CN111226025A - 用于清洁喷气发动机的涡轮叶片的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于清洁喷气发动机(80)的涡轮机级(81)的涡轮叶片(82)的设备(1)。该设备(1)包括用于穿过穿引开口(83)插入到喷气发动机(80)中的清洁喷管(2)，该清洁喷管具有在其一个端部处的输出开口(3)和在其另外的端部处的用于输送清洁介质的供应接口(4)，其中该设备(1)包括用于清洁喷管(2)的引导件(10)和固定装置(20)，引导件用于清洁喷管(2)的独有并且能重现的定位和定向，固定装置用于将引导件(10)能拆除地固定在喷气发动机(80)的外侧面处，并且其中固定装置(20)具有定向单元(30)，借助该定向单元能够将引导件(10)相对于喷气发动机(80)的外侧面调节到预设的定向上。

Description

用于清洁喷气发动机的涡轮叶片的设备

技术领域

本发明涉及一种用于清洁喷气发动机的涡轮机级的涡轮叶片的设备。

背景技术

飞机喷气发动机以已知方式具有一个或多个压缩机级、一个燃烧室以及一个或多个涡轮机级。在涡轮机级中，来自燃烧室的热的燃烧气体将其用于驱动压缩机级的热能和机械能的一部分输出。飞机喷气发动机的污染会导致效率降低，这引起燃料消耗增加，从而增加环境负荷。尤其当污物在飞机发动机的以空气穿流的部分上形成沉淀并且因此损害表面品质时，这是适用的。

尤其当飞机用于沙漠地区时，还存在空气中的沙漠沙(CMAS)被发动机吸入并且由于燃烧室中的高温而熔化的问题。当撞到在流动方向上设置在燃烧室下游的高压涡轮叶片(HPT叶片)时，熔化的沙再次固化。极细的沙还处于吸入高压压缩机中的冷却空气中，冷却空气从内部进入高压涡轮叶片的内部冷却通道中并在那里沉积，内部冷却通道通到叶轮的轮廓前缘处以形成薄膜冷却。这两种作用都导致高压涡轮叶片的冷却空气通道变窄或阻塞，使得该高压涡轮叶片不再被充分冷却。尤其与在沙漠地区以外的应用相比，结合腐蚀作用和氧化作用，高压涡轮叶片磨损明显更快并且运行寿命和使用寿命显著减少。

为了清洁高压涡轮叶片，在现有技术中已知：从飞机拆下受影响的发动机并对其进行发动机维修，以便在此对高压涡轮叶片进行包括清洁的维修循环。该发动机维修是高耗费并且昂贵的。

从DE 10 2012 002 275 A1中还已知一种方法，其中飞机发动机可以保留在飞机上以清洁高压涡轮叶片。为此，必要时借助于引入辅助装置将清洁设备经由发动机的侧向开口引入燃烧室中，该清洁设备具有用于产生压力流体射束的喷嘴，要利用该压力流体射束去除高压涡轮叶片处的沉积物。在该引入后，清洁设备能自由移动并且仅受可能设置的引入辅助装置轻微限制。能够经由引导经过清洁设备的管道镜来检查清洁设备相对于高压涡轮机叶片的定向。但是，这种方法的结果并不总是令人满意的。

发明内容

本发明所基于的目的是，提出一种用于清洁喷气发动机的涡轮机级的涡轮叶片的、相对于现有技术改进的设备。

因此，本发明涉及一种用于清洁喷气发动机的涡轮机级的涡轮叶片的设备，其包括：用于插入到喷气发动机中的清洁喷管，该清洁喷管具有在其一个端部处的输出开口和在其另外的端部处的用于输送清洁介质的供应接口，其中，该设备包括：用于清洁喷管的引导件，其用于将清洁喷管相对于引导件独有并且能重现地定位和定向；和固定装置，其用于将引导件能拆除地固定在喷气发动机的外侧面处，并且其中，固定装置具有定向单元，借助该定向单元能够将引导件相对于喷气发动机的外侧面调节到预设的定向上。

要清洁的涡轮叶片尤其能够是高压涡轮机级(例如第一高压涡轮机级)的高压涡轮叶片。

本发明的理念是：为了一直令人满意地清洁涡轮叶片，清洁介质应以预设的角度撞击到每个涡轮叶片的待清洁的表面上，并且如果清洁射束不直接覆盖全部待清洁的面，则确保将清洁射束引导经过全部待清洁的面。清洁喷管相对于待清洁的涡轮叶片的、对于好的清洁作用所需的位置和定向在此能够作为预设被限定。

为了在清洁喷管的输出开口相对于待清洁的涡轮叶片的位置和定向方面能重现地遵守预设，根据本发明首先提出：在固定装置处引导清洁喷管通过引导件，从而独有并且能重现地定位和定向清洁喷管。为了使引导件适合于“独有并且能重现地定位和定向清洁喷管”，清洁喷管和/或引导件具有如下机构，借助这些机构能够确定清洁喷管在引导件中的限定的位置处相对彼此的相对运动和/或限制清洁喷管在引导件中的自由度的数量。在这两种情况下，尽可能无缝隙地进行引导。

例如能够设有锁定元件和/或定位螺钉，借助其能够将清洁喷管相对于引导件能选择地调节到由锁定元件和/或定位螺钉预设的位置处。在此，锁定元件和/或定位螺钉能够设置在引导件或清洁喷管处，其中，另外的部件因此例如分别具有用于接合锁定元件和/或定位螺钉的相应的凹陷部。

为了限制在引导件中的清洁喷管的自由度的数量，例如能够设有槽引导件、轨道引导件或线性引导件，这些引导件将清洁喷管相对于引导件的相对运动的自由度限制在由槽和/或轨道预设的方向上。因此，清洁喷管在引导件中的移动性例如能够被限制成单一的线性运动，而不会存在转动的自由度。

优选的是，引导件设计用于将清洁喷管相对于引导件的移动性限制到一个自由度。自由度在此能够反映旋转运动、线性运动和/或由其构成的任意的、也分部段形成的组合。优选的是，限制运动的自由度是直线的平移自由度。优选的是，该一个自由度设置用于，在设备已安装的状态下，通过沿着该一个自由度的移动使清洁喷管的输出端沿着相对于喷气发动机的转子的轴线的径向方向移动，优选线性地移动。

为了在清洁喷管相对于要处理的涡轮叶片的位置和定向方面也实际上遵守设置用于好的清洁作用的预设，除了所描述的清洁喷管的引导件之外，还需要将引导件自身相对于待清洁的涡轮叶片设置在预设的位置和定向上。在此，引导件的位置基本上由喷气发动机中的用于清洁喷管的穿引开口预设。

但是，本发明的理念是，在穿引开口的区域中将引导件直接固定在喷气发动机的外侧面处而没有进一步的调节可能性，这样不能可靠地确保清洁喷管的按照预设的位置和定向。

为了实施该理念，根据本发明的设备包括固定装置，该固定装置具有定向单元，借助该定向单元能够调节引导件的定向。通过固定装置的定向单元能够避免定向错误。

固定装置能够具有用于啮合到用于清洁喷管的穿引开口的螺纹中的螺纹部段作为固定机构，和/或具有用于能拆除地固定在喷气发动机的外侧面处的螺钉。特别地，螺纹部段能够是空心螺纹件的一部分，该空心螺纹件具有圆锥形设计的头部。清洁喷管能够引导穿过空心螺纹件，该空心螺纹件又能够啮合到穿引开口的内螺纹中。在固定装置的相应的配合件适当成型的情况下，通过锥形设计的头部可以将配合件固定在穿引开口处的适合于引导件的期望定向的方位上并且确定在该方位上。

在固定机构或固定装置的相对于喷气发动机位置确定的固定部分(例如固定机构)与固定装置的包括引导件的部分之间，固定装置具有可移动的和/或可变形的部段，该部段实现引导件的定向。定向装置能够通过如下方式直接地作用于该部段上，即例如能够经由定向装置改变固定装置的这两个部分相对彼此的方位。

优选地，定向单元包括一个或多个止挡面，止挡面设计用于抵靠在喷气发动机的限定的构件处并且与固定装置的包括引导件的部分连接。优选地，在此能够调节止挡面的至少一部分，例如借助于调节螺钉或螺杆移动止挡面的至少一部分。也可行的是，调节螺钉的自由端部直接形成可调节的止挡面。通过该止挡面确定引导件相对于喷气发动机的外侧面的定向，其中止挡面的可调节性使引导件的定向可调。

在用于清洁喷气发动机的涡轮机级的涡轮叶片的、根据本发明的设备中，通过引导件的根据本发明设置的可定向性以及清洁喷管相对于引导件的可重现的定位，能够将清洁喷管的输出开口的定位和定向可靠地调节到预设处。引导件的为此所需的正确定向例如能够以止挡面抵靠部件的方式通过引导件相对于喷气发动机的部件的定向来实现，该部件的位置能够考虑作为可靠的基准。可替换地或附加地，引导件的正确定向可以例如经由激光或设置在引导件处的定向辅助器(例如水准仪)通过测量得出。

优选的是，该设备包括引导机构，借助该引导机构能够使清洁喷管沿着引导件移动。引导机构在此优选设置用于，使得引导机构将清洁喷管的输出端沿着相对于喷气发动机的转子的轴线的径向方向移动，优选线性地移动。移动例如能够通过将清洁喷管的移动性限制在相应的单一自由度上来实现。在此显而易见的是，仅当引导件根据相应的预设定向时，通常在清洁喷管的输出端处出现期望的运动。

引导机构能够具有用于沿着引导件移动的曲柄连杆机构。通过相应的曲柄连杆机构，能够实现清洁喷管的输出端的往复运动，该往复运动对于均匀清洁涡轮叶片是有利的。这尤其适用于所谓的随机清洁，其中共同地进行一个级的所有涡轮叶片的清洁。为此，具有待清洁的涡轮叶片的涡轮机级连续转动，并且清洁介质的从清洁喷管的输出开口输出的射束沿着垂直于涡轮机级的转动轴线的方向来回往复运动，从而在确定的时间段之后，清洁介质的射束被引导经过涡轮机级的每个涡轮叶片的所有基本可由射束到达的区域至少一次。通过适合地选择涡轮机级的转动速度和往复运动速度，也能够在各个涡轮叶片的长度上确保均匀的清洁。

为了使该设备能够可变地用于不同的发动机型号，能够更换清洁喷管和/或能够沿纵向调节曲柄连杆机构的曲柄。通过更换清洁喷管，该设备能够匹配于不同的发动机几何形状。经由曲柄连杆机构的纵向调节，能够将设备的行程范围匹配于待清洁的涡轮叶片的长度。

此外，其他的引导机构也是可行的，例如包括齿轮传动机构的引导机构。因此能够经由引导机构自由地控制该设备的行程范围。

引导机构能够被手动地、例如经由手动曲柄驱动。但优选的是，引导机构包括能控制的驱动器，优选具有步进马达，以使清洁喷管沿着引导件移动。只要存在曲柄连杆机构，驱动器就能够作用于该曲柄连杆机构上，在齿轮传动机构的情况下作用于螺杆上。

为了使操作更简单，该设备优选能被分解成组件。由此，该设备不必在单一步骤中固定以及作为整体固定在喷气发动机处，这由于将清洁喷管必要时引入到喷气发动机的开口中而可能是困难的，反而可行的是将组合成设备组件的部件依次安装。例如，清洁喷管能形成一个组件，而引导件与另外的组件关联。该设备的可分解性还能改善设备的仓储和运输能力。

根据本发明的设备优选设计用于借助包括二氧化碳的清洁介质进行清洁。二氧化碳能够以粒料的形式存在，借助于燃料气体通过清洁喷管运输该粒料。但是也可行的是，将液态二氧化碳设置为清洁介质的前级。液态二氧化碳在从清洁喷管输出时至少部分地凝固并且形成二氧化碳薄片形式的固体成分。

为了改善用这种清洁介质的清洁作用而能提出，在借助相应的清洁介质清洁之前加热涡轮叶片。由此进一步提高清洁介质的已经良好的清洁作用。因此，通过事先加热涡轮叶片加大了清洁介质与清洁区域之间的温度差，这有助于污染物的断裂和剥离。

能够将热气、特别是热空气用于加热涡轮叶片。在此，能够使热气通过相同的清洁喷管引导至涡轮叶片，随后将清洁介质、例如具有二氧化碳的压缩气体引导经过该涡轮叶片。

为了在此防止将清洁介质与热气混合，该设备优选具有用于将两种介质能选择地馈送至清洁喷管的供应接口的切换阀，其中，切换阀设置用于，当在第一入口或控制入口处施加足够的压力时使切换阀从切换阀的第二入口直接切换到第一入口。“直接切换”在此表示：在从一个入口切换到另一入口期间的任何时间点，这两个入口都不同时(甚至仅部分地)打开。

通过切换设备避免了施加在切换阀的第二入口处的介质(例如热气)与施加在第一入口处的介质接触。在第一入口处的清洁介质包括固态二氧化碳的情况下，因此能够避免二氧化碳的不期望的升华和凝结。

优选的是，切换阀具有复位元件，当在第一入口或控制入口处没有施加足够的压力时，复位元件使切换阀直接从第一入口切换到第二入口。当在第一入口或控制入口处没有施加足够的压力时，通过相应的复位元件将切换阀切换到第二入口。如果直接经由第一入口控制切换阀，则这等同于缺乏输入流通过该入口。在任何情况下都能通过切换阀避免到第一入口中的回流。

显然，切换阀也能用在与由包括二氧化碳的清洁介质和热气构成的仅示例性提出的组合不同的、任意其他的介质中。

根据本发明的设备实现了在喷气发动机保留在飞机上(机翼上)期间清洁涡轮机级的涡轮叶片。例如，能够将喷气发动机的壳体处的点火器开口、燃料喷射器开口和/或管道镜开口用作清洁喷管的穿引开口。

附图说明

现在根据有利的实施方式参考附图示例性地描述本发明。附图示出：

图1示出了根据本发明的设备的一个实施例；

图2a-图2c示出了图1中的设备的应用的示意图；

图3示出了用于根据图1和图2的设备的切换阀；以及

图4、图5示出了根据图3的切换阀在不同切换位置的剖面图。

具体实施方式

图1示出了用于清洁喷漆发动机80的涡轮机级81的涡轮叶片82的、根据本发明的设备1的第一实施例。

设备1包括清洁喷管2，该清洁喷管能穿过侧向开口83引入喷气发动机80中。清洁喷管2具有在其待引入喷漆发动机80中的端部处的输出开口3，清洁介质(例如具有固体二氧化碳的空气)能在高压下从该输出开口输出。经由在清洁喷管2的另外的端部处的供应接口4输送清洁介质。

清洁喷管2在引导件10中被线性地引导。为此，清洁喷管2与带动件5固定地连接，该带动件在线性引导件11处被无缝隙地引导，使得清洁喷管2仅能沿着由箭头表明的方向90移动。因此，清洁喷管2(只要在引导件10中引导)具有仅一个纯平移自由度，由此能够独有并且能重现地相对于引导件10定位清洁喷管2，即通过沿引导件10的相应位移定位。

此外，设备1包括具有锥形构造的头部22的空心螺纹件21，该空心螺纹件连同配合件23一起形成固定装置20，经由该固定装置能够将设备1固定在喷气发动机80的外侧面处。如下面还根据图2a-图2c阐述的那样，空心螺纹件21的锥形构造的头部22允许以引导件10的期望的定向固定设备1，因为在作为固定装置20的一部分的空心螺纹件21与配合件23之间实现作为固定装置20的另一部分的可移动部段。

此外，在设备1中还设置定向单元30作为固定装置20的一部分。定向单元30与固定装置20的配合件23固定地连接并且具有呈调节螺钉33的自由端部32形式的多个止挡面31。此外，调节螺钉33还设置在可沿着线性引导件34移动的滑块35处，其中，滑块35能够沿着线性引导件34固定在任意的位置中。

设备1还包括引导机构40，借助该引导机构能沿着引导件10移动清洁喷管2，由此最终也能平行于方向90线性地移动清洁喷管2的输出端3。

引导机构40包括曲柄连杆机构41，该曲柄连杆机构的连杆42在其一个端部处可枢转地固定在带动件5处。连杆42在其另外的端部处可转动地借助远离曲柄轴线设置的曲柄销与曲柄43接合，其中曲柄43又能围绕曲柄轴线转动地支承。经由调节螺钉44能够改变曲柄销与曲柄轴线之间的间距，由此能够调节由带动件5实施的行程的长度。

为了操作曲柄连杆机构41而设有手动曲柄45。但是也可行的是，设置可控的驱动器代替手动曲柄45。

如下面从图2a-图2c的阐述中可知：根据图1的设备1能被分解成各个组件，由此简化设备1的使用。第一组件包括具有定向单元30的固定装置20，第二组件包括清洁喷管2连同带动件5。第三组件包括引导件10，而引导机构40形成第四组件。

在图2a-图2c中示意性地示出图1的设备1的典型应用。

从图2a开始，在第一步骤中首先将包括固定装置20的第一组件放置在喷气发动机80的设置用于穿引清洁喷管2的侧向开口83上(在该实施例中为点火器支架)，然而尚不与该侧向开口固定连接。然后将清洁喷管2作为第二组件引导穿过固定装置2的空心螺纹件21并且随后穿过喷气发动机80中的开口83，使得清洁喷管2的输出开口3已经基本上设置在待清洁的涡轮叶片82之前，然而实际上不指向涡轮叶片82的输入边缘。

此后，将固定装置20定向并且使引导件10与固定装置20固定地连接，使得引导件10的定向清楚地由固定装置20的定向限定。图2b示出随后还详细描述的步骤的结果。

首先，将空心螺纹件21拧入到喷气发动机80中的开口82的螺纹中，然而不拧紧，从而尽管基本上将固定装置20相对于喷气发动机80和尤其相对于开口83的位置固定，但还完全可以改变固定装置20的方位。

随后，将定向单元30的滑块35移动到预设位置并且固定在那里。在滑块35的该位置中，止挡面31在螺钉33的自由端部32处抵靠喷气发动机80的构件处(在该情况下抵靠壳体的法兰)。通过该抵靠确保固定装置20的正确定向，在该定向上随后通过拧紧空心螺纹件21将固定装置20最终固定在喷气发动机80处。

此后，将引导件10固定在固定装置20处，其中，清洁喷管2的带动件5被引入到线性引导件11中。由于经由定向单元30将固定装置20定向，与固定装置固定连接的引导单元10也被视为已定向的，因为引导单元10仅能固定在固定装置20处的预设位置中。

最后，设备1还如在图2c中那样通过如下方式被补充完整，即将引导机构40(仅部分地示出)安装在引导件10处。通过引导机构40，能够沿着引导轨道11以往复运动线性地移动带动件5，由此使清洁喷管2的输出开口3相应移动。通过由引导件10或固定装置20的相应定向对清洁喷管2进行适当定向以及经由曲柄连杆机构的调节螺钉44适当调节行程长度，能够确保对涡轮叶片82在其整个长度上进行良好清洁。

根据图1和图2a-图2c的设备1设计用于利用包括二氧化碳的清洁介质进行清洁，该清洁介质最迟在清洁介质从清洁喷管输出时形成干冰薄片，其中在清洁介质穿引清洁喷管2之前吹送热空气以加热待清洁的涡轮叶片83。

为了避免清洁介质和热空气混合，将根据图3和图4的切换阀50连接在清洁喷管2(参见图1)的供应接口4之前。

切换阀50具有用于清洁介质的第一入口51、用于热空气的第二入口52、控制入口53以及出口54。出口54与清洁喷管2的供应接口4直接连接(未示出)。

切换阀50设计用于因控制入口53处的控制压力在第一入口51与第二入口52之间直接切换。换言之，切换阀50设置用于，使得经由第一入口51和第二入口52输送的介质在任何时间点都不能(在切换过程期间也不能)在切换阀50的区域中混合或者甚至使从一个入口流入的介质回流到相应另外的入口中。

根据图4的剖面图示出了切换阀50的内部。切换阀50包括活塞55，其具有两个管道穿引部56、57。管道穿引部56转弯，使得阀的在图4中示出的部位将流动经过入口52的热空气沿着纸面向外的方向偏转至出口54。另外的管道穿引部57的在图5中示出的部位将用于清洁介质的入口51与出口54连接。

这两个管道穿引部56、57设置用于，在活塞55的图4和图5中示出的最终部位之间的任何部位不将第一入口51和第二入口52同时与出口54连接。更确切地说，存在活塞55的如下中间部位，第一入口51和第二入口52在该中间部位都不与出口连接。

对切换阀50的控制经由控制线路53实现。如果没有将足够的压力施加在控制入口53处，那么活塞55由弹簧58压入到图4示出的位置，在该位置将第二入口52与出口54连接。

如果为控制入口53加载足以克服弹簧58的弹力的压力，则活塞55移动到图5示出的位置，由此用于清洁介质的入口51与出口连接。

为控制入口53的加载能够通过与入口51连接的管道的旁路实现。在该情况下，只要在第一输入端处施加经由到控制入口的旁路足以克服弹簧58的弹力的压力，就将切换阀50切换到第一输入端51。

Claims (11)

1.一种用于清洁喷气发动机(80)的涡轮机级(81)的涡轮叶片(82)的设备(1)，所述设备包括用于穿过穿引开口(83)插入到所述喷气发动机(80)中的清洁喷管(2)，所述清洁喷管具有在所述清洁喷管的一个端部处的输出开口(3)和在所述清洁喷管的另外的端部处的用于输送清洁介质的供应接口(4)，

其特征在于，

所述设备(1)包括用于所述清洁喷管(2)的引导件(10)和固定装置(20)，所述引导件用于所述清洁喷管(2)的独有并且能重现的定位和定向，所述固定装置用于将所述引导件(10)能拆除地固定在所述喷气发动机(80)的外侧面处，其中，所述固定装置(20)具有定向单元(30)，借助所述定向单元能够将所述引导件(10)相对于所述喷气发动机(80)的所述外侧面调节到预设的定向上。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述引导件(10)设计用于将所述清洁喷管(2)的移动性限制到一个自由度，其中，所述自由度优选设置用于，通过沿着该自由度的移动使所述清洁喷管(2)的输出端(3)沿着相对于所述喷气发动机(80)的转子的轴线的径向方向移动，优选线性地移动。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述固定装置(20)包括螺纹部段作为固定机构，所述螺纹部段用于啮合到所述清洁喷管(2)的所述穿引开口(83)的螺纹中，其中，所述螺纹部段优选是空心螺纹件(21)的一部分，所述空心螺纹件具有圆锥形设计的头部(22)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述定向单元(30)包括一个或多个止挡面(31)，所述止挡面设计用于抵靠在所述喷气发动机(80)处，其中，优选能够调节所述止挡面(31)的至少一部分。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备(1)包括引导机构(40)，借助所述引导机构能够使所述清洁喷管(2)沿着所述引导件(10)移动，其中，所述引导机构(40)优选设置用于，使得所述引导机构将所述清洁喷管(2)的输出端(3)沿着相对于所述喷气发动机(80)的转子的轴线的径向方向移动，优选线性地移动。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述引导机构(40)具有用于使所述清洁喷管(2)沿着所述引导件(10)移动的曲柄连杆机构(41)。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，能够沿纵向调节所述曲柄连杆机构(41)的曲柄(43)。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述引导机构(40)具有能控制的驱动器，优选具有步进马达，以使所述清洁喷管(2)沿着所述引导件(10)移动。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备(1)能被分解成组件。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备(1)具有用于将两种介质能选择地馈送至所述清洁喷管(2)的所述供应接口(4)的切换阀(50)，其中，所述切换阀(50)设置用于，当在第一入口(51)或控制入口(53)处施加足够的压力时使所述切换阀从所述切换阀(50)的第二入口(52)切换到所述第一入口(51)。

11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，切换阀(50)具有复位元件、优选弹簧(58)，当在第一入口(51)或控制入口(53)处没有施加足够的压力时，所述复位元件使所述切换阀(50)从所述第一入口(51)切换到第二入口(52)。

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