WO2012130443A2

WO2012130443A2 - Reinigungslanze und verfahren zur reinigung von triebwerken

Info

Publication number: WO2012130443A2
Application number: PCT/EP2012/001356
Authority: WO
Inventors: Jan Oke Peters; Ullrich VON HAESELER; Michael Thies; Eugen Roppelt; Beatrix ELSNER
Original assignee: Lufthansa Technik Ag
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-10-04
Also published as: WO2012130443A3; DE102011015252A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Lanze für die Reinigung von Komponenten einer Gasturbine, mit einer Zufuhr für Reinigungsmedium und in einem Endbereich der Lanze (1) angeordneten Austrittsöffnungen (11, 19) für Reinigungsmedium. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sie wenigstens zwei Austrittsöffnungen für Reinigungsmedium aufweist, die Reinigungsmedium in zwei radial von der Achse der Lanze nach außen weisenden, einander diametral gegenüber liegenden Strahlsegementen (3, 4) austreten lassen. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Reinigungsverfahren unter Verwendung dieser Lanze.

Description

Reinigungslanze und Verfahren zur Reinigung von Triebwerken

Die Erfindung betrifft eine Lanze für die Reinigung von Komponenten einer Gasturbine, insbesondere von Komponenten eines Strahltriebwerks eines Flugzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Reinigung solcher Komponenten unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Lanze.

Flugzeugstrahltriebwerke besitzen in bekannter Weise eine oder mehrere Kompressorstufen, eine Brennkammer, sowie eine oder mehrere Turbinenstufen. In den Turbinenstufen geben die aus der Brennkammer stammenden heißen Verbrennungsgase einen Teil ihrer thermischen und mechanischen Energie ab, die zum Antrieb der Kompressorstufen genutzt wird. Strahltriebwerke von kommerziellen Verkehrsflugzeugen weisen heu- te weit überwiegend einen sogenannten Turbofan auf, der stromaufwärts von den Kompressorstufen angeordnet ist und in der Regel einen erheblich größeren Durchmesser als die Kompressorstufen aufweist. Der Turbofan wird ebenfalls durch die Turbinenstufen angetrieben und lässt einen erheb- liehen Teil der das Triebwerk insgesamt durchströmenden

Luft als sogenannten Nebenluftstrom an den Kompressorstufen, der Brennkammer und den Turbinenstufen vorbeiströmen. Durch einen solchen Nebenstrom kann der Wirkungsgrad eines Triebwerks erheblich gesteigert und außerdem noch für eine verbesserte Geräuschdämmung des Triebwerks gesorgt werden.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Eine Verschmutzung eines Flugzeugstrahltriebwerks kann zu einer Reduktion des Wirkungsgrades führen, was einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit eine erhöhte Umweltbelastung zur Folge hat. Die Verschmutzung kann beispielsweise durch Insekten, Staub, Salznebel oder sonstigen Umweltverunreinigungen hervorgerufen werden. Teile des Triebwerks können durch Verbrennungsrückstände der Brennkammer kontaminiert werden. Diese Verunreinigungen bilden einen Belag auf den mit Luft durchströmten Teilen eines Flugzeugtrieb- werks und beeinträchtigen die Oberflächengüte. Damit wird der thermodynamische Wirkungsgrad des Triebwerks beeinträchtigt. Hierbei sind insbesondere die Schaufeln in den Kompressorstufen zu nennen, deren Verschmutzung einen erheblichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des gesamten Trieb- werks hat.

Zur Beseitigung von Verunreinigungen ist bekannt, ein

Triebwerk mit einer Reinigungsflüssigkeit, in der Regel heißes Wasser, zu reinigen. Aus der WO 2005/120953 ist eine Anordnung bekannt, bei der eine Mehrzahl von Reinigungsdüsen stromaufwärts des Turbofans bzw. der Kompressorstufen angeordnet werden. Die Reinigungsflüssigkeit wird dann in das Triebwerk gesprüht. Das Triebwerk kann sich dabei im sogenannten Dry-Cranking, d.h. die Schaufeln des Triebwerks rotieren, ohne dass in der Brennkammer Kerosin verbrannt wird, drehen. Durch die in das Triebwerk eingebrachte Reinigungsflüssigkeit sollen Verschmutzungen so von den Oberflächen der Triebwerkskomponenten abgewaschen werden. Alternativ zur Verwendung von Wasser als Reinigungsmedium ist die Verwendung von Kohlenstaub bekannt. Der Kohlenstaub wird dabei wie das Wasser durch Düsen in das Triebwerk eingebracht und trägt Verunreinigungen von Oberflächen auf- grund von abrasiven Effekten ab. Allerdings wird durch den Kohlestaub auch die Oberfläche der Triebwerksteile angegriffen, weshalb ein Reinigungsmedium wie Kohlenstaub sich nicht für die regelmäßige Reinigung von Flugzeugtriebwerken eignet. Außerdem bleiben beim Reinigen mit Kohlenstaub ungewünschte Reste des Reinigungsmaterials im Triebwerk zurück.

Aus WO 2009/132847 AI ist es bekannt, Strahltriebwerke ei- nes Flugzeugs mit festem Kohlendioxid (Schnee oder Pellets) als Reinigungsmedium zu reinigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Lanze und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, die bzw. das eine handhabungstechnisch einfache und wirkungsvolle Reinigung von Komponenten einer Gasturbine bzw. eines Strahltriebwerks ermöglichen.

Bei einer erfindungsgemäßen Lanze ist vorgesehen, dass sie wenigstens zwei Austrittsöffnungen für Reinigungsmedium aufweist, die Reinigungsmedium in zwei radial von der Achse der Lanze nach außen weisenden, einander diametral gegenüber liegenden Strahlsegementen austreten lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren setzt eine erfindungsgemäße Lanze ein und weist folgende Schritte auf: a) Einführen der Lanze von einer Radialseite her in den zu reinigenden Bereich der Komponente, so dass die einander diametral gegenüber liegenden

Strahlsegmente jeweils im wesentlichen in eine Axialrichtung der Komponente weisen, b) Zufuhr von Reinigungsmedium und Reinigen der von den Strahlsegmenten überstrichenen Komponenten.

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.

Eine erfindungsgemäße Lanze ist eine langgestreckte Vorrichtung, die üblicherweise in einem Endbereich Austrittsöffnungen für Reinigungsmedium aufweist. In der Regel weist sie in dem zweiten Endbereich eine Zufuhr bzw. einen An- schluss für Reinigungsmedium auf, beispielsweise einen An- schluss für einen Zufuhrschlauch des Reinigungsmediums. Sie kann innen hohl ausgebildet sein, um einen Durchstrom von Reinigungsmedium von der Zufuhr hin zu den Austrittsöffnun- gen zu ermöglichen. Erfindungsgemäß weist sie wenigstens zwei Austrittsöffnungen auf, die Reinigungsmedium in zwei radial von der Achse der Lanze nach außen weisenden, einander diametral gegenüberliegenden Strahlsegmenten austreten lassen. Der Begriff Strahlsegment bezeichnet denjenigen Raumbereich, der im Betrieb der Lanze von aus der entsprechenden Öffnung austretendem Reinigungsmedium überstrichen wird. Ein solches Strahlsegment kann beispielsweise die Form eines Kegels aufweisen. Erfindungsgemäß weisen die Strahlsegmente radial von der Achse der Lanze nach außen. Dies bedeutet, dass die Hauptrichtung jedes Strahlsegment in etwa radial von der Achse der Lanze weg weist. Die

Strahlrichtung der Segmente ist also nicht in Richtung der Achse der Lanze, sondern liegt quer dazu. Die beiden

Strahlsegmente liegen einander diametral gegenüber. Dies bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass es möglich ist, im Bereich der Austrittsöffnungen eine gedachte Gerade senkrecht durch die Achse der Lanze laufen zu lassen, wobei diese gerade dann durch beide einander diametral gegenüber liegenden Strahlsegmente verläuft (nicht notwendigerweise durch deren radiale Mittelachsen) . Anders ausgedrückt bedeutet dieses Anspruchsmerkmal somit, dass die beiden

Strahlsegmente in einander gegenüberliegende und voneinan- der wegweisende Raumrichtungen weisen, so dass im Betrieb der Lanze ein gleichzeitiges Reinigen in diese beiden Raumrichtungen möglich ist. „Einander gegenüberliegend und voneinander wegweisend" bedeutet nicht notwendigerweise, dass die in Radialrichtung weisenden Mittelachsen der Strahl- segmente exakt auf einer Geraden liegen, also einen Winkel von 180° einschließen. Diese Mittelachsen können bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Winkel von 150 bis 170°, bevorzugt etwa 160° miteinander einschließen. Bei der Reinigung eines Strahltriebwerks kommt es zum Erhalt bzw. für die Verbesserung des Wirkungsgrades insbesondere auf eine wirkungsvolle Reinigung der Schaufeln (Bla- des) der Kompressor- und Turbinenstufen der so genannten Core Engine an, also denjenigen Bereich des Triebwerks, durch den die eigentliche Verbrennungsluft bzw. die

Verbrennungsgase strömen. Im Betrieb des Triebwerks verschmutzen insbesondere solche Bereiche der Schaufeln, die sich durch das im Stand der Technik übliche Einbringen von Reinigungsmedium (üblicherweise von der Ansaugseite des Triebwerks her) nicht oder nur unzureichend reinigen lassen. Zum einen handelt es sich um die in Durchstromrichtung des Triebwerks stromab gerichteten Schaufelflächen, zum anderen um diejenigen Schaufelflächen, die in Axialrichtung des Triebwerks von benachbarten Schaufeln abgeschattet wer- den und deswegen von Reinigungsmedium nur schwer erreicht werden können. Bei dem Hochdruckkompressor eines Strahltriebwerks befinden sich Verschmutzungen wie beispielsweise Sandablagerungen hauptsächlich im Bereich der in Drehrich- tung des Kompressors gesehen nachlaufenden Kante (trailing edge) jeder Kompressorschaufel. Diese nachlaufende Kante wird häufig in Axialrichtung des Triebwerks von der vorlaufenden Kante der benachbarten Schaufel abgeschattet und ist deswegen nur schwer zu reinigen. Eine solche Abschattung ist insbesondere dann problematisch, wenn eine erfindungsgemäße Reinigung mit festem Kohlendioxid (Trockeneis) erfolgt, da Trockeneis in der Regel beim erstmaligen Auftreffen auf eine Oberfläche sublimiert und somit (anders als ein bei Raumtemperatur flüssiges Reinigungsmedium wie beispielsweise Wasser) nicht von einer solchen Oberfläche abprallen kann und daher keine sekundären Reinigungseffekte an verdeckten Oberflächen aufweisen kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Lanze nicht, wie im Stand der Technik üblich, im wesentlichen in die Längsoder Axialrichtung der Lanze strahlt, sondern in zwei einander diametral gegenüberliegende Richtungen radial zur Achse der Lanze. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird diese Lanze von der Radialseite des Triebwerks bzw. dessen zu reinigender Komponente her in den zu reinigenden Bereich der Komponente geführt, so dass die einander diametral gegenüber liegenden Strahlsegmente jeweils im wesentlichen in eine Axialrichtung dieser Kompo- nente weisen. Anders ausgedrückt wird die Lanze von der Seite her in die zu reinigende Komponente eingeführt und strahlt im Betrieb Reinigungsmedium in Axialrichtung der zu reinigenden Komponente sowohl nach vorne als auch nach hinten (stromauf und stromab) , so dass beispielsweise auch die stromab weisenden Flächen von Schaufeln direkt mit Reinigungsmedium beaufschlagt werden. Das Einführen der Lanze kann erfindungsgemäß insbesondere durch Prüf- und/oder Wartungsöffnungen, insbesondere Bo- roskopöffnungen, erfolgen. Diese Öffnungen erlauben einen Zugang zu den zu reinigenden Bereichen radial von der Seite her. Das Einführen der Lanze erfolgt dabei vorzugsweise je^¬ weils zwischen zwei Kompressorstufen bzw. Turbinenstufen. Im Betrieb der Lanze ist dann ein Strahlsegment auf die Druckseite der stromaufwärts liegenden Stufe und das andere Strahlsegment auf die Saugseite der stromabwärts liegenden Stufe gerichtet. Es kann erfindungsgemäß bevorzugt sein, eine Lanze nacheinander oder mehrere Lanzen gleichzeitig in mehrere auf einer axialen Höhe der Triebwerkskomponente liegenden Öffnungen einzuführen, um eine gute Reinigung ü- ber den gesamten Umfang der Triebwerkskomponente zu ermög- liehen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, eine rotierende Triebwerkskomponente langsam an der Lanze vorbei zu drehen. Dabei wird der gesamte Umfang dieser Triebwerkskomponente überstrichen. Für eine gute Reinigungswirkung ist es vorzuziehen, wenn der Reinigungsstrahl senkrecht auf die zu reinigende Oberfläche auftrifft oder dieser Senkrechten so weit als möglich angenähert ist. Es kann daher erforderlich sein, Größe und Austrittswinkel der Austrittsöffnungen der erfindungs- gemäßen Lanze an die zu reinigende Komponente bzw. das zu reinigende Triebwerk anzupassen, da insbesondere der Anstellwinkel sowie die Form (beispielsweise konvex oder konkav) der Schaufeln variieren können. Erfindungsgemäß kann es bevorzugt sein, dass jedes Strahlsegment in Umfangsrich- tung der Lanze einen Öffnungswinkel von 30 bis 110°, vorzugsweise 40 bis 100°, weiter vorzugsweise 50 bis 90°, weiter vorzugsweise 60 bis 90° aufweist. Dieser Öffnungswinkel ist derjenige Winkelbereich in Umfangsrichtung der Lanze gesehen, der im Betrieb von dem entsprechenden Strahlsegment tatsächlich mit Reinigungsmedium überstrichen wird.

Wie vorstehend bereits erläutert, weisen die beiden Strahl- segmente in einander diametral gegenüberliegende Richtungen. Wenn man einer radial von der Längsachse der Lanze wegweisenden Geraden die Richtung bzw. den Winkel 0° zuweist, kann das erste Strahlsegment in Umfangsrichtung der Lanze zwischen 150 und 180° beginnen und zwischen 210 und 260° enden. Dieses erste Strahlsegment weist somit von der hypothetischen Geraden weg. Das zweite Strahlsegment kann in Umfangsrichtung der Lanze zwischen 320 und 140° beginnen und zwischen 50 und 70° enden. Dieses zweite Strahlsegment schließt somit diese hypothetische, in Richtung 0° weisende Gerade mit ein. Die Hauptrichtung und der Öffnungswinkel jedes Strahlsegments kann an die Gegebenheiten eines zu reinigenden Triebwerks angepasst werden. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, beispielsweise für die Reinigung der verschiedenen Kompressorstufen angepasste Lanzen vorzu- sehen, deren Länge, Radius und Strahlsegmente so gestaltet sind, dass nach dem Einsetzen in die zugehörige Öffnung (bspw. Boroskopöffnung) die Schaufeln (Blades) der stromauf und stromab von der Lanzenposition befindlichen Stufen unter einem Winkel bestrahlt, der möglichst dicht bei 90° liegt, da dann die beste Reinigungswirkung auftritt.

Die Länge einer Lanze kann angepasst sein an den Innenradius des zu reinigenden Triebwerksbereichs. Der Begriff Länge bezeichnet hier den freien, aus der Boroskopöffnung in das Triebwerksinnere hineinragenden Bereich der Lanze. Diese

Länge kann im Rahmen der Erfindung beispielsweise zwischen 50 und 500 mm, vorzugsweise 60 und 300 mm liegen. Der Durchmesser einer erfindungsgemäßen Lanze ist angepasst an den Durchmesser der Bohrung, durch die die Lanze in das Triebwerksinnere eingeführt wird. Er kann beispielsweise zwischen 5 und 20 mm, bevorzugt bei 10 mm liegen. Die Lanze kann eine Einrichtung zur Fixierung in der zugehörigen Öffnung des Triebwerks aufweisen. Zur Fixierung in einer Bo- roskopöffnung kann die Lanze beispielsweise ein Gewinde aufweisen und in die entsprechende Öffnung eingeschraubt werden .

Erfindungsgemäß ist es möglich, dass jedes Strahlsegment von zwei oder mehr axial voneinander beabstandeten Austrittsöffnungen gespeist wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Erstreckung jedes Strahlsegment in Längsrichtung der Lanze zu vergrößern. Diese Vergrößerung der Erstreckung in Längsrichtung der Lanze bedeutet im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass ein größerer Bereich des Radius der zu reinigenden Komponente gleichzeitig gereinigt werden kann, ohne dass die Lanze in Radialrichtung der Kom- ponente verschoben werden muss. Ist die Erstreckung des

Strahlsegments in Längsrichtung der Lanze geringer als die radiale Erstreckung des zu reinigenden Bereichs der Triebwerkskomponente, kann für ein vollständiges Reinigen ein Hin- und Herschieben der Lanze in Radialrichtung der Kompo- nente erforderlich sein.

Erfindungsgemäß ist es besonders bevorzugt, wenn als Reinigungsmedium festes Kohlendioxid verwendet wird. Dabei kann es sich um Pellets oder um Kohlensäureschnee handeln. Der Kohlensäureschnee kann in situ durch den Austritt von flüssigem Kohlendioxid aus den Austrittsöffnungen der Lanze entstehen . Das feste Kohlendioxid kann in einer Versorgungseinrichtung in Form von Pellets bereitgestellt werden, die mit Hilfe eines Treibgases aus der Austrittsöffnung gesprüht werden. Es ist ebenfalls möglich, flüssiges Kohlendioxid als Vor- stufe des Reinigungsmediums in der Versorgungseinrichtung vorzusehen. Das flüssige Kohlendioxid erstarrt beim Austritt aus der Austrittsöffnung wenigstens teilweise und bildet eine feste Komponente in Form von Kohlendioxidflocken bzw. Kohlendioxidschnee. Bei der Verwendung von Koh- lendioxidpellets ist es bevorzugt, wenn die Umlenkung der Pellets aus der Axialrichtung der Lanze (in der sie in die Lanze zugeführt und durch diese hindurchgeführt werden) durch eine kontinuierliche, keine oder nur geringe Unste- tigkeiten aufweisende Krümmung erfolgt. Eine solche konti- nuierliche Umlenkung vermeidet, dass die Pellets im Bereich der Umlenkung beispielsweise anprallen und dabei bereits vor dem Austritt aus der Lanze ganz oder zu erheblichen Teilen sublimieren. Im Rahmen der Erfindung ist bei einer für das reinigen mit Kohlendioxidpellets vorgesehenen Lanze bevorzugt vorgesehen, dass die Zufuhr für Reinigungsmedium wenigstens zwei Zufuhrrohre aufweist, die im Endbereich der Lanze aus der Axialrichtung der Lanze weg in Radialrichtung gekrümmt sind und in wenigstens zwei Radialrichtungen weisende Austrittsöffnungen aufweisen. Die Krümmung dieser zwei oder mehr Zufuhrrohre aus der Axialrichtung in die vorgesehene (radiale) Austrittsrichtung erfolgt vorzugsweise kontinuierlich und mit einem möglichst großen Krümmungsradius. Es versteht sich, dass dieser Krümmungsradius begrenzt wird durch den zur Verfügung stehenden Durchmesser der Lanze. Dieser Ausführungsform der Erfindung ermöglicht eine „sanfte" Umlenkung der Pellets aus der Zufuhrrichtung (Axialrichtung) in die vorgesehene Austrittsrichtung, ohne dass die Pellets bei dieser Umlenkung bereits zu nennenswerten Teilen sublimieren.

Kommt flüssiges Kohlendioxid mit Umgebungsluft in Kontakt, in dem es z.B. durch eine Düse austritt, so nimmt ein Teil sogleich Gasform an. Ein anderer Teil des Kohlendioxids wird in Form von Flocken fest. Dies rührt daher, dass der aus der flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehende Teil des Kohlendioxids sehr viel Wärme bindet, welche dem übrigen noch flüssigen Teil entzogen wird, wodurch die Temperatur desselben bis zu dem Erstarrungspunkt des Kohlendioxids sinkt. Das feste Kohlendioxid erhält man auf diese Weise als weiße, schneeartige Flocken, welche sich an der Luft ziemlich lange halten, und zwar unabhängig von der Temperatur der Luft. Wegen der schlechten Leitfähigkeit für Wärme und der sehr niedrigen Temperatur des festen Kohlendioxids findet nämlich nur ein sehr langsames Sublimieren statt. Das aus den Flocken fortwährend gasförmig entweichende Kohlendioxid bildet eine Schutzschicht um die Flo- cken, die in der Regel einen direkten Kontakt mit den festen Flocken verhindert.

Pellets können in einem sog. Pelletiser aus flüssigem C0₂ hergestellt werden und sind gut lagerungsfähig. Es kann vorgesehen sein, dass die Versorgungseinrichtung bereits vorgefertigte Pellets mit Hilfe eines Treibgases zur Düseneinrichtung befördert. Es ist aber auch möglich, dass die Versorgungseinrichtung eine Vorrichtung aufweist, um aus flüssigem Kohlendioxid Kohlendioxidpellets zu formen, und diese mit einem Treibgas zur Austrittsöffnung befördert. In beiden Fällen tritt das feste Kohlendioxid aus den Austrittsöffnungen aus und gelangt in das zu reinigende Triebwerk. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Durchsatz an Reinigungsmedium Kohlendioxid beispielsweise zwischen 10 und 100 kg/h, vorzugsweise 20 und 80 kg/h liegen. Bei der Verwendung von Pellets kann ein Durchsatz von 40-60 kg/h bevorzugt sein. Der Durchsatz wird angepasst an die verwendete Lanze (Länge, Zahl und Größe der Austrittsöffnungen) sowie die jeweilige Reinigungsaufgabe. Gegenüber Wasser bietet Kohlendioxid als Reinigungsmedium den Vorteil, dass es bei beliebigen Außentemperaturen eingesetzt werden kann, d.h. auch bei Temperaturen unter 5 °C. Deshalb kann es ganzjährig zum Einsatz kommen. Außerdem sublimieren die Kohlendioxidflocken nach einiger Zeit voll- ständig, so dass es zu keinen Rückständen im Triebwerk kommt. Durch die angesprochene Schutzschicht durch das aus den Flocken entweichende Gas wirken die Kohlendioxidflocken auch nicht abrasiv, wie z.B. das bereits bekannte Reinigungsmedium Kohlenstaub. Vielmehr kommt die Reinigungswir- kung im Wesentlichen durch thermische Effekte zu Stande.

Aufgrund der durch die Kohlendioxidflocken induzierten Wärme-Kälte-Spannungen werden die Verunreinigungen von den 0- berflächen der Triebwerksteile abgelöst. Der abgelöste Schmutz wird entweder bei einem etwaigen Dry-Cranking durch den dann vorhandenen Luftstrom aus dem Triebwerk geblasen, spätestens jedoch beim erstmaligen Anlassen des Triebwerks nach einer Reinigung mit Kohlendioxid.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die zu rei- nigenden Komponenten bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hochdruckverdichter, Hochdruckturbine und Niederdruckturbine eines Strahltriebwerks. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Figur la: Schematisch einen Axialschnitt durch eine erfin- dungsgemäße Lanze im Bereich der Austrittsöffnungen;

Figur lb: Schematisch einen Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße Lanze im Bereich der Austrittsöffnungen; Figur 2: Schematisch die Positionierung einer erfindungsgemäßen Lanze im Bereich unterschiedlicher Stufen eines Hochdruckkompressors eines Strahltriebwerks;

Figur 3: schematisch einen Schnitt durch eine Ausführungs- form einer erfindungsgemäßen Lanze;

Figur 4: schematisch den Austrittsbereich einer Lanze, bei der in zwei separaten gekrümmten Rohren eine Umlenkung des Reinigungsmediums von der Axial- in die Radialrichtung er- folgt.

Figur 5a: schematisch einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lanze im Bereich der Austrittsöffnungen ;

Figur 5b: schematisch einen Radialschnitt durch diese erfindungsgemäße Lanze gemäß zweiter Ausführungsform im Bereich der Austrittsöffnungen. Figuren la und lb zeigen schematisch einen Axial- bzw. Radialschnitt einer erfindungsgemäßen Lanze im Bereich der Austrittsöffnungen für Reinigungsmedium. In den Lanzenkörper 1 ist zur Veranschaulichung ein Koordinatensystem 2 ge- legt, mit dessen Hilfe veranschaulicht werden kann, in welche Richtungen bezogen auf den Umfang des Lanzenkörpers 1 Reinigungsmedium aus den Austrittsöffnungen 19 austreten kann. Man erkennt, dass die beiden schematisch dargestell- ten Strahlsegmente 3 und 4 in einander in etwa diametral gegenüberliegende Richtungen weisen. Bezogen auf die 0°- Achse des Koordinatensystems 2 reicht der Öffnungswinkel des Strahlsegments 3 von etwa 330-60° und der Öffnungswinkel des diametral gegenüberliegenden Strahlsegments 4 von 160-220°. Zwecks Umlenkung des axial durch den Lanzenkörper 1 strömenden Reinigungsmediums hin zu den Austrittsöffnungen 19 weist die Lanze im Bereich dieser Austrittsöffnungen 19 einen Umlenkkörper 16 auf, dessen Prallflächen 17 auftreffendes Reinigungsmedium in Radialrichtung umlenken und aus den Austrittsöffnungen 19 austreten lassen. Die Prallflächen 17 können beispielsweise die Form einer Kegelspitze aufweisen. Einander gegenüberliegende Prallflächen können zwischen sich beispielsweise einen Winkel von 80-130° einschließen, wie bei 18 angedeutet.

Figur 2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verfahren am Beispiel der Reinigung eines Hochdruckkompressors eines Strahltriebwerks. Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus der Abfolge von Rotor- und Statorsegmenten dieses Hochdruck Kompressors. Die rotierenden Rotorsegmente weisen Rotorschaufeln 7 (Blades) auf, die Statorsegmente weisen starre Leitschaufeln 6 (Vanes) auf. Der Pfeil 5 weist in Richtung der Längsachse des Kompressors. Im Bereich der Statorsegmente sind Boroskopöffnungen angeordnet, die im Regelfall zur optischen Überprüfung des Zustands des Kompressors dienen. Durch diese Öffnungen kann ein Boroskop eingeführt und der Zustand der sichtbaren Umgebung in Augenschein genommen werden. Durch langsames Drehen des Kompressors (Dry- Cranking) ist es möglich, benachbarte Rotorsegmente an dem Boroskop gewissermaßen vorbeizufahren und dabei den Zustand dieses Rotorsegments und der zugehörigen Schaufeln über den gesamten Umfang zu prüfen.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diese Öffnungen, um Reinigungslanzen 1 von der Radialseite des Kompressors sehr einzuführen, um wirkungsvoll sämtliche Stufen des Kompressors direkt zu reinigen. Man erkennt in Figur 2, dass die Lanze 1 der Gestalt in den Bereich eines Statorsegments eingeführt wird, dass das Strahlsegment 3 die konkaven Flächen der Schaufeln 7 des stromauf benachbarten Rotorseg^¬ ments überstreicht und unter einem Winkel nahe der Senkrechten auf diese Oberflächen auftrifft. Das Strahlsegment 4 ist stromab gerichtet und trifft auf die konvexen Schaufelflächen der Schaufeln 7 des stromab angeordneten Rotorsegments auf. Während des Reinigungsvorgangs kann der Rotor langsam gedreht werden, so dass das Reinigungsmedium sämtliche Rotorschaufeln überstreicht. Wie in Figur 2 zu erken- nen, können im Bereich jedes Statorsegments zwischen zwei Rotorsegmenten Lanzen 1 zur Reinigung der jeweils benachbarten Statorsegmente eingeführt werden. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine solche Reinigung mehrerer Stufen entweder sequenziell erfolgen, d.h. eine oder gegebenenfalls mehrere Lanzen 1 werden nacheinander in die entsprechenden Öffnungen eingeführt, oder eine solche Reinigung kann parallel erfolgen, indem eine Mehrzahl von Lan^¬ zen 1 gleichzeitig durch entsprechende Öffnungen positio^¬ niert wird.

Figur 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Lanze. Die Lanze 1 weist einen Lanzenkörper 8 auf, dessen Anschlussende 9 zur Verbindung mit einem Ge- nerator für Kohlendioxid (flüssig) vorgesehen ist. Eine Lanzenhalterung mit einem Gewinde 10 ist zur Befestigung der Lanze 1 mittels Einschrauben in eine Boroskopöffnung ausgebildet. Im Körper 8 sind in Radialrichtung weisende Austrittsöffnungen 11 vorgesehen, durch die Kohlendioxid austreten kann. Wenn das Innere des Lanzenkörpers 8 mit flüssigem Kohlendioxid gespeist wird, tritt es aus den Öffnungen 11 fest als Kohlendioxidschnee aus. Figur 4 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lanze, die zur Reinigung mit Kohlendioxidpellets vorgesehen ist. Der Lanzenkörper 8 verzweigt in zwei Zufuhrrohre 12 und 13, die im Bereich des Austrittsendes 14 der Lanze mit einem Krümmungsradius R von der Axial- in die Radialrichtung gekrümmt sind. Die Hauptaustrittsrichtung der Pellets aus dem Rohr 13 ist bei 15 angedeutete, α ist beispielhaft ein Öffnungswinkel (Halbwinkel) , den die austretenden Pellets einnehmen können. Der Durchmesser d der beiden Rohre 12,13 gemeinsam ist so bemessen, dass er kleiner oder gleich dem zur Verfügung stehenden Durchmesser D der Öffnung ist, durch die die Lanze eingeführt wird.

Figuren 5a und 5b zeigen schematisch einen Axial- bzw. Radialschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsge- mäßen Lanze im Bereich der Austrittsöffnungen für Reinigungsmedium. In Figur 5b ist zu erkennen, dass bei dieser Ausführungsform die Mittelachsen 20,21 der Strahlsegmente 22,23 miteinander einen Winkel von 160° einschließen. In dieser Zeichnung ist der Einfachheit halber die Auffäche- rung der Strahlsegmente 22,23 nicht dargestellt. Im Bereich der Austrittsöffnungen 19 ist hier, anders als bei der Ausführungsform der Figur 1, kein separater Prallkörper angeordnet, vielmehr liegt ein bündiger Abschluss der der Stirnseite der Lanze zugewandten Ränder der Austrittsöff^¬ nungen 19 mit dem entsprechenden Stirnseitenboden vor.

Die Erfindung ermöglicht ein einfaches, schnelles und gründliches Reinigen von Komponenten eines Strahltrieb^¬ werks, ohne dass dieses demontiert oder zerlegt werden muss (On Wing Reinigung) .

Claims

Patentansprüche

Lanze für die Reinigung von Komponenten einer Gasturbine, mit einer Zufuhr für Reinigungsmedium und in einem Endbereich der Lanze (1) angeordneten Austrittsöffnungen für Reinigungsmedium, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Austrittsöffnungen (11, 19) für Reinigungsmedium aufweist, die Reinigungsmedium in zwei radial von der Achse der Lanze nach außen weisenden, einander diametral gegenüber liegenden Strahlsegementen (3, 4) austreten lassen.

Lanze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Strahlsegment (3, 4) in Umfangsrichtung der Lanze einen Öffnungswinkel von 30 bis 110°, vorzugsweise 40 bis 100°, weiter vorzugsweise 50 bis 90°, weiter vorzugsweise 60 bis 90° aufweist.

Lanze nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlsegment (4) in Umfangsrichtung der Lanze zwischen 150 und 180° beginnt und zwischen 210 und 260° endet.

Lanze nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Strahlsegment (3) in Umfangsrichtung der Lanze zwischen 320 und 340° beginnt und zwischen 50 und 70° endet.

Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge^¬ kennzeichnet, dass die Zufuhr für Reinigungsmedium wenigstens zwei Zufuhrrohre (12, 13) aufweist, die im Endbereich der Lanze aus der Axialrichtung der Lanze weg in Radialrichtung gekrümmt sind und in wenigstens zwei Radialrichtungen weisende Austrittsöffnungen aufweisen .

Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Strahlsegment (3, 4) von zwei oder mehr axial voneinander beabstandeten Austrittsöffnungen (11) gespeist wird.

Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Einführen durch Prüf- und/oder Wartungsöffnungen, insbesondere Boroskopöff- nungen der Gasturbine ausgebildet ist.

Verfahren zum Reinigen von Komponenten einer Gasturbine unter Verwendung einer Lanze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten: a) Einführen der Lanze (1) von einer Radialseite her in den zu reinigenden Bereich der Komponente, so dass die einander diametral gegenüber liegenden Strahlsegmente (3, 4) jeweils im wesentlichen in eine Axialrichtung der Komponente weisen, b) Zufuhr von Reinigungsmedium und Reinigen der von den Strahlsegmenten überstrichenen Komponenten.

Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigenden Komponenten ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hochdruckverdichter, Hochdruckturbine und Niederdruckturbine eines Strahltriebwerks .

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (1) durch Prüf- und/oder Wartungsöffnungen, insbesondere Boroskopöffnungen, eingeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Reinigungsmedium festes Kohlendioxid verwendet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungslanze (1) während des Reinigens in Radialrichtung der Komponente verschoben wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während des Reinigens ein

Strahlsegment (3) stromauf gerichtete Flächen der Komponente und ein anderes Strahlsegment (4) stromab gerichtete Flächen der Komponente überstreicht.