CN205089379U - 燃气涡轮发动机系统及用于清洗其的清洗系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种燃气涡轮发动机系统及用于清洗其的清洗系统。所述清洗系统可包括其中含有一定体积的水的水源以及其中含有一定体积的表面成膜剂的表面成膜剂源。所述清洗系统还可包括与所述水源和所述表面成膜剂源流体连通的混合室，其中所述混合室配置用于在其中混合所述水和所述表面成膜剂以产生薄膜形成混合物。所述薄膜形成混合物可以是呈液相的表面成膜剂和呈气相的水的液气混合物。所述清洗系统可进一步包括与所述混合室流体连通的许多供应管道，其中所述供应管道配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述燃气涡轮发动机中。
Description
技术领域
本实用新型大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及用于有效清洗并且将表面成膜剂施加到燃气涡轮发动机的内部部件的离线清洗系统。
背景技术
当燃气涡轮发动机运行时，气载污染物可累积在发动机的各种内部部件上，如压缩机的叶片和轮叶。虽然燃气涡轮发动机系统可包括进气过滤系统，但是一定程度的污染物累积可能是不可避免的并且可依操作现场的各种环境条件而定。常见的污染物可包括穿过进气过滤系统的少量灰尘和碎屑以及不可过滤的烃基物质如烟、烟灰、润滑脂、油膜和有机蒸气。随着时间的推移，污染物在压缩机叶片和轮叶上的累积可限制气流穿过压缩机并且可改变翼型图案。以这种方式，这样的累积可能不利地影响压缩机的性能和效率，并且因此不利地影响燃气涡轮发动机的整体性能和效率，从而具体地导致功率输出降低、燃料消耗增加并且操作成本增加。
为了减少污染物累积，燃气涡轮发动机系统可包括用于从压缩机叶片和轮叶去除污染物颗粒的水清洗系统。例如，在线水清洗系统可用于在燃气涡轮发动机以全速运行或有负载时，通过水诸如除盐水流从压缩机叶片和轮叶去除污染物颗粒。在线水清洗系统可通过在线歧管将水流输送到压缩机的上游，在线歧管包括定位在压缩机的承口周围的喷嘴。喷嘴可在具有相对低速空气的这个区域中产生水滴喷雾，并且由运行的压缩机产生的负压可抽吸喷雾使其与压缩机叶片和轮叶相接触以用于去除污染物。
离线水清洗系统可用于在燃气涡轮发动机关闭或以盘车装置速度运行并且无负载时，以相似的方式通过水和去垢剂流更有效率地去除污染物颗粒。离线水清洗系统可通过离线歧管将水和去垢剂流输送到压缩机的上游，离线歧管包括定位在压缩机的承口周围的喷嘴。在某些应用中，水清洗系统可配置用于以在线模式或以离线模式进行操作。以这种方式，当操作时间表不允许关闭时间以便执行更有效的离线清洗时，可周期性地执行在线清洗以提高燃气涡轮发动机的性能和效率。在线清洗和离线清洗的频率和持续时间可根据污染物累积的程度和操作现场的环境条件而改变。
虽然常规的水清洗系统和方法可有效地从前面的压缩机级的叶片和轮叶去除污染物，但是由于水和去垢剂流大体上在压缩机的承口周围被喷射，这样的系统和方法对于从后面的压缩机级的叶片和轮叶去除污染物通常不太有效。另外，在利用这样的系统和方法进行清洗之后，残余量的水和去垢剂可残留在压缩机叶片和轮叶上，而这对燃气涡轮发动机的后续重新启动和运行可具有不利影响。残余量的水和去垢剂还可促进表面生锈、腐蚀或污染物随后累积在压缩机叶片和轮叶上。另外，由常规的水清洗系统和方法提供的性能增益可能具有有限的持续时间，从而必须频繁地用水清洗系统或用手执行清洗以便保持足够的性能，而这最终可增加燃气涡轮发动机的总操作成本。
因此，需要用于从燃气涡轮发动机的内部部件如压缩机叶片和轮叶去除污染物的改进的清洗系统和方法。具体地说，这样的改进的清洗系统和方法将有效地从所有压缩机级、具体地说从后面的压缩机级的叶片和轮叶去除污染物，同时还抑制表面生锈、腐蚀以及污染物随后累积在压缩机叶片和轮叶上。另外，与常规的清洗系统和方法相比，这样的改进的清洗系统和方法将增加所提供性能增益的持续时间，从而并且因此降低维持燃气涡轮发动机的足够的性能所需的清洗频率。最终，这样的改进的清洗系统和方法将增加燃气涡轮发动机的效率和性能并且降低总操作成本。
实用新型内容
本实用新型及相应专利提供一种用于燃气涡轮发动机的清洗系统。清洗系统可包括其中含有一定体积的水的水源以及其中含有一定体积的表面成膜剂的表面成膜剂源。清洗系统还可包括与水源和表面成膜剂源流体连通的混合室，其中混合室配置用于其中混合水和表面成膜剂以产生薄膜形成混合物。薄膜形成混合物可以是呈液相的表面成膜剂和呈气相的水的液气混合物。清洗系统可进一步包括与混合室流体连通的许多供应管道，其中供应管道配置用于将薄膜形成混合物引导至燃气涡轮发动机中。
其中，所述表面成膜剂包含氟硅烷和另外的硅烷；其中所述另外的硅烷可选自由巯基硅烷、氨基硅烷、原硅酸四乙酯和琥珀酸酐硅烷组成的组；其中所述表面成膜剂包含硅烷和巯基硅烷；所述清洗系统进一步包括配置用于加热所述水以产生所述呈气相的水的锅炉；其中所述供应管道包括配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述燃气涡轮发动机的压缩机承口的承口供应管道；其中所述供应管道包括配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述燃气涡轮发动机的压缩机的一个或多个级的压缩机供应管道；其中所述供应管道包括配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述燃气涡轮发动机的涡轮的一个或多个级的涡轮供应管道；所述清洗系统进一步包括其中含有一定体积的清洁剂的清洁剂源，其中所述混合室与所述清洁剂源流体连通并且配置用于在其中混合所述水和所述清洁剂以产生清洁混合物，并且其中所述供应管道配置用于将所述清洁混合物引导至所述燃气涡轮发动机中。
本实用新型及相应专利还提供一种清洗燃气涡轮发动机以从中去除污染物的方法。所述方法可包括以下步骤：通过燃气涡轮发动机的抽气系统引导清洁混合物；将清洁混合物施加到燃气涡轮发动机的内部部件；以及将清洁混合物从内部部件冲洗掉。清洁混合物可包含水和清洁剂。所述方法还可包括以下步骤：通过抽气系统引导薄膜形成混合物；将薄膜形成混合物施加到内部部件；以及使薄膜形成混合物变干以在内部部件上形成保护膜。薄膜形成混合物可以是包含呈液相的表面成膜剂与呈气相的水的液气混合物。
其中，所述表面成膜剂包含氟硅烷和另外的硅烷；其中所述表面成膜剂包含硅烷和巯基硅烷；所述方法进一步包括用锅炉加热呈液相的水以产生所述呈气相的水；所述方法进一步包括通过承口供应管道将所述薄膜形成混合物引导至所述燃气涡轮发动机的压缩机承口。
本实用新型及相应专利进一步提供一种燃气涡轮发动机系统。燃气涡轮发动机系统可包括燃气涡轮发动机和清洗系统。燃气涡轮发动机可包括压缩机、与压缩机连通的燃烧器、与燃烧器连通的涡轮、以及与压缩机和涡轮连通的抽气系统。清洗系统可包括其中含有一定体积的水的水源以及其中含有一定体积的表面成膜剂的表面成膜剂源。清洗系统还可包括与水源和表面成膜剂源流体连通的混合室，其中混合室配置用于在其中混合水和表面成膜剂以产生薄膜形成混合物。薄膜形成混合物可以是呈液相的表面成膜剂和呈气相的水的液气混合物。清洗系统可进一步包括与混合室和抽气系统流体连通的许多供应管道，其中供应管道配置用于通过抽气系统将薄膜形成混合物引导至压缩机和涡轮中。
其中，所述表面成膜剂包含氟硅烷和另外的硅烷；其中所述另外的硅烷可选自由巯基硅烷、氨基硅烷、原硅酸四乙酯和琥珀酸酐硅烷组成的组；其中所述清洗系统进一步包括配置用于加热所述水以产生所述呈气相的水的锅炉；其中所述抽气系统包括：在所述压缩机的一个级与所述涡轮的一个级之间延伸的第一抽气管道，其中所述第一抽气管道配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述压缩机的所述一个级和所述涡轮的所述一个级；以及在所述压缩机的另一个级与所述涡轮的另一个级之间延伸的第二抽气管道，其中所述第二抽气管道配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述压缩机的另一级和所述涡轮的另一级；其中所述压缩机的所述一个级是所述压缩机的第九级，其中所述涡轮的所述一个级是所述涡轮的第三级，其中所述压缩机的另一级是所述压缩机的第十三级，并且其中所述涡轮的另一级是所述涡轮的第二级。
在结合若干附图和所附权利要求书来阅读以下具体实施方式之后，所属领域的一般技术人员将明白本实用新型和相应专利的这些和其他特征和改进。
附图说明
图1是包括压缩机、燃烧器、涡轮、负载和抽气系统的燃气涡轮发动机的示意图。
图2是示出压缩机、燃烧器、涡轮和抽气系统的部分的图1中的燃气涡轮发动机的一部分的局部截面的透视图。
图3是如本说明书中可描述的燃气涡轮发动机系统的示意图，所述系统包括燃气涡轮发动机、清洗系统和系统控制器。
图4是如可在图3中的燃气涡轮发动机系统中使用的混合室和相关的供应管道的详细示意图。
图5是如可在图3中的燃气涡轮发动机系统中使用的入口联接器、快速断开联接器和相关管道的详细示意图。
图6是如可用图3中的燃气涡轮发动机系统执行的清洗方法的流程图。
具体实施方式
现参照附图，在附图中，相同数字指示各个视图中的相同元件，图1示出如本说明书中可使用的燃气涡轮发动机10的示意图。燃气涡轮发动机10可包括压缩机15。压缩机15压缩输入的空气流20。压缩机15将压缩的空气流20输送到燃烧器25。燃烧器25将压缩的空气流20与加压的燃料流30混合并且点燃混合物以产生燃烧气体流35。虽然仅示出了单个燃烧器25，但是燃气涡轮发动机10可包括任何数量的燃烧器25。燃烧气体流35继而被输送到涡轮40。燃烧气体流35驱动涡轮40以便产生机械功。在涡轮机40中产生的机械功通过轴45驱动压缩机15以及外部负载50诸如发电机等。燃气涡轮发动机10还可包括在压缩机15与涡轮40之间延伸的抽气系统52。抽气系统52从压缩机15的一个或多个级抽取一部分压缩的空气流20，并且将这部分压缩的空气流20引导至涡轮40的一个或多个级以供用于冷却涡轮40。本说明书中可以使用其他配置和其他部件。
燃气涡轮发动机10可以使用天然气、液体燃料、各种类型的合成气和/或其他类型的燃料及其组合。燃气涡轮发动机10可为位于纽约州斯卡奈塔第（Schenectady,NewYork）的通用电气公司（GeneralElectricCompany）所提供的多种不同燃气涡轮发动机中的任一种，其包括但不限于如7或9系列重型燃气涡轮发动机等的那些。燃气涡轮发动机10可具有不同配置，并且可以使用其他类型的部件。在本说明书中，也可使用其他类型的燃气涡轮发动机。本说明书中也可同时使用多个燃气涡轮发动机、其他类型的涡轮机以及其他类型的发电设备。
图2示出包括压缩机15、燃烧器25、涡轮40和抽气系统52的部分的燃气涡轮发动机10的一部分的局部截面的透视图。如图所示，压缩机15可包括许多级54。虽然示出了十八个级54，但是压缩机15可包括任何数量的级54。每个级54可包括绕压缩机15的轴线布置成周向阵列的许多旋转压缩机叶片56。每个级54可包括任何数量的压缩机叶片56。压缩机叶片56可安装在压缩机15的转子轮58上。转子轮58可附接至轴45以便随其旋转。每个级54还可包括绕压缩机15的轴线布置成周向阵列的许多固定压缩机轮叶60。每个级54可包括任何数量的压缩机轮叶60。压缩机轮叶60可安装在压缩机外壳62上。外壳62可在许多级54上从压缩机15的承口64朝向涡轮40延伸。在燃气涡轮发动机10的运行期间，空气流20在承口64周围进入压缩机15并且在流入燃烧器25之前通过许多级54的压缩机叶片56和压缩机轮叶60被压缩。如图所示，涡轮40可包括许多级68。虽然示出了三个级68，但是涡轮40可包括任何数量的级68。每个级68可包括分别绕涡轮40的轴线布置成周向阵列的许多旋转涡轮叶片（未示出）和许多固定涡轮轮叶（未示出）。涡轮40还可包括在许多级68上延伸的涡轮外壳70。
抽气系统52可包括每个在压缩机15与涡轮40之间延伸的许多抽气管道72。例如，抽气系统52可包括第一抽气管道74，第一抽气管道74在压缩机15的级54中的一个级与涡轮40的级68中的一个级之间延伸；以及第二抽气管道76，第二抽气管道76在压缩机15的级54中的另一个级与涡轮40的级68中的另一个级之间延伸。在某些实施例中，如图所示，第一抽气管道74可在压缩机15的第九级与涡轮40的第三级之间延伸，并且第二抽气管道76可在压缩机15的第十三级与涡轮40的第二级之间延伸。虽然示出了两个抽气管道72，但是抽气系统52可包括任何数量的抽气管道72。另外，根据各种实施例，每个抽气管道72可在压缩机15的任何级54与涡轮40的任何级68之间延伸。每个抽气管道72可包括一个或多个入口端口78，一个或多个入口端口78定位在压缩机15的相应级54周围并且配置用于从相应级54抽取一部分压缩的空气流20；以及一个或多个出口端口80，一个或多个出口端口80定位在涡轮40的相应级68周围并且配置用于向相应级68输送所述一部分压缩的空气流20。入口端口78可附接至压缩机外壳62，并且出口端口80可附接至涡轮外壳70。每个抽气管道72还可包括配置用于控制穿过抽气管道72的压缩的空气流20的一个或多个阀82。在燃气涡轮发动机10的运行期间，抽气管道72从压缩机15的相应级54抽取多部分压缩的空气流20，并且将所述部分压缩的空气流20输送至涡轮40的相应级68以供用于冷却涡轮40。
图3示出如在本说明书中可描述的燃气涡轮发动机系统100的示意图。如图所示，燃气涡轮发动机系统100可包括上文所述的燃气涡轮发动机10。燃气涡轮发动机系统100还可包括与燃气涡轮发动机10连通的清洗系统102。如本说明书在下文可详细描述的，清洗系统102可配置用于从燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60去除污染物并且将表面成膜剂施加至所述内部部件。燃气涡轮发动机系统100可进一步包括系统控制器104，系统控制器104与燃气涡轮发动机10和清洗系统102连通，并且可操作来监测和控制燃气涡轮发动机系统100的各种操作参数。系统控制器104还可可操作以通过清洗系统102执行并控制清洗过程，如可本本说明书关于图6在下文可详细描述的。在某些实施例中，系统控制器104可根据需要与燃气涡轮发动机10的各种部件以及清洗系统102连通，以监测并控制期望的操作参数并且执行并控制清洗过程（出于说明目的，在图3中并未示出具体连接件）。
如图3中所示，清洗系统102可包括其中含有一定体积的水110的水源108。水源108可具有任何尺寸、形状或配置。在某些实施例中，水110可以是除盐水。清洗系统102还可包括其中含有一定体积的清洁剂114的清洁剂源112。清洁剂源112可具有任何尺寸、形状或配置。清洁剂114可以是适用于从燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60的表面去除污染物的任何类型的清洁剂。清洗系统102可进一步包括其中含有一定体积的表面成膜剂118的表面成膜剂源116。表面成膜剂源116可具有任何尺寸、形状或配置。表面成膜剂118可以是适用于在燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60的表面上形成保护膜的任何类型的成膜剂。
清洁剂114大体上可包含一种或多种表面活性剂和一种或多种腐蚀抑制分散剂。如本说明书中所使用，“腐蚀抑制分散剂”是指帮助去除可潜在地腐蚀燃气涡轮发动机10的内部部件的水垢、污垢和/或其他沉积物的分散剂。如本说明书在下文可描述的，在清洗系统102的操作期间，清洁剂114可与水110混合以形成清洁剂114和水110的清洁混合物。在某些实施例中，一种或多种表面活性剂和一种或多种腐蚀抑制分散剂（即活性物）作为活性物可组合起来占清洁混合物的约1的重量百分比至约20的重量百分比。在某些实施例中，一种或多种表面活性剂和一种或多种腐蚀抑制分散剂（即活性物）可组合起来占清洁混合物的约5的重量百分比至约10的重量百分比。本说明书中可以使用其他重量百分比。
在某些实施例中，一种或多种表面活性剂可选自十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠以及氧化乙烯和氧化丙烯嵌段共聚物。例如，一种或多种表面活性剂可包括高达约30重量百分比的氧化乙烯和氧化丙烯嵌段共聚物，其余部分包括十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠。另外，在某些实施例中，一种或多种腐蚀抑制分散剂可选自丙烯酸共烯丙氧基丙基羟基硫酸盐、羟基丙磺酸、丙烯酸和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸的共聚物、聚马来酸、多环氧琥珀酸、以及丙烯酸的三元共聚物。在某些实施例中，一种或多种腐蚀抑制分散剂可组合起来占清洁剂114的总活性物的约10重量百分比至约50重量百分比。本说明书中可以使用其他重量百分比。
表面成膜剂118大体上可包含一种或多种氟硅烷和一种或多种另外的硅烷。如本说明书在下文可描述的，在清洗系统102的操作期间，表面成膜剂118可与水110混合以形成表面成膜剂118和水110的薄膜形成混合物。在某些实施例中，一种或多种另外的硅烷可选自巯基硅烷、氨基硅烷、原硅酸四乙酯和琥珀酸酐硅烷。在某些实施例中，一种或多种氟硅烷与一种或多种另外的硅烷的比可以是从约90:10至约50:50。在某些实施例中，一种或多种氟硅烷与一种或多种另外的硅烷的比可以是约50:50。在某些实施例中，一种或多种氟硅烷与一种或多种另外的硅烷可组合起来占薄膜形成混合物的约0.5重量百分比至约10重量百分比。本说明书中可以使用其他重量百分比。在某些实施例中，可使用乙酸将水110的pH调节成从约4.5到约5.5，同时添加硅烷以获得从约0.5%到约2%的浓度。
表面成膜剂118可以配置用于当被施加在燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60的表面上时在其上形成保护膜。以这种方式，所得薄因膜可限制将来由污垢和其他沉积物造成腐蚀。例如，在还赋予薄膜与燃气涡轮发动机10的内部部件之间的粘合的同时，表面成膜剂118中的一种或多种氟硅烷可起防污剂的作用和/或抑制腐蚀，而一种或多种另外的硅烷可起腐蚀抑制剂的作用。在某些实施例中，所得薄膜可承受至少350°C（662°F）的温度。如本说明书中所使用，“承受”是指在长时间暴露于高温下之后并没有显出显著的退化迹象。另外，所得薄膜可以是疏水且疏油的，以帮助防止流体（例如水和油）和/或其他污垢的驻留积聚。如本说明书中所使用，“疏水的”是指材料防水的物理性质，并且“疏油的”是指材料防油的物理性质。具体地说，对污垢（例如水和/或油）的表面能（surfaceenergy）较低的表面应具有高接触角，并且应相对于被污垢润湿或与污垢的接触角较小的表面提供与污垢之间的降低的附着力。如本说明书中所使用，“接触角”是指由固体材料的表面上的静态液滴形成的角。接触角越大，液体与表面之间的相互作用越小。因此，如果污垢与表面之间的接触角较大，那么污垢更难以润湿或粘附到表面。在某些实施例中，所得薄膜可具有至少135度的接触角。本说明书中可以使用其他接触角。
虽然本说明书在上文描述了清洁剂114和表面成膜剂118的具体实施例，但是应了解，此类实施例不是限制性实例，并且也可实现合并另外和/或替代材料的其他组合物。另外，应了解，清洁混合物和薄膜形成混合物可包含另外和/或替代材料。
如图3中所示，清洗系统102还可包括混合室120、水供应管道122、清洁剂供应管道124、表面成膜剂供应管道126和混合物供应管道128。水源108可通过水供应管道122与混合室120流体连通。清洁剂源112可通过清洁剂供应管道124与混合室120流体连通。表面成膜剂源116可通过表面成膜剂供应管道126与混合室120流体连通。混合室120可配置用于在清洗过程的一部分期间接收并混合水110和清洁剂114以形成清洁混合物，并且用于在清洗过程的另一部分期间接收并混合水110和表面成膜剂118以形成薄膜形成混合物。混合物供应管道128可从混合室120朝向燃气涡轮发动机10延伸。以这种方式，混合物供应管道128可配置用于在清洗过程的一部分期间输送清洁混合物，并且用于在清洗过程的另一部分期间输送薄膜形成混合物。
图4示出混合室120和供应管道122、124、126、128的详细示意图。混合室120可包括许多有角逆流式喷嘴130，有角逆流式喷嘴130配置用于输送清洁剂114流、表面成膜剂118流或其他类型的次级流体流以供在混合室120混合。如图所示，有角逆流式喷嘴130可配置用于以锐角将清洁剂114、表面成膜剂118或其他类型的次级流体的相应流输送到水110的输入流或其他类型的主流中，以便在无需使用移动零件的情况下在混合室120内提供增强的混合。有角逆流式喷嘴130还可配置用于以与水110的输入流或其他类型的主流相比更高的压力来输送清洁剂114、表面成膜剂118或其他类型的次级流体的相应流，以便在无需使用移动零件的情况下在混合室120内提供增强的混合。混合室120可具有任何尺寸、形状或配置。
相应供应管道122、124、126可具有定位于其上并且配置用于控制穿过其中的相应流的许多泵、阀和返回管道。如图所示，水供应管道122可具有定位于其上并且配置用于控制水110到混合室120的流动的水泵132、一对水管道隔离阀134、136和水返回管道138。以相似的方式，清洁剂供应管道124可具有定位于其上并且配置用于控制清洁剂114到混合室120的流动的清洁剂泵140、一对清洁剂管道隔离阀142、144和清洁剂返回管道146。另外，表面成膜剂供应管道126可具有定位于其上并且配置用于控制表面成膜剂118到混合室120的流动的表面成膜剂泵148、一对表面成膜剂管道隔离阀150、152和表面成膜剂返回管道154。泵、阀和返回管道可具有常规设计。其他部件可定位在供应管道122、124、126上并且本说明书中可以使用其他配置。
如图3中所示，清洗系统102还可包括从混合物供应管道128朝向燃气涡轮发动机10延伸的承口供应管道156。清洗系统102可进一步包括定位在压缩机15的承口64周围的承口歧管158。承口歧管158可包括绕承口64延伸的许多承口喷嘴160。承口歧管158可通过承口供应管道156与混合物供应管道128流体连通。以这种方式，承口歧管158可配置用于在清洗过程的一部分期间将清洁混合物输送到压缩机15的承口64周围，并且用于在清洗过程的另一部分期间将薄膜形成混合物输送到压缩机15的承口64周围。承口供应管道156可具有定位于其上并且配置用于控制穿过其中的混合物流的承口供应阀162。
如图所示，清洗系统102还可包括主压缩机供应管道164、第一分支压缩机供应管道166和第二分支压缩机供应管道168。主压缩机供应管道164可从混合物供应管道128延伸到压缩机分支阀170，压缩机分支阀170可以是连接主压缩机供应管道164、第一分支压缩机供应管道166和第二分支压缩机供应管道168的三通阀。如图所示，第一分支压缩机供应管道166可从压缩机分支阀170延伸到第一抽气管道74，并且第二分支压缩机供应管道168可从压缩机分支阀170延伸到第二抽气管道76。因此，第一抽气管道74可通过第一分支压缩机供应管道166和主压缩机供应管道164与混合物供应管道128流体连通。以这种方式，第一抽气管道74可配置用于在清洗过程的一部分期间将清洁混合物输送到压缩机15的相应级54（如第九级）中，并且用于在清洗过程的另一部分期间将水110和表面成膜剂118的薄膜形成混合物输送到压缩机15的相应级54（如第九级）中。另外，第二抽气管道76可通过第二分支压缩机供应管道168和主压缩机供应管道164与混合物供应管道128流体连通。以这种方式，第二抽气管道76可配置用于在清洗过程的一部分期间将清洁混合物输送到压缩机15的相应级54（如第十三级）中，并且用于在清洗过程的另一部分期间将水110和表面成膜剂118的薄膜形成混合物输送到压缩机15的相应级54（如第十三级）中。
如图所示，清洗系统102还可包括主涡轮供应管道172、第一分支涡轮供应管道174和第二分支涡轮供应管道176。主涡轮供应管道172可从混合物供应管道128延伸到涡轮分支阀178，涡轮分支阀178可以是连接主涡轮供应管道172、第一分支涡轮供应管道174和第二分支涡轮供应管道176的三通阀。如图所示，第一分支涡轮供应管道174可从涡轮分支阀178延伸到第一抽气管道74，并且第二分支涡轮供应管道176可从涡轮分支阀178延伸到第二抽气管道76。因此，第一抽气管道74可通过第一分支涡轮供应管道174和主涡轮供应管道172与混合物供应管道128流体连通。以这种方式，第一抽气管道74可配置用于在清洗过程的一部分期间将清洁混合物输送到涡轮40的相应级68（如第三级）中，并且用于在清洗过程的另一部分期间将薄膜形成混合物输送到涡轮40的相应级68（如第三级）中。另外，第二抽气管道76可通过第二分支涡轮供应管道176和主涡轮供应管道172与混合物供应管道128流体连通。以这种方式，第二抽气管道76可配置用于在清洗过程的一部分期间将清洁混合物输送到涡轮40的相应级68（如第二级）中，并且用于在清洗过程的另一部分期间将薄膜形成混合物输送到涡轮40的相应级68（如第二级）中。主涡轮供应管道172可具有定位于其上并且配置用于控制穿过其中的混合物流的涡轮供应阀180。如图所示，承口供应阀162和涡轮供应阀180可通过阀互锁装置182彼此连通。在某些实施例中，阀互锁装置182可配置成使得承口供应阀162和涡轮供应阀180中的仅一个可以在任何给定时间打开，但使得承口供应阀162和涡轮供应阀180两者可在同一时间闭合。在其他实施例中，可单独地且独立地控制承口供应阀162和涡轮供应阀180。
如图所示，第一分支压缩机供应管道166和第二分支压缩机供应管道168以及第一分支涡轮供应管道174和第二分支涡轮供应管道176可通过入口联接器184联接至相应的第一抽气管道74和第二抽气管道76。另外，第一分支压缩机供应管道166和第二分支压缩机供应管道168以及第一分支涡轮供应管道174和第二分支涡轮供应管道176可具有邻近入口联接器184定位于其上的快速断开联接器186。图5示出入口联接器184、快速断开联接器186和相应管道74、76、166、168、174、176的详细示意图。入口联接器184可定位在相应的第一抽气管道74和第二抽气管道76上，并且配置用于在第一抽气管道74和第二抽气管道76与相应供应管道166、168、174、176之间提供流体连通。快速断开联接器186可定位在相应供应管道166、168、174、176上，并且配置用于将另外的管道附接至供应管道166、168、174、176，另外的管道如用于在清洗过程期间导引另外的水流、清洁剂流、表面成膜剂流或可能期望的任何其他剂流的管道。如图所示，每个快速断开联接器186可包括配置用于将另外的管道附接至联接器186的快速断开入口188以及配置用于控制穿过联接器186的另外流的快速断开阀190。本说明书中可以使用其他部件和其他配置。
清洗系统102可进一步包括锅炉192。如本说明书中所使用，“锅炉”是指适用于加热液态水并且将液态水转换成蒸汽（即呈气相的水）的任何器械。在某些实施例中，锅炉192可定位在水源108内或沿着水源108定位，使得水源108可以是蒸汽源。以这种方式，在锅炉192的操作期间，水源108可配置用于将作为蒸汽的水110提供给水供应管道122。在其他实施例中，锅炉192可定位在水供应管道122内或沿着水供应管道122定位。以这种方式，在锅炉192的操作期间，水供应管道122可配置用于将作为蒸汽的水110提供给混合室120。在又一实施例中，锅炉192可定位在混合室120内或沿着混合室120定位。以这种方式，在锅炉192的操作期间，混合室120可配置用于提供作为蒸汽的水110并且用于在其中混合作为蒸汽的水110与清洁剂114或表面成膜剂118。
图6示出如可用燃气涡轮发动机系统100执行的清洗方法200的流程图。清洗方法200可包括将清洁混合物施加到燃气涡轮发动机10的内部部件，如在步骤202所示。清洗方法200还可包括将清洁混合物从燃气涡轮发动机10的内部部件冲洗掉，如在步骤204所示。清洗方法200可进一步包括将薄膜形成混合物施加到燃气涡轮发动机10的内部部件，如在步骤206所示。清洗方法200可进一步包括使燃气涡轮发动机10旋转以促进薄膜形成混合物在燃气涡轮发动机10的内部部件上分布，如在步骤208所示。清洗方法200可进一步包括使燃气涡轮发动机10旋转以促进薄膜形成混合物在燃气涡轮发动机10的内部部件上变干，如在步骤210所示。清洗方法200可结束，如在步骤212所示，在该点处，燃气涡轮发动机10可重新启动并运行以便产生机械功。
清洗方法200可以是在燃气涡轮发动机10关闭或以盘车装置速度（turninggearspeed）运行并且无负载时所执行的离线清洗方法。在步骤202之前，可允许燃气涡轮发动机10冷却、直到燃气涡轮发动机的内部部件的表面已经达到145°F（63°C）或低于145°F（63°C）的温度。这样的冷却可在清洗方法200期间防止在施加清洁混合物、冲洗液或薄膜形成混合物时内部部件的热冲击、蠕变和变形。
如上文所述，清洁混合物可通过在混合室120中混合水110和清洁剂114来形成。可以预先确定的比例混合水110和清洁剂114。预先确定的比例可基于待清洁的燃气涡轮发动机10的内部部件的特定材料和施加条件、如内部部件上的污染物累积程度来选择。另外，预先确定的比例可基于待清洁的特定内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60来选择。可通过混合物供应管道128从混合室120朝向燃气涡轮发动机10引导清洁混合物。
在步骤202，可将清洁混合物施加到燃气涡轮发动机10的内部部件，如压缩机叶片56和压缩机轮叶60。在某些实施例中，可通过承口供应管道156输送至少一部分清洁混合物，并且可通过承口歧管158将所述至少一部分清洁混合物注入在压缩机15的承口64周围。在某些实施例中，可通过主压缩机供应管道156、第一分支压缩机供应管道166和第一抽气管道74输送至少一部分清洁混合物，并且可通过相应入口端口78将所述至少一部分清洁混合物注入到压缩机15的相应级54（如第九级）中。在某些实施例中，可通过主压缩机供应管道156、第二分支压缩机供应管道168和第二抽气管道76输送至少一部分清洁混合物，并且可通过相应入口端口78将所述至少一部分清洁混合物注入到压缩机15的相应级54（如第十三级）中。在某些实施例中，可通过主涡轮供应管道172、第一分支涡轮供应管道174和第一抽气管道74输送至少一部分清洁混合物，并且可通过相应出口端口80将所述至少一部分清洁混合物注入到涡轮40的相应级68（如第三级）中。在某些实施例中，可通过主涡轮供应管道172、第二分支涡轮供应管道176和第二抽气管道76输送至少一部分清洁混合物，并且可通过相应出口端口80将所述至少一部分清洁混合物注入到涡轮40的相应级68（如第二级）中。
在某些实施例中，可同时将多部分清洁混合物注入到压缩机15的承口64和压缩机15的相应级54中。在某些实施例中，可同时将多部分清洁混合物注入到压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中。在某些实施例中，可同时将多部分清洁混合物注入到压缩机15的承口64、压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中。在某些实施例中，可在不同时间将多部分清洁混合物注入到压缩机15的承口64、压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中。
在某些实施例中，可在不同时间将多部分清洁混合物注入到压缩机15的承口64、压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中，并且多部分清洁混合物可具有不同的预先确定的水110和清洁剂114的比例。例如，注入到压缩机15的承口64和压缩机15的相应级54中的多部分清洁混合物可具有第一比例，并且注入到涡轮40的相应级68中的多部分清洁混合物可具有第二比例，其中第一比例不同于第二比例。所上文所讨论，预先确定的比例可基于待清洁的燃气涡轮发动机10的内部部件的特定材料和施加条件来选择。通过以这种方式调整比例可提高清洗过程200的效率和/或有效性。
在步骤204，可通过一个或多个水110流将清洁混合物从燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60上冲洗掉。在某些实施例中，可将多部分水110注入到压缩机15的承口64、压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中。可通过用于输送清洁混合物的相同管道同时或在不同时间将多部分水110注入到燃气涡轮发动机10的这些部分中。在将清洁混合物从内部部件上冲洗掉之后，可在相应排水管打开的情况下使燃气涡轮发动机10旋转，以允许水110、清洁混合物和污染物从中排出。
如上文所述，薄膜形成混合物可通过在混合室120中混合水110和表面成膜剂118来形成。在某些实施例中，水110可以气相（即作为蒸汽）被提供至混合室120，或在混合室120内转换成气相，并且表面成膜剂118可以液相被提供至混合室120。在这样的实施例中，在混合室120中形成的所得薄膜形成混合物可以是呈液相的表面成膜剂118和呈气相的水110（即作为蒸汽）的液气混合物，并且薄膜形成混合物可作为液气混合物（即液-汽混合物）被施加到燃气涡轮发动机10的内部部件。以这种方式，作为蒸汽的水110可充当用于呈液相的表面成膜剂118的气态或水汽载体。作为蒸汽的水110因此可运载表面成膜剂118穿过相应供应管道并且到达燃气涡轮发动机10的目标内部部件。在某些实施例中，薄膜形成混合物可不含表面成膜剂气体、液态水和/或空气。可以预先确定的比例混合水110和表面成膜剂118。预先确定的比例可基于待清洁的燃气涡轮发动机10的内部部件的特定材料和施加条件来选择。另外，预先确定的比例可基于将在其上形成薄膜的特定内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60来选择。可通过混合物供应管道128从混合室120朝向燃气涡轮发动机10引导薄膜形成混合物。
在替代实施例中，薄膜形成混合物可通过在供应管道166、168、174、176中混合水110和表面成膜剂118来形成。在这样的实施例中，可将表面成膜剂118容纳在单独的储存罐（未示出）中，储存罐可通过快速断开联接器186联接至清洗系统102。以这种方式，薄膜形成混合物可在供应管道166、168、174、176中形成并且然后被施加到燃气涡轮发动机10的内部部件。在这样的实施例中，薄膜形成混合物可以是呈液相的表面成膜剂118和呈气相的水110（即作为蒸汽）的液气混合物。在其他替代实施例中，薄膜形成混合物可以是容纳在单独的储存罐（未示出）中的表面成膜剂118和水110的预混合物，储存罐可通过快速断开联接器联接至清洗系统102。以这种方式，可将薄膜形成混合物引导至供应管道166、168、174、176中并且然后施加到燃气涡轮发动机10的内部部件。在这样的实施例中，薄膜形成混合物可以是呈液相的表面成膜剂118和呈气相的水110（即作为蒸汽）的液气混合物。
在步骤206，可将薄膜形成混合物施加到燃气涡轮发动机10的内部部件，如压缩机叶片56和压缩机轮叶60。如上文所述，薄膜形成混合物可作为液气混合物被施加到燃气涡轮发动机10的内部部件。在某些实施例中，可通过承口供应管道156输送至少一部分薄膜形成混合物，并且可通过承口歧管158将所述至少一部分薄膜形成混合物注入在压缩机15的承口64周围。在某些实施例中，可通过主压缩机供应管道156、第一分支压缩机供应管道166和第一抽气管道74输送至少一部分薄膜形成混合物，并且可通过相应入口端口78将所述至少一部分薄膜形成混合物注入到压缩机15的相应级54（如第九级）中。在某些实施例中，可通过主压缩机供应管道156、第二分支压缩机供应管道168和第二抽气管道76输送至少一部分薄膜形成混合物，并且可通过相应入口端口78将所述至少一部分薄膜形成混合物注入到压缩机15的相应级54（如第十三级）中。在某些实施例中，可通过主涡轮供应管道172、第一分支涡轮供应管道174和第一抽气管道74输送至少一部分薄膜形成混合物，并且可通过相应出口端口80将所述至少一部分薄膜形成混合物注入到涡轮40的相应级68（如第三级）中。在某些实施例中，可通过主涡轮供应管道172、第二分支涡轮供应管道176和第二抽气管道76输送至少一部分薄膜形成混合物，并且可通过相应出口端口80将所述至少一部分薄膜形成混合物注入到涡轮40的相应级68（如第二级）中。
在某些实施例中，可同时将多部分薄膜形成混合物注入到压缩机15的承口64和压缩机15的相应级54中。在某些实施例中，可同时将多部分薄膜形成混合物注入到压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中。在某些实施例中，可同时将多部分薄膜形成混合物注入到压缩机15的承口64、压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中。在某些实施例中，可在不同时间将多部分薄膜形成混合物注入到压缩机15的承口64、压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中。
在某些实施例中，可在不同时间将多部分薄膜形成混合物注入到压缩机15的承口64、压缩机15的相应级54和涡轮40的相应级68中，并且多部分薄膜形成混合物可具有不同的预先确定的水110和表面成膜剂118的比例。例如，注入到压缩机15的承口64和压缩机15的相应级54中的多部分薄膜形成混合物可具有第一比例，并且注入到涡轮40的相应级68中的多部分薄膜形成混合物可具有第二比例，其中第一比例不同于第二比例。所上文所讨论，预先确定的比例可基于待清洁的燃气涡轮发动机10的内部部件的特定材料和施加条件来选择。通过以这种方式调整比例可提高清洗过程200的效率和/或有效性。
在步骤208，可在相应排水管封闭的情况下使燃气涡轮发动机10旋转，以促进薄膜形成混合物分布在燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60的表面上。以这种方式，可将薄膜形成混合物分布在燃气涡轮发动机10的目标内部部件、包括压缩机15的后面的级54的压缩机叶片56和压缩机轮叶60的所有表面上。
在步骤210，可在相应排水管打开的情况下使燃气涡轮发动机10旋转，以促进薄膜形成混合物在燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60上变干。以这种方式，薄膜形成混合物可在燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60的表面上形成保护膜。在完成清洗方法200之后，燃气涡轮发动机10可重新启动并运行以便产生机械功。
如上文所讨论，系统控制器104可以可操作来执行并控制清洗方法200的步骤。另外，系统控制器104可以可操作来监测并控制燃气涡轮发动机10和清洗系统102的各种操作参数，这些操作参数可确定清洗方法200的步骤的时序。系统控制器104可以是任何类型的可编程逻辑装置。在某些实施例中，系统控制器104可控制清洗系统102的各方面，包括泵132、140、148、阀82、134、136、142、144、150、152、162、170、178、180和阀互锁装置182。燃气涡轮发动机系统100可包括各种类型的传感器以向系统控制器104提供关于燃气涡轮发动机10和清洗系统102的各种操作条件的反馈。可约束对系统控制器104的访问以便限制为仅由授权人员对清洗方法200的操作参数进行修改。
因此，本说明书在上文描述的燃气涡轮发动机系统100提供了用于从燃气涡轮发动机10的内部部件如压缩机叶片56和压缩机轮叶60去除污染物并且将表面成膜剂施加到其上的改进的清洗系统102和清洗方法200。具体地说，清洗系统102和清洗方法200有效地从压缩机15的所有级54、包括后面的压缩机级54的叶片56和轮叶60去除污染物，同时还抑制表面生锈、腐蚀以及污染物随后累积在叶片56和轮叶60上。另外，与常规的清洗系统和清洗方法相比，清洗系统102和清洗方法200增加了所提供性能增益的持续时间，从而并且因此降低了维持燃气涡轮发动机10的足够的性能所需的清洗频率。最终，清洗系统102和清洗方法200增加了燃气涡轮发动机10的效率和性能并且降低了总操作成本。
应清楚的是，上述说明仅涉及本实用新型及相应专利的某些实施例。所属领域的技术人员可以在不背离由所附权利要求书和其等效物限定的本实用新型的总体精神和范围的情况下在本说明书中做出多种变化和修改。
Claims (7)
1.一种用于燃气涡轮发动机的清洗系统，所述清洗系统包括：
其中含有一定体积的水的水源；
其中含有一定体积的表面成膜剂的表面成膜剂源；
与所述水源和所述表面成膜剂源流体连通的混合室，其中所述混合室配置用于在其中混合所述水和所述表面成膜剂以产生薄膜形成混合物，其中所述薄膜形成混合物是呈液相的所述表面成膜剂和呈气相的所述水的液气混合物；以及
与所述混合室流体连通的多个供应管道，其中所述供应管道配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述燃气涡轮发动机中。
2.如权利要求1所述的清洗系统，其中所述供应管道包括配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述燃气涡轮发动机的压缩机承口的承口供应管道。
3.如权利要求1所述的清洗系统，所述清洗系统进一步包括其中含有一定体积的清洁剂的清洁剂源，其中所述混合室与所述清洁剂源流体连通并且配置用于在其中混合所述水和所述清洁剂以产生清洁混合物，并且其中所述供应管道配置用于将所述清洁混合物引导至所述燃气涡轮发动机中。
4.一种燃气涡轮发动机系统，所述燃气涡轮发动机系统包括：
燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括：
压缩机；
与所述压缩机连通的燃烧器；
与所述燃烧器连通的涡轮；以及
与所述压缩机和所述涡轮连通的抽气系统；
清洗系统，所述清洗系统包括：
其中含有一定体积的水的水源；
其中含有一定体积的表面成膜剂的表面成膜剂源；
与所述水源和所述表面成膜剂源流体连通的混合室，其中所述混合室配置用于在其中混合所述水和所述表面成膜剂以产生薄膜形成混合物，其中所述薄膜形成混合物是呈液相的所述表面成膜剂和呈气相的所述水的液气混合物；以及
与所述混合室和所述抽气系统流体连通的多个供应管道，其中所述供应管道配置用于通过所述抽气系统将所述薄膜形成混合物引导至所述压缩机和所述涡轮中。
5.如权利要求4所述的燃气涡轮发动机系统，其中所述清洗系统进一步包括配置用于加热所述水以产生所述呈气相的水的锅炉。
6.如权利要求4所述的燃气涡轮发动机系统，其中所述抽气系统包括：
在所述压缩机的一个级与所述涡轮的一个级之间延伸的第一抽气管道，其中所述第一抽气管道配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述压缩机的所述一个级和所述涡轮的所述一个级；以及
在所述压缩机的另一个级与所述涡轮的另一个级之间延伸的第二抽气管道，其中所述第二抽气管道配置用于将所述薄膜形成混合物引导至所述压缩机的另一级和所述涡轮的另一级。
7.如权利要求6所述的燃气涡轮发动机系统，其中所述压缩机的所述一个级是所述压缩机的第九级，其中所述涡轮的所述一个级是所述涡轮的第三级，其中所述压缩机的另一级是所述压缩机的第十三级，并且其中所述涡轮的另一级是所述涡轮的第二级。
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