Разработка принципов очистки деталей авиационной техники от нагароподобных загрязнений биотехнологическим методом

1. Актуальность проблемы и пути ее решения.

Одной из важных задач гражданской авиации является совершенствование технологических процессов очистки удаления различного рода загрязнений и старых лакокрасочных покрытий с поверхностей воздушных судов, авиадвигателей и их систем.

Разработку эффективных технологий и средств механизации процессов очистки ВС от различных отложений (загрязнений, обледенения, старых лакокрасочных покрытий, клеев, пленок и др.) относят к задачам повышенной трудности.

Процесс очистки наряду с механическим предусматривает физико-химическое, тепловое и другие виды воздействия, что с учетом современных экологических требований еще больше усложняет процесс. Достаточно сложна промывка замкнутых объектов — баков, радиаторов и авиадвигателей, в которых накапливаются наиболее трудноудалимые загрязнения (нагары, лаковые пленки и др.).

Очистку и промывку ВС проводят при техническом обслуживании во время эксплуатации и при ремонте на АРЗ.

Очистку и мойку от эксплуатационных загрязнений при ТО осуществляют на земле по мере технической и (или) коммерческой необходимости.

С технической точки зрения эти процессы необходимы для обеспечения безопасности полетов, поддержания высоких аэродинамических характеристик ВС, увеличения срока службы ЛКП и ВС в целом, а также улучшения качества дефектации обшивки ВСс коммерческой точки зрения — для экономии топлива в полете, придания опрятного и ухоженного вида ВС, а также для поддержания престижа авиакомпании.

Очистка при ремонте ВС повышает качество восстановления узлов и агрегатов, культуру производства, возможности дефектации и эксплуатационную надежность.

Усложнение конструкции, расширение парка воздушных судов при одновременном значительном повышении требований к их экономичности и эксплуатационной надежности поставили задачу высокоэффективной очистки наружной обшивки, съемных деталей, агрегатов и систем ВС, газовоздушных трактов двигателей в ряд наиболее важных проблем современной технологии ТОиР авиационной техники.

Результаты многочисленных исследований С. Э. Демешкевича, С. А. Коцаря, В. И. Савченко и других ученых показывают, что от степени чистоты ВС в значительной мере зависят ресурс и эксплуатационная надежность авиационной техники.

При ремонте и обслуживании ВС с целью удаления различного рода загрязнений нерационально расходуют большое количество дефицитных авиационных ГСМ и органических растворителей, но при этом так и не достигают требуемого качества очистки. Например, только на очистку и промывку одного ВС при ремонте расходуют (в зависимости от типа ВС) 400−3155 кг, а одного двигателя 200−1500 кг дефицитных авиационных ГСМ и органических растворителей. Высокая взрывопожароопасность и токсичность этих средств создают значительные трудности в механизации и совершенствовании авиаремонтного производства (1). Поэтому совершенствование технологических процессов очистки и промывки систем, узлов и деталей ВС с заменой авиационных ГСМ и органических растворителей на негорючие и более эффективные технические моющие средства является актуальной народнохозяйственной задачей.

В технологии обслуживания ВС предусмотрены операции очистки, мойки и окраски ВС, выполнение которых необходимо для безопасной эксплуатации ВС.

В технологию ремонта ВС включены операции предварительной очистки изделия в целом, а также очистки и промывки съемных деталей и агрегатов и разобранных изделий.

Авиаремонтные предприятия, вся структура которых формировалась в условиях командно-административной системы управления экономикой в настоящее время вынуждены приспосабливаться к условиям рыночных отношений. Как известно, рыночная экономика — это совокупность хозяйственных отношений в обществе, регулируемых рыночным механизмом.

Основным видом деятельности авиаремонтных предприятий является ремонт авиационной техники. Оплачивают этот вид услуг авиакомпании. Но их финансовые возможности ограничены большими эксплуатационными расходами: 25% составляют расходы на горюче-смазочные материалы, 11% - аэропортовое обслуживание и затраты на оплату труда с отчислениями на социальные нужды, 9%- амортизация основных фондов. И только 17% составляют затраты на техническое обслуживание.

Несмотря на некоторые успехи в области рыночных отношений в сфере технического обслуживания и ремонта, общее состояние дел по отрасли далеко от идеала. Подтверждением тому могут служить оценки, данные на заседании коллегии федеральной авиационной службы России 23 марта 1999 г.:

На сегодня мы имеем превышение провозных мощностей над потребными около 30 — 40%. Наличие лишних самолетов явилось одной из причин развала авиаремонтной сети России, когда эксплуатанты вместо отправки авиационной техники в ремонт ставят ее в ряд неиспользуемой.

Основой поддержания летной годности российских ВС является поэтапное увеличение назначенного ресурса. С точки зрения безопасности эта система являлась единственно возможной в условиях централизованной экономики" .

Общемировой подход к проблеме возраста формируется по стратегии: ресурс — это категория экономическая, а не техническая". Смысл этого выражения заключается в том, что по мере выработки ресурса критические места конструкции, определяющие уровень ее безопасности, дорабатываются в ходе капитальных ремонтов или периодического технического обслуживания, что в принципе можно делать до бесконечности. Основной критерий состоит в том, что за весь срок эксплуатации уровень безопасности не должен снижаться. Главное вовремя определить начало усталостного разрушения из-за повторных нагрузок, либо отказы особо ответственных комплектующих изделий, приводящие к аварийной ситуации. Естественно, объем работ по поддержанию уровня безопасной эксплуатации неизбежно растет по мере увеличения срока службы. Главным фактором при снятии самолета с эксплуатации является моральное старение и снижение экономичности (рентабельности) из-за возрастающего объема дополнительных работ по поддержанию уровня безопасной эксплуатации.

Основной документ, определяющий весь объем технологической подготовки производства и последующего серийного ремонта — «Руководство по капитальному ремонту» -разрабатывается предприятиями авиационной промышленности и поставляется на АРП в готовом виде. Согласно ГОСТ 18 675, «Руководство по КР» должно обеспечивать и предусматривать:

— высокую надежность отремонтированного изделия и экономическую целесообразность ремонта отдельных его составных частей;

— полное выявление неисправностей;

— максимальный объем устранения неисправностей составных частей изделия без замены деталей;

— прогрессивные и высокопроизводительные технологические процессы, приемы работы, оборудование и инструмент.

Все вышесказанное вызывает потребность активизации работ по разработке программ по внедрению новых перспективных технологических процессов ремонта авиационной техникиразработке технологических процессов и оборудованияразработке теоретических основ авиаремонтного производства в рамках концепции рыночных отношений, совершенствования механизмов внедрения конкретных технологических процессов, и свидетельствует об актуальности данной диссертационной работы, направленной на совершенствование важнейшего этапа технологического процесса ремонта авиатехники — очистки деталей и подготовке их к дефектации.

Данные выводы предоставляют возможность поиска новых решений в области очистки деталей авиационной техники от углеродосодержащих соединений.

Учитывая недостатки существующих методов очистки, которые проанализированы в предыдущих главах, поиск нового метода очистки на сегодняшний день остается актуальным.

Исходя из этого, было принято решение о целесообразности постановки микробиологического эксперимента в целях поиска такого метода.

В данном разделе были использованы литературные источники: 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98.

3.2. Эксперимент по разработке способа очистки деталей авиационной техники от нагароподобных загрязнений с помощью микроорганизмов.

Учитывая высокую ферментативную активность мицелиальных грибов и ряда бактерий, их способность биоповреждать различные покрытия (целлюлозные материалы, шерсть, лаковые поверхности, резины, материалы из искусственных полимеров, а также способность разрушать углеводороды, эпоксидные эмали, клеи, смазочные масла, асфальт, бетон, кремнийорганические материалы, в основу разработок была положена новая и перспективная идея использовать высокую биодеградирующую способность микроорганизмов в отношении органических соединений для разрушения веществ, загрязняющих авиадетали. Очистка авиадеталей, покрытых нагарами, смазками и полимерными материалами с помощью микроорганизмов-биодеградаторов позволила бы сделать этот процесс значительно менее трудоемким, более дешевым, эффективным и экологически безопасным по сравнению с существующими в настоящее время методами очистки.

Скрининг штаммов грибов и бактерий, способных разрушать авиазагрязнения.

В задачу исследования диссертации на первом этапе входило: — Получение на элективных средах накопительных культур микроорганизмов, обсеменяющих детали авиационной техники;

— Выделение из накопительных культур индивидуальных штаммов микроорганизмов;

— Микроскопическое изучение и первичная идентификация штаммов микроорганизмов, полученных в виде чистых культур с загрязненных авиадеталей.

Для инокуляции элективных сред использовали: — нагары, снятые с загрязненных деталей ГТД- ¦ части деталей самолетов (в количестве 35 штук размером до 5 см), покрытых нагарами, полимерными материалами и смазками.

Для получения накопительных культур микроорганизмов использовали среды следующих типов: синтетические и природные, отличающиеся по соотношению углерода и азота, а также по содержанию витаминов и микроэлементов. Так, наиболее богатой по содержанию азота является кукурузно-соевая среда, а также фасолевая. Напротив, наиболее высокое содержание углерода в среде Роземана и картофельно-морковной среде. По составу витаминов и микроэлементов наиболее богатой является среда 6° баллинговое сусло. Таким образом, создается определенный набор сред, отвечающий различным потребностям микроорганизмов при росте на специфических субстратах. Ниже приводится состав используемых сред: 1. Овсяная среда — 60 г муки «Геркулес» добавляют к 0,5л воды, нагревают до кипения, далее отфильтровывают от твердых частиц муки, полученный экстракт после добавления 0,1% дрожжевого экстракта стерилизуют при 0,5 атмосферы.

2. Картофельно-морковная среда — к 600 мл воды добавляют 90 г очищенных моркови и столько же картофеля, кипятят в течение 10 минут, отфильтровывают твердые частицы и экстракт стерилизуют при 0,5 атмосферы.

3. Фасолевая среда — к 1 л воды добавляют 100−120 г фасоли, кипятят в течение 10 минут, фильтруют от твердых частиц и экстракт стерилизуют при 0,5 атмосферы.

4. Среда Роземана — сахароза — 30 г, сернокислый аммоний — 10 г, каиий хлористый — 0,5 г, магний сернокислый — 1 г, сернокислый цинк — 0,05 г, сернокислое железо — 0,01 г (на 1 л воды), рН среды — 5,8−0,6, стерилизация при 0,5 атмосферы.

5. Мясопептонная среда.

6. Сусло 6° баллинга.

7. Кукурузно-соевая среда.

Кроме жидких сред использовали твердые среды того же состава с добавлением 2% агар-агара.

Элективные среды для получения накопительных культур помещали в колбы на 250 мл, куда наливали 50 мл среды.

Для выделения из накопительных культур индивидуальных штаммов микроорганизмов использовали твердые среды (с добавлением 2% агар-агара), которые разливали в чашки Петри.

Для заражения элективных жидких сред с целью получения накопительных культур использовали детали самолета, предварительно разрезанные на части размером 2,5 см х 3,5 см, 2,0 см х 4,5 см, а также нагары, снятые с деталей с помощью соскобов.

Указанные выше среды, подобранные микологической практике в результате многофакторного эксперимента позволяют выделить среди грибов ксилотрофов, сапротрофов и так называемых технотрофов, т. е. грибов, способных использовать отходы многих производств, например, смазочно-охлаждающие жидкости, дизельные масла, моторные обкаточные масла и другие технологические жидкости и продукты их переработки.

Длительность опытов составляла 2,5 месяца, первое микроскопирование накопительных культур проводили через 5−6 суток после помещения деталей с нагарами или смазками в накопительные среды.

Выращивание микроорганизмов проводили в термостате при температуре 28 °C.

Микроскопирование микроорганизмов, вырастающих на жидких и твердых средах, проводили в микроскопе (световом, фирмы «ШЫАУАЬ», Германия, при увеличении от 400 до 1000).

Заключение

.

Работа направлена на поиск принципиально новых решений в области очистки деталей авиационной техники от загрязнений.

В результате работы проанализированы основные методы очистки деталей в системе авиаремонтных предприятий, сделаны определенные выводы о достоинствах и недостатках каждого метода, которые показали, что поиск нового метода, более экологичного, более дешевого и простого в исполнении на сегодняшний день оправдан.

Результат поставленных микробиологических экспериментов подтвердил возможность микробиологической очистки деталей авиационной техники.

В процессе эксперимента удалось определить ряд наиболее активных микроорганизмов, подобрать необходимые условия для их жизнедеятельности в целях очистки деталей авиационной техники от нагароподобных загрязнений и лакокрасочных покрытий.

На основании полученных экспериментальных данных был предложен принципиально новый метод очистки деталей авиатехники, нашедший свое отражение в Патенте на изобретение № 2 146 293, 1999 г. Полученный метод предоставил возможность разработать методику очистки в условиях авиаремонтного предприятия.

Общими результатами, полученными в работе, являются:

1. Проведен критический анализ существующих методов очистки деталей в системе авиаремонтных предприятий.

2. Разработана математическая модель авиаремонтного производства с учетом использования новых технологий очистки деталей авиационной техники.

3. Определен видовой состав микроорганизмов, образующихся на нагароподобных загрязнениях.

4. По результатам факторного анализа определены необходимые условия для жизнедеятельности микроорганизмов в целях проведения очистки деталей предлагаемым методом.

5. Разработан метод очистки деталей авиационной техники от нагароподобных загрязнений с использованием микробиологического воздействия на загрязнения. Метод предусматривает два варианта исполнения (см. Патент на изобретение № 2 146 293).

6. Разработан способ оценки степени очистки, основанный на использовании метода сканирующей микроскопии (см. Патент на изобретение № 2 146 293).

7. Разработана методика применения данного метода очистки в условиях авиаремонтного производства.

Полученный в результате проведенных исследований новый метод очистки деталей с помощью микроорганизмов позволяет усовершенствовать существующие методы очистки деталей авиационной техники от нагароподобных загрязнений.

Результаты исследований переданы в ГосНИИ ГА, учебные заведения и авиаремонтные заводы для использования в работе, что подтверждается соответствующими актами в Приложении.