用TRIZ方法解决冷气模拟实验件压缩空气泄漏问题

解决某工作叶片冷气模拟试验件的气体泄漏问题TRIZ解题案例(涡轮院孙飞龑&洪都王晓军)2012-06APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC项目分析与解决流程Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估Step1项目来源系统名称：某高压涡轮工作叶片冷气模拟试验件结构描述APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1项目来源工作原理1.进气组件2.盖板组件3.螺钉4.密封垫片5.排气接头6.活块组件7.密封垫片8.底座结构简介APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC工作原理冷气流路模拟流量传感器流量传感器通过模拟某高压涡轮叶片部分冷却空气流路，测量进，出口总温，总压及流量等参数，计算冷却空气在流动过程中的流阻损失APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1项目描述主要缺点：问题出现在试验过程中，在底座组件的转角处发生泄漏，由于底座组件为刚性零件，转角处理论垂直，并有密封垫片，但是由于机加公差，直角不可能为理论垂直，并且转角处与垫片不能完全贴合，因此产生泄漏。APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1项目描述问题图片APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC垫片结构垫片为平垫片，材料为铜合金,厚度0.8mmA垫片B垫片APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1项目来源主要缺点在下面情况下出现：铜垫片未退火处理，垫片太硬，垫片安装后与对界面贴合度不足，造成垫片气密性不足。活块与底座之间压紧力不足，造成有缝隙存在，进而导致漏气。当进气压力达到3KG以上时，泄漏增大，造成垫片直角处密封失效。APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1项目来源初步思路或类似问题的解决方案及存在的缺陷：解决方案通过退火处理，将垫片软化增活块与底座之间压紧力，减小缝隙在测量中采用较小的空气压力引入缺陷：空气压力减小，造成空气流量减小，提高了流量计及总温总压传感器的测量精度要求，需要重新购买流量计及传感器活块与底座间用螺栓紧固，螺栓为45号钢，强度不足，形成的压紧力不足APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep2设定目标待解决的问题：Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估减少活块与底座之间的空气泄漏问题，减小压缩空气损失，保证测量精度APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep2设定目标对新技术系统的要求垫片密封可靠，无空气泄漏APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep2设定目标技术系统IFR压缩空气自动按照流路进行运动，无泄漏APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep3功能分析Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估系统组件：1、进气组件2、活块组件3、垫片4、螺钉5、底座组件系统作用对象：空气超系统组件：人、控制系统，测量系统APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep4三轴分析Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估因果分析导致垫片密封不可靠的原因有：1、加工过程中机床，量具及人为因素造成加工精度低2、铜垫片强度高，密封不可靠3、螺栓拉紧力不足，造成垫片预紧力不足，从而造成垫片密封不可靠APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC资源分析Step4三轴分析通过资源分析找到可利用的物质、能量资源有：机械能热能垫片…APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep5问题求解降低垫片硬度为入手点解决问题Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC改善的参数:垫片的可靠性改进方法：换用硅胶材料代替铜质材料，降低垫片强度。恶化的参数:垫片的形状Step5问题求解APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC方案1：技术矛盾:改善的参数:垫片的可靠性恶化的参数:垫片的形状Step6形成方案APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估Step6形成方案解决方案：利用物理或化学参数改变原理分析，采用粘合剂替换铜质垫片或硅胶垫片的方式，在螺栓压紧力不变的条件下，缓解由于机械加工中形成的制造精度不足问题，进一步增大对接面的密封可靠性，保证彻底密封。APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC改善的参数:垫片的可靠性改进方法：用退火方法改善垫片的硬度，增加密封性。恶化的参数:操作流程的方便性Step5问题求解APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案方案2：技术矛盾:改善的参数:垫片的可靠性恶化的参数:垫片操作流程的方便性APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案解决方案：现阶段垫片为直线型设计，泄漏气体比较容易通过缝隙外漏，根据空间维数变化原理，将密封条由直线型更改为折线型，并将活块和底座对界面也由直线型改为折线型，进而达到改善对界面密封性的目的折线型垫片示意图：APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC改善垫片压紧力为入手点解决问题Step6形成方案APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案Step1明确问题部位：试验时，试验器内部空气压力对垫片产生的压力大于外部环境对垫片施加的压力，因此发生泄漏，问题部位为两种压力施加的垫片。Step2建立物场模型F1机械场S2压缩气S1垫片方案3：APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估Step3应用标准解法分析标准解：1.2物场模型的破坏1.2.1通过引入S3来消除有害作用2.2.2引入S1或S2的变形来消除有害作用2.2.3引入超系统物质来消除有害作用2.2.4引入F2抵消有害作用分析资源系统内有：物质资源：试验件能量资源：压力空间资源：试验室超系统资源：人、空气S2压缩气F1机械场S1垫片S3压缩气APeraGlobalCompany©2008IWINT,INC方案3原理示意图由于空气泄漏处安装有压力传感器，因此在试验环境中施加与试验器内部空气泄漏处压力相等的空气，此时垫片内外受压力均等，垫片只需受较小的螺栓压力即可保证可靠性，从而试验器内部空气不会因压力差而泄漏。Step6形成方案通过引入S3来消除有害作用P=P泄漏环境APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案通过方案3分析，系统过于复杂，而且密封舱与对外连接管道之间的密封性也无法保证，进而拟采取活块与底座一体化设计方案。改善的参数:系统的复杂性改进方法：通过一体化设计，降低系统复杂性恶化的参数:一体化舱体的可制造型合并造成的技术矛盾APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案技术矛盾:改善的参数:系统的复杂性恶化的参数:一体化舱体的可制造型APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案解决方案：原测试设备设计中，活块与底座分离，进而造成了活块与底座对接密封性的问题。采用活块与底座的一体化设计，并使用易于加工，成本低廉的材料，可以从根本上消除对接问题，进而消除对界面的漏气现象。一体化示意图：方案4：APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep6形成方案Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估进化分析垫片结构向柔性系统或可移动系统进化：用柔软的橡皮泥替代垫片等措施垫片表面属性进化：将平垫片结构改善为阶梯结构或更改为迷宫结构，增强密封性方案5方案6APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估Step1•项目来源Step2•设定目标Step3•功能分析Step4•三轴分析Step5•问题求解Step6•形成方案Step7•方案选择Step8•结果评估Step7方案选择S-曲线的作用：评估系统现有技术的成熟度，利于合理的投入和分配帮助我们做出正确的研发决策冷气流路模拟试验件密封件的定位，从靠现有常规材料制造，常规工艺方法保证，逐步过渡到利用现有资源，采用特殊材料及特殊方法来控制，在密封元件设计领域，应处在成长期往成熟期过渡阶段，在未来，将向着智能密封元件发展。婴儿期成长期成熟期衰退期时间性能参数APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep7方案选择评价模型及权重APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep7方案选择评价结果从方案评价中得出，优先考虑采用粘合剂替代铜垫片或硅胶垫片设计，其次考虑用橡胶泥代替铜垫片或硅胶垫片结构方案。APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep8结果评价1技术矛盾矛盾矩阵+创新原理332物场模型标准解113进化趋势进化路径22总计66APeraGlobalCompany©2008IWINT,INCStep9项目总结通过十余天时间，对TRIZ理论的全面接触，基于TRIZ的创新思维、方法及规律，克服原有的惯性思维，站在系统的高度，对《某高压涡轮工作叶片冷气模拟系统》这个技术系统进行了根本原因分析、物场分析、进化分析等一系列方法及工具，找到了解决问题的切入点，体会了运用矛盾矩阵、TRIZ创新原理、物场模型及标准解、技术进化路线等工具解决问题，以及转化为实际技术方案的过程，得到了一系列有效的解决措施。感谢中航工业集团领导，为我们创造这样的学习和交流的平台。感谢组织方成飞培训中心，为我们创造各行各业学员相互学习、交流的平台。感谢各位老师的热情和关心。感谢亿维讯公司各位TRIZ讲师和咨询师，在学习全过程中细致的讲解和项目咨询指导。我们回到各自工作岗位后，将结合实际工作，不断地体会TRIZ理论的精华，充分利用所学知识，解决实际问题。谢谢