TWI418416B - 渦輪清潔系統 - Google Patents

Description

渦輪清潔系統

本發明係關於一種用於清潔渦輪(尤其為航空器中之輔助動力單元(APU))之系統及方法。清潔可現場進行及/或線上(即當該APU以全功率運行時)進行。

一般而言，燃氣渦輪(且尤其可能係航空器引擎)在操作期間暴露於很多類污垢中。污垢係起因於渦輪的空氣入口吸進該渦輪之材料。材料可為很多類型，諸如來自排氣之微粒、昆蟲、較大動物(諸如鳥類)、大氣污染物(諸如煙塵)等等。所有此等材料黏附至渦輪葉片並形成污垢塗層，此藉由降低渦輪的壓縮機之氣流而負面影響渦輪之操作，藉此降低燃氣渦輪之總體效能。

可使用水洗滌之一例行程式來保持壓縮機清潔度。在燃氣渦輪上執行的兩種此類水洗滌操縱分別被稱為離線操縱及線上操縱。離線操縱係由燃氣渦輪在一經冷卻狀態下使用搖轉速率進行，而線上操縱係由燃氣渦輪在操作溫度下進行。此線上操縱通常僅使用水。兩種洗滌操縱均使用經設計以完全進入一渦輪的壓縮機芯體之高霧化噴水模式。離線操縱清潔整個芯體並恢復損失效能，而線上操縱清潔芯體之在前面級並最大化需要離線洗滌之間之時段。

用於洗滌渦輪之已知系統係關於清潔在航空器上之引擎渦輪，或靜止工業渦輪。然而，已知系統尚未解決清潔在航空器停在機場期間用於為航空器產生電力之APU。

反而是，通常實行自航空器拆除一APU並更換之，或分離地清潔APU並將其重新安裝在適當位置。

如熟習此項技術者瞭解，此一程序係相當乏味的，且因此，傾向於容許在APU的清潔/更換之間經過大時間間隔。因而，一APU會損失其一部分動力產生能力，藉此需要更多燃料，此增加航空器之操作成本。

鑒於目前洗滌方法及系統之問題，存在有改良航空器中之APU之洗滌之需求，且尤其係減少停機時間並改良APU之效能以相較於現今APU在一長期時段中具有較高效率之需求。

因此，本揭示內容之一態樣係提供一種用於有效率地現場清潔(無須自航空器移除APU)及/或線上(當APU以全功率運行時)清潔一個或多個APU之清潔裝置、系統及方法。

在一實例中，提供一種噴射清潔器件以用於現場及線上清潔APU。在另一實例中，提供一種用於現場及線上清潔APU之系統，此系統包含一噴射清潔器件。在又一實例中，提供一種清潔APU之方法。

透過下文給出的詳細描述及僅為了說明而給出且因此不被認為限制性的隨附圖式將瞭解本發明之應用性之進一步範圍。

本揭示內容係基於以下理念，即藉由提供具有可被注入穿過一APU之空氣入口之合適性質之一高壓噴水，將可線上及離線兩方式清潔該APU而無須自一航空器拆除該APU。

根據一實施例，依其最普通形式之一噴射清潔器件包括至少一噴嘴，該至少一噴嘴可在一所需壓力下並在一所需容積流下產生經霧化水之一受控噴射。合適地，噴射參數為可變使得壓力可被設定至介於20巴(Bar)與200巴之間，在經霧化噴射中之液滴尺寸可被設定至介於40微米與250微米之間，且容積流可被設定至介於每分鐘1升與每分鐘20升之間(視引擎維修人工容許的流率而定)。

待使用的實際參數值將隨待清潔的APU類型、存在於該APU中之污垢量、線上或離線清潔該APU、及/或各種其他因素而變化。一熟習此項技術者將可對於正被討論之APU調適該等參數。

根據該實施例之一噴射清潔器件亦包括一剛性管部，其承載該(等)噴嘴。若為一單一噴嘴，則剛性管之一段可用以將該噴嘴固持在適當位置。若該清潔器件包括若干噴嘴，則該管可在各方向分支使得各個噴嘴之位置對於被清潔的該APU將會符合需要。另一選擇為，多個剛性管可用以容置若干噴嘴。

在一替代實施例中，該(等)噴嘴及/或剛性管部可被整合成為一長形供應管以用於供應所需高壓液體至APU。此長形管亦可用以形成供一操作員用之一手柄。

為了在相對於一APU之內部之一正確位置放置該(等)噴嘴，在該清潔器件上提供一定位構件。依最簡單設計之此定位構件包括一部件，該部件經設計以符合一航空器的APU空氣入口之一部並與之配合。以此方式，該清潔器件之剩餘部分可簡單地靜止在抵靠該航空器主體之適當位置，藉此提供支撐以使該(等)噴嘴保持在一固定位置。為了增加穩定性，當該清潔器件在操作中時一操作員可施加額外壓力至該清潔器件以平衡該噴射之反作用力。

另一選擇為，該定位構件可被設計作為一夾具。因此，該清潔器件可暫時以一極安全的方式被固定至該航空器主體而無須來自一操作員之增加壓力，藉此反而使該操作員免於監測該洗滌操作。

夾具可依許多方式設計，並可經調適以符合各個特定航空器樣式之主體，尤其是因為APU內建於不同航空器中的不同位置處。

現參考圖1，顯示一例示性航空器100(例如波音737)之一尾部。在此航空器100中，該等APU(在兩側各有一個)位於該航空器主體內側(圖中未顯示)。至該等APU之空氣入口102係設於該航空器100之任一側上並正好在後翼103前面。圖1中亦顯示使用根據一實施例之一噴射清潔器件104之一清潔操作員105(圖中未顯示用於提供高壓水之水供應系統)。如圖1中所示，當該操作員105用其手固持該清潔器件104時自地面操作該噴射清潔器件104。歸因於長形水供應管106，該APU之該空氣入口102可用以接取該渦輪以用於清潔目的而無須梯子或升高器件。

圖2繪示一噴射清潔器件230之一例示性實施例。該器件230包括一噴射噴嘴232，下文中將更詳細論述該噴嘴232之設計。該噴嘴232係附接至一噴嘴管234(即承載該噴嘴之一管)，其顯示為以大約90°之一彎曲角度彎曲，雖然其他角度可適於特定應用，主要視APU之設計、及/或APU在一航空器主體中之位置而定。該管234之彎曲半徑並非關鍵，但當然應使得穿過該管之液體流不受限制。

一可調整定位構件236係附接至該管234。在此實施例中，該定位構件236係顯示為一大體上「U」形部件，其中該部件之內「壁」係經構形以符合一航空器之空氣入口壁結構。然而，應瞭解此定位構件236可根據任何所需形狀構形，並經構形以符合任何安裝位置。

該噴射噴嘴承載管234在其末端處附接至一水供應管238(或與該水供應管238成一體)。來自一流體源(圖中未顯示)之洗滌流體(例如水或其他洗滌流體，諸如清潔劑)可被注入穿過該水供應管238、向上穿過該噴嘴管234、並穿過該(等)噴嘴232離開。如圖所示，該定位構件236係在一傾斜定向下剛性連接至該噴嘴管-水供應管總成234至238。依此方式，在將該噴射器件230安裝至一航空器入口之後，該(等)噴射噴嘴232將已瞄準所需方向。在另一實施例中，該定位構件236可鬆動地連接至該噴嘴管-水供應管總成234至238，在此情況下可在已經安裝該噴射器件230之後定位該(等)噴嘴232。在此一實施例中，一旦該(等)噴嘴232瞄準一所需方向，則該定位構件236可被上緊及/或鎖定在適當位置。

現參考圖3，顯示根據圖2之該例示性噴射器件230在一空氣入口301處之一經安裝位置中。如圖所示，該噴射器件230已直接安裝在該空氣入口301之一邊緣上。顯示該定位構件236容納該空氣入口301之一邊緣以在該空氣入口301與該噴射裝置230之間形成一穩固、暫時連接。圖中亦顯示在該定位構件236之一背側上之二個螺栓303。此等螺栓303係用以固定地連接該定位構件236至該噴嘴管-水供應管總成234至238。如上文所提到，一旦已經安裝該噴射器件230，此致使該(等)噴射噴嘴232能在一適當定向中。

然而，應注意可利用用於固定地附接該定位構件236至該噴嘴管-水供應管總成234至238之任何已知構件而不背離該實施例之範圍。一旦該噴射器件230係經穩固地安裝至該空氣入口301，則來自一流體源(圖中未顯示)之洗滌流體305被注入該水供應管238並被迫穿過該噴嘴管234、離開該(等)噴嘴232、並進入該APU。

圖4繪示一噴射器件440之一例示性實施例。此例示性實施例係經設計以剛性固定在一空氣入口處。因此，將可將撓性軟管用於水供應。

該例示性噴射器件440包括一個或多個噴嘴442，其係附接至一噴嘴管444，該噴嘴管444以大約90°之一彎曲角度彎曲。該管444係耦合至另一管區段454，該另一管區段454具有一軟管連接445以用於耦合一撓性軟管或其他水供應管至該裝置440。

亦提供有一支撐部件446，其包括一主體部446a，該主體部具有在其各自端部處之二個翼部446b。該支撐部件446係由金屬片合適製成，雖然可使用任何其他剛性材料。在一實施例中，該支撐部件446可由管構建而成。

該噴嘴管444係剛性附接(例如經由焊接)至該支撐部件446之該主體部446a，以便當安裝該(等)噴嘴442時提供該(等)噴嘴442相對於一APU之一固定位置。

在該支撐部件446之各個翼部446b上附接有一定位托架448。此等托架448可基本上為「U」形(如圖所示)或任何其他適當形狀以用於符合一APU空氣入口之一邊緣之輪廓，並用於在橫向方向及垂直方向二個方向中將該噴射器件440固持在一固定位置。

為了防止噴射力迫使該噴射器件440離開其所需安裝位置，係提供有一固定構件449。此固定構件449藉由使用一足以防止任何不希望移動之力鄰接於該空氣入口結構之部分(圖中未顯示)而確保不會發生不受控移動。此可純粹藉由在該空氣入口處之該航空器主體上之摩擦力，或藉由該固定構件449之一部分實際鄰接該航空器主體之某一部分以阻礙該噴射器件440之向後移動而達成。

在圖4中顯示的該特別實施例中，該固定構件449包括成一「V」組態配置的二個經彈簧負載臂450。該等臂450係經由一扭轉彈簧451連接，該扭轉彈簧451提供可推進該等臂450以移動分開以便加寬該「V」之一扭轉力。視需要，提供端部止擋以防止該等臂450過度加寬。合適地，可設定最大偏轉以對應於相較於該等臂450被夾緊之空間之寬度之一稍較大跨度。各個臂450之端部較佳具有一橡膠帽452以當鄰接該航空器主體時提供摩擦。

在一替代實施例中，該等臂450之一者可為剛性，而另一臂450可藉由該扭轉彈簧451而經彈簧負載。

圖5a顯示相對於圖4描述的該例示性器件440，其安裝在至一航空器之一APU之一空氣入口501處。如圖可見，該扭轉彈簧(圖中未顯示)迫使該等臂450抵靠該空氣入口501之結構之一部分。橡膠帽452與該空氣入口501之間之摩擦與該扭轉彈簧力一起建立一反作用力，該反作用力足夠大以當水噴射行進穿過洗滌流體及噴嘴管454、444時耐受來自水噴射之力。在圖5a中，該空氣入口501包括具有一稍傾斜之表面，此傾斜幫助建立該反作用力。然而，即使在其中對於該等臂450僅有一基本上水平的空氣入口表面以抵靠其靜止之情況下，來自該等橡膠帽452之摩擦及來自該扭轉彈簧之力亦足以在操作期間使該噴射器件440保持在適當位置。為了安裝該噴射器件440，或為了再定位該噴射器件440，該等臂450可被迫朝向彼此，且當該噴射器件440在適當位置時，該等臂450可被釋放以抵靠該空氣入口501之表面施加一力。

如圖5a中，當該噴射器件440在一經安裝位置時，該等臂450壓抵靠該空氣入口501並將該噴射器件440固持在適當位置。為移除該噴射器件440，該等臂450可被迫抵抗該彈簧力而朝向彼此，如圖5b所指示，藉此自該空氣入口501移除該摩擦力。

在一替代實施例中，一噴射器件可包括一遙控構件，該遙控構件用於致使一操作員遙控安裝、拆卸、及/或定位該噴射器件。圖6中顯示一例示性遙控構件600。如圖所示，該遙控構件600包括一線660，以藉由拉緊該線660之一方式而使該線660耦合至一例示性噴射器件640之臂662a、662b，該等臂662a、662b被迫朝向彼此。該線660可在附接點670處附接至下臂662b，並圍繞在上臂662a上之一滑輪664成迴路，或穿過該上臂662a中之一迴路或一孔(圖中未顯示)。接著該線660可沿著該管665被拉入合適導引部件/結構中，其在一實施例中可依附接至該管665的(若干)短管片段668之形式實施。當該線660被拉緊時，該線660將導致該下臂662b向上移動且該上臂662a向下移動(如在該圖式中由箭頭所示)，藉此減少該等臂662a與662b之間之間隙。一旦該線660被釋放，則該等臂662a、662b將相互分開地移動，建立抵靠一空氣入口結構之張力。

在一替代實施例中，可提供一馬達及一齒輪機構(圖中未顯示)以用於機械地開啟及閉合該等臂662a、662b。接著此馬達/齒輪機構可由一遙控操作器控制。該馬達(類似於該線660)可用以在相反方向中向內驅動該等臂662a、662b以自一經安裝位置釋放其等，或向外驅動該等臂662a、662b以將其等鎖定在適當位置。

參考圖7之流程圖，提供一種用於清潔一個或多個APU之方法。如一初始步驟710，提供如本文所揭示的一新穎噴射清潔器件。該清潔器件可包括一個或多個噴嘴，其用於噴射洗滌流體至一個或多個APU上；一水管，其用於供應洗滌流體至該等噴嘴；及一定位構件，其用於在一所需定向上定位該一個或多個噴嘴。該定位構件可視需要進一步包括一夾緊部件，該夾緊部件經調適以接合一航空器之一空氣入口結構。視需要，該定位構件亦可包含一支撐部件，該支撐部件用於抵靠該航空器主體之一部固持該噴射清潔器件。由任何合適剛性材料製成的一剛性長形管、或由任何合適撓性管製成的一撓性軟管可經連接至該水管之一端部。視需要，該剛性長形管可伸縮地延伸，藉此致使一操作員能夠升高及降低該噴射清潔器件。

一旦在步驟720處提供噴射清潔器件，則其可經由該夾緊部件接合至該航空器之一空氣入口結構上。視需要，若該定位構件包含一支撐部件，則一操作員可抵靠該航空器主體之一部固持該支撐部件。如熟習此項技術者將意識到，依此方式利用該支撐部件將在操作時提供進一步穩定性及對該清潔器件之支撐。確實，視實施而定，可利用該支撐部件而完全無須接合該夾緊部件。

在步驟730處，在已適當地接合該噴射清潔器件之後，可在一所需噴射壓力、噴射溫度、及噴射液滴尺寸下經由該水管提供來自一流體源之洗滌流體使其穿過該等噴嘴。

視需要，如上文所提到，該噴射清潔器件可包含成一V組態之二個臂。在此一實施例中，該方法可進一步包括一起推進該二臂、定位該噴射清潔器件及接著釋放該二臂。若該等臂係經彈簧負載，則因彈簧負載而產生的力將導致該二臂移動分開並抵靠該航空器之諸部。較佳地，選擇彈簧負載以提供足夠力以在一洗滌操作期間使該噴射清潔器件保持穩定並在適當位置。在其中一遙控機構用以操作該等臂之實施例中，該方法可進一步包括在定位該噴射清潔器件之前手動地或機械地推進該二臂使其等分開，且接著釋放該二臂以接合該航空器之諸部。

在完成洗滌操作之後，可經由鬆開該夾緊部件、釋放該支撐部件、及/或一起推進該二臂而自該空氣入口結構移除該噴射清潔器件，此視實施何種形式的噴射清潔器件而定。

該等前述實例僅為解釋之目的而提供而絕不應視為限制性。儘管顯示各種實施例之參考，但本文中使用的詞語係描述及說明之詞語，而非限制之詞語。另外，儘管顯示特定構件、材料、及實施例之參考，但對本文揭示的細節並無限制。相反地，該等實施例延伸至所有功能上等效結構、方法、及用途，諸如在隨附請求項之範圍內。

100．．．航空器

102．．．空氣入口

103．．．後翼

104．．．噴射清潔器件

105．．．操作員

106．．．長形水供應管

230．．．噴射清潔器件

232．．．噴射噴嘴

234．．．噴嘴管

236．．．定位構件

238．．．水供應管

301．．．空氣入口

303．．．螺栓

305．．．洗滌流體

440．．．噴射器件

442．．．噴嘴

444．．．噴嘴管

445．．．軟管連接

446．．．支撐部件

446a．．．主體部

446b．．．翼部

448．．．定位托架

449．．．固定構件

450．．．臂

451．．．扭轉彈簧

452．．．橡膠帽

454．．．噴嘴管

501．．．空氣入口

600．．．遙控構件

640．．．噴射器件

660．．．線

662a．．．臂

662b．．．臂

664．．．滑輪

665．．．管

668．．．短管片段

670．．．附接點

圖1顯示具有至顯示的一APU之一空氣入口之一例示性航空器之尾部，及使用根據一實施例之一噴射器件之一操作員；

圖2顯示一噴射器件之一例示性第一實施例；

圖3顯示圖2之該例示性噴射器件，其經安裝至一例示性APU空氣入口；

圖4顯示一噴射器件之一第二例示性實施例；

圖5a顯示圖4之該例示性實施例，其在一經安裝狀態下；

圖5b顯示圖4之該例示性實施例，其在插入期間在一預安裝狀態下；

圖6顯示用於遙控一噴射器件之一機構之一實施例；及

圖7顯示用於清潔一個或多個APU之一方法之一實施例。

232．．．噴射噴嘴

234．．．噴嘴管

236．．．定位構件

238．．．水供應管

301．．．空氣入口

303．．．螺栓

305．．．洗滌流體

Claims (32)

1. 一種用於清潔位於一航空器之主體內側的一輔助動力單元(APU)之噴射清潔器件，該清潔器件包括：一個或多個噴射噴嘴經配置以噴射進入該APU之一空氣引入口；一水管，其用於供應水至該等噴嘴，該等噴嘴係附接至該水管之一末端部；及定位構件，其剛性連接至該水管及經調適以接合該APU之一空氣入口以用於相對於該APU將該等噴嘴靜態地定位在該航空器主體內。
2. 如請求項1之噴射清潔器件，其中該定位構件包括一夾緊部件，該夾緊部件經調適以與該航空器主體上之一結構接合以在一所需位置中夾緊該噴射清潔器件。
3. 如請求項1之噴射清潔器件，其中該定位構件包括一支撐部件，該支撐部件經調適以被固持抵靠該航空器主體之一經選擇部分而用於將該噴射清潔器件穩固地固持在一所需位置而無須將該噴射清潔器件夾至該航空器主體。
4. 如請求項1之噴射清潔器件，其中該定位構件係連接至該水管之一末端剛性部。
5. 如請求項1之噴射清潔器件，其中該水管係可拆除地連接至一剛性長形管及一撓性軟管之至少一者。
6. 如請求項5之噴射清潔器件，其中該剛性長形管係可伸縮地延伸。
7. 如請求項1之噴射清潔器件，其中該水管之該末端部係經彎曲以便導引該等噴射噴嘴至在待清潔的該APU中之一所需位置。
8. 如請求項1之噴射清潔器件，其中該水管係經分支以提供至少二個剛性末端部，各個末端部包括至少一噴射噴嘴。
9. 如請求項8之噴射清潔器件，其中該至少二個剛性端部係經調適用於該等噴嘴之獨立定位。
10. 如請求項2之噴射清潔器件，其中該夾緊部件包括成一V組態之二個臂，該等臂之至少一臂係經彈簧負載。
11. 如請求項10之噴射清潔器件，其中二臂皆係經彈簧負載。
12. 如請求項10之噴射清潔器件，其中起因於該等經彈簧負載臂之彈簧力推進該等臂使其等分開。
13. 如請求項12之噴射清潔器件，其進一步包括用於抵抗該彈簧力推進該等臂使其等朝向彼此之構件。
14. 如請求項10之噴射清潔器件，其中各個臂包括摩擦減少構件。
15. 如請求項10之噴射清潔器件，其進一步包括用於推進該等臂使其等朝向彼此之一遙控構件。
16. 如請求項15之噴射清潔器件，其中該遙控構件包括一線，該線固定地附接至該等臂之一第一臂並圍繞附接至該等臂之一第二臂的一滑輪成迴路，其中在該線上之向下張力導致該第一臂及該第二臂朝向彼此移動。
17. 如請求項15之噴射清潔器件，其中該遙控構件包括至少一齒輪，其附接至該等臂之至少一臂；及一馬達，其附接至該至少一齒輪以用於驅動該齒輪，其中操作該馬達驅動該至少一齒輪使得該等臂被一起推進。
18. 一種用於清潔在具有本體之航空器中之一輔助動力單元(APU)之系統，其包括：一噴射清潔器件，其包括：一個或多個噴射噴嘴經配置以噴射進入該APU之一空氣引入口；一水管，其用於供應水至該等噴嘴，該等噴嘴係附接至該水管之一末端部；及一定位構件，其剛性連接至該水管以用於相對於該APU將該等噴嘴定位在該航空器主體內，其中該定位構件包括成一V組態之二個臂，該等臂之至少一臂係經彈簧負載；及一供應系統，其用於提供經加壓且溫度受控的洗滌流體至該噴射清潔器件。
19. 如請求項18之系統，其中該供應系統在30巴至85巴之一壓力、周圍溫度至70℃之一溫度及具有40微米至250微米之一噴射液滴平均尺寸下輸送洗滌流體。
20. 一種用於清潔位於一航空器之主體內側之一輔助動力單元(APU)之方法，該方法包括：提供一噴射清潔器件，其包括一個或多個噴嘴；一水管，其用於供應洗滌流體至該等噴嘴；及一定位構件， 其用於在一所需定向中定位該一個或多個噴嘴，該定位構件包括一夾緊部件，該夾緊部件經調適以接合該航空器之一空氣入口結構；接合該夾緊部件至一空氣入口結構上；及在一所需噴射壓力、噴射溫度及噴射液滴尺寸下經由該水管供應洗滌流體至該一個或多個噴嘴。
21. 如請求項20之方法，其中該噴射清潔器件進一步包括一支撐部件，該方法進一步包括：抵靠該航空器主體之一經選擇部手動固持該支撐部件以用於保持該噴射清潔器件之定位。
22. 如請求項20之方法，其中該夾緊部件包括成一V組態之二臂，該等臂之至少一臂係經彈簧負載，該方法進一步包括：一起推進該二臂；在該航空器之一部內定位該噴射清潔器件；及釋放該二臂，其中由該彈簧負載提供的力推進該二臂使其等分開並抵靠該航空器之諸部。
23. 如請求項22之方法，其中該等臂之至少一臂係經彈簧負載。
24. 如請求項22之方法，其中一遙控構件用於一起推進該二臂。
25. 如請求項24之方法，其中該遙控構件包括一線，該線固定地附接至該等臂之一第一臂並圍繞附接至該等臂之一第二臂的一滑輪成迴路，其中在該線上之向下張力導致 該等第一臂及第二臂朝向彼此移動，該方法進一步包括：在該線上施加向下張力以一起推進該二臂；定位該噴射清潔器件；及釋放在該線上之該張力以迫使該二臂分開並抵靠該航空器之諸部。
26. 如請求項24之方法，其中該遙控構件包括至少一齒輪，其附接至該等臂之至少一者；及一馬達，其附接至該至少一齒輪以用於驅動該齒輪，其中操作該馬達驅動該至少一齒輪使得一起推進該等臂，該方法進一步包括：搖轉該馬達以驅動該等齒輪使得一起推進該二臂；定位該噴射清潔器件；及在一相反方向中驅動該等齒輪以迫使該二臂分開並抵靠該航空器之諸部。
27. 如請求項20之方法，其中該定位構件係連接至該水管之一末端剛性部。
28. 如請求項20之方法，其中該水管係可拆除地連接至一剛性長形管及一撓性軟管之至少一者。
29. 如請求項28之方法，其中該剛性長形管係可伸縮地延伸。
30. 如請求項20之方法，其中該水管包括一末端部，該末端部係經彎曲以自該等噴嘴導引噴射至該APU中之一所需位置。
31. 如請求項20之方法，其中該水管係經分支以提供至少二 個剛性末端部，各個末端部包括至少一個噴嘴。
32. 如請求項31之方法，其中該至少二個剛性端部係經調適用於該等噴嘴之獨立定位，該方法進一步包括相對於被清潔的一個或多個APU定位各個噴嘴。