EP3074181B1 - Verfahren zur reinigung eines strahltriebwerks - Google Patents

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EP3074181B1
EP3074181B1 EP14806234.2A EP14806234A EP3074181B1 EP 3074181 B1 EP3074181 B1 EP 3074181B1 EP 14806234 A EP14806234 A EP 14806234A EP 3074181 B1 EP3074181 B1 EP 3074181B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
nozzle
furthermore preferably
compressor
cleaning
Prior art date
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Active
Application number
EP14806234.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3074181A1 (de
Inventor
Holger Appel
Klaus Bräutigam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lufthansa Technik AG
Original Assignee
Lufthansa Technik AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Lufthansa Technik AG filed Critical Lufthansa Technik AG
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Publication of EP3074181A1 publication Critical patent/EP3074181A1/de
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Publication of EP3074181B1 publication Critical patent/EP3074181B1/de
Active legal-status Critical Current
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • 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
    • B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • B08B5/02—Cleaning by the force of jets, e.g. blowing-out cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
    • B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
    • B24C5/04—Nozzles therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/70—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning
    • F04D29/701—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines

Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning an aircraft jet engine.
  • Aircraft jet engines have one or more compressor stages, a combustion chamber and one or more turbine stages. In the turbine stages, the hot combustion gases coming from the combustion chamber release part of their thermal and mechanical energy, which is used to drive the compressor stages. Jet engines of commercial commercial aircraft today predominantly have a so-called turbofan, which is arranged upstream of the compressor stages and generally has a considerably larger diameter than the compressor stages. The turbofan is also driven by the turbine stages and allows a significant part of the air flowing through the engine to flow past the compressor stages, the combustion chamber and the turbine stages as a so-called secondary air flow. Such a secondary flow can considerably increase the efficiency of an engine and also provide improved noise insulation for the engine.
  • Contamination of an aircraft jet engine can lead to a reduction in efficiency, which results in increased fuel consumption and thus an increased environmental impact. Pollution can be caused, for example, by insects, dust, salt spray or other environmental pollution.
  • Parts of the engine can be contaminated by combustion residues from the combustion chamber. These contaminants form a coating on the parts of an aircraft engine through which air flows and impair the surface quality. This affects the thermodynamic efficiency of the engine.
  • the blades in the compressor stages are particularly worth mentioning, their contamination has a considerable influence on the efficiency of the entire engine.
  • coal dust As an alternative to using water as a cleaning medium, the use of coal dust is known.
  • the coal dust like the water, is injected into the engine and removes contamination from surfaces due to abrasive effects.
  • the surface of the engine parts is also attacked by the coal dust, which is why a cleaning medium such as coal dust is not suitable for the regular cleaning of aircraft engines.
  • a cleaning medium such as coal dust is not suitable for the regular cleaning of aircraft engines.
  • undesired residues of the cleaning material remain in the engine.
  • WO 2009/132847 A1 discloses a method for cleaning jet engines using solid carbon dioxide as the cleaning medium.
  • the invention has for its object to provide a method that enables improved cleaning of aircraft engines.
  • the invention thus relates to a method for cleaning a jet engine with a cleaning medium which contains solids.
  • the solids are introduced into the engine through a carrier gas through at least one nozzle.
  • the cleaning medium thus comprises at least one carrier gas and solids, preferably exclusively carrier gas and solids.
  • a carrier gas is a gaseous medium at the application temperature, preferably compressed air can be used.
  • the solids can be solids stable at the application temperature such as plastic beads, glass beads or coal dust.
  • thermolabile solids such as solid carbon dioxide and / or ice (water ice) are preferably used.
  • the claimed process parameters enable effective cleaning, in particular of the compressor or compressor of an engine.
  • the cleaning medium follows the flow in the compressor and achieves a cleaning effect in all stages of the compressor, in particular also in the rearmost stages.
  • thermolabile solids such as, in particular, carbon dioxide or ice do not release and / or sublime or melt all the kinetic energy in the front stages of the compressor.
  • the parameters according to the invention only impart a basic impulse to the solids which conveys them into the engine. The solid is then carried away by the gas flow in the engine and thus also transported to the rearmost compressor stages.
  • the pressure of the carrier gas is therefore 1 to 5 bar, preferably 2 to 4 bar. A particularly preferred pressure is 3 bar.
  • the outlet direction of the nozzle (in the context of the invention this term denotes the main outlet direction) should extend as far as possible into the compressor, without this outlet direction or its imaginary axis touching the walls of the compressor.
  • the outlet of the at least one nozzle is arranged at a radial distance from the axis of rotation of the engine, which corresponds to 0, 6 to 1.2 times, preferably 0, 6 to 1 times the radius of the upstream inlet opening of the first compressor stage .
  • the outlet is thus closer to the outer compressor wall in the radial direction than to the axis of rotation of the engine or compressor.
  • the main outlet direction of the nozzle is directed obliquely inwards towards the axis of rotation of the engine and includes an angle of 10 to 30 °, preferably 12 to 25 °, more preferably 16 to 19 ° with this axis.
  • a compressor geometry which is particularly preferred in the context of the invention has a curved flow channel, with a convex curvature of the flow channel arranged radially on the inside in the direction of flow and a convex curvature of the flow channel arranged radially on the outside in the flow direction.
  • the concept of the convex curvature arranged radially on the front in the direction of flow denotes an inward curvature of the flow channel in the direction of the axis of rotation of the jet engine
  • the term of the convex curvature arranged radially on the outside behind it denotes an outward curvature of the flow channel.
  • the main outlet direction of the at least one nozzle with the axis of rotation of the engine preferably enclose an angle which lies between ⁇ and ⁇ ; where ⁇ is the angle between the axis of rotation of the engine and a first straight line, which runs as a tangent to the convex curvature of the flow channel of the compressor, which is arranged radially in the front in the flow direction, and to the convex curvature of the flow channel which is arranged in the flow direction behind it, in the flow direction; and where ⁇ is the angle between the axis of rotation of the engine and a second straight line, which runs as a tangent to the radially outer edge of the inlet of the compressor (compressor) and to the radially inner convex curvature of the flow channel arranged behind it in the flow direction.
  • the outlet of the at least one nozzle can preferably be arranged at a radial distance from the axis of rotation of the engine, which is between the radial distances of the intersections of the first and second straight lines with the radial plane in which the outlet of the at least one nozzle is arranged.
  • the term radial plane denotes a plane arranged perpendicular to the axis of rotation.
  • the solids are preferably selected from the group consisting of solid carbon dioxide and water ice.
  • Solid carbon dioxide is particularly preferred.
  • Carbon dioxide and / or water ice can particularly preferably be used in the form of pellets. It is also possible to use water ice as crushed ice.
  • Pellets can be produced in a so-called pelletizer from liquid CO 2 and are easy to store. It can be provided that a supply device transports prefabricated pellets to the nozzle device with the aid of the carrier gas. However, it is also possible for the supply device to have a device for producing solid carbon dioxide pellets or solid carbon dioxide snow from liquid carbon dioxide, and to convey it with the carrier gas to the nozzle device. In both cases, the solid carbon dioxide emerges from the nozzles of the nozzle device and reaches the engine to be cleaned.
  • Carbon Dioxide Blasting Operations The US armed forces describe the technology for producing CO 2 pellets. Pellets are obtained, for example, by compressing solid CO 2 (for example flakes) in a pelletizer or the like. The production of ice pellets (water ice) is known to the person skilled in the art familiar and requires no further explanation here.
  • the cleaning medium can have solid carbon dioxide and water ice in a mass ratio of 5: 1 to 1: 5, preferably 1: 2 to 2: 1.
  • WO 2012/123098 A1 it is already known ( WO 2012/123098 A1 ) to provide a mixture of pellets of carbon dioxide and ice as a solid abrasive for cleaning surfaces.
  • this mixture can be used in a particularly advantageous manner for cleaning jet engines, since the greater part of the solid carbon dioxide sublimates in the front area of the compressor and cleans it on the one hand by the kinetic energy of the collision and by thermal effects . Due to the heat-cold voltage induced by the carbon dioxide, impurities from the surfaces of the engine parts detached.
  • the ice added according to the invention in the mixture has a higher hardness and a longer shelf life than solid carbon dioxide. On the one hand, it improves the mechanical cleaning effect through the kinetic energy of the impact and is better able to penetrate the compressor as a whole up to the rear steps and also to develop a cleaning effect there.
  • the mixture used according to the invention firstly results in a largely complete and uniform cleaning of all stages of the compressor and secondly only introduces comparatively small amounts of water into the engine. According to the invention, this introduced water is generally removed from the engine for the most part by the carrier gas used (preferably air) or by the air stream flowing through the engine during dry-cranking.
  • the average size of the pellets used is preferably in the range 1 to 10 mm, preferably it can be about 3 mm. If elongated pellets are used, their length can be, for example, 3 to 6 mm, the dimension transverse to the longitudinal extent, for example, about 3 mm.
  • the solids are preferred with a mass flow of 100 to 2000 kg / h, further preferably 200 to 1500 kg / h, further preferably 350 to 2000 kg / h, further preferably 400 to 2000 kg / h, further preferably 350 to 1200 kg / h , further preferably 400 to 1200 kg / h, further preferably 100 to 600 kg / h, further preferably 200 to 500 kg / h, further preferably 350 to 450 kg / h.
  • the duration of the cleaning process is preferably 1 to 15 minutes, more preferably 2 to 10 min, more preferably 4 to 8 min.
  • 1.5 to 200 kg preferably 35 to 200 kg, more preferably 40 to 200 kg, more preferably 40 to 120 kg, more preferably 1.5 to 50 kg, more preferably 3 to 35 kg preferably 7 to 25 kg of solids are introduced into the engine.
  • the nozzle or the nozzles are preferably flat-jet nozzles, for example flat-jet nozzles with an opening angle of 1 °.
  • the dry cranking or rotating of the jet engine during the cleaning process is preferably carried out at a fan speed of 50 to 500 min -1 , preferably 100 to 300 min -1 , further preferably 120 to 250 min -1 .
  • a fan speed between 150 and 250 min -1 is particularly preferred. Cleaning can also take place when the engine is idling. The speed is then preferably 500 to 1500 min -1 .
  • a nozzle device with at least one nozzle which is designed for introducing cleaning medium containing solids into a jet engine, which has means for rotationally fixed connection to the shaft of the turbofan of a jet engine, and which has a rotary coupling to which a line connection can be connected.
  • the lines for guiding the cleaning medium from the rotary coupling to the nozzles are designed such that the curvatures present in the lines are designed such that that solid carbon dioxide can follow the flow unhindered and does not sublimate on the tube walls due to the radii of curvature being too narrow.
  • the nozzle-side outlet of the rotary coupling is connected to the inlet of the at least one nozzle by means of a flexible hose.
  • the lines for the cleaning medium from the rotary coupling to the outlet of the nozzle have transition angles or angles of curvature that are as gentle as possible and not too large, in order to enable the solids to be conveyed with as little friction as possible by means of the carrier gas.
  • the use of preferably removable hoses due to their flexibility, enables the solids to be guided in a sufficiently gently curved manner.
  • the hoses ensure that the nozzle device is sufficiently small and not too bulky for storage and transport.
  • the hoses can preferably be dismantled for transport and storage and transported or stored separately.
  • a line connection connects the nozzle device to a supply device, this supply device provides the cleaning medium (for example in tanks) and can be provided with operating and drive devices, pumps, energy stores or the like his. It is preferably designed as a mobile, in particular mobile unit.
  • the nozzle device has one or more nozzles. It is particularly preferred if the nozzle device has at least two nozzles.
  • the nozzle device can be used in dry-cranking, i.e. when the engine is cranking slowly, rotate without the injection of kerosene.
  • rotary coupling between the nozzle device and the line connection is to be understood functionally and refers to any device which is suitable for establishing a sufficiently stable, preferably pressure-tight and tight connection between the stationary part of the line connection and the nozzle device rotating with the fan.
  • the purpose of the rotary coupling is to guide the cleaning medium from the stationary supply device into the rotating nozzle device and then to let it exit from the nozzles.
  • the rotary coupling is preferably located in the front region of the nozzle device, that is to say in the region which, in the assembled state, points upstream, that is to say 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 therefrom, that is to say in the assembled state in the downstream end region.
  • the outlet of the rotary coupling on the nozzle side is preferably diametrically opposite the inlet.
  • the inlet preferably points in the axial direction and upstream, that is to say in the direction from which, in the assembled state of the nozzle device, the inflow of the engine takes place on an engine.
  • the diametrically opposite outlet then also takes place downstream in the axial direction.
  • the nozzle or the nozzles are arranged in the radially outer region, while the rotary coupling is usually arranged in the axis of rotation or axis of rotation.
  • the rotary coupling which usually represents the upstream axial end of the nozzle device, has the means for the rotationally fixed connection to the shaft of the turbofan, which is usually represent the downstream end of the nozzle device, has a sufficiently large axial distance that allows or facilitates routing of the lines from the rotary coupling to the nozzles with sufficiently large radii of curvature.
  • the axial distance of the Rotary coupling of said means for rotationally fixed connection to the shaft of the turbofan 0.2 to 2 m, more preferably 0.5 to 2 m, more preferably 0.75 to 1.25 m.
  • the guidance of the cleaning medium from the inlet of the at least one nozzle to the nozzle outlet can be designed to be essentially straight. There is therefore no deflection of the cleaning medium between the inlet and outlet within the actual nozzle.
  • the nozzle device is fastened to the turbofan in such a way that its nozzles point between the blades of the turbofan. In this way, a targeted cleaning of the compressor stages and then the combustion chamber or turbine stages is achieved.
  • the nozzles rotating during dry-cranking coat the first compressor stage evenly over the entire circumference.
  • the cleaning medium is not affected by the turbofan arranged upstream in the flow direction and the spray direction of the cleaning medium can thus be adapted to the angle of attack of the blades of the first compressor stage.
  • the mass distribution of the nozzle device is preferably rotationally symmetrical about its axis of rotation. In this way, no significant additional unbalance is introduced when the nozzle device rotates as well.
  • the rotary coupling preferably sits essentially centrally on the axis of rotation of the device in the assembled state.
  • the nozzle device preferably has at least two or more nozzles, which are preferably distributed rotationally symmetrically about the axis of rotation.
  • the nozzles are preferably designed as flat jet nozzles, which can preferably have an opening angle of 1 °, for example.
  • the radial distance of the nozzle outlet from the axis of rotation of the engine and thus also from the nozzle device can be, for example, 200 to 800 mm, further preferably 400 to 750 mm, further preferably 600 to 700 mm, further preferably 200 to 400 mm, further preferably 230 to 300 mm , more preferably 260 to 280 mm.
  • the preferred distance of 260 to 280 mm is suitable, for example, for cleaning the core engine of a CF6-50 engine.
  • the preferred distance of 600 to 700 mm is suitable, for example, for cleaning the core engine of a CF6-80 engine.
  • the jet plane or main exit direction of the nozzle (s) is directed obliquely inwards towards the axis of rotation of the engine and includes an angle of 10 to 30 °, preferably 12 to 25 °, more preferably 16 to 19 ° with this axis.
  • the values mentioned can vary depending on the engine to be cleaned and should be selected so that the main outlet direction of the nozzle (or its imaginary extension) extends as far as possible into the compressor without touching the inside or outside walls of the compressor.
  • the jet plane or main exit direction of the nozzle (s) with the axis of rotation of the engine can preferably enclose an angle which lies between ⁇ and ⁇ ; where ⁇ is the angle between the axis of rotation of the engine and a first one Straight lines which run as a tangent to the convex curvature of the flow channel of the compressor, which is arranged radially on the front in the flow direction, and on the convex curvature of the flow channel which is arranged behind it in the flow direction; and where ⁇ is the angle between the axis of rotation of the engine and a second straight line, which runs as a tangent to the radially outer edge of the inlet of the compressor (compressor) and to the radially inner convex curvature of the flow channel arranged behind it in the flow direction.
  • the means for the rotationally fixed connection to the shaft of the turbofan of the jet engine preferably comprise fastening means for fastening to the turbofan blades, such as suitably designed hooks with which the nozzle device can be hooked onto the trailing edges (the downstream edges) of the blades of the turbofan.
  • the nozzle device can have a device for essentially positively fitting onto the shaft hub of the fan.
  • Turbofan engines usually have a conically curved hub on the upstream end of the shaft of the turbofan, which is intended to improve the flow behavior of the air.
  • the corresponding means for the rotationally fixed connection can be placed on this hub.
  • "essentially form-fitting" 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 can have one or more ring parts with which it can be placed on the shaft hub.
  • these have a different diameter, which is adapted to the diameter of the shaft hub in the corresponding areas.
  • 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 fixation.
  • the nozzle device can be centered on the shaft hub of the fan by means of the ring parts and then tensioned with tensioning cables which are fixed to the rear edge of the turbofan blades.
  • Spring devices can be provided for pretensioning the tensioning cables so that the nozzle device is pressed onto the shaft hub with a defined force.
  • the tensioning cables are preferably attached (for example by means of hooks) to the turbo fan blades, preferably to the rear edge thereof.
  • a supply device for the cleaning medium preferably has storage tanks for the components of the cleaning medium and at least one pump for pressurizing the nozzle device with the cleaning medium.
  • a carrier gas preferably air
  • the carrier gas can be pretreated, for example it can be dried, so that it can absorb and remove the largest possible proportion of water that has entered the engine can. It can be provided that the carrier gas is cooled so that ice pellets and / or carbon dioxide pellets in the carrier gas stream are as stable as possible. Alternatively, however, it is also possible to heat the carrier gas stream, for example to about 80 ° C. For carbon dioxide pellets, for example, this initially seems unrealistic, since it reduces the durability of the pellets.
  • the invention has recognized that the warm carrier gas stream supplies the engine interior with thermal energy which compensates for the cooling by the cleaning medium. This prevents the solid carbon dioxide from developing an insufficient cleaning effect due to excessive cooling (due to the insufficient temperature difference). It can also be used to prevent water remaining inside the engine from freezing when water ice is used as a cleaning medium. Since the carrier gas only acts on the cold pellets for a very short period of time before they can develop their cleaning effect, the influence of the heated carrier gas on the pellets has little or no impact.
  • the jet plane or main exit direction of the nozzle (s) is directed obliquely inwards towards the axis of rotation of the engine and includes an angle of 10 to 30 °, preferably 12 to 25 °, more preferably 16 to 19 ° with this axis.
  • the outlet of the at least one nozzle is arranged at a radial distance from the axis of rotation of the engine which corresponds to 0.6 to 1.2 times, preferably 0.6 to 1 times the radius of the upstream inlet opening of the first compressor stage.
  • the outlet is thus closer to the outer compressor wall in the radial direction than to the axis of rotation of the engine or compressor.
  • the main outlet direction of the nozzle (s) may form an angle with the axis of rotation of the engine, which is between ⁇ and ⁇ ; where ⁇ is the angle between the axis of rotation of the engine and a first straight line which runs as a tangent to the convex curvature of the flow channel of the compressor, which is arranged radially inward in the direction of flow and to the convex curvature of the flow channel which is arranged in the downstream, radially outside; and where ⁇ is the angle between the axis of rotation of the engine and a second straight line which runs as a tangent to the radially outer edge of the inlet of the compressor (compressor) and to the radially inner convex curvature of the flow channel arranged behind it in the flow direction.
  • the outlet of the at least one nozzle can preferably be arranged at a radial distance from the axis of rotation of the engine, which is between the radial distances of the intersections of the first and second straight lines with the radial plane in which the outlet of the at least one nozzle is arranged.
  • the nozzle device rotates with the shaft of the fan of the jet engine is connected, the axes of rotation of the fan of the jet engine and the nozzle device are arranged essentially concentrically, the nozzles of the nozzle device are at a radial distance from the common axis of rotation of the jet engine and the device that is 0, 6 to 1.2 times, preferably 0 , 6 to 1 times the radius of the first compressor stage, and the outlet openings of the nozzles are arranged in the axial direction behind the plane of the turbofan and / or the nozzles are arranged in the spaces between the turbofan blades and / or are aligned with spaces between the turbofan blades so that the nozzle jets in the can pass through the plane of the turbofan substantially unhindered.
  • the nozzle device has two ring elements 101, 102, with the aid of which the nozzle device is placed on a shaft hub of the turbofan of a jet engine. In the attached state, the ring elements 101, 102 essentially enclose the shaft hub in a form-fitting manner. To the details of the connection of the nozzle device with a shaft hub will on the WO 2009/132847 A1 referred.
  • the two ring elements 101, 102 are connected to one another by radial struts 104.
  • a rotary coupling At the upstream-facing tip of the nozzle device (based on the direction of flow of the engine) there is a rotary coupling, generally designated 105, which has an inlet 110.
  • the rotary coupling 105 can be formed separately from the branching with the pressure connections 106 and can be connected to it, for example, by a short piece of hose, the flexibility of which helps to compensate for possible axis deviations during assembly.
  • Two axially downstream pressure connections 106 extend from this rotary coupling 105.
  • Two pressure hoses 108 can be connected to the pressure connections 106 (in Fig. 1 only one pressure hose 108 is shown for the sake of clarity), the other end of which is connected to the inlet of the flat jet nozzles 107.
  • the length and flexibility of these pressure hoses 108 are dimensioned such that they are designed in the curvatures in the assembled state in such a way that they allow the blasting medium to be conveyed without interference.
  • the axial distance of the rotary coupling 105 from the outlet openings 109 of the nozzles 107 is approximately 1.2 m in the exemplary embodiment. This distance is sufficient that the pressure hoses 108 allow the inlets of the nozzles 107 without too great curvatures of these pressure hoses 108 with the outlets 106 the rotary coupling 105 can connect.
  • the radial distance of the nozzle outlet 109 from the axis of rotation is approximately 270 mm in the exemplary embodiment. It is designed to clean a CF6-50 engine.
  • the main outlet direction of the nozzles 107 (this corresponds essentially to their longitudinal axis) includes an angle of 18 ° with the axis of rotation of the nozzle device.
  • the nozzle device is attached to the shaft hub of a turbofan by means of tensioning cables, as detailed in WO 2009/132847 A1 described.
  • the nozzle device To clean a jet engine, the nozzle device is placed on the shaft hub of the turbofan and fixed to the blades of the turbofan. The engine is rotated (dry-cranking). The flat jet nozzles 107 are fed with cleaning medium from a supply device (not shown) via the rotary coupling 105 and the pressure hoses 108. This cleaning medium sweeps the inlet of the first compressor stage over its entire circumference and thus carries out the cleaning.
  • Figure 3 shows the schematic section of an engine with a particularly preferred compressor geometry.
  • a turbofan blade 301 and the downstream inlet 303 of the compressor 304 are shown relative to the axis of rotation 308 of the engine.
  • the inlet 303 has an edge 305 arranged radially on the outside.
  • a convex curvature 306 of the flow channel 302 of the compressor which is arranged radially on the inside, is arranged behind the edge 305 in the flow direction. This is an inward curvature in the direction of the axis of rotation 308 of the engine. Is behind the curve 306 in the direction of flow a radially outer convex curvature 307 of the flow channel 302.
  • the main outlet direction of the nozzle (s) (in Fig.
  • ⁇ is the angle between the axis of rotation 308 of the engine and a first straight line 310, which is tangent to the convex curvature 306 (at point B 1 ) of the compressor flow channel, which is arranged radially inward in the flow direction and to the flow channel behind it, radially outer convex curvature 307 (at point B 2 ) of the flow channel 302; and where ⁇ is the angle between the axis of rotation 308 of the engine and a second straight line 311, which is arranged as a tangent to the radially outer edge 305 of the inlet 303 of the compressor 304 (at point P) and to the radially inner one arranged downstream in the flow direction convex curvature 306 (at point A) of the flow channel.
  • the outlet of a nozzle can be arranged at a radial distance from the axis of rotation 308 of the engine, which is between the radial distances (x min , x max ) of the intersection points (x 2 , x 1 ) of the first and second straight lines with that radial plane 309, in which the outlet of the nozzle (in Fig. 3 not shown) is arranged.

Landscapes

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Flugzeugstrahltriebwerks.
  • Flugzeugstrahltriebwerke besitzen eine oder mehrere Kompressorstufen, eine Brennkammer, sowie eine oder mehrere Turbinenstufen. In den Turbinenstufen geben die aus der Brennkammer stammenden heißen Verbrennungsgase einen Teil ihrer thermischen und mechanischen Energie ab, die zum Antrieb der Kompressorstufen genutzt wird. Strahltriebwerke von kommerziellen Verkehrsflugzeugen weisen heute überwiegend einen sogenannten Turbofan auf, der stromaufwärts von den Kompressorstufen angeordnet ist und in der Regel einen erheblich größeren Durchmesser als die Kompressorstufen aufweist. Der Turbofan wird ebenfalls durch die Turbinenstufen angetrieben und lässt einen erheblichen Teil der das Triebwerk insgesamt durchströmenden Luft als sogenannten Nebenluftstrom an den Kompressorstufen, der Brennkammer und den Turbinenstufen vorbeiströmen. Durch einen solchen Nebenstrom kann der Wirkungsgrad eines Triebwerks erheblich gesteigert und außerdem noch für eine verbesserte Geräuschdämmung des Triebwerks gesorgt werden.
  • Eine Verschmutzung eines Flugzeugstrahltriebwerks kann zu einer Reduktion des Wirkungsgrades führen, was einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit eine erhöhte Umweltbelastung zur Folge hat. Die Verschmutzung kann beispielsweise durch Insekten, Staub, Salznebel oder sonstigen Umweltverunreinigungen hervorgerufen werden. Teile des Triebwerks können durch Verbrennungsrückstände der Brennkammer kontaminiert werden. Diese Verunreinigungen bilden einen Belag auf den mit Luft durchströmten Teilen eines Flugzeugtriebwerks und beeinträchtigen die Oberflächengüte. Damit wird der thermodynamische Wirkungsgrad des Triebwerks beeinträchtigt. Hierbei sind insbesondere die Schaufeln in den Kompressorstufen zu nennen, deren Verschmutzung einen erheblichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des gesamten Triebwerks hat.
  • Zur Beseitigung von Verunreinigungen ist bekannt, ein Triebwerk mit einer Reinigungsflüssigkeit, in der Regel heißes Wasser, zu reinigen. Aus der WO 2005/120953 ist eine Anordnung bekannt, bei der eine Mehrzahl von Reinigungsdüsen stromaufwärts des Turbofans bzw. der Kompressorstufen angeordnet werden. Die Reinigungsflüssigkeit wird dann in das Triebwerk gesprüht. Das Triebwerk kann sich dabei im sogenannten Dry-Cranking, d.h. die Schaufeln des Triebwerks rotieren, ohne dass in der Brennkammer Kerosin verbrannt wird, drehen. Durch die in das Triebwerk eingebrachte Reinigungsflüssigkeit sollen Verschmutzungen von den Oberflächen der Triebwerkskomponenten abgewaschen werden.
  • Alternativ zur Verwendung von Wasser als Reinigungsmedium ist die Verwendung von Kohlenstaub bekannt. Der Kohlenstaub wird dabei wie das Wasser durch Düsen in das Triebwerk eingebracht und trägt Verunreinigungen von Oberflächen aufgrund von abrasiven Effekten ab. Allerdings wird durch den Kohlenstaub auch die Oberfläche der Triebwerksteile angegriffen, weshalb ein Reinigungsmedium wie Kohlenstaub sich nicht für die regelmäßige Reinigung von Flugzeugtriebwerken eignet. Außerdem bleiben beim Reinigen mit Kohlenstaub ungewünschte Reste des Reinigungsmaterials im Triebwerk zurück.
  • WO 2009/132847 A1 offenbart ein Verfahren zum Reinigen von Strahltriebwerken unter Verwendung von festem Kohlendioxid als Reinigungsmedium.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine verbesserte Reinigung von Flugzeugtriebwerken ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Reinigen eines Strahltriebwerks mit einem Reinigungsmedium, das Feststoffe enthält. Die Feststoffe werden mittels eines Trägergases durch wenigstens eine Düse in das Triebwerk eingebracht. Das Reinigungsmedium umfasst erfindungsgemäß somit zumindest ein Trägergas sowie Feststoffe, bevorzugt ausschließlich Trägergas und Feststoffe. Ein Trägergas ist ein bei der Anwendungstemperatur gasförmiges Medium, bevorzugt kann Druckluft verwendet werden. Bei den Feststoffen kann es sich um bei der Anwendungstemperatur stabile Feststoffe wie beispielsweise Kunststoffperlen, Glasperlen oder Kohlenstaub handeln. Bevorzugt werden jedoch thermolabile Feststoffe wie beispielsweise festes Kohlendioxid und/oder Eis (Wassereis) verwendet.
  • Die Erfindung hat erkannt, dass durch die beanspruchten Verfahrensparameter eine wirksame Reinigung insbesondere des Kompressors oder Verdichters eines Triebwerks möglich ist. Erfindungsgemäß folgt das Reinigungsmedium der Strömung im Verdichter und erzielt einen Reinigungseffekt in sämtlichen Stufen des Verdichters, insbesondere auch in den hintersten Stufen. Erfindungsgemäß wird insbesondere erreicht, dass thermolabile Feststoffe wie insbesondere Kohlendioxid oder Eis nicht bereits in den vorderen Stufen des Verdichters sämtliche kinetische Energie abgeben und/oder sublimieren oder schmelzen. Stattdessen wird durch die erfindungsgemäßen Parameter den Feststoffen lediglich ein Grundimpuls mitgegeben, der sie in das Triebwerk fördert. Anschließend wird der Feststoff vom Gasstrom im Triebwerk mitgenommen und so auch in die hintersten Verdichterstufen gefördert. Der Druck des Trägergases beträgt daher erfindungsgemäß 1 bis 5 bar, vorzugsweise 2 bis 4 bar. Ein besonders bevorzugter Druck ist 3 bar.
  • Um die gewünschte Mitnahme der Feststoffe durch den Luftstrom im Verdichter zu ermöglichen, ohne dass die Feststoffe vorzeitig gegen die innere oder äußere Verdichterwand stoßen, sollte die Austrittsrichtung der Düse (im Rahmen der Erfindung bezeichnet dieser Begriff die Hauptaustrittsrichtung) möglichst weit in den Verdichter hineinreichen, ohne dass diese Austrittsrichtung bzw. ihre gedachte Achse die Wände des Verdichters berührt. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Austritt der wenigstens einen Düse in einem Radialabstand von der Rotationsachse des Triebwerks angeordnet wird, der dem 0, 6 bis 1,2 fachen, vorzugsweise dem 0, 6 bis lfachen des Radius der stromauf gerichteten Eintrittsöffnung der ersten Kompressorstufe entspricht. Der Austritt liegt somit in Radialrichtung näher an der äußeren Verdichterwand als an der Rotationsachse des Triebwerks bzw. Verdichters. Die Hauptaustrittsrichtung der Düse ist erfindungsgemäß schräg nach innen zur Rotationsachse des Triebwerks hin gerichtet und schließt mit dieser Achse einen Winkel von 10 bis 30°, vorzugsweise 12 bis 25°, weiter vorzugsweise 16 bis 19° ein.
  • Die Kombination dieser erfindungsgemäßen Verfahrensparameter erlaubt eine wirkungsvolle Reinigung des Verdichters (Core Engine) von Strahltriebwerken über deren gesamte Länge, insbesondere auch in den in Strömungsrichtung hinteren Stufen.
  • Eine im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugte Kompressorgeometrie weist einen gekrümmten Strömungskanal auf, mit einer in Strömungsrichtung vorderen, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals und einer in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial außen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff der in Strömungsrichtung vorderen, radial innen angeordneten konvexen Krümmung eine Einwärtskrümmung des Strömungskanals in Richtung der Rotationsachse des Strahltriebwerks und der Begriff der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial außen angeordneten konvexen Krümmung eine Auswärtskrümmung des Strömungskanals. In einer für diese besonders bevorzugte Kompressorgeometrie vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Hauptaustrittsrichtung der wenigstens einen Düse mit der Rotationsachse des Triebwerks vorzugsweise einen Winkel einschließen, der zwischen β und α liegt; wobei β der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer ersten Geraden, die als Tangente an der in Strömungsrichtung vorderen, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals des Kompressors und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial außen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft; und wobei α der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer zweiten Geraden, die als Tangente an dem radial außen angeordneten Rand des Einlaufs des Kompressors (Verdichters) und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft. Ferner kann der Austritt der wenigstens einen Düse vorzugsweise in einem Radialabstand von der Rotationsachse des Triebwerks angeordnet werden, der zwischen den Radialabständen der Schnittpunkte der ersten und zweiten Geraden mit derjenigen Radialebene liegt, in der der Austritt der wenigstens einen Düse angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Begriff Radialebene eine senkrecht zur Rotationsachse angeordnete Ebene.
  • Die Feststoffe sind erfindungsgemäß bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus festem Kohlendioxid und Wassereis. Besonders bevorzugt ist festes Kohlendioxid. Kohlendioxid und/oder Wassereis können besonders bevorzugt in Form von Pellets verwendet werden. Ebenfalls möglich ist die Verwendung von Wassereis als zerkleinertes Eis (sog. crushed ice).
  • Pellets können in einem sog. Pelletiser aus flüssigem CO2 hergestellt werden und sind gut lagerungsfähig. Es kann vorgesehen sein, dass eine Versorgungseinrichtung bereits vorgefertigte Pellets mit Hilfe des Trägergases zur Düseneinrichtung befördert. Es ist aber auch möglich, dass die Versorgungseinrichtung eine Vorrichtung aufweist, um aus flüssigem Kohlendioxid feste Kohlendioxidpellets bzw. festen Kohlendioxidschnee herzustellen, und diese mit dem Trägergas zur Düseneinrichtung befördert. In beiden Fällen tritt das feste Kohlendioxid aus den Düsen der Düseneinrichtung aus und gelangt in das zu reinigende Triebwerk. In dem Dokument "Carbon Dioxide Blasting Operations" der US-Streitkräfte ist die Technik zur Herstellung von CO2 - Pellets beschrieben. Pellets werden bspw. durch eine Verdichtung von festem CO2 (bspw. Flocken) in einem Pelletiser oder dergleichen gewonnen. Die Herstellung von Eispellets (Wassereis) ist dem Fachmann geläufig und bedarf hier keiner näheren Erläuterung.
  • In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Reinigungsmedium festes Kohlendioxid und Wassereis im Massenverhältnis 5:1 bis 1:5, vorzugsweise 1:2 bis 2:1 aufweisen. Grundsätzlich ist es zwar bereits bekannt ( WO 2012/123098 A1 ), eine Mischung von Pellets aus Kohlendioxid und Eis als festes Strahlmittel zur Reinigung von Oberflächen vorzusehen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Mischung in besonders vorteilhafter Weise zur Reinigung von Strahltriebwerken eingesetzt werden kann, da der größere Teil des festen Kohlendioxid bereits im vorderen Bereich des Kompressors sublimiert und diesen zum einen durch die kinetische Energie der Kollision und durch thermische Effekte reinigt. Aufgrund der durch das Kohlendioxid induzierten Wärme-Kälte-Spannung werden Verunreinigungen von den Oberflächen der Triebwerksteile abgelöst. Das erfindungsgemäß in der Mischung zugesetzte Eis weist eine höhere Härte und längere Haltbarkeit auf als festes Kohlendioxid. Dadurch verbessert es zum einen den mechanischen Reinigungseffekt durch die kinetische Energie des Aufpralls und ist besser in der Lage, den Kompressor insgesamt bis zu den hinteren Stufen zu durchdringen und auch dort noch eine Reinigungswirkung zu entfalten. Die erfindungsgemäß eingesetzte Mischung bewirkt zum einen eine weitgehend vollständige und gleichmäßige Reinigung aller Stufen des Kompressors und trägt zum anderen nur vergleichsweise geringe Mengen Wasser in das Triebwerk ein. Dieses eingetragene Wasser wird erfindungsgemäß in der Regel durch das eingesetzte Trägergas (vorzugsweise Luft) bzw. durch den beim Dry-Cranking durch das Triebwerk strömenden Luftstrom größtenteils aus dem Triebwerk abtransportiert.
  • Die mittlere Größe der verwendeten Pellets liegt bevorzugt im Bereich 1 bis 10 mm, bevorzugt kann sie etwa 3 mm betragen. Wenn längliche Pellets verwendet werden, kann deren Länge beispielsweise 3 bis 6 mm betragen, die Abmessung quer zur Längserstreckung beispielsweise etwa 3 mm.
  • Bevorzugt werden die Feststoffe mit einem Massenstrom von 100 bis 2000 kg/h, weiter vorzugsweise 200 bis 1500 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 2000 kg/h, weiter vorzugsweise 400 bis 2000 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 1200 kg/h, weiter vorzugsweise 400 bis 1200 kg/h, weiter vorzugsweise 100 bis 600 kg/h, weiter vorzugsweise 200 bis 500 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 450 kg/h eingebracht. Die Dauer des Reinigungsvorgangs (reine Strahlzeit ohne Pausen) beträgt bevorzugt 1 bis 15 min, weiter vorzugsweise 2 bis 10 min, weiter vorzugsweise 4 bis 8 min. Somit kann beispielsweise während eines Reinigungsvorgangs 1,5 bis 200 kg, vorzugsweise 35 bis 200 kg, weiter vorzugsweise 40 bis 200 kg, weiter vorzugsweise 40 bis 120 kg, weiter vorzugsweise 1,5 bis 50 kg, weiter vorzugsweise 3 bis 35 kg, weiter vorzugsweise 7 bis 25 kg Feststoff in das Triebwerk eingebracht werden.
  • Bevorzugt ist die Düse bzw. sind die Düsen Flachstrahldüsen, beispielsweise Flachstrahldüsen mit einem Öffnungswinkel von 1°.
  • Das Dry-Cranking bzw. Rotierenlassen des Strahltriebwerks während des Reinigungsvorgangs erfolgt bevorzugt mit einer Fan-Drehzahl von 50 bis 500 min-1, vorzugsweise 100 bis 300 min-1, weiter vorzugsweise 120 bis 250 min-1. Besonders bevorzugt ist eine Fan-Drehzahl zwischen 150 und 250 min-1. Das Reinigen kann auch im Leerlaufbetrieb des Triebwerks stattfinden. Die Drehzahl beträgt dann bevorzugt 500 bis 1500 min-1.
  • Bevorzugt ist ferner eine Düseneinrichtung mit wenigstens einer Düse, die zum Einbringen von Reinigungsmediums enthaltend Feststoffe in ein Strahltriebwerk ausgebildet ist, die Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Turbofans eines Strahltriebwerks aufweist, und die eine Drehkupplung aufweist, an die eine Leitungsverbindung anschließbar ist.
  • In einer ersten Variante ist vorgesehen, dass die Leitungen zur Führung des Reinigungsmediums von der Drehkupplung zu den Düsen so ausgebildet sind, dass die in den Leitungen vorhandenen Krümmungen so ausgebildet sind, dass festes Kohlendioxid der Strömung ungehindert folgen kann und nicht an den Rohrwandungen aufgrund zu enger Krümmungsradien sublimiert.
  • In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verbindung des düsenseitigen Auslasses der Drehkupplung mit dem Einlass der wenigstens einen Düse mittels eines flexiblen Schlauchs erfolgt.
  • Ein Grundgedanke ist es, dass die Leitungen für das Reinigungsmedium von der Drehkupplung bis zum Austritt der Düse möglichst sanfte und nicht zu große Übergangswinkel bzw. Krümmungswinkel aufweisen, um so eine möglichst reibungsarme Förderung der Feststoffe mittels des Trägergases zu ermöglichen. Bei der zweiten Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung von bevorzugt demontierbaren Schläuchen durch deren Flexibilität eine hinreichend sanft gekrümmte Führung der Feststoffe. Auf der anderen Seite sorgen die Schläuche dafür, dass die Düseneinrichtung für die Lagerung und den Transport hinreichend klein und nicht zu ausladend ist, insbesondere können für Transport und Lagerung die Schläuche bevorzugt demontiert und separat transportiert oder aufbewahrt werden.
  • Eine Leitungsverbindung verbindet die Düseneinrichtung mit einer Versorgungseinrichtung, diese Versorgungseinrichtung stellt das Reinigungsmedium zur Verfügung (beispielsweise in Tanks) und kann mit Bedienungs- und Antriebseinrichtungen, Pumpen, Energiespeichern oder dergleichen versehen sein. Sie ist vorzugsweise als mobile, insbesondere fahrbare Einheit ausgebildet.
  • Die Düseneinrichtung weist eine oder mehrere Düsen auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Düseneinrichtung wenigstens zwei Düsen aufweist.
  • Durch die drehfeste Verbindung mit der Welle kann die Düseneinrichtung beim Dry-Cranking, d.h. beim langsamen Durchdrehen des Triebwerks ohne Einspritzung von Kerosin, mitrotieren.
  • Der Begriff der Drehkupplung zwischen Düseneinrichtung und der Leitungsverbindung ist funktionell zu verstehen und bezeichnet jegliche Einrichtung, die sich zum Herstellen einer hinreichend stabilen, bevorzugt druckfesten und dichten Verbindung zwischen dem stationärem Teil der Leitungsverbindung und der mit dem Fan mitrotierenden Düseneinrichtung eignet. Zweck der Drehkupplung ist es, das Reinigungsmedium aus der stationären Versorgungseinrichtung in die mitdrehende Düseneinrichtung zu leiten und dann aus den Düsen austreten zu lassen.
  • Die Drehkupplung befindet sich bevorzugt im vorderen Bereich der Düseneinrichtung, d.h. in demjenigen Bereich, der im montierten Zustand stromaufwärts, also weg vom Einlass des Strahltriebwerks, weist. Die Austrittsöffnung der Düsen ist dementsprechend im davon wegweisenden axialen Endbereich der Düseneinrichtung vorgesehen, also im montierten Zustand in dem stromabwärts liegenden Endbereich. Diese Anordnung ermöglicht es, die Düsen bei der Montage auf der Welle des Fans eines Turbofan-Triebwerks entweder durch die Zwischenräume der Schaufeln hindurchzustecken, so dass sie unmittelbar vor der ersten Kompressorstufe angeordnet sind, oder aber zumindest gezielt so auszurichten, dass sie durch die Zwischenräume der Schaufeln des Turbofans hindurch direkt auf die erste Kompressorstufe sprühen.
  • Bevorzugt liegt der düsenseitige Auslass der Drehkupplung diametral gegenüber dem Einlass. Der Einlass weist bevorzugt in Axialrichtung und stromauf, also in diejenige Richtung, aus der im montierten Zustand der Düseneinrichtung an einem Triebwerk der Anstrom des Triebwerks erfolgt. Der diametral gegenüberliegende Auslass erfolgt dann ebenfalls in Axialrichtung stromab. Auf diese Art und Weise erfährt das Reinigungsmedium innerhalb der Drehkupplung keine oder allenfalls eine geringfügige Änderung der Strömungsrichtung, so dass es zu keiner unerwünschten Reibung der Feststoffe durch Krümmungen bzw. zu enge Krümmungen der Leitungen kommt.
  • Bei der Düseneinrichtung sind die Düse oder die Düsen im radial äußeren Bereich angeordnet, während die Drehkupplung üblicherweise in der Drehachse bzw. Rotationsachse angeordnet ist. Um eine Führung des Reinigungsmediums durch Leitungen bzw. flexible Schläuche mit geringen Krümmungen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Drehkupplung, die üblicherweise das stromauf gerichtete axiale Ende der Düseneinrichtung darstellt, von den Mitteln zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Turbofans, die üblicherweise das stromab gerichtete Ende der Düseneinrichtung darstellen, einen hinreichend großen axialen Abstand aufweist, der eine Führung der Leitungen von der Drehkupplung zu den Düsen mit hinreichend großen Krümmungsradien erlaubt bzw. erleichtert. Bevorzugt kann beispielsweise der axiale Abstand der Drehkupplung von den genannten Mitteln zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Turbofans 0,2 bis 2 m, weiter vorzugsweise 0,5 bis 2 m, weiter vorzugsweise 0,75 bis 1,25 m betragen. Ferner kann die Führung des Reinigungsmediums vom Einlass der wenigstens einen Düse bis zum Düsenaustritt im wesentlichen geradlinig ausgebildet sein. Innerhalb der eigentlichen Düse erfolgt somit keine Umlenkung des Reinigungsmediums zwischen Eintritt und Austritt.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Düseneinrichtung so am Turbofan befestigt ist, dass ihre Düsen zwischen den Schaufeln des Turbofans hindurchweisen. Dadurch wird eine gezielte Reinigung der Kompressorstufen und daran anschließend der Brennkammer bzw. Turbinenstufen erreicht. Die beim Dry-Cranking mitdrehenden Düsen bestreichen dabei die erste Kompressorstufe gleichmäßig über den gesamten Umfang. Das Reinigungsmedium unterliegt dabei keiner Beeinträchtigung durch den in Strömungsrichtung davor angeordneten Turbofan und die Sprührichtung des Reinigungsmediums kann so an den Anstellwinkel der Schaufeln der ersten Kompressorstufe angepasst werden.
  • 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 Vorrichtung im montierten Zustand. Bevorzugt weist die Düseneinrichtung wenigstens zwei oder mehr Düsen auf, die bevorzugt rotationssymmetrisch um die Drehachse verteilt sind. Die Düsen sind bevorzugt als Flachstrahldüsen ausgebildet, die bevorzugt beispielsweise einen Öffnungswinkel von 1° aufweisen können.
  • Der radiale Abstand des Düsenaustritts von der Rotationsachse des Triebwerks und damit auch der Düseneinrichtung kann erfindungsgemäß beispielsweise 200 bis 800 mm, weiter vorzugsweise 400 bis 750 mm, weiter vorzugsweise 600 bis 700 mm, weiter vorzugsweise 200 bis 400 mm, weiter vorzugsweise 230 bis 300 mm, weiter vorzugsweise 260 bis 280 mm betragen. Diese Werte hängen vom zu reinigenden Treibwerk ab und können dementsprechend variieren. Der bevorzugte Abstand von 260 bis 280 mm ist beispielsweise geeignet, die Core-Engine eines CF6-50-Triebwerks zu reinigen. Der bevorzugte Abstand von 600 bis 700 mm ist beispielsweise geeignet, die Core-Engine eines CF6-80-Triebwerks zu reinigen. Bei montierter Düseneinrichtung befindet sich der Düsenaustritt dann im Bereich des radial äußeren Rands des Eintritts des Verdichters.
  • Die Strahlebene bzw. Hauptaustrittsrichtung der Düse(n) ist schräg nach innen zur Rotationsachse des Triebwerks hin gerichtet und schließt mit dieser Achse einen Winkel von 10 bis 30°, vorzugsweise 12 bis 25°, weiter vorzugsweise 16 bis 19° ein. Die genannten Werte können abhängig vom zu reinigenden Treibwerk variieren und sollten so gewählt werden, dass die Hauptaustrittsrichtung der Düse (bzw. deren gedachte Verlängerung) möglichst weit in den Verdichter hineinragt, ohne Innen- oder Außenwände des Verdichters zu berühren.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Strahlebene bzw. Hauptaustrittsrichtung der Düse(n) mit der Rotationsachse des Triebwerks vorzugsweise einen Winkel einschließen, der zwischen β und α liegt; wobei β der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer ersten Geraden, die als Tangente an der in Strömungsrichtung vorderen, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals des Kompressors und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial außen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft; und wobei α der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer zweiten Geraden, die als Tangente an dem radial außen angeordneten Rand des Einlaufs des Kompressors (Verdichters) und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft.
  • Die Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Turbofans des Strahltriebwerks umfassen bevorzugt Befestigungsmittel zur Befestigung an den Turbofanschaufeln, wie beispielsweise geeignet ausgebildete Haken, mit denen die Düseneinrichtung an den Hinterkanten (die stromabwärts liegenden Kanten) der Schaufeln des Turbofans eingehakt werden kann.
  • Die Düseneinrichtung kann zur drehfesten Fixierung mit der Welle des Turbofans eine Einrichtung zum im Wesentlichen formschlüssigen Aufsetzen auf die Wellennabe des Fans aufweisen. Turbofan-Triebwerke weisen nämlich in der Regel auf dem stromaufwärts gelegenen Ende 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 Turbofanschaufeln fixiert werden, verspannt werden. Federeinrichtungen können 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 Turbofanschaufeln, bevorzugt an deren Hinterkante, befestigt.
  • Eine Versorgungseinrichtung für das Reinigungsmedium weist bevorzugt Vorratstanks für die Bestandteile des Reinigungsmediums und wenigstens eine Pumpe zur Druckbeaufschlagung der Düseneinrichtung mit dem Reinigungsmedium auf. Es wird ein Trägergas, vorzugsweise Luft, eingesetzt. Das Trägergas kann vorbehandelt sein, beispielsweise kann es getrocknet werden, damit es einen möglichst großen Anteil von in das Triebwerk eingetragenen Wassers aufnehmen und abführen kann. Es kann vorgesehen sein, dass Trägergas zu kühlen, damit Eispellets und/oder Kohlendioxidpellets im Trägergasstrom möglichst beständig sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Trägergasstrom zu erwärmen, beispielsweise auf etwa 80 °C. Dies erscheint bspw. für Kohlendioxidpellets zunächst widersinnig, da es die Beständigkeit der Pellets vermindert. Die Erfindung hat jedoch erkannt, dass der warme Trägergasstrom dem Triebwerksinneren Wärmeenergie zuführt, die die Abkühlung durch das Reinigungsmedium ausgleicht. Dies verhindert, dass durch zu starke Abkühlung das feste Kohlendioxid nur noch eine unzureichende Reinigungswirkung entfalten kann (aufgrund des zu geringen Temperaturunterschieds). Auch kann so verhindert werden, dass im Triebwerksinneren verbleibendes Wasser im Fall der Verwendung von Wassereis als Reinigungsmedium fest friert. Da das Trägergas nur über einen sehr kurzen Zeitraum auf die kalten Pellets einwirkt, bevor diese ihre Reinigungswirkung entfalten können, fällt der Einfluss des erwärmten Trägergases auf die Pellets nicht oder kaum ins Gewicht.
  • Die Strahlebene bzw. Hauptaustrittsrichtung der Düse(n) ist schräg nach innen zur Rotationsachse des Triebwerks hin gerichtet und schließt mit dieser Achse einen Winkel von 10 bis 30°, vorzugsweise 12 bis 25°, weiter vorzugsweise 16 bis 19° ein.
  • Der Austritt der wenigstens einen Düse in einem Radialabstand von der Rotationsachse des Triebwerks angeordnet, der dem 0, 6 bis 1,2 fachen, vorzugsweise dem 0, 6 bis lfachen des Radius der stromauf gerichteten Eintrittöffnung der ersten Kompressorstufe entspricht. Der Austritt liegt somit in Radialrichtung näher an der äußeren Verdichterwand als an der Rotationsachse des Triebwerks bzw. Verdichters.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Hauptaustrittsrichtung der Düse(n) mit der Rotationsachse des Triebwerks einen Winkel einschließen, der zwischen β und α liegt; wobei β der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer ersten Geraden, die als Tangente an der in Strömungsrichtung vorderen, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals des Kompressors und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial außen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft; und wobei α der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer zweiten Geraden, die als Tangente an dem radial außen angeordneten Rand des Einlaufs des Kompressors (Verdichters) und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft. Ferner kann der Austritt der wenigstens einen Düse vorzugsweise in einem Radialabstand von der Rotationsachse des Triebwerks angeordnet werden, der zwischen den Radialabständen der Schnittpunkte der ersten und zweiten Geraden mit derjenigen Radialebene liegt, in der der Austritt der wenigstens einen Düse angeordnet ist.
  • Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Düseneinrichtung drehfest mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks verbunden ist, die Drehachsen des Fans des Strahltriebwerks und der Düseneinrichtung im wesentlichen konzentrisch angeordnet sind, die Düsen der Düseneinrichtung einen radialen Abstand von der gemeinsamen Drehachse des Strahltriebwerks und der Vorrichtung aufweisen, der dem 0, 6 bis 1,2 fachen, vorzugsweise dem 0, 6 bis lfachen des Radius der ersten Kompressorstufe entspricht, und die Austrittsöffnungen der Düsen in Axialrichtung hinter der Ebene des Turbofans angeordnet und/oder die Düsen in den Zwischenräumen der Turbofanschaufeln angeordnet und/oder auf Zwischenräume der Turbofanschaufeln ausgerichtet sind, so dass die Düsenstrahlen im wesentlichen ungehindert durch die Ebene des Turbofans hindurchtreten können.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    eine erste Ansicht einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung;
    Fig. 2
    eine zweite Ansicht einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung;
    Fig. 3
    eine Ansicht einer besonders bevorzugten Kompressorgeometrie.
  • Die Düseneinrichtung weist zwei Ringelemente 101, 102 auf, mit deren Hilfe die Düseneinrichtung auf eine Wellennabe des Turbofans eines Strahltriebwerks aufgesetzt wird. Im aufgesetzten Zustand umschließen die Ringelemente 101, 102 die Wellennabe im Wesentlichen formschlüssig. Zu den Details der Verbindung der Düseneinrichtung mit einer Wellennabe wird auf die WO 2009/132847 A1 verwiesen. Die beiden Ringelemente 101, 102 sind durch Radialstreben 104 miteinander verbunden. An der stromauf weisenden Spitze der Düseneinrichtung (bezogen auf die Strömungsrichtung des Triebwerks) ist eine insgesamt mit 105 bezeichnete Drehkupplung angeordnet, die einen Einlass 110 aufweist. Die Drehkupplung 105 kann alternativ von der Verzweigung mit den Druckanschlüssen 106 getrennt ausgebildet sein und bspw. durch ein kurzes Schlauchstück damit verbunden sein, dessen Flexibilität mögliche Achsabweichungen bei der Montage ausgleichen hilft. Von dieser Drehkupplung 105 erstrecken sich zwei axial stromab führende Druckanschlüsse 106. An die Druckanschlüsse 106 können zwei Druckschläuche 108 angeschlossen werden (in Fig. 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Druckschlauch 108 dargestellt), deren jeweils anderes Ende mit dem Eingang der Flachstrahldüsen 107 verbunden wird. Die Länge und Flexibilität dieser Druckschläuche 108 ist so bemessen, dass diese im montierten Zustand in den Krümmungen so ausgebildet sind, dass diese eine störungsfreie Förderung des Strahlmediums erlauben. Aufgrund der großen Krümmungsradien können Feststoffe und insbesondere Pellets vom Eingang der Drehkupplung 105 bis zum Düsenaustritt 109 der Flachstrahldüsen 107 reibungsarm transportiert werden. Die beiden Flachstrahldüsen 107 werden so mit Reinigungsmedium gespeist.
  • Der axiale Abstand der Drehkupplung 105 von den Austrittsöffnungen 109 der Düsen 107 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1,2 m. Dieser Abstand ist hinreichend, dass die Druckschläuche 108 die Einlässe der Düsen 107 ohne zu große Krümmungen dieser Druckschläuche 108 mit den Auslässen 106 der Drehkupplung 105 verbinden können. Der radiale Abstand des Düsenaustritts 109 von der Rotationsachse beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 270 mm. Er ist abgestimmt auf die Reinigung eines CF6-50-Triebwerks. Die Hauptaustrittsrichtung der Düsen 107 (diese entspricht im wesentlichen ihrer Längsachse) schließt mit der Rotationsachse der Düseneinrichtung einen Winkel von 18° ein.
  • Die Befestigung der Düseneinrichtung an der Wellennabe eines Turbofans erfolgt mittels Spannseilen, wie detailliert in WO 2009/132847 A1 beschrieben.
  • Zum Reinigen eines Strahltriebwerks wird die Düseneinrichtung auf die Wellennabe des Turbofans aufgesetzt und an den Schaufeln des Turbofans fixiert. Das Triebwerk wird in Drehung versetzt (dry-cranking). Über die Drehkupplung 105 und die Druckschläuche 108 werden die Flachstrahldüsen 107 mit Reinigungsmedium aus einer nicht dargestellten Versorgungseinrichtung gespeist. Dieses Reinigungsmedium überstreicht den Einlass der ersten Kompressorstufe über deren gesamten Umfang und führt so die Reinigung aus.
  • Figur 3 zeigt den schematischen Ausschnitt eines Triebwerks mit einer besonders bevorzugten Kompressorgeometrie. Abgebildet sind eine Turbofanschaufel 301 und der stromabwärts angeordnete Einlauf 303 des Kompressors 304 relativ zur Rotationsachse 308 des Triebwerks. Der Einlauf 303 weist einen radial außen angeordneten Rand 305 auf. In Strömungsrichtung hinter dem Rand 305 ist eine radial innen angeordnete konvexe Krümmung 306 des Strömungskanals 302 des Kompressors angeordnet. Hierbei handelt es sich um eine Einwärtskrümmung in Richtung der Rotationsachse 308 des Triebwerks. In Strömungsrichtung hinter der Krümmung 306 ist eine radial außen angeordnete konvexe Krümmung 307 des Strömungskanals 302. Die Hauptaustrittsrichtung der Düse(n) (in Fig. 3 nicht gezeigt)können mit der Rotationsachse 308 des Triebwerks vorzugsweise einen Winkel einschließen, der zwischen den Winkeln β und α liegt; wobei β der Winkel ist zwischen der Rotationsachse 308 des Triebwerks und einer ersten Geraden 310, die als Tangente an der in Strömungsrichtung vorderen, radial innen angeordneten konvexen Krümmung 306 (an Punkt B1) des Strömungskanals des Kompressors und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial außen angeordneten konvexen Krümmung 307 (an Punkt B2) des Strömungskanals 302 verläuft; und wobei α der Winkel ist zwischen der Rotationsachse 308 des Triebwerks und einer zweiten Geraden 311, die als Tangente an dem radial außen angeordneten Rand 305 des Einlaufs 303 des Kompressors 304 (an Punkt P) und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial innen angeordneten konvexen Krümmung 306 (an Punkt A)des Strömungskanals verläuft. Ferner kann der Austritt einer (nicht gezeigten) Düse in einem Radialabstand von der Rotationsachse 308 des Triebwerks angeordnet sein, der zwischen den Radialabständen (xmin, xmax) der Schnittpunkte (x2, x1) der ersten und zweiten Geraden mit derjenigen Radialebene 309 liegt, in der der Austritt der Düse (in Fig. 3 nicht gezeigt) angeordnet ist.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Reinigen eines Strahltriebwerks mit einem Reinigungsmedium, das Feststoffe enthält, die mit wenigstens einer Düse (107) mittels eines Trägergases in das Triebwerk eingebracht werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    a) der Druck des Trägergases beträgt 1 bis 5 bar, vorzugsweise 2 bis 4 bar,
    b) der Austritt (109)der wenigstens einen Düse (107) wird in einem Radialabstand von der Rotationsachse des Triebwerks angeordnet, der dem 0,6 bis 1,2 fachen des Radius der stromauf gerichteten Eintrittsöffnung der ersten Kompressorstufe entspricht,
    c) die Hauptaustrittsrichtung der Düse (107) schließt mit der Rotationsachse des Triebwerks einen Winkel von 10 bis 30°, vorzugsweise 12 bis 25°, weiter vorzugsweise 16 bis 19° ein.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt (109)der wenigstens einen Düse (107) in einem Radialabstand von der Rotationsachse des Triebwerks angeordnet wird, der dem 0,6 bis lfachen des Radius der stromauf gerichteten Eintrittsöffnung der ersten Kompressorstufe entspricht.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    die Hauptaustrittsrichtung der wenigstens einen Düse (107) schließt mit der Rotationsachse des Triebwerks einen Winkel ein, der zwischen β und α liegt;
    wobei
    β der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer ersten Geraden, die als Tangente an der in Strömungsrichtung vorderen, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals des Kompressors und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial außen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft;
    α der Winkel ist zwischen der Rotationsachse des Triebwerks und einer zweiten Geraden, die als Tangente an dem radial außen angeordneten Rand des Einlaufs des Kompressors und an der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten, radial innen angeordneten konvexen Krümmung des Strömungskanals verläuft;
    der Austritt (109) der wenigstens einen Düse (107) wird in einem Radialabstand von der Rotationsachse des Triebwerks angeordnet, der zwischen den Radialabständen der Schnittpunkte der ersten und zweiten Geraden mit derjenigen Radialebene, in der der Austritt (109) angeordnet ist, liegt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffe ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus festem Kohlendioxid und Wassereis.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid und/oder Wassereis in Form von Pellets oder in sonstiger Form zerkleinert vorliegt und verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium festes Kohlendioxid und Wassereis im Massenverhältnis 5:1 bis 1:5, vorzugsweise 1:2 bis 2:1 aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Kohlendioxid und/oder das Wassereis eine Pelletgröße von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 6 mm, aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffe mit einem Massenstrom von 100 bis 2000 kg/h, vorzugsweise 200 bis 1500 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 2000 kg/h, weiter vorzugsweise 400 bis 2000 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 1200 kg/h, weiter vorzugsweise 400 bis 1200 kg/h, weiter vorzugsweise 100 bis 600 kg/h, weiter vorzugsweise 200 bis 500 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 450 kg/h eingebracht werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigen des Strahltriebwerks (50) über einen Zeitraum von 1 bis 15 min, vorzugsweise 2 bis 10 min, weiter vorzugsweise 4 bis 8 min durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Reinigungsvorgangs 1,5 bis 200 kg, vorzugsweise 35 bis 200 kg, weiter vorzugsweise 40 bis 200 kg, weiter vorzugsweise 40 bis 120 kg, weiter vorzugsweise 1,5 bis 50 kg, weiter vorzugsweise 3 bis 35 kg, weiter vorzugsweise 7 bis 25 kg Feststoff in das Triebwerk eingebracht werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (107) eine Flachstrahldüse ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahltriebwerk mit einer Fan-Drehzahl von 50 bis 500 min-1, vorzugsweise 100 bis 300 min-1, weiter vorzugsweise 120 bis 250 min-1 rotieren gelassen wird.
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