EP1970133A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen der Core Engine eines Stahltriebwerks - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen der Core Engine eines Stahltriebwerks Download PDF

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EP1970133A1
EP1970133A1 EP07005446A EP07005446A EP1970133A1 EP 1970133 A1 EP1970133 A1 EP 1970133A1 EP 07005446 A EP07005446 A EP 07005446A EP 07005446 A EP07005446 A EP 07005446A EP 1970133 A1 EP1970133 A1 EP 1970133A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
fan
nozzles
nozzle device
cleaning
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07005446A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Giljohann
Daniel Göbel
Michael Mensch
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Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
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Filing date
Publication date
Family has litigation
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Application filed by Lufthansa Technik AG filed Critical Lufthansa Technik AG
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Priority to US12/302,682 priority patent/US8216392B2/en
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Priority to EP08714267A priority patent/EP1993744B1/de
Priority to AT08714267T priority patent/ATE453462T1/de
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/002—Cleaning of turbomachines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
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    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines

Definitions

  • the invention relates to a device, an arrangement and a method for cleaning the core engine of a jet engine.
  • Jet engines of commercial subsonic aircraft are nowadays predominantly so-called turbofan jet engines.
  • Such a turbofan engine has a so-called core engine, in which the actual combustion process of kerosene takes place.
  • the core engine has in a known manner one or more compressor stages, a combustion chamber, and one or more turbine stages in which the hot combustion gases give off part of their mechanical energy.
  • this mechanical energy is required for driving the compressor stages, and on the other hand, a so-called turbofan arranged upstream of the core engine is driven, which usually has a considerably larger diameter than the core engine and a considerable part of the air flowing through the engine as a whole as a so-called mantle or side airflow to flow past the Core Engine.
  • the turbofan brings about this shell air flow on a considerable part of the thrust of the engine, also ensures the high Mantel Kunststoffstromteil for better environmental performance of the engine, in particular a better efficiency at subsonic speeds, as well An improved noise reduction of the hot exhaust gas flow of the Core Engine.
  • Jet engines are contaminated during operation by combustion residues of the core engine as well as air pollutants sucked in with the combustion or shell air, such as dust, insects, salt mist or other environmental contaminants.
  • these impurities also form a coating on the rotor and / or stator blades of the compressor of the core engine, which impairs the surface quality and thus ultimately the thermodynamic efficiency of the engine.
  • the invention has for its object to provide a device, a method and an arrangement of the type mentioned, which allow an effective and efficient cleaning of the core engine of a jet engine.
  • the device according to the invention has a supply device, which provides cleaning medium, a nozzle device, which is designed to introduce the cleaning medium into the core engine, and a line connection between the supply device and the nozzle device.
  • the nozzle device comprises means for non-rotatable connection with the shaft of the fan of the jet engine, and that a Rotary coupling between the nozzle device and the line connection is provided.
  • jet engine means any mobile gas turbine for aerospace applications.
  • the term refers in particular to turbofan engines in which the actual gas turbine forms a so-called core engine and upstream of the core engine is arranged a larger diameter turbofan, which generates a fan airflow around the core engine.
  • core engine refers to the actual gas turbine of the jet engine, in which the combustion process of the fuel, in particular kerosene takes place.
  • Such a core engine typically includes one or more compressor stages, a combustor, and one or more turbine stages driven by the hot combustion gases.
  • the supply device provides cleaning medium available (for example, in one or more tanks) and can be provided with operating and drive devices, pumps, energy storage or the like. It is preferably designed as a mobile, in particular mobile unit.
  • the nozzle device has one or more nozzles for the cleaning medium and means explained below in more detail for the rotationally fixed connection of this nozzle device and thus of the nozzles with the shaft of the fan of the jet engine.
  • these nozzles are not stationary in the region of the inlet of the jet engine are arranged, but rotatably connected to the wave of the fan and thus can rotate with a slow spin of the engine without injecting kerosene (the so-called dry-cranking) with the fan.
  • the supply device and the nozzle device are connected to one another via a line connection.
  • This line connection is used in particular to supply the (preferably pressurized and possibly heated) cleaning medium to the nozzles of the nozzle device.
  • the line connection is preferably flexible and may in particular have a possibly pressure-resistant hose.
  • the line connection is connected by means of a rotary coupling to the nozzle device.
  • the term rotary joint is to be understood functionally and refers to any device which is suitable for producing a sufficiently stable, preferably pressure-resistant and liquid-tight connection between the stationary part of the line connection and the fan device co-rotating with the fan.
  • the purpose of the rotary joint is to direct the cleaning medium from the stationary supply device into the co-rotating nozzle device and then to let it out of the nozzles.
  • the invention enables a targeted cleaning of the core engine.
  • the dry-cranking nozzles spray the core engine inlet evenly over the entire circumference.
  • the co-rotating arrangement of the nozzles allows a targeted introduction of the cleaning medium in the flow direction behind the blades (blades) of the fan and thus an immediate brushing the core engine without being affected by the flow direction before arranged turbofan.
  • a substantial part of the cleaning medium strikes the blades of the fan and therefore can not or at least not directly contribute to the cleaning of the core engine.
  • the invention has recognized that the targeted cleaning of the core engine is essential for the desired improvement of the thermodynamic efficiency.
  • the invention has also recognized that a possibly desired additional cleaning of fan blades can be achieved much easier by an additional manual cleaning with hose and brush.
  • Brushing the fan blades as provided in the prior art, can not remove a significant portion of the impurities of the fan blades, as they sit increasingly on the back (pressure side) of the fan blades.
  • cleaning medium there removed dirt and in particular in the area of the blade root leached lubricant are entered into the core engine and pollute them in addition.
  • the mass distribution of the nozzle device is preferably rotationally symmetrical about its axis of rotation.
  • the rotary coupling preferably sits essentially centrally on the axis of rotation of the device according to the invention in the mounted state.
  • the nozzle device has at least two or more nozzles, which are preferably distributed rotationally symmetrically about the axis of rotation.
  • the outlet opening of the nozzles is preferably in the direction away from the rotary coupling axial end portion of the nozzle device arranged.
  • the rotary coupling is preferably located in the front region of the nozzle device, ie in that region which, in the mounted state, faces upstream, ie away from the inlet of the jet engine.
  • the outlet opening of the nozzles is accordingly provided in the axial end region of the nozzle device pointing away from it, ie in the assembled state in the current-repellent end region.
  • nozzles to be mounted on the shaft of the fan of a turbofan engine during assembly either through the interstices of the fan blades, so that they are located immediately in front of the core engine, or at least to be targeted so that they pass through Gap spaces between fanblades directly onto the core engine.
  • the nozzles are preferably flat jet nozzles, but other shapes such as round jet nozzles or a combination of different nozzles may also be used.
  • the beam plane is preferably oriented radially, i. it is spanned by two axes, one of which points in the radial direction. In this way, the rotating flat jet can particularly effectively cover substantially the entire area of the inlet of the core engine.
  • the beam plane includes an angle of attack with the axis of rotation.
  • This means that the beam direction is not parallel to the axis of rotation, but forms an angle with this axis.
  • the beam direction deviates at this angle from the axial direction. It is preferable if this angle depends on the angle of attack of the front compressor blades of the core engine. As a rule, these are stator blades which, with a suitable setting of the beam angle to the setting angle of the flat jet can be partially passed through, so that it comes to a more effective cleaning of the behind it arranged parts of the Core Engine.
  • the means for non-rotatable connection with the shaft of the fan of the jet engine preferably comprise fastening means for attachment to the fan blades such as suitably formed hooks, with which the nozzle means at the trailing edge (downstream) of the fan blades can be hooked.
  • the nozzle device may have a device for substantially positive engagement with the shaft of the fan for rotationally fixed fixation with the shaft of the fan.
  • Turbofan engines generally have a conically curved hub on the upstream shaft end of the turbofan shaft to improve the flow characteristics of the air.
  • this hub On this hub, the appropriate means for non-rotatable connection can be placed.
  • “Substantially positive” in this context means that the shape of the shaft hub is used for the intended positioning of the nozzle device and for fixing in the desired position. It does not mean that the entire surface of the shaft hub must be positively enclosed.
  • the device may have one or more ring parts, with which it can be placed on the shaft hub. In a plurality of ring parts, these have a different diameter, adapted is at the diameter of the shaft hub in the corresponding areas. For example, two axially spaced rings of different diameters can be provided, with which the nozzle device is positioned and centered on the shaft hub.
  • Tensioning cables can preferably be provided for further fixing.
  • the nozzle device can be centered by means of the ring parts on the shaft hub of the fan and then tensioned with tension cables which are fixed to the trailing edge of the fan blades.
  • spring means for biasing the tension cables may be provided so that the nozzle device is pressed with a defined force to the shaft hub.
  • the tensioning cables are preferably fastened (for example by means of hooks) to the fan blades, preferably at the rear edge thereof.
  • the supply device for the cleaning medium preferably has at least one storage tank for cleaning medium and at least one pump for pressurizing the nozzle device with cleaning medium.
  • the storage tank may have a heating device to provide tempered cleaning medium available.
  • the supply device has at least two storage tanks, from which the nozzle device can be fed optionally. This has the advantage that after a cleaning process in a cleaning tank freshly filled cleaning medium can be heated to the desired temperature, while at the same time from the second cleaning tank another cleaning process is fed.
  • the cleaning medium used may preferably be a liquid, in particular an aqueous liquid, or a dispersion of a liquid in a gaseous medium, in particular air.
  • a aqueous solution is used, which is atomized on leaving the nozzles to form an aqueous dispersion in air.
  • the nozzle device is rotatably connected to the shaft of the fan of the jet engine.
  • the axes of rotation of the fan of the jet engine and the nozzle device are arranged substantially concentric.
  • the axis of rotation of the nozzle means is that axis about which the nozzles rotate concentrically during operation.
  • the radial distance of the nozzles of the nozzle device from the common axis of rotation of the jet engine and the device is such that these nozzles sweep the input of the core engine.
  • the exit orifices of the nozzles are aligned behind the plane of the turbofan or so in front of or between the fanblades, allowing for substantially unhindered passage therethrough.
  • the angle of incidence of the jet plane of the nozzles with the axis of rotation is adapted to the angle of attack of the front engine blade in the flow direction of the engine. In this way, the cleaning effect is also improved in the back of the core engine.
  • the dry-cranking or rotation of the jet engine during the cleaning process is preferably carried out at a speed of 50 to 500 min -1 , preferably 100 to 300 min -1 , more preferably 120 to 250 min -1 . Particularly preferred is a speed between 150 and 250 min -1 .
  • the cleaning can also take place in the idling mode of the engine, the speed is because preferably 500 to 1500 min -1 .
  • the cleaning medium used is preferably a dispersion of a liquid in a gaseous medium.
  • This dispersion can be prepared before the nozzle outlet opening, for example by the addition of gaseous medium such as air to a cleaning liquid.
  • gaseous medium such as air
  • This dispersion or aerosol is then carried through the core engine.
  • the cleaning medium (or the liquid portion of the aerosol) is preferably further in the range of 200 to 100 ° C, more preferably 30 to 80 ° C preferably tempered at 50 to 70 ° C.
  • the pressure at which the cleaning medium is discharged at the nozzle opening is preferably in the range from 20 to 100 bar, more preferably from 30 to 80 bar, more preferably from 50 to 70 bar.
  • the liquid cleaning medium at the nozzle opening is preferably torn into droplets whose average droplet size is 50 to 500 ⁇ m, more preferably 100 to 300 ⁇ m, more preferably 150 to 250 ⁇ m.
  • the throughput of liquid cleaning medium is preferably between 10 and 200 l / min, more preferably 20 to 150 l / min, more preferably 20 to 100 l / min, particularly preferably between 20 and 60 l / min.
  • the duration of the cleaning process is preferably 1 to 15 minutes, more preferably 2 to 10 minutes, more preferably 3 to 7 minutes.
  • the tank or each tank for cleaning medium of the supply device may, for example, have a volume of 400 l. This volume allows, for example, a 5 min. Cleaning with a throughput of 80 1 / min.
  • the nozzle device has two ring elements 1, 2, by means of which the nozzle device is placed on a shaft hub 3 of the fan of a jet engine (see Fig. 2 and 3 ).
  • the ring elements 1, 2 enclose the shaft hub 3 in a substantially positive fit.
  • the two ring elements 1, 2 are connected to each other by radial struts 4.
  • a generally designated 5 rotary coupling is arranged at the current-carrying tip of the nozzle device (with respect to the flow direction of the engine). From this rotary coupling extending two radially outwardly leading pressure lines 6, the two flat-jet nozzles 7 feed with cleaning medium.
  • the two pressure lines 6 via radial channels 8 and an axial channel 9 of the rotary joint 5 are in fluid communication with a supply line 10 which connects the rotary coupling with the supply unit, not shown in the drawing.
  • the pressure lines 6 are fixed at the intersection points with the ring elements 1, 2 at these ring elements and thus part of the support structure of the entire nozzle device.
  • tensioning cables are provided, which are hooked by means of hooks 12 at the trailing edges of the fan blade.
  • tensioning cables 11 are guided via attached to the rotary coupling tensioning cable guides 17 to the rotary coupling and fastened there to an axially displaceable clamping ring 13.
  • Compression springs 14 are based on an annular shoulder 15 of the rotary coupling and bring on the clamping ring 13 in a direction away from the annular shoulder 15 acting force. In the fitted state, the compression springs 14 bring a tension on the tensioning cables 11 and thus ensure a fixation of the nozzle device with the hub of the fan.
  • the nozzle device in the particular of the Figures 2 and 3 recognizable manner placed on the shaft hub of the fan and fixed to the fan blades by means of the hook 12.
  • the engine is rotated (dry-cranking).
  • the rotary joint 5 and the pressure lines 6, the flat jet nozzles 7 are fed with cleaning medium from the supply device, not shown. This cleaning medium sweeps the core engine inlet over its entire circumference, cleaning it out.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks, mit einer Versorgungseinrichtung, die Reinigungsmedium zur Verfügung stellt, einer Düseneinrichtung, die zum Einbringen des Reinigungsmediums in die Core Engine ausgebildet ist, und mit einer Leitungsverbindung (10) zwischen der Versorgungseinrichtung und der Düseneinrichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düseneinrichtung Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks aufweist, und dass eine Drehkupplung (5) zwischen der Düseneinrichtung und der Leitungsverbindung (10) vorgesehen ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einer solchen Vorrichtung und einem Turbofanstrahltriebwerk sowie ein Verfahren zum Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks unter Verwendung der Vorrichtung.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine Anordnung sowie ein Verfahren zum Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks.
  • Strahltriebwerke von kommerziellen Unterschallverkehrsflugzeugen sind heute weit überwiegend sogenannte Turbofan-Strahltriebwerke. Ein solches Turbofan-Triebwerk besitzt eine sogenannte Core Engine, in der der eigentliche Verbrennungsprozess des Kerosins abläuft. Die Core Engine besitzt in bekannter Weise eine oder mehrere Kompressorstufen, eine Brennkammer, sowie eine oder mehrere Turbinenstufen, in denen die heißen Verbrennungsgase einen Teil ihrer mechanischen Energie abgeben. Diese mechanische Energie wird zum einen für den Antrieb der Kompressorstufen benötigt, zum anderen wird ein stromauf vor der Core Engine angeordneter sogenannter Turbofan angetrieben, der in der Regel einen erheblich größeren Durchmesser als die Core Engine aufweist und einen erheblichen Teil der das Triebwerk insgesamt durchströmenden Luft als sogenannten Mantel- oder Nebenluftstrom an der Core Engine vorbeiströmen lässt. Der Turbofan bringt über diesen Mantelluftstrom einen erheblichen Teil der Schubleistung des Triebwerks auf, ferner sorgt der hohe Mantelluftstromanteil für eine bessere Umweltverträglichkeit des Triebwerks, insbesondere einen besseren Wirkungsgrad bei Unterschallgeschwindigkeiten, sowie eine verbesserte Geräuschdämmung des heißen Abgasstroms der Core Engine.
  • Strahltriebwerke werden im Betrieb durch verbrennungsrückstände der Core Engine sowie durch mit der Verbrennung bzw. Mantelluft angesaugte Luftverunreinigungen wie beispielsweise Staub, Insekten, Salznebel oder sonstigen Umweltverunreinigungen kontaminiert. Diese Verunreinigungen bilden insbesondere auch auf den Rotor- und/oder Statorblades des Kompressors der Core Engine einen Belag, der die Oberflächengüte und damit letztendlich den thermodynamischen Wirkungsgrad des Triebwerks beeinträchtigt.
  • Zum Entfernen der Verunreinigungen werden Strahltriebwerke gereinigt. Aus WO 2005/077554 A1 ist es bekannt, zu diesem Zweck eine Mehrzahl von Reinigungsdüsen stromauf des Fans eines Turbofan-Triebwerks anzuordnen, um so den Fan und die Core Engine zu reinigen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein wirksames und effizientes Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks ermöglichen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Versorgungseinrichtung, die Reinigungsmedium zur Verfügung stellt, eine Düseneinrichtung, die zum Einbringen des Reinigungsmediums in die Core Engine ausgebildet ist, sowie eine Leitungsverbindung zwischen der Versorgungseinrichtung und der Düseneinrichtung auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Düseneinrichtung Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks aufweist, und dass eine Drehkupplung zwischen der Düseneinrichtung und der Leitungsverbindung vorgesehen ist.
  • Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert. Der Begriff Strahltriebwerk bezeichnet jegliche mobilen Gasturbinen für Luftfahrtanwendungen. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff insbesondere Turbofan-Triebwerke, bei denen die eigentliche Gasturbine eine sogenannte Core Engine bildet und stromauf der Core Engine ein im Durchmesser größerer Turbofan angeordnet ist, der einen Mantelluftstrom um die Core Engine erzeugt. Der Begriff Core Engine bezeichnet die eigentliche Gasturbine des Strahltriebwerks, in der der Verbrennungsprozess des Treibstoffs, insbesondere Kerosins, stattfindet. Eine solche Core Engine weist in der Regel eine oder mehrere Kompressorstufen, eine Brennkammer sowie ein oder mehrere Turbinenstufen auf, die von den heißen Verbrennungsgasen angetrieben werden.
  • Die Versorgungseinrichtung stellt Reinigungsmedium zur Verfügung (beispielsweise in einem oder mehreren Tanks) und kann mit Bedienungs- und Antriebseinrichtungen, Pumpen, Energiespeichern oder dergleichen versehen sein. Sie ist vorzugsweise als eine mobile, insbesondere fahrbare Einheit ausgebildet.
  • Die Düseneinrichtung weist eine oder mehrere Düsen für das Reinigungsmedium sowie unten noch näher erläuterte Mittel zur drehfesten Verbindung dieser Düseneinrichtung und damit der Düsen mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks auf.
  • Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass diese Düsen nicht stationär im Bereich des Einlasses des Strahltriebwerks angeordnet sind, sondern drehfest mit der welle des Fans verbunden sind und damit bei einem langsamen Durchdrehen des Triebwerks ohne Einspritzen von Kerosin (dem sogenannten dry-cranking) mit dem Fan mitrotieren können.
  • Die Versorgungseinrichtung und die Düseneinrichtung sind über eine Leitungsverbindung miteinander verbunden. Diese Leitungsverbindung dient insbesondere der Zufuhr des (vorzugsweise unter Druck stehenden und ggf. erwärmten) Reinigungsmediums zu den Düsen der Düseneinrichtung. Die Leitungsverbindung ist bevorzugt flexibel und kann insbesondere einen ggf. druckfesten Schlauch aufweisen.
  • Die Leitungsverbindung ist mittels einer Drehkupplung an die Düseneinrichtung angeschlossen. Der Begriff Drehkupplung ist funktionell zu verstehen und bezeichnet jegliche Einrichtung, die sich zum Herstellen einer hinreichend stabilen, bevorzugt druckfesten und flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen dem stationären Teil der Leitungsverbindung und der mit dem Fan mitrotierenden Düseneinrichtung eignet. Zweck der Drehkupplung ist es, dass Reinigungsmedium aus der stationären Versorgungseinrichtung in die mitdrehende Düseneinrichtung zu leiten und dann aus den Düsen austreten zu lassen.
  • Die Erfindung ermöglicht eine gezielte Reinigung der Core Engine. Die beim dry-cranking mitdrehenden Düsen bestreichen den Einlass der Core Engine gleichmäßig über den gesamten Umfang. Ferner erlaubt die mitdrehende Anordnung der Düsen ein gezieltes Einbringen des Reinigungsmediums in Strömungsrichtung hinter den Blades (Schaufeln) des Fans und damit ein unmittelbares Bestreichen der Core Engine ohne Beeinträchtigung durch den in Strömungsrichtung davor angeordneten Turbofan. Bei der ortsfesten Anordnung der Düsen vor dem Fan im Stand der Technik trifft ein wesentlicher Teil des Reinigungsmedium auf die Blades des Fans und kann daher nicht oder zumindest nicht direkt zur Reinigung der Core Engine beitragen. Die Erfindung hat erkannt, dass die gezielte Reinigung der Core Engine wesentlich ist für die angestrebte Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrads. Die Erfindung hat ferner erkannt, dass eine möglicherweise gewünschte zusätzliche Reinigung der Fanblades wesentlich einfacher durch eine zusätzliche manuelle Reinigung mit Schlauch und Bürste erreicht werden kann. Ein Bestreichen auch der Fanblades, wie im Stand der Technik vorgesehen, kann einen erheblichen Teil der Verunreinigungen der Fanblades nicht abtragen, da diese vermehrt auf der Rückseite (Druckseite) der Fanblades sitzen. Ferner werden bei einem gleichzeitigen Bestreichen der Fanblades mit Reinigungsmedium dort abgetragener Schmutz sowie insbesondere im Bereich der Schaufelwurzel ausgewaschene Schmiermittel in die Core Engine eingetragen und verschmutzen diese zusätzlich.
  • Die Massenverteilung der Düseneinrichtung ist bevorzugt rotationssymmetrisch um deren Drehachse. Auf diese Weise wird beim Mitrotieren der Düseneinrichtung keine wesentliche zusätzliche Unwucht eingebracht. Die Drehkupplung sitzt zu diesem Zweck bevorzugt im Wesentlichen zentrisch auf der Drehachse der erfindungsgemäßen Vorrichtung im montierten zustand. Bevorzugt weist die Düseneinrichtung wenigstens zwei oder mehr Düsen auf, die bevorzugt rotationssymmetrisch um die Drehachse verteilt sind.
  • Die Austrittsöffnung der Düsen ist bevorzugt im von der Drehkupplung wegweisenden axialen Endbereich der Düseneinrichtung angeordnet. Die Drehkupplung befindet sich bevorzugt im vorderen Bereich der Düseneinrichtung, d. h. in demjenigen Bereich, der im montierten Zustand stromauf, also weg vom Eingang des Strahltriebwerks, weist. Die Austrittsöffnung der Düsen ist dementsprechend im davon wegweisenden axialen Endbereich der Düseneinrichtung vorgesehen, also im montierten Zustand in dem stromabweisenden Endbereich. Diese Anordnung ermöglicht es, die Düsen bei der Montage auf der Welle des Fans eines Turbofan-Triebwerks entweder durch die Zwischenräume der Fanblades hindurch zu stecken, so dass sie unmittelbar vor der Core Engine angeordnet sind, oder aber zumindest gezielt so auszurichten, dass sie durch Zwischenräume der Fanblades hindurch direkt auf die Core Engine strahlen.
  • Die Düsen sind bevorzugt Flachstrahldüsen, es können aber auch andere Formen wie beispielsweise Rundstrahldüsen oder eine Kombination verschiedener Düsen verwendet werden. Die Strahlebene ist vorzugsweise in Radialrichtung ausgerichtet, d.h. sie wird von zwei Achsen aufgespannt, von denen eine in Radialrichtung weist. Auf diese Weise kann der rotierende Flachstrahl besonders wirksam im Wesentlichen die gesamte Fläche des Einlasses der Core Engine überstreichen.
  • Es ist weiter bevorzugt, dass die Strahlebene einen Anstellwinkel mit der Drehachse einschließt. Dies bedeutet, dass die Strahlrichtung nicht parallel zur Drehachse erfolgt, sondern mit dieser Achse einen Winkel einschließt. Die Strahlrichtung weicht um diesen Winkel von der Axialrichtung ab. Bevorzugt ist es, wenn sich dieser Winkel nach dem Anstellwinkel der vorderen Kompressorblades der Core Engine richtet. In der Regel handelt es sich dabei um Statorblades, die bei einer passenden Einstellung des Strahlwinkels zu deren Einstellwinkel von dem Flachstrahl teilweise durchstrichen werden können, so dass es zu einer wirksameren Reinigung der dahinter angeordneten Teile der Core Engine kommt.
  • Die Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks umfassen bevorzugt Befestigungsmittel zur Befestigung an den Fanblades wie beispielsweise geeignet ausgebildete Haken, mit denen die Düseneinrichtung an der Hinterkante (stromabgewandt) der Fanblades eingehakt werden können.
  • Die Düseneinrichtung kann zur drehfesten Fixierung mit der Welle des Fans eine Einrichtung zum im Wesentlichen formschlüssigen Aufsetzen auf die Wellennase des Fans aufweisen.
  • Turbofan-Triebwerke weisen in der Regel auf dem stromauf gelegenen Wellenende der Welle des Turbofans eine konisch gekrümmte Nabe auf, die das Anströmverhalten der Luft verbessern soll. Auf diese Nabe können die entsprechenden Mittel zur drehfesten Verbindung aufgesetzt werden. "Im wesentlichen formschlüssig" bedeutet in diesem zusammenhang, dass die Form der Wellennabe genutzt wird zur beabsichtigten Positionierung der Düseneinrichtung und zur Fixierung in der gewünschten Position. Es bedeutet nicht, dass die gesamte Fläche der Wellennabe formschlüssig umschlossen sein muss.
  • Beispielsweise kann die Einrichtung ein oder mehrere Ringteile aufweisen, mit denen sie auf die Wellennabe aufgesetzt werden kann. Bei einer Mehrzahl von Ringteilen weisen diese einen unterschiedlichen Durchmesser auf, der angepasst ist an den Durchmesser der Wellennabe in den entsprechenden Bereichen. Beispielsweise können zwei axial beabstandete Ringe unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen sein, mit denen die Düseneinrichtung auf der Wellennabe positioniert und zentriert wird.
  • Spannseile können vorzugsweise zur weiteren Fixierung vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Düseneinrichtung mittels der Ringteile auf der Wellennabe des Fans zentriert werden und dann mit Spannseilen, die an der Hinterkante der Fanblades fixiert werden, verspannt werden. Erfindungsgemäß können Federeinrichtungen zum Vorspannen der Spannseile vorgesehen sein, damit die Düseneinrichtung mit einer definierten Kraft an die Wellennabe angedrückt wird.
  • Die Spannseile sind bevorzugt (beispielsweise mittels Haken) an den Fanblades, bevorzugt an deren Hinterkante, befestigt.
  • Die Versorgungseinrichtung für das Reinigungsmedium weist bevorzugt wenigstens einen Vorratstank für Reinigungsmedium und wenigstens eine Pumpe zur Druckbeaufschlagung der Düseneinrichtung mit Reinigungsmedium auf. Der Vorratstank kann eine Heizeinrichtung aufweisen, um temperiertes Reinigungsmedium zur Verfügung zu stellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Versorgungseinrichtung wenigstens zwei Vorratstanks auf, aus denen die Düseneinrichtung wahlweise gespeist werden kann. Dies hat den Vorteil, dass nach einem Reinigungsvorgang in einem Reinigungstank frisch eingefülltes Reinigungsmedium auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt werden kann, während gleichzeitig aus dem zweiten Reinigungstank ein weiterer Reinigungsvorgang gespeist wird.
  • Als Reinigungsmedium kann bevorzugt eine Flüssigkeit, insbesondere eine wässrige Flüssigkeit, oder eine Dispersion einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium, insbesondere Luft, verwendet werden. Bevorzugt wird eine wässrige Lösung verwendet, die beim Austritt aus den Düsen zu einer wässrigen Dispersion in Luft zerstäubt wird. Näheres dazu wird unten im zusammenhang mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die dort beschriebenen Verfahrensparameter gelten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Es ist somit Gegenstand der Erfindung, die Vorrichtung so auszubilden, dass die weiter unten beschriebenen Verfahrensparameter eingestellt werden können.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einem Strahltriebwerk und einer daran zur Vornahme einer Reinigung der Core Engine angebrachten Vorrichtung wie vorstehend beschrieben. Die Anordnung weist weiterhin folgende Merkmale auf:
    1. a. die Düseneinrichtung ist drehfest mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks verbunden;
    2. b. die Drehachsen des Fans des Strahltriebwerk und der Düseneinrichtung sind im wesentlichen konzentrisch angeordnet;
    3. c. die Düsen der Düseneinrichtung weisen einen radialen Abstand von der gemeinsamen Drehachse des Strahltriebwerks und der Vorrichtung auf, der kleiner ist als der Radius der Eintrittsöffnung der Core Engine;
    4. d. die Austrittsöffnungen der Düsen sind in Axialrichtung hinter der Ebene des Fans angeordnet und/oder die Düsen sind in Zwischenräumen der Fanblades angeordnet oder auf Zwischenräume der Fanblades ausgerichtet, so dass die Düsenstrahlen im Wesentlichen ungehindert durch die Ebene des Fans hindurchtreten können.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Düseneinrichtung drehfest mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks verbunden. Dabei sind die Drehachsen des Fans des Strahltriebwerks und der Düseneinrichtung im wesentlichen konzentrisch angeordnet. Die Drehachse der Düseneinrichtung ist diejenige Achse, um die sich die Düsen im Betrieb konzentrisch drehen. Der radiale Abstand der Düsen der Düseneinrichtung von der gemeinsamen Drehachse des Strahltriebwerks und der Vorrichtung ist so bemessen, dass diese Düsen den Eingang der Core Engine überstreichen. Die Austrittsöffnung der Düsen sind hinter der Ebene des Turbofans oder so vor bzw. zwischen den Fanblades ausgerichtet, dass ein im wesentlichen ungehindertes Hindurchstrahlen möglich ist.
  • Bevorzugt ist der Anstellwinkel der Strahlebene der Düsen mit der Drehachse angepasst an den Anstellwinkel der in Strömungsrichtung des Triebwerks vorderen Blades der Core Engine. Auf diese Weise wird die Reinigungswirkung auch im hinteren Teil der Core Engine verbessert.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks unter Verwendung einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben. Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind;
    1. a. Anbringen der Düseneinrichtung an der Nabe des Fans, so dass die Austrittsöffnungen der Düsen auf die in Strömungsrichtung des Triebwerks vorderen Blades der Core Engine gerichtet sind;
    2. b. Rotierenlassen des Strahltriebwerks;
    3. c. Beaufschlagen der Düseneinrichtung mit Reinigungsmedium und Reinigen der Core Engine.
  • Das dry-cranking bzw. Rotierenlassen des Strahltriebwerks während des Reinigungsvorgangs erfolgt bevorzugt mit einer Drehzahl von 50 bis 500 min-1, vorzugsweise 100 bis 300 min-1, weiter vorzugsweise 120 bis 250 min-1. Besonders bevorzugt ist eine Drehzahl zwischen 150 und 250 min-1. Das Reinigen kann auch im Leerlaufbetrieb des Triebwerks stattfinden, die Drehzahl beträgt denn bevorzugt 500 bis 1.500 min-1.
  • Als Reinigungsmedium wird bevorzugt eine Dispersion einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium verwendet. Diese Dispersion kann bereits vor der Düsenaustrittsöffnung hergestellt werden, beispielsweise durch den Zusatz von gasförmigen Medium wie beispielsweise Luft zu einer Reinigungsflüssigkeit. Bevorzugt ist es jedoch, wenn bis zur Düsenaustrittsöffnung lediglich flüssiges Reinigungsmedium geführt wird und an der Düsenaustrittsöffnung durch Austritt unter hohem Druck zerstäubt wird, so dass die Mischung aus flüssigem und gasförmigem Medium besteht. Diese Dispersion oder dieses Aerosol wird dann durch die Core Engine hindurchgetragen. Das Reinigungsmedium (bzw. der flüssige Anteil des Aerosols) wird bevorzugt auf einen Bereich von 200 bis 100°C, weiter vorzugsweise 30 bis 80°C, weiter vorzugsweise 50 bis 70°C temperiert. Der Druck, unter dem das Reinigungsmedium an der Düsenöffnung ausgebracht wird, liegt bevorzugt im Bereich 20 bis 100 bar, weiter vorzugsweise 30 bis 80 bar, weiter vorzugsweise 50 bis 70 bar. Durch diesen Druck wird das flüssige Reinigungsmedium an der Düsenöffnung bevorzugt zu Tröpfchen zerrissen, deren mittlere Tröpfchengröße 50 bis 500 µm, weiter vorzugsweise 100 bis 300 µm, weiter vorzugsweise 150 bis 250 µm beträgt.
  • Der Durchsatz an flüssigem Reinigungsmedium liegt bevorzugt zwischen 10 und 200 1/min, weiter vorzugsweise 20 bis 150 l/min, weiter vorzugsweise 20 bis 100 1/min, besonders bevorzugt zwischen 20 und 60 1/min. Die Dauer des Reinigungsvorgangs beträgt bevorzugt 1 bis 15 min, weiter vorzugsweise 2 bis 10 min, weiter vorzugsweise 3 bis 7 min.
  • Der Tank oder jeder Tank für Reinigungsmedium der Versorgungseinrichtung kann beispielsweise ein Volumen von 400 1 aufweisen. Dieses Volumen erlaubt beispielsweise ein 5 min. Reinigen mit einem Durchsatz von 80 1/min.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung von vorne;
    Fig. 2
    einen Schnitt durch die Ebene B-B der Fig. 1 einer Düseneinrichtung, die auf die Wellennase eines Fans aufgesetzt ist;
    Fig. 3
    einen Schnitt durch die Ebene B-A der Fig. 1 einer Düseneinrichtung, die auf die Wellennase eines Fans aufgesetzt ist;
    Fig. 4
    in einem Detailausschnitt aus Fig. 2 die Drehkupplung;
    Fig. 5
    in einem Detailausschnitt aus Fig. 3 die Drehkupplung.
  • Die Düseneinrichtung weist zwei Ringelemente 1, 2 auf, mit deren Hilfe die Düseneinrichtung auf eine Wellennabe 3 des Fans eines Strahltriebwerks aufgesetzt wird (siehe Fig. 2 und 3). Im aufgesetzten zustand umschließen die Ringelemente 1, 2 die Wellennabe 3 im wesentlichen formschlüssig. Die beiden Ringelemente 1, 2 sind durch Radialstreben 4 miteinander verbunden. An der stromaufweisenden Spitze der Düseneinrichtung (bezogen auf die Strömungsrichtung des Triebwerks) ist eine insgesamt mit 5 bezeichnete Drehkupplung angeordnet. Von dieser Drehkupplung erstrecken sich zwei radial nach außen führende Druckleitungen 6, die zwei Flachstrahldüsen 7 mit Reinigungsmedium speisen. In der Detailansicht der Figur 4 ist zu erkennen, dass die beiden Druckleitungen 6 über Radialkanäle 8 und einen axialen Kanal 9 der Drehkupplung 5 in Flüssigkeitsverbindung stehen mit einer Zufuhrleitung 10, die die Drehkupplung mit der in der Zeichnung nicht dargestellten Versorgungseinheit verbindet.
  • Die Druckleitungen 6 sind an den Kreuzungspunkten mit den Ringelementen 1, 2 an diesen Ringelementen fixiert und somit Teil der Tragstruktur der gesamten Düseneinrichtung.
  • Zur Befestigung der Düseneinrichtung an der Wellennabe des Fans sind bei 11 angedeutete Spannseile vorgesehen, die mittels Haken 12 an den Hinterkanten des Fanblades eingehakt werden. Wie in Figur 5 zu erkennen, werden die Spannseile 11 über an der Drehkupplung befestigte Spannseilführungen 17 zu der Drehkupplung geführt und dort an einem axial verschieblichen Spannring 13 befestigt. Druckfedern 14 stützen sich an einer Ringschulter 15 der Drehkupplung ab und bringen auf den Spannring 13 eine in Richtung weg von der Ringschulter 15 wirkende Kraft auf. Im aufgesetzten Zustand bringen die Druckfedern 14 auf die Spannseile 11 eine Vorspannung auf und sorgen damit für eine Fixierung der Düseneinrichtung mit der Nabe des Fans. Durch eine Spannmutter 16, welche auf einem Gewinde des Kupplungsgehäuses 18 sitzt, wird der Spannring 13 stromaufwärts bewegt. Dadurch wird eine Spannkraft auf die Spannseile 11 übertragen und somit eine sichere Verbindung der Düseneinrichtung mit der Nabe des Fans hergestellt.
  • Zum Reinigen der Core Engine eines Turbofan-Strahltriebwerks wird die Düseneinrichtung in der insbesondere aus den Figuren 2 und 3 erkennbaren Weise auf die Wellennabe des Fans aufgesetzt und an den Fanblades mittels der Haken 12 fixiert. Das Triebwerk wird in Drehung versetzt (dry-cranking). Über die Verbindungsleitung 10, die Drehkupplung 5 und die Druckleitungen 6 werden die Flachstrahldüsen 7 mit Reinigungsmedium aus der nicht dargestellten Versorgungseinrichtung gespeist. Dieses Reinigungsmedium überstreicht den Einlass der Core Engine über deren gesamten Umfang und führt so die Reinigung aus.

Claims (27)

  1. Vorrichtung zum Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks, mit einer Versorgungseinrichtung, die Reinigungsmedium zur Verfügung stellt, einer Düseneinrichtung, die zum Einbringen des Reinigungsmediums in die Core Engine ausgebildet ist, und mit einer Leitungsverbindung (10) zwischen der Versorgungseinrichtung und der Düseneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks aufweist, und dass eine Drehkupplung (5) zwischen der Düseneinrichtung und der Leitungsverbindung (10) vorgesehen ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenverteilung der Düseneinrichtung rotationssymmetrisch um deren Drehachse ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung wenigstens zwei Düsen (7) aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der Düsen (7) im von der Drehkupplung (5) wegweisenden axialen Endbereich der Düseneinrichtung angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (7) Flachstrahldüsen sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlebene im Bereich der Austrittsöffnungen der Düsen (7) im Wesentlichen in Radialrichtung weist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlebene einen Anstellwinkel mit der Drehachse (7) einschließt.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks Befestigungsmittel (12) zur Befestigung an den Fanblades aufweisen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks eine Einrichtung (1, 2) zum im Wesentlichen formschlüssigen Aufsetzen auf die Wellennase des Fans aufweisen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum im Wesentlichen formschlüssigen Aufsetzen auf die Wellennase des Fans wenigstens ein Ringteil (1, 2) und Spannseile (11) umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Federeinrichtungen (14) zum Vorspannen der Spannseile (11) vorgesehen sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Befestigungsmittel (12) zum Befestigen der Spannseile (11) an den Fanblades vorgesehen sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung wenigstens einen Vorratstank für Reinigungsmedium und wenigstens eine Pumpe zur Druckbeaufschlagung der Düseneinrichtung mit Reinigungsmedium aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratstank eine Heizeinrichtung aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Vorratstanks aufweist, und dass die Düseneinrichtung wahlweise aus jeweils einem Vorratstank gespeist werden kann.
  16. Anordnung aus einem Strahltriebwerk und einer daran zur Vornahme einer Reinigung der Core Engine angebrachten Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    a. die Düseneinrichtung ist drehfest mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks verbunden;
    b. die Drehachsen des Fans des Strahltriebwerk und der Düseneinrichtung sind im wesentlichen konzentrisch angeordnet;
    c. die Düsen (7) der Düseneinrichtung weisen einen radialen Abstand von der gemeinsamen Drehachse des Strahltriebwerks und der Vorrichtung auf, der kleiner ist als der Radius der Eintrittsöffnung der Core Engine;
    d. die Austrittsöffnungen der Düsen (7) sind in Axialrichtung hinter der Ebene des Fans angeordnet und/oder die Düsen sind in Zwischenräumen der Fanblades angeordnet oder auf Zwischenräume der Fanblades ausgerichtet, so dass die Düsenstrahlen im Wesentlichen ungehindert durch die Ebene des Fans hindurchtreten können.
  17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlebene der Düsen (7) einen Anstellwinkel mit der Drehachse einschließt, der im Wesentlichen dem Anstellwinkel der in Strömungsrichtung des Triebwerks vorderen Blades der Core Engine entspricht.
  18. Verfahren zum Reinigen der Core Engine eines Strahltriebwerks unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit den Schritten:
    a. Anbringen der Düseneinrichtung an der Nabe (3) des Fans, so dass die Austrittsöffnungen der Düsen (7) auf die in Strömungsrichtung des Triebwerks vorderen Blades der Core Engine gerichtet sind;
    b. Rotierenlassen des Strahltriebwerks;
    c. Beaufschlagen der Düseneinrichtung mit Reinigungsmedium und Reinigen der Core Engine.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahltriebwerk mit einer Drehzahl von 50 bis 500 min-1, vorzugsweise 100 bis 300 min-1, weiter vorzugsweise 120 bis 250 min-1 rotieren gelassen wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Reinigungsmedium eine Dispersion einer Flüssigkeit in einem gasförmigen Medium verwendet wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit eine wässrige Flüssigkeit ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium Luft ist.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 122, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium eine Temperatur von 20 bis 200°C, vorzugsweise 30 bis 95°C, weiter vorzugsweise 50 bis 90°C aufweist.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Reinigungsmediums 20 bis 100 bar, vorzugsweise 30 bis 80 bar, weiter vorzugsweise 50 bis 70 bar beträgt.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Tröpfchengröße der Dispersion 50 bis 500 µm, vorzugsweise 100 bis 300 µm, weiter vorzugsweise 150 bis 250 µm beträgt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchsatz an flüssigem Reinigungsmedium 10 bis 200 l/min, vorzugsweise 20 bis 150 l/min, weiter vorzugsweise 20 bis 100 l/min, weiter vorzugsweise 20 bis 60 1/min beträgt.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigen der Core Engine über einen Zeitraum von 1 bis 15 min, vorzugsweise 2 bis 10 min, weiter vorzugsweise 3 bis 7 min durchgeführt wird.
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