CN104956047A - 使用来自燃烧室的缓冲空气的燃气涡轮机脱机压缩机清洗 - Google Patents

Abstract

一种用于清洗燃气涡轮发动机的系统和方法。用于清洗燃气涡轮发动机的方法包括将增压空气供应组件联接到气源上以及二次空气系统上；转动曲柄启动燃气涡轮发动机的压缩机转子组件；将来自气源的增压脱机缓冲空气供应到增压空气供应组件；并且将清洁剂喷洒到压缩机上。

Description

使用来自燃烧室的缓冲空气的燃气涡轮机脱机压缩机清洗

技术领域

本发明总体属于用于燃气涡轮发动机的水洗系统，并且更具体地涉及用于燃气涡轮发动机的脱机曲柄清洗系统。

背景技术

在一段操作时间内，燃气涡轮发动机的压缩机部分可积聚摄入材料的沉淀物并随之变脏。积累于压缩机中的污物将降低它的效率；这导致较差的总发动机功效并因此导致较差的功率输出。因此，压缩机需要定期清洗(有时称为“水洗”)。主要有三类清洗系统：在线清洗系统、脱机曲柄清洗系统以及手动清洗系统。在线清洗基本由以下过程组成：将清洗液喷射到正在全速运行以及负载的发动机的进气口。在此，使用软化水并且水滴的大小要足够大，以使阻力由趋于导致水滴撞击压缩机硬件并提供清洗作用的惯性力来主导。脱机清洗是通过外部曲柄旋转燃气涡轮发动机。手动清洗是关闭燃气涡轮发动机，并手动清洗燃气涡轮发动机的部件。

2003年12月9日授予Kuesters等人美国专利号6659715显示了轴流式压缩机以及清洗轴流式压缩机的方法。具体地，Kuesters等人的发明指向包括用于喷射清洗液的喷嘴的轴流式压缩机。在操作期间通过流动管道中的喷嘴喷射清洗液，以使之后叶片列也被清洗。

本发明旨在克服众所周知的问题和/或发明人发现的问题。

发明内容

本文公开一种用于燃气涡轮发动机的增压空气供应组件。用于燃气涡轮发动机的增压空气供应组件包括空气管道、联接至该空气管道一端的二次空气系统气动联接器，所述二次空气系统气动联接器包括配置为连接至二次空气系统的一部分的适配器，所述增压空气供应组件进一步包括具有管道支架以及喷射器口凸缘的局部空气供应适配器，所述管道支架连接至所述空气管道的第二端，所述喷射器口凸缘设置为适配并连接至喷射器口，所述喷射器口凸缘形成在喷射器口上方的盖，至少一个空气通道穿过该盖并终止于所述管道支架。

根据一个实施例，本文还公开了清洗燃气涡轮发动机中的压缩机的方法。清洗燃气涡轮发动机中的压缩机的方法包括从燃气涡轮发动机的喷射器口去除喷射器，将局部空气供应适配器安装至喷射器口，其中局部空气供应适配器是增压空气供应组件的一部分，并且燃气涡轮发动机是空气源。该方法进一步包括将增压空气供应组件联接至燃气涡轮发动机的二次空气系统，用曲柄转动燃气涡轮发动机的压缩机转子组件，从空气源以及通过增压空气供应组件向二次空气系统提供脱机缓冲空气，并且将清洁剂输送至压缩机。

根据另一个实施例，本文还公开了清洗燃气涡轮发动机的方法。清洗燃气涡轮发动机的方法包括从喷射器口去除喷射器，将局部空气供应适配器安装至喷射器口局部，用曲柄转动燃气涡轮发动机的压缩机，将清洁剂分配质压缩机；以及从局部空气供应适配器向燃气涡轮发动机的二次空气系统提供增压空气。

附图说明

图1示出用于清洗燃气涡轮发动机的压缩机的清洗系统的一部分，包括示例性燃气涡轮发动机的剖视图。

图2示出图1的清洗系统的一部分，其中燃气涡轮发动机配置用于成角度的喷射器。

图3示出图1的清洗系统的一部分，其中燃气涡轮发动机配置了直式喷射器。

图4示出图1的清洗系统的一部分，包括图3的燃烧室区域的轴向视图。

图5是用于清洗燃气涡轮发动机的示例性方法的流程图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于燃气涡轮发动机的压缩机水洗操作的空气缓冲系统。压缩机水洗是从压缩机中清洁沉积物来提高效率的维护操作。本发明提供一种空气缓冲系统，该系统通过燃烧器中的喷射器口从压缩机接入压缩机空气。由于在清洗期间曲柄转动(以部分的操作速度)压缩机，产生了增压空气并供给到燃烧室。然后增压空气通过二次空气系统绕行到轴承组件的缓冲线和冷却通道。大量的空气可缓冲多个轴承组件以及涡轮机冷却通道，并且可以减少现场对车间空气的需求。

图1示意性示出用于清洗燃气涡轮发动机中的压缩机的清洗系统的一部分，包括示例性燃气涡轮发动机的剖视图。特别地，用于清洗燃气涡轮发动机的压缩机的清洗系统800结合并利用燃气涡轮发动机100自身的特征件。因此，在上下文中将开始讨论燃气涡轮发动机100的多个示例性特征件。此外，在此和在其他图中，为了清晰和易于解释，省略、重新放置、简化和/或放大某些表面。

此外，本发明还可以出于定向的目的使用燃气涡轮发动机100。特别地，本发明可以参照燃气涡轮发动机100的旋转的中心轴线95，其通常可由它的轴120的纵向轴线限定。因而，除非另有说明，否则所有对径向、轴向以及周向的引用和测量均参照中心轴线95，并且术语“内部”和“外部”通常指与中心轴线95相距较小或较大的径向距离，其中径向96可以是与中心轴线95垂直并向外辐射的任何方向。此外，本发明可通常引用前向和后向，除非另有说明，否则其中“前”和“后”与一次空气11(即用于燃烧过程的空气)的轴流方向有关。例如，前是相对于一次空气11流动的“上游”，并且后是相对于一次空气11流动的“下游”。

关于示例性燃气涡轮发动机100，通常燃气涡轮发动机100包括进气口110、压缩机200、燃烧器300、涡轮机400、排气口500以及功率输出联接器600。压缩机200包括装有压缩机叶片的一个或多个旋转压缩机转子组件220。涡轮机400包括装有涡轮叶片的一个或多个旋转涡轮机转子组件420。

燃气涡轮发动机100也可以包括配置为无需燃烧使旋转组件旋转的起动器。起动器可在功率输出联接器600或任何其他方便的位置机械地连接至轴120。

一个或多个旋转组件相互联接并且由一个或多个轴120驱动。所述一个或多个轴120由多个轴承组件150支撑，所述多个轴承组件150可以任何方便的方式标识。例如，燃气涡轮发动机100可以包括第一轴承组件151、第二轴承组件152、第三轴承组件153、第四轴承组件154以及第五轴承组件155。一个或多个轴承组件150可以包括干式密封件，例如缓冲迷宫式密封件170(见图2)，该干式密封件使用曲折逸出通道和加压缓冲空气(二次空气13)的组合来防止润滑剂从它们指定的“润湿”区域(即油封的润滑侧)中逸出。

如图所示，燃烧器300可以包括燃烧器壳体310、内燃机支柱(“支柱”)312、轴承套315、扩散器320、喷射器350和燃烧室390或“衬垫”。此外，燃烧器300可以包括燃烧器壳体抽气部370和燃烧器壳体抽气阀372(见图2)。当燃烧器壳体抽气阀372开启时(例如在发动机起动期间)，燃烧器壳体抽气部370充当涡轮机旁路，该涡轮机旁路将一次空气11从燃烧器300直接输送到出气口500，释放了压缩机200上的背压。为了清晰和说明的目的，这里仅仅示出了处于安装位置的喷射器350并且仅仅示出了燃烧器壳体抽气部370。此外，在此和其他附图中，为了清晰和便于说明，已经旋转和/或重新放置了支柱312和喷射器350以与视图保持一致。

根据燃烧器300的配置，燃烧器300可以包括一个或多个上述的部件。例如，燃烧器300可以包括围绕中心轴线95环形分布的多个喷射器350(参见图4)。类似地，燃烧器300可以配置成包括数个环形分布的支柱312，支柱312在轴承套315和燃烧器壳体310之间径向延伸。

在操作中，空气10作为“工作流体”通过燃气涡轮发动机100的进气口110进入燃气涡轮发动机100，并且被压缩机200压缩。在压缩机200中，工作流体通过一系列压缩机转子组件220压缩。具体地，空气10在编号的“级”中被压缩，所述级与每个压缩机转子组件220相关联。例如，“第四级空气”可以与在下游中的或沿“向后”方向的第四个压缩机转子组件220相关联。虽然这里仅示出了五个级，但是压缩机200可以包括更多个级。

在空气10被压缩的情况下，可以根据需要使用空气10：用于燃烧、用于冷却、用于加压等等。特别地，增压空气10可以划分成一次空气11和二次空气13。一次空气11用于燃烧过程中。一次空气11从压缩机200排出，进入燃烧器300用于燃烧，驱动涡轮机400，并且作为废气90从排气口500排放出燃气涡轮发动机100。

二次空气13是通过二次空气系统700(“抽气系统”)提供给整个燃气涡轮发动机100用于辅助用途(例如，内部冷却、加压缓冲密封等等)的空气。具体地，二次空气系统700可以分接压缩机200的一个或多个级，并且通过导管、内部通道、部件之间的间隙以及任何其他空气管道或二次空气管道707的任意组合引导加压的二次空气13。

为了说明，二次空气系统700可以包括在一个或多个位置处在压缩机中分接的一个或多个压缩机口705。压缩机口705气动联接至二次空气管道707。然后二次空气管道707可以根据需要分配二次空气13。例如，二次空气管道707可以与支柱抽气管外凸缘组件710气动联接，并且将压缩的二次空气13提供至燃烧器300的一个或多个支柱312中。又如，二次空气管道707可以与一个或多个缓冲空气接头708气动联接并且将压缩的二次空气13提供至“端部”轴承组件(例如，第一轴承组件151、第四轴承组件154和第五轴承组件155)。

二次空气系统700还可以包括配置成在不同的压力水平处分配并输送二次空气13的空气流动通道的网络。例如，中间压力的二次空气13可以通过中间压力的二次空气管道707从压缩机200的中间级(例如，第6级空气)接出。此外，高压的二次空气13可以通过高压或PCD(压缩机排放口处的压力)的二次空气管道707从压缩机200的随后级或最终级接出。可以在不同的和/或另外的级中分接作为增压空气源。

此外，二次空气13可以用于首要目的，而随后回收的和/或重复使用的空气用于次要目的。具体地，二次空气系统700可以从遍及燃气涡轮发动机100的空气通道回收“混合空气”(即，已经被“使用”或以其他方式暴露于润滑剂和/或其他“污染物”的空气)用于后处理、重复使用等等。例如，可以在轴承套315内或者附近捕获已使用的密封缓冲空气(混合空气)，并通过一个或多个支柱312将其引导出燃烧器300，并到达涡轮机400(例如，用于冷却或缓冲)。

转向用于清洗燃气轮机中的压缩机的系统，该清洗系统800包括喷雾器810和曲轴820。具体地，喷雾器810将清洁剂818引入压缩机200，并且曲轴820转动压缩机转子组件220。清洗系统800还可以包括一个或多个二次空气盖830和/或废料捕获件840。

喷雾器810可以包括配置成将清洁剂818输送进压缩机200的一个或多个喷嘴812。清洁剂818可以包括化学清洁剂(例如，溶剂)和/或物理清洁剂(例如，具有预定液滴尺寸的水)。所述一个或多个喷嘴812可以配置用于对引入压缩机200的清洁剂818的数量和/或质量(即，液滴尺寸、喷射角度、清洁剂与空气比等等)进行测量。此外，所述一个或者多个喷嘴812可以通过施加的压力或合成压力(即，在喷嘴812的出气口处的降低的压力，文丘里效应)将清洁剂818输送进压缩机200。

根据一个实施例，喷雾器810配置为经燃气涡轮发动机100的进气口110将清洁剂818输送到压缩机200中。此外，喷雾器810可以配置为延伸到空气过滤器的下游的进气口110内。例如，喷雾器810可以包括配置为将一个或多个喷嘴812延伸到进气口110内的细长构件。另外，例如，喷雾器810可以包括大体线状的细长管，该细长管可以方便地插入进气口110的进入口111，并且方便地操作从而在整个进气口110中分发清洁剂818。

根据一个实施例，喷雾器810可以固定到进气口110。特别地，喷雾器810可以附接到进气口110，使得不需要用户操作。此外，喷雾器810可以是可拆卸的或集成到进气口110中。例如，喷雾器810可以包括具有策略性地定位在并附接到进气口110的多个喷嘴812的管。所述管可以是环形的或与进气口110相符的其他形状，延伸进气口的整个圆周或其部分。另外，例如，喷雾器810可以包括多个喷嘴812，喷嘴812直接集成到进气口110和/或压缩机200、并且分布在整个进气口110和/或压缩机200中。

根据一个实施例，喷雾器810可以配置为输送冲洗液。特别地，喷雾器810配置为经燃气涡轮发动机100的进气口110将冲洗剂引入到压缩机200中。冲洗液可以是软化水，或其它纯净水，并且被选择以冲洗清洁剂818和/或任何残留物。喷雾器810可以使用与输送清洁剂818相同的通道或单独的通道来输送冲洗液。例如，喷雾器810可以包括可选择的送料器，在这里清洁剂818和冲洗液可以交替地经一个或多个喷嘴812输送。另外，例如，喷雾器810可以包括用于清洁剂818、和用于冲洗液的独立的输送通道和喷嘴812。最后，清洁剂818和冲洗液可以仅在它们的输送定时方面不同。

曲柄820包括联接到压缩机转子组件220的驱动联接器822以及驱动器824，该驱动器824配置为经驱动联接器822使压缩机转子组件220旋转。特别地，曲柄820使压缩机转子组件220旋转，而无需燃烧室390中的燃烧或输送到喷射器350的燃料。此外，驱动联接器822不需要直接连接至压缩机转子组件220。例如，驱动联接器822可以联接到中间驱动构件，例如电源输出联接器600、轴120，等等。

根据一个实施例，曲柄820可以是燃气涡轮发动机100的起动马达。特别地，作为脱机清洗的一部分，起动马达可以用于使用曲柄转动燃气涡轮发动机100。因此，当燃料供应被关闭或以其它方式被禁止时，燃气涡轮发动机100的起动马达可以使用曲柄使压缩机转子组件220旋转。此外，燃气涡轮发动机100的起动马达可以配置为可选择地按照脱机清洗模式和发动机起动模式二者操作。

交替地，曲柄820可以包括从燃气涡轮发动机100中分离的驱动器824。特别地，驱动器824可以独立于燃气涡轮发动机100的起动器，但是以别的方式机械地联接到压缩机转子组件220。例如，曲柄820包括经电源输出联接器600和/或轴120联接到压缩机转子组件220的驱动器824。

驱动器824可以是电动马达、气动马达，或任何方便的驱动设备。此外，驱动器824可与燃气涡轮发动机100分离，并且仅仅用作清洗系统800的部分。交替地，驱动器824可以永久性地联接到燃气涡轮发动机100，例如通常由电源输出联接器600驱动的系统(例如，重新配置作为电动马达操作的发电机)。

一个或多个二次空气盖830是配置为连接并盖住一个或多个压缩机口705、支柱抽气管外凸缘组件710的一个或多个口、和/或为发动机清洗而移除二次空气管道707后制成的二次空气管道707的其他开口。相应地，一个或多个空气盖830可以包括配合移除的二次空气管道707的相同的或类似的接口。

根据一个实施例，一个或多个二次空气盖830可以包括抽气孔832。特别地，配置为盖住压缩机口705的二次空气盖830可以包括抽气孔832。例如，抽气孔832可以是快速释放型。此外，抽气孔832可以配置为盖住压缩机口705，但在加压和/或不加压时打开和关闭压缩机口705。

废料捕获件840收集和/或从清洗系统800重定向使用过的清洁剂818。例如，废料捕获件840可以包括排气收集器841和废料分离器842。特别地，排气收集器841可以是任何方便的管，例如配置成将气流从排气500引导至废料分离器842的罩。同样例如，废料分离器842可以是任何方便的抓捕物，例如配置成接收废料和/或清洗液并允许气体逃逸的开放流体容器。或者，清洗系统800可以使用现有的排气路径从排气500中引导气流，例如当清洁剂818是水的时候。

图2示出了图1的清洗系统的一部分。特别地，示出了缓冲空气通道。此外，清洗系统800和燃气涡轮发动机100的二次空气系统700相结合，该燃气涡轮发动机100从其机上和/或机下提供增压空气。因此，在文中首先讨论二次空气系统700和喷射器350的示例性方面。应该注意，为了清楚起见，可如图中的单个位置仅示出的重复的或相似的部件。

尽管在本文中可使用其他类型的喷射器，燃气涡轮发动机100配置用于成角度的喷射器。特别地，喷射器350是呈90度的喷射器，径向地进入燃烧器300。例如，喷射器350可以径向分布在中心轴线95周围，并被安装至燃烧器壳体310的一端和燃烧室390的另一端。在本文中，和其他附图中，为了使视觉清晰和便于说明起见，移除和/或再定位喷射器350以使其对齐。

如上所述，燃烧器300可以包括多个支柱312，在轴承套315和燃烧器壳体310之间提供了径向支撑。如图所示，支柱312可以放置在扩散器320的气流中，径向分布，并置于邻近的燃气轮机喷射器350之间。例如，每个支柱312可以径向地分配，使得径向相邻的支柱312由两个喷射器分隔开。

支柱312除了提供径向支撑外，还提供横穿燃烧器300内的加压燃料流区域的内部通道，支柱312被遮蔽而避免与一次空气11相互作用。特别地，一个或多个通道可以设置在支柱312的壁内用于输送二次气流13、混合气、润滑剂和/或在燃烧器壳体310的外部和燃气涡轮发动机100的内部之间的其他媒介(例如，在轴承套315的内部或附近)。因此，二次空气系统700的部分可以通过一个或多个支柱312。

如图所示，燃气涡轮发动机100的二次空气系统700可以包括缓冲空气通道720、冷却空气通道730和/或混合空气通道740。在正常操作中，缓冲空气通道720将压缩的二次空气13输送至一个或多个干式密封件(例如，缓冲迷宫式密封件170)。缓冲空气抑制润滑剂从“湿”区域的不期望的移动。此外，在正常操作中，冷却空气通道730将压缩的二次空气13输送至一个或多个冷却通道(例如，横穿不同的涡轮机转子组件420的冷却通道)。此外，在正常操作中，混合空气通道740收集混合空气(例如，邻近轴承密封件)并按路线将其送离。

如上所述，二次空气系统700可以包括一个或多个支柱抽气管外部凸缘组件710。特别地，在正常操作中，支柱抽气管外部凸缘组件710与燃烧器300接合使得二次空气管道707可传输二次空气13和/或混合空气到缓冲空气通道720、冷却空气通道730和/或混合空气通道740或从缓冲空气通道720、冷却空气通道730和/或混合空气通道740传输二次空气13。

转向压缩机清洗，清洗系统800还包括增压空气供应组件850。增压空气供应组件850通常包括一个或多个空气供应气动联接器以及联接到空气管道852每一端的二次空气系统气动联接器853。增压空气供应组件850配置成向燃气涡轮发动机100的一个或多个的区域提供脱机缓冲空气16。脱机缓冲空气16可以来自“车间空气”(即，除燃气涡轮发动机100之外的供气)，“局部空气”(即，一次空气11通过燃气涡轮发动机100压缩)，或其组合。如下所述，脱机缓冲空气16可以用于缓冲润滑剂的流出或污染物的进入。

空气供应气动联接器可以包括任何方便的配置为与脱机缓冲空气16的来源连接的气动联接器。特别地，如果脱机缓冲空气供应是“车间空气”，空气供应气动联接器可以是标准化的空气配件(未示出)。例如，空气供应气动联接器可以是快速拆接单手可操作的空气管线配件。此外，当配置为接收“车间空气”，空气供应气动联接器可以包括一对多或多对一的歧管，和/或多个空气供应气动联接器。

可选地，如果脱机缓冲空气供应是燃气涡轮发动机100(“局部空气”)，空气供应气动联接器可以包括配置为与压缩机200的下游开口连接的局部空气供应适配器。特别地，局部空气供应适配器851气动地联接一次空气流动通道。例如，局部空气供应适配器851可以包括装有汽门的插头，所述插头插入燃烧器300的原始口，例如喷射器口、起动器喷管口、燃烧室容器排放口，等等。

根据一个实施例，局部空气供应适配器851可与喷射器口连接并包括喷射器口凸缘854和管道支架855。特别地，喷射器口凸缘854和管道支架855可以形成安装并附接在移除的喷射器350的位置中并给空气管道852提供空气通道的结构。例如，喷射器口凸缘854可以是成形为基本上类似于移除的喷射器350的安装凸缘，但是包括穿过该盖并终止于管道支架855的一个或多个空气通道的盖。管道支架855可以是配置为以永久的或可拆卸的方式与空气管道852配合的接口和/或配件。

根据一个实施例，局部空气供应适配器851可包括多个管道支架855。特别地，如果脱机缓冲空气16在整个二次空气系统700的各个位置处被路由，单一的喷射器口凸缘854可以包括多个管道支架855以支撑每一通道。例如，如图所示，空气局部空气供应适配器851可以包括具有不同尺寸并连接到三个不同的空气管道的三个管道支架855。所示的局部空气供应适配器851的三个不同的空气管道852可以将脱机缓冲空气16路由到缓冲空气通道720的不同位置。

空气管道852可以包括任何方便形状或配置的气动管道。此外，空气管道852可以是固定形状的或可以是能变形的。例如，空气管道852可以是具有光滑特氟隆孔的能变形的空气管线。还例如，空气管道852可以附加环境特征，例如网格屏蔽。

此外，如果使用多个空气管道852，每一个都可能具有可变长度和内径。特别地，每一空气管道852可能具有不同长度和/或内径，这取决于它与二次空气系统700的哪个部分集成。例如，空气管道852可以包括不同长度的去往“端部”轴承组件的空气管线，以及经一个或多个支柱312进入燃烧器300的空气管线。

根据一个实施例，空气管道852可能具有彼此不同的可变内径。特别地，与缓冲空气通道720、和/或混合空气通道740集成的空气管道852，具有的内径不同于与冷却空气通道730集成的空气管道的内径。例如，与缓冲空气通道720、和/或混合空气通道740集成的空气管道852具有第一内径，而与冷却空气通道730集成的空气管道具有大于第一内径的第二内径。另外，例如，第一内径可以是0.75英寸(19毫米)，而第二内径可以是1.25英寸(32毫米)。

二次空气系统气动联接器853可以包括任何方便的气动配件或适配器，气动配件或适配器配置为附接到与它集成的二次空气系统700的部分。特别地，二次空气系统气动联接器853可以包括多个不同尺寸的连接到不同二次空气通道的附件。此外，每一二次空气系统气动联接器853的内径可以随连接到它的每一空气管道852而变化，如上所述。此外，每一二次空气系统气动联接器853可以被成形为基本上类似于移除的二次空气管道的部分的安装凸缘。

如上所述，二次空气系统700可以方便地包括一个或多个支柱抽气管外凸缘组件710。相应地，移除了二次空气管道707的一个或多个区段的增压空气供应组件850可与相应的二次空气系统接口气动地连接。特别地，使用任何方便的附件，二次空气系统气动联接器853可以连接到支柱抽气管外凸缘组件710。

根据一个实施例，二次空气系统气动联接器853可以包括用于二次空气系统700的一个或多个不同的空气通道的附件。特别地，二次空气系统气动联接器853可以包括配置成联接缓冲空气通道720的缓冲空气通道附件856、配置成联接冷却空气通道730的冷却空气通道附件857，和/或配置成联接混合空气通道740的混合空气通道附件858。

例如，缓冲空气通道附件856可与与“中间”轴承组件150(例如，轴承套315中的二号和三号轴承组件152，153)的缓冲迷宫式密封件170相关联的支柱抽气管外凸缘组件710的端口联接。缓冲空气通道附件856也可与用于端轴承组件150的缓冲迷宫式密封件170的缓冲空气配件708(见图1)联接。还例如，冷却空气通道附件857可与与对涡轮机400的冷却相关联的支柱抽气管外凸缘组件710的端口联接。还例如，混合空气通道附件857可与与离开轴承套315的混合空气相关联的支柱抽气管外凸缘组件710的端口联接。

图3示出清洗系统800的一部分，其中燃气涡轮发动机100配置用于直式注射喷射器。特别地，燃烧器300配置用于在大体轴向方向中进入燃烧器300的180度注射器。如同90度注射器，180度注射器可以径向分布在中心轴线95周围。此外，180度注射器可以一端安装到燃烧室壳体310，另一端安装到燃烧室390。

根据一个实施例，清洗系统800可从压缩机200内部抽出脱机缓冲空气16，和/或为清洗污染物提供更曲折的通道以进入增压空气供应组件850。特别地，增压空气供应组件850可以进一步包括空气供应延伸部859。空气供应延伸部859开始于注射器口凸缘854，并延伸到燃烧器300中。例如，空气供应延伸部859可以是从注射器口凸缘854延伸到燃烧器300中的具有任何横截面的管。

根据一个实施例，空气供应延伸部859可延伸到或进入燃烧室390。特别地，空气供应延伸部859可延伸到并与燃烧室390中的注射器开口配合。例如，空气供应延伸部859可具有与移除的喷射器基本上相同的形状和接口尺寸。此外，空气供应延伸部859可被装备或另外配置成要求脱机缓冲空气16首先进入燃烧室390，以便进入空气供应延伸部859。

图4示出图1的清洗系统800的一部分，包括图3的燃烧器区域的轴向视图。特别地，该视图包括在尾部(从压缩机侧)观察的燃烧器300。如图所示和如上所述，支柱312和注射器350环形分布在中心轴线95周围。然而，这里，燃气涡轮发动机100配置用于直式注射喷射器。虽然该配置不同于成角度的喷射器的配置(径向地进入)，所示实施例均可应用到两者。

根据一个实施例，局部空气供应适配器851可包括多个注射器口凸缘854和/或管道支架855。特别地，如果多个注射器350被移除，每一注射器口可以被盖住并且攻丝。例如，如图所示，局部空气供应适配器851可以包括第一注射器口凸缘854和第二注射器口凸缘854。此外，第一注射器口凸缘854和第二注射器口凸缘854可联接到燃烧器300的上半部中的注射器口。例如且如图所示，第一注射器口凸缘854和第二注射器口凸缘854可安装在燃烧器300的两个最上面的注射器口中。

根据一个实施例，局部空气供应适配器851可以将脱机缓冲空气16输送到包括多个管道支架855的每一个注射器口凸缘854的各个位置。特别地，每一个注射器口凸缘854可以包括多个独立的空气通道。例如，第一注射器口凸缘854和第二注射器口凸缘854可以分别包括两个管道支架855和三个管道支架855，该管道支架855具有各种尺寸并联接到五个不同的空气管道852。然后五个不同的空气管道852可以将脱机缓冲空气16输送到端轴承组件150和中间轴承组件150的缓冲空气通道720，输送到冷却空气通道730，以及输送到混合空气通道740。

工业实用性

本发明总体属于用于燃气涡轮发动机的清洗系统，并适用于燃气涡轮机发动机的使用、运行、维护、修理以及改进。本文所公开的清洗系统的实施例可适合于燃气涡轮机发动机任意数目的工业应用，例如但不限于，石油和天然气工业的各方面(包括石油和天然气的传输、采集、存储、回收以及升举)，发电工业、航天和运输业，这里仅举出几个实例。

此外，所公开的实施例并不限于与特定类型的压缩机或燃气涡轮发动机结合使用。存在可在此应用的许多种燃气涡轮发动机配置和类型。例如，压缩机可以是轴向式压缩机、离心式压缩机，等等，其具有一个或多个压缩级。还例如，燃气涡轮发动机可以是单轴的、多轴的，其具有任意数目的轴承组件，任意类型的燃烧室配置，和/或利用一种或多种不同的燃料而运行。燃气涡轮发动机在尺寸或输出方面不受限制，可以被额定为3000kW功率输出或更大的。此外，压缩机清洗系统可以用于具有二次空气系统的任何燃气涡轮发动机。

通常，本文所公开的清洗系统的实施例适用于燃气涡轮机发动机的使用、运行、维护、修理以及改进，可以被使用以便提高性能和效率，减少维护和修理，和/或降低成本。此外，本文所公开的压缩机清洗系统的实施例适用于从设计到原型机制造以及开始制造直到寿命终点的燃气涡轮发动机的寿命的任意阶段。

图5是用于清洗燃气涡轮发动机的示例性方法的流程图。特别地，可以使用下面的方法900、上面的描述或其组合来清洗一级空气流动通道中的压缩机和/或任何其他部件。如图所示(并参考图1到图4)，当燃气涡轮机脱机时，可通过操作所公开的清洗系统而清洗并冲洗一级空气流动通道中的部件。

方法900开始于装配清洗系统。特别地，清洗系统可以包括如上所述的清洗系统800。此外，装配清洗系统包括在步骤910进入燃气涡轮发动机的二次空气系统，并在步骤920安装清洗系统硬件。

进入燃气涡轮发动机910的二次空气系统可以包括在步骤911进入压缩机口，在步骤912进入缓冲空气通道，在步骤913进入冷却空气通道，和/或在步骤914进入混合空气通道。特别地，进入压缩机口911，进入缓冲空气通道912，进入冷却空气通道913，和/或进入混合空气通道914的步骤可以包括移除二次空气管道，或以别的方式获取分别到压缩机口、缓冲空气通道、冷却空气通道和混合空气通道的气动通路。例如，移除二次空气管道可以提供到下面的端口或空气通道以及配合安装凸缘的通路。

此外，可在一个或多个位置处完成进入上面的每一个端口或空气通道。例如，在步骤911进入压缩机口可以包括在多个压缩机级和/或在分布于压缩机周围的多个压缩机端口处分离二次空气管道。还例如，在步骤912进入缓冲空气通道可以包括为每一轴承组件处的密封件分离二次空气管道，轴承组件包括端轴承组件和中间轴承组件。同样，在步骤913进入冷却空气通道，或在步骤914进入混合空气通道可以包括在方便的位置处分离二次空气管道，例如燃烧器外部一个或多个支柱管外凸缘组件处。

在步骤920安装清洗系统硬件可以包括安装喷射器921，安装曲柄922，安装二次空气帽923，安装废料捕获件924，和/或安装增压空气供应组件930的步骤。可以安装每一这种硬件的一个或多个。此外，可以预先安装一个或多个这些硬件。例如，如上所述，喷雾器或曲柄可以被集成到，或永久地被安装在燃气涡轮发动机上。同样，废料捕获件可以被集成到或永久地被安装在燃气涡轮发动机上。

安装二次空气帽923包括盖住一个或多个压缩机口。特别地，防止空气在二次空气系统中前进到二次空气帽之外。例如，如上所述，如果压缩机包括一个或多个压缩机口，每一口都用二次空气帽盖住。交替地，一个或多个二次空气帽可以被安装在更方便的下游位置。

根据一个实施例，一个或多个二次空气帽可以被安装在流动接合点或缩径歧管的下游。特别地，如果离开压缩机的多个口经廊道或其他流动接合点气动地连接并且气动地减少到较少输出，可盖住较少输出而不是多个口。这在减少二次空气帽的数量，花费的安装时间，以及安装的简便方面是有利的。

安装增压空气供应组件的步骤930可以包括将增压空气供应组件联接到空气源931，将增压空气供应组件联接到缓冲空气通道932，将增压空气供应组件联接到冷却空气通道933，和/或将增压空气供应组件联接到混合空气通道934的步骤。将增压空气供应组件联接到每一空气通道932，933，934可以包括将一个或多个二次空气系统气动联接器联接到每一进入的空气通道，或以别的方式将增压空气供应组件气动地联接到每一个空气通道932，933，934。例如，一个或多个二次空气系统气动联接器与和将要联接的每一个空气通道相关联的每一个先前进入的安装凸缘配合。

将增压空气供应组件联接到空气源的步骤931可以包括联接到“车间空气”935和/或“局部空气”936。特别地，如上所述，联接到“车间空气”935可以包括将空气源气动联接器，例如标准化空气配件，联接到空气源，而不是燃气涡轮发动机。根据实施例，“车间空气”可以在联接时减压，并随后增压。

如上所述，联接到“局部空气”936的步骤可以包括联接空气供应气动联接器，例如配置为接合压缩机的下游开口的局部空气供应适配器。特别地，联接到“局部空气”936可以包括从注射器口937移除注射器并安装局部空气供应适配器到注射器口938。如上所述，安装局部空气供应适配器到注射器口938可以包括安装注射器口凸缘到开放的注射器口。根据另一实施例，可以移除多于一个的注射器，并安装多于一个的局部空气供应适配器。

根据一个实施例，安装局部空气供应适配器到注射器口938可以进一步包括安装局部空气供应适配器到燃烧室中。例如，如上所述，局部空气供应适配器可以包括空气供应延伸部，并且安装局部空气供应适配器到燃烧室中可以包括将空气供应延伸部延伸到燃烧室中的注射器开口中。

根据一个实施例，联接到“局部空气”936可以包括为空气源选择上注射器口。特别地，当从注射器口937移除注射器并安装局部空气供应适配器到注射器口938时，注射器口938可以处于最上面的位置，如轴向地观察(见图4)。此外，如果利用多个注射器口，多个注射器口同样可以是燃烧器中的最上面的注射器口。

接着，方法900包括清洗燃气涡轮发动机。特别地，清洗燃气涡轮发动机包括转动曲柄启动压缩机转子组件940，增压脱机缓冲空气945，以及喷洒清洁剂950。转动曲柄启动压缩机转子组件940可以通常包括转动曲柄启动全部压缩机转子组件，或转动曲柄启动压缩机。此外，如上所述，转动曲柄启动压缩机转子组件940，可以包括安装并操作如上所述的曲柄，和/或操作预先安装的曲柄(例如在没有燃料供应的情况下，操作起动器，操作重新配置的发电机，等等)。此外，转动曲柄启动压缩机转子组件940可以包括首先切断给燃烧器的燃料，然后转动曲柄启动压缩机。当喷洒清洁剂时，可以充分地转动曲柄启动压缩机，以通过燃气涡轮发动机抽取清洁剂。

根据一个实施例，增压脱机缓冲空气的步骤945可以包括提供增压空气给二次空气系统。特别地，增压脱机缓冲空气可以包括提供增压空气给二次空气系统的缓冲空气通道、冷却空气通道，和/或混合空气通道。例如，增压脱机缓冲空气可以包括经二次空气系统，提供增压空气给燃气涡轮发动机的中间和/或端轴承组件的密封件。

如上所述，“局部空气”和“车间空气”可以单独使用或组合使用。如果使用“局部空气”，转动曲柄启动压缩机可以进一步包括转动曲柄启动压缩机使得足以在一定压力下提供脱机缓冲空气。特别地，压缩机可以被转动曲柄启动到最小的预定转速和/或输出压力(离开大气压力测量)。例如，压缩机可以被转动曲柄启动到它的正常运行转速的至少20％。还例如，压缩机可以被转动曲柄启动，使得它的最大输出压力(PCD)是至少0.5磅/平方英寸(3.44kPa)。还例如，压缩机可以被转动曲柄启动，使得它的最大输出压力(PCD)是至少1.0磅/平方英寸(6.89kPa)。还例如，压缩机可以被转动曲柄启动，使得它的最大输出压力(PCD)在0.5磅/平方英寸和1.0磅/平方英寸之间(3.44kPa和6.89kPa)。

可选地，压缩机可以被转动曲柄启动，使得脱机缓冲空气具有足够的压力以抑制润滑剂从“湿”区域的排出或在清洗期间污染物的进入。特别地，与特定燃气涡轮发动机相关的损耗可以通过转动曲柄启动压缩机，被合并到最小的压差(离开非缓冲侧测量)。例如，可以转动曲柄启动压缩机，使得穿过所有被缓冲接口的压差可以是至少0.25磅/平方英寸(1.72kPa)，至少0.5磅/平方英寸(3.44kPa)，或在0.25-1.0磅/平方英寸(1.72-6.89kPa)之间。还例如，可以转动曲柄启动压缩机，使得缓冲轴承密封件的湿侧和它的二次空气系统缓冲空气通道或二次空气系统侧之间的压差，是至少0.25磅/平方英寸(1.72kPa)，至少0.50磅/平方英寸(3.44kPa)，或在0.25-1.0磅/平方英寸(1.72-6.89kPa)之间(离开湿侧测量)。还例如，可以转动曲柄启动压缩机，使得涡轮机的一级空气流动通道和二次空气系统的冷却空气通道之间的压差，是至少0.15磅/平方英寸(1.03kPa)，至少0.25磅/平方英寸(1.72kP_a)，或在0.25-1.0磅/平方英寸(1.72-6.89kPa)之间(离开一级空气流动通道侧测量)。还例如，可以转动曲柄启动压缩机，使得涡轮机上游的一级空气流动通道和穿过迷宫式密封件的混合空气通道之间的压差，是至少0.25磅/平方英寸(1.72kPa)，至少0.50磅/平方英寸(3.44kPa)，或在0.25-1.0磅/平方英寸(1.72-6.89kPa)之间(离开迷宫式密封件的一级空气流动通道侧测量)。

根据一个实施例，增压脱机缓冲空气的步骤945可以包括在清洗期间保持至少部分地关闭燃烧器外壳的抽气。特别地，当转动曲柄启动压缩机转子组件940时，燃烧器外壳的抽气可以被控制或以其它方式保持关闭。例如，如果起动器用于转动曲柄启动压缩机，当清洗燃气涡轮发动机时，打开燃烧器外壳抽气阀的命令可以被绕过，或者燃烧器外壳抽气阀可以以其他方式配置成抑制一级空气绕过涡轮机。还例如，燃烧器外壳抽气阀在燃气涡轮发动机的清洗期间可被锁定在关闭位置。当清洗燃气涡轮发动机并且使用局部空气时，对于增压脱机缓冲空气的改进可以导致燃烧器外壳的抽气被保持关闭。相应地，此实施例可以限制在局部空气被使用的实施例。

如果“车间空气”被使用，增压脱机缓冲空气945可以包括从空气源提供压缩脱机缓冲空气到增压空气供应组件。例如，空气源的压力控制阀可以被打开，从而增压联接的系统。此外，脱机缓冲空气可通过与如上“局部空气”相同或类似的压力水平而被提供。

喷洒清洁剂950包括把清洁剂传送至压缩机或以其他方式将清洁剂分布到压缩机中。特别地，可以使用如上所述的喷雾器来喷洒清洁剂(例如，水、溶剂，等等)。例如，在脱机缓冲空气被增压之后可以喷洒清洁剂。还例如在压缩机转子组件被转动曲柄启动之后可以喷洒清洁剂。

此外，可以喷洒漂洗剂951。特别地，在输送清洁剂后，可以将其从压缩机中冲洗掉。如上所述，清洁剂和漂洗剂可以仅在输送时间上不同。此外，如上所述，喷洒漂洗剂951可以包括对清洁剂和漂洗剂使用相同的喷雾器。

根据一个实施例，方法900可以包括收集废料960。特别地，清洗系统可以包括如上所述的废料捕获件。可选地，燃气涡轮发动机可以包括遍布的一系列流体排水管。因此，在清洗燃气涡轮发动机期间，收集废料960可以包括捕获和去除废料诸如用过的清洁剂和漂洗剂，以及废料捕获件、一个或多个排水管或以其它方式收集的其他污染物。

根据一个实施例，方法900可以包括清洗二次空气盖970。特别地，二次空气盖可以包括如上所述的抽气孔，且在压力作用下抽气孔可以被打开。例如，在清洗程序的最后，压缩机可以继续旋转，从而可以打开抽气孔以便逸出碎片、污染物、漂洗剂等。根据一个实施例，清洗二次空气盖970可以包括在压力作用下使抽气孔处于打开状态，直到最少或没有水从抽气孔排出为止。

最后，方法900以拆卸清洗系统结束。特别地，拆卸清洗系统包括移除压缩机清洗系统硬件980、以及使二次空气系统返回至操作配置990。特别地，移除压缩机清洗系统硬件980基本上是安装压缩机清洗系统硬件的逆向步骤，以及使二次空气系统返回到操作配置990基本上是进入二次空气系统的逆向步骤。此外，使二次空气系统返回至操作配置990可以包括移除曲柄或以其它方式重新配置曲柄。同时，使二次空气系统返回至操作配置990可以包括重新安装一个或多个喷射器991。

当前公开的清洗系统的各实施例提供用于燃气涡轮发动机的脱机曲柄清洗系统。特别地，可以对一个或多个二次空气通道进行缓冲，防止润滑剂从“湿”区流出，或防止清洗期间污染物的进入。此外，在脱机状态下，通过从燃烧器抽吸空气，对“中间”轴承组件和相关联的冷却通道进行缓冲所需的空气量(至少在大型发动机中)可以变得实际，尤其是在没有足够的车间空气可用的场合。因此，这种缓冲可以减少污染以及水洗中的污染物的阻塞。此外，可以更频繁地使用较少缺点的“清洁器”进行清洗，从而改善性能并且增加手工清洗之间的间隔。

以上详细描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明或本发明的应用和用途。所述各实施例并不限于与特定类型的燃气涡轮发动机结合使用。因此，虽然为了便于说明，对当前的各实施例进行了描述，并且描述为应用于单轴式轴流式燃气涡轮机发动机中，但应当认识到，其也可以应用于各种其他类型的燃气涡轮发动机以及各种其他系统和环境中。此外，在前面部分中出现的任意理论并不意在限制本发明。还应当理解的是，图示中可能包括夸大的尺寸和图形表示，以便更好地说明所示的所述及的项目，并不视为限制，除非明确声明如此。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的增压空气供应组件(850)，所述燃气涡轮具有带喷射器口和二次空气系统的燃烧器，所述增压空气供应组件包括：

空气管道(852)，具有第一端和第二端；

二次空气系统气动联接器(853)，其联接到所述空气管道(852)的第一端，所述二次空气系统气动联接器(853)包括配置为附接到所述二次空气系统的一部分上的适配器；以及

局部空气供应适配器(851)，其包括管道支架(855)和注射器口凸缘(854)，所述管道支架(855)联接到所述空气管道(852)的第二端，所述注射器口凸缘(854)配置为装配并附接到所述注射器口上，所述注射器口凸缘(855)在所述注射器口上形成盖，使至少一个空气通道穿过所述盖并终止于管道支架(855)处。

2.根据权利要求1所述的增压空气供应组件(850)，其中，所述燃气涡轮还包括位于所述燃烧器内的燃烧室(390)，所述燃烧室(390)包括喷射器开口；以及

其中，所述局部空气供应适配器(851)进一步包括空气供应延伸部(859)，所述空气供应延伸部(859)从所述注射器口凸缘(854)延伸到所述燃烧器内以及所述喷射器开口处，所述空气供应延伸部(859)配置成要求脱机缓冲空气(16)首先进入所述燃烧室(390)，以便进入所述空气供应延伸部(859)。

3.一种用于清洗包括根据权利要求1或权利要求2所述的增压空气供应组件(850)的燃气涡轮发动机中的压缩机的系统(800)，所述系统(800)进一步包括：

喷雾器(810)，其配置为将清洁剂输送到所述压缩机中；

曲柄(820)，其配置为旋转压缩机转子组件；以及

二次空气帽(830)，其配置为接合以及脱盖二次空气压缩机口。

4.根据权利要求3所述的系统(800)，其中，所述二次空气系统气动联接器(853)包括：

缓冲空气通道附件(856)，其配置成联接所述燃气涡轮发动机的二次空气系统的缓冲空气通道(720)，所述缓冲空气通道(720)通向中间轴承组件(152，153)的缓冲迷宫式密封件(170)；

冷却空气通道附件(857)，其配置成联接所述二次空气系统的冷却空气通道(730)；

其中所述曲柄(820)包括所述燃气涡轮发动机的启动器；以及

其中所述二次空气帽(830)包括抽气孔(832)。

5.一种用于清洗燃气涡轮发动机中的压缩机的方法(900)，所述方法(900)包括：

从所述燃气涡轮发动机的注射器口(937)去除注射器；

向所述注射器口(938)安装局部空气供应适配器，所述局部空气供应适配器是增压空气供应组件的一部分，所述燃气涡轮发动机是空气源；

将所述增压空气供应组件联接至所述燃气涡轮发动机(930)的二次空气系统；

转动曲柄启动所述燃气涡轮发动机的压缩机转子组件(940)；

从所述空气源并通过所述增压空气供应组件向所述二次空气系统(945)供应脱机缓冲空气；以及

将清洁剂输送到所述压缩机(950)。

6.根据权利要求5所述的方法(900)，其中，所述向所述二次空气系统(945)供应所述加压脱机缓冲空气包括在所述向所述压缩机(950)输送清洁剂期间，保持燃烧器外壳抽气至少部分地关闭。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(900)，进一步包括：

进入压缩机口(911)，包括拆开气动联接到所述压缩机口的二次空气管道；

安装二次空气帽(923)，包括从所述压缩机口脱盖，所述二次空气帽包括抽气孔；

接入缓冲空气通道(912)，包括在配套的缓冲空气通道安装凸缘处拆开燃烧器外的二次空气管道，所述缓冲空气通道通向所述燃气涡轮发动机的至少一个中间轴承组件的第一密封件；

接入冷却空气通道(913)，包括在配套的冷却空气通道安装凸缘处拆开燃烧器外的二次空气管道，所述冷却空气通道通向所述燃气涡轮发动机的至少一个涡轮机转子组件的一个或多个冷却通道；

从所述压缩机(951)漂洗所述清洁剂；

在从所述压缩机(951)漂洗所述清洁剂之后，通过开启所述抽气孔来吹洗所述二次空气帽(970)；以及

其中，将所述增压空气供应组件联接至所述燃气涡轮发动机(930)的所述二次空气系统包括：

将所述增压空气供应组件联接至所述缓冲空气通道(932)，包括将所述增压空气供应组件联接至所述配套的缓冲空气通道安装凸缘，以及

将所述增压空气供应组件联接至冷却空气通道(933)，包括将所述增压空气供应组件联接至所述配套的冷却空气通道安装凸缘。

8.根据权利要求5或权利要求6所述的方法(900)，其中，所述将所述增压空气供应组件联接至所述燃气涡轮发动机(930)的所述二次空气系统包括：将所述增压空气供应组件联接至缓冲空气通道(932)，所述缓冲空气通道通往所述燃气涡轮发动机的至少一个端轴承组件(151，154，155)以及至少一个中间轴承组件(152，153)的一个或多个缓冲密封件，所述方法(900)进一步包括将空气供应气动联接器联接至车间空气源(935)，所述车间空气源不同于所述燃气涡轮发动机；以及

其中所述向所述二次空气系统(945)供应脱机缓冲空气包括通过所述空气供应气动联接器从所述车间空气源向至少一个端轴承组件(151，154，155)的所述一个或多个缓冲密封件(170)供应脱机缓冲空气。

9.根据任何前述权利要求所述的方法(900)，其中，所述转动曲柄启动所述压缩机转子组件(940)包括：

在没有供应燃料的情况下，操作所述燃气涡轮发动机的启动器，以及

转动曲柄启动所述压缩机至所述压缩机的正常操作速度的至少20％或使得所述压缩机的最大输出压力至少为0.5磅/平方英寸，以大气压力作为标准。

10.根据任何前述权利要求所述的方法(900)，其中，所述注射器口处于所述燃气涡轮发动机的燃烧器的上半部分；

其中所述局部空气供应适配器包括空气源延伸部(859)；

其中向所述注射器口(938)安装所述局部空气供应适配器包括将所述空气源延伸部延伸至或延伸进入燃烧室；以及

其中向所述二次空气系统(945)供应脱机缓冲空气包括从所述燃烧室供应脱机缓冲空气。