DE102010005421B4 - Device and method for cleaning a front seal of a jet engine - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Reinigung einer in Axialrichtung Fluidkanäle (6) aufweisenden Stirndichtung (5) eines Strahltriebwerks, wobei, die Vorrichtung wenigstens eine zum Durchschieben durch einen Fluidkanal (6) ausgebildete Düsenspitze (11) aufweist und an der Düsenspitze (11) eine Austrittsöffnung (12) für Reinigungsmedium angeordnet ist, die zum Austretenlassen von Reinigungsmedium mit einer radialen Richtungskomponente ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Ringdichtung (9) für die Fluidkanäle (6) der Stirndichtung (5) aufweist.Device for cleaning a front end seal (5) of a jet engine having fluid channels (6), the device having at least one nozzle tip (11) designed to be pushed through a fluid channel (6) and an outlet opening (12) at the nozzle tip (11) is arranged for cleaning medium, which is formed for the escape of cleaning medium with a radial direction component, characterized in that it additionally comprises a ring seal (9) for the fluid channels (6) of the end seal (5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung einer in Axialrichtung Fluidkanäle aufweisenden Stirndichtung eines Strahltriebwerks. Die Vorrichtung weist wenigstens eine zum Durchschieben durch einen Fluidkanal ausgebildete Düsenspitze auf. An der Düsenspitze ist eine Austrittsöffnung für Reinigungsmedium angeordnet, die zum Austretenlassen von Reinigungsmedium mit einer radialen Richtungskomponente ausgebildet.The invention relates to a device for cleaning an axially in the axial direction fluid channels having front seal of a jet engine. The device has at least one nozzle tip designed to be pushed through a fluid channel. At the nozzle tip, an outlet opening for cleaning medium is arranged, which is designed to allow the release of cleaning medium with a radial direction component.
In Gasturbinen wie beispielsweise Strahltriebwerken von Flugzeugen werden Rotor- und Statorkomponenten oder ggf. verschiedene rotierende Komponenten gegeneinander mittels sogenannter Stirndichtungen abgedichtet. Der abzudichtende Spalt wird entweder mit einer als Kontaktdichtung ausgebildeten Stirndichtung geschlossen (beispielsweise Bürsten- oder Blattdichtung) oder es wird ein komplexer Leckpfad geschaffen, der die Strömung durch den Spalt reduziert (Labyrinthdichtung).In gas turbines such as jet engines of aircraft rotor and stator components or possibly different rotating components are sealed against each other by means of so-called end seals. The gap to be sealed is closed either with a front seal designed as a contact seal (for example brush or leaf seal) or a complex leak path is created which reduces the flow through the gap (labyrinth seal).
Eine Stirndichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effizienten und gut handhabbaren Reinigung einer eingangs beschriebenen Stirndichtung zu schaffen.The invention has for its object to provide a device and a method for efficient and easy to handle cleaning a front-end seal described above.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Vorrichtung zusätzlich eine Ringdichtung für die Fluidkanäle der Stirndichtung aufweist.The device according to the invention solves this problem in that the device additionally has a ring seal for the fluid channels of the end seal.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung unter Verwendung dieser Vorrichtung weist folgende Schritte auf:
- a) Einführen der Vorrichtung in einen Fluidkanal der Stirndichtung,
- b) Zuführen von Reinigungsmedium zur Düsenspitze und Reinigung der Stirndichtung, wobei während des Reinigens eine Abdichtung von nicht zu Zufuhr und/oder Absaugung von Reinigungsmedium bzw. Verunreinigungen verwendeter Fluidöffnungen der Stirndichtung erfolgt.
- a) introducing the device into a fluid channel of the end seal,
- b) supplying cleaning medium to the nozzle tip and cleaning the end seal, during which a sealing of not used to supply and / or suction of cleaning medium or impurities fluid openings of the end seal takes place.
Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.First, some terms used in the invention are explained.
Die Erfindung dient zur Reinigung einer Stirndichtung eines Strahltriebwerks. Es handelt sich um eine eingangs erläuterte Dichtung, die entweder als Kontakt- oder Labyrinthdichtung arbeitet. Bei Labyrinthdichtungen kann es vorgesehen sein, dass beispielsweise rotierende Dichtspitzen bei einer weicheren (abreibbaren) Statormatrix reiben bzw. in bestimmten Betriebszuständen reiben.The invention is used for cleaning a front seal of a jet engine. It is an initially explained seal that works either as a contact or labyrinth seal. In labyrinth seals, it may be provided that, for example, rotating sealing tips rub against a softer (abradable) stator matrix or rub in certain operating states.
Beispiele für Stirndichtungen in Strahltriebwerken sind die sogenannte FOS-Dichtung (Forward Outer Seal) und CDP-Dichtung.Examples of front seals in jet engines are the so-called FOS (Forward Outer Seal) seal and CDP seal.
Im Bereich der letzten Kompressorstufe eines Strahltriebwerks kann prinzipiell Luft aus dem Gasstrom in den Hohlraum zwischen dem Hochdruckkompressorrotor und der Verbrennungskammer eintreten. Um diesen Leckstrom zu minimieren, ist häufig eine Stirndichtung zwischen dem Hochdruckkompressorrotor und dem Gehäuse der Brennkammer vorgesehen. Sie wird CDP-Dichtung oder auch Thrust Balance Seal genannt. Im Bereich der Turbinendüse am Ausgang der Brennkammer ist häufig ein sogenanntes Forward Outer Seal vorgesehen, dass den hinter der Brennkammer angeordneten Turbinenrotor gegen das Brennkammergehäuse abdichtet.In the region of the last compressor stage of a jet engine, in principle, air from the gas stream can enter the cavity between the high-pressure compressor rotor and the combustion chamber. To minimize this leakage current, an end seal is often provided between the high pressure compressor rotor and the combustion chamber housing. It is called CDP seal or Thrust Balance Seal. In the area of the turbine nozzle at the outlet of the combustion chamber, a so-called forward outer seal is frequently provided, which seals the turbine rotor arranged behind the combustion chamber against the combustion chamber housing.
Die genannten Stirndichtungen weisen in der Regel Fluidkanäle in Axialrichtung des Dichtungskörpers auf, die einen Druckausgleich zwischen den beiden Dichtungsseiten herstellen und/oder dem Durchtritt von Kühlluft dienen.The said end seals generally have fluid channels in the axial direction of the sealing body, which produce a pressure equalization between the two sides of the seal and / or serve for the passage of cooling air.
Die beschriebenen Stirndichtungen sind in der Regel ringförmig und weisen im radial äußeren Bereich einen sich auf die Gegendichtfläche hin erstreckenden Bereich mit einer axialen Richtungskomponente auf. Diese Geometrie bewirkt eine Krümmung oder einen Knick im radial äußeren Bereich der Stirndichtung, in dem sich häufig Verunreinigungen ansammeln und die Dichtwirkung beeinträchtigen. Bei einigen Stirndichtungen sind die vorstehend beschriebenen Fluidkanäle zudem für eine Kühlluftzufuhr zu thermisch belasteten Teilen wie beispielsweise Schaufelblättern vorgesehen. Das Ansammeln von Verunreinigungen in der Dichtung beeinträchtigt den Kühlluftstrom.The end seals described are generally annular and, in the radially outer region, have a region with an axial direction component extending toward the counter-sealing surface. This geometry causes a curvature or kink in the radially outer region of the end seal, in which often accumulate impurities and affect the sealing effect. In some end seals, the fluid channels described above are also provided for cooling air supply to thermally stressed parts such as blades. The accumulation of contaminants in the seal affects the cooling air flow.
Die Erfindung ermöglicht eine einfache und wirkungsvolle Reinigung der Stirndichtung, ohne dass eine Zerlegung des Strahltriebwerks in die Einzelteile stattfinden und damit der verschmutzte Bereich der Dichtung unmittelbar zugänglich gemacht werden muss. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Düse für Reinigungsmedium mit einer Düsenspitze, die zum Durchschieben durch einen Fluidkanal ausgebildet ist. Die Länge dieser Düsenspitze ist somit angepasst an die axiale Dicke der Stirndichtung bzw. die axiale Länge der Fluidkanäle. Am durchgeschobenen Ende der Düsenspitze ist eine Austrittsöffnung für Reinigungsmedium angeordnet, die zum Austretenlassen von Reinigungsmedium mit einer radialen Richtungskomponente ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Reinigungsmedium nicht oder jedenfalls nicht ausschließlich in Axialrichtung der durchgeschobenen Düse und damit auch in Axialrichtung der Stirndichtung austritt, sondern wenigstens teilweise in Radialrichtung. Der radiale Reinigungsmediumstrahl wird so gerichtet, dass er die oben beschriebenen Ablagerungen bzw. Verunreinigungen erfasst. Die Fluidkanäle einer Stirndichtung sind in der Regel radial einwärts von dem Dichtungsbereich angeordnet, in dem sich bevorzugt Verunreinigungen ansammeln. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt so ausgebildet bzw. wird so durch die Fluidkanäle geschoben, dass sich der Reinigungsmediumstrahl bevorzugt radial nach außen richtet. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn die Hauptrichtung des austretenden Strahls des Reinigungsmediums etwa 10° +/– 5° nach vorne aus der Radialebene heraus geneigt ist, also in diejenige Richtung, von der die Düsenspitze her eingeschoben wird. Die Projektion der Hauptrichtung des Strahls in die Radialebene der Stirndichtung weist bevorzugt genau in Radialrichtung. Die Neigung des Strahls um etwa 10° aus der Radialebene nach vorne ermöglicht ein gezieltes Reinigen derjenigen Bereiche der Stirndichtung, in denen sich Verschmutzungen bevorzugt absetzen, wie unten im Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention enables a simple and effective cleaning of the front seal, without a disassembly of the jet engine take place in the items and thus the soiled area of the seal must be made directly accessible. The device according to the invention is a nozzle for cleaning medium with a nozzle tip which is designed to be pushed through a fluid channel. The length of this nozzle tip is thus adapted to the axial thickness of the end seal or the axial length of the fluid channels. At the pushed-through end of the nozzle tip, an outlet opening for cleaning medium is arranged, which is designed for the escape of cleaning medium with a radial direction component. This means that the cleaning medium is not or at least not exclusively in the axial direction of the nozzle pushed through and thus also exits in the axial direction of the end seal, but at least partially in the radial direction. The radial cleaning medium jet is directed to detect the above-described deposits or contaminants. The fluid channels of a front seal are usually arranged radially inwardly of the sealing region in which preferably accumulate impurities. Accordingly, the device according to the invention is preferably designed or pushed through the fluid channels such that the cleaning medium beam preferably directs radially outwards. According to the invention, it is preferred if the main direction of the exiting jet of the cleaning medium is inclined approximately 10 ° +/- 5 ° forwards out of the radial plane, ie in the direction from which the nozzle tip is inserted. The projection of the main direction of the beam in the radial plane of the end seal preferably has exactly in the radial direction. The inclination of the beam by about 10 ° from the radial plane to the front allows a targeted cleaning of those areas of the end seal, in which preferably settle dirt, as explained in more detail below in the embodiment.
Erfindungsgemäß muss ein zu reinigendes Strahltriebwerk nicht vollständig, sondern lediglich bis auf die Modulebene bzw. Baugruppenebene zerlegt werden. Muss beispielsweise ein Triebwerk zur Reinigung der FOS-Dichtung lediglich bis auf Baugruppenebene zerlegt werden, erspart man sich die Zerlegung in die weiteren Einzelteile (beispielsweise HPT (High Pressure Turbine), Front Shaft, HPT FOS, HPT Disc und HPT Rear Shaft. Stattdessen kann die Reinigung erfindungsgemäß bei dem auf diese Baugruppenebene zerlegten Triebwerk durchgeführt werden.According to the invention, a jet engine to be cleaned does not have to be completely dismantled, but only down to the module level or module level. If, for example, an engine for cleaning the FOS gasket only has to be disassembled down to assembly level, then it is possible to disassemble it into the other individual parts (eg HPT (High Pressure Turbine), Front Shaft, HPT FOS, HPT Disc and HPT Rear Shaft According to the invention, the cleaning is carried out at the engine disassembled at this assembly level.
Bevorzugt ist erfindungsgemäß die Verwendung von CO2, insbesondere CO2-Schnee oder CO2-Pellets als Reinigungsmedium. Es kann zusätzlich ein gasförmiges Treibmittel wie beispielsweise Druckluft verwendet werden, um CO2-Pellets eine gewünschte Geschwindigkeit und damit kinetische Energie zu verleihen. Auf diese Weise kann sowohl mechanisch (durch die kinetische Energie auftreffender CO2-Pellets) als auch durch den beim Auftreffen entstehenden Kälteschock gereinigt werden. CO2 als Reinigungsmedium sublimiert rückstandsfrei und verhindert auf diese Weise zusätzlich, dass gelöster Schmutz sich gemeinsam mit dem Reinigungsmedium wieder auf Oberflächen absetzt.According to the invention, the use of CO 2 , in particular CO 2 snow, or CO 2 pellets as cleaning medium is preferred. In addition, a gaseous propellant, such as compressed air, may be used to impart a desired rate of kinetic energy to CO 2 pellets. In this way, both mechanically (by the kinetic energy impinging CO 2 pellets) and by the resulting on impact cold shock can be cleaned. CO 2 as a cleaning medium sublimes residue-free and in this way additionally prevents dissolved dirt settling on surfaces together with the cleaning medium.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn das Reinigungsmedium und der gelöste Schmutz abgesaugt werden, zu diesem Zweck kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine entsprechende Absaugeinrichtung aufweisen.According to the invention, it is preferred if the cleaning medium and the dissolved dirt are sucked off, for this purpose the device according to the invention can have a corresponding suction device.
In der Regel weist eine erfindungsgemäß zu reinigende Stirndichtung eine Vielzahl von Fluidkanälen über den Umfang verteilt auf. Das Absaugen erfolgt bevorzugt durch Fluidkanäle, durch die die Düsenspitze nicht eingeführt ist. Das Absaugen kann in Umfangsrichtung unmittelbar benachbart dem Ort der Zufuhr des Reinigungsmediums erfolgen, häufig wird jedoch ein Absaugen bevorzugt sein, bei dem die Absaugeinrichtung um wenigstens ¼ des Umfangs der Stirndichtung von der Düsenspitze, durch die Reinigungsmedium zugeführt wird, entfernt ist. Beispielsweise kann die Absaugeinrichtung der Düsenspitze auf dem Umfang der Stirndichtung etwa diametral gegenüberliegen.As a rule, an end seal to be cleaned according to the invention has a large number of fluid channels distributed over the circumference. The suction is preferably carried out by fluid channels through which the nozzle tip is not inserted. Suction may be in the circumferential direction immediately adjacent to the location of supply of the cleaning medium, but suction will often be preferred in which the suction means is removed by at least 1/4 of the circumference of the end seal from the nozzle tip through which cleaning medium is supplied. For example, the suction device of the nozzle tip on the circumference of the end seal may be approximately diametrically opposite.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die weder zur Zufuhr von Reinigungsmedium noch zum Absaugen verwendeten Fluidkanäle abgedichtet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zu diesem Zweck eine Ringdichtung aufweisen, die in Axialrichtung auf die Fluidkanäle aufgelegt wird und diese abdichtet.According to the invention, it is provided that the fluid channels used neither for the supply of cleaning medium nor for suction are sealed. The device according to the invention may for this purpose have a ring seal which is placed in the axial direction on the fluid channels and seals them.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:An embodiment of the invention will be described below with reference to the drawings. Show:
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung weist eine Ringdichtung
Diametral gegenüber der Düse
Zur Durchführung des Reinigens wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in die in
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mehrfach umgesetzt, so dass die Düsenspitze durch verschiedene über den Umfang der FOS
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