TWI646191B - 清潔溶液及清潔渦輪引擎之方法 - Google Patents
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Abstract
提供一種用於渦輪引擎之清潔溶液。該清潔溶液包括一種試劑組成物,其包括在該試劑組成物之約25體積%與約70體積%之間的水、在該試劑組成物之約0.1體積%與約50體積%之間的酸成分、及在該試劑組成物之約1體積%與40體積%之間的胺成分。該試劑組成物係以水稀釋至約40倍以形成該清潔溶液。該清潔溶液具有在2.5與7.0之間的pH值。使用該清潔溶液以清潔該渦輪引擎之組件。
Description
本申請案要求在2013年12月9日提出之美國臨時申請案61/913805之利益,該臨時申請案藉由引用併入本申請案。
本揭示之領域通常是關於渦輪引擎且更特別地是關於清潔渦輪引擎之系統和方法,其使用一種選擇性地溶解渦輪引擎之外來物質的組分的試劑組成物。
用於經由某些途徑將飛機推進之飛機引擎由於在飛行、待機、起飛及著陸期間嚴重的環境顆粒狀物質吸入常經受明顯積垢。環境積垢使此種已知飛機引擎之渦輪組件的效能惡化。例如,已知之積垢機轉是由礦物質塵吸取所引起之渦輪組件粗糙度的增加。特別地,此種經增加之粗糙度乃因形成粒子撞擊所致之微凹陷。隨後,礦物質塵粒累積在這些凹陷中且藉由形成積垢材料在其中而阻斷冷卻通道。在該渦輪下游階段中之表面上的高溫導致該經累積之礦物質塵粒之熱換質及固態礦物質反應,而形成
以氧化鈣、氧化鎂、氧化鋁、氧化矽(CMAS)為底質之反應產物。結果,頻繁用於清潔該渦輪組件之水洗處理經常不能成功地移除該經累積之礦物質塵及其二級反應產物。
至少一種已知之移除該經累積之礦物質塵的方法包括乾冰粒碰撞該渦輪組件。更特別地,該乾冰粒在彼等昇華時膨脹而促進該渦輪組件之清潔。然而,並不調節乾冰以溶解以該經累積之礦物質塵及其反應產物之元素組成為底質之積垢沉積物,反而關注於該積垢物之機械移除。另一已知方法包括利用包含HxAF6之酸溶液處理該渦輪引擎表面。通常僅調節此種已知之酸溶液以移除礦物質塵之基於低溫反應之產物,且通常僅在引擎拆卸之後於服務修理店環境中被應用。
一方面,提供一種用於渦輪引擎之清潔溶液。該清潔溶液包含一種試劑組成物,其包含:在該試劑組成物之約25體積%與約70體積%之間的水;在該試劑組成物之約1體積%與約50體積%之間的酸成分;及在該試劑組成物之約1體積%與40體積%之間的胺成分。該試劑組成物係以水稀釋至約40倍,以形成該清潔溶液。
另一方面,提供一種清潔渦輪引擎的方法。該方法包含提供其上具有外來材料層之渦輪組件。該外來材料層包括延伸遍及該渦輪組件表面之至少一部分的第一子層和延伸遍及該第一子層之至少一部分的第二子層,其
中該第一和第二子層具有不同的元素組成。該方法也包括提供一包括試劑組成物之清潔溶液,該試劑組成物係經配置以選擇性地溶解在該第一和第二子層中之該外來材料之組分;及將該清潔溶液導向基材以將外來材料至少部分地由該渦輪組件移除。
又一方面,提供一種清潔渦輪引擎的方法。該方法包含提供渦輪組件,其上具有外來材料層。該外來材料層至少部分地係由該外來材料與間隙膠合劑的熱反應產物之至少一者所形成。該方法也包括:提供包括試劑組成物之清潔溶液,該試劑組成物係經配置以選擇性地溶解在該層中之外來材料的組分;及將該清潔溶液導向基材,以將外來材料至少部分地由該渦輪組件移除。
10‧‧‧氣渦輪引擎
12‧‧‧風扇組合件
13‧‧‧核心引擎
14‧‧‧高壓壓縮機
16‧‧‧燃燒器
18‧‧‧高壓渦輪
20‧‧‧低壓渦輪
24‧‧‧風扇葉片
26‧‧‧轉子碟
28‧‧‧進氣面
30‧‧‧排氣面
31‧‧‧低速轉子軸
32‧‧‧高速轉子軸
34‧‧‧中心線
100,120‧‧‧渦輪組件
102‧‧‧基材
104‧‧‧防護塗層
106,122‧‧‧外來材料層
108‧‧‧表面
110‧‧‧第一子層
112‧‧‧第二子層
124,126‧‧‧影像
當引用附圖(其中類似符號在全部圖中代表類似零件)研讀以下詳細說明時,本揭示之這些和其他特徵、方面和優點將更被了解,其中:圖1是例示渦輪引擎之剖面視圖;圖2是在圖1所示之渦輪引擎之高壓渦輪區中的例示組件的剖面視圖;圖3是在圖1所示之渦輪引擎之高壓渦輪區中的替代組件的剖面視圖;圖4是在圖2中所示之組件的電子微探針影像;
圖5是在圖3中所示之組件的電子微探針影像;圖6是例示之清潔渦輪引擎之方法的流程圖;及圖7是清潔渦輪引擎之替代方法的流程圖;除非另外指明,本文提供之圖意圖說明本揭示之具體例的特徵。這些特徵據相信是要適用於包含本揭示之一或多個具體例之廣泛系統中。確切而言,該等圖非意圖包括該所屬技術領域中熟知此技術之人士所知之用於進行本文所揭示具體例所需之所有普遍特徵。
在以下說明書及申請專利範圍中,將引用多個術語,其將被定義以具有以下意義。
單數型式"一"及"該"包括複數之引用,除非上下文中另有清楚指明。
"任意"或"任意地"是指其下所述之事件或狀況可以或可以不發生,且該描述包括發生事件之例子或不發生事件之例子。
如在整個說明書和申請專利範圍中所用之概語可被應用以修正任何在不導致相關基本功能改變下可允許變化之定量的表示。因此,藉由一用語或多個用語諸如"約"及"基本上"所修正之值並不要限於所明定之精確值。在至少某些例子中,該概語可對應於用於測量該值之儀器
的精確度。在此及整個說明書和申請專利範圍,可將範圍限制結合及/或交換,此種範圍被確認且包括其中所含之所有子範圍,除非背景或言語指明其他狀況。
本揭示之具體例相關於清潔渦輪引擎之內部通道的方法。更特別地,在該渦輪引擎之內部通道中的表面上在該渦輪引擎之長時操作後可累積礦物質塵。如本文中所用的,"礦物質塵"通常是指天然發生之粒狀材料,包括不同岩石及礦物質之粒子。例如,該礦物質塵在尺寸低於38微米時可以成為能空氣傳播的,且在滑行、起飛、爬升、航行、著陸期間以及當該渦輪引擎不在運轉時可累積在該渦輪引擎中。該經累積之礦物質塵的元素組成及相係基於該礦物質塵在該渦輪引擎區內的位置,及/或該渦輪引擎之操作環境而變化。例如,在高壓渦輪區中因燃燒所引起之溫度增加導致其內組件表面上溫度增加。確切而言,在該表面上之礦物質塵熱反應以形成以CMAS為底質之反應產物(亦即例如[(Ca,Na)2(Al,Mg,Fe2+)(Al,Si)SiO7]),且隨後之礦物質塵層累積在該反應產物表面上。
本文中所述之清潔方法使用清潔溶液,其促使該CMAS為底質之反應產物之以氧化物為底質、以氯化物為底質、以硫酸鹽為底質及以碳為底質之組分、間隙膠合劑、及隨後之經累積之礦物質塵層由該渦輪引擎移除。更特別地,在例示具體例中,該清潔溶液包括試劑組成物,其選擇性地溶解在該渦輪引擎內部通道中之外來材料的組分。如本文中所用的,"選擇性地溶解"是指與預定材
料具有反應性之能力,且基本上與非該預定材料之材料不具反應性。確切而言,本文中所述之方法促使已反應及未反應之外來材料由該渦輪引擎移除,同時基本上與用以形成該渦輪組件之材料不具反應性以限制對下方組件之破壞。
圖1是包括風扇組合件12和核心引擎13(其包括高壓壓縮機14、燃燒器16、高壓渦輪(HPT)18、及低壓渦輪(LPT)20)之例示氣渦輪引擎10之概略視圖。風扇組合件12包括由轉子碟26輻射向外延伸之一系列風扇葉片24。引擎10具有進氣面28和排氣面30。風扇組合件12和LPT 20係藉由低速轉子軸31偶合,且壓縮機14和HPT 18係藉由高速轉子軸32偶合。渦輪引擎10可以是任何形式之氣渦輪或燃燒渦輪之飛機引擎,其包括但不限於渦輪風扇、渦輪噴射引擎、渦輪螺槳發動機、渦輪軸發動機以及齒輪渦輪引擎諸如齒輪渦輪風扇、無導管風扇及開放之引擎配置。可選擇地,渦輪引擎10可以是任何形式之氣渦輪或燃燒渦輪引擎,包括但不限於在簡單循環、結合循環、共生、船用和工業應用中之陸源(land-based)氣渦輪引擎。
通常,在操作時,空氣在基本上平行於一延伸經引擎10之中心線34的方向上,軸向地流動經過風扇組合件12,且將經壓縮之空氣供應至高壓壓縮機14。將該經高度壓縮之空氣傳至燃燒器16。來自燃燒器16之燃燒氣流(未顯示)驅動渦輪18和20。HPT 18經由軸32驅
動壓縮機14且LPT 20經由軸31驅動風扇組合件12。再者,在操作時,外來材料諸如礦物質塵隨著空氣被渦輪引擎10吸入,且該外來材料累積在其內表面上。
如本文中所用的,"軸向的"、"軸向地"或"共軸向地"各詞是指沿著或基本上平行於中心線34的方向。另外,如本文中所用的,術語"輻射的"或"輻射地"是指基本上與中心線34垂直的方向。
圖2和3是在渦輪引擎10(在圖1中顯示)的HPT 18區中的例示的渦輪組件100和120的剖面視圖。引用圖2,在該例示之具體例中,組件100包括基材102和在基材102上之防護塗層104。防護塗層104係由金屬材料製造且促進改良渦輪組件100之使用壽命。可選擇地,防護塗層104可由非金屬材料(其包括但不限於稀土元素陶瓷氧化物)製造。外來材料層106係形成在渦輪組件100上且更特別地形成在防護塗層104之表面108上。層106包括至少部分延伸過表面108之第一子層110及至少部分延伸過第一子層110之第二子層112。在替代具體例中,組件100不包括防護塗層在基材102上。
引用圖3,在該例示具體例中,組件120包括基材102和在該基材102上之防護塗層104。外來材料層122形成在組件120上,及更特別地在防護塗層104之表面108上。在該例示具體例中,層122並不包括外來材料之第一和第二子層110和112(各自在圖2中顯示)。例如,組件120由於在一個比包括組件100之渦輪引擎吸入
較少外來材料的渦輪引擎中之操作而包括層122。
例示之渦輪組件包括但不限於側板、貯體、葉片、噴嘴、風扇、密封組件、閥桿、噴嘴箱、及噴嘴板。再者,基材102係由金屬材料製成。如本文中所用的,"金屬"一詞可指單一金屬或金屬合金。例示之金屬材料包括但不限於鎳、鈦、鋁、釩、鉻、鐵、及鈷。可選擇地,基材102可以由非金屬材料製成,其包括但不限於陶瓷基質複合物(CMC)、聚合物基質複合物(PMC)以及其他非金屬材料。
再次引用圖2,外來材料之第一子層110和第二子層112具有不同的元素組成。如本文中所用的,"外來材料"一詞可指稱在操作期間進入渦輪引擎10之材料,非特定引擎設計之成分。更特別地,在操作期間,在燃燒器16中所形成之燃燒氣體順流地疏導向HPT 18(在圖1中顯示)且促使組件100之溫度升高。組件100之升高的溫度促使在組件100之表面108附近的外來材料中開始熱反應。該外來材料之熱換質促使玻璃狀非結晶相形成且促使該外來材料之元素組成改變。再次引用圖3,在渦輪引擎10之操作期間,組件120之升高的溫度促使在組件120之表面108附近的外來材料中開始熱反應。
圖4和5分別是渦輪組件100和120之電子微探針分析(EMPA)影像124和126。在該例示具體例中,使用EMPA以分別進行在組件100和120上之層106和122的元素分析。引用圖4,在第一子層110和第二子層
112之間的界線係藉由在影像124中之鉀和硫的元素分析所顯示。更特別地,如影像124中所顯示的,第一子層110係由以CMAS為底質之反應產物及長石所形成,如藉由在整個層106上之鈉、矽、及鈣的濃度增加所顯示的。第二子層112係例如由硫酸鹽、滑石及/或黏土、以CMAS為底質之反應產物、矽酸鹽、石英、及長石所形成,如在第二子層112中鉀和硫的濃度增加所顯示的。例如,第二子層112具有比第一子層110更大之硫濃度,因為在第二子層112中之硫酸鹽配置在矽酸鹽間隙中。確切而言,第一子層110係至少部分地由以CMAS為底質之反應產物所形成,且第二子層112通常由未反應之外來材料及間隙膠合劑所形成。如本文中所用的,"間隙膠合劑"一詞可以指稱定位在外來材料之累積的礦物質塵之空隙空間內的二次材料(secondary material)。例示之間隙膠合劑包括但不限於碳酸鹽、方解石、白雲石、及硫酸鹽。在替代之具體例,第一子層110和第二子層112具有基於包圍渦輪引擎10之周圍環境的元素組成。
引用圖5,如影像126中所顯示的,層122係例如由硫酸鹽、雲母及/或黏土、以CMAS為底質之反應產物、矽酸鹽、石英、及長石所形成。更特別地,層122之組成係藉由在整個層122上之鈉、矽、鉀、硫、及鈣之基本均勻的濃度增加所顯示的。確切而言,層122是至少部分地由以CMAS為底質之反應產物和間隙膠合劑之至少一者所形成之單一外來材料層。
在該例示具體例中,使用清潔溶液(未顯示)以由渦輪組件100移除外來材料。該清潔溶液包括試劑組成物,其選擇性地將第一子層110和第二子層112二者之中的外來材料的組分溶解,同時物理性地移除其中之矽酸鹽材料。例如,該試劑組成物具有一種調合物,其選擇性地溶解該外來材料之以氧化物為底質、以氯化物為底質、以硫酸鹽為底質、及以碳化物為底質之組分的至少一者。更特別地,該試劑組成物具有選擇性地溶解該外來物質之以氧化物為底質之組分(包括鈣、硫、鈉、鉀、鎂、矽、及/或鋁)的調合物。例示之以氧化物為底質及以硫酸鹽為底質之組分包括但不限於硫酸鈣、硫酸鎂、二氧化矽(亦即石英)、長石、雲母、及黏土。該試劑組成物也選擇性地溶解外來材料之以氯為底質的組分,包括鈉極/或鉀。例示之以氯化物為底質之組分包括但不限於氯化鈉和氯化鉀。該試劑組成物也選擇性地溶解包括外來材料之以碳為底質的組分,包括鈣、氧、及/或鎂。例示之以碳為底質之組分包括但不限於碳酸鈣和碳酸鎂。
該試劑組成物也具有一種基本上與非外來材料之以氧化物為底質、以氯化物為底質、以硫酸鹽為底質、及以碳為底質之組分的材料不具反應性的調合物。更特別地,該試劑組成物基本上與金屬材料(諸如但不限於鎳、鈦、鋁、釩、鉻、鐵、及鈷)不具反應性。同樣地,該試劑組成物基本上與用於製造在本文中所討論之防護塗層104及/或基材102的非金屬材料(其包括但不限於稀土
元素陶瓷氧化物、陶瓷基質複合物、聚合型基質複合物及其他非金屬複合材料)不具反應性。確切而言,基本上限制對渦輪組件100之防護塗層104及/或基材102的破壞。
在該例示具體例中,該清潔溶液包括在該試劑組成物之約25體積%與約70體積%之間的水,在該試劑組成物之約1體積%與約50體積%之間的酸成分,及在該試劑組成物之約1體積%與40體積%之間的胺成分。在不限於任何特定理論下,據相信:該酸成分是促使外來材料之以氧化物為底質、以氯化物為底質、以硫酸鹽為底質、及以碳為底質之組分選擇性溶解的主要驅動劑。例示之酸性成分包括但不限於檸檬酸、乙醇酸、聚丙烯酸、及其組合。在不限於任何特定理論下,也相信:該胺成分作為促使在清潔溶液與外來材料之間的表面張力降低的表面活性劑。例示之胺成分包括但不限於單異丙醇胺和三乙醇胺。
在該例示具體例中,該清潔溶液係在將該清潔溶液導向渦輪組件100之前以水稀釋該試劑組成物而形成。該稀釋是基於美國聯邦航空管理局(FAA)的指導方針。該FAA法規提供用於經導入渦輪引擎之組成的可接受的元素閾值。確切而言,本文中所述之試劑組成物係基於清潔渦輪引擎10所用之調合物稀釋至約40倍。所得之經稀釋的清潔溶液將具有任何使該清潔溶液能如本文所述地作用的pH值。在該例示具體例中,該清潔溶液之pH
值低於約5。
在一具體例中,第一試劑組成物包括在該試劑組成物之約40體積%與約60體積%之間的水,在該試劑組成物之約20體積%與約30體積%之間的二丙二醇單乙基醚,在該試劑組成物之約1體積%與約10體積%之間的丙二醇正丁基醚,在該試劑組成物之約1體積%與約5體積%之間的單異丙醇胺,及該試劑組成物之約1體積%與約5體積%之間的乙醇酸。在此具體例中,該試劑組成物是Luminox®("Luminox"是Alconox,Inc.of White Plains,New York之註冊商標)。在該例示具體例中,該清潔溶液係藉由以水將該第一試劑組成物稀釋至約18倍而形成,其中鈉是限制稀釋之因素。
在另一具體例中,第二試劑組成物包括在該試劑組成物之約25體積%與約35體積%之間的水,在該試劑組成物之約15體積%與約25體積%之間的二丙二醇單乙基醚,在該試劑組成物之約30體積%與約40體積%之間的單異丙醇胺,在該試劑組成物之約1體積%與約5體積%之間的醇烷氧化物,及該試劑組成物之約5體積%與約10體積%之間的乙二醇丁基醚。在此具體例中,該試劑組成物是Detergent 8®("Detergent 8"是Alconox,Inc.of White Plains,New York之註冊商標)。在該例示具體例中,該清潔溶液係藉由以水將該第二試劑組成物稀釋至約3倍而形成,其中氟是限制稀釋之因素。
在另一具體例中,第三試劑組成物包括在該
試劑組成物之約50體積%與約70體積%之間的水,在該試劑組成物之約5體積%與約15體積%之間的乙醇酸,在該試劑組成物之約5體積%與約15體積%之間的檸檬酸,在該試劑組成物之約2體積%與約7體積%之間的三乙醇胺,及該試劑組成物之約1體積%與約5體積%之間的醇烷氧化物。在此具體例中,該試劑組成物是Citrajet®("Citrajet"是Alconox,Inc.of White Plains,New York之註冊商標)。在該例示具體例中,該清潔溶液係藉由以水將第三試劑組成物稀釋至約32倍而形成,其中鈉是限制稀釋之因素。
在又一具體例中,第四試劑組成物包括在該試劑組成物之約50體積%與約70體積%之間的水,在該試劑組成物之約5體積%與約15體積%之間的乙醇酸,在該試劑組成物之約5體積%與約15體積%之間的檸檬酸,在該試劑組成物之約1體積%與約5體積%之間的三乙醇胺,該試劑組成物之約1體積%與約5體積%之間的醇烷氧化物,及該試劑組成物之約1體積%與約10體積%之間的磺酸異丙胺。在此具體例中,該試劑組成物是Citranox®("Citranox"是Alconox,Inc.of White Plains,New York之註冊商標)。在該例示具體例中,該清潔溶液係藉由以水將第四試劑組成物稀釋至約35倍而形成,其中硫是限制稀釋之因素。
圖6是清潔渦輪引擎10(在圖1中顯示)之例示方法200的流程圖,且圖7是清潔渦輪引擎10之例示
方法220的流程圖。在該例示具體例,方法200包括202-提供由渦輪引擎10外部進入渦輪引擎10內部35的流動聯通路徑。該流動聯通路徑是經過在渦輪引擎10之外壁36中的開口38,以促進渦輪組件100之原位處理。在該例示具體例中,該等開口是例如管道鏡孔、燃燒器孔、壓力感測器埠及分接頭、及/或燃料噴嘴孔。
方法200也包括204-提供具有外來材料層106於其上之渦輪組件100。渦輪組件100可在原位被定位在渦輪引擎10內,或可由渦輪引擎10被移除且在維修店之環境中被清潔。該層106包括至少部分延伸遍及防護塗層104之表面108上的第一子層110和至少部分延伸遍及第一子層110上的第二子層112。如以上所述的,外來材料層106之第一子層110和第二子層112具有不同的元素組成。206提供一種試劑組成物,其經配置以選擇地溶解外來材料組分。可選擇地,如圖7中所示的,方法220包括205-提供渦輪組件120,該渦輪組件120上具有至少部分由該外來材料之熱反應產物及間隙膠合劑之至少一者所形成的外來材料層122。然後208將該試劑組成物稀釋至約40倍以形成該清潔溶液。
交替之清潔流體循環係導向渦輪組件100,以促使由渦輪組件100移除外來材料。更特別地,方法200包括210-將過熱蒸氣經由開口38導向渦輪組件100,及212-將該清潔溶液經由開口38導向渦輪組件100。該過熱蒸氣促進用於該清潔溶液之流動路徑的預熱,且該清潔溶
液在214中選擇性地溶解該外來材料之以氧化物為底質、以氯化物為底質、以硫酸鹽為底質、及以碳為底質之組分。在該例示具體例中,該方法包括將清潔流體之第一循環導向渦輪組件100,且將清潔流體之第二循環導向渦輪組件100。在該第一和第二清潔循環中,在該清潔溶液之前,在210中將該過熱蒸氣導向渦輪組件100,以促使該清潔溶液效率增加。確切而言,該第一循環例如藉由選擇性地溶解位於層106之矽酸鹽間隙中的硫酸鹽而增加外來材料層106的空隙。該第二循環藉由進入開孔(未顯示,其係藉由清潔流體之第一循環形成在層106中)另外選擇性地溶解該外來材料組分。在該第一及第二循環完成之後,在216中將另一過熱蒸氣應用導向渦輪組件100,且在渦輪組件100以去離子水沖洗218。可選擇地,可以使用任何能使該方法如本文中所述地作用的清潔程序以由渦輪組件100移除外來材料。另外,在一替代的具體例中,在該第一和第二清潔循環中使用不同的清潔溶液。
在任何能使該方法如本文中所述地作用的處理條件下,將該清潔流體導向渦輪組件100。例如,可基於所要之由渦輪組件100移除該外來材料的速率及經移除之外來材料的性質,修正該處理條件,在該例示具體例中,在少於約200分鐘之時間、在約15℃與約200℃之間的溫度、在約1大氣壓與約50大氣壓之間的壓力、及在約100毫米/分鐘與約250毫米/分鐘之間的流速之下,將該清潔溶液導向渦輪組件100。再者,在少於約200分鐘
之時間及在約1大氣壓與約10大氣壓之間的壓力之下,將該過熱蒸氣導向渦輪組件100。
提供以下非限制性模擬以另外說明本文中所述之系統和方法。
將清潔流體導向渦輪引擎之組件以促使外來材料由該等組件移除。更特別地,商用渦輪引擎之高壓渦輪側板(shroud)由該引擎移除且如本文所述地被清潔。表1呈現以35倍稀釋之Citranox®所清潔之第一渦輪引擎的側板的數據,且表2呈現以32倍稀釋之Citrajet®所清潔之第二渦輪引擎的側板的數據。在不同溫度及流動速率下使清潔溶液之流動進行約16分鐘之久。
在以下表1和2中呈現該結果。在預定時間間隔下將該側板秤重以測定該清潔溶液移除外來材料的效率。在施加該清潔溶液前、在施加該清潔溶液後(由零件所清洗之重量)、及由該側板機械地移除殘餘外來材料後(全部經移除之塵),將該側板秤重。確切而言,測定利用該清潔溶液之塵移除率。再者,使用Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry(ICP-OES)對該流出的去污劑,測定每一元件之重量移除。
因此,在較高流速及/或溫度下以清潔溶液清潔該側板與在較低流速及/或溫度下清潔者相比,促進更多外來材料的移除。例如,在200毫升/分鐘(mL/min)之流速及80℃之溫度下所清潔之側板3係經移除75.8%之該外來材料,在100毫升/分鐘之流速及22℃之溫度下所清潔之側板14係經移除56.4%之該外來材料。
再者,應注意:不能獲得在表1中所顯示之全部經移除的塵和以該Citranox®清洗側板13的移除百分率,因為將側板13安裝在環氧樹脂中、橫剖、且拋光以促進EMPA繪圖分析。確切而言,不能擦洗側板13以由該側板移除殘留之塵而促進關於側板13之該全部經移除之塵和清洗移除之百分比的計算。另外應注意:表1是以
包括磺酸鹽胺錯合物之Citranox®清洗的結果。因此,不可能使由外來材料中所存在之硫對去污劑中所存在之硫所產生之硫組成物去迴旋(deconvolute)。表2是以不包括磺酸鹽胺錯合物的Citrjet®清潔之結果。因此,可計算由於該清潔程序所致之在該側板上硫含量的降低。此說明為何表1不具有"S"欄,但表2卻有。
評估藉由上述清潔溶液所清潔之側板,以測定在每一清潔溶液施加前後之外來材料的相對元素濃度。關於以Citranox®所清洗之側板的元素分析係在表3中呈現,且關於以Citrajet®所清洗之側板的元素分析係在表4中呈現。
再者,評估藉由包括交替地施加過熱蒸氣及清潔溶液的不同清潔程序所清潔之側板,以測定在每一清潔程序完成前後之外來材料的相對元素濃度。程序1包括在187℃之溫度及歷時16分鐘之時間下過熱蒸氣的施加。程序2包括在100毫升/分鐘之流速、80℃之溫度、及歷時16分鐘之時間下施加32倍稀釋之Citrajet®,及187℃之溫度及歷時5分鐘之時間下施加過熱蒸氣。程序3包括在200毫升/分鐘之流速、80℃之溫度、及歷時16分鐘之時間下施加32倍稀釋之Citrajet®,及187℃之溫度及歷時16分鐘之時間下施加過熱蒸氣。程序4包括在200毫升/分鐘之流速、80℃之溫度、及歷時16分鐘之時
間下施加32倍稀釋之Citrajet®,及187℃之溫度及16分鐘之時間下施加過熱蒸氣。程序5包括在200毫升/分鐘之流速、80℃之溫度、及歷時16分鐘之時間下施加32倍稀釋之Citrajet®,及187℃之溫度及歷時16分鐘之時間下施加過熱蒸氣。程序6包括187℃之溫度及歷時16分鐘之時間下過熱蒸氣之第一次施加,在200毫升/分鐘之流速、80℃之溫度、及歷時16分鐘之時間下32倍稀釋之Citrajet®的第一次施加,過熱蒸氣之第二次施加、該32倍稀釋之Citrajet®的第二次施加、過熱蒸氣之第三次施加。關於藉由程序1-6所清潔之側板的元素分析係在表5中呈現。
使用一種包括一個設定在50千伏特(kV)及450微安培(μA)之Rh標的微聚焦X光管的Bruker M4 Tornado微x光螢光(μXRF)儀,以及使用Bruker XFlash SDD偵測器,以進行元素分析。該儀器在17.4千電子伏特(KeV)(Mo K)具有25微米之點尺寸(spot size)及在1.49KeV(AIK)下具有約60微米之點尺寸,以及Na-U之真空環境。將該等樣品定位在該儀器中,且取得具有100微米畫素尺寸之圖像。藉由使X光束逐行掃描該等樣品以快速掃描該等樣品而獲得那些圖像。每畫素使用10微秒之暫停時間且將該等樣品掃描循環超過5次。在清潔前後將零件繪圖且比較在清潔前後特定之經繪圖之區的平均光譜而獲得元素訊號之改變百分率。元素訊號之改變百分率呈現外來材料且在該基材中的元素使該清潔條件之有效性能以
評估。在以下表3-5中應注意:在括弧中所顯示之數字象徵負數,或應該說是由於該清潔程序所致之元素組成的降低。因此,由於該清潔,該總側板材料組成變得更接近於原初之基礎金屬,同時該外來材料元素組成(Ca、S及K)係對應地降低。
因此,如表3和4中所呈現之結果所顯示的,使用上述之清潔溶液清潔該側板促使該樣品中之鈣、硫、及鉀之元素濃度降低。該清潔溶液促進至少部分地由該側板移除外來材料之第一子層,及至少部分地暴露該側板(亦即鎳、鈷、鉻、及鐵)及外來材料之第二子層(亦即以矽酸鹽為基礎之反應產物)。確切而言,在施加該清潔溶
液之後,鎳、鈷、鉻、鐵、及矽之元素濃度增加。
並且,如在表5中所呈現之結果所顯示的,使用上述之清潔程序清潔該側板促使該樣品中之鈣、矽、硫、及鉀之元素濃度降低。該清潔程序促進由該側板至少部分地移除外來材料之第一子層及第二子層,及至少部分地暴露該側板。確切而言,鎳、鈷、鉻、及鐵之元素濃度增加,且矽之元素濃度降低。更特別地,該第一子層之組分的移除使該清潔溶液能接觸該第二子層以由第二子層移除該以矽酸鹽為基礎之反應產物。確切而言,使用上述清潔程序比僅使用過熱蒸氣或僅使用清潔溶液以清潔該側板,會更有效地使該側板暴露。
企圖了解在清潔溶液pH水平與清潔效果之間的關係(若有)。不可能將在經測試之清潔試劑之pH水平的全部範圍(~2.5至11+)上,該pH水平對清潔有效性分類,因為pH之效果與不同試劑之元素組成的效果互混。該二效果不能分開。然而,當檢查在窄範圍內之單一試劑時,注意到當該pH由3.5增至5.5時,清潔有效性由78%降至62%。
本文中所述之系統和方法促使經累積之外來材料渦輪引擎移除。更特別地,外來材料諸如礦物質塵累積在該渦輪引擎之內部通道中且例如阻礙內部通道之冷卻。在操作時,隨著該礦物質塵累積在該渦輪引擎中之組
件上,在燃燒期間所產生之熱促進該礦物質塵累積層之烘乾,以改變其元素組成。本文中所述之清潔溶液係經配置以選擇性地溶解間隙內的膠合劑及該礦物質塵累積之經反應和未經反應的子層。確切而言,該清潔溶液促使外來材料油渦輪引擎移除,同時基本上限制對下方之金屬組件的破壞。
本文中所述之方法、系統和清潔溶液之例示技術效果包括下列之至少一者:(a)使渦輪引擎能在原位清潔;(b)由渦輪引擎,選擇性溶解具有不同元素組成之外來材料;(c)降低藉由本文中所述之方法所清潔之渦輪引擎的停機時間。
在以上詳細說明該清潔溶液及相關方法之例示具體例。該清潔溶液和方法不限於本文中所述之特定具體例,反而,該溶液之成分及/或該方法之步驟與本文中所述之其他成分及/或步驟可彼此獨立地且分開地被利用。例如,該清潔溶液也可被使用以清潔其他已知之渦輪組合件,且不限於僅對本文中所述之渦輪引擎實施。確切而言,該例示具體例可與很多需要選擇性溶解外來材料的應用聯合進行及利用。
雖然本揭示之不同具體例的特定特徵可在一些圖中顯示且不在另外圖中顯示,這僅是為方便之用。依照本揭示之具體例的原則,一圖之任何特徵可與任何其他圖組合引用及/或要求。
此書面的說明使用實例以揭示包括最佳模式
之本揭示的具體例,且也使任何精於此技術之人士能實施本揭示之具體例,包括製作且使用任何裝置或系統且進行任何合併的方法。本文中所述之具體例的專利範圍受該申請專利範圍所界定,且可包括熟知此技術者可想出之其他實例。此種其他實例意欲在該申請專利範圍之範圍內,若該等其他實例具有與申請專利範圍之字面語言不同之結構元件,或若該等其他實例包括與該申請專利範圍之字面語言無實質不同之均等結構元件。
Claims (10)
- 一種清潔渦輪引擎的方法,該方法包含:提供渦輪組件,其上具有外來材料層,該外來材料層包括延伸遍及該渦輪組件表面之至少一部分的第一子層和延伸遍及該第一子層之至少一部分的第二子層,其中該第一和第二子層具有不同的元素組成;提供包括試劑組成物之清潔溶液,該試劑組成物係經配置以選擇性地溶解在該第一和第二子層中之該外來材料組分;將該清潔溶液導向基材,以將外來材料至少部分地由該渦輪組件移除;及將交替的清潔流體導向該渦輪組件,其中該交替的清潔流體包括該清潔溶液及過熱蒸氣。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其另包含在去離子水中沖洗該渦輪組件。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中導引該清潔溶液包含在約15℃與約200℃之間的溫度範圍及約1大氣壓與約50大氣壓之間的壓力範圍下,將該清潔溶液導向該渦輪組件。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中導引該清潔溶液包含在低於約100℃之溫度下將該清潔溶液導向該渦輪組件,且經低於約200分鐘之時間。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中導引該清潔溶液包含經由該渦輪引擎外壁中的開口將該清潔溶液導入該 渦輪引擎內部。
- 一種清潔渦輪引擎的方法,該方法包含:提供渦輪組件,其上具有外來材料層,該外來材料層至少部分地係由該外來材料與間隙膠合劑的熱反應產物之至少一者所形成;提供包括試劑組成物之清潔溶液,該試劑組成物係經配置以選擇性地溶解在該層中之外來材料的組分;將該清潔溶液導向基材,以將外來材料至少部分地由該渦輪組件移除;及將交替的清潔流體導向該渦輪組件,其中該交替的清潔流體包括該清潔溶液及過熱蒸氣。
- 如申請專利範圍第6項之方法,其另包含在去離子水中沖洗該渦輪組件。
- 如申請專利範圍第6項之方法,其中導引該清潔溶液包含在約15℃與約200℃之間的溫度範圍及約1大氣壓與約50大氣壓之間的壓力範圍下,將該清潔溶液導向該渦輪組件。
- 如申請專利範圍第6項之方法,其中導引該清潔溶液包含在低於約100℃之溫度下將該清潔溶液導向該渦輪組件,且經低於約200分鐘之時間。
- 如申請專利範圍第6項之方法,其中導引該清潔溶液包含經由該渦輪引擎外壁中的開口將該清潔溶液導入該渦輪引擎內部。
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