CN101857090A - 涡轮清洗系统 - Google Patents

Abstract

一种用于清洗飞行器内的辅助动力单元(APU)的喷淋清洗设备包括一个或多个喷淋喷嘴、将水供应到喷嘴的水管以及定位装置。一种用于清洗辅助动力单元的系统包括喷淋清洗设备以及将加压及温控的冲洗流体提供到喷淋清洗设备的供应系统。一种用于清洗辅助动力单元的方法包括提供喷淋清洗设备，将所述喷淋清洗设备附接于飞行器的进气口结构，以及在期望的喷淋压力、期望的喷淋温度和期望的喷淋液滴大小下将冲洗流体提供到喷淋清洗设备。

Description

涡轮清洗系统

技术领域

本公开涉及用于清洗涡轮、特别是飞行器中的辅助动力单元(APU)的系统和方法。该清洗可就地和/或联机(即，当APU全功率运转时)进行。

背景技术

通常，燃气涡轮以及多半具体为飞行器发动机在运行过程中会暴露于多种污垢。污垢是由经由涡轮进气口被吸到涡轮中的物质所导致。该物质可能为多种类型，例如来自废气的颗粒、昆虫、诸如鸟的较大动物、诸如烟灰的大气污染物。所有这些物质粘附于涡轮叶片并形成了污垢层，由于该污垢层减小了涡轮的压缩机的气流，由此降低了燃气涡轮的整体性能，因此对涡轮的运行产生不利影响。

利用水清洗的例行程序能够维持压缩机的清洁。对燃气涡轮执行的两类这种水冲洗操作分别称之为脱机(off-line)和联机(on-line)。在燃气涡轮处于使用起动速度的冷却的状态下进行脱机操作，而在涡轮处于运行温度的情况下进行联机操作。这种联机操作通常只使用水。这两种冲洗操作使用了设计成能够完全进入涡轮的压缩机机芯的高雾化水喷淋模式。所述脱机是清洗整个机芯并恢复丧失的性能，而所述联机是清洗早期阶段的机芯并且使得需要脱机冲洗之间的时间周期最大化。

已知的用于冲洗涡轮的系统是针对清洗飞行器上的发动机涡轮或者固定的工业涡轮。然而，通过已知的系统还未设法解决对设置用于在机场停止期间为飞行器发电的APU进行清洗。

可替代地，通常将APU从飞行器上拆卸，并且对其进行替换、或者单独对其进行清洗并将其重新安装在正确位置。

如本领域技术人员意识到的，这种过程相当冗长，并因此，存在着在APU的清洗/替换之间允许间隔较长的时间间隔的趋势。因此，APU会丧失其一些动力产生能力，由此需要更多的燃料，这样增加了飞行器的运行成本。

发明内容

考虑到关于当前的冲洗方法和系统的问题，因此存在着改进飞行器中APU的清洗的需要，并且特别地，存在着减少停机时间并且改善APU的性能的需要，以便在与目前相比延长的时间周期上具有较高的效率。

因此，本公开的一方面是提供用于就地(无需将APU从飞行器上取下)和/或联机(APU全功率运转)高效清洗一个或多个APU的清洗设备、系统和方法。

在一个示例中，提供了一种用于就地和联机清洗APU的喷淋清洗设备。在另一示例中，提供了一种用于就地和联机清洗APU的系统，该系统包括喷淋清洗设备。在又一示例中，提供了一种清洗APU的方法。

从下文给出的详细的说明以及从仅以图示方式给出并因此不应视作限制的附图中，本公开的进一步的应用范围将变得明显。

附图说明

图1示出了示例性飞行器的尾部，其中示出针对一个APU的进气口以及使用根据实施方式的喷淋设备的操作者；

图2示出了喷淋设备的示例性第一实施方式；

图3示出了安装于示例性APU进气口的图2的示例性喷淋设备；

图4示出了喷淋设备的第二示例性实施方式；

图5a示出了处于安装状态的图4的示例性实施方式；

图5b示出了在插入期间处于预安装状态的图4的示例性实施方式；

图6示出了用于远距离控制喷淋设备的机构的实施方式；以及

图7示出了用于清洗一个或多个APU的方法的实施方式。

具体实施方式

本公开基于如下思想，即：通过提供能够经由用于APU的进气口来注入的具有适当特性的高压水喷淋，可以在无需从飞行器上拆卸APU的情况下联机和脱机清洗APU。

根据实施方式，在喷淋清洗设备的最常用形式中，喷淋清洗设备包括至少一个喷嘴，该喷嘴能够产生处于期望压力和期望体积流量的雾化水的可控喷淋。适当地，喷淋参数是可变的，从而压力可设定在20和200巴之间，雾化喷淋中的液滴大小可设定在40和250μm之间，以及体积流量可设定在1和20升/分钟之间(取决于发动机保养手册允许的流速)。

所使用的实际参数值将根据待清洗的APU的类型、APU中存在的污垢的量、联机还是脱机清洗APU和/或各种其它因素而改变。本领域的技术人员将能够使参数适合所谈及的APU。

根据实施方式的喷淋清洗设备还包括刚性管部分，该刚性管部分支撑喷嘴。在单个喷嘴的情况下，可使用一件刚性管将喷嘴保持在适当的位置。如果清洗设备包括多个喷嘴，则管可沿多个方向分支，从而按照期望使每个喷嘴相对于待清洗的APU定位。可替代地，可使用多个刚性管来容纳多个喷嘴。

在可替代的实施方式中，喷嘴和/或刚性管部分可整合到用于将所需高压液体供应到APU的长形供应管中。该长形管还可用来形成用于操作者的手柄。

为了使喷嘴相对于APU的内部放置于正确的位置，在清洗设备上提供了定位装置。设计最简单的该定位装置包括设计成与飞行器APU进气口的一部分相适应并且相配合的构件。这样，清洗设备的剩余部分能够简单地抵靠飞行器机体安置在适当的位置，由此为了将喷嘴保持在固定的位置而提供了支撑。为了增加稳定性，操作者可对清洗设备施加额外压力，用以平衡当清洗设备运行时的喷淋的反作用力。

可替代地，该定位装置能够设计成夹具。因此，可以以非常可靠的方式将清洗设备临时固定于飞行器机体，而无需来自操作者的附加压力，因此而使操作者免于监控冲洗操作。

特别地，由于APU在不同的位置处构建在不同的飞行器中，所以可以以多种方式设计该夹具，并且该夹具可适于与每个特定飞行器模型的机体相适应。

现转向图1，其示出了示例性飞行器100(例如，波音737)的尾部部分。在该飞行器100中，每侧一个的APU位于飞行器机体内(未示出)。针对APU的进气口102设置在飞行器100的任一侧，刚好位于后翼103的前面。另外，在图1中还示出使用根据实施方式的喷淋清洗设备104的清洗操作者105(提供高压水的水供应系统未示出)。如图1所示，当操作者105用手保持清洗设备104时，从地面操作该喷淋清洗设备104。由于长形的水供应管道106，因此在无需梯子或升降设备的情况下，为达到清洗目的能够利用用于APU的进气口102来接近涡轮。

图2图示了喷淋清洗设备230的示例性实施方式。该设备230包括喷淋喷嘴232，下面将更加详细地讨论其设计。喷嘴232附接于喷嘴管234(即，支撑喷嘴的管)，尽管其它角度可以适于特定的应用，但是所示出的喷嘴管234以大约90°的弯曲角度弯曲，这主要取决于APU的设计和/或APU在飞行器主体内的位置。管234的弯曲半径不是至关重要的，但是，当然应使得通过该处的液体流动不受到限制。

可调节的定位装置236附接于管234。在此实施方式中，定位装置236示为大致“U”形的构件，其中，该构件的内“壁”构造为与飞行器的进气口壁结构相适应。然而，应当指出，该定位装置236可以根据任意期望的形状来构造，以及构造成与任意安装位置相适应。

喷淋喷嘴支撑管234在其末端处附接于(或整合于)水供应管238。来自流体源(未示出)的冲洗流体(例如，水或其它诸如清洁剂的冲洗流体)可通过水供应管238注入、向上通过喷嘴管234、并通过喷嘴232喷出。如图所示，定位装置236以成角度地定向而刚性地连接于喷嘴管-水供应管组件234-238。这样，当将喷淋设备230安装于飞行器进气口时，喷淋喷嘴232将已经对准期望的方向。在另一实施方式中，定位装置236可松动地连接于喷嘴管-水供应管组件234-238，在此种情况下，在已安装喷淋设备230之后可将喷嘴232进行定位。在这种实施方式中，当喷嘴232在期望的方向上对准时，可将定位装置236紧固和/或锁定在适当的位置。

现转向图3，其示出了在进气口301处位于安装位置中的根据图2的示例性的喷淋设备230。如图所示，喷淋设备230已被直接安装到进气口301的边缘上。所示出的定位装置236容纳进气口301的边缘，以便在进气口301和喷淋设备230之间形成牢固的、临时的连接。还示出了在定位装置236的背面上的两个螺栓303。这些螺栓303用于将固定装置236固定地连接于喷嘴管-水供应管组件234-238。如上所述，当喷淋设备230已经安装时，这样使得喷淋嘴232能够处于适当的定向。然而，应当指出，在不背离实施方式的范围的情况下，可利用任意的已知装置将定位装置236固定地附接于喷嘴管-水供应管组件234-238。当喷淋设备230可靠地安装于进气口301时，来自流体源(未示出)的冲洗流体305注入水供应管238中并且被迫使通过喷嘴管234、从喷嘴232喷出并进入APU中。

图4图示了喷淋设备440的示例性实施方式。该示例性实施方式设计成刚性地固定在进气口处。因此，可以使用柔性软管来供应水。

该示例性的喷淋设备440包括一个或多个喷嘴442，喷嘴442附接于喷嘴管444，喷嘴管444以大约90°的弯曲角度弯曲。喷嘴管444耦联于另一管段454，该管段454具有用于将柔性软管或其它水供应管耦联到装置440的软管连接部445。

还提供了支撑构件446，该支撑构件446包括主机体分446a，主机体分446a具有位于其各个端部处的两个翼部部分446b。尽管可使用任意其它的刚性材料，该支撑构件446适于由金属片制成。在一个实施方式中，支撑构件446由管构造。

例如通过焊接将喷嘴管444刚性地附接于支撑构件446的主机体分446a，以便当安装时，提供了喷嘴442相对于APU的固定位置。

在支撑构件446的每个翼部部分446b上附接有定位架448。这些定位架448可以为所示出的大致“U”形，或任意其它的适当形状，即：用于与APU进气口的边缘的轮廓相适应以及用于使喷淋设备440在横向和竖向上保持在固定位置中的形状。

为了防止喷淋力迫使喷淋设备440远离其期望的安装位置，提供了固定装置449。通过使固定装置449利用足够的力邻接于进气口结构的部分(未示出)用以防止任何不必要的运动，从而该固定装置449确保了不发生不受控的运动。这可以完全通过在飞行器机体上的进气口处的摩擦力或者通过使固定装置449的一部分有效地邻接于飞行器机体的某些部分以阻碍喷淋设备440的向后运动来实现。

在图4示出的特别的实施方式中，固定装置449包括以“V”形构造进行布置的两个弹簧加载的臂450。臂445通过扭转弹簧451连接，该扭转弹簧提供迫使臂450移动分开以便使“V”形构造变宽的扭转力。可选地，提供用于防止臂450过度变宽的终点止动装置。适宜地，可将最大偏转设定成对应于与臂将要夹紧的空间的宽度相比稍大的跨度。优选地，每个臂450的端部提供有橡胶帽452，以便当与飞行器机体邻接时提供摩擦力。

在可替代的实施方式中，其中一个臂450可以是刚性的，而另一臂450可以是通过扭转弹簧451来弹簧加载的。

图5a示出了参照图4描述的示例性的设备440，该设备440安装在针对飞行器的APU的进气口501处。能够看出，扭转弹簧(未示出)迫使臂450抵靠进气口501的结构的一部分。橡胶帽452与进气口501之间的摩擦力连同扭转弹簧力产生了反作用力，该反作用力足够大到能够抵挡当水经过冲洗流体管454和喷嘴管444时来自水喷淋的力。在图5a中，进气口501包括具有有助于产生反作用力的轻微倾斜度的表面。然而，当仅存在用于臂450倚靠的基本上水平的进气口表面的情况下，在操作期间，来自橡胶帽452的摩擦力和来自扭转弹簧的力可以足够将喷淋设备440保持在适当的位置。为了安装喷淋设备440或重新定位喷淋设备440，可将臂450朝向彼此迫压，并且当喷淋设备440位于适当位置时，可释放臂450用以施加抵靠进气口501的表面的力。

如图5a所示，当喷淋设备440位于安装位置时，臂450压靠进气口501并将喷淋设备440保持在适当位置。如图5b所示，为了取下喷淋设备440，可以抵抗弹簧力将臂450朝向彼此迫压，由此从进气口501消除摩擦力。

在可替代的实施方式中，喷淋设备可包括远距离控制装置，该远距离控制装置使得操作者能够远距离控制安装、拆卸和/或定位喷淋设备。图6中示出了示例性的远距离控制装置600。如图所示，该远距离控制装置600包括以如下方式耦联于示例性喷淋设备640的臂662a、662b的线绳660，即：通过拉动线绳660将臂662a、662b朝向彼此迫压。线绳660可在附接点670处附接于下臂662b，并且环绕上臂662a上的滑轮664或者穿过上臂662a中的环或孔(未示出)。然后，在适当的引导构件/结构中沿管665拉动线绳660，在一个实施方式中，所述引导构件可以以附接于管665的短管段668的形式实施。当拉动线绳660时，线绳660将导致下臂662b向上移动以及上臂662a向下移动(如图中箭头所示)，由此减小臂662a和662b之间的距离。当释放线绳660时，臂662a、662b将远离彼此移动，产生抵靠进气口结构的张力。

在可替代的实施方式中，可提供马达和齿轮机构(未示出)以便机械地打开和关闭臂662a、662b。然后，该马达/齿轮机构可由远距离操作者控制。马达——其类似于线绳660——能够用来在相反的方向上驱动臂662a、662b，或者向内驱动以便将臂从安装位置释放，或者向外驱动以便将臂锁定在适当的位置。

参照图7的流程图，提供了用于清洗一个或多个APU的方法。作为初始步骤710，提供了如此处所公开的新颖的喷淋清洗设备。清洗设备可包括：一个或多个喷嘴，该喷嘴用于将冲洗流体喷淋在一个或多个APU上；水管，该水管用于将冲洗流体供应到所述喷嘴；以及定位装置，该定位装置用于在期望的定向上将所述一个或多个喷嘴定位。该定位装置可选地进一步包括适于与飞行器的进气口结构接合的夹紧构件。可选地，定位装置还可包括支撑构件，该支撑构件用于保持喷淋清洗设备抵靠飞行器机体的一部分。连接于水管末端的水管可以是由任何适合的刚性材料制成的刚性长形管，或由任何适合的柔性管形材料制成的柔性软管。可选地，该刚性长形管能够伸缩延伸，由此使得操作者能够升高或降低喷淋清洗设备。

在720，当提供了喷淋清洗设备时，可通过夹紧构件将其接合到飞行器的进气口结构。可选地，如果定位装置包括支撑构件，则操作者可保持支撑构件抵靠飞行器机体的一部分。本领域技术人员应当理解，当操作时，利用这种方式的支撑构件将为清洗设备提供进一步的稳定性以及支撑。事实上，取决于具体实施，可在根本无需接合夹紧构件的情况下利用支撑构件。

在730，在已经正确地接合喷淋清洗设备之后，经由水管、通过喷嘴提供来自流体源的处于期望的喷淋压力、期望的喷淋温度和期望的喷淋液滴大小的冲洗流体。

可选地，如上所述，喷淋清洗设备可包括呈V形构造的两个臂。在这种实施方式中，该方法可进一步包括迫使两个臂靠拢，将喷淋清洗设备定位，并且然后释放两个臂。如果该臂是弹簧加载的，则由于弹簧加载所产生的力将导致两个臂移动分开并抵靠飞行器的部分。优选地，选择弹簧加载以便在冲洗操作期间提供足够的力来维持喷淋清洗设备稳定并位于适当的位置。在使用远距离控制机构来操作臂的实施方式中，该方法可进一步包括在定位喷淋清洗设备之前手动地或机械地迫使两个臂分离，并且然后释放两个臂以便接合到飞行器的部分。

取决于所实施的喷淋清洗设备的形式，当完成冲洗操作时，可通过松开夹紧构件、释放支撑构件和/或迫使两个臂靠拢而将喷淋清洗设备从进气口结构上取下。

提供的前述示例仅用于解释的目的，而不应解释为作为限制。然而参照所示的各种实施方式，此处所使用的用词是描述和说明的用词，而并非限制性用词。另外，尽管示出了针对特定装置、材料和实施方式的参考，但是不限于此处所公开的细节。更确切地，实施方式延伸至例如在所附权利要求的范围内的所有功能上相同的结构、方法和用途。

Claims (32)

1.一种用于清洗位于飞行器机体内的辅助动力单元的喷淋清洗设备，所述喷淋清洗设备包括：

一个或多个喷淋喷嘴；

用于将水供应到所述喷淋喷嘴的水管，所述喷淋喷嘴附接于所述水管的末端部分；以及

用于使所述喷淋喷嘴相对于所述辅助动力单元定位的定位装置，所述定位装置刚性地连接于所述水管。

2.根据权利要求1所述的喷淋清洗设备，其中，所述定位装置包括夹紧构件，所述夹紧构件适于与所述飞行器机体上的结构接合以将所述喷淋清洁设备夹紧在期望的位置。

3.根据权利要求1所述的喷淋清洗设备，其中，所述定位装置包括支撑构件，所述支撑构件适于被保持抵靠于所述飞行器机体的选定部分，用于在无需将所述喷淋清洗设备夹紧到所述飞行器机体的情况下将所述喷淋清洗设备牢固地保持在期望的位置。

4.根据权利要求1所述的喷淋清洗设备，其中，所述定位装置连接于所述水管的末端刚性部分。

5.根据权利要求1所述的喷淋清洗设备，其中，所述水管以能够取下的方式连接于刚性长形管和柔性软管中的至少一个。

6.根据权利要求5所述的喷淋清洗设备，其中，所述刚性长形管能够伸缩延伸。

7.根据权利要求1所述的喷淋清洗设备，其中，所述水管的所述末端部分是弯曲的，以便使所述喷淋喷嘴指向待清洗的所述辅助动力单元内的期望的位置。

8.根据权利要求1所述的喷淋清洗设备，其中，所述水管分支用以提供至少两个刚性末端部分，每个所述刚性末端部分包括至少一个喷淋喷嘴。

9.根据权利要求8所述的喷淋清洗设备，其中，所述至少两个刚性末端部分适于将所述喷淋喷嘴独立地定位。

10.根据权利要求2所述的喷淋清洗设备，其中，所述夹紧构件包括呈V形构造的两个臂，所述臂中的至少一个是弹簧加载的。

11.根据权利要求10所述的喷淋清洗设备，其中，所述两个臂都是弹簧加载的。

12.根据权利要求10所述的喷淋清洗设备，其中，弹簧加载的所述臂所产生的弹簧力迫使所述臂分离。

13.根据权利要求12所述的喷淋清洗设备，还包括用于抵抗弹簧力将所述臂朝向彼此迫压的装置。

14.根据权利要求10所述的喷淋清洗设备，其中，每个所述臂包括摩擦减小装置。

15.根据权利要求10所述的喷淋清洗设备，还包括用于将所述臂朝向彼此迫压的远距离控制装置。

16.根据权利要求15所述的喷淋清洗设备，其中，所述远距离控制装置包括线绳，所述线绳固定地附接于所述臂中的第一臂并且环绕附接于所述臂中的第二臂的滑轮，其中所述线绳上的向下的张力使得所述第一臂和所述第二臂朝向彼此移动。

17.根据权利要求15所述的喷淋清洗设备，其中，所述远距离控制装置包括：至少一个齿轮，所述至少一个齿轮附接于所述臂中的至少一个；以及马达，所述马达附接于所述至少一个齿轮以驱动所述齿轮，其中操作所述马达来驱动所述至少一个齿轮从而迫使所述臂靠拢。

18.一种用于清洗飞行器内的辅助动力单元的系统，包括：

喷淋清洗设备，所述喷淋清洗设备包括：

一个或多个喷淋喷嘴；

用于将水供应到所述喷淋喷嘴的水管，所述喷淋喷嘴附接于所述水管的末端部分；和

用于使所述喷淋喷嘴相对于所述辅助动力单元定位的定位装置，所述定位装置刚性地连接于所述水管；

以及

供应系统，所述供应系统用于将加压及温控的冲洗流体提供到所述喷淋清洗设备。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述供应系统在30至85巴的压力和环境温度至70℃的温度下传送喷淋液滴平均大小为40至250μm的冲洗流体。

20.一种用于清洗位于飞行器机体内的辅助动力单元的方法，所述方法包括：

提供喷淋清洗设备，所述喷淋清洗设备包括：一个或多个喷嘴；用于将冲洗流体供应到所述喷嘴的水管；以及用于在期望的定向上将所述一个或多个喷嘴定位的定位装置，所述定位装置包括适于与所述飞行器的进气口结构接合的夹紧构件；

将所述夹紧构件接合到进气口结构；以及

通过所述水管在期望的喷淋压力、期望的喷淋温度和期望的喷淋液滴大小下将冲洗流体供应到所述一个或多个喷嘴。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述喷淋清洗设备还包括支撑构件，所述方法还包括：

将所述支撑构件手动地保持抵靠于所述飞行器机体的选定部分以维持所述喷淋清洗设备的定位。

22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述夹紧构件包括呈V形构造的两个臂，所述臂中的至少一个是弹簧加载的，所述方法还包括：

迫使所述两个臂靠拢；

将所述喷淋清洗设备定位在所述飞行器的一部分内；以及

释放所述两个臂，其中由弹簧加载提供的力迫使所述两个臂分离并抵靠所述飞行器的部分。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述臂中的至少一个是弹簧加载的。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，使用远距离控制装置来迫使所述臂靠拢。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述远距离控制装置包括线绳，所述线绳固定地附接于所述臂中的第一臂并且环绕附接于所述臂中的第二臂的滑轮，其中所述线绳上的向下的张力使得所述第一臂和所述第二臂朝向彼此移动，所述方法还包括：

在所述线绳上施加向下的张力以迫使所述两个臂靠拢；

将所述喷淋清洗设备定位；以及

释放所述线绳上的张力以迫使所述两个臂分离并抵靠所述飞行器的部分。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述远距离控制装置包括：至少一个齿轮，所述至少一个齿轮附接于所述臂中的至少一个；以及马达，所述马达附接于所述至少一个齿轮以驱动所述齿轮，其中操作所述马达来驱动所述至少一个齿轮从而迫使所述臂靠拢，所述方法还包括：

起动所述马达来驱动所述齿轮，以迫使所述两个臂靠拢；

将所述喷淋清洗设备定位；以及

在相反的方向上驱动所述齿轮以迫使所述两个臂分离并抵靠所述飞行器的部分。

27.根据权利要求20所述的方法，其中，所述定位装置连接于所述水管的末端刚性部分。

28.根据权利要求20所述的方法，其中，所述水管以能够取下的方式连接于刚性长形管和柔性软管中的至少一个。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述刚性长形管能够伸缩延伸。

30.根据权利要求20所述的方法，其中，所述水管包括末端部分，所述末端部分是弯曲的，以便使来自所述喷嘴的喷淋指向所述辅助动力单元内的期望的位置。

31.根据权利要求20所述的方法，其中，所述水管分支用以提供至少两个刚性末端部分，每个所述刚性末端部分包括至少一个喷嘴。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述至少两个刚性末端部分适于将所述喷嘴独立地定位，所述方法还包括使每个喷嘴相对于待清洗的一个或多个辅助动力单元定位。

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