1.003—83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности», примерно на 20 дБ.

Значительно снизить уровень шума позволяет использование защитных кожухов из листовой стали, снаружи покрытых вибродемпфирующей мастикой марки «Антивибрит-2», а изнутри облицованных матом из сверхтонкого стекловолокна (ТУ 01-224—69) толщиной до 30 мм. Кожух устанавливают на виброизолирующие прокладки. Измерения показывают, что действительная звукоизоляция кожуха на всех частотах спектра превышает требуемую звукоизоляцию для снижения шума ниже допускаемого по нормам уровня.

Измерения интенсивности электромагнитных полей (характеризуются магнитной индукцией и напряженностью электрического поля), создаваемых генератором, показали многократное превышение предельно-допустимых норм. В качестве защиты от электромагнитного поля генератора возможно использование поглощающих экранов, в которых применяют материалы, обеспечивающие поглощение излучения соответствующей длины волны. В зависимости от излучающей мощности и взаимного расположения источника и рабочих мест конструктивное решение экрана может быть различным (замкнутая камера, щит, чехол, штора и др.). При изготовлении экрана в виде замкнутой камеры выводы ручек управления и элементов настройки не должны нарушать экранирующих свойств камеры. Приборные панели экранируют с помощью радиозащитного стекла. Для уменьшения просачивания электромагнитной энергии через вентиляционные жалюзи последние экранируют металлической сеткой либо выполняют в виде запредельных волноводов. Несмотря на изоляцию рабочей зоны ультразвуковых устройств, часть вредных веществ выделяется в воздух, поэтому при проведении ультразвуковой обработки необходима местная вытяжная система вентиляции.

Соблюдение вышеуказанных мер и применение средств защиты позволяют минимизировать воздействие на окружающую среду и обслуживающий персонал негативных факторов, вызываемых ультразвуком.

Скорость и качество очистки изделий в значительной мере зависят от физико-химических свойств моющего раствора. Одно из основных преимуществ ультразвукового способа очистки по сравнению с другими (механический, химический и др.) — возможность использования водных моющих растворов.

Наиболее высокой эффективностью при ультразвуковой очистке деталей и узлов обладают водные щелочные растворы на основе тринатрийфосфата. Этому раствору несколько уступает моющая среда на основе препарата МС-8. Однако для приготовления МС-8 используется поверхностно-активное  средство «Синтамид-5», которое биологически разлагается, а это - существенное преимущество. Более того, фрагменты снятых загрязнений, соединенные с поверхностно-активными веществами, образуют экологически безопасный пористый материал» который может найти применение в строительстве.

Необходимо отметить, что при использовании органических и неорганических моющих растворов возможна организация замкнутого цикла их употребления. Проточная схема подачи моющей среды, снабженная системой фильтрации, позволяет применять"! реагенты вплоть до потери ими химической активности. Кроме того, ультразвуковым способом очистки можно с высокой эффективностью удалять загрязнения с рабочих элементов самих фильтров. Для поддержания требуемой химической активности моющего раствора при многократном использования требуется периодически добавлять в него активные Я вещества или свежий моющий раствор. Задерживаемые фильтрами загрязнения подлежат утилизации. И с помощью специального оборудования, позволяющего предотвратить загрязнение окружающей среды.

 

экологические аспекты