SE434129B - Sett att avlegsna kolhaltiga material fran gasturbinhalrum - Google Patents

Description

eazosvus-6 10 15 20 25 30 35 konstruktionen.

.Ett syfte med uppfinningen är att rensa kolhaltigt material från slutna hålrum i konstruktioner utan att man orsakar deformation eller nedbrytning av konstruktionen.

Enligt uppfinningen förses ett slutet hålrum i en konstruktion med öppningar och rensas genom att man tvingar en reaktiv gas att strömma därigenom under upphettning av konstruktionen. Vid ett föredraget sätt at: rengöra .ett typiskt gasturbinmellanhus tillverkat .av AISI IMO-stål hålls tempera- turen vid högre än -470°C, företrädesvis 550°C och luft tvingas att strömma från en liten inloppsöppning till en liten utloppsöppning, .som båda tränger in i hâlrummet. Pâ detta sätt avlägsnas kolhaltigt material genom förgasning, och= , vid kylning kan en ej förgasad partikelformig återstod avlägsnas fysikaliskt genom spolning. Vid slutet av förfarandet tillsluter man gasöppningarna, t.ex. genom svetsning. i Kontroll av- trycket och flödet är 'särskilt viktigt för utförandet av uppfinningen, både för att man skall få detuönskade avlägsnandet och undvika skada pâ konstruktionen. Vid ett föredraget utförande av uppfinningen är organ anordnade för att begränsa både det flöde och tryck som kan anbringas på hålrummet. Härigenom undviker man tryckorsakad deformation och den oönskade kylning och deformation som ett för stort luftflöde kan orsaka. Vidare tillåter kontrollorganen att ett initialt högt tryck kan anordnas i kombination med uppvärmning av konstruktionen. Detta befinns vara ytterst lämpligt för att inducera strömníng genom ett helt blockerat hålrum, i vilken ingen strömning observeras vid initial trycksättning vid rumstemperatur. När hindret avlägsnas, sänks trycket automatiskt och det totala luftflödet begränsas. Detta förfarande eliminerar både ihållande och eventuellt deformerande tryck och för stor luftströmning som lokalt kan kyla konstruktionen och orsaka deformation. För en fullständig förståelse av uppfinningen hänvisastill de bifogade ritningarna, där Fig. i är en perspektivvy av ett gasturbinmellanhus anslutet till den anordning som används vid reningsförfarandet; _ Fig. '2 är en tvärsektion av ett segment av huset i Fig. 1 som mer i detalj visar det hâlrum i vilket kolhaltigt material ínfângas, tillsammans med luftinloppsledningen; och I Fig. 3 är en vy i större skala av ett 'segment av ett hus liknande det i Fig. 2, som visar ett hålrum som praktiskt taget är fyllt med kolhaltigt material med anslutning, munstycke och luftledning vid inloppsöppningen.

Uppfinningen beskrivs i form av dess tillämpning på ett gasturbinmellan- 10 15 20 25 30 35 3205745-6 hus med ett slutet hålrum, som innefattar ett ringformigt utrymme mellan en skiljevägg och tillhörande värmesköld. Självfallet är dock uppfinningen även tillämpbar på andra konstruktioner för andra maskiner. De avlagringar som man strävar att avlägsna i gasturbinhuset karakteriseras som huvudsakligen kolavlag- ringar. Denna beskrivning innefattar vilka avlagringar som helst som erhålls genom koksning av oljor vanligtvis i området 320-450°C. Även om sådana avlagringar huvudsakligen förutsätts utgöras av kol, är det möjligt att vissa små mängder av andra föreningar kan vara närvarande. Man inser, att föreliggande uppfinning kan användas för att avlägsna alla slags avlagringar eller avsättningar med användning av varje gas som är reaktiv i förhållande till avlagringen och skonsam mot konstruktionen.

Fig. 1 visar ett partiellt tvärsnitt av ett typiskt gasturbinmellanhus 20.

Detta är en komplicerad precisionsmaskinbearbetad svetskonstruktion med ca 80 cm diameter och 65 cm längd, som har många hålrum och delkonstruktioner och kostar många tiotusentals dollar. Huset är ett konstruktionselement i en gasturbinmotor, och är beläget mellan kompressorsektionen och brännkammar- sektionen. Luft av storleksordningen 360°C strömmar typiskt genom huset, och det är konstruerat av en värmebeständig legering såsom AISI 410 martensitiskt rostfritt stål. g Fig. 2 visar mer i detalj ett parti av mellanhuset 20, nämligen ett tvärsnitt av ett hålrum 22, i vilket det är känt att kolhaltigt material ackumuleras under drift. Hålrummet 22 har ungefär formen av en ringformig cylinder, som bildas av den 1,7 mm tjocka skiljeväggen 24 och den 0,05 mm tjocka värmeskölden 26 som är fastsvetsad på skiljeväggen. Konstruktionsmässigt är hålrummet slutet med undantag av ett litet lufthâl med 1,6 mm diameter i skiljeväggen, som hindrar deformering på grund av föränderligt inre tryck vid användning.

Kolhaltigt material antas ackumuleras i hålrummet vid upprepade starter och avstängningar som kännetecknar användningen av en typisk flygplansmotor.

Det förmodas att oljeångor sugs in i hålrummet genom ventilationshålet, och att även högre driftstemperaturer än normalt, som orsakar sprickbildning, kan följa avstängníngen av motorn. Oberoende av detta antagande, är det ett faktum att kolhaltigt material 25 lätt kan observeras i hålrummet, såsom illustreras i Fig. 3, genom fysiskt avlägsnande av värmeskölden. Det befinns vara ett hårt sfäriskt material, som ofta fyller hela hålrummet, häftar fast vid sig självt och vid hålrummets metallväggar. Det kan ofta vara väsentligen ogenomträngligt på samma sätt som naturen hos avsiktligt ångavsatta kolstrukturer. 10 15 20 25 30 35 =s2os7us-se Föreliggande uppfinning innebär att man på ett reglerbart sätt tillför varm gas till insidan av hålrummet för att orsaka oxidation av avlagringarna.

Eftersom de primära avlagringarna utgörs av kol, är förbränningsprodukterna gaser och kan därigenom enkelt avlägsnas.

Vid utförandet av uppfinningen borrar man små hål i skiljeväggen, såsom visas i Fig. l. En gasinloppsöppning 28 placeras i ett första läge på skiljeväggen, företrädesvis den för det ovannämnda luftningshålet som därigenom förstoras. En gasutloppsöppning 30 placeras i ett läge längs diametern på den motstående sidan. Detta tvingar den luft som tillförs till inloppsöppningen att strömma genom-största möjliga längd av hålrummet (genom den ena eller båda av de två halvcirkelformiga banorna) till utloppsöppningen. nI andra konstruktioner kan öppningarna placeras så att man får bästa möjliga .Iströmningsbana genom hela hålrummet, och det torde vara uppenbart att man kan använda ett flertal öppningar för att utföra uppfinningen. Komprimerad luft tillförs till inlopps- öppningen, t.ex. med hjälp av en gasinloppsledning 32, och strömmar därefter genom hålrummet såvida det inte är tilltäppt såsom diskuteras nedan. Huset upphöjs sedan till en temperatur på ca 550°C, t.ex. genom att man placerar det i en ugn 31+ visad i Fig. 1. Företrädesvis förvärms luften genom en värmeväxlare 36 för att man skall undvika kylning och värmedeformation i närheten av inlopps- öppningen. Man finner att luft i kombination med en temperatursom är högre än ca 470°C orsakar oxidation och eliminering av huvuddelen av avlagringarna som gasformiga produkter såsom C02, CO och liknande.

I många fall blockeras emellertid hålrummet med material, och luft *strömmar initialt inte genom hålrummet. Om strömning inte kan framkallas, kommer uppenbarligen den erforderliga oxidationen då inte att äga rum. Man kan öka trycket för att åstadkomma en stöt, men det maximala trycket måste vara mycket begränsat, eftersom den relativt sköra 0,05 mm tjocka värmesköld- en inte kan tåla tryck och är särskilt svag vid den temperatur i omrâdet 550°C som- krävs för effektiv reaktion av kolmaterial. En ytterligare begränsning ligger i temperatur- och uppvärmningsschemat. Ur säkerhetssynpunkt för ett flygplan, liksom i metallurgiskt avseende, är det ytterst önskvärt att hålla sig inom gränserna för prövade värmecykler för konstruktionen. Således använder man följande schema för AISI lilO-stålkonstruktioner: placera delen i en kall ugn 315°c i ao minuter 42s°c 1 au minuter 55o°ci 120 minuter ugnskyl vid högst ca ZOOOC/h. 10 15 20 25 30 35 82057li5~6 5 Givetvis kan uppvärmningsschemat i andra fall varieras. Vanligtvis är det nödvändigt att temperaturen är högre än ca 470°C för att åstadkomma oxidation på ett rimligt antal timmar. För att inducera strömning i ett hålrum som befinns vara initialt blockerat för luft av rumstemperatur har det upptäckts vara effektivt att kombinera tillförsel av luft vid måttligt tryck med höjning av temperaturen på konstruktionen och hålrummet. lngendera av parametrarna använd separat ger den önskade effekten. Det förmodas att kombinationens effektivitet kan tillskrivas konstruktionens värmeutvidgning i kombination med den elastiska utböjning och utvidgning av hålrummet som åstadkommas av trycket på värmeskölden och skiljeväggen. inspektion av partíellt renade konstruktioner har visat, att gaskanaler på innerytan förefaller vara det initiala elimineringstillståndet i hålrummet.

Det mellanhus som beskrivits ovan och som har ett ringformigt hålrum på ca 28 cm innerdiameter gånger 42 cm ytterdiameter gånger 0,2 cm längd, har rengjorts. Försök visar att ett tryck som framkallar initial strömning och avlägsnar material från ett fyllt hålrum på den önskade tiden ligger mellan ca 35 och 50 kPa (5-7 psig). Detta tryck har befunnits ligga inom vad den hålrummet avgränsande konstruktionen kan tåla utan att skadas. Givetvis kan syre eller annat material tillföras till luften för att öka materialelimineringen, men på det hela taget har luft befunnits vara effektivt och billigt.

Som angivits är det typiskt att initialt inte ha någon strömning eller mycket låg strömning. Allteftersom strömningen framkallas och hindret avlägs- nas genom föreliggande åtgärder minskar dock hålrummets motstånd mot strömning. Om således konstant tryck tillförs genom inloppsöppningen till hálrummet, kommer flödet vid stationärt tillstånd att öka betydligt till ett högt värde. Ett alltför stort flöde kan resultera i att luften blir för kall vid inloppsöppningen, i för stora krav på värmeväxlaren om sådan används, eller i att ihållande tryck appliceras på hålrummet på grund av flödesbegränsning och tryckfall vid utloppsöppningen.

Följaktligen har ett system framtagits för modulering av luftflödet och trycket. Som visas i Figurerna är en strypning 38 anordnad i en strypplatta 39 i ett anslutningsstycke 40, som företrädesvis är placerat vid inloppsöppningen eller någon annanstans på inloppsledningen 32. Detta i kombination med ett inställbart konstant inloppsledningstryck, som regleras t.ex. med en regulator 142, begränsar det maximala flödet vid stationärt tillstånd, eftersom ett ökande tryckfall orsakas vid strypningen med ökning i genomströmníngen. När det inte sker någon strömning, appliceras å andra sidan hela trycket i den regulatorkontrollerade i delen av inloppsledningen på hålrummet. Sålunda kan det generellt konstateras, 10 15 20 azosvus-el att kombinationen av de ovan angivna anordningarna åstadkommer att hålrummet får: ett förutbestämt maximalt högt tryck initialt när flödet är noll eller mycket lågt; ett lågt hålrumstryck därefter när flödet är högre; en maximal strömnings» hastighet vid stationärt tillstånd; och ett maximalt övergångstryck vid varje snesmningSrHßaind. i Under ugnskylningscykeln kan luften stoppas efter behag. Efter bort- tagning av ekonstruktionen från ugnen utför man vanligen ytterligare operationer.

Det är ytterst önskvärt att utföra ett ytterligare steg för eliminering av en lätt pulverformig återstod, som kan återfinnas i hålrummet efter ugnsbehandlingen.

Denna .antas utgöras av annat material, såsom salter från omgivningen, rengöringsföreningar, aska från oljan, och liknande material som införts i hålrummet och frigjorts genom de föregående stegen. lnlopps- och utloppsgas- öppningarna är väl lämpade för att tillåta spolningsåtgärder med användning av vätskor för att fysikaliskt avlägsna material. Vatten, klorerade kolväten och andra lösningsmedel är lämpade för denna uppgift. Närfalla rengöringsoperationer fullbordats och inspektion visar tillfredsställande resultat, kan öppningshâlen tillslutas på lämpligt sätt, t.ex. genom GTA-svetsning, vid behov med luftnings- håletåterställt. Även om uppfinningen visats och beskrivits med avseende på en föredragen utföringsform, är det självklart för fackmannen på området, att olika förändringar och utelämnanden vad gäller dess form och detaljer kan göras utan att man avviker från uppfinningens omfattning.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 azosvns-6 7 PATENTKRAV

1. l. Sätt att rengöra en gasturbinmotorkonstruktion med ett väsentligen slutet hålrum (22), som avgränsas av skört metallark (26) och innehåller kolhaltigt material och andra rester, kännetecknat avattman: upptar minst en gasinloppsöppning (28) och åtminstone en gasutiopps- öppning (30), vilka placeras så att gas tillåts strömma genom hâlrummets (22) längd, upphettar konstruktionen i en ugn (34) till en temperatur, som är tillräcklig för att få det kolhaltiga materialet att oxideras med betydande hastighet men är otillräcklig för att orsaka metallurgisk eller deformationsskada - på konstruktionen, tillför luft till gasinloppsöppningen (28) för att bringa luften att strömma genom hålrummets (22) längd till gasutloppsöppningen (30), varvid den tillförda luftmängden och lufttrycket regleras så att mängden är ”tillräcklig för att oxidera det kolhaltiga materialet vid upphettning till ungefär konstruktionens tempera- tur, men otillräcklig för att väsentligen kyla konstruktionen, och att lufttrycket är tillräckligt för att åstadkomma det önskade stationära flödet genom hâlrummet som innehåller det kolhaltiga materialet, men är otillräckligt för att orsaka permanent deformering av konstruktionen om flödet i hålrummet blockeras; och stoppar lufttillförseln, kyler konstruktionen och tillsluter inlopps- och utloppsöppningarna (28, 30) för att återställa konstruktionen till väsentligen den mekaniska utformning den hade före rengöringen.

2. Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t av att man upphettar luften till ungefär konstruktionens temperatur innan luften tillförs till gasinloppsöppníngen (28) för att undvika kylning och värmedeformation av konstruktionen vid högre stationära ström- ningshastigheter.

3. Sätt enligt patentkravet l eller H2, k ä n n e t e c k n a t av att man efter kylningen och före tillslutningen av öppningarna (28, 30) spolar hålrummet (22) med vätskor, såsom vatten, oljor och klorerade kolväten, för eliminering av annan film- och partikelformig återstod, såsom salter och askavlagringar.

4. Sätt enligt patentkravet l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t av att man modulerar luftflödet och trycket i hålrummet (22) under lufttillförselsteget för att undvika för högt tryck och deformation av 10 15 20 25 30 35 8205745-6 8 konstruktionen när hålrummet (22) är blockerat och för att undvika för stort flöde när hålrummet är väsentligen fritt från blockering.

5. Sätt enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att moduleringen innefattar att man till ett hålrum (22), som ger motstånd mot strömning på grund av blockering genom kolhaltigt material, initialt applicerar ett förutbestämt maximalt högt tryck när flödet är lågt; ett lägre tryck därefter när hålrummet är mindre blockerat och flödet är högre, och ett förutbestämt maximalt stationärt flöde.

6. Sätt enligt patentkravet li eller 5, k -ä n *n e t e c k n a t av att moduleringen åstadkommes med hjälp av en tryckreglerad gasinloppsledning (32) och en strypplatta (39) vid, inloppsöppningen ' (28). i '

7. Sätt enligt patentkravet l, vid vilket det kolhaltigt material innehållande hålrummet (22) är bildat mellan en värmesköld (26) .och en skiljevägg (24) i ett ringformigt mellanhus (20) i en gasturbinmotor, varvid hålrummet (22) har ett iuffningshai, i k -ä n n e t e c k n a t av att det innefattar att man: a) förstorar luftningshålet för att bilda inloppsöppningen (28) till hålrummet (22); b) upptar utloppsöppningen (30) från hâlrummet (22) ca l80° från inlopps- ' öppningen (28) runt husets (20) periferi; c) tillför luft till inloppsöppningen (28) vid ett tryck på minst 35-50 kPa; d) reglerar och modulerar trycket och luftflödet underrengöringstiden; e) långsamt upphettar huset (20) till ca 550°C och upphettar den tryckluft, som tillförs till inloppsöppningen (28), till ca 550°C, varvid luften har tillräckligt tryck i kombination med upphettningen av huset (20) för att övervinna varje initialt hinder mot strömning orsakat av eliminerbart material i hâlrummet (22) och för att tillåta luftströmning därigenom och 'oxidation av material i detsamma; f) fortsätter upphettningen under tillräcklig tid för att avlägsna allt kolmaterial; och _ g) därefter kyler huset (20) långsamt för att undvika deformation.

8. Sätt enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n-a t av att man dessutom spolar hålrummet (22) efter kylning med användning av vätska för att avlägsna återstod som frigjorts men inte avlägsnats vid de föregående stegen. I,- 8205745-6 9

9. Sätt enligt något av patentkraven l till 6, k ä n n e t e c k n a t av att man tillför gas med ett tryck på minst 35 kPa och upphettar konstruktionen till minst 470°C för att därigenom bringa gasen att strömma genom densamma och bortíöra kolmaterialet som gasformiga reaktions- produkter.