JP5183768B2 - 航空機のガスタービンエンジンを洗浄するためのシステム - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、一般にガスタービンエンジンを洗浄する分野に関し、特に航空機に設置されたガスタービンエンジンを洗浄するためのシステムおよび乗物に関する。

発明の背景
ガスタービン航空機エンジンは、周囲空気を圧縮するためのコンプレッサと、圧縮された空気とともに燃料を燃焼させるための燃焼器と、コンプレッサに動力を供給するためのタービンとを含む。膨張する燃焼ガスがタービンを駆動し、さらに推進のための推力となる。

高高度を飛行している航空機はこれら高度で行き渡る清浄な空気を吸込む。しかしながら、飛行場では、空気は空気流とともにエンジンに入るエアロゾルの形の異物を含む。飛行場の空気に見られる典型的な粒子は、花粉、虫、産業活動から生じる炭化水素および近くの海から生じる塩である。航空機が空港で接地している間は、移動する航空機からのエンジンの排気内の燃焼の残り、航空機の除氷から生じる化学物質および埃などの地上の物質など考慮すべき他の粒子がある。異物の大部分はガスの経路を辿ってエンジンを通り、排気ガスとともに出ていく。しかしながら、エンジンのガスの経路内、特にエンジンのコンプレッサのセクション内の構成要素にくっつく特性を備えた粒子がある。これは付着物として知られる。

コンプレッサの付着物は、コンプレッサの構成要素の境界層の空気流の特性の変化に繋がる。異物の存在は構成要素の表面粗さの増加に繋がる。空気が表面上を流れるとき、表面粗さの増加は境界層の空気流が厚くなることに繋がる。境界層の空気流が厚くなることは、質量流量の低減の形でコンプレッサの空気力学に悪影響を有する。ブレードの後縁では、空気流は伴流を形成する。伴流は、空気の流れへの悪影響を伴う渦のタイプの乱気流を形成する。境界層が厚くなるほど、伴流の乱気流が強くなるほど、それは質量流量を低減する。さらに、厚い境界層およびより強い後縁の乱気流は圧縮ゲインの低減に繋がり、これは汚れたコンプレッサが低減された圧力比で空気を圧縮することに繋がる。ヒートエンジンの操作サイクルの当業者は、低減された圧力比がエンジンの熱効率の低下に繋がることを理解するであろう。コンプレッサの付着物は質量流量および圧力ゲインを低減するだけでなく、コンプレッサの等エントロピー効率も低減する。コンプレッサの効率の低減は、コンプレッサが同じ量の空気を圧縮するためにより多くの動力を必要とすることを意味する。コンプレッサを駆動するための動力は軸を介してタービンから取られる。タービンがコンプレッサを駆動するためにより多くの動力を必要としていると、推進のための推力を作るための動力が少なくなる。航空機のパイロットにとって、このことはパイロットは低減された推力を補償するようにより多くの燃料のためにスロットルを開かなければならないことを意味する。より多くの燃料のためにスロットルを開くことは、燃料の消費の増加を意味し、それにより運転経費が増加する。コンプレッサの付着物によって引起こされる性能の損失はエンジンの耐久性も低減する。必要な推力レベルに達するためにより多くの燃料を点火しなければならないため、エンジン点火温度の上昇が生じる。滑走路上でパイロットが離陸のためにスロットルを開くとき、エンジンの熱いセクションの構成要素は危機的な高温の負荷に晒されている。燃焼ガスの温度を制御することはエンジン性能の監視において重要な問題である。排気ガス温度（ＥＧＴ）として知られる温度の制御は燃焼器の排気口の下流のガス経路内でセンサで測定される。ＥＧＴは温度および暴露時間をともに記録することにより、注意深く監視される。エンジンの寿命の間、ＥＧＴの記録はしばしば見直される。或る点で、熱いセクションの構成要素が検査され必要であれば取換えられるオーバーホールのためにエンジンが使用できなくなることが必要とされる。

コンプレッサの付着物は環境にも悪影響を有する。工場から運ばれた新品のエンジンと、汚れたコンプレッサを備えたエンジンとの燃料消費の差は典型的には１％であり得る。燃料の消費が増加すると、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出が増加する。典型的には航空機燃料の１ｋｇの燃焼は３．１ｋｇの二酸化炭素の形成に繋がる。さらに、高い燃焼器の温度は環境に悪影響を有する。点火温度が上昇するとＮＯｘの形成の増加が生じる。ＮＯｘの形成はバーナーの設計に大きく依存し、一般的な数字は提供できない。しかしながら、所与のバーナーの設計に対する増分の温度上昇はＮＯｘの形成の増加に繋がる。したがって、コンプレッサの付着物は、燃料消費を増加させる、エンジンの寿命を低下させる、および排出を増加させるなど、航空機エンジンの性能に悪影響を有する。

米国特許第５，８６８，８６０号 米国特許第６，３９４，１０８号

付着物の悪影響を低減または排除するために、いくつかのエンジン洗浄技術がここ数年で開発されている。最も単純な洗浄方法は、園芸用のホースを用い、エンジンの吸気口に水を噴霧することである。しかしながら、プロセスの単純な性質のため、この方法の成功は限られている。代替の方法は、ブラシおよび液体を用いてブレードを手でこすることである。この方法はコンプレッサの内部のブレードのクリーニンが可能でないため、成功は限られている。さらに、それは時間がかかる。Asplundに対する米国特許第５，８６８，８６０号は、航空機エンジンの洗浄のためのマニホールドの使用を開示している。さらにこの特許は、高い液体速度を提供する手段として高い液体圧の使用を開示しており、これはエンジンの軸の回転とともにクリーニング効果を向上する。Butlerに対する米国特許第６，３９４，１０８号は、その一端がコンプレッサのブレードの間でコンプレッサの吸気口からコンプレッサの排気口に向かって挿入される薄い柔軟なホースを開示している。ホースの、挿入された端部にはノズルがある。液体がホースへとポンプで汲み上げられノズルを通じて噴霧されている間、ホースはコンプレッサからゆっくりと後退させられる。しかしながら、洗浄効果は、洗浄中に回転できないコンプレッサのロータによって限られている。既存の洗浄技術および特許にかかわらず、より労働集約的でなく、低コストで単純かつ安全なやり方で実用的な洗浄を行うことを可能にする新しい技術が必要とされている。

発明の概要
商業的な航空交通は１つの場所から別の場所へと乗客および品物を運ぶための効率的な道具になっている。今日、航空機の集団は多くの航空機メーカーによって供給された多数の航空機のタイプを含む。これら航空機を推進するために使用されるエンジンは、異なるサイズで異なる性能特性を備えたエンジンを供給するいくつかのエンジンメーカーによって製造される。エンジンメーカーは他のメーカーからのエンジンと互換性のあるエンジンも供給しており、これは同一ではないが、同じ航空機に利用可能な代替のエンジンがあることを意味する。このことは、航空機のタイプでの航空機のエンジンの多くのあり得る組合せに繋がる。このことは、洗浄設備が個々の設計に合うように大きさを決められ作られる必要があるため、洗浄を行なうときに不利である。この発明の目的はエンジンの洗浄を単純にすることである。

図１に関して説明されるエンジンの洗浄の実行は、この分野ではさらに常識として見なされる。二軸のターボファンエンジンの断面図が図１に示される。矢印はエンジンを通るガスの流れを示す。エンジン１はロータの軸１４の周りに組立てられ、これはその前端でファン１５に接続され、後端でタービン１６に接続される。タービン１６はファン１５を駆動する。第２の軸１９は第１の軸１４と同軸の形である。軸１９はその前端でコンプレッサ１７に接続され、後端でタービン１８に接続される。タービン１８はコンプレッサ１７を駆動する。エンジン１は吸気口１１０を有し、ここで吸気口の空気はエンジンに入る。カウリング１１は吸気口の空気流のためのガイドの役目をする。吸気口の空気の流れはファン１５によって駆動される。吸気口の空気の一部分は排気口１１から出る。吸気口の空気の残りの部分は吸気口１３からコアエンジンに入る。コアエンジンへの空気は次にコンプレッサ１７によって圧縮される。圧縮された空気は燃料（図示せず）とともに燃焼器１０１で燃焼され、加圧された熱い燃焼ガスになる。加圧された熱い燃焼ガスはコアエンジンの排気口１２に向かって膨張する。熱い燃焼ガスの膨張は二段階で行なわれる。第１段階では、燃焼ガスはタービン１８を駆動しつつ、中間の圧力へと膨張する。第２段階では、熱い燃焼ガスはタービン１６を駆動しつつ、周囲圧力に向かって膨張する。燃焼ガスは高速度で排気口１２でエンジンを出て、推力を提供する。排気口１２からのガスは、排気口１１からの空気とともにエンジンの推力を作る。

先行技術による洗浄装置はチューブの形のマニホールド１０２からなり、これは一端でノズル１０３に接続され、他端でカップリング１０４に接続される。ホース１０５は一端でカップリング１０４に接続され、他端は液体ポンプ（図示せず）に接続される。マニホールド１０２は吸気口カウリング１１上にあり、それをストラップまたは類似の手段で固定することにより、洗浄中に安定した位置に保持される。洗浄手順はエンジンのスタータモータの支援でエンジンの軸をクランクで回転させることにより開始する。ポンプは洗浄液をノズル１０３へと汲み上げ、ここでそれは霧状になりスプレー１０４を形成する。軸の回転はエンジンを通る空気の流れに繋がる。この空気の流れはエンジンを通じて液体を駆動し、付着物を解放する。付着物は洗浄液の機械的および化学的な作用によって解放される。ブレードが濡れると液体の膜を作り、これは洗浄中にドラフトおよび遠心力などの力に晒されるため、軸の回転によりクリーニング効果が向上される。

先行技術は洗浄液をエンジンの吸気口に注入するためのノズルを備えたマニホールドの使用を説明している。マニホールドは吸気口カウリングに配置され、カウリングをその支持物として使用することが一般的である。マニホールドは洗浄プロセスのために一時的に設置され、洗浄の完了後に除去される。図２は、ターボファンエンジンの吸気口に設置されたときの先行技術のマニホールドの例を示す。類似の部品は図１と同じ参照番号で示される。マニホールド１０２はエンジン１への吸気口の吸気口カウリング１１上にある。マニホールド１０２は洗浄中に安定した位置にあるように吸気口カウリングの形状に適合するように製造される。マニホールドが安定した位置に保持されるように、ストラップ２１が吸気口の外側でマニホールドに取付けられ、エンジンの排気口に引掛けられたフック（図示せず）に対して締付けられる。洗浄液はカップリング１０４を介しホース１０５を通じてポンプ（図示せず）によってマニホールド１０２へ、さらにノズル１０３へと汲み上げられる。マニホールド１０２は洗浄液の導管の役目をするチューブの形である。マニホールド１０２は洗浄中にノズルを安定した位置に保持するためにノズルに対する硬い支持物としての役割も果たす。良好な洗浄結果のため、マニホールドの適切な位置決めは必須である。このため、マニホールドは吸気口カウリングの形状およびエンジンの特徴的な形状寸法に関して設計され、作られなければならない。さらに、マニホールドは洗浄中にスプレーの反作用力に対してノズルを適切に支持するように設計され、作られなければならない。

上述のように、多くの異なる航空機のタイプおよび多くの異なる航空機のエンジンがあり、これは多くの異なる吸気口空気カウリングの設計に繋がる。マニホールドは吸気口カウリング上で支持を得るため、このことは多数の航空機に保守整備を行うために多くの異なるマニホールドを製造しなければならないことを意味する。このことは、航空会社のオペレータが多数のマニホールドを蓄えなければならないため不利である。

好ましい実施例で説明されるようなこの発明は、吸気口カウリングと接触を有さないマニホールドを開示する。この発明によるマニホールドは吸気口カウリングの設計に適合させる要件を排除し、それにより多数のマニホールドの必要性を排除する。この発明の目的は、航空会社のオペレータが在庫しておかなければならないマニホールドの数を低減することである。

先行技術によるマニホールドは、大きな航空機のエンジンの大きな吸気口の形状寸法の結果として大きな寸法である。マニホールドはそのため倉庫で大きな保管空間を必要とする。

好ましい実施例で説明されるようなこの発明は、先行技術のマニホールドと比較してサイズがはるかに小さい万能のマニホールドを開示する。この発明の目的は、小型のマニホールドを提供することにより保管空間を低減することである。

先行技術の設計によるマニホールドは、設計、製造および適合のためのテストをするために大量の労働時間に繋がる。さらに、マニホールドは、エンジンと吸気口カウリングとの特定の組合せを備えた航空機があまり多くないかもしれないため、小さなシリーズでのみ製造される。好ましい実施例で説明されるようなこの発明は、広範囲の航空機および航空機のエンジンに適用可能な万能のマニホールドを開示する。この発明によるマニホールドは原則として一度設計され、より大きなシリーズで製造され得る。これは万能マニホールドのための経費を低減する。この発明の目的は、航空機のオペレータにとっての経費を低減することである。

航空機エンジンの洗浄は、航空会社のオペレータまたは空港エンジン洗浄サービスセンターなどの専門家組織によって行なわれ得る。洗浄がサービスセンターによって行なわれる場合、サービスセンターは多数の異なる航空機および航空機のエンジンに保守整備を行うため、多くのマニホールドを在庫に有することによる不利は、より大きな関心事である。この発明の目的は、空港エンジン洗浄サービスセンターのオペレータにとっての経費を低減することである。

この発明の好ましい実施例で開示されるように、この発明による万能かつ非接触のマニホールドはロボットアームなどのアームの使用により定位置に設置および保持される。ロボットアームはエンジンに隣接するオペレータによって制御パネルから操作される。ロボットアームは、航空機と万能のマニホールドとの間の物理的な接触なしに万能のマニホールドをエンジンの吸気口に位置付けることを可能にする。マニホールドを位置付けるためのロボットアームの使用はセットアップ操作を単純化し、かつセットアップをより安全にする。洗浄操作は、エンジンの吸気口と直接視線を合わせることによって、またはロボットアーム上の即時記録カメラなどの閲覧装置の支援でオペレータによって見ることができる。カメラの使用は、オペレータがマニホールドを位置付けることを可能にし、さらにさもなければオペレータが見えないかもしれない洗浄操作の詳細を見ることを可能にする。

先行技術のマニホールドの使用に関連するいくつかの関心事について述べてきた。ロボットアームの使用は偶然の損傷の危険性を低減する安全装置である。先行技術のマニホールドは、設置または除去中にマニホールドの偶然の取扱いによって航空機への損傷、たとえばカウリング上の窪みなどを引起こし得る。好ましい実施例で説明されるようなこの発明は、マニホールドの単純化されかつより安全な位置付けのためのロボットアームの使用を開示し、それにより偶然の損傷の危険性を低減する。この発明の目的は、偶然の損傷の危険性を低減することである。

エンジンの洗浄などの航空機上で行なわれる作業は、操作が航空機メンテナンスマニュアルによって与えられた指示に従うことを必要とする。このマニュアルは、洗浄マニホールドのような物体のエンジンの吸気口カウリング上での設置などのエンジンの洗浄の要件および制限についての指示を与える。この発明の好ましい実施例による非接触のマニホールドの使用により、マニホールドを設置するために航空機メンテナンスマニュアルを参照する必要はなくなる。この発明の目的は、航空機との接触を伴わないマニホールドによって航空機メンテナンスマニュアルなどの航空機の操作上の指示との矛盾を避けることである。

エンジンの洗浄を行なうことは、航空機が或る時間運転を中止することを必要とする。航空機が運転を中止する時間を低減することは航空会社のオペレータの関心事である。この発明による万能かつ非接触のマニホールドの使用は、マニホールドのためのセットアップ時間が短縮されるため、洗浄操作のための時間を低減する。さらに、万能かつ非接触のマニホールドは航空機に存在する１人のオペレータのみによって、またはこれに代えて遠隔制御によって操作可能である。この発明の目的は、洗浄操作のための時間を短縮し、かつ労働要件を低減することである。

この発明の別の目的および利点は例示的な実施例により以下に論じる。

先行技術による洗浄のためのマニホールドおよびノズルを備えた二軸のターボファンエンジンの断面図である。 先行技術による航空機エンジンの吸気口に設置されたマニホールドの図である。 この発明による非接触のスプレーヘッドを備えた洗浄ユニットの図である。 「翼下」に取付けられたエンジンを洗浄するときのこの発明の適用の図である。 「テール」に取付けられたエンジンを洗浄するときのこの発明の適用の図である。 この発明によるスプレーヘッドの詳細の図である。 スプレーヘッドの代替の実施例の図である。 この発明によるターボファンエンジンのファンの洗浄の図である。 この発明によるターボファンエンジンのコアエンジンの洗浄の図である。 スプレーヘッド上に設置されたカメラおよび距離測定装置によってどのように洗浄手順が制御されるかを示す図である。 この発明による万能かつ非接触のスプレーヘッドの図である。 洗浄液の再使用のための廃水処理を備えた廃水収集装置および万能かつ非接触のスプレーヘッドの図である。

この発明の好ましい実施例を添付の図面を参照してさらに詳しく説明する。
好ましい実施例の説明
ここに開示される発明は吸気口空気カウリングと接触を有さないマニホールドを含むシステムを説明する。吸気口空気カウリングと接触を有さないことは、多数の航空機のエンジンの吸気口カウリングに適合されたマニホールドを製造する問題を排除する。さらに、ここに開示されるマニホールドは、マニホールドが複数のサイズの機能を有するために小型のエンジンおよび大型のエンジンに保守整備を行い得るという点で万能である。複数のサイズの機能を有するマニホールドは、さまざまなサイズの航空機のエンジンのために多くのマニホールドを製造する問題を排除する。

図３は、この発明による万能かつ非接触のマニホールドの適用を示す。航空機（図示せず）上に設置された航空機エンジン１が洗浄される。洗浄ユニット３１は洗浄液をスプレーヘッド３３に運ぶためのユニットである。スプレーヘッド３３はマニホールド３６上のノズル（明確さのために図示せず）に液体を分散させるためのマニホールド３６を含む。ノズルは洗浄液をエンジンの吸気口へと注入する。ノズルは液体を霧状にしてもよいし、または液体を中空でない流れとして注入してもよい。洗浄ユニット３１は、洗浄液を貯蔵するためのタンク、液体を加熱するためのヒータ、液体の圧力を上げるためのポンプ、洗浄操作を可能化および監視するために必要な制御などの洗浄を可能にするための装備および構成要素を含む。液体は水のみであってもよいし、または化学物質を備えた水であってもよいし、もしくは溶媒などの化学物質のみであってもよい。熱い液体は洗浄結果を向上するため、典型的には、液体は熱い液体を用いた洗浄のために加熱される。洗浄液はノズルへの分散のためにポンプによって加圧される。制御は典型的には液体圧メーター、液体流量メーター、液体温度メーターおよびポンプのオンオフスイッチを含む。洗浄ユニット３１は、空港で航空機エンジンを洗浄するための使用に対してそれを実用的にするために可動であってもよい。洗浄ユニット３１は乗物３２の一部であってもよい。乗物３２は、手動で牽引されるカートまたはモータ駆動のカート、もしくは小型のトラックなどの人を運搬する乗物であってもよい。またはこれに代えて、洗浄ユニット３１は可動でなくてもよい。

スプレーヘッド３３はロボットアーム３４によってエンジン１の吸気口の固定された位置に保持される。ロボットアーム３４は一端で洗浄ユニット上に設置され、他端にスプレーヘッド３３を有する。ロボットアーム３４はエンジン１の吸気口３０１内でのスプレーヘッド３３の適切な位置決めを可能にする少なくとも１つの関節継手および手首を有する。ロボットアームは少なくとも３自由度で可動である。ロボットアーム３４は油圧式、または空気圧式もしくは電気的または機械的に手動で駆動される操作装置（図示せず）によって操作するか、または手の力で動かされてもよい。この発明の実施例では、ロボットアームは１つまたはいくつかの伸縮式の部分を含む。たとえば、２つの継手間の部分は伸縮式であってもよい。

スプレーヘッド３３は吸気口３０１の開口部より小さくなるように寸法を決められる。スプレーヘッド３３は、オペレータによって制御パネル（図示せず）からロボットアーム３４を操作することにより吸気口３０１で位置付けられることが好ましい。スプレーヘッド３３は本質的には吸気口３０１の開口部の中心に位置付けられる。スプレーヘッド３３がその適切な位置にあるとき、航空機とスプレーヘッドまたは洗浄装置の他の部分との間に接触はない。洗浄ユニット３１は加圧された洗浄液を導管３５を介してスプレーヘッド３３に運び、導管３５は屈曲ホースまたはその業務のための類似の装置を含む。スプレーヘッド３３では、液体はマニホールド３６を介して複数のノズルに分散され、ノズルは洗浄液をエンジンへと注入する目的を有する。

図４ａは、「翼下エンジン（under wing engine）」タイプの航空機のエンジンを洗浄するときに使用するための位置にあるこの発明を例示する。類似の部品は図１および図３と同じ参照番号で示される。航空機４０は、そこにエンジン１が設置される翼４１を有する。洗浄ユニットを備えた乗物３２はエンジンに隣接して駐車される。乗物３２は、洗浄中に直接的な空気流の中に立たないようにエンジンの１つの側に駐車されることが好ましい。これは、乗物上のルーズな物が空気流によってエンジンへと偶然に持っていかれることを避けるためである。ロボットアーム３４は、そのマニホールド３６がエンジンの吸気口で定位置にあるようにスプレーヘッドを保持する。航空機とマニホールドまたは洗浄ユニットの他の部分との間に接触はない。図４ｂは、「テールエンジン（tail engine）」タイプの航空機のエンジンを洗浄するときに使用するための位置にあるこの発明を例示する。類似の部品は図１および図３と同じ参照番号で示される。洗浄ユニットを備えた乗物３２はエンジンに隣接して駐車される。ロボットアーム３４はスプレーヘッドおよびそのマニホールド３６をエンジンの吸気口で定位置に保持する。航空機とマニホールドまたは洗浄ユニットの他の部分との間に接触はない。この発明は、この発明が等しく適用可能である異なる設計の多くの他の航空機があるため、図４ａおよび図４ｂの図に制限されない。さらに、カウリングまたは航空機の他の部品によって洗浄設備が支持を得るように配置することが有利である航空機もあり得る。

図５はスプレーヘッド３３の詳細を示す。スプレーヘッド３３は斜視図で示され、矢印はエンジンの空気の流れの方向を示す。類似の部品は図３と同じ参照番号で示される。スプレーヘッド３３は本質的に回転対称のユニットを含み、軸５０１は対称の中心である。スプレーヘッド３３が洗浄のための定位置にあるとき、軸５０１はエンジンの軸の対称の中心と整列している。スプレーヘッド３３は中心本体５０を有する。本体５０はエンジンの方に面した前端５８を有する。本体５０は前端５８と反対の後端５９を有する。後端５９はロボットアーム３４に接続される。本体５０は、スプレーヘッド３３を位置付けるためおよび洗浄操作を監視するための補助として使用される光学検出装置５５を含む。光学検出装置５５は本質的にエンジンの吸気口の方に向けられる。光学検出装置５５はカメラを含んでもよく、カメラの視野は制御パネルのオペレータによって即時に見ることができる。またはこれに代えて、光学検出装置はカメラと同じ目的を備えた光ファイバ装置を含んでもよい。またはこれに代えて、スプレーヘッドからの視野を記録するための他の手段がある。光学検出装置５５はエンジンの吸気口の視野をオペレータに運ぶ目的を果たす。カメラの視野は、オペレータの制御パネルからロボットアームを操作することにより、オペレータがスプレーヘッドをエンジンの軸の中心と整列させるのを手助けするために使用される。さらに、カメラの視野は、オペレータがエンジンの上流の適切な距離にスプレーヘッドを位置付けるのを可能にする。さらに、カメラの視野は、洗浄中にエンジンの中心線からの視野を運ぶことによってオペレータが洗浄プロセスを監視するのを可能にする。さらに、カメラの視野は、カメラが提供する視野から洗浄パラメータを調節する際にオペレータが決定を行う手助けをする。さらに、オペレータがカメラで気付いたものに関して洗浄プロセスを停止することができるため、カメラの視野は安全向上装置である。

図５の本体５０は、エンジンへの距離を測定するための距離測定装置を含む。典型的には、距離測定装置は送信機５６および受信機５７を含む。距離測定装置は超音波検出装置などの音波検出装置を含んでもよく、送信機は音波ビームを放出し、これはエンジンのノーズブリット（nose bullet）で反射され、反射されたビームは受信機によって受取られる。次に、送信機から受信機への距離が送信機から受信機への信号に対する時差で概算される。またはこれに代えて、距離測定装置はレーザなどの光学測定装置であってもよく、送信機はレーザビームを放出し、これはエンジンのノーズブリットで反射し、受信機によって受取られる。またはこれに代えて、使用可能な他の距離測定装置がある。記録された距離は操作パネルへ運ばれ、オペレータはエンジンの上流でスプレーヘッドの適切な位置を調節するときにその情報を使用する。洗浄中、測定された距離は、距離の変化を報告することによりオペレータが洗浄プロセスを制御するのを手助けする。距離の測定は、オペレータが距離が適切でないと考えた場合に洗浄パラメータを調整する際にオペレータが決定を行う手助けをする。距離測定装置は、オペレータが距離が安全でないと考えた場合に洗浄プロセスを停止することができるため、安全向上装置である。距離測定装置は、距離が範囲外である場合に聴覚的な音または閃光の形のアラーム信号を放出するアラームを含んでもよい。たとえば、測定された距離が予め定められた値を下回って減少する場合である。一実施例では、この限界値は制御パネルによりオペレータによって調節可能である。

本体５０はエンジンの吸気口を照らすためのランプ５２を含む。照明は、カメラからの視野およびエンジンの吸気口との直接的な視線からの視野を改善する。本体５０は、安全を向上するためまたは洗浄操作を改善するための他の装置を含んでもよい。

当業者が容易に理解するように、以下の特徴、すなわち光学検出装置５５、距離測定装置５６、５７、またはランプ５２の各々は他のものから独立して使用することができる。つまり、スプレーヘッド３３は、たとえば光学検出手段５５または距離測定装置５６、５７のみを含んでもよい。

図５のスプレーヘッド３３は、リング型のチューブ、すなわちトーラスとしてマニホールドを示す。液体はホース（図示せず）を介して洗浄ユニット（図示せず）からマニホールド３６へと汲み上げられる。マニホールド３６は本質的に円形であり、円の中心は軸５０１と整列している。マニホールド３６の面は本質的に軸５０１に対して垂直である。マニホールド３６は本体５０に接続される。マニホールド３６は異なる洗浄業務のためにマニホールドの周りに配置された複数のノズルを有する。たとえば、ノズル５３はエンジンのファンを洗浄する目的を果たす。ノズル５４はコアエンジンを洗浄する目的を果たす。ノズル５１０はノーズブリットを洗浄する目的を果たす。ノズル５１１はカウリングを洗浄する目的を果たす。ノズル５３、５４、５１０および５１１に加え、マニホールドは他のエンジンの詳細を洗浄するための他のノズル（図示せず）を含んでもよい。マニホールド３６は少なくとも１つのノズル５４を有する。ノズルは液体を霧状にして小滴のスプレーにしてもよい。またはこれに代えて、ノズルは非噴霧の噴流として液体を運んでもよい。リング型のマニホールドを使用する目的は、マニホールドはリングへと曲げられる１つのチューブから製造することができ、１つの接合（１回の溶接）のみを必要とするからである。これはより多くの接合を必要とする代替の設計に対する利点である。接合の低減は安全機能として見なされる。なぜなら、接合は壊れることがあり、緩んだ部品がエンジンに入った場合に損傷を引起こすことがあるためである。さらに、リング型のマニホールドは、マニホールドと何らかの航空機の部品との間の偶然の接触が鋭い縁との接触を暗示しないため、安全だと見なされる。またはこれに代えて、マニホールドは、エンジンとの偶然の接触の場合に力をとるようにゴム発泡体材料などの緩衝物を備えてもよい。

図６はスプレーヘッドの代替の実施例を示す。類似の部品は図３および図５と同じ参照番号で示される。リング型のマニホールドは、ここではノズルを定位置に保持するパイプ６１によって置き換えられている。またはこれに代えて、マニホールドは異なるように作られてもよい。

図７ａ、図７ｂおよび図８はターボファンエンジンを洗浄するときのこの発明の適用を示す。類似の部品は上述の図面と同じ参照番号で示される。図７ａは、ファンの洗浄のためのノズルの使用によるターボファンエンジン１のファンの洗浄を示す。洗浄中、ファンはエンジンのスタータモータの使用により回転させられる。ノズル５３は洗浄液を霧状にしてスプレー７１にする。ノズルは、１つの側で流線７５によって、他方の側で流線７６によって制限される液体の分散に繋がるスプレーのパターンを有する。ファンのブレード７２の前縁でのスプレーの分散は、先端点７０２およびハブ点７０１によって制限されるブレードの全長に本質的に等しい。したがって、スプレーはブレードの全体の長さ全体にわたる。マニホールド５１はエンジンの吸気口の一部分のみにわたる１つのノズル５３のみを含んでもよい。ファン全体を濡らすことはファンの回転により実現される。図７ｂはターボファンエンジン１のコアエンジンの洗浄を示す。洗浄中、エンジンの軸はスタータモータの使用により回転される。ノズル５４は洗浄液を霧状にしてスプレー７３にする。ノズルは、１つの側で流線７７によって、他方の側で流線７８によって制限される液体の分散に繋がるスプレーのパターンを有する。スプレーの目的は、液体をコアエンジンの吸気口７４へと運ぶことである。コアエンジンの吸気口は、空気スプリッタ７０５および空気スプリッタ７０５の反対側のハブ上の点７０４によって制限される。コアエンジンの吸気口でのスプレーの分散は、空気スプリッタ７０５および点７０４によって制限されるコアエンジンの吸気口の開口部と等しい。これにより、ノズル５４から出てくる液体はコアエンジンの吸気口７４に入る。さらに、ノズル５４はファンの回転中に液体がブレードの間に浸透できるように方向付けられる。図７ａおよび図７ｂは、エンジンのスタータモータの使用によるターボファンエンジンの洗浄を説明する。またはこれに代えて、別のＡＰＵスタータなどの他の始動装置を使用してもよい。またはこれに代えて、洗浄はエンジンの軸を回転させることなく行なってもよい。

図８はカメラおよび距離測定装置の使用を示す。類似の部品は上述の図面と同じ参照番号で示される。カメラ５５は線８１によって制限される視野角を有する。カメラは、エンジンのノーズブリットの視野を提供して、オペレータが洗浄のためにスプレーヘッドを適切な位置へと動かすのを可能にする。エンジンがそのスタータモータによってクランクで回転させられると、カメラの視野は軸の回転を監視するために使用される。カメラは回転スピードを概算するためのソフトウェアを備えた計算装置（図示せず）に取付けられてもよい。回転スピードは、液体の汲み上げを開始するときにオペレータへの入力パラメータの役割を果たす。回転スピードの制御を有することは良好な洗浄結果にとって重要である。さらに、カメラの視野は、ファンへの液体の分散およびコアエンジンへの液体の浸透を見ることを可能にする。

この視野はオペレータへの重要な入力としての役割を果たす。なぜなら、オペレータはスプレーヘッドの位置付けを調節するかまたは洗浄パラメータを調節してさらによく目的を果たすことができるからである。カメラのレンズが空気中に浮遊する液体で汚染されるのを防ぐために、レンズは圧縮された空気源（図示せず）から供給される空気流によってきれいにされる。距離測定装置は、ノーズブリット８３に向かってビーム８２を放出する送信機５６を含み、それは反射し、反射されたビームを受信器５７に返す。距離を計算するため計算ユニット（図示せず）に信号が供給される。計算ユニットは、何らかの物への距離が危機的に短くなった場合、たとえば聴覚的なアラームを供給するようなアラームレベルで設定されてもよい。距離測定装置は、測定された距離についての情報を供給するように、エンジンの吸気口でノーズブリットではなく他の物の方へと向けられてもよい。測定装置の検出器が空気中に浮遊する液体で汚染されるのを防ぐため、それらは圧縮された空気源（図示せず）から供給される空気流によってきれいにされる。

図９は幅広い異なるサイズのエンジンに保守整備を行う万能のスプレーヘッドを示す。スプレーヘッド９０は斜視図で示され、矢印は空気の流れの方向を示す。スプレーヘッド９０は、図５のスプレーヘッド３３で既に述べたような類似のカメラ、距離測定装置およびランプを備えた中心本体９１を有する。スプレーヘッド９０は、各々が異なる直径を備えた複数のリング型のマニホールド９２を含む。リング９２は中心軸５０１の周りに対称に配置される。リング９２は本質的に同じ面にあり、面は軸５０１に対して本質的に垂直である。リングは、空気がスプレーヘッドを通って流れることができるようにリング間に隙間を備えて配置される。各リングは１つまたは複数のノズル９３を含み、ノズルのタイプ、ノズルの数およびノズルの間隔は、リングが行なうであろう洗浄業務による。ノズルは、ファン、コアエンジン、カウリング、バレットノーズを洗浄するため、または同様の業務のために使用してもよい。原則として、内側のリングはより小型のエンジンの洗浄のために使用され、外側のリングはより大型のエンジンの洗浄のために使用される。さらに、１つのリングは、特定のエンジンのタイプまたは特定のエンジンの一群の洗浄の専用にされてもよい。最も大きな直径を備えたリング、すなわち外側のリングは、スプレーヘッドが保守整備を行うであろう最も小型のエンジンの吸気口カウリングの直径未満の直径を有する。たとえば、乗客を運ぶ一般的な民間航空会社は１．５から３メートルの間で変化する吸気口カウリングの直径を有する。それらのエンジンの保守整備を行うためのスプレーヘッドは１．５メートル未満の外径を有する。

エンジンの洗浄のため、典型的には１つのみのリングが使用される。これは導管を介して各リング９２がスプレーヘッド上の分配器（明確さのため図示せず）に接続されていることにより実現される。分配器は各導管を閉じるための個々のバルブを含む。洗浄のためのセットアップの前に、オペレータは対応するバルブを開くことにより使用されるべきリングを作動させる。他のすべてのバルブは閉じられる。

スプレーヘッド９０は、それが幅広い航空機のタイプおよびエンジンのタイプに保守整備を行い得るという意味で万能であるが、交換可能な複数のスプレーヘッドを有することが実用的である。これは航空機の使用説明書または他の指示によって設定された異なる要件によって論じられ得る。他の理由は軍事用の航空機の要件を満たすための別のスプレーヘッドであり得る。さらに他の理由もあり得る。スプレーヘッドの変更を実現するため、スプレーヘッドは、容易な交換を可能にするカップリングでロボットアームに取付けられる。

ここに開示されるようなこの発明は、洗浄のための時間を低減するためおよび労働の要件を低減するための手段を提供する。図１０は、先行技術と比較して時間がかからずかつより労働集約的でないエンジンの洗浄のための配置を示す。類似の部品は上述の図面と同じ参照番号で示される。ここで説明されるプロセスは、典型的には洗浄を行なうために１人のオペレータのみを必要とする。洗浄ユニット３１は、導管３５を介してロボットアーム３４によって保持されるスプレーヘッドへと洗浄液を供給する。洗浄中、オペレータは制御パネル１１３からプロセスを制御する。制御することはモニタ１１２からスプレーヘッドのカメラ画像を見ることを含む。エンジンから出てくる廃棄洗浄液はエンジンの後部の収集装置１１４によって収集される。収集された廃液は導管１１５を介してユニット１１６のタンク（図示せず）に入る。ユニット１１６は可動性のためにホイールを備えてもよい。好適な収集装置は、国際出願ＰＣＴ／ＳＥ２００４／０００９２２に説明され、ここに前記出願の内容を引用により援用する。廃液は導管１１８を介して洗浄ユニット３１のタンクへと汲み上げられ、解放された付着物質は、適切な廃水処理プロセスによって液体から分離される。処理された水は、次のエンジンの洗浄のために使用されるか、またはこれに代えて下水道に捨てられる。廃水が処理されている間、オペレータは、次の洗浄のためのセットアップのため、乗物３２および他の装置を次のエンジンに動かしてもよい。

説明および例示のために具体的な実施例をここに図示および説明してきたが、当業者には、図示および説明された具体的な実施例は、この発明の範囲を離れることなくさまざまな代替のおよび／または均等な実現例で置き換えられ得ることが理解される。この出願はここに論じられる好ましい実施例のあらゆる適合または変形を含むことを意図される。結果として、この発明は特許請求の範囲およびその均等物の表現によって規定される。

１ ガスタービンエンジン、１１０ エンジンの吸気口、５４ ノズル、３３、９０ スプレー装置、３１、３５ 洗浄ユニット、３４ 位置決め装置、１１４ 収集装置、１１６ 液体収集ユニット。

Claims (20)

1. ガスタービンエンジン（１）を洗浄するための洗浄システムであって、前記洗浄システムは可動の乗物（３２）に配置され、
   洗浄操作中に前記エンジンの吸気口（１１０）へと液体を注入するように適合されたノズル運搬体（５０，９１）に装着された少なくとも１つのノズル（５４）を含むスプレー装置（３３；９０）と、
   前記液体を前記スプレー装置（３３；９０）へと分散するように適合された洗浄ユニット（３１，３５）と、
   前記スプレー装置を三次元で動かし、それにより前記スプレー装置（３３；９０）と前記エンジン（１）との間の接触なしに前記エンジンの吸気口（１１０）に対して前記三次元で洗浄操作位置への前記スプレー装置（３３；９０）の位置決めを可能にするように適合された位置決め装置（３４）と、
   前記位置決め装置（３４）によりオペレータが前記エンジンの吸気口（１１０）に対して三次元で前記スプレー装置（３３；９０）の位置を調節できるように適合された制御パネル（１１３）と、
   前記エンジンの洗浄操作中に前記エンジンから空気流に伴って実質的に水平方向に出てくる廃棄洗浄液を収集するように適合された収集装置（１１４）を含む液体収集ユニット（１１６）とを含み、前記液体収集ユニットは前記エンジンに接触しない、洗浄システム。
2. 前記位置決め装置（３４）は前記三次元で前記スプレー装置（３３；９０）の運動を可能にする継手を含むロボットアーム（３４）を含む、請求項１に記載の洗浄システム。
3. 前記ロボットアーム（３４）は少なくとも１つの伸縮式の部分を含む、請求項２に記載の洗浄システム。
4. 前記スプレー装置（３３；９０）はエンジン（１）の洗浄操作を監視するように適合された光学検出装置（５５）をさらに含む、請求項１に記載の洗浄システム。
5. 前記光学検出装置（５５）は前記制御パネル（１１３）に接続され、前記エンジンの吸気口（１１０）の視野を、モニタ（１１２）の前記洗浄システムのオペレータへと運ぶように適合される、請求項４に記載の洗浄システム。
6. 前記光学検出装置（５５）はカメラを含む、請求項４または５に記載の洗浄システム。
7. 前記光学検出装置（５５）は光ファイバ装置を含む、請求項４または５に記載の洗浄システム。
8. 前記スプレー装置（３３；９０）は前記スプレー装置（３３；９０）と前記エンジン（１）との間の距離を測定するように適合された距離測定装置（５６，５７）をさらに含む、請求項４から７のいずれかに記載の洗浄システム。
9. 前記距離測定装置（５６，５７）は前記制御パネル（１１３）に接続され、前記スプレー装置（３３；９０）と前記エンジン（１）との間の距離の指標を運び、それにより前記モニタ（１１２）によって前記スプレー装置（３３）と前記エンジン（１）との間の現在の距離をオペレータに知らせるように適合される、請求項８に記載の洗浄システム。
10. 前記距離測定装置（５６，５７）は音波ビームを放出するように適合された送信機（５６）および前記ビームを受取るように適合された受信機（５７）を含む超音波検出装置であり、前記距離は前記送信機（５６）から前記受信機（５７）への前記ビームの時差によって概算される、請求項８または９に記載の洗浄システム。
11. 前記距離測定装置（５６，５７）はレーザビームを放出するように適合された送信機（５６）および前記ビームを受取るように適合された受信機（５７）を含む光学測定装置であり、前記距離は前記送信機（５６）から前記受信機（５７）への前記ビームの時差によって概算される、請求項８または９に記載の洗浄システム。
12. 前記距離測定装置（５６，５７）は前記測定された距離が予め定められた値を下回って減少する場合にアラーム信号を放出するように適合されたアラーム手段をさらに含む、請求項７から１１のいずれかに記載の洗浄システム。
13. 前記スプレー装置（３３；９０）は照明手段（５２）をさらに含む、請求項１から１２のいずれかに記載の洗浄システム。
14. 前記スプレー装置（３３；９０）は前記ノズル運搬体（５０；９１）について対称に配置された実質的にリング型のマニホールド（３６）を含み、前記少なくとも１つのノズル（５４）は前記マニホールド（３６）に配置される、請求項１から１２のいずれかに記載の洗浄システム。
15. 前記スプレー装置（３３）は前記ノズル運搬体（５０）に配置される少なくとも１つのパイプ（６１）を含み、前記少なくとも１つのパイプ（６１）は少なくとも１つのノズル（５４）とともに配置される、請求項１から１３のいずれかに記載の洗浄システム。
16. 前記スプレー装置（９０）は、各々が異なる直径を有しかつ前記ノズル運搬体（９１）について対称に配置されるいくつかの実質的にリング型のマニホールド（９２）を含み、少なくとも１つのノズル（５４）が各マニホールド（９２）に配置される、請求項１から１４のいずれかに記載の洗浄システム。
17. 前記液体収集ユニット（１１６）は前記廃棄洗浄液を貯蔵するためのタンク（１１６）に接続可能である、請求項１から１６のいずれかに記載の洗浄システム。
18. 前記液体収集ユニット（１１６）は前記洗浄ユニット（３１，３５）に接続可能である、請求項１から１７のいずれかに記載の洗浄システム。
19. 前記タンク（１１６）は前記洗浄ユニット（３１，３５）に接続可能である、請求項１７に記載の洗浄システム。
20. 前記洗浄ユニット（３１，３５）は前記廃棄洗浄液を処理するように適合されており、それによって前記処理された廃棄洗浄液が洗浄操作において使用されることを可能にする、請求項１から１９のいずれかに記載の洗浄システム。

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