ES2297725T3 - Sistema para limpiar un motor aeronautico de turbina de gas. - Google Patents

Abstract

Un sistema de limpieza para limpiar un motor (1) de turbina de gas, estando dispuesto dicho sistema de limpieza en un vehículo (33) móvil que comprende un dispositivo (33; 90) de pulverización que incluye al menos una boquilla (54) acoplada a un cuerpo (50, 91) que lleva boquillas adaptado para inyectar líquido dentro de una entrada (110) de dicho motor durante una operación de limpieza; una unidad (31, 35) de limpieza adaptada para distribuir dicho líquido a dicho dispositivo (33; 90) de pulverización; y un dispositivo (34) de posicionamiento adaptado para mover dicho dispositivo de pulverización en tres dimensiones, permitiendo de ese modo una posicionamiento de dicho dispositivo (33; 90) de pulverización en una posición de operación de limpieza en dichas tres dimensiones con respecto a dicha entrada (110) de motor sin contacto entre el dispositivo (33; 90) de pulverización y el motor (1); y un panel (113) de control adaptado para permitir a un operador ajustar la posición de dicho dispositivo (33; 90) de pulverización en tres dimensiones con respecto a dicha entrada (110) del motor mediante dicho dispositivo (34) de posicionamiento.

Description

Sistema para limpiar un motor aeronáutico de turbina de gas.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general al campo de la limpieza de motores de turbina de gas y, más específicamente, a sistemas y a un vehículo para limpiar un motor de turbina de gas instalado en un avión.

Antecedentes de la invención

Un motor de turbina de gas de un avión comprende un compresor que comprime aire ambiente, una cámara de combustión que quema combustible junto con el aire comprimido y una turbina para alimentar el compresor. Los gases de combustión expansivos accionan la turbina y también dan como resultado un empuje para la propulsión.

Un avión que vuela a una gran altitud ingiere el aire limpio que predomina en esas altitudes. Sin embargo, en los aeródromos el aire contiene partículas extrañas en forma de aerosoles que entran en el motor con la corriente de aire. Las partículas típicas encontradas en el aeródromo son polen, insectos, hidrocarburos que provienen de actividades industriales y sal que proviene de un mar cercano. Mientras que el avión está en tierra en el aeropuerto, hay partículas adicionales a considerar tales como residuos de combustión en el tubo de escape del motor a partir del rodaje del avión sobre tierra, sustancias químicas que provienen de material de descongelación para aviones y terrestre como el polvo. La mayoría de las partículas extrañas seguirán la trayectoria del gas a través del motor y saldrán con los gases de escape. Sin embargo, hay partículas con propiedades de adhesión a componentes en la trayectoria del gas del motor, especialmente en la sección del compresor del motor. Esto se conoce como ensuciamiento.

El ensuciamiento del compresor da como resultado un cambio en las propiedades de la corriente de aire de la capa límite de los componentes del compresor. La presencia de partículas extrañas da como resultado un aumento de la rugosidad de la superficie de los componentes. Como el aire fluye sobre la superficie, el aumento de la rugosidad de la superficie da como resultado un espesamiento de la corriente de aire de la capa límite. El espesamiento de la corriente de aire de la capa límite tiene efectos negativos en la aerodinámica del compresor en forma de un flujo de masa reducido. En el borde de salida del álabe la corriente de aire forma una estela. La estela forma un tipo de turbulencia de torbellino con un impacto negativo en el flujo de aire. Cuanto más densa sea la capa límite, mayor es la turbulencia en la estela y más se reduce el flujo de masa. Además, una capa límite densa y una turbulencia más fuerte del borde de salida da como resultado una ganancia de compresión reducida que a su vez da como resultado que el compresor sucio comprima aire a una relación de presión reducida. Cualquier experto en la materia de ciclos de trabajo de motores térmicos entiende que una relación de presión reducida da como resultado una eficacia térmica inferior del motor. El ensuciamiento del motor no sólo reduce el flujo de masa y la ganancia de presión sino que también reduce la eficacia isentrópica del compresor. Una eficacia reducida del compresor significa que el compresor requiere más potencia para comprimir la misma cantidad de aire. La potencia para accionar el compresor se toma de la turbina a través del eje. Con la turbina requiriendo más potencia para accionar el compresor, habrá menos potencia para generar empuje para la propulsión. Para el piloto de aviones esto significa que debe realizar una estrangulación para obtener más combustible para compensar el empuje reducido. El estrangulamiento para obtener más combustible significa que aumenta el consumo de combustible incrementando de ese modo los constes de funcionamiento.

La pérdida de rendimiento provocada por el ensuciamiento del compresor también reduce la durabilidad del motor. Cuanto más combustible tenga que quemarse para alcanzar un nivel de empuje requerido, se produce un aumento en la temperatura de encendido del motor. Cuando el piloto sobre la pista realiza una estrangulación para el despegue, los componentes de la sección caliente del motor están bajo una carga crítica de alta temperatura. El control de la temperatura del gas de combustión es un asunto clave en la supervisión del rendimiento del motor. La temperatura de control conocida como temperatura de gases de escape (EGT) se mide con sensores en la trayectoria del gas aguas abajo de la salida de la cámara de combustión. La EGT se supervisa cuidadosamente registrando tanto la temperatura como el tiempo de exposición. Durante el tiempo de vida del motor, el registro de la EGT se revisa frecuentemente. Hasta cierto punto se requerirá que el motor se retire del servicio para una revisión donde los componentes de la sección caliente se inspeccionan y se sustituyen si es necesario.

El ensuciamiento del compresor también tiene un efecto negativo en el entorno. La diferencia en el consumo de combustible de un motor virgen entregado desde la fábrica y un motor con un compresor sucio puede ser normalmente del 1%. Con el aumento del consumo de combustible se produce un aumento de las emisiones de gas de efecto invernadero tal como dióxido de carbono. Normalmente, la combustión de 1 kg de combustible de un avión da como resultado una formación de 3,1 kg de dióxido de carbono. Además, una alta temperatura de la cámara de combustión tiene un efecto negativo para el entorno. Con el aumento de la temperatura de encendido se produce un aumento de la formación de NOx. La formación de NOx depende hasta cierto punto del diseño del quemador y no puede preverse un número general. Sin embargo, cualquier aumento incremental de temperatura para un diseño de quemador dado da como resultado un aumento en la formación de NOx. Por tanto, el ensuciamiento del compresor tiene efectos negativos para el rendimiento de un motor aeronáutico tales como el aumento del consumo de combustible, reducción de la vida del motor y un aumento de las emisiones.

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A lo largo de los años se ha desarrollado un número de técnicas de limpieza de motores para reducir o eliminar los efectos negativos del ensuciamiento. El procedimiento de limpieza más sencillo es coger una manguera de jardinería y rociar agua dentro de la entrada del motor. Sin embargo, este procedimiento tiene un éxito limitado debido a la simple naturaleza del procedimiento. Un procedimiento alternativo es fregar a mano los álabes con un cepillo y un líquido. Este procedimiento tiene un éxito limitado y no permite lavar los álabes en el interior del compresor. Además, requiere mucho tiempo. La patente estadounidense 5.868.860 concedida a Asplund desvela el uso de un colector para limpiar motores aeronáuticos. Además, la patente desvela el uso de alta presión de líquido como medio para proporcionar una alta velocidad de líquido, que junto con el giro del eje del motor mejorará la eficacia del lavado. La patente estadounidense número 6.394.108 concedida a Butler desvela una manguera flexible delgada en la que un extremo se inserta desde la entrada del compresor hacia la salida del compresor entre los álabes del compresor. En el extremo insertado de la manguera hay una boquilla. La manguera se retira lentamente del compresor cuando se está bombeando líquido dentro de la manguera y se rocía a través de la boquilla. Sin embargo, la eficacia de la limpieza está limitada por el rotor del compresor que no puede rotar durante la limpieza. A pesar de que existen tecnologías y patentes de limpieza existe una necesidad de nuevas tecnologías que permitan llevar a cabo una limpieza práctica de una manera sencilla y segura, más barata y con menos esfuerzo.

Resumen de la invención

El tráfico aéreo comercial se ha convertido en un instrumento eficaz para transportar pasajeros y mercancías desde un lugar a otro. La flota de aviones comprende en la actualidad un gran número de tipos de aviones suministrados por muchos fabricantes de aviones. Los motores utilizados para propulsar estos aviones se fabrican por diversos fabricantes de motores que suministran motores de diferente tamaño y con diferentes características de funcionamiento. Los fabricantes de motores también suministran motores que son compatibles con motores de otros fabricantes lo que significa que hay motores alternativos, aunque no idénticos, disponibles para el mismo avión. Esto da como resultado una posible gran combinación de motores de aviones en tipos de aviones. Se ha descubierto que esto es una desventaja cuando se realiza la limpieza puesto que el equipo de limpieza necesita dimensionarse y desarrollarse para cumplir con los diseños individuales. Es la finalidad de esta invención simplificar la limpieza de los motores.

La puesta en práctica de la limpieza de motores descrita con referencia a la figura 1 está considerada además como un conocimiento común en este campo. La figura 1 muestra una vista en sección transversal de un motor turbofan de doble eje. Las flechas muestran el flujo de gas a través del motor. El motor 1 está construido en torno a un eje 14 de rotor que en su extremo delantero está conectado a un ventilador 15 y en el extremo trasero a una turbina 16. La turbina 16 acciona el ventilador 15. Un segundo eje 19 tiene una forma coaxial al primer eje 14. El eje 19 está conectado en su extremo delantero a un compresor 17 y en su extremo trasero una turbina 18. La turbina 18 acciona el compresor 17. El motor 1 tiene una entrada 110 donde el aire de entrada entra en el motor. La capota 11 sirve como una guía para el corriente de aire de entrada. El flujo de aire de entrada se mueve mediante el ventilador 15. Una parte del aire de entrada sale por una salida 11. La parte restante del aire de entrada entra en el motor principal por la entrada 13. El aire para el motor principal se comprime entonces mediante el compresor 17. El aire comprimido junto con el combustible (no mostrado) se quema en la cámara 101 de combustión dando como resultado gases de combustión caliente presurizados. Los gases de combustión caliente presurizados se expanden hacia la salida 12 del motor principal. La expansión de los gases de combustión caliente se realiza en dos fases. En una primera fase los gases de combustión se expanden a una presión intermedia mientras accionan la turbina 18. En una segunda fase los gases de combustión caliente se expanden hacia una presión ambiente mientras accionan la turbina 16. Los gases de combustión salen del motor por la salida 12 a alta velocidad proporcionando empuje. El gas de la salida 12 junto con el aire de la salida 11 forman juntos el empuje del motor.

Un dispositivo de limpieza según la técnica anterior consiste en un colector 102 en forma de tubo que en un extremo está conectado a una boquilla 103 y en el otro extremo conectado a un acoplamiento 104. La manguera 105 está en un extremo conectada al acoplamiento 104 mientras que el otro extremo está conectado a una bomba de líquido (no mostrada). El colector 102 descansa sobre la capota 11 de entrada y se mantiene en posición firme durante la limpieza fijándolo con un fleje o medios similares. El procedimiento de limpieza comienza poniendo en marcha el eje del motor con ayuda del motor de arranque del motor. La bomba bombea un líquido de limpieza a la boquilla 103 donde se atomiza y forma una pulverización 104. El giro del eje da como resultado un flujo de aire a través del motor. Este flujo de aire moverá el líquido a través del motor y liberará material de ensuciamiento. El material de ensuciamiento se libera mediante la acción mecánica y química del líquido de limpieza. El efecto de lavado se mejora por el giro del eje puesto que el humedecimiento de los álabes crea una película líquida que estará sometida a fuerzas tales como la corriente de aire y fuerzas centrífugas durante la limpieza.

La técnica anterior describe el uso de un colector con boquillas para inyectar el fluido de limpieza en la entrada del motor. Es habitual que el colector se coloque en la capota de entrada mientras que se utiliza la capota para su apoyo. Por tanto, el colector se instala temporalmente para el procedimiento de limpieza y se extrae después de la finalización de la limpieza. La figura 2 muestra un ejemplo de un colector de la técnica anterior cuando está instalado en una entrada de un motor turbofan. Se muestran partes similares con los mismos números de referencia de la figura 1. El colector 102 descansa sobre la capota 11 de entrada de la toma de aire al motor 1. El colector 102 está fabricado para ajustarse a la forma de la capota de entrada para que esté en posición firme durante la limpieza. Para garantizar que el colector se mantenga en una posición firme, un fleje 21 se acopla al colector fuera de la entrada y se tensa contra un gancho (no mostrado) enganchado en la salida del motor. El líquido de limpieza se bombea por una bomba (no mostrada) a través de la manguera 105 por el acoplamiento 104 hasta el colector 102 y después hasta las boquillas 103. El colector 102 tiene forma de tubo que sirve como un conducto para el líquido de limpieza. El colector 102 también puede actuar como un soporte rígido para las boquillas para mantener las boquillas en posición firme durante la limpieza. Para un buen resultado de limpieza es obligatorio un posicionamiento adecuado del colector. Para este fin el colector tiene que diseñarse y desarrollarse con respecto a la forma de la capota de entrada y la geometría característica del motor. Además, el colector tiene que diseñarse y desarrollarse para apoyar apropiadamente las boquillas contra las fuerzas de reacción de pulverización durante la limpieza.

Tal como se mencionó anteriormente, existen muchos tipos diferentes de aviones y muchos motores diferentes de aviones lo que da como resultado muchos diseños diferentes de capotas de aire de entrada. Como el colector se apoya sobre la capota de entrada esto significa que tendrán que fabricarse muchos colectores diferentes para dar servicio a una gran flota de aviones. Esto es una desventaja puesto que un operador de una línea aérea tendrá que almacenar un gran número de colectores.

Esta invención tal como se describe en las realizaciones preferidas desvela un colector que no tiene contacto con la capota de entrada. El colector según la invención elimina entonces el requisito de adaptarse al diseño de la capota de entrada y por lo tanto la necesidad de un gran número de colectores. Es la finalidad de esta invención reducir el número de colectores que el operador de una línea aérea tiene que mantener almacenados.

Los colectores según la técnica anterior son de grandes dimensiones como resultado de la geometría de las grandes tomas de aire de los grandes motores de los aviones. Los colectores requieren por lo tanto un espacio de almacenamiento significativo en el almacén.

La invención tal como se describe en las realizaciones preferidas desvela un colector universal que es significativamente más pequeño en tamaño comparado con los colectores de la técnica anterior. Es la finalidad de esta invención reducir el espacio de almacenamiento proporcionando un colector pequeño.

Los colectores según el diseño de la técnica anterior dan como resultado una cantidad significativa de horas de trabajo de desarrollo, fabricación y pruebas para su ajuste. Además, el colector se pone en producción sólo en series pequeñas puesto que puede no haber muchos aviones con una combinación específica de motor y capota de entrada. Esta invención tal como se describe en las realizaciones preferidas desvela un colector universal que puede aplicarse a una gran gama de aviones y de motores de aviones. El colector según la invención se desarrolla en principio una vez y puede ponerse en producción en series mayores. Esto reducirá los costes del colector universal. Es la finalidad de esta invención reducir los costes para el operador de una línea aérea.

El documento EP 628477 describe un dispositivo para descongelar, por ejemplo, aviones que comprenden un brazo de robot que tiene juntas de pivote articuladas y medios para controlar el brazo en tres dimensiones y que tiene un efector dispuesto con un número de boquillas para rociar líquido de descongelación en los aviones. Sin embargo, el dispositivo según el documento EP 628477 no tiene ningún medio para, y no está destinado a, limpiar los motores de un avión.

La limpieza de los motores de un avión puede llevarse a cabo por el operador de una línea aérea o por una organización especialista como un centro de servicio de limpieza de motores del aeropuerto. Si la limpieza se lleva a cabo por un centro de servicios, la desventaja de tener muchos colectores almacenados es incluso más un asunto a considerar puesto que el centro de servicios dará servicio a un gran número de aviones y de motores de aviones diferentes. Es la finalidad de esta invención reducir los costes para el operador del centro de servicios de limpieza de motores del aeropuerto.

Tal como se desvela en la realización preferida de esta invención, el colector universal de no contacto según la invención se pone y se mantiene en posición mediante el uso de un brazo tal como un brazo robótico. El brazo robótico se hace funcionar desde un panel de control por un operador adyacente al motor. El brazo robótico permite posicionar el colector universal en la toma del motor sin contacto físico entre el avión y el colector universal. El uso de un brazo robótico para posicionar el colector simplifica las operaciones de configuración y hace la configuración más segura. Las operaciones de limpieza pueden verse por el operador mediante contacto visual directo con la entrada del motor o mediante la ayuda de un dispositivo de visualización tal como una cámara de grabación instantánea sobre el brazo robótico. El uso de una cámara permite al operador posicionar el colector así como ver detalles de la operación de limpieza que de otro modo no podría ver.

Se han mencionado algunos asuntos a considerar relacionados con el uso del colector de la técnica anterior. El uso de un brazo robótico es un dispositivo seguro que reduce el riesgo de un daño accidental. El colector de la técnica anterior puede provocar daños al avión, por ejemplo, una abolladura en la capota, por un manejo accidental del colector durante la instalación o extracción. Esta invención tal como se describe en las realizaciones preferidas desvela el uso de un brazo robótico para un posicionamiento más simplificado y seguro del colector, reduciendo por lo tanto el riesgo de daño accidental. Es la finalidad de esta invención reducir el riesgo de daño accidental.

Cualquier trabajo realizado sobre el avión tal como limpiar los motores, requiere que las operaciones cumplan con las instrucciones dadas por el manual de mantenimiento del avión. Este manual proporciona instrucciones acerca de los requisitos y limitaciones de la limpieza del motor tal como instalar un objeto como un colector de limpieza sobre la capota de entrada del motor. Mediante el uso de un colector de no contacto según las realizaciones preferidas de esta invención, no es necesario consultar el manual de mantenimiento del avión para el fin de instalar el colector. Es la finalidad de esta invención evitar cualquier conflicto con cualquier instrucción de funcionamiento del avión tal como el manual de mantenimiento del avión mediante un colector de no contacto con el avión.

Llevar a cabo la limpieza de un motor requiere que el avión se haya retirado del servicio por algún tiempo. Es de interés para el operador de una línea aérea reducir el tiempo en el que el avión está fuera de servicio. El uso del colector universal y de no contacto según la invención reduce el tiempo de la operación de limpieza ya que se acorta el tiempo de configuración del colector. Además, el colector universal y de no contacto puede hacerse funcionar por sólo un operador presente en el avión o alternativamente por control remoto. Es la finalidad de esta invención acortar el tiempo de la operación de limpieza y reducir las necesidades de trabajo.

Objetos y ventajas adicionales de la presente invención se tratarán a continuación mediante realizaciones de
ejemplo.

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Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán en mayor detalle realizaciones preferidas de la invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la fig. 1 muestra la sección transversal de un motor turbofan de doble eje con un colector y boquillas para la limpieza según la técnica anterior;

la fig. 2 muestra el colector instalado en la entrada de un motor aeronáutico según la técnica anterior;

la fig. 3 la figura 3 muestra la unidad de limpieza con el cabezal de pulverización de no contacto según la invención;

la fig. 4a muestra la aplicación de la invención cuando se limpia un motor montado "bajo el ala";

la fig. 4b muestra la aplicación de la invención cuando se lava un motor montado en la "cola";

la fig. 5 muestra los detalles del cabezal de pulverización según la invención;

la fig. 6 muestra una realización alternativa del cabezal de pulverización;

la fig. 7a muestra la limpieza del ventilador de un motor turbofan según la invención;

la fig. 7b muestra la limpieza del motor principal de un motor turbofan según la invención;

la fig. 8 muestra cómo el procedimiento de limpieza es controlado mediante una cámara y un dispositivo de medición de la distancia instalado en el cabezal de pulverización;

la fig. 9 muestra el cabezal pulverizador universal de no contacto según la invención;

la fig. 10 muestra el cabezal pulverizador universal de no contacto y un dispositivo de recogida de aguas residuales con tratamiento de aguas residuales para la reutilización del líquido de limpieza.

Descripción de las realizaciones preferidas

La invención desvelada en este documento describe un sistema que incluye un colector que no tiene contacto con la capota de aire de entrada. Al no tener contacto con la capota de aire de entrada, elimina el problema de fabricar colectores adaptados al gran número de capotas de entrada de motores de aviones Además, el colector desvelado en este documento es universal en el sentido de que puede dar servicio a motores pequeños así como a motores grandes puesto que el colector tiene capacidades para múltiples tamaños. Un colector que tiene una capacidad para múltiples tamaños elimina el problema de fabricar muchos colectores para motores de avión de tamaño variable.

La figura 3 muestra la aplicación del colector universal y de no contacto según la invención. Un motor 1 aeronáutico instalado en un avión (no mostrado) se somete a una limpieza. La unidad 31 de limpieza es una unidad para suministrar líquido de limpieza a un cabezal 33 de pulverización. El cabezal 33 de pulverización incluye un colector 36 para distribuir el líquido a las boquillas (no mostradas por mayor claridad) en el colector 36. Las boquillas inyectan el líquido de limpieza dentro de la entrada del motor. Las boquillas pueden o bien atomizar el líquido o inyectar líquido como una corriente sólida. La unidad 31 de limpieza comprende el equipamiento y los componentes necesarios para permitir la limpieza tales como tanques para almacenar líquido de limpieza, calentadores para calentar el líquido, una bomba para subir la presión del líquido, controles requeridos para habilitar y supervisar la operación de limpieza. El líquido puede ser sólo agua o agua con productos químicos o sólo productos químicos tales como disolventes. Normalmente, el líquido se calienta puesto que la limpieza con líquido caliente mejora el resultado de la limpieza. El líquido de limpieza se presuriza mediante la bomba para su distribución a las boquillas. Los controles comprenden normalmente un medidor de presión de líquidos, un medidor de flujo de líquidos, un medidor de temperatura de líquidos y un interruptor de encendido-apagado de la bomba. La unidad 31 puede ser móvil para hacerla práctica para su uso en la limpieza de los motores de un avión en un aeropuerto. La unidad 31 de limpieza puede ser entonces parte de un vehículo 32. El vehículo 32 puede ser un carro remolcado a mano o un carro impulsado por motor o un vehículo llevado por una persona tal como un pequeño camión. Como alternativa, la unidad 31 de limpieza puede no ser móvil.

El cabezal 33 de pulverización se mantiene en posición fija en la entrada del motor 1 mediante el brazo 34 robótico. El brazo 34 robótico está instalado en un extremo sobre la unidad 31 de limpieza y tiene el cabezal 33 de pulverización en el otro extremo. El brazo 34 robótico tiene al menos una junta articulada y una muñeca que permiten el posicionamiento apropiado del cabezal 33 de pulverización en la entrada 301 del motor 1. El brazo robótico es móvil con al menos tres grados de libertad. El brazo 34 robótico funciona mediante un dispositivo (no mostrado) de funcionamiento hidráulico o neumático o eléctrico o accionado mecánicamente de manera manual o puede moverse mediante fuerza manual. En una realización de la presente invención, el brazo robótico puede comprender una o varias partes telescópicas. Por ejemplo, una parte entre dos articulaciones puede ser telescópica.

El cabezal 33 de pulverización está ajustado para que sea más pequeño que la abertura de la entrada 301. El cabezal 33 de pulverización está posicionado preferiblemente en la entrada 301 haciendo funcionar el brazo 34 robótico desde un panel de control (no mostrado) por un operador. El cabezal 33 de pulverización está posicionado esencialmente en el centro de la abertura de la entrada 301. Cuando el cabezal 33 de pulverización está en su posición apropiada no hay contacto entre el avión y el cabezal de pulverización o cualquier otra parte del dispositivo de limpieza. La unidad 31 de limpieza suministra el líquido de limpieza presurizado al cabezal 33 de pulverización a través del conducto 35 donde el circuito 35 comprende una manguera flexible o dispositivo similar para ese servicio. En el cabezal 33 de pulverización el líquido se distribuye a una pluralidad de boquillas a través del colector 36 donde las boquillas tienen la finalidad de inyectar el líquido de limpieza dentro del motor.

La figura 4a ejemplifica la invención cuando está en posición para su uso cuando se limpia un motor de un avión de tipo "motor bajo el ala". Se muestran partes similares con los mismos números de referencia de la figura 1 y la figura 3. El avión 40 tiene un ala 41 en la que está instalado un motor 1. El vehículo 32 con la unidad de limpieza está estacionado adyacente al motor. El vehículo 32 está estacionado preferiblemente en un lado del motor para que no esté en la corriente de aire directa durante la limpieza. Esto es para evitar que cualquier objeto suelto en el vehículo pueda llevarse accidentalmente por la corriente de aire dentro del motor. El brazo 34 robótico mantiene el cabezal de pulverización con su colector 36 en posición en la entrada del motor. No hay contacto entre el avión y el colector o cualquier otra parte de la unidad de limpieza. La figura 4b ejemplifica la invención cuando está en posición para su uso cuando se limpia un motor de un avión de tipo "motor de cola". Se muestran partes similares con los mismos números de referencia de la figura 1 y la figura 3. El vehículo 32 con la unidad de lavado está estacionado adyacente al motor. El brazo 34 robótico mantiene el cabezal de pulverización y su colector 36 en posición en la entrada del motor. No hay contacto entre el avión y el colector o cualquier otra parte de la unidad de limpieza. La invención no está limitada a las ilustraciones de la figura 4a y la figura 4b puesto que existen muchos otros aviones de diseños diferentes en los que la invención puede aplicarse igualmente. Además, puede haber un avión en el que haya una ventaja de disponer el equipo de limpieza para apoyarse sobre la capota u otras partes del avión.

La figura 5 muestra los detalles del cabezal 33 de pulverización. El cabezal 33 de pulverización se muestra en una vista en perspectiva en la que la flecha muestra la dirección del flujo de aire del motor. Se muestran partes similares con los mismos números de referencia de la figura 3. El cabezal 33 de pulverización comprende una unidad con simetría esencialmente rotacional con un eje 501 que es el centro de simetría. Cuando el cabezal 33 de pulverización está en posición para la limpieza, el eje 501 está alineado esencialmente con el centro de simetría del eje del motor. El cabezal 33 de pulverización tiene un cuerpo 50 central. El cuerpo 50 tiene un extremo 58 delantero orientado hacia el motor. El cuerpo 50 tiene un extremo 59 trasero opuesto al extremo 58 delantero. El extremo 59 trasero está conectado al brazo 34 robótico. El cuerpo 50 incluye un dispositivo 55 de detección óptico utilizado como una ayuda para posicionar el cabezal 33 de pulverización y para supervisar la operación de limpieza. El dispositivo 55 de detección óptico está dirigido esencialmente hacia la entrada del motor. El dispositivo 55 de detección óptico puede comprender una cámara donde la vista de la cámara puede verse instantáneamente por el operador en el panel de control. Como alternativa, el dispositivo de detección óptico puede comprender un dispositivo de fibra óptica con la misma finalidad que la cámara. Como alternativa, existen otros medios para grabar la vista del cabezal de pulverización. El dispositivo 55 de detección óptico tiene como finalidad suministrar una vista de la entrada del motor al operador. La vista de la cámara se usa para ayudar al operador a alinear el cabezal de pulverización con el centro del eje del motor maniobrando el brazo robótico desde el panel de control de operador. Además, la vista de la cámara permite al operador posicionar el cabezal de pulverización a la distancia apropiada aguas arriba del motor. Además, la vista de la cámara permite al operador supervisar el procedimiento de limpieza suministrando una vista de la línea de centro del motor durante la limpieza. Además, la vista de la cámara ayuda al operador a tomar la decisión de ajustar algún parámetro de limpieza a partir de la vista que suministra la cámara. Además, la vista de la cámara es un dispositivo de mejora de la seguridad puesto que el operador puede detener el procedimiento de limpieza debido a algo que observe en la cámara.

El cuerpo 50 en la figura 5 incluye un dispositivo de medición de la distancia para medir la distancia al motor. Normalmente, el dispositivo de medición de la distancia comprende un transmisor 56 y un receptor 57. El dispositivo de medición de la distancia podría comprender un dispositivo de detección de sonido tal como un dispositivo de detección de ultrasonidos donde el transmisor emite un haz de sonido que se refleja sobre el cono central del motor y donde el haz reflejado se recibe por el receptor. La distancia desde el transmisor y el receptor se estima entonces mediante la diferencia de tiempo para la señal desde el transmisor al receptor. Como alternativa, el dispositivo de medición de la distancia podría ser un dispositivo de medición óptico tal como un láser donde el transmisor emite un haz de láser que se refleja sobre el cono central del motor y se recibe por el receptor. Como alternativa, existen otros dispositivos de medición de la distancia que podrían utilizarse. La distancia registrada se suministra el panel de funcionamiento donde el operador usará la información cuando ajuste la posición apropiada del cabezal de pulverización aguas arriba del motor. Durante la limpieza, la distancia medida ayuda al operador a controlar el procedimiento de limpieza informando de cualquier cambio en las distancias. La medida de la distancia ayuda al operador a tomar la decisión de ajustar algún parámetro de limpieza si considera que la distancia no es la apropiada. El dispositivo de medición de la distancia es un dispositivo de mejora de la seguridad puesto que el operador puede detener el procedimiento de limpieza si considera que la distancia no es segura. El dispositivo de medición de la distancia puede incluir alarmas que emiten una señal de alarma en forma de un sonido acústico o un destello de luz si la distancia está fuera del intervalo. Por ejemplo, si la distancia medida disminuye por debajo de un valor predeterminado. En una realización, este valor límite puede ajustarse por el operador mediante el panel de control.

El cuerpo 50 incluye una lámpara 52 para iluminar la entrada del motor. La iluminación mejora la vista de la cámara así como la vista mediante contacto visual directo con la entrada del motor. El cuerpo 50 puede incluir otro dispositivo para mejorar la seguridad o para mejorar la operación de limpieza.

Tal como se da cuenta fácilmente el experto en la materia, cada una de las siguientes características: el dispositivo 55 de detección óptico, el dispositivo 56, 57 de medición de la distancia o la lámpara 52 pueden utilizarse independientemente entre sí. Es decir, el cabezal 33 de pulverización puede, por ejemplo, incluir sólo el medio 55 de detección óptico o sólo el dispositivo 56, 57 de medición de la distancia.

El cabezal 33 de pulverización en la figura 5 muestra el colector como un tubo en forma de anillo, es decir, un toro. El líquido se bombea desde la unidad de limpieza (no mostrada) a través de una manguera (no mostrada) al colector 36. El colector 36 es esencialmente circular con el centro del círculo alineado con el eje 501. El plano del colector 36 es esencialmente perpendicular al eje 501. El colector 36 está conectado al cuerpo 50. El colector 36 tiene múltiples boquillas dispuestas alrededor del colector para diferentes servicios de limpieza. Por ejemplo, la boquilla 53 tiene la finalidad de limpiar el ventilador del motor. La boquilla 54 tiene la finalidad de limpiar el motor principal. La boquilla 510 tiene la finalidad de limpiar el cono central. La boquilla 511 tiene la finalidad de limpiar la capota. Además de las boquillas 53, 54, 510 y 511, el colector puede comprender otras boquillas (no mostradas) para limpiar otros detalles del motor. El colector 36 tiene al menos una boquilla 54. Las boquillas pueden atomizar el líquido en una pulverización de gotitas. Como alternativa, las boquillas pueden suministrar el líquido como un chorro no atomizado. El objeto de usar colectores en forma de anillo es que los colectores pueden fabricarse a partir de un tubo que se dobla en un anillo que requiere sólo una junta (una soldadura). Esto es una ventaja para diseños alternativos que requieren muchas más juntas. Cualquier reducción en juntas se considera como una característica de seguridad puesto que las juntas pueden romperse y pueden provocar daños si partes sueltas entran en el motor. Además, el colector en forma de anillo se considera seguro puesto que cualquier contacto accidental entre el colector y cualquier parte del avión no implicaría contacto con ningún borde afilado. Como alternativa, el colector puede estar equipado con un amortiguador tal como material de gomaespuma (no mostrado) para recibir cualquier fuerza en caso de un contacto accidental con el motor.

La figura 6 muestra una realización alternativa del cabezal de pulverización. Se muestran partes similares con los mismos números de referencia de las figura 3 y la figura 5. El colector con forma de anillo se sustituye en este caso por tubos 61 que mantienen las boquillas en posición. Como alternativa, el colector puede realizarse de diferente manera.

La figuras 7a, 7b y 8 muestran la aplicación de la invención cuando se limpia un motor turbofan. Se muestran partes similares con los mismos números de referencia de las figuras precedentes. La figura 7a muestra la limpieza del ventilador del motor 1 turbofan mediante el uso de boquillas para la limpieza del ventilador. Durante la limpieza se fuerza al ventilador a girar mediante el uso del motor de arranque del motor. La boquilla 53 atomiza el líquido de limpieza en pulverización 71. Las boquillas tienen un patrón de pulverización que da como resultado una distribución de líquido limitada en un lado por una línea 75 de corriente y en el otro lado por una línea 76 de corriente. La distribución de la pulverización en el borde de ataque del álabe 72 de ventilador es esencialmente igual a la longitud total del álabe limitada por un punto 702 de extremo y un punto 701 de buje. La pulverización cubre por tanto toda la longitud del álabe. El colector 51 puede comprender sólo una boquilla 53 que sólo cubre entonces un parte de la entrada del motor. El humedecimiento de todo el ventilador se consigue entonces por el giro del ventilador. La figura 7b muestra la limpieza del motor principal del motor 1 turbofan. Durante la limpieza, el eje de motor gira mediante el uso del motor de arranque. La boquilla 54 atomiza el líquido de limpieza en pulverización 73. Las boquillas tienen un patrón de pulverización que da como resultado una distribución de líquido limitada en un lado por una línea 77 de corriente y en el otro lado por una línea 78 de corriente. La finalidad de la pulverización es suministrar líquido a la entrada 74 del motor principal. La entrada del motor principal está limitada por un separador 705 de aire y un punto 704 en el buje sobre el lado opuesto del separador 705 de aire. La distribución de la pulverización en la entrada del motor principal es igual a la abertura de la entrada del motor principal limitada por el separador 705 de aire y el punto 704. Por lo tanto, el líquido que emana de la boquilla 54 entrará por la entrada 74 del motor principal. Además, la boquilla 54 está orientada para permitir que el líquido penetre entre los álabes durante el giro del ventilador. La figura 7a y la figura 7b describen la limpieza del motor turbofan mediante el uso del motor de arranque del motor. Como alternativa, puede usarse otro dispositivo de arranque tal como un motor de arranque APU aparte. Como alternativa, la limpieza puede llevarse a cabo sin girar el eje del motor.

La figura 8 muestra el uso de la cámara y el dispositivo de medición de la distancia. Se muestran partes similares con los mismos números de referencia de las figuras precedentes. Una cámara 55 tiene un ángulo de visión limitado por las líneas 81. La cámara proporcionará una vista del cono central del motor que permite al operador mover el cabezal de pulverización a la posición apropiada para la limpieza. Cuando el motor se pone en marcha mediante su motor de arranque, la vista de la cámara se usa para supervisar el giro del eje. La cámara puede acoplarse entonces a un dispositivo de cálculo (no mostrado) con software para estimar la velocidad de rotación. La velocidad de rotación sirve como un parámetro de entrada al operador cuando empieza el bombeo del líquido. Tener el control de la velocidad de rotación es esencial para un buen resultado de limpieza. Además, la vista de la cámara permite la visualización de la distribución del líquido sobre el ventilador así como la penetración de líquido dentro del motor principal.

Esta vista sirve como una entrada importante al operador puesto que puede ajustar el posicionamiento del cabezal de pulverización o ajustar los parámetros de limpieza para servir mejor a sus objetivos. Para evitar que las lentes de la cámara se contaminen con el líquido en suspensión en el aire, las lentes se limpian mediante una corriente de aire suministrada desde una fuente de aire comprimido (no mostrada). El dispositivo de medición de la distancia comprende un transmisor 56 que emite un haz 82 hacia el cono 83 central que refleja y devuelve el haz reflejado al receptor 57. La señal se alimenta a una unidad de cálculo (no mostrada) para calcular la distancia. La unidad de cálculo puede establecerse con niveles de alarma para proporcionar, por ejemplo, una alarma acústica, si la distancia a cualquier objeto se vuelve críticamente corta. El dispositivo de medición de la distancia puede dirigirse hacia otros objetos aparte del cono central en la entrada del motor para proporcionar información sobre distancias medidas. Para evitar que los sensores del dispositivo de medición se contaminen con líquido en suspensión en el aire se limpian mediante una corriente de aire suministrada desde una fuente de aire comprimido (no mostrada).

La figura 9 muestra el cabezal de pulverización universal que dará servicio a una amplia gama de motores de diferentes tamaños. El cabezal 90 de pulverización se muestra en una vista en perspectiva donde la flecha muestra la dirección del flujo de aire. El cabezal 90 de pulverización tiene un cuerpo 91 central con una cámara, un dispositivo de medición de la distancia y una lámpara similares tal como se describió anteriormente en el cabezal 33 de pulverización en la figura 5. El cabezal 90 de pulverización comprende múltiples colectores 92 en forma de anillo cada uno con diferentes diámetros. Los anillos 92 están dispuestos en simetría alrededor de un eje 501 central. Todos los anillos 92 están esencialmente en el mismo plano donde los planos son esencialmente perpendiculares al eje 501. Los anillos están dispuestos con un espacio entre los anillos para permitir flujo de aire a través del cabezal de pulverización. Cada anillo comprende una o múltiples boquillas 93 donde el tipo de boquilla, número de boquillas y la separación de las boquillas se disponen de acuerdo con el servicio de limpieza que realizará el anillo. Las boquillas pueden utilizarse para la limpieza del ventilador, el motor principal, la capota, el cono central o un servicio similar. En principio, los anillos interiores se usan para la limpieza de motores más pequeños mientras que los anillos exteriores se usan para la limpieza de motores más grandes. Además, un anillo puede estar dedicado a la limpieza de un tipo de motor específico o una familia específica de motores. El anillo con el diámetro más grande, es decir, el anillo más exterior, tiene un diámetro inferior al diámetro de la capota de entrada de los motores más pequeños a los que dará servicio el cabezal de pulverización. Por ejemplo, los motores de las aerolíneas comerciales conocidas que transportan pasajeros tienen un diámetro de capota de entrada que vería entre 1,5 a 3 metros. El cabezal de pulverización que da servicio a esos motores tendría entonces un diámetro exterior inferior a 1,5 metros.

Normalmente, para la limpieza de un motor sólo está en servicio un anillo. Esto se consigue teniendo cada anillo 92 conectado a través de un conducto a un distribuidor (no mostrado para mayor claridad) en el cabezal de pulverización. El distribuidor comprende válvulas individuales para cerrar cada conducto. Antes de la configuración para la limpieza, el operador activaría el anillo a utilizar abriendo la válvula correspondiente. Todas las demás válvulas estarían entonces cerradas.

Aunque el cabezal 90 de pulverización es universal en el sentido de que puede dar servicio a una gran gama de tipos de aviones y tipos de motores, es práctico tener múltiples cabezales de pulverización que sean intercambiables. Esto puede ser razonable para diferentes requisitos establecidos por las instrucciones del avión u otras instrucciones. Otra razón podría ser un cabezal de pulverización aparte para cumplir con los requisitos de aviones militares. Puede haber razones adicionales. Para conseguir el cambio de los cabezales de pulverización, el cabezal de pulverización se monta sobre el brazo robótico con un acoplamiento que permite un fácil intercambio.

La invención desvelada en este documento proporciona medios para reducir el tiempo de limpieza así como para reducir los requisitos de trabajo. La figura 10 muestra la disposición para la limpieza de motores que requiere menos tiempo y menos esfuerzo comparada con la técnica anterior. Se muestran partes similares con los mismos números de referencia que las figuras precedentes. El procedimiento descrito en este documento requeriría normalmente un solo operador para llevar a cabo la limpieza. Una unidad 31 de limpieza suministra líquido de limpieza a través de un circuito 35 a un cabezal de pulverización sujetado por un brazo 34 robótico. Durante la limpieza, el operador controla el procedimiento desde el panel 113 de control. El control incluye observar la imagen de la cámara del cabezal de pulverización desde el monitor 112. El líquido de limpieza residual que emana del motor se recoge mediante un dispositivo 114 de recogida en la parte trasera del motor. El líquido residual recogido se introduce en un tanque (no mostrado) en una unidad 116 a través de un conducto 115. La unidad 116 puede estar equipada con ruedas para su movilidad. Un dispositivo de recogida adecuado se describe en la solicitud de patente internacional PCT/SE 2004/000922, en la que el contenido de dicha solicitud se incluye por tanto en este documento como referencia. El líquido residual se bombea a través de un conducto 118 a un tanque en la unidad 31 de limpieza donde el material de ensuciado liberado se separa del líquido mediante un procedimiento de tratamiento de aguas residuales apropiado. El agua tratada se usará después para la limpieza del siguiente motor o, como alternativa, se verterá en una alcantarilla. Mientras se está tratando el agua residual, el operador mover su vehículo 32 y otros equipos al siguiente motor para la configuración de la siguiente limpieza.

Aunque se han mostrado y descrito realizaciones específicas en este documento para fines de ilustración y ejemplificación, los expertos en la materia entenderán que las realizaciones específicas mostradas y descritas pueden sustituirse por una amplia variedad de implementaciones alternativas y/o equivalentes sin apartarse del ámbito de la presente invención. Esta solicitud pretende cubrir cualquier adaptación o variación de las realizaciones preferidas desveladas en este documento. Por consiguiente, la presente invención está definida por los términos de las reivindicaciones adjuntas.

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Claims (21)

1. Un sistema de limpieza para limpiar un motor (1) de turbina de gas, estando dispuesto dicho sistema de limpieza en un vehículo (33) móvil que comprende

un dispositivo (33; 90) de pulverización que incluye al menos una boquilla (54) acoplada a un cuerpo (50, 91) que lleva boquillas adaptado para inyectar líquido dentro de una entrada (110) de dicho motor durante una operación de limpieza;

una unidad (31, 35) de limpieza adaptada para distribuir dicho líquido a dicho dispositivo (33; 90) de pulverización; y

un dispositivo (34) de posicionamiento adaptado para mover dicho dispositivo de pulverización en tres dimensiones, permitiendo de ese modo una posicionamiento de dicho dispositivo (33; 90) de pulverización en una posición de operación de limpieza en dichas tres dimensiones con respecto a dicha entrada (110) de motor sin contacto entre el dispositivo (33; 90) de pulverización y el motor (1); y

un panel (113) de control adaptado para permitir a un operador ajustar la posición de dicho dispositivo (33; 90) de pulverización en tres dimensiones con respecto a dicha entrada (110) del motor mediante dicho dispositivo (34) de posicionamiento.

2. El sistema de limpieza según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo (34) de posicionamiento comprende un brazo (34) robótico que incluye juntas que permiten un movimiento de dicho dispositivo (33; 90) de pulverización en dichas tres dimensiones.

3. El sistema de limpieza según la reivindicación 2, en el que dicho brazo (34) robótico incluye al menos una parte telescópica.

4. El sistema de limpieza según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo (33; 90) de pulverización comprende además un dispositivo (55) de detección óptico adaptado para supervisar una operación de limpieza de un motor (1).

5. El sistema de limpieza según la reivindicación 5, en el que dicho dispositivo (55) de detección óptico está conectado a dicho panel (113) de control y está adaptado para suministrar una vista de dicha entrada (110) del motor a un operador de dicho sistema de limpieza en un monitor (112).

6. El sistema de limpieza según la reivindicación 4 ó 5, en el que dicho dispositivo (55) de detección óptico comprende una cámara.

7. El sistema de limpieza según la reivindicación 4 ó 5, en el que dicho dispositivo (55) de detección óptico comprende un dispositivo de fibra óptica.

8. El sistema de limpieza según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 4 a 7, en el que dicho dispositivo (33; 90) de pulverización comprende además un dispositivo (56, 57) de medición de la distancia adaptado para medir un distancia entre dicho dispositivo (33; 90) de pulverización y dicho motor (1).

9. El sistema de limpieza según la reivindicación 8, en el que dicho dispositivo (56, 57) de medición de la distancia está conectado a dicho panel (113) de control y está adaptado para suministrar una indicación de la distancia entre dicho dispositivo (33; 90) de pulverización y dicho motor (1), informando de ese modo a un operador de una distancia presente entre dicho dispositivo (33) de pulverización y dicho motor (1) mediante dicho monitor (112).

10. El sistema de limpieza según la reivindicación 8 ó 9, en el que dicho dispositivo (56, 57) de medición de la distancia es un dispositivo de detección de ultrasonidos que comprende un transmisor (56) adaptado para emitir un haz de sonido y un receptor (57) adaptado para recibir dicho haz, en el que dicha distancia se estima por la diferencia de tiempo para dicho haz desde dicho transmisor (56) hasta dicho receptor (57).

11. El sistema de limpieza según la reivindicación 8 ó 9, en el que dicho dispositivo (56, 57) de medición de la distancia es un dispositivo de medición óptico que comprende un transmisor (56) adaptado para emitir un haz de láser y un receptor (57) adaptado para recibir dicho haz, en el que dicha distancia se estima por la diferencia de tiempo para dicho haz desde dicho transmisor (56) hasta dicho receptor (57).

12. El sistema de limpieza según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 7 a 11, en el que dicho dispositivo (56, 57) de medición de la distancia comprende además un medio de alarma adaptado para emitir una señal de alarma si dicha distancia medida disminuye por debajo de un valor predeterminado.

13. El sistema de limpieza según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 12, en el que dicho dispositivo (33; 90) de pulverización comprende además medios (52) de iluminación.

14. El sistema de limpieza según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 12, en el que dicho dispositivo (33; 90) de pulverización comprende un colector (36) sustancialmente en forma de anillo dispuesto simétricamente alrededor de dicho cuerpo (50; 91) que lleva boquillas, estando dispuesta al menos dicha boquilla (54) en dicho colector (36).

15. El sistema de limpieza según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 13, en el que dicho dispositivo (33) de pulverización comprende al menos un tubo (61) dispuesto en dicho cuerpo (50) que lleva boquillas, estando dispuesto dicho al menos un tubo (61) con al menos una boquilla (54).

16. El sistema de limpieza según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que dicho dispositivo (90) de pulverización comprende un número de colectores (92) sustancialmente en forma de anillo, teniendo cada uno diferentes diámetros y estando dispuestos simétricamente alrededor de dicho cuerpo (91) que lleva boquillas, en el que al menos una boquilla (54) está dispuesta en cada colector (92).

17. Un sistema móvil para dar servicio a un motor (1) de turbina de gas que comprende un vehículo según la reivindicación 1 y una unidad (116) de recogida de líquido que comprende un dispositivo (114) de recogida adaptado para recoger líquido de limpieza residual que emana de dicho motor durante una operación de limpieza de dicho motor.

18. El sistema móvil según la reivindicación 17, en el que dicha unidad (116) de recogida de líquido puede conectarse a un tanque (116) para almacenar dicho líquido de limpieza residual.

19. El sistema móvil según la reivindicación 16 ó 17, en el que dicha unidad (116) de recogida de líquido está conectada a dicha unidad (31, 35) de limpieza.

20. El sistema móvil según la reivindicación 16 ó 17, en el que dicho tanque (116) puede conectarse a dicha unidad (31, 35) de limpieza.

21. El sistema móvil según la reivindicación 19 ó 20, en el que dicha unidad (31, 35) de limpieza está adaptada para tratar dicho líquido de limpieza residual, permitiendo de ese modo que dicho líquido de limpieza residual tratado se use en una operación de limpieza.