CN107023390A - 装备清洁系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及装备清洁系统和方法。清洁系统和方法利用保持流体清洁剂(104)和装备组件(200)的储槽(102)，该装备组件(200)由连结在一起的多个分立构件形成。一个或更多个超声换能器在装备组件(200)与流体清洁剂(104)接触时通过使高频超声波生成和传播到流体清洁剂(104)中来移除装备组件(200)上的一个或更多个沉积物。

Description

装备清洁系统和方法
技术领域
本文中公开的主题的实施例涉及用于清洁由多个分开部件组装的装备的系统和方法，该装备诸如发动机和涡轮。
背景技术
诸如发动机和涡轮的装备可随时间而积累沉积物。例如，与飞机机翼联接的发动机和涡轮可在外部表面和或内部表面上积累沉积物(例如，由砂、尘土、和/或其他材料形成的石英或其他沉积物)。这些和其他类型的沉积物可使部件耐久性和发动机性能退化。最终，必须从发动机和发动机部件清洁沉积物。
现有清洁系统和方法从较大的涡轮系统(例如，飞机)移除发动机和/或涡轮，以便可清洁发动机和/或发动机部件。发动机和涡轮被分解或以其他方式分离成分开部件，其先前连接以形成发动机和涡轮。分开部件然后被清洁且重新组装成发动机和涡轮。清洁且重新组装的发动机和涡轮然后被放回涡轮系统上，以用于推进涡轮系统时的额外操作。
飞机发动机和高性能涡轮具有非常细小的冷却孔，其允许燃烧器和涡轮中的更高的燃气温度。在飞机发动机在含细小尺寸尘土，诸如根据PM10水平测量的尘土(例如，小于10微米的颗粒物质)的环境中操作期间，尘土可积累在细小尺寸冷却孔中且降低发动机和涡轮的冷却效率。
尘土还沉积在被冷却的表面上且形成表面与冷却介质之间的隔离层，这可降低发动机和涡轮的冷却效率。降低的冷却效率可提高构件操作温度且减少构件的有用寿命期限。此外，夹带在进入涡轮发动机和冷却通道的空气中的颗粒物质可包含可腐蚀构件的含硫组分。
发明内容
在一个实施例中，清洁方法包括：将由多个部件形成的飞机发动机组件浸入储槽中的流体清洁剂中，使该飞机发动机组件暴露于具有大于40kHz的频率的超声波，和生成流体清洁剂的气穴(cavitation)，以移除飞机发动机组件的部件中的一个或更多个上的沉积物，而不损伤飞机发动机组件。
在另一个实施例中，另一清洁方法包括：将装备组件放置成与流体清洁剂接触，该装备组件由连结在一起以形成该装备组件的多个分立构件形成，且在装备组件与流体清洁剂接触时通过使装备组件暴露于高频超声波来移除装备组件上的一个或更多个沉积物。
在另一个实施例中，清洁系统包括：储槽，其构造成保持流体清洁剂和由连结在一起的多个分立构件形成的装备组件；和一个或更多个超声换能器，其构造成在装备组件与流体清洁剂接触时通过将高频超声波生成且传播到该流体清洁剂中来移除装备组件上的一个或更多个沉积物。
技术方案1. 一种方法，其包括：
将由多个部件形成的发动机组件浸入储槽中的流体清洁剂中；
使所述发动机组件暴露于具有大于40kHz的频率的超声波；和
生成所述流体清洁剂的气穴，以移除所述发动机组件的部件中的一个或更多个上的沉积物而不损伤所述发动机组件。
技术方案2. 根据技术方案1所述的方法，其中，生成所述流体清洁剂的气穴来移除所述沉积物而不将所述超声波聚焦在所述沉积物所位于的部位处。
技术方案3. 根据技术方案1所述的方法，其中，所述流体清洁剂包括柠檬酸清洁剂。
技术方案4. 根据技术方案1所述的方法，还包括在使所述发动机组件暴露于所述超声波之前将屏蔽及衰减装置(1500)放置成与所述发动机组件接触，其中，所述屏蔽及衰减装置(1500)防止由所述超声波造成的对所述发动机组件的损伤。
技术方案5. 一种方法，其包括：
将装备组件放置成与流体清洁剂接触；和
在所述装备组件与所述流体清洁剂接触时，通过使所述装备组件暴露于具有大于40kHz的频率的超声波来移除所述装备组件上的一个或更多个沉积物。
技术方案6. 根据技术方案5所述的方法，其中，从所述装备组件移除所述一个或更多个沉积物包括利用所述超声波导致所述流体清洁剂中的气穴。
技术方案7. 根据技术方案5所述的方法，其中，从所述装备组件移除所述一个或更多个沉积物包括使所述装备组件暴露于所述超声波而不将所述超声波聚焦在所述一个或更多个沉积物所位于的部位处。
技术方案8. 根据技术方案5所述的方法，其中，所述流体清洁剂包括具有柠檬酸的清洁剂。
技术方案9. 一种系统，其包括：
储槽，其构造成保持流体清洁剂和装备组件；和
一个或更多个超声换能器，其构造成在所述装备组件与所述流体清洁剂接触时通过使具有大于40kHz的频率的超声波生成和传播到所述流体清洁剂中来移除所述装备组件上的一个或更多个沉积物。
技术方案10. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述装备组件由连结在一起的两个或更多个分开构件形成，并且所述一个或更多个沉积物在不将所述构件彼此分开的情况下移除。
技术方案11. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述一个或更多个换能器构造成生成频率为至少80kHz的超声波。
技术方案12. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述一个或更多个超声换能器构造成通过利用所述超声波导致所述流体清洁剂中的气穴而从所述装备组件移除所述一个或更多个沉积物。
技术方案13. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述一个或更多个超声换能器构造成通过使所述装备组件暴露于所述超声波来从所述装备组件移除所述一个或更多个沉积物，而不将所述超声波聚焦在所述一个或更多个沉积物所位于的部位处。
技术方案14. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述流体清洁剂包括柠檬酸。
技术方案15. 根据技术方案9所述的系统，其中，所述储槽构造成保持所述流体清洁剂和所述装备组件二者，使得所述装备组件至少部分地浸没在所述储槽中的所述流体清洁剂中。
实施方案1. 一种方法，其包括：
将由多个部件形成的发动机组件浸入储槽中的流体清洁剂中；
使所述发动机组件暴露于具有大于40kHz的频率的超声波；和
生成所述流体清洁剂的气穴，以移除所述发动机组件的部件中的一个或更多个上的沉积物而不损伤所述发动机组件。
实施方案2. 根据实施方案1所述的方法，其中，所述超声波具有至少80kHz的频率。
实施方案3. 根据实施方案1所述的方法，其中，生成所述流体清洁剂的气穴来移除所述沉积物而不将所述超声波聚焦在所述沉积物所位于的部位处。
实施方案4. 根据实施方案1所述的方法，其中，所述流体清洁剂包括柠檬酸清洁剂。
实施方案5. 根据实施方案1所述的方法，还包括在使所述发动机组件暴露于所述超声波之前将屏蔽及衰减装置放置成与所述发动机组件接触，其中，所述屏蔽及衰减装置防止由所述超声波造成的对所述发动机组件的损伤。
实施方案6. 一种方法，其包括：
将装备组件放置成与流体清洁剂接触；和
在所述装备组件与所述流体清洁剂接触时，通过使所述装备组件暴露于具有大于40kHz的频率的超声波来移除所述装备组件上的一个或更多个沉积物。
实施方案7. 根据实施方案6所述的方法，其特征在于，所述装备组件由连结在一起以形成所述装备组件的多个分立构件形成。
实施方案8. 根据实施方案6所述的方法，其中，所述超声波具有至少80kHz的频率。
实施方案9. 根据实施方案6所述的方法，其中，从所述装备组件移除一个或更多个沉积物包括利用所述超声波导致所述流体清洁剂中的气穴。
实施方案10. 根据实施方案6所述的方法，其中，从所述装备组件移除一个或更多个沉积物包括使所述装备组件暴露于所述超声波而不将所述超声波聚焦在所述一个或更多个沉积物所位于的部位处。
实施方案11. 根据实施方案6所述的方法，其中，所述流体清洁剂包括具有柠檬酸的清洁剂。
实施方案12. 根据实施方案6所述的方法，其中，将所述装备组件放置成与所述流体清洁剂接触包括将所述装备组件浸入至少部分地填充有所述流体清洁剂的储槽中。
实施方案13. 根据实施方案6所述的方法，其中，利用所述超声波从所述装备组件移除所述一个或更多个沉积物，而不在所述装备组件的任一构件中生成裂纹、不损伤所述装备组件的构件中的任一个上的涂层、并且不损伤所述装备组件的构件中的两个或更多个之间的任何密封件。
实施方案14. 根据实施方案6所述的方法，其中，所述装备组件包括涡轮发动机模块组件。
实施方案15. 根据实施方案6所述的方法，还包括在使所述装备组件暴露于所述超声波之前将屏蔽及衰减装置放置成与所述装备组件接触，其中，所述屏蔽及衰减装置防止由所述超声波造成的对所述装备组件的损伤。
实施方案16. 一种系统，其包括：
储槽，其构造成保持流体清洁剂和装备组件；和
一个或更多个超声换能器，其构造成在所述装备组件与所述流体清洁剂接触时通过使具有大于40kHz的频率的超声波生成和传播到所述流体清洁剂中来移除所述装备组件上的一个或更多个沉积物。
实施方案17. 根据实施方案16所述的系统，其中，所述装备组件由连结在一起的两个或更多个分开构件形成，并且在不将所述构件与彼此分开的情况下移除所述一个或更多个沉积物。
实施方案18. 根据实施方案16所述的系统，其中，所述一个或更多个超声换能器构造成生成频率为至少80kHz的超声波。
实施方案19. 根据实施方案16所述的系统，其中，所述一个或更多个超声换能器构造成通过利用所述超声波导致所述流体清洁剂中的气穴从所述装备组件移除所述一个或更多个沉积物。
实施方案20. 根据实施方案16所述的系统，其中，所述一个或更多个超声换能器构造成通过使所述装备组件暴露于超声波来从所述装备组件移除所述一个或更多个沉积物，而不将所述超声波聚焦在所述一个或更多个沉积物所位于的部位处。
实施方案21. 根据实施方案16所述的系统，其中，所述流体清洁剂包括柠檬酸。
实施方案22. 根据实施方案16所述的系统，其中，所述储槽构造成保持所述流体清洁剂和所述装备组件二者，使得所述装备组件至少部分地浸没在所述储槽中的所述流体清洁剂中。
实施方案23. 根据实施方案16所述的系统，其中，所述清洁剂是用于所述超声波的超声耦合介质。
实施方案24. 根据实施方案16所述的系统，还包括屏蔽及衰减装置，所述屏蔽及衰减装置构造成在使所述装备组件暴露于所述超声波之前被放置成与所述装备组件接触，其中，所述屏蔽及衰减装置防止由所述超声波造成的对所述装备组件的损伤。
附图说明
参照附图，在附图中，示出本发明的具体实施例和其他益处，如在下面的说明更详细地说明的那样，在附图中：
图1示出装备清洁系统的一个实施例；
图2示出根据一个实施例的、被降低到图1所示的清洁系统的储槽中的装备组件的立体图；
图3示出根据一个实施例的、在图1所示的储槽中的流体清洁剂中的图2所示的装备组件的俯视图；
图4示出根据一个实施例的、图1所示的清洁系统的超声换能器的部分立体图；
图5示出用于超声清洁装备组件的方法的一个实施例的流程图；
图6示出在本文所述的清洁发动机组件之前和之后的、通过不同的飞机涡轮发动机组件的测得空气流；
图7是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统和方法清洁之前的、图2所示的装备组件的转子盘密封件的外部表面的部分视图；
图8是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统和方法清洁之后的、图7所示的装备组件的同一转子盘密封件的外部表面的部分视图；
图9示出根据一个实例的、在利用高频超声波和基于柠檬酸的清洁剂清洁之前的、代表飞机涡轮发动机组件的试样的表面的照片(100x放大率)；
图10示出根据一个实例的、在利用较低频的超声波和基于柠檬酸的清洁剂清洁之后的、代表飞机涡轮发动机组件的试样的表面的另一照片(100x放大率)；
图11示出根据一个实例的、在利用较高频的超声波和基于柠檬酸的清洁剂清洁之后的、代表飞机涡轮发动机组件的试样的表面的另一照片(100x放大率)；
图12示出根据一个实例的、由图1示出的换能器生成的具有80kHz的目标频率的超声波的频谱强度；
图13是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统和方法清洁之前的、图2所示的装备组件的转子盘的密封件的外部表面的另一部分视图；
图14是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统和方法清洁之后的、图13所示的装备组件的同一转子盘的密封件的外部表面的另一部分视图；
图15示出根据一个实施例的屏蔽及衰减装置的立体图；
图16示出根据一个实施例的图15所示的屏蔽及衰减装置的另一立体图；
图17示出根据一个实施例的图15所示的屏蔽及衰减装置的另一立体图；
图18示出根据一个实施例的屏蔽及衰减装置的截面图；以及
图19示出根据一个实施例的配置在图2所示的装备组件上的屏蔽及衰减装置。
具体实施方式
本文中描述的发明主题的一个或更多个实施例提供用于对系统的组装装备(诸如涡轮驱动的系统(例如车辆)的发动机或涡轮)进行清洁的系统和方法。该系统和方法可在发动机、涡轮、或装备保持组装时清洁发动机、涡轮、或其他装备。例如，该装备可被超声地清洁，而无需将形成装备的不同部件从彼此拆开。发动机和发动机部件可被清洁，以移除发动机部件上的砂积聚物或其他沉积物，发动机部件诸如涡轮叶片(例如，高压涡轮叶片)、护罩、喷嘴、静叶、密封构件、阀杆、喷嘴箱等。
在一个方面中，本文所述的系统和方法可用于提供具有精密且复杂的几何形状的飞机(或其他运载系统)发动机合金和构件(包括具有涂层的构件)的超声清洁。构件和具有涂层的构件可包括涡轮叶片、涡轮喷嘴、盘、轴、和密封件。并非本文所述且要求保护的发明主题的所有实施例都限于发动机、发动机合金、涡轮叶片、涡轮喷嘴、盘、轴、密封件、飞机、或运载系统。发明主题的至少一个实施例可以与其他类型的装备、系统等结合地使用。
本文所述的系统和方法可清洁组装装备，同时维持组装装备的整体性。该组装装备是由若干分立、分开的部件或构件形成，这些部件或构件与彼此连接以形成组装装备。可清洁装备而不使所有构件与彼此完全分离。在一个方面中，部件可在形成组装装备之前与彼此分开，但可通过粘附剂、紧固件、密封件等连结在一起。
在一个方面中，本文所述的系统和方法利用高频超声波以用于清洁组装装备。高频超声波清洁组装装备，而不损害装备的疲劳寿命，诸如因生成或蔓延内部裂纹、外部裂纹、点蚀、晶间氧化、晶间侵蚀等。清洁途径可涉及构件、具有涂层的构件、具有薄涂层(包括涂料)的构件、和组装装备的模块/部分组件。一些其他超声系统和方法可通过生成或蔓延内部裂纹、外部裂纹、凹陷、晶间氧化、晶间侵蚀等损伤装备的部件。备选地，本文所述的发明主题的一个或更多个实施例可用于清洁组装装备的与彼此分开的单独部件或构件。
高频超声波(例如，具有大于40kHz，至少80kHz、直到100kHz、直到120kHz等的频率的波)可与基于柠檬酸的清洁剂结合地使用，以清洁组装装备(诸如飞机发动机)内的大范围的构件。飞机发动机中的飞机发动机构件可具有精密外部几何形状和复杂内部几何形状，其原本使构件和发动机难以清洁。为了提供均匀的清洁，组装装备可在超声清洁期间在超声储槽中旋转且平移，以改善受清洁剂和超声换能器影响的清洁动作的均匀性。在一个方面中，组装装备可被超声地清洁，而不使用任何含氯氟烃，诸如1,1,1-三氯乙烷。
图1示出装备清洁系统100的一个实施例。清洁系统100可用于超声地清洁装备组件(诸如由两个或更多个分立构件形成的装备)的表面(内部和/或外部表面)。被清洁的装备可包括例如发动机、涡轮、发动机的部件、涡轮的部件等，而装备的两个或更多个分开的部件保持连接或附连于彼此。在一个实施例中，被清洁的装备组件可包括涡轮动叶、盘等，而动叶与盘等连接。
清洁系统100包括储槽102，储槽102保持流体清洁剂104。储槽102限定室，诸如来自清洁剂的源106(图1中的“清洁剂源”)的流体清洁剂104置于该室中。可选地，储槽102可形成为封壳，该封壳卷绕装备组件，以将组件包封在储槽102内侧且提供围绕组件的空间，在该空间中放置清洁剂104。例如，储槽102可具有可挠主体，该可挠主体在组件与较大系统(例如，飞机的机翼)连接时卷绕该组件，以允许清洁该组件。
源106可代表容器、软管等，清洁剂104从其分配到储槽102中。清洁剂104可包括基于柠檬酸的清洁剂，诸如具有按重量计算百分之0.1到0.5的柠檬酸的清洁剂。清洁剂104的pH可小于七。发明人已发现基于柠檬酸的清洁剂相对于其他清洁剂在清洁机械地复杂的装备组件的外部和内部表面方面更成功。清洁剂104包括一种或更多种水溶性表面活性剂，这些水溶性表面活性剂与沉积物结合以使沉积物更可溶以用于从装备组件的表面移除。在一个实施例中，清洁剂104和超声波从装备组件移除外来沉积物，且不移除涂层。沉积物可在以下方面与涂层不同：沉积物可在沉积物和涂层的大小(例如，表面积)方面、在沉积物对涂层的厚度方面、在包括的化学组成和矿物等方面比涂层更广地变化。此外，沉积物可在以下方面与涂层不同：涂层可在制造、检查、或修复期间提供在装备组件上，而沉积物因使用或静止随时间而积累在装备组件上。
在一个实施例中，清洁剂104包括反应物成分，该反应物成分选择性地溶解形成沉积物的外来材料的组分，同时物理地移除沉积物中的硅酸盐材料。例如，清洁剂104可具有选择性地溶解外来材料中的基于氧化物、基于氯化物、基于硫酸盐、和基于碳的组分中的至少一种的配方。更具体而言，清洁剂104可具有选择性地溶解外来材料的包括钙、硫、钠、钾、镁、硅、和/或铝的基于氧化物的组分的配方。基于氧化物和基于硫酸盐的组分的示例包括但不限于硫酸钙、硫酸镁、二氧化硅(例如，石英)、长石、云母、和粘土。清洁剂104还选择性地溶解外来材料的包括钠和/钾的或基于氯化物的组分。基于氯化物的组分的示例包括但不限于氯化钠和氯化钾。反应物成分还选择性地溶解外来材料的包括钙、氧、和/或镁的基于碳的组分。基于碳的组分的示例包括但不限于碳酸钙和碳酸镁。
清洁剂104还可具有与形成沉积物的外来材料的基于氧化物、基于氯化物、基于硫酸盐、和基于碳的组分之外的材料基本上不反应的配方。更具体而言，清洁剂104可与金属材料基本上不反应，金属材料诸如但不限于镍、钛、铝、钒、铬、铁、和钴。类似地，清洁剂104可与用于制作在本文所述的装备组件的保护涂层和/或底层材料的非金属材料基本上不反应，非金属材料包括但不限于稀土元素陶瓷氧化物、陶瓷基质复合物、聚合物基质复合物、和其他非金属复合物材料。因此，显著地限制或避免对涡轮构件的保护涂层和/或底层材料的损伤。
在一个实施例中，清洁剂104包括反应物成分，该反应物成分具有在清洁剂104的按体积计算大约百分之25和大约百分之70之间的范围内的水、在清洁剂104的按体积计算大约百分之1和大约百分之50的范围内的酸性组分、和在清洁剂104的按体积计算大约百分之1和百分之40的范围内的胺组分。清洁剂104的酸性组分可为有助于形成沉积物的外来材料的基于氧化物、基于氯化物、基于硫酸盐、和基于碳的组分的选择性溶解的主驱动力。酸性组分的示例包括但不限于柠檬酸、乙醇酸、聚丙烯酸、和它们的组合。胺组分可作用为表面活性剂，其有助于降低清洁剂104与形成沉积物的外来材料之间的表面张力。此种胺组分的示例包括但不限于单异丙醇胺和三乙醇胺。清洁剂104可通过在如本文所述将装备组件浸入清洁剂104中之前用水稀释反应物成分来形成。在一个示例实施例中，清洁溶液的pH值小于大约5。
在一个实施例中，用于形成清洁剂104的第一反应物成分包括：在反应物成分的按体积计算大约百分之40和大约百分之60之间的范围内的水、在反应物成分的按体积计算大约百分之20和大约百分之30之间的范围内的二丙二醇单乙醚、在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之10之间的范围内的丙二醇正丁醚、在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之5之间的范围内的单异丙醇胺、和在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之5之间的范围内的乙醇酸。在该实施例中，反应物成分包括Luminox®(“Luminox”是纽约White Plains的Alconox, Inc.的注册商标)。清洁剂104可通过用水以高达大约18的因数来稀释第一反应物而形成，其中钠是有限稀释因子。
在另一个实施例中，用于形成清洁剂104的第二反应物成分包括：在反应物成分的按体积计算大约百分之25和大约百分之35之间的范围内的水、在反应物成分的按体积计算大约百分之15和大约百分之25之间的范围内的二丙二醇单乙醚、在反应物成分的按体积计算大约百分之30和大约百分之40之间的范围内的单异丙醇胺、在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之5之间的范围内的醇烷氧基化物、和在反应物成分的按体积计算大约百分之5和大约百分之10之间的范围内的乙二醇丁醚。在该实施例中，反应物成分为Detergent 8®(“Detergent 8”是纽约White Plains的Alconox, Inc.的注册商标)。清洁剂104可通过用水以高达大约3的因数来稀释第二反应物成分而形成，其中氟是有限稀释因子。
在另一个实施例中，用于形成清洁剂104的第三反应物成分包括：在反应物成分的按体积计算大约百分之50和大约百分之70之间的范围内的水、在反应物成分的按体积计算大约百分之5和大约百分之15之间的范围内的乙醇酸、在反应物成分的按体积计算大约百分之5和大约百分之15之间的范围内的柠檬酸、在反应物成分的按体积计算大约百分之2和大约百分之7之间的范围内的三乙醇胺、和在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之5之间的范围内的醇烷氧基化物。在该实施例中，反应物成分可包括Citrajet®(“Citrajet”是纽约White Plains的Alconox, Inc.的注册商标)。清洁剂104可通过用水以高达大约32的因数来稀释第三反应物成分而形成，其中钠是有限稀释因子。
在另一个实施例中，用于形成清洁剂104的第四反应物成分包括：在反应物成分的按体积计算大约百分之50和大约百分之70之间的范围内的水、在反应物成分的按体积计算大约百分之5和大约百分之15之间的范围内的乙醇酸、在反应物成分的按体积计算大约百分之5和大约百分之15之间的范围内的柠檬酸、在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之5之间的范围内的三乙醇胺、在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之5之间的范围内的醇烷氧基化物、和在反应物成分的按体积计算大约百分之1和大约百分之10之间的范围内的磺酸异丙胺。在该实施例中，反应物成分可包括Citranox®(“Citranox”是纽约White Plains的Alconox, Inc.的注册商标)。清洁剂104可通过用水以高达大约35的因数来稀释第四反应物成分而形成，其中硫是有限稀释因子。
清洁剂104的使用通过改善通过组件的空气流，而不只是组件对其他种类清洁剂(诸如基于碱的清洁剂)的暴露来去除装备组件(诸如飞机涡轮发动机组件)上的沉积物。将组件浸入基于柠檬酸的清洁剂140而不使组件暴露于高频超声波导致很少到没有去除沉积物，且作为结果，导致很少到没有对通过组件的空气流的改善。
储槽102示为具有开口顶侧108的五面箱，通过该开口顶侧108放入清洁剂104和/或待清洁的装备组件。储槽102可保持打开，使得清洁剂104和装备组件不被密封或容纳在储槽102内侧，且清洁剂104不在储槽102内侧被加压。备选地，储槽102可被密封并且/或者清洁剂104在储槽102内被加压。
一个或更多个超声换能器110配置在储槽102中。换能器110示为沿着两个维度比第三维度大，且沿储槽102的相反侧配置。备选地，可使用不同数量的换能器110和/或不同形状的换能器110。储槽102足够大，以保持流体清洁剂104和装备组件二者，使得装备组件至少部分地浸没(或完全地浸没)在储槽102中的流体清洁剂104中。换能器110生成超声波，该超声波在储槽102中穿过流体清洁剂104朝装备组件传播。如本文所述，超声波和清洁剂104从装备组件的内部和/或外部表面清洁沉积物，而不损伤组件或组件上的涂层。
换能器110与控制器112和功率源114可控制地链接。控制器112可代表包括硬件电路的超声控制器，硬件电路具有控制来自换能器110的超声波的生成的一个或更多个处理器(例如，微处理器、集成电路、场可编程门阵列等)并且/或者与它们连接。控制器112命令从功率源114到换能器110的电能(例如电压和/或电流)的流。功率源114可代表供应电能的公用电网、一个或更多个电池等。换能器110包括被(由控制器112命令的)功率源114激励以生成超声波的压电元件。
控制器112可指示换能器110振动且生成进入到清洁剂104中的高频超声波。高频超声波可包括具有大于40kHz的平均或峰值频率的超声波。可选地，这些波可具有至少80kHz的平均或峰值频率。波可具有不超过上限的频率，诸如100kHz、200kHz、300kHz、400kHz等。高频超声波传播通过流体清洁剂104且通过导致流体清洁剂104中的气穴来移除装备组件上的沉积物。沉积物可包括在装备组件的使用或暴露期间随时间而在装备组件上堆积的尘土、砂、或其他材料。
在一个实施例中，控制器112可指示换能器110生成具有在目标频率的指定范围(诸如80kHz)内的峰值强度的超声波。超声波可以不都具有相同频率的目标频率，但可具有不同频率处的若干强度峰值，其中最大峰值强度在目标频率的指定范围(例如，5kHz、10kHz等)处或内。
图12示出根据一个实例的、由图1示出的换能器110生成的具有80kHz的目标频率的超声波的频谱强度1200。超声波的强度1200示为在表示超声波频率的水平轴线1202旁，且在表示不同频率处的超声波强度(例如，按照分贝)的竖直轴线1204旁。如图12所示，超声波可具有不同频率处的强度峰值1206、1208、1210、1212、1214。例如，峰值1206发生在15kHz附近，峰值1208发生在31kHz附近，峰值1210发生在47kHz附近，峰值1212发生在61kHz附近，且峰值1214发生在78kHz附近。尽管峰值发生在不同频率处，但最大的峰值1214发生在80kHz的目标频率的指定范围内。因此，尽管超声波可具有各种不同的频率，但具有最大强度、或大于其他峰值的至少指定百分比(例如80%)的强度的峰值频率是由控制器112命令的目标强度。
回到图1所示的系统1100的描述，控制器112可不指示换能器110沿任何特定方向聚焦超声波。例如，与聚焦的超声波相反，超声波可由换能器110生成，而不聚焦在装备组件或流体清洁剂104内的任何部位处，诸如待移除的沉积物的部位。未聚焦、高频超声波可传播通过清洁剂104且利用高频超声波从装备组件移除沉积物，而不在装备组件的构件中的任一个中生成裂纹、不损伤装备组件的构件中的任一个上的涂层、并且/或者不损伤装备组件的构件中的两个或更多个之间的任何密封件。超声波可生成流体清洁剂的气穴，以移除沉积物而不损伤装备组件。例如，超声波可在沉积物和装备组件的表面处或之间在清洁剂中形成气泡，以从表面移除沉积物。
在示出的实施例中，清洁系统100包括搅拌器116，搅拌器116操作以使装备组件在储槽102中的清洁剂104内移动。搅拌器116可包括联接机构118，诸如活塞、杆、夹具等，联接机构118接合装备组件以允许搅拌器116使装备组件在储槽102内移动。搅拌器116可包括一个或更多个马达、带、齿轮等，其由功率源114(或另一功率源)供能并且由控制器112控制以旋转、降低、升高、或以其他方式使装备组件平移到储槽102中或平移出储槽102或在储槽102内平移。控制器112可指示搅拌器116使装备组件在储槽102内旋转或以其他方式平移，以从装备组件的各种表面移除沉积物。
在一个方面中，搅拌器116和联接机构118可防止装备组件接触储槽102的一个或更多个内部表面。搅拌器116和联接机构118可在如下部位中定位在储槽102上方，该部位防止装备组件触碰超声换能器110、储槽102内侧的底表面、或储槽102的内部竖直或侧表面。
图2示出根据一个实施例的、被降低到清洁系统100的储槽102中的装备组件200的立体图。继续参照图2，图3示出了根据一个实施例的在储槽102的清洁剂104中的装备组件200的俯视图。装备组件200是由涡轮盘202和与盘202相连接的若干涡轮叶片204形成的涡轮发动机模块组件。整个装备组件200可通过搅拌器116(图1示出)和联接机构118降低到储槽102中。一旦装备组件200浸在包括清洁剂104的浴槽中，换能器110就可被激励，以在清洁剂104中生成高频超声波。装备组件200可浸在浴槽中，此时要求清洁的区域的至少部分在浴槽中。备选地，装备组件200可浸在浴槽中，此时装备组件200的至少一半在浴槽中。备选地，装备组件200可浸在浴槽中，此时装备组件200全部在浴槽中。
这些超声波可传播通过清洁剂104，以导致装备组件200上的沉积物上或附近的气穴。该气穴从装备组件200移除沉积物。在清洁装备组件200之后，装备组件200可被从储槽102移除、干燥、且放回涡轮系统(例如飞机)中，在该涡轮系统中，装备组件200操作以用于额外的使用。如本文所述，装备组件200可以此方式得到清洁，而无需将装备组件200拆开，诸如通过从盘202移除叶片204且分开地清洁叶片204和/或盘202。
图4示出根据一个实施例的，清洁系统100的超声换能器110中的一个的部分立体图。换能器110可通过图4所示的一个或更多个线缆400与功率源114和/或控制器112传导地联接。图4所示的换能器110可称为板式换能器，因为换能器110具有超声发射表面402，该超声发射表面402在两个正交方向(例如，沿图4所示的x和y方向)上比在第三正交方向(例如沿图4所示的z方向)上大。换能器110可生成从表面402离开换能器110且传播通过储槽102中的清洁剂104的超声波。超声波可从表面402的所有或多于大部分的表面积发射，且可以不是聚焦的超声波。表面402面对装备组件所置于的储槽102的内部，以导致超声波朝装备组件传播，以用于清洁装备组件。
图5示出用于超声清洁装备组件的方法500的一个实施例的流程图。方法500可用于移除由在装备组件内连结在一起的若干构件(例如，叶片)形成的装备组件的一个或更多个外部和或内部表面上的沉积物，同时构件仍连结。方法500在一个实施例中可通过图1所示的清洁系统100的一个或更多个实施例执行。
在502处，装备组件被放置为与流体清洁剂接触。装备组件可浸在保持流体清洁剂的储槽中，以便流体清洁剂能够进入装备组件的内部室中并且/或者以其他方式接触装备组件的沉积物位于其上的表面。在504处，在清洁剂中生成高频超声波。超声波可具有比其他系统使用的大的频率，以清洁装备组件。例如，超声波可具有大于40kHz、至少80kHz的频率、或另一频率的频率。
在506处，在装备组件上的沉积物周围生成气穴。超声波可在清洁剂中生成气穴，以辅助从装备组件的表面抬起沉积物。在508处，可选地使装备组件在保持清洁剂的储槽中移动。装备组件可被旋转、平移、抬起、降低等，以导致超声波传播到装备组件的许多不同表面且在其附近生成气穴。备选地，装备组件可在储槽中的清洁剂中保持静止。
在510处，确定沉积物是否被从装备组件移除。在一个实施例中，该确定可基于装备组件在清洁剂中暴露于超声波的时间的长度来自动地进行。例如，装备组件可保持在清洁剂中达指定的时间段，且在该时间段结束之后，被从清洁剂移除。备选地，在沉积物已被移除的检查和验证之后，可从清洁剂移除装备组件。
如果沉积物已被移除，则可朝512进行方法500的流程。但是，如果更多的沉积物剩余(或用于清洁装备组件的时间段未届满)，那么方法500的流程可朝504返回，以用于装备组件的额外清洁。在512处，将装备组件从清洁剂移除。装备组件可被从保持清洁剂的储槽抬起，且被干燥或以其他方式准备以用在较大驱动系统，诸如涡轮驱动的系统中。
本文所述的清洁系统和方法可用于从飞机涡轮发动机组件的表面移除沉积物，以改善通过组件的空气流。在如本文所述清洁之前(例如，带有在发动机组件的内部和/或外部表面上的沉积物)和在如本文所述清洁之后，可测量空气流作为流过涡轮发动机组件的空气的体积和/或速度。
图6示出在如本文所述清洁发动机组件之前和之后，通过不同的飞机涡轮发动机组件的测得空气流600、602(例如，空气流600A-G、602A-G)。空气流600、602示为在代表不同发动机组件的水平轴线602和代表因发动机组件上和/或内侧的沉积物的存在而减少的空气流百分比的竖直轴线606旁。各组空气流600、602(例如，一个组中的空气流600A、602A、另一组中的空气流600B、602B等)代表清洁之前和之后的减少的空气流(按照百分比)。空气流600代表空气流中的清洁前减少，而空气流602代表空气流中的清洁后减少。用于清洁不同发动机组件的超声波以80kHz频率发射。
如图6所示，在根据本文所述的清洁系统和方法的一个或更多个实施例的清洁之后，对于不同发动机组件中的各个，空气流得到改善。例如，与空气流600A、602A相关的发动机组件通过清洁改善空气流，因为空气流的减少从清洁前的近似-5.25%(例如，空气流600A)减少到清洁后的近似-1.75%(例如，空气流602A)。其他发动机组件在清洁后空气流中呈现甚至更大的改善，诸如与空气流600D、602D的组、空气流600E、602E的组、和空气流600F、602F相关的发动机组件。
图7是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统100和方法清洁之前的、图2所示的装备组件200的转子盘密封件的外部表面的部分视图。图8是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统100和方法清洁之后的、图7所示的装备组件200的同一转子盘密封件的外部表面的部分视图。若干沉积物700(图7所示)存在于清洁前转子盘的外部上，但被移除以留下清洁的表面800(图8所示)。通过在存在基于柠檬酸的清洁剂的情况下使用高频超声波，移除沉积物700，而不损伤装备组件200的表面。
图9到11示出代表根据若干示例的飞机涡轮发动机组件的试样的表面的照片900、1000、1100。照片900、1000、1100是100x放大照片，其示出当使用不同频率以用于生成超声波时对发动机组件的表面导致的损伤(例如腐蚀)。图9至11所示的表面都包括相同的合金涂层。在照片900中，被照相的表面未被本文所述的清洁系统100或方法超声地清洁。在照片1000中，被照相的表面已被通过将发动机组件放置在具有基于柠檬酸的清洁剂104的储槽102中且使发动机组件暴露于具有40kHz或更小的频率的超声波而被超声地清洁。在照片1100中，被照相的表面已被通过将发动机组件放置在具有与照片1000相同的基于柠檬酸的清洁剂104的相同储槽102中，但使发动机组件暴露于具有80kHz频率的超声波而被超声地清洁。
如通过照片900、1000、1100的比较示出的，使照片900中的表面暴露于具有不大于40kHz的频率的超声波可导致对表面的损伤，诸如通过在表面中生成剥落1002(图10示出)。剥落1002指示表面上的涂层已被超声波损伤。相反，使表面暴露于具有至少80kHz的频率的超声波不会损伤涂层，因为如图11所示，在清洁之后在表面上不存在剥落或其他损伤。
图13是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统100和方法清洁之前的、图2所示的装备组件200的转子盘的密封件的外部表面的另一部分视图。图14是根据一个实例的、在利用本文所述的清洁系统100和方法清洁之后的、图13所示的装备组件200的同一转子盘的密封件的外部表面的另一部分视图。图13和14所示的转子盘被利用40kHz的目标频率清洁，而没有超声波的任何屏蔽或衰减。如图14所示，利用40kHz的目标频率清洁可导致转子盘涂层的一些不可接受的剥落1400。该剥落1400指示对转子盘涂层的损伤，其在将转子盘放置成重新使用之前可能需要被修复。
为了防止在超声清洁期间对装备组件的损伤，可使用一个或更多个屏蔽及衰减装置。屏蔽及衰减装置可用于具有精密和复杂几何形状的飞机发动机合金和构件(包括具有涂层的构件)的超声清洁。构件和具有涂层的构件可包括涡轮叶片、涡轮喷嘴、盘、轴、和密封件。屏蔽及衰减装置确保在清洁期间在构件的任何区中都不激励损伤性超声波共振，其在原本将导致对构件和/或涂层的损伤。
屏蔽及衰减装置有效地在压缩应变下在构件和组装规模二者下保护金属构件、接合涂层、防腐蚀材料、密封件、和热涂层的整体性。屏蔽及衰减装置在一定范围的功率强度(诸如从1到20瓦特每公升)和从环境到80摄氏度(或另一温度)的温度内是有效的。屏蔽及衰减装置对具有低于中性的pH的流体具有化学抵抗力。
图15到17示出根据一个实施例的屏蔽及衰减装置1500的立体图。装置1500可被放置于装备组件200上，且在装备组件200的超声清洁期间保持与装备组件200接触。装置1500防止超声波中的目标频率的共振频率到达并且/或者损伤装备组件200，诸如通过防止装备组件200的金属构件、接合涂层、防腐蚀材料、密封件、和热涂层的剥落、开裂、点蚀等。
装置1500可由可挠的弹性体材料形成，诸如橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、天然橡胶等。备选地，装置1500可由刚性或半刚性材料形成，诸如热塑性聚合物。装置1500形成为环形，以围绕装备组件的外周边或周围延伸。联接机构1502，诸如线缆、夹具(例如，软管夹具)等，可将装置1500固连于装备组件。
图18示出根据一个实施例的装置1500的截面图。装置1500包括面对装备组件200的内部表面1800。如图18所示，内部表面1800具有与装备组件200的外部表面1802互补的形状。例如，外部表面1802可具有被接收到装置1500的内部表面1800的谷部内的突出环。内部表面1800的互补形状允许装置1500抵接装备组件200的外部表面1802。
图19示出根据一个实施例的配置在装备组件200上的装置1500。装置1500可在装备组件200浸到超声浴槽中之前或期间被放置于装备组件200周围。装备组件200然后可暴露于在本文所述的高频超声波，以清洁装备组件200。如图19所示，装置1500可不覆盖整个装备组件200。作为代替，装置1500可被置于装备组件200的一些但非所有区域上或周围。装备组件200和装置1500可暴露于高频超声波，以便清洁装备组件200，包括装备组件200的由装置1500覆盖的区域，同时避免对装备组件200的损伤。
在一个实施例中，清洁方法包括将由多个部件形成的飞机发动机组件浸入储槽中的流体清洁剂中，使该飞机发动机组件暴露于具有大于40kHz的频率的超声波，和生成流体清洁剂的气穴，以移除飞机发动机组件的部件中的一个或更多个上的沉积物，而不损伤飞机发动机组件。
在一个方面中，超声波具有至少80kHz的频率。
在一个方面中，生成流体清洁剂的气穴移除沉积物而不将超声波聚焦在沉积物所位于的部位处。
在一个方面中，流体清洁剂包括柠檬酸清洁剂。
在另一个实施例中，另一清洁方法将装备组件放置成与流体清洁剂接触，该装备组件由连结在一起以形成该装备组件的多个分立构件形成，且在装备组件与流体清洁剂接触时通过使装备组件暴露于高频超声波来移除装备组件上的一个或更多个沉积物。
在一个方面中，高频超声波具有大于40kHz的频率。
在一个方面中，高频超声波具有至少80kHz的频率。
在一个方面中，从装备组件移除一个或更多个沉积物包括利用超声波导致流体清洁剂中的气穴。
在一个方面中，从装备组件移除一个或更多个沉积物包括使装备组件暴露于高频超声波而不将高频超声波聚焦在该一个或更多个沉积物所位于的部位处。
在一个方面中，流体清洁剂包括柠檬酸。
在一个方面中，将装备组件放置成与流体清洁剂接触包括将装备组件浸入至少部分地填充由该流体清洁剂的储槽中。
在一个方面中，利用高频超声波从装备组件移除该一个或更多个沉积物，而不在装备组件的构件中的任一个中生成裂纹、不损伤装备组件的构件中的任一个上的涂层、并且不损伤装备组件的构件中的两个或更多个之间的任何密封件。
在一个方面中，装备组件包括涡轮发动机模块组件。
在另一个实施例中，清洁系统包括：储槽，其构造成保持流体清洁剂和由连结在一起的多个分立构件形成的装备组件；和一个或更多个超声换能器，其构造成在装备组件与流体清洁剂接触时通过将高频超声波生成且传播到该流体清洁剂中来移除装备组件上的一个或更多个沉积物。
在一个方面中，该一个或更多个换能器构造成生成频率大于40kHz的高频超声波。
在一个方面中，该一个或更多个换能器构造成生成频率为至少80kHz的高频超声波。
在一个方面中，该一个或更多个超声换能器构造成通过利用超声波导致流体清洁剂中的气穴来从装备组件移除一个或更多个沉积物。
在一个方面中，该一个或更多个超声换能器构造成通过使装备组件暴露于高频超声波而不将高频超声波聚焦在该一个或更多个沉积物所位于的部位处来从装备组件移除一个或更多个沉积物。
在一个方面中，流体清洁剂包括柠檬酸。
在一个方面中，储槽构造成保持流体清洁剂和装备组件二者，使得装备组件至少部分地浸没在储槽中的流体清洁剂中。
在一个方面中，该一个或更多个超声换能器构造成利用高频超声波从装备组件移除该一个或更多个沉积物，而不在装备组件的构件中的任一个中生成裂纹、不损伤装备组件的构件中的任一个上的涂层、并且不损伤装备组件的构件中的两个或更多个之间的任何密封件。
在一个方面中，装备组件包括涡轮发动机模块组件。
要理解的是，上面的描述意图为示意性的且不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以与彼此结合地使用。此外，可进行许多修改以使具体的情形或材料适应本发明主题的教导而不脱离其范畴。虽然在本文所述的材料的尺寸和类型意图限定本发明主题的参数，但是它们决不意图为限制的且是示范实施例。在回顾上面的描述后，许多其它实施例对本领域技术人员而言将是显而易见的。本发明主题的范围因此应当参照所附权利要求、以及这种权利要求授权的等同物的全部范围而确定。在所附权利要求中，用语“包括”和“在其中”用作相应用语“包含”和“其中”的通俗易懂的英语等同物。而且，在下列权利要求中，用语“第一”、“第二”、和“第三”等仅仅用作标注，并且不意图对它们的对象强加数字要求。此外，下列权利要求的限制不书写成装置加功能格式，并且不意图根据35U.S.C.§112(f)来解释，除非或直至这种权利要求限制清楚地使用短语“装置，其用于”，后面跟着没有其他结构的功能陈述。
本书面说明使用示例来公开本发明主题的若干实施例，且还使本领域技术人员能够实践本发明主题的实施例，包括制造和使用任何装置或系统且执行任何合并的方法。本发明主题的可申请专利的范围可包括由本领域技术人员想到的其它实例。如果此种其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。
本发明主题的某些实施例的下列详细描述将在结合附图阅读时更好地理解。在附图示出各种实施例的功能框图方面来说，功能框不一定指示硬件电路之间的分开。因此，例如，功能框(例如，处理器或存储器)中的一个或更多个可实现在单件硬件(例如，通用信号处理器、微控制器、随机存取存储器、硬盘等)中。类似地，程序可为独立程序、可作为子例程并入操作系统中、可为安装的软件包中的功能，等等。各种实施例不限于附图所示的布置和工具。
如在本文中使用的，以单数形式叙述且前缀词语“一”或“一个”的元件或步骤应当理解为不排除复数个所述元件或步骤，除非明确地陈述这种排除。此外，对本发明主题的“实施例”或“一个实施例”的引用不意图被解释为排除存在也包括所叙述特征的附加实施例。而且，除非相反明确地陈述，否则“包括”、“包含”、或“具有”带特定特性的一个元件或多个元件的实施例可包括附加的不具有该特性的此种元件。
因为可在本文所述的系统和方法中作出某些改变，而不脱离在本文中包括的本发明主题的精神和范围，因而意图为，上面的描述或在附图中显示的全部主题应当仅仅解释为示出本文所述发明构思的实例，并且不应解释为限制本发明主题。
如在本文中使用的，“构造成”执行任务或操作的结构、限制、或元素是以与该任务或操作对应的方式特别地在结构上形成、构造、编程、或改装的。为了清楚和避免疑问，仅能够修改以执行该任务或操作的对象并不“构造成”执行在本文中使用的任务或操作。相反，本文中使用的“构造成”的使用指示以与不被编程以执行任务或操作的“不用定制(off-the-shelf)”的结构或元素不同的方式执行对应任务或操作的结构或元件的结构适应性或特性、编程，并且/或者指示被描述为“构造成”执行任务或操作的任何结构、限制、或元素的结构要求。

Claims (10)

1.一种方法，其包括：
将由多个部件形成的发动机组件(200)浸入储槽(102)中的流体清洁剂(104)中；
使所述发动机组件(200)暴露于具有大于40kHz的频率的超声波；和
生成所述流体清洁剂(104)的气穴，以移除所述发动机组件(200)的部件中的一个或更多个上的沉积物而不损伤所述发动机组件(200)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述流体清洁剂(104)的气穴来移除所述沉积物而不将所述超声波聚焦在所述沉积物所位于的部位处。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体清洁剂(104)包括柠檬酸清洁剂(104)。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括在使所述发动机组件(200)暴露于所述超声波之前将屏蔽及衰减装置(1500)放置成与所述发动机组件(200)接触，其中，所述屏蔽及衰减装置(1500)防止由所述超声波造成的对所述发动机组件(200)的损伤。
5. 一种方法，其包括：
将装备组件(200)放置成与流体清洁剂(104)接触；和
在所述装备组件(200)与所述流体清洁剂(104)接触时，通过使所述装备组件(200)暴露于具有大于40kHz的频率的超声波来移除所述装备组件(200)上的一个或更多个沉积物。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述装备组件(200)移除所述一个或更多个沉积物包括利用所述超声波导致所述流体清洁剂(104)中的气穴。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，从所述装备组件(200)移除所述一个或更多个沉积物包括使所述装备组件(200)暴露于所述超声波而不将所述超声波聚焦在所述一个或更多个沉积物所位于的部位处。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述流体清洁剂(104)包括具有柠檬酸的清洁剂(104)。
9. 一种系统，其包括：
储槽(102)，其构造成保持流体清洁剂(104)和装备组件(200)；和
一个或更多个超声换能器，其构造成在所述装备组件(200)与所述流体清洁剂(104)接触时通过使具有大于40kHz的频率的超声波生成和传播到所述流体清洁剂(104)中来移除所述装备组件(200)上的一个或更多个沉积物。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述装备组件(200)由连结在一起的两个或更多个分开构件形成，并且所述一个或更多个沉积物在不将所述构件彼此分开的情况下移除。
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