DE202004021367U1

DE202004021367U1 - Apparat zur Reinigung eines Turbofan-Gasturbinentriebwerks

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Publication number: DE202004021367U1
Application number: DE202004021367U
Authority: DE
Original assignee: Gas Turbine Efficiency AB
Current assignee: Ecoservices LLC
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: EP1715964B1; BRPI0418544A; JP4351705B2; AU2004315589B2; AU2004315589A1; US7815743B2; NO330072B1; CA2506113C; AU2010214708B2; ATE478738T1; EP1715964A1; EP2213845B1; JP2007517161A; CN1705524B; DE10159284T1; US20090260660A1; US7497220B2; NO20052441D0; BRPI0418544B1; US20060048796A1

Abstract

Vorrichtung zur Reinigung eines Gasturbinentriebwerks (2), wobei das Triebwerk (2) mindestens eine Triebwerkswelle (24, 29) aufweist, einen auf einer ersten Welle (24) drehbar angeordneten Fan (25), wobei der Fan (25) eine Vielzahl auf eine Nabe montierter und sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Fanschaufeln (40) umfasst und von denen jede eine Druckseite (53) und eine Saugseite (54) aufweist, sowie ein Kerntriebwerk (203) mit einer Verdichtereinheit (27) und Turbinen (26, 28) zum Antrieb der Verdichtereinheit (27) und des Fans (25), umfassend eine Vielzahl von Düsen (31, 33, 35), die zum Zerstäuben von Reinigungsflüssigkeit im Luftstrom in einem stromaufwärts des Fans (25) angeordneten Lufteinlass (20) des Triebwerks (2) angeordnet sind, gekennzeichnet durch
eine erste in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (31), die so angeordnet ist, dass die aus der ersten Düse (31) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Druckseite...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Reinigung von Gasturbinentriebwerken und insbesondere auf einen Apparat zur Reinigung eines in ein Luftfahrzeug installierten Turbofan-Gasturbinentriebwerks.
Hintergrund der Erfindung
Eine als Flugzeugtriebwerk installierte Gasturbine umfasst einen Verdichter, der die Umgebungsluft komprimiert, eine Brennkammer, die Kraftstoff zusammen mit der komprimierten Luft verbrennt und eine Turbine zur Versorgung des Verdichters. Die sich ausdehnenden Verbrennungsgase treiben die Turbine an und resultieren in einem Schub, der das Flugzeug vorwärts treibt.
Gasturbinentriebwerke verbrauchen große Mengen Luft. Luft enthält Fremdpartikel in Form von Aerosolen, die mit dem Luftstrom in den Gasturbinenverdichter eintreten. Die Mehrheit der Fremdpartikel folgt dem Weg des Gases und tritt mit den Abgasen aus dem Triebwerk aus. Es gibt jedoch auch Partikel, die die Eigenschaft haben, an Bauteilen auf dem Weg des Gases im Verdichter festzukleben. Ortsfeste Gasturbinen wie zur Energieerzeugung eingesetzte Gasturbinen können zur Filterung der Luft im Verdichter mit Filtern ausgestattet werden. In Flugzeugen installierte Gasturbinen sind jedoch nicht mit Filtern ausgestattet, da dies einen wesentlichen Druckabfall bedeuten würde, und sind dadurch mehr Schmutzstoffen der Luft ausgesetzt. Typische, im Umfeld eines Flugplatzes vorhandene Schmutzstoffe sind Pollen, Insekten, Triebwerkabgase, auslaufendes Triebwerköl, Kohlenwasserstoffe aus der Industrie, Salz von der nahe liegenden See, Chemikalien von der Enteisung der Flugzeuge und Stoffe vom Boden des Flughafens, wie z. B. Staub.
Vorzugsweise sollten Bauteile wie Verdichterschaufeln und -flügel poliert und glänzend sein. Nach einer Betriebsdauer bildet sich jedoch eine Schicht von Fremdpartikeln. Dies ist auch als Verdichterverschmutzung bekannt. Verdichterverschmutzung resultiert in einer Veränderung der Eigenschaften des Grenzschichtluftstroms der Bauteile. Die Ablagerungen resultieren in einer Erhöhung der Rauhigkeit der Bauteiloberfläche. Strömt Luft über die Bauteiloberfläche, resultiert die Erhöhung der Oberflächenrauhigkeit in einer Verdickung des Grenzschichtluftstroms. Die Verdickung des Grenzschichtluftstroms hat negative Auswirkungen auf die Aerodynamik des Verdichters. Der Luftstrom bildet an der Schaufelhinterkante eine Nachströmung. Die Nachströmung ist eine wirbelartige Turbulenz mit einem negativen Einfluss auf den Luftstrom. Je dicker die Grenzschicht ist, umso stärker ist die Turbulenz in der Nachströmung. Die Turbulenz in der Nachströmung hat zusammen mit der dickeren Grenzschicht einen verringerten Massestrom zur Folge. Der verringerte Massestrom ist der tiefgreifendste Effekt von Verdichterverschmutzung. Außerdem resultieren die an der Schaufelhinterkante gebildete dickere Grenzschicht und die stärkere Nachstromturbulenz in einer verringerten Verdichtungsdruckverstärkung, die wiederum darin resultiert, dass das Triebwerk bei einem verringerten Druckverhältnis betrieben wird. Jeder Fachmann auf dem Gebiet der Arbeitszyklen einer Wärmekraftmaschine versteht, dass ein verringertes Druckverhältnis in einer niedrigeren thermodynamischen Effektivität des Triebwerks resultiert. Die Verringe rung der Druckverstärkung ist der zweitauffallendste Effekt von Verdichterverschmutzung. Die Verdichterverschmutzung verringert nicht nur den Massestrom und die Druckverstärkung, sondern auch die isentropische Effektivität des Verdichters. Eine verringerte Verdichtereffektivität bedeutet, dass der Verdichter mehr Energie zur Komprimierung derselben Luftmenge benötigt. Der verringerte Massestrom, die verringerte Druckverstärkung und die verringerte isentropische Effektivität des Verdichters reduzieren die Schubfähigkeit des Triebwerks. Die Energie zum Antrieb des Verdichters wird aus der Turbine über eine Welle gewonnen. Benötigt die Turbine mehr Energie zum Antrieb des Verdichters, bleibt weniger Schub für den Vortrieb. Dies bedeutet für den Flugzeugpiloten, dass er für mehr Energie Gas geben muss, um den verlorenen Schub zu kompensieren. Gas geben für mehr Energie bedeutet, dass sich der Kraftstoffverbrauch erhöht und dadurch die Betriebskosten erhöht werden.
Verdichterverschmutzung hat auch negative Auswirkungen auf die Umwelt. Dem erhöhten Kraftstoffverbrauch folgt eine Erhöhung des Ausstoßes an Treibhausgasen wie Kohlendioxid. Typischerweise resultiert die Verbrennung von 1 kg Flugkraftstoff in der Bildung von 3,1 kg Kohlendioxid.
Der durch Verdichterverschmutzung verursachte Leistungsabfall verringert auch die Lebensdauer des Triebwerks. Muss mehr Kraftstoff zum Erhalt des benötigten Schubs verbrannt werden, folgt eine Erhöhung der Temperatur in der Triebwerksbrennkammer. Wenn der Pilot zum Abheben auf der Rollbahn Gas gibt, ist die Temperatur in der Brennkammer sehr hoch. Die Temperatur ist nicht allzu weit von der Grenze entfernt, die das Material aushalten kann. Diese Temperatur zu steuern ist eine Schlüsselfunktion für die Überwachung der Triebwerksleistung. Die Temperatur wird mit einem Sensor in dem heißen Gaswegab schnitt gemessen, der dem Brennkammerauslass nachgeordnet ist. Dies ist als Abgastemperatur (EGT – exhaust gas temperature) bekannt und wird sorgfältig überwacht. Sowohl die Expositionszeit als auch die Temperatur werden aufgezeichnet. Während der Lebensdauer des Triebwerks wird das EGT-Protokoll regelmäßig überprüft. An einem bestimmten Punkt der EGT-Aufzeichnung ist es erforderlich, dass das Triebwerk für eine Überholung außer Betrieb genommen werden muss.
Eine hohe Brennkammertemperatur hat negative Auswirkungen auf die Umwelt. Der Erhöhung der Brennkammertemperatur folgt eine Erhöhung der NOx-Bildung. NOx-Bildung hängt in hohem Maße von der Ausgestaltung des Brenners ab. Jede wachsende Temperatur in einem gegebenen Brenner resultiert jedoch in einer wachsenden NOx-Erhöhung.
Daher hat Verdichterverschmutzung bedeutende negative Auswirkungen auf die Leistung eines Flugtriebwerks, wie erhöhter Kraftstoffverbrauch, verringerte Lebensdauer des Triebwerks, erhöhter Kohlendioxid- und NOx-Ausstoß.
Strahltriebwerke können eine Anzahl verschiedener Ausgestaltungen besitzen, jedoch treten die oben genannten Probleme bei allen auf. Turbojet-, Wellenleistungs- und Turboproptriebwerke sind typische kleine Triebwerke. Andere Varianten dieser Triebwerke sind das Zwei-Brennkammer-Turbojettriebwerk und das zusatzgetriebene Wellenleistungstriebwerk. Unter den größeren Triebwerken gibt es den Mixed-Flow-Turbofan und den Unmixed-Flow-Turbofan, die als Ein-, Zwei- oder Dreiwellenmaschinen konstruiert sein können. Die Arbeitsweisen dieser Triebwerke sollen hier nicht beschrieben werden.
Das Turbofantriebwerk wurde entwickelt, um bei Unterschallgeschwindigkeit betriebenen Flugzeugen einen hohen Schub zu ge ben. Daher hat es ein großes Anwendungsgebiet als Triebwerk für handelsübliche Passagierflugzeuge gefunden. Das Turbofantriebwerk umfasst einen Fan und ein Kerntriebwerk. Der Fan wird durch die Energie aus dem Kerntriebwerk angetrieben. Das Kerntriebwerk ist ein Gasturbinentriebwerk, welches so konstruiert wurde, dass die Energie zum Antrieb des Fans von der Kerntriebwerkswelle gewonnen wird. Der Fan ist vor dem Triebwerksverdichter installiert. Der Fan besteht aus einer Rotorscheibe mit Rotorschaufeln und alternativ aus einem Satz Statorflügel, die dem Rotor nachgeordnet sind. Primäre Luft tritt in den Fan ein. Wie weiter oben erläutert, ist der Fan Verschmutzungen durch Insekten, Pollen sowie Überresten von aufprallenden Vögeln, usw. ausgesetzt. Die Verschmutzungen des Fans können durch Waschen ausschließlich mit kaltem oder heißem Wasser entfernt werden. Dieser Reinigungswaschvorgang ist relativ einfach auszuführen.
Hinter dem Fan befindet sich der Kerntriebwerksverdichter Bezeichnend für den Verdichter ist, dass er die Luft zu einem hohen Druckverhältnis komprimiert. Der Arbeit des Verdichters folgt eine Temperaturerhöhung. Der Temperaturanstieg in einem Hochdruckverdichter kann 500°C betragen. Wir haben herausgefunden, dass der Verdichter, verglichen mit dem Fan, anderen Arten von Verschmutzungen ausgesetzt ist. Die hohe Temperatur führt dazu, dass Partikel leichter an der Oberfläche "festbrennen" und schwieriger zu entfernen sind. Analysen zeigen, dass in Kerntriebwerksverdichtern gefundene Verschmutzungen typischerweise Kohlenwasserstoffe, Überreste von Enteisungsflüssigkeiten, Salz, etc. sind. Diese Verschmutzungen sind schwieriger zu entfernen. Manchmal kann es durch Waschen ausschließlich mit heißem oder kaltem Wasser ausgeführt werden. Sonst müssen Chemikalien eingesetzt werden.
Über die Jahre sind eine Anzahl von Reinigungs- oder Wasch techniken entwickelt worden. Im Prinzip kann das Waschen von Flugtriebwerken durchgeführt werden, indem man mit einem Wasserschlauch Wasser in den Triebwerkeinlass spritzt. Dieses Verfahren hat allerdings auf Grund der Einfachheit des Verfahrens nur begrenzten Erfolg. Eine alternative Methode ist das Schrubben der Verdichterschaufeln und -flügel von Hand mit einer Bürste und Flüssigkeit. Dieses Verfahren hat nur begrenzten Erfolg, da es keine Reinigung der inneren Verdichterschaufeln erlaubt. Darüber hinaus ist es zeitaufwendig. Das U.S. Patent Nr. 6,394,108 an Butler offenbart einen dünnen flexiblen Schlauch, dessen eines Ende durch den Verdichtereinlass zum Verdichterauslass zwischen die Verdichterschaufeln eingeführt wird. An dem eingeführten Ende des Schlauches befindet sich eine Düse. Der Schlauch wird langsam aus dem Verdichter gezogen, während Flüssigkeit in den Schlauch gepumpt und durch die Düse gesprüht wird. Das Patent offenbart, wie das Waschen ausgeführt wird. Die Effizienz des Waschens ist jedoch begrenzt dadurch, dass der Verdichterrotor sich während des Waschens nicht drehen lässt. Das U.S. Patent Nr. 4,059,123 an Bartos offenbart einen mobilen Wagen zum Turbinenwaschen. Das Patent offenbart jedoch nicht, wie der Waschprozess durchgeführt wird. Das U.S. Patent Nr. 4,834,912 an Hodgens II et al. offenbart eine Reinigungsmischung zum chemischen Entfernen von Ablagerungen an einem Gasturbinentriebwerk. Das Patent stellt die Einspritzung der Flüssigkeit in ein Triebwerk eines Kampfjetflugzeugs dar. Es wird jedoch keine Information über den Waschprozess bereitgestellt. Das U.S. Patent 5,868,860 an Asplund offenbart den Einsatz eines Verteilers für Flugtriebwerke mit Einlassleitflügeln und eines anderen Verteilers für Triebwerke ohne Einlassleitflügel. Weiterhin offenbart das Patent den Einsatz eines hohen Flüssigkeitsdrucks als Mittel, um eine hohe Geschwindigkeit der Flüssigkeit bereitzustellen, die die Reini gungseffizienz verstärkt. Das Patent nennt jedoch nicht die spezifischen Merkmale bezogen auf Verschmutzung und Waschen von Turbofan-Flugtriebwerken.
Die hiernach unter Bezug auf 1 beschriebene Anordnung wird ferner als Allgemeinwissen auf diesem Gebiet gesehen. In 1 wird eine Schnittansicht eines Einwellen-Turbojettriebwerkes gezeigt. Pfeile zeigen den Massefluss durch das Triebwerk. Das Triebwerk 1 ist um eine Rotorwelle 17 gebaut, die an ihrem vorderen Ende mit einem Verdichter 12 und an ihrem hinteren Ende mit einer Turbine 14 verbunden ist. Vor dem Verdichter 12 ist ein Kegel 104 angeordnet, um den Luftstrom zu teilen. Der Kegel 104 rotiert nicht. Der Verdichter besitzt einen Einlass 18 und einen Auslass 19. Kraftstoff wird in einer Brennkammer 13 verbrannt, wo die heißen Abgase die Turbine 14 antreiben.
Eine Waschvorrichtung besteht aus einem Verteiler 102 in Form eines Rohres, das an einem Ende mit einer Düse 15 und an dem anderen Ende mit einem Verbindungsstück 103 verbunden ist. Der Schlauch 101 ist an einem Ende mit dem Verbindungsstück 103 verbunden, während das andere Ende mit einer Pumpe verbunden ist (nicht dargestellt). Der Verteiler 102 ruht auf dem Kegel 104 und wird dadurch während der Reinigungsprozedur in einer festen Position gehalten. Die Pumpe pumpt eine Waschflüssigkeit zur Düse 15, wo sie zerstäubt und ein Spray 16 bildet. Die Geometrie der Düsenöffnung 15 definiert die Sprayform. Das Spray kann, abhängig von seiner Ausgestaltung, viele Formen bilden, wie kreisförmig, elliptisch oder rechteckig. Beispielsweise weist ein kreisförmiges Spray eine kreisförmige Verteilung der Tröpfchen auf und das Spray ist durch eine Kegelform gekennzeichnet. Ein elliptisches Spray ist dadurch gekennzeichnet, dass eine der Ellipsenachsen länger ist als die andere. Ein rechteckiges Spray ist fast ähn lich dem elliptischen Spray, aber mit Ecken gemäß der Definition eines Rechtecks. Ein quadratisches Spray ist fast ähnlich dem kreisförmigen Spray, darin, dass die zwei Geometrieachsen gleich lang sind, das quadratische Spray hat jedoch Ecken gemäß der Definition eines Quadrats.
Flüssigkeit wird zum stärkeren Eindringen vor dem Eintritt in den Verdichter zerstäubt. Einmal innerhalb des Verdichters, kollidieren die Tröpfchen mit Bauteilen des Gasweges, wie z. B. Rotorschaufeln und Statorflügeln. Das Auftreffen der Tröpfchen führt zur Befeuchtung der Oberfläche und der Bildung eines Flüssigkeitsfilms. Die abgelagerten Partikel auf den Bauteilen des Gasweges werden durch mechanische und chemische Leistung der Flüssigkeit abgelöst. Das Eindringen der Flüssigkeit in den Verdichter wird ferner dadurch verstärkt, dass die Rotorwelle während des Waschens rotiert. Dies wird dadurch erreicht, dass der Triebwerkstartmotor den Rotor rotieren lässt, wodurch Luft durch das Triebwerk getrieben und die Flüssigkeit vom Verdichtereinlass zum Auslass gebracht wird. Der Reinigungseffekt wird ferner durch das Rotieren des Rotors verstärkt, da die Befeuchtung der Schaufeln einen flüssigen Film erzeugt, der während des Waschens Bewegungskräften wie der Zentrifugalkraft ausgesetzt wird.
Was über die Reinigung des Verdichters gesagt wurde, hat auch Auswirkungen auf die Reinigung des gesamten Gasturbinentriebwerks. Wenn die Reinigungsflüssigkeit in den Triebwerksverdichter eintritt und der Rotor rotiert, tritt die Waschflüssigkeit in die Brennkammer und weiter durch den Turbinenabschnitt ein und reinigt somit das gesamte Triebwerk.
Dieses Verfahren ist jedoch für ein Turbofan-Turbinentriebwerk aus einer Anzahl von Gründen nicht effektiv. Erstens, da die Verschmutzungen verschiedener Bauteile eines Turbofantriebwerks signifikant unterschiedliche Eigen schaften hinsichtlich beispielsweise der Klebrigkeit aufweisen können, sind unterschiedliche Verfahren zur Entfernung gefordert, wie weiter oben erläutert. Zweitens, da der Fan und sein Kegel zum Teilen des Luftstroms rotieren, kann der Kegel nicht zum Halten des Verteilers eingesetzt werden. Es ist möglich, den Verteiler auf einen Stand oder einen Rahmen, der vor dem Fan angeordnet ist, zu montieren, aber diese Anordnung würde keine effiziente Reinigung des Triebwerks bereitstellen, da der Hauptteil der aus den Düsen austretenden Reinigungsflüssigkeit auf der Saugseite der Fanschaufeln auftreffen würde.
Zusammenfassung der Erfindung
Auf diese Weise ist ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zum Entfernen der verschiedenen Arten der auf dem Fan und in dem Kerntriebwerksverdichter eines Turbofantriebwerkes gefundenen Verschmutzungen bereitzustellen und dadurch die negativen Auswirkungen der Verschmutzungseffekte auf die Flugtriebwerksleistung, wie erhöhter Kraftstoffverbrauch, verringerte Lebensdauer des Triebwerks, erhöhter Ausstoß von Kohlendioxid und NOx zu verringern.
Ferner ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Apparat bereitzustellen, das in der Lage sind, den Fan und den Kerntriebwerksverdichter in einem Waschdurchgang zu reinigen.
Diese und andere Ziele werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Bereitstellen eines Apparates mit den in den unabhängigen Ansprüchen definierten Merkmalen erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Zum Zweck der Klarheit beziehen sich die Begriffe "radiale Richtung" und „axiale Richtung" auf eine radial von der Mit tellinie des Triebwerks verlaufende Richtung bzw. eine entlang der Mittellinie des Triebwerks verlaufende Richtung.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff „tangentialer Winkel" auf einen von der Mittellinie des Triebwerkes tangential gesehenen Winkel.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung eines Gasturbinentriebwerks bereitgestellt, wobei das Triebwerk mindestens eine Triebwerkswelle aufweist, einen drehbar angeordneten Fan, der eine Vielzahl auf eine Nabe montierter und sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckender Fanschaufeln umfasst, von denen jede eine Druckseite und eine Saugseite aufweist, sowie ein Kerntriebwerk mit einer Verdichtereinheit und Turbinen zum Antrieb der Verdichtereinheit und des Fans, welches eine Vielzahl von Düsen umfasst, die so angeordnet sind, dass sie eine Reinigungsflüssigkeit im Luftstrom in einem vor dem Fan angeordneten Lufteinlass des Triebwerks zerstäuben können. Die Vorrichtung gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste in einer relativ zur Mittellinie des Triebwerks ersten Position angeordneten Düse, so dass die aus der ersten Düse austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Druckseite der Schaufeloberflächen auftrifft, eine zweite in einer relativ zur Mittellinie des Triebwerks zweiten Position angeordneten Düse, so dass die aus der zweiten Düse austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Saugseite der Schaufeloberflächen auftrifft, sowie eine dritte in einer relativ zur Mittellinie des Triebwerks dritten Position angeordneten Düse, so dass die aus der dritten Düse austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen zwischen den Schaufeln hindurchströmt und in einen Einlass des Kerntriebwerks eintritt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Möglichkeit zur Reinigung eines Gasturbinentriebwerks bereitgestellt, wobei das Triebwerk mindestens eine Triebwerkswelle aufweist, einen drehbar angeordneten Fan, der eine Vielzahl auf eine Nabe montierter und sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckender Fanschaufeln umfasst, von denen jede eine Druckseite und eine Saugseite besitzt, sowie ein Kerntriebwerk mit einer Verdichtereinheit und Turbinen zum Antrieb der Verdichtereinheit und des Fans, welches den Schritt des Zerstäubens von Reinigungsflüssigkeit im Luftstrom in einem vor dem Fan angeordneten Lufteinlass des Triebwerks mittels einer Vielzahl von Düsen umfasst.
Das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt umfasst ferner die Schritte: Aufbringen der aus der ersten Düse austretenden Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Druckseite, Aufbringen der aus der zweiten Düse austretenden Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Saugseite, sowie Richten der aus der dritten Düse austretenden Reinigungsflüssigkeit, so dass die Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen zwischen den Schaufeln hindurchströmt und in einen Einlass des Kerntriebwerks eintritt.
Somit basiert die vorliegende Erfindung auf dem Verständnis, dass die Eigenschaften der Verschmutzungen verschiedener Bauteile des Triebwerks verschiedene Eigenschaften besitzen und daher verschiedene Vorgehensweisen bei der Reinigung erfordern. Als Beispiel haben Verschmutzungen des Kernverdichters verglichen mit den Verschmutzungen der Fanschaufeln andere Eigenschaften, beispielsweise auf Grund der höheren Temperatur des Verdichters. Die hohe Temperatur führt dazu, dass Partikel leichter an der Oberfläche "festbrennen" und schwieriger zu entfernen sind. Analysen zeigen, dass in Kerntriebwerksverdichtern gefundene Verschmutzungen typischerweise Kohlenwasserstoffe, Überreste von Enteisungsflüssigkeiten, Salz, etc. sind. Diese Verschmutzungen sind daher schwieriger zu entfernen als Verschmutzungen der Fanschaufeln.
Diese Lösung stellt mehrere Vorteile gegenüber den existierenden Lösungen dar. Ein Vorteil ist, dass die Reinigung der Verschmutzungen ausgesetzten Triebwerksteile bestimmten Eigenschaften der Verschmutzungen des jeweiligen Teils angepasst wird. Dementsprechend kann die Reinigung der verschiedenen Bauteile des Fans und des Kerntriebwerks individuell angepasst werden. Dies bringt eine effizientere und Zeit sparendere Reinigung des Triebwerks mit sich, verglichen mit den bekannten Verfahren, die einen einheitlichen Reinigungsprozess nutzen. Da der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann, können dadurch, verglichen mit den bekannten Verfahren, Kosten gespart werden.
Ein anderer Vorteil ist, dass sowohl die Saugseite als auch die Druckseite der Fanschaufeln mit der Reinigungsflüssigkeit erreicht werden kann. Dadurch wird der Fan, verglichen mit den bekannten Verfahren, vollständiger gereinigt, da diese keine Reinigung der Druckseite ermöglichen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bei verschiedenen Arten von Turbinentriebwerken eingesetzt werden kann, einschließlich Turbofan-Gasturbinentriebwerken mit einer, zwei, drei oder mehr Wellen und worin der Fan und der Kegel zum Teilen des Luftstroms rotieren.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass die Lebensdauer des Triebwerks erhöht werden kann, da ein effizienteres Entfernen von Verschmutzungen mit sich bringt, dass die Temperatur gesenkt werden kann. Dies hat auch einen günstigen Effekt auf die Umwelt, auf Grund einer Senkung der NOx-Bildung.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung sind die erste und die zweite Düse so angeordnet, dass die aus der ersten Düse bzw. aus der zweiten Düse austretende Reinigungsflüssigkeit ein Spray bildet, welches beim Auftreffen auf eine Fanschaufel eine Breite entlang einer im Wesentlichen zur radialen Ausdehnung der Fanschaufeln parallelen Achse aufweist, die im Wesentlichen gleich der Länge einer Vorderkante der Schaufel ist. Dadurch stellt das Spray der Schaufel Flüssigkeit auf ihrer gesamten Länge von der Spitze bis zur Nabe bereit und die Effizienz der Reinigung oder des Waschens der Druckseite und entsprechend der Saugseite der Fanschaufeln wird erhöht.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die dritte Düse so angeordnet, dass die aus der dritten Düse austretende Reinigungsflüssigkeit ein Spray bildet, welches an dem Einlass eine Breite entlang einer im Wesentlichen zur radialen Ausdehnung der Fanschaufeln parallelen Achse besitzt, die im Wesentlichen gleich der Entfernung zwischen dem Splitter und der Spitze der Nabe ist.
Ferner werden Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden weiter unten mittels beispielhafter Ausführungsformen erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Anhand der beigefügten Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, in denen:
1 den Querschnitt eines Luft-Gasturbinentriebwerks zeigt.
2 den Querschnitt eines Turbofan-Gasturbinentriebwerks zeigt.
3 den Querschnitt eines Turbofan-Gasturbinentriebwerks und die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit zwei Düsen zur Reinigung der Triebwerksschaufel und einer Düse zur Reinigung des Kerntriebwerks zeigt.
4 Details der Installation von Düsen zeigt.
5 die Düseninstallation zur Reinigung der Druckseite der Fanschaufel zeigt.
6 die Düseninstallation zur Reinigung der Saugseite der Fanschaufel zeigt.
7 die Düseninstallation zur Reinigung des Kerntriebwerks zeigt.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Unmixed-Turbofanflugtriebwerk mit zwei Wellen beschrieben. Das Unmixed-Turbofantriebwerk mit zwei Wellen ist eines von mehreren möglichen Ausgestaltungen eines Turbofantriebwerks. Diese Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform dieser Beschreibung und ihre Figuren begrenzt, da es offensichtlich ist, dass die Erfindung auf andere Ausgestaltungsvarianten von Turbofantriebwerken, wie dem Mixed-Turbofantriebwerk oder Turbofantriebwerken mit einer, zwei oder drei Wellen angewendet werden kann. Charakteristisch für das Turbofantriebwerk, wofür die Erfindung in der Praxis geeignet ist, ist, dass der Fan und sein Kegel zum Teilen des Luftstroms rotieren.
Das Triebwerk 2 in 2 umfasst eine Faneinheit 202 und eine Kerntriebwerkseinheit 203. Das Triebwerk ist um eine Rotorwelle 24 gebaut, die an ihrem vorderen Ende mit einem Fan 25 und an dem hinteren Ende mit der Turbine 26 verbunden ist. Die Turbine 26 treibt den Fan 25 an. Eine zweite Welle 29 liegt in Form eines Koaxials zu der ersten Welle 24 vor. Die Welle 29 ist an ihrem vorderen Ende mit dem Verdichter 27 und am hinteren Ende mit der Turbine 28 verbunden. Die Turbine 28 treibt den Verdichter 27 an. Pfeile zeigen den Luftstrom durch das Triebwerk. Sowohl die Faneinheit 202 als auch die Kerntriebwerkseinheit 203 stellen Schub zum Vorwärtstrieb eines Flugzeugs bereit.
Das Triebwerk 2 besitzt einen Einlass 20, wo Einlassluft in das Triebwerk eintritt. Der Einlassluftstrom wird durch den Fan 25 angetrieben. Ein Teil der Einlassluft tritt an dem Auslass 21 aus. Der verbleibende Teil der Einlassluft tritt in das Kerntriebwerk an dem Einlass 23 ein. Die Luft zum Kerntriebwerk wird dann von dem Verdichter 27 komprimiert. Die komprimierte Luft wird zusammen mit Kraftstoff (nicht dargestellt) in der Brennkammer 201 verbrannt und resultiert in komprimierten heißen Verbrennungsgasen. Die komprimierten heißen Verbrennungsgase dehnen sich zu dem Kerntriebwerksauslass 22 hin aus. Die Ausdehnung der heißen Verbrennungsgase vollzieht sich in zwei Stufen. In einer ersten Stufe dehnen sich die heißen Verbrennungsgase auf einen mittleren Druck aus, während sie die Turbine 28 antreiben. In einer zweiten Stufe dehnen sich die heißen Verbrennungsgase auf Umgebungsdruck aus, während sie die Turbine 26 antreiben. Die Verbrennungsgase treten an dem Auslass 22 mit hoher Geschwindigkeit aus dem Triebwerk aus und stellen einen Schub bereit. Zusammen mit Luft von dem Auslass 21 bildet das Gas von dem Auslass 22 den Schub des Triebwerks.
3 zeigt einen Querschnitt des Unmixed-Turbofanflugtriebwerks 2 mit zwei Wellen. Ähnliche Teile werden mit denselben Bezugszeichen wie 2 gezeigt. 3 ist nur ein Beispiel dafür, wo die dargestellten Prinzipien auf andere Ausgestaltungen von Luft-Gasturbinentriebwerken wie dem Mixed-Turbofantriebwerk oder Turbofantriebwerken mit einer, zwei oder drei Wellen angewendet werden kann.
Turbojettriebwerkfans werden mit einem Satz auf der Fannabe installierter und nach außen in grundsätzlich radiale Richtung zeigender Schaufeln konstruiert. Jede Schaufel besitzt eine durch die Rotationsrichtung des Fans definierte Druckseite und eine Saugseite. Eine Vorrichtung zum Waschen eines Verdichters besteht aus drei Düsenarten zum Sprühen einer Reinigungsflüssigkeit, jede von ihnen an einen Zweck gebunden. Eine Düsenart dient dem Zweck, eine Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung der Druckseite des Fans bereitzustellen. Eine andere Düsenart dient dem Zweck, eine Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung der Saugseite des Fans bereitzustellen. Noch eine andere Düsenart dient dem Zweck, eine Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung des Kerntriebwerks bereitzustellen. Die Düsen sind vor dem Fan 25 angeordnet. Die Düsen besitzen unterschiedliche Sprühcharakteristika und Flüssigkeitskapazitäten.
Eine Waschvorrichtung zum Waschen des Fans 25 besteht aus einem steifen Verteiler 37 in Form einer Leitung, die an einem Ende mit den Düsen 31 und 35 verbunden ist. Die Düsen 31 und 35 werden durch den steifen Verteiler 37 stabilisiert. Das andere Ende des Verteilers 37 ist mit einem Verbindungsstück (nicht dargestellt) verbunden, welches ferner mit einem Schlauch (nicht dargestellt) verbunden ist, welcher ferner mit einer Pumpe verbunden ist (nicht dargestellt). Die Reinigungsflüssigkeit in Leitung 37 kann aus Wasser oder Wasser mit Chemikalien bestehen. Die Flüssigkeitstemperatur kann wie die von der Flüssigkeitsquelle sein oder kann in einer Heizvorrichtung (nicht dargestellt) erwärmt werden. Die Pumpe pumpt die Waschflüssigkeit zu den Düsen 31 und 35. Aus der Düse austretende Flüssigkeit zerstäubt und bildet ein Spray 32 bzw. 36. Die Sprays 32 und 36 werden zu dem Fan 25 geführt.
Der Flüssigkeitsdruck in der Leitung 37 liegt im Bereich von 35–220 Bar. Dieser hohe Druck resultiert in einer hohen Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Düse. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit liegt im Bereich von 50–180 m/s. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit verleiht den Tröpfchen ausreichende Trägheit, um den Tröpfchen zu ermöglichen, von der Düsenspitze zum Fan zu wandern. Am Fan angekommen, ist die Tröpfchengeschwindigkeit bedeutend höher als die Rotationsgeschwindigkeit des Fans, wodurch das Waschen entweder der Druckseite des Fans oder der Saugseite des Fans, wie weiter unten beschrieben, ermöglicht wird. Die Tröpfchen kollidieren mit dem Fan und befeuchten die Fanoberfläche. Schmutzstoffe werden durch chemische Leistung der Chemikalien oder des Wassers abgelöst. Während des Reinigungsprozesses wird es dem Fan 25 ermöglicht, mit Hilfe des Triebwerkstartmotors oder anderer Mittel zu rotieren. Die Rotation dient mehreren Zwecken. Erstens resultiert die Rotation in einem Luftstrom durch den Fan und verstärkt die Wanderung des Sprays hin zum Fan. Dadurch erhöht der Luftstrom die Kollisionsgeschwindigkeit auf der Fanoberfläche. Eine höhere Kollisionsgeschwindigkeit verbessert die Reinigungseffizienz. Zweitens ermöglicht die Rotation des Fans das Befeuchten des gesamten Fanbereiches bei Einsatz nur einer Düse, da die Reichweite des Sprays sich von der Fannabe bis zur Fanspitze erstreckt. Drittens verstärkt die Fanrotation das Entfernen der abgelösten Schmutzstoffe, da der Luftstrom Flüssigkeit von der Fanschaufeloberfläche abschert. Viertens verstärkt die Fanrotation das Entfernen der abgelösten Schmutzstoffe, da Zentrifugalkräfte Flüssigkeit von der Fanschaufeloberfläche abscheren.
Eine Waschvorrichtung zum Waschen des Kerntriebwerks besteht aus einem steifen Verteiler 38 in Form einer Leitung, die an einem Ende mit den Düsen 33 verbunden ist. Die Düse 33 wird durch den steifen Verteiler 38 stabilisiert. Das andere Ende des Verteilers 38 ist mit einem Verbindungsstück (nicht dargestellt) verbunden, welches ferner mit einem Schlauch (nicht dargestellt) verbunden ist, welcher ferner mit einer Pumpe verbunden ist (nicht dargestellt). Die Reinigungsflüssigkeit in Leitung 38 kann aus Wasser oder Wasser mit Chemikalien bestehen. Die Flüssigkeitstemperatur kann wie die von der Flüssigkeitsquelle sein oder kann in einer Heizvorrichtung (nicht dargestellt) erwärmt werden. Die Pumpe pumpt eine Waschflüssigkeit zur Düse 33. Aus der Düse austretende Flüssigkeit zerstäubt und bildet ein Spray 34. Das Spray 34 wird auf den Fan 25 gerichtet. Der Flüssigkeitsdruck in Leitung 38 liegt im Bereich von 35–220 Bar. Dieser hohe Druck resultiert in einer hohen Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Düsenöffnung. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit liegt im Bereich von 50–180 m/s. Die Geschwindigkeit der Flüssigkeit verleiht den Tröpfchen ausreichende Trägheit, um den Tröpfchen zu ermöglichen, von der Düsenspitze durch den Fan (zwischen den Schaufeln) zu dem Einlass 23 zu wandern. An dem Einlass 23 angekommen, tritt die Flüssigkeit in den Verdichter ein.
Innerhalb des Verdichters kollidieren die Tröpfchen mit den Verdichterbauteilen, wie z. B. Schaufeln und Flügel. Schmutzstoffe werden durch chemische Leistung der Chemikalien oder des Wassers abgelöst. Während des Reinigungsprozesses wird es dem Verdichter 27 ermöglicht, mit Hilfe des Triebwerkstartmotors oder anderer Mittel zu rotieren. Die Rotation dient mehreren Zwecken. Erstens resultiert die Rotation in einem Luftstrom durch den Verdichter und verstärkt die Wanderung der Tröpfchen hin zum Verdichterausgang. Dadurch erhöht der Luftstrom die Kollisionsgeschwindigkeit auf der Verdichterober fläche. Eine höhere Kollisionsgeschwindigkeit verbessert die Reinigungseffizienz. Zweitens verstärkt die Fanrotation das Entfernen der abgelösten Schmutzstoffe, da der Luftstrom Flüssigkeit von der Fanschaufeloberfläche abschert. Drittens verstärkt die Verdichterrotation das Entfernen der abgelösten Schmutzstoffe, da Zentrifugalkräfte Flüssigkeit von der Rotorschaufeloberfläche des Verdichters abscheren.
Die Geometrie der Düsenöffnung 31, 35 und 33 definiert die Sprayform. Die Form des Sprays hat eine hohe Bedeutung für das Waschergebnis. Das Spray kann so gestaltet sein, dass es viele Formen bildet, wie kreisförmig, elliptisch oder rechteckig. Dies wird durch entsprechende Konstruktion und maschinelle Bearbeitungsvorgänge an der Düsenöffnung vollzogen. Das kreisförmige Spray weist eine kreisförmige Verteilung der Tröpfchen auf und ist durch eine Kegelform gekennzeichnet. Das elliptische Spray ist ähnlich dem kegelförmigen Spray, jedoch dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kreisachsen länger ist als die andere. Es kann definiert werden, dass das elliptische Spray eine Verteilung von Tröpfchen in die Breite und eine Verteilung in die Dicke besitzt, wobei die Verteilung in die Breite der langen Achse der Ellipse entspricht und die Verteilung in die Dicke der kurzen Achse der Ellipse entspricht. Durch entsprechende Ausgestaltung und maschinelle Bearbeitungsvorgänge der Düsenöffnung ist es auch möglich, ein rechteckiges Spray zu erschaffen. Die rechteckige Sprayform besitzt eine Verteilung in die Breite und eine Verteilung in die Dicke ähnlich des elliptischen Sprays. Das kreisförmige Spray besitzt gleiche Verteilung in die Breite und in die Dicke. Das quadratische Spray besitzt gleiche Verteilung in die Breite und in die Dicke.
4 zeigt einen Querschnittsabschnitt des Unmixed-Turbofantriebwerks. 4 zeigt Details der Düseninstallati on und -ausrichtung relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Ähnliche Teile werden mit denselben Bezugszeichen wie in 2 und 3 gezeigt. Ein Fan 25 besitzt eine Schaufel 40 mit einer Vorderkante 41 und einer Hinterkante 42. Die Schaufel 40 besitzt eine Spitze 43 und ein Nabenstück 44 an der Nabe des Fans 25. Der Ausgestaltung des Unmixed-Turbofantriebwerks entsprechend, wird der Luftstrom 20 nach dem Passieren des Fans 25 in zwei Ströme geteilt. Ein Teil des Luftstroms 20 tritt aus der Fansektion des Triebwerks an dem Auslass 21 aus. Der andere Teil der Einlassluft tritt in die Kerntriebwerkssektion am Einlass 23 ein, um dem Kerntriebwerk Luft bereitzustellen. Der Luftstrom wird durch den Splitter 45 in zwei Ströme geteilt. Die Öffnung des Einlasses 23 wird auf einer Seite des Splitters 45 und auf der gegenüberliegenden Seite von einem Punkt 46 auf der Nabe begrenzt.
Gemäß der Erfindung besteht das Waschsystem aus drei Arten von Düsen, von denen jede einer bestimmten Aufgabe zugeschrieben wird. Die erste Düsenart dient dem Zweck, die Druckseite der Fanschaufel zu waschen. Die erste Düsenart besitzt eine elliptische oder rechteckige Sprayform. Die zweite Düsenart dient dem Zweck, die Saugseite der Fanschaufel zu waschen. Die zweite Düsenart besitzt eine elliptische oder rechteckige Sprayform. Die dritte Düse dient dem Zweck, das Kerntriebwerk zu waschen. Die dritte Düsenart besitzt eine elliptische oder rechteckige Sprayform. Eine Wascheinheit gemäß der Erfindung wird aus einer oder einem Vielfachen jeder der drei Düsenarten gebildet.
4 zeigt die erste Düsenart, die Düse 31, und ihre Projektion in die Breite. Die Düse 31 dient dem Zweck, Waschflüssigkeit zum Waschen der Druckseite der Schaufel 40 bereitzustellen. Die Vorderkante 41 der Schaufel 40 besitzt eine Länge gleich der Entfernung zwischen der Spitze 43 und dem Nabenstück 44. Die Düse 31 ist in axialer Richtung an einem Punkt vorzugsweise mehr als 100 mm, und mehr bevorzugt mehr als 500 mm und weniger als 1.000 mm vor der Schaufelvorderkante 41 angeordnet. Die Düse 31 ist in einer radialen Richtung an einem Punkt kleiner als der Schaufeldurchmesser und größer als der Schaufelnabendurchmesser angeordnet. Die Düse 31 wird zu dem Fan 25 hin gerichtet. Die Düse 31 zerstäubt eine Waschflüssigkeit und bildet ein Spray 32. Die Düse 31 stellt ein elliptisches oder rechteckiges Spraymuster bereit. Die Düse ist so ausgerichtet, dass die Achse in die Breite des Spraymusters parallel zur Vorderkante 41 der Schaufel 40 verläuft. Auf einer Seite des Spraymusters wird die Verteilung in die Breite durch die Stromlinie 75 begrenzt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Spraymusters wird die Verteilung in die Breite durch die Stromlinie 76 begrenzt. Von der Spitze der Düsenöffnung ist das Maß in die Breite des Sprays 32 an der Vorderkante 41 gleich der Länge der Vorderkante 41. Dadurch stellt das Spray Flüssigkeit auf der gesamten Länge der Schaufel von der Spitze bis zur Nabe bereit.
5 zeigt die Düse 31 wie in einer Projektion von der Rotorperipherie zur Wellenmitte gesehen. In 5 wird die Düse 31 in ihrer Projektion in die Dicke gesehen. Die Düse 31 dient dem Zweck, Waschflüssigkeit zum Waschen der Druckseite der Schaufel 40 bereitzustellen. Der Fan 25 besteht aus einem Vielfachen an auf der Fannabe montierten Fanschaufeln, die sich grundsätzlich in radialer Richtung erstrecken. Die Ansicht zeigt den typischen Schaufelabstand relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Der Fan rotiert in die vom Pfeil angezeigte Richtung. Die Schaufel 40 besitzt eine Vorderkante 41 und eine Hinterkante 42. Die Schaufel 40 besitzt eine Druckseite 53 und eine Saugseite 54. Die Düse 31 ist an einem Punkt vor dem Fan 25 angeordnet. Die Düse 31 zerstäubt eine Waschflüssigkeit und bildet ein Spray 32. Die Düse 31 ist zu dem Fan 25 hin gerichtet. 5 zeigt den Tangentialwinkel X der Düse relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Der Tangentialwinkel X ist vorzugsweise größer als 40 Grad und mehr bevorzugt größer als 60 Grad und kleiner als 80 Grad, relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Die Düse 31 bildet ein elliptisches oder rechteckiges Spraymuster. Die Düse 31 ist so um die Düsenachse ausgerichtet, dass die Achse in die Dicke des Spraymusters auf einer Seite des Spraymusters der Stromlinie 51 und auf der gegenüberliegenden Seite des Spraymusters der Stromlinie 52 begrenzt wird.
Auf 4 zurückgreifend zeigt diese Figur die zweite Düsenart, die Düse 35 und ihre Projektion in die Breite. Die Düse 35 hat die Aufgaben, Waschflüssigkeit zum Waschen der Saugseite der Schaufel 40 bereitzustellen. Die Schaufel 40 besitzt eine Spitze 43 und ein Nabenstück 44. Die Vorderkante 41 der Schaufel 40 besitzt eine Länge gleich der Entfernung zwischen der Spitze 43 und dem Nabenstück 44. Die Düse 35 ist in axialer Richtung an einem Punkt vorzugsweise mehr als 100 mm, mehr bevorzugt mehr als 500 mm und weniger als 1.000 mm vor der Schaufelvorderkante angeordnet. Die Düse 35 ist in radialer Richtung an einem Punkt kleiner als der Schaufeldurchmesser und größer als der Schaufelnabendurchmesser angeordnet. Die Düse 35 ist zu dem Fan 25 hin gerichtet. Die Düse 35 zerstäubt eine Waschflüssigkeit und bildet ein Spray 36. Die Düse 35 stellt ein elliptisches oder rechteckiges Spraymuster bereit. Die Düse ist so ausgerichtet, dass die Achse in die Breite des Spraymusters parallel zur Vorderkante 41 der Schaufel 40 liegt. Auf einer Seite des Spraymusters wird die Verteilung in die Breite durch die Stromlinie 75 begrenzt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Spraymusters wird die Verteilung in die Breite durch die Stromlinie 76 begrenzt. Von der Spitze der Düsenöffnung ist das Maß in die Breite des Sprays 36 an der Vorderkante 41 gleich der Länge der Vorderkante 41. Dadurch stellt das Spray Flüssigkeit auf der gesamten Länge der Schaufel von der Spitze bis zur Nabe bereit.
6 zeigt die Düse 35 wie in einer Projektion von der Rotorperipherie zur Wellenmitte gesehen. In 6 wird die Düse 35 in ihrer Projektion in die Dicke gesehen. Die Düse 35 dient dem Zweck, Waschflüssigkeit zum Waschen der Saugseite der Schaufel 40 bereitzustellen. Der Fan 25 besteht aus zahlreichen auf der Fannabe montierten Fanschaufeln, die sich grundsätzlich in radialer Richtung erstrecken. Die Ansicht zeigt den typischen Schaufelabstand relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Der Fan rotiert in die vom Pfeil angezeigte Richtung. Die Schaufel 40 besitzt eine Vorderkante 41 und eine Hinterkante 42. Die Schaufel 40 besitzt eine Druckseite 53 und eine Saugseite 54. Die Düse 35 ist an einem Punkt vor dem Fan 25 installiert. 6 zeigt den Tangentialwinkel Z relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Der Tangentialwinkel ist vorzugsweise größer als 20 Grad und kleiner als –20 Grad, und mehr bevorzugt Null Grad, relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Die Düse 35 zerstäubt eine Waschflüssigkeit und bildet ein Spray 36. Die Düse 35 ist zu dem Fan 25 hin gerichtet. Die Düse 35 bildet ein elliptisches oder rechteckiges Spraymuster. Die Düse 35 ist so um die Düsenachse ausgerichtet, dass die Achse in die Dicke des Spraymusters auf einer Seite des Spraymusters von der Stromlinie 61 und auf der gegenüberliegenden Seite des Spraymusters von der Stromlinie 62 begrenzt wird.
Auf 4 zurückgreifend, zeigt diese Figur die dritte Düsenart, die Düse 33, und ihre Projektion in die Breite. Die Düse 33 hat die Aufgaben, Waschflüssigkeit zum Waschen des Kerntriebwerks bereitzustellen. Die Düse 33 ist in axialer Richtung an einem Punkt vorzugsweise mehr als 100 mm, und mehr bevorzugt mehr als 500 mm und weniger als 1.000 mm vor der Schaufelvorderkante angeordnet. Die Düse 33 ist in radialer Richtung an einem Punkt kleiner als die Hälfte des Schaufeldurchmessers und größer als der Schaufelnabendurchmesser angeordnet. Die Düse 33 ist so ausgerichtet, dass sie der Flüssigkeit ermöglicht, durch den Fan zwischen die Schaufeln zu dringen. Die Düse 33 zerstäubt eine Waschflüssigkeit und bildet ein Spray 34. Die Düse 33 bildet ein elliptisches oder rechteckiges Spraymuster. Die Düse ist so ausgerichtet, dass die Achse in die Breite des Spraymusters parallel zur Vorderkante 41 der Schaufel 40 liegt. Auf einer Seite des Spraymusters wird die Verteilung in die Breite durch die Stromlinie 47 begrenzt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Spraymusters wird die Verteilung in die Breite durch die Stromlinie 48 begrenzt. Der Lufteinlass in das Kerntriebwerk besitzt eine Öffnung entsprechend der Entfernung zwischen dem Splitter 45 und dem Punkt 46. Das Maß in die Breite des Sprays 34 an der Einlassöffnung zum Kerntriebwerk entspricht der Entfernung zwischen dem Splitter 45 und dem Punkt 46. Dadurch stellt das Spray 34 Flüssigkeit zum Eintritt in den Einlass 23 bereit.
7 zeigt Details einer typischen Installation der Düse 33 wie in einer Projektion von der Rotorperipherie zur Wellenmitte gesehen. In 7 wird die Düse 31 in ihrer Projektion in die Dicke gesehen. Der Fan 25 besteht aus zahlreichen auf der Fannabe montierten Fanschaufeln, die sich grundsätzlich in radialer Richtung erstrecken. Die Ansicht zeigt einen typischen Schaufelabstand relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Der Fan rotiert in die vom Pfeil angezeigte Richtung. Die Schaufel 40 besitzt eine Vorderkante 41 und eine Hinterkante 42. Die dritte Düse, die Düse 33, hat den Zweck, Waschflüssigkeit zum Waschen des Kerntriebwerks bereitzustellen. Die Düse 33 ist an einem Punkt vor dem Fan 25 angeord net. 7 zeigt den Tangentialwinkel Y der Düse relativ zu Mittellinie 400 des Triebwerks. Der Tangentialwinkel Y ist vorzugsweise größer als 20 Grad und mehr bevorzugt größer als 25 Grad und kleiner als 30 Grad relativ zur Mittellinie 400 des Triebwerks. Die Düse 33 zerstäubt eine Waschflüssigkeit und bildet ein Spray 34. Das Spray aus der Düse 33 ist so gerichtet, dass es der Flüssigkeit ermöglicht, durch den Fan zwischen die Schaufeln in Richtung von der Vorderkante 41 zu der Hinterkante 42 zu dringen. Die Düse 33 bildet ein elliptisches oder rechteckiges Spraymuster. Die Düse 33 ist so um die Düsenachse ausgerichtet, dass die Achse in die Dicke des Spraymusters auf einer Seite des Spraymusters von der Stromlinie 71 und auf der gegenüberliegenden Seite des Spraymusters von der Stromlinie 72 begrenzt wird. Die Düse 33 ist relativ zur Mittellinie 400 der Welle ausgerichtet, damit der Flüssigkeit das Passieren zwischen den Fanschaufeln ermöglicht wird. Durch den Fan dringende Flüssigkeit tritt in das Kerntriebwerk an dem Einlass 23 ein.
Obgleich spezifische Ausführungsformen hierin zum Zweck der Darstellung und Erläuterung durch Beispiele gezeigt und beschrieben wurden, wird vom Durchschnittsfachmann verstanden werden, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine breite Vielfalt an alternativen und/oder gleichwertigen Anwendungen ersetzt werden können, ohne sich vom Umfang der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Mit dieser Anmeldung wird beabsichtigt, jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin erläuterten bevorzugten Ausführungsformen abzudecken. Folglich ist die vorliegende Erfindung durch den Wortlaut der anhängenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert.

Claims

Vorrichtung zur Reinigung eines Gasturbinentriebwerks (2), wobei das Triebwerk (2) mindestens eine Triebwerkswelle (24, 29) aufweist, einen auf einer ersten Welle (24) drehbar angeordneten Fan (25), wobei der Fan (25) eine Vielzahl auf eine Nabe montierter und sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Fanschaufeln (40) umfasst und von denen jede eine Druckseite (53) und eine Saugseite (54) aufweist, sowie ein Kerntriebwerk (203) mit einer Verdichtereinheit (27) und Turbinen (26, 28) zum Antrieb der Verdichtereinheit (27) und des Fans (25), umfassend eine Vielzahl von Düsen (31, 33, 35), die zum Zerstäuben von Reinigungsflüssigkeit im Luftstrom in einem stromaufwärts des Fans (25) angeordneten Lufteinlass (20) des Triebwerks (2) angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine erste in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (31), die so angeordnet ist, dass die aus der ersten Düse (31) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Druckseite (53) auf die Schaufeloberflächen (40) auftrifft; eine zweite, in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (35), die so angeordnet ist, dass die aus der zweiten Düse (35) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Saugseite (54) auf die Schaufeloberflächen (40) auftrifft; eine dritte, in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (33), die so angeordnet ist, dass die aus der dritten Düse (33) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen zwischen den Schaufeln (40) hindurchströmt und in einen Einlass (23) des Kerntriebwerks (203) eintritt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düse (31) und die zweite Düse (35) so angeordnet sind, dass die aus der ersten Düse (31) bzw. der zweiten Düse (35) austretende Reinigungsflüssigkeit ein Spray (32) bildet, welches beim Auftreffen auf eine Schaufel (40) eine Breite (75, 76) entlang einer im Wesentlichen zur radialen Ausdehnung der Schaufeln (40) des Fans (25) parallelen Achse aufweist, die im Wesentlichen gleich der Länge einer Vorderkante (41) der Schaufel (40) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Einlass (23) des Kerntriebwerks (203) auf einer Seite von einem Splitter (45) und auf der gegenüberliegenden Seite einem Punkt (46) auf der Nabe begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Düse (33) so angeordnet ist, dass die aus der dritten Düse (33) austretende Reinigungsflüssigkeit ein Spray (34) bildet, welches an dem Einlass (23) eine Breite (47, 48) entlang einer im Wesentlichen zur radialen Ausdehnung der Schaufeln (40) des Fans (25) parallelen Achse besitzt, die im Wesentlichen gleich der Entfernung zwischen dem Splitter (45) und der Spitze (46) der Nabe ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Düse (31) in einem ersten Tangentialwinkel (X) relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) angeordnet ist, und/oder die zweite Düse (35) in einem zweiten Tangentialwinkel (Z) relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) angeordnet ist, und/oder die dritte Düse (33) in einem dritten Tangentialwinkel (Y) relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tangentialwinkel (X) vorzugsweise größer als 40 Grad und mehr bevorzugt größer als 60 Grad und kleiner als 80 Grad ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Tangentialwinkel (Z) vorzugsweise größer als –20 Grad und kleiner als 20 Grad und mehr bevorzugt im Wesentlichen Null Grad ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Tangentialwinkel (Y) vorzugsweise größer als 20 Grad und mehr bevorzugt größer als 25 Grad und kleiner als 30 Grad ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten Düse (31), der zweiten Düse (35) und der dritten Düse (33) an einem Punkt mehr als 100 mm in axialer Richtung stromaufwärts der Vorderkante (41) des Fans (25) und mehr bevorzugt an einem Punkt mehr als 500 mm und weniger als 1.000 mm stromaufwärts der Vorderkante (41) des Fans (25) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten Düse (31), der zweiten Düse (35) und der dritten Düse (33) in einer Position, in einer radialen Richtung, an einem Punkt kleiner als der Durchmesser des Fans (25) und größer als der Durchmesser der Nabe des Fans (25) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Reinigung eines Gasturbinentriebwerks (2), wobei das Triebwerk (2) mindestens eine Triebwerkswelle (24, 29) aufweist, einen auf einer ersten Welle (24) drehbar angeordneten Fan (25), wobei der Fan (25) eine Vielzahl auf eine Nabe montierter und sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Fanschaufeln (40) umfasst und von denen jede eine Druckseite (53) und eine Saugseite (54) aufweist, sowie ein Kerntriebwerk (203) mit einer Verdichtereinheit (27) und Turbinen (26, 28) zum Antrieb der Verdichtereinheit (27) und des Fans (25), umfassend eine oder mehrere einer Vielzahl von Düsen (31, 33, 35), die zum Zerstäuben von Reinigungsflüssigkeit im Luftstrom in einem stromaufwärts des Fans (25) angeordneten Lufteinlass (20) des Triebwerks (2) angeordnet sind, gekennzeichnet durch eine erste, in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (31), die so angeordnet ist, dass die aus der ersten Düse (31) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Druckseite (53) auf die Schaufeloberflächen (40) auftrifft; eine zweite, in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (35), die so angeordnet ist, dass die aus der zweiten Düse (35) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen auf der Saugseite (54) auf die Schaufeloberflächen (40) auftrifft; und/oder eine dritte, in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (33), die so angeordnet ist, dass die aus der dritten Düse (33) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen zwischen den Schaufeln (40) hindurchströmt und in einen Einlass (23) des Kerntriebwerks (203) eintritt.
Vorrichtung zur Reinigung eines Gasturbinentriebwerks (2), wobei das Triebwerk (2) mindestens eine Triebwerkswelle (24, 29) aufweist, einen auf einer ersten Welle (24) drehbar angeordneten Fan (25), wobei der Fan (25) eine Vielzahl auf eine Nabe montierter und sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Fanschaufeln (40) umfasst und von denen jede eine Druckseite (53) und eine Saugseite (54) aufweist, sowie ein Kerntriebwerk (203) mit einer Verdichtereinheit (27) und Turbinen (26, 28) zum Antrieb der Verdichtereinheit (27) und des Fans (25), umfassend mindestens eine Düse (33), die zum Zerstäuben von Reinigungsflüssigkeit im Luftstrom in einem stromaufwärts des Fans (25) angeordneten Lufteinlass (20) des Triebwerks (2) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine in einer Position relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) stromaufwärts des Fans (25) angeordnete Düse (33), die so angeordnet ist, dass die aus der Düse (33) austretende Reinigungsflüssigkeit im Wesentlichen zwischen den Schaufeln (40) hindurchströmt und in einen Einlass (23) des Kerntriebwerks (203) eintritt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, worin der Einlass (23) des Kerntriebwerks (203) auf einer Seite von einem Splitter (45) und auf der gegenüberliegenden Seite von einem Punkt (46) auf der Nabe begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düse (33) so angeordnet ist, dass die aus der Düse (33) austretende Reinigungsflüssigkeit ein Spray (34) bildet, welches an dem Einlass (23) eine Breite (47, 48) entlang einer im Wesentlichen zur radialen Ausdehnung der Schaufeln (40) des Fans (25) parallelen Achse besitzt, die im Wesentlichen gleich der Entfernung zwischen dem Splitter (45) und der Spitze (46) der Nabe ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (33) in einem dritten Tangentialwinkel (Y) relativ zur Mittellinie (400) des Triebwerks (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Tangentialwinkel (Y) vorzugsweise größer als 20 Grad und mehr bevorzugt größer als 25 Grad und kleiner als 30 Grad ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (33) an einem Punkt mehr als 100 mm in axialer Richtung vor der Vorderkante (41) des Fans (25) und mehr bevorzugt an einem Punkt mehr als 500 mm und weniger als 1.000 mm vor der Vorderkante (41) des Fans (25) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (33) in einer Position, in einer radialen Richtung, an einem Punkt kleiner als der Durchmesser des Fans (25) und größer als der Durchmesser der Nabe des Fans (25) angeordnet ist.