WO2014124755A1 - Verfahren und vorrichtung zum kaltstrahlreinigen - Google Patents

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WO2014124755A1
WO2014124755A1 PCT/EP2014/000401 EP2014000401W WO2014124755A1 WO 2014124755 A1 WO2014124755 A1 WO 2014124755A1 EP 2014000401 W EP2014000401 W EP 2014000401W WO 2014124755 A1 WO2014124755 A1 WO 2014124755A1
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particles
water ice
ice particles
cleaning
water
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PCT/EP2014/000401
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English (en)
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Inventor
Jürgen Von Der Ohe
Volker Scholz
Original Assignee
Jürgen Von Der Ohe
Volker Scholz
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Publication date
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/003—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods using material which dissolves or changes phase after the treatment, e.g. ice, CO2

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 13.
  • a gas turbine includes one or more compressor stages that compress the ambient air, a combustor that burns fuel along with the compressed air, and one or more turbine stages to supply the compressors.
  • the expanding combustion gases drive the turbine a n and result in a thrust for propulsion.
  • the turbofan is also powered by the turbine stages and allows a significant portion of the air passing through the engine as a so-called secondary air flow to bypass the compressor stages, combustor and turbine stages. Through this secondary air flow, the efficiency of an engine can be significantly increased and the noise level can be reduced.
  • the air contains foreign particles in the form of, for example, aerosols, pollen, insects, hydrocarbons from other aircraft and industry, and salts near the sea. These particles follow the path of the compressed air and settle on the various components in this area. This contamination leads to a change in the properties of the boundary layer air flow of the compressor components.
  • the pollution of an aircraft jet engine leads to a reduction in the efficiency and thus to increased fuel consumption and to an increased burden on the environment.
  • CONFIRMATION COPY It is also known to clean with C0 2 pellets, C0 2 particles or C0 2 snow (hereinafter referred to as "dry ice") and compressed air as an energy source. ⁇ br/> ⁇ br/> ⁇ br/> It is advantageous when cleaning with dry ice as a blasting medium that there is little or no abrasive cleaning However, this low abrasiveness limits the range of application for this cleaning technology, so it is not effectively used for the persistent impurities of turbines.
  • dry ice pellets are used as solid blasting agents for cleaning surfaces.
  • the dry ice pellets act as a soft, not very abrasive blasting agent, causing no damage to the surface to be cleaned.
  • the thermoelectric voltage between the contamination and the component to be cleaned caused by the temperature of about -78 ° C of the dry ice pellets, leads to detachment of the contamination.
  • Document US 5 868 860 describes a method in which a high pressure cleaning fluid is blown into the rotating engine.
  • WO 2005/120953 has described an arrangement in which water is blown out of a number of nozzles for cleaning in the engine.
  • the disadvantage here is that the water settling in the engine can freeze in winter.
  • DE 60 2005 003 944 T2 describes a system for washing an aircraft turbocharged engine by blowing water from various adjustable nozzles, the control of which is controlled by cameras, into the engine.
  • DE 10 2010 045 869 AI describes a procedural ren in which a cleaning nozzle is introduced to a lance through inspection openings and moved radially and the cleaning agent, preferably dry ice is blown at an angle to the blades and vanes.
  • the disadvantage here is that the nozzle is moved manually and the effect can not be controlled.
  • DE 10 2008 047 493 A1 describes a method which works in two steps.
  • a cleaning foam or a foamable cleaning agent is brought into the engine. After a certain exposure time, the agent is washed out and the engine is moved.
  • the required for the function of the engine air enters the fan.
  • the fan is exposed to contamination by insects, pollen and remains of bouncing birds, etc.
  • the fouling of the fan can be removed relatively easily by conventional means.
  • the core engine compressor which compresses the air to high pressure, with simultaneous increase in temperature.
  • the temperature rise in one High pressure compressor can be 500 ° C. It has been recognized (DE 20 2004 021 476 Ul) that the compressor, in contrast to the fan, is exposed to other types of soiling. The high temperature makes particles easier to hold on the surface and harder to remove. Analyzes have shown that the impurities in the core engine compressor are hydrocarbons, remnants of deicing fluids, salts, etc.
  • the air fleet has a number of aircraft types from a wide variety of manufacturers.
  • the engines are supplied by various manufacturers, with the engines differ in shape, size and performance. This leads to a large possible combination width of engines in different types of aircraft. This is perceived as a disadvantage in terms of cleaning, since the size and the execution of the makesvorrichtu must be tailored to the specific engine. It is therefore a particular object of the invention to simplify the cleaning of the engines.
  • the invention is therefore based on the object to provide a significantly better method or apparatus for aggressive cleaning, preferably of turbines, in particular of gas turbine engines, which makes it possible in a simple manner to clean the parts to be cleaned comprehensively and effectively.
  • Procedures using solid additives such as coal dust or glass beads or chemical agents may cause residues to remain in the turbines and cause damage.
  • the inventive method for cold blast cleaning preferably of components of turbines and turbines, in particular gas turbine engines, with solid particles, thus characterized by the fact that the solid particles comprise water ice particles, which are mixed in a pressure medium of gas and / or water to form the blasting agent , This makes cold blast cleaning particularly gentle and at the same time aggressive.
  • the water ice particles are mixed with dry ice particles.
  • the temperature stability of the blasting agent can be increased.
  • the low temperature of the dry ice causes thermal stress between the contaminant and the component to be cleaned, which also leads to the detachment of the contaminant.
  • water ice particles are deposited on dry ice particles to obtain individual particles of water ice and dry ice.
  • this can be done by spraying dry ice particles with water and then freezing the water so that particles are formed with a dry ice water composite, as described in DE 102010020618.0, the content of which is hereby fully incorporated by reference.
  • At least some water ice particles having at least a different temperature with respect to the walls ⁇ ren water ice wherein the temperature in the range -10 ° C and -130 ° C, preferably from the range -20 ° C and -120 ° C and in particular from the range -30 ° C and -120 ° C is selected.
  • the effect is achieved that different water ice particles with different temperature in the Blasting agents are present, the water ice particles with higher temperature softer and those with lower temperature are harder, whereby the cleaning effect can be specially adapted.
  • At least some water ice particles and / or at least some dry ice particles have at least one different particle size with respect to the other water ice particles or dry ice particles, wherein the particle size is preferably selected from the range 0.1 mm to 25 mm, in particular particles 3 mm to 7 mm and particles with 8 mm to 13 mm particle size can be selected.
  • the particle size is preferably selected from the range 0.1 mm to 25 mm, in particular particles 3 mm to 7 mm and particles with 8 mm to 13 mm particle size can be selected.
  • This also allows the cleaning effect to be adjusted specifically.
  • water ice particles which have a lower temperature and thus are harder and more brittle, can be provided with a smaller particle size than those with a higher temperature which are softer.
  • water ice particles with a temperature of -70 ° C with a particle size of about 5 mm and water ice particles with a temperature of -40 ° C with a particle size of about 10 mm could be provided.
  • the gas is formed dried, wherein it is preferably provided that the dew point of the gas should correspond to a temperature of -30 ° C to -70 ° C, preferably from -30 ° C to -50 ° C, in particular from -40 ° C. , This prevents the image from unwanted condensate.
  • the temperature of the gas should be as low as possible, but preferably at least in the range of -15 ° C to + 40 ° C.
  • the blasting agent is surrounded by a sheath flow as a core jet, which is preferably a dried gas stream, the sheath flow preferably being a temperature of + 20 ° C. to + 80 ° C., in particular + 60 ° C. to + 80 ° C should have.
  • the sheath flow preferably being a temperature of + 20 ° C. to + 80 ° C., in particular + 60 ° C. to + 80 ° C should have.
  • the sheath flow preferably being a temperature of + 20 ° C. to + 80 ° C., in particular + 60 ° C. to + 80 ° C should have.
  • the enveloping stream is dried and heated in dependence on the contaminant. From this dry and hot sheath stream, the blasting agent is coated.
  • the blasting agent is not damaged by the hot sheath flow because it is only exposed to the aforementioned temperature for a short time at the high flow rate and the short distance of the blasting agent generating device to the blasting gun and forms an insulating gas envelope around the individual particles due to the Leydenfrost phenomenon.
  • the hot and dry envelope stream decreases leaving the Stra hlstoffs a us the jet nozzle, the moisture from the environment and thus prevents condensation on the surface of the component to be cleaned.
  • the envelope current is set in parallel or focusing the blasting medium. This allows a particularly efficient and targeted cleaning done.
  • blasting agent or the solid particles may have an improving effect if the blasting agent or the solid particles are provided pulsed in time, in particular temporally uniformly or temporally pulsed unevenly. It is thereby achieved that water, condensate or the like introduced from the cleaning process into the component is again discharged without residue from the component.
  • the water ice particles are formed edged.
  • the "abhobelnd" act, while in rounded training only compacting punctiform pulses would act.
  • the turbine to be cleaned is driven during cleaning, wherein preferably the speed of the turbine is adjusted so that sets a maximum cleaning effect.
  • Three effects play a role here. On the one hand can be achieved by the rotation of the turbine wheels areas of the turbine inside, which would otherwise be covered. The benefits in particular that the individual turbine wheels rotate mostly with different union speeds.
  • the centrifugal force effects can occur.
  • there is also an alternating deflection of the blasting agent which also improves the distribution of the abrasive to the areas to be cleaned.
  • the irradiation of the Stra hlstoffs in the turbine to be cleaned under different angles of incidence preferably angles are selected from the range 0 ° to 50 ° to the longitudinal axis of the turbine. Then the dirt can be removed very effectively.
  • the water ice particles are formed at a cooling rate of 0.1 to 10 cm / h, preferably from 5 to 10 cm / h, wherein the cooling is carried out in particular in countercurrent process with liquid nitrogen.
  • This refinement is based on the finding that, in order to achieve the highest possible cleaning performance on the surface to be cleaned, the particles should not be destroyed as much as possible after impact on a surface in such a way that they no longer have a cleaning effect on a subsequent surface.
  • the particles should thus have the highest possible impulse stability. This is achieved by using crystals as small as possible, i. are formed as amorphous as possible.
  • This training can be achieved by the highest possible cooling rate (comparable to shock freezing).
  • the cooling rate W is defined as the quotient of the distance between the particle core and the particle surface and the time required for the temperature to fall by 10 ° K.
  • means for mixing water ice and dry ice particles are provided, which are adapted to mix different adjustable proportions of the water ice particles with respect to the dry ice particles, wherein preferably a container with a partition wall with variably adjustable separating wall position is provided. This ensures that the cleaning effect can be tailored to the pollution requirements and Ba uteilschreib adjusted.
  • the device is adapted to simultaneously provide at least two different particle sizes of the water ice particles and / or the dry ice particles.
  • the device is adapted to provide water ice particles with at least two different temperatures, the temperatures preferably being in the range -10 ° C and -130 ° C, preferably in the range -20 ° C and -120 ° C and especially in the range of -30 ° C and -120 ° C.
  • the cryogenic water ice particles have a high abrasiveness.
  • the device is adapted to envelop the blasting agent with an enveloping stream
  • the enveloping stream is preferably formed as a dried compressed gas stream and / or wherein the enveloping stream is preferably formed parallelizing or focusing for the blasting agent.
  • nitrogen cooling means are provided, wherein the nitrogen cooling means preferably comprise a profiled trough strip with nitrogen countercurrent cooling.
  • a solid aggressive cleaning agent with a water jet or an extremely dry compressed air jet continuously or at regular or irregular intervals with special devices according to the invention directly into the turbine or is blown into the gas turbine engine, or indirectly through control and maintenance openings in the area to be cleaned, using as cleaning agent, a mixture of a ka utty water ice particles in different Licher sizes and shape and C0 2 particles is used, immediately before use manufactured and specially adapted to the cleaning task.
  • the blasting agent mixture can be directly from the front at different angles in the engine be blown. If areas of the compressor, the combustion chamber or the turbine are to be cleaned, additional devices are required.
  • the transition temperature can be assumed to be -35 ° C. In the range of 0 ° C to -35 ° C, the water ice can be regarded as predominantly elastic and below -35 ° C as predominantly brittle.
  • the cleaning can be done with stationary or moving engines.
  • the movement of the engine can, as is well known, be done by external drive sources.
  • the most favorable speed for cleaning the corresponding area must be determined in agreement with the engine. It is favorable if the speed is varied in predetermined ranges in order to achieve the most favorable centrifugal force effect.
  • the device according to the invention has two main groups: i) a cold group for the production, processing, storage and provision of the water ice and ii) a blasting plant with grinder, metering and jet nozzle.
  • the water ice coming from a water ice maker at a temperature of about - 6 ° C is further cooled in one or more stages so that it has a hardness and elasticity defined for cleaning. After reaching the desired temperature, it is stored at this temperature.
  • the water ice, with different temperatures is provided in special transport boxes and used for use.
  • the water ice is mixed with C0 2 particles after comminution in order to maintain its hardness reached by the cooling.
  • the C0 2 particles have less of a cleaning task but they are to prevent the formation of water.
  • the water ice with different temperatures and the C0 2 particles are entered separately in a two-chamber hopper.
  • the following feed and dosing unit regulates the material throughput, which is comminuted separately in an exchangeable crusher plant.
  • the crusher plant is designed to produce water ice particles and C0 2 particles of different sizes. Since the C0 2 particles are also crushed, the water produced by the shearing forces is immediately frozen again or the formation of water is prevented.
  • the crushed blasting agent falls through a collection well in which mixing occurs in the metering unit and is added to the processed blasting air.
  • the blasting agent amount can also or additionally be regulated by the adjustment of the rotational speeds of the crusher plant. According to the cleaning task and the dependent of their nozzle shape is a blasting material amount with different grain sizes and hardnesses (different temperatures and different materials Liche) ready.
  • the jet nozzles are determined in their shape and size by the madesa ufga be.
  • a variant is realized by the injection of the blasting agent mixture through the fan area into the compressor stage.
  • a second variant provides for the injection of the mixture of strains through the control openings.
  • all accessible openings of the engine are suitable for introducing the blasting agent, ha uptsumblelich the engine inlet, but also all maintenance openings or Boroskoplöcher.
  • preferably lance-shaped jet nozzles are used with guides.
  • These lance-shaped jet nozzles preferably consist of a tube which has a polygonal prism, preferably a wedge-shaped two-sided prism, at one end with which it is guided into the inspection opening.
  • a polygonal prism preferably a wedge-shaped two-sided prism
  • the other end of the tube is connected to the blasting gun with a swivel joint.
  • a threaded piece on the tube Below the swivel is a threaded piece on the tube. The length of the thread is determined by the possible working length.
  • the inventor has recognized that for the comprehensive and effective blast cleaning of equipment, preferably of turbines and gas turbine jet engines, with a blasting medium, the controlled guidance of a lancet-shaped jet nozzle is required. This was not possible with previously available jet-shaped jet nozzles. They were inserted into the control and revision openings and then manually adjusted the insertion depth and the azimuthal angle.
  • the lance-shaped jet nozzle has an insertion stop which limits the insertion depth of the jet nozzle in the opening
  • the Huaweisa stop is rotatably arranged with respect to the jet nozzle and / or wherein the insertion stop with respect to the jet nozzle axially movable a is arranged and / or wherein a Verwoodelement is arranged on the Mothersa stop, which is azimuthally formed rotatable relative to the insertion stop.
  • This can be a controlled rotation and / or axial adjustment of the jet nozzle with respect to the opening take place, for which purpose preferably an automatic or semi-automatic adjustment takes place, for which corresponding motorizations are carried out, as are well known to the person skilled in the art.
  • An essential element is thus the controlled adjustability of the position of the jet nozzle within the opening, for which purpose the insertion stop is used.
  • a axia les sliding bearing or a rack Zahnradverbind ung is suitable.
  • a direct azimuthal adjustment of the insertion stop relative to the jet nozzle needle roller bearings or a planetary gear is used, for example.
  • a combined adjustment of the axial and azimuthal position for example, a screw is suitable.
  • means are provided for fixing the axial and / or azimuthal position of the insertion stop with respect to the opening, these means preferably comprising an elastic element or a suction cup.
  • the elastic element is preferably formed as a centering with respect to the opening a, whereby a secure, accurate and consistent positioning of the Strahld üse takes place in the opening.
  • the rotational mobility and / or axial mobility of the insertion stop relative to the jet nozzle is formed lockable, preferably in the form of a fferarret mich. Then, the position of the jet nozzle within the opening can be selectively set to clean at least a certain area for a long time.
  • the axial and / or azimuthal position of the insertion stop with respect to the jet nozzle is variably adjustable, preferably between the jet nozzle and the insertion stop a positive guidance is provided, the rotation of the jet nozzle relative to the insertion stop in an axial longitudinal displacement of the jet nozzle causes the insertion stop.
  • accurate adjustment can also be made in the axial direction of the jet nozzle, resulting in a very precise overall cleaning. This precision is further increased by the specified positive control. In this case, an automation can also be made.
  • the azimuthal position of the torsion is formed lockable relative to the insertion stop.
  • the blasting agent jet can be directed from the blasting nozzle in a targeted manner.
  • the insertion stop and / or the rotating element is designed to be exchangeable in order to adapt the jet nozzle to different opening diameters.
  • deflecting means are provided for deflecting the blasting medium, wherein the deflecting means are preferably designed so that the blasting medium is deflected in two opposite directions. As a result, areas of the device which are not in the opening direction can also be specifically cleaned. In this context, it is preferred if the deflecting means are designed to be removable, so that the areas lying in the opening direction can also be specifically cleaned.
  • the deflecting means has a three-sided prism or two deflection surfaces, which are arranged so that the blasting agent is deflected in the same two directions in the same two directions, wherein the line connecting the directions perpendicular to the longitudinal axis of the jet nozzle angeord net is ,
  • a rotatable connection for a blasting medium line is provided, so that the blasting medium line with respect to the Stra hldüse is rotatable can be arranged. Because of this, no moments are transmitted to the blasting line.
  • the length of the jet nozzle is riabel, in particular modular or telescopic, the length being fixable.
  • the jet nozzle can be easily adapted to different device sizes.
  • the device has a connection for a gaseous sheath flow for the blasting agent and a loading means is provided, which has an inner blasting medium guide section and an outer sheath flow line section with respect to a flow axis for the blasting medium the sections are preferably arranged concentrically to each other.
  • a pa ralleltechnik or focusing of the blasting agent can be done.
  • the enveloping stream could be formed as a dried and heated gas stream.
  • the guide bush has an internal thread similar to that of the Threaded piece on the tube corresponds.
  • the blasting media After contact with the surface to be cleaned, is pushed to the sides by the blast air and is no longer needed.
  • the blasting agent becomes dependent on the geometry of the guide vanes and compressor blades the type of blasting agent input, forcibly guided between the blades. This forced guidance is supported by the jet air. Due to the positive guidance, which is supported by the rotation of the turbine, the water ice particles, which are of great importance for the cleaning, are repeatedly guided over the surfaces to be cleaned.
  • the mixture of water ice particles and C0 2 particles can not be pressed into the turbine with compressed air but with a stream of water, as described with compressed air.
  • This has the advantage that the water ice particles are passed by the flow and the Morriskomprimieriana the water at the blade surfaces and the inevitable flow losses are compensated by the resulting C0 2 gas.
  • the C0 2 gas is created by the sublimation of the C0 2 particles which is brought about by the contact with the relatively warm water.
  • the advantage of the invention is there in that the surface of the components to be cleaned is not damaged despite the increased aggressiveness. Another advantage is that the cleaning of the dirt and the areas to be cleaned can be adjusted. The smoothing of the surface during cleaning and the resulting improved flow conditions reduce fuel consumption and thus save costs.
  • a further advantage is that the use of the present invention from the position of the engine or the turbine is inde pendent.
  • the inventive method is more aggressive than the known methods, the life of the engine or the turbine is increased because the operating temperature of the engine can be lowered.
  • FIG. 1 the method according to the invention or the device 100 according to the invention in a preferred embodiment is shown purely schematically in a block diagram. It can be seen that the compressed air coming from the compressor 58 is dried in the dryer 59 to a dew point of about -40 ° C. A portion of the dried compressed air gela ngt as jet air 63 directly to the blasting system 12. The residual air is heated in the heater 60 and üse 35 through the air hose 37 to the shell nozzle 36 at the Strahld.
  • the water ice 2 is coming from the water ice maker 1 with about -5 ° C, cooled in the cooling block 4 to about -25 ° C and filled into special container 64.
  • These containers 64 are stored in cooling chambers 11 at different temperatures, in the range of -20 ° C to about -130 ° C.
  • the special containers 64 are transferred from the cooling chambers 11 in water ice transport boxes 62 and brought to the blasting machine 12.
  • the C0 2 pellets are provided in C0 2 boxes 61 on the blasting machine 12.
  • the water ice particles 2 and the C0 2 pellets are filled separately, crushed, mixed and admixed with the jet air 63.
  • the Stra hlstoff generated as water ice C0 2 -air mixture is supplied through the jet hose 32 of the blasting gun 33.
  • the jet nozzle 35 is mounted with the jacket nozzle 36.
  • the air coming from the heater 60 in the air hose 37 is superimposed by the metal nozzle 36 on the core jet 39 emerging from the jet gun 33 as the enveloping flow 38.
  • a swivel joint 34 can also be connected to the blasting hose 32. At the pivot 34 then the la nzenförmige jet nozzle 40 is attached. To illustrate the exchangeability, the blasting gun 33 and the rotary joint 34 are shown by dashed lines.
  • the refrigeration unit of the device 100 is shown in a preferred embodiment purely schematically in section. It can be seen that the water ice 2 produced in an ice maker 1 drops onto the introduction chain 3 at a temperature of approximately -6 ° C. The water ice 2 has a relatively moist surface. To prevent block formation during further cooling, the water ice 2 is transported on the introduction chain 3 into the cooling block 4. Unterha lb the introduction chain 3 is the collecting plate 5 for the excess water from the ice maker 1. In the cooling block 4, the water ice 2 falls from the delivery chain 3 on the cold chains 41 and is in several steps to a certain temperature, preferably -25 ° C further cooled.
  • the cold chains 41 are staggered so that the transfer from one chain to another can be done without problems.
  • the cooling is done by circulating air.
  • the fan 6 below the cooling block 4 sucks the air through the line 7 to the top surface 8 and presses them through the cold block 9, in which the air is cooled again, through the base 10 back into the cooling block 4th
  • the leaking from the cooling block 4 water ice 2 is portioned into special transport container 64 and filled in variousdeka mmern 11 further cooled to the set temperature between -25 ° C and -130 ° C and stored.
  • the blasting machine 12 of the device 100 is shown purely schematically in a preferred embodiment in section. It can be seen that the Strahla nlage 12 is mounted in an insulated housing 13 and cooled by the Kä lteech 14 to a temperature well below -5 ° C.
  • the hopper 15 is inserted freely swinging and provided with a vibrator 16.
  • the hopper 15 has a slidable partition 50. The partition 50 divides the hopper 15 into two chambers, a C0 2 particle chamber 51 and a water ice particle chamber 52, the size of which can be made variable depending on the desired mixing ratio.
  • the Zuer r- and metering unit 17 Under the hopper 15 is the Zuure r- and metering unit 17 with the rotary valve 53, for regulating the mass flow 18 in the crusher unit 19.
  • the rotary valve 53 is connected via the shaft 65 with the controllable motor 66.
  • a gate valve 48 is provided, which is moved through the cylinder 49 and the supply of material breaks during pauses, malfunctions or emergency stop immediately.
  • the crusher unit 19 is replaceable, so that the most favorable for cleaning particle sizes can be made.
  • the crusher wheels 54 and supports 55 by various supplements 56, 57 (Supplement Anvil 56 and supplement crusher wheel 57) freely selectable in their distances on their axis and thus allow the production of a water-ice-C0 2 -particles-mixture 20 with particles of different Size and kinetic energy.
  • the crushed water ice C0 2 particles mixture 20 passes through the collecting channel 21 for metering 22.
  • the Sam melkanal 21 is to avoid or to eliminate abrasive bridges, as well as the hopper 15, provided with air nozzles 23.
  • the metering 22 consists of the fixed base disk 24 with the air inlet nozzle 27 and the likewise fixed cover plate 26 with the blasting medium nozzle 25 and the blasting medium opening 28. Between the cover plate 26 and the base disk 24, the metering disk 29, which is driven by the motor 30 moves.
  • the connecting pipe 31 is attached to the blasting hose 32.
  • the blasting gun 33 or the connecting piece 34 is connected to the blasting nozzle 35, which is enclosed by the jacket nozzle 36.
  • the jacket nozzle 36 is supplied through the air hose 37 compressed air to form the enveloping flow 38.
  • the sheath flow 38 encloses the core jet 39 coming from the jet nozzle 35.
  • the jet nozzle 35 can be guided by the jet gun 33 manually or by a robot in a known manner.
  • Fig. 4 the lancet-shaped jet nozzle 40 of the device according to the invention in a preferred embodiment in a sectional view along the Lä ngsachse L of the jet nozzle 40 is shown purely schematically.
  • the lance-shaped jet nozzle 40 through the rotatable Connecting sleeve 34 is connected to the blasting hose 32.
  • the prism 42 for deflecting the Stra hlkars 20 is mounted on the blades 43.
  • the lance-shaped jet nozzle 40 is guided in the bushing 44. So that the blade surfaces 45 are uniformly cleaned, the bush 44 is provided with an internal thread 46 and the lance-shaped jet nozzle 40 with an external thread 47. This results in a positively driven continuous rotation of the jet nozzle 40 about its longitudinal axis L during axial insertion or removal by means of a rotational movement out of the bush 44 arranged in, for example, a control opening.
  • the rotational mobility between sleeve 44 and jet nozzle 40 is formed lockable.
  • the bush 44 has an additional outer surface (not shown) that is rotatably supported relative to the bushing 44, then the blast nozzle 40 can be rotated within the bushing 44 while maintaining the axial insertion depth.
  • the jet nozzle 40 can be rotated controlled in a certain insertion depth in the component to be cleaned.
  • the rotational mobility of the lateral surface relative to the sleeve 44 should be lockable.
  • the lance-shaped jet nozzle 40 that the blasting medium is surrounded by an enveloping flow.
  • the bushing 44 may be provided with an outer flexible ring member (not shown) serving as a centering and fixing means in the opening.
  • the bushing 44 and / or this ring element can be designed to be exchanged in order to adapt the blasting nozzle 40 to different opening diameters.
  • the jet nozzle 40 is formed with a fixed length, wherein in Fig. 4, not the entire length is shown, but is only indicated by the interruption. It may preferably be provided a flexibility of this length, for example by a modular or telescopic structure.
  • FIG. 5 different working positions for the jet nozzle 33, 40 of the device 100 according to the invention are shown purely schematically in section.
  • the compressor 66, the combustion chamber 67 and the turbine 68 can be cleaned, for example by means of the lance-shaped jet nozzle 40 through the inspection and inspection openings in the positions 75, 76, 77.
  • the closure of the respective opening is removed and replaced by the bushing 44.
  • the lance-shaped Stra hldüse 40 is moved uniformly forward and directed the blasting agent by means of the prism 42 evenly on the blades.
  • the two-sided division of the blasting agent prevents a one-sided moment and avoids damage to the blade surfaces.
  • a very effective cleaning because the beam pulse limited only to small solid angle ranges.
  • the lance-shaped jet nozzle 40 could also be used at the positions 71 to 74.
  • a method and apparatus 100 are provided for cold blast cleaning, with which the cold blast cleaning is particularly effective and optimally adjustable with respect to the respective boundary conditions, which in particular the cleaning of components Turbines, turbines and gas turbine engines 68 can be done very quickly and thoroughly and regardless of weather conditions.
  • Cooling block 36 jacket nozzle
  • Air nozzle 55 supplements
  • Compressor 75 Cleaning position for firing chamber lance shaped jet nozzle
  • Turbine 76 Cleaning position for main axis lance-shaped jet nozzle
  • Jet position of the nozzle 100 Apparatus for cold-jet cleaning Jet position of the nozzle L Longitudinal axis of the jet nozzle 40

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (100) zum Kaltstrahlreinigen, bevorzugt von Bauteilen von Turbinen und Turbinen, insbesondere von Gasturbinentriebwerken, mit Hilfe von Wassereis bzw. mit Gemischen aus Wassereis mit CO2-Partikeln, wobei das Wassereis in einem oder mehreren Schritten gekühlt und zerkleinert wird und anschließend entweder direkt mit einem Druckluft- oder Wasserstrahl oder als Gemisch (39) mit CO2-Partikel mit einem Druckluft- oder Wasserstrahl als Energieüberträger, auf das zu reinigende Bauteil oder in das zu reinigende Strahltriebwerk geblasen wird. Die damit bewirkte Kaltstrahlreinigung ist besonders effektiv und in Bezug auf die jeweiligen Randbedingungen optimal einstellbar, womit insbesondere die Reinigung von Bauteilen von Turbinen, von Turbinen und Gasturbinentriebwerken sehr rasch und gründlich und unabhängig von Wetterbedingungen erfolgen kann.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Kaltstrahlreinigen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 13.
Eine Gasturbine umfasst eine oder mehrere Verdichterstufen, die die Umgebungsluft verdichten, eine Brennkammer, die Kraftstoff zusammen mit der komprimierten Luft verbrennt, sowie eine oder mehrere Turbinenstufen zur Versorgung der Verdichter. Die sich ausdehnenden Verbrennungsgase treiben die Turbine a n und resultieren in einem Schub zum Vortrieb.
Strahltriebwerke besitzen heute in den meisten Fällen einen Turbofan, der stromaufwärts vor den Kompressorstufen angeordnet ist und im Durchmesser wesentlich größer ist als die Kompressorstufen. Der Turbofan wird ebenfalls durch die Turbinenstufen angetrieben und lässt einen erheblichen Teil der das Triebwerk insgesamt durchströmenden Luft als sogenannten Nebenluftstrom an den Kompressorstufen, der Brennkammer und den Turbinenstufen vorbeiströmen. Durch diesen Nebenluftstrom kann der Wirkungsgrad eines Triebwerkes erheblich gesteigert und der Lärmpegel reduziert werden.
Auf den Flughäfen und in geringen Höhen enthält die Luft Fremdpartikel in Form von beispielsweise Aerosolen, Pollen, Insekten, Kohlenwasserstoffen von anderen Flugzeugen u nd aus der Industrie sowie Salze in Meeresnähe. Diese Partikel folgen dem Weg der verdichteten Luft und setzen sich a uf den verschiedenen Ba uelementen in diesem Bereich ab. Diese Verschmutzung führt zu einer Veränderung der Eigenschaften des Grenzschichtluftstromes der Verdichterbauteile. Außerdem führt die Verschmutzung eines Flugzeugstrahltriebwerkes zu einer Verringerung des Wirkungsgrades und damit zu erhöhtem Treibstoffverbrauch sowie zu einer erhöhten Belastung der Umwelt.
Aus dem Sta nd der Technik sind verschiedene Verfahren mit unterschiedlichen Strahlmitteln zur Reinigung von verunreinigten Oberflächen bekannt. Als Strahlmittel finden da bei, neben dem Hochdruckwasser, auch Glasperlen, Schlacke, Sande oder Salze in einem Strahlmittel, wie Wasser oder Druckluft Anwendung.
Nachteilig ist bei diesen Reinigungstechnologien, dass sich die Rückstände in der zu reinigenden Turbine ablagern.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Bekannt ist auch das Reinigen mit C02-Pellets, C02-Partikel oder C02-Schnee (nachfolgend „Trockeneis" genannt) und Druckluft als Energieträger. Vorteilhaft ist bei dem Reinigen mit Trockeneis als Strahlmittel, dass keine oder nur eine geringe abrasive Reinigung zu verzeichnen ist. Diese geringe Abrasivität schränkt aber den Einsatzbereich für diese Reinigungstechnologie ein, so dass es für die hartnäckigen Verunreinigungen von Turbinen nicht wirkungsvoll einsetzbar ist.
Nach der WO 2003 10 1667 AI werden Trockeneis-Pellets als festes Strahlmittel zur Reinigung von Oberflächen eingesetzt. Die Trockeneis-Pellets wirken als weiches, nicht sehr ab- rasives Strahlmittel, wodurch keine Beschädigung der zu reinigenden Oberfläche erfolgt. Die durch die Temperatur von ca. -78°C der Trockeneis-Pellets hervorgerufene Thermospannung zwischen Verunreinigung und zu reinigendem Bauteil führt zum Ablösen der Verunreinigung.
Die Schrift US 5 868 860 beschreibt ein Verfa hren, in dem eine Reinigungsflüssigkeit mit hohem Druck in das rotierende Triebwerk geblasen wird.
In US 6 394 108 wird ein flexibler Schlauch mit einer Düse zwischen die Triebwerksschaufeln geschoben und unter Druck bei gleichzeitiger Reinigung zurück gezogen. Nachteilig ist hierbei, dass der Reinigungseffekt gering ist, da die Schaufeln nicht bewegt werden können.
Zur Beseitigung von Verunreinigungen, insbesondere in Gasturbinentriebwerken, wurde in WO 2005/120953 eine Anordnung beschrieben, bei der aus einer Anzahl von Düsen Wasser zur Reinigung in das Triebwerk geblasen wird. Nachteilig ist dabei, dass das sich im Triebwerk absetzende Wasser im Winter gefrieren kann.
DE 10 2008 021 746 AI beschreibt ein Verfa hren, bei dem Trockeneis in verschiedenen Strukturen zur Reinigung eingesetzt wird. Da Trockeneis beim Auftreffen sofort sublimiert, bleibt die Reinigung nur a uf einen kleinen Bereich der Turbine beschränkt.
In DE 60 2005 003 944 T2 wird ein System zum Waschen eines Flugzeug-Turbomotors beschrieben, indem Wasser aus verschiedenen, verstellbaren Düsen, deren W irkung durch Kameras kontrolliert wird, in das Triebwerk geblasen wird.
In DE 20 2005 021 369 Ul wird eine dreidimensiona l arbeitende Vorrichtung zum Einsprühen und Reinigen des Triebwerkes mit Heiß-Wasser beschrieben.
Aus WO 2009/132847 AI ist beka nnt, dass Stra hltriebwerke eines Flugzeuges mit festem Kohlendioxid gereinigt werden können. DE 10 2010 045 869 AI beschreibt ein Verfah ren bei dem eine Reinigungsdüse an einer Lanze durch Inspektionsöffnungen eingeführt und radial bewegt wird und das Reinigungsmittel, vorzugsweise Trockeneis unter einem Winkel auf die Lauf- und Leitschaufeln geblasen wird. Nachteilig dabei ist, dass die Düse manuell bewegt wird und die Wirkung nicht kontrolliert werden kann.
In der Schrift DE 10 2011 015 252 AI wird eine Lanze beschrieben, die zwei oder mehr gegenüberliegende Öffnungen besitzt, aus denen das Trockeneis als Reinigungsmittel austreten kann. Die Lanze wird zur Reinigung durch Prüf- und Wartungsöffnungen zwischen den Triebwerkskomponenten geführt.
DE 10 2008 019 892 AI beschreibt ein Verfahren; bei dem verschiedene abrasive Stoffe durch Wartungsöffnungen auf die zu reinigenden Triebwerksteile geblasen werden können. Nachteilig ist hierbei, dass Rückstände des Reinigungsmittels im Triebwerk verbleiben können.
Auch in DE 20 2005 021 819 Ul wird eine mobile Reinigungsvorrichtung auf der Basis des Einsprühens mit Wasser beschrieben.
In DE 10 2008 047 493 AI wird ein Verfahren beschrieben, das in zwei Schritten arbeitet. Im ersten Schritt wird ein Reinigungsschaum oder ein schaumfähiges Reinigungsmittel in das Triebwerk gebracht. Nach einer bestimmten Einwirkzeit wird das Mittel ausgewaschen und das Triebwerk dabei bewegt.
In DE 602 21 166 T2 wird ein ähnliches Verfahren beschrieben, wobei zusätzlich ein antistatisches Mittel eingebracht wird.
In US 2002/0 124 874 AI wird eine Methode zum Reinigen der Triebwerksscha ufeln beschrieben, indem ein Schlauch mit einer Sprühdüse in das stehende Triebwerk eingebracht wird und mit Hilfe der Düse ein Reinigungsmittel versprüht wird .
Die für die Funktion des Triebwerkes erforderliche Luft tritt im Bereich des Fan ein. W ie schon weiter oben beschrieben, ist der Fan Verschmutzungen durch Insekten, Pollen sowie Überresten von aufprallenden Vögeln usw. ausgesetzt. Die Verschmutzungen des Fans können relativ einfach mit herkömmlichen Mitteln entfernt werden.
Hinter dem Fan befindet sich der Kerntriebswerkverdichter, der die Luft zu hohem Druck, bei gleichzeitiger Temperaturerhöhung, komprimiert. Der Temperaturanstieg in einem Hochdruckverdichter kann 500 °C betragen. Es wurde erkannt (DE 20 2004 021 476 Ul), dass der Verdichter, in Gegensatz zum Fan, anderen Arten von Verschmutzungen ausgesetzt ist. Die hohe Temperatur führt dazu, dass Partikel leichter a n der Oberfläche festhalten und schwieriger zu entfernen sind. Analysen haben ergeben, dass die Verunreinigungen im Kerntriebswerkverdichter aus Kohlenwasserstoffen, Überresten von Enteisungsflüssigkeiten, Salzen usw. sind.
Nachdem der aufgezeigte Stand der Technik keine zufriedenstellende Lösung, insbesondere zur rückstandsfreien Reinigung mit einem aggressivem, d.h. hochwirksa men, aber trotzdem schonenden Strahlmittel aufgezeigt hat, wird nach einem Verfahren zum Reinigen von bevorzugt Bauteilen von Turbinen und Gasturbinen, insbesondere von Gastriebwerken mit einem Strahlmittel oder Strahlmittelgemisch gesucht, das über eine regelbare Aggressivität verfügt und damit die Verunreinigungen von Oberflächen möglichst rückstandslos entfernt und das Ba uteil selbst nicht beschädigt.
Die Luftflotte verfügt über eine V ielzahl von Flugzeugtypen der verschiedensten Hersteller. Die Triebwerke werden von verschiedenen Herstellern geliefert, wobei sich die Triebwerke in Form, Größe und Leistung unterscheiden. Dies führt zu einer großen möglichen Kombinationsbreite von Triebwerken in verschiedenen Flugzeugtypen. Dies wird in Bezug auf das Reinigen als Nachteil empfunden, da die Größe und die Ausführung der Reinigungsvorrichtu ngen auf das spezielle Triebwerk abgestimmt werden muss. Es ist daher insbesondere Ziel der Erfindung, das Reinigen der Motoren zu vereinfachen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein deutlich besseres Verfahren bzw. Vorrichtung zum aggressiven Reinigen, bevorzugt von Turbinen, insbesondere von Gasturbinentriebwerken zu schaffen, das es auf einfache Weise ermöglicht, die zu reinigenden Teile umfassend und effektiv zu reinigen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Dabei hat der Erfinder erkannt, dass ein solches aggressives Reinigungsverfahren insbesondere für Turbinen nur unter Mitwirkung von Wassereis bereit gestellt werden kann.
Reinigungsverfahren, die mit Wasser a ls Reinigungsmittel arbeiten oder bei denen Wasser als H ilfsmittel für die Reinigung eingesetzt wird, können bei Temperaturen unter 5°C nicht mehr eingesetzt werden.
Bei Verfahren, bei denen feste Zusatzstoffe, wie Kohlenstaub oder Glasperlen oder chemische Mittel eingesetzt werden, besteht die Gefahr, dass Rückstände in den Turbinen verbleiben und Schäden führen können.
Der Einsatz von Trockeneis zur Reinigung ermöglicht zwar die Reinigung unter 5°C Außentemperatur, nachteilig ist aber die Eigenschaft des Trockeneises, beim Auftreffen auf eine Fläche oder einen Gegenstand sofort zu sublimieren. Der vom Strahlen mit festen Stoffen, z. B. Sand oder Glasperlen, bekannte Billardeffekt, ist beim Einsatz von Trockeneis nicht zu beobachten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kaltstrahlreinigung, bevorzugt von Bauteilen von Turbinen und Turbinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, mit Festkörperpartikeln, zeichnet sich also dadurch aus, dass die Festkörperpartikel Wassereispartikel umfassen, die in ein Druckmittel aus Gas und/oder Wasser eingemischt werden, um das Strahlmittel zu bilden. Damit ist die Kaltstrahlreinigung besonders schonend und gleichzeitig aggressiv.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Wassereispartikel mit Trockeneispartikeln gemischt werden. Dadurch kann die Temperaturstabilität des Strahlmittels erhöht werden. Außerdem ruft die tiefe Temperatur des Trockeneises Thermospannung zwischen Verunreinigung und zu reinigendem Bauteil hervor, was ebenfalls zum Ablösen der Verunreinigung führt.
Alternativ kann anstelle oder zusätzlich zu diesem Mischen von Wassereis- und Trockeneispartikeln auch vorgesehen sein, dass Wassereispartikel an Trockeneispartikel angelagert werden, um einzelne Partikel aus Wassereis und Trockeneis zu erhalten. Beispielsweise kann dies dadurch erfolgen, dass Trockeneispartikel mit Wasser besprüht werden und das Wasser anschließend gefroren wird, so dass Partikel mit einem Trockeneiswassereisverbund entstehen, so wie dies in der DE 102010020618.0 beschrieben ist, deren diesbezüglicher Inhalt hiermit vollumfänglich einbezogen wird.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zumindest einige Wassereispartikel in Bezug auf die ande¬ ren Wassereispartikel zumindest eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, wobei die Temperatur aus dem Bereich -10°C und -130°C, bevorzugt aus dem Bereich -20°C und -120°C und insbesondere aus dem Bereich -30°C und -120°C ausgewählt ist. Dadurch wird der Effekt erreicht, dass unterschiedliche Wassereispartikel mit unterschiedlicher Temperatur im Strahlmittel vorliegen, wobei die Wassereispartikel mit höherer Temperatur weicher und diejenigen mit niedrigerer Temperatur härter sind, wodurch die Reinigungswirkung speziell angepasst werden kann.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest einige Wassereispartikel und/oder zumindest einige Trockeneispartikel in Bezug auf die anderen Wassereispartikel oder Trockeneispa rtikel zumindest eine unterschiedliche Partikelgrößen aufweisen, wobei die Pa rtikelgröße bevorzugt aus dem Bereich 0,1 mm bis 25 mm ausgewählt ist, insbesondere Partikel 3 mm bis 7 mm und Partikel mit 8 mm bis 13 mm Partikelgröße gewählt werden. Auch hierdurch kann die Reinigungswirkung gezielt eingestellt werden. Beispielsweise können Wassereispartikel, die eine niedrigere Temperatur aufweisen und damit härter und spröder sind, mit einer geringeren Partikelgröße versehen werden als solche mit höherer Tem peratur, die da mit weicher sind. Beispielsweise könnten Wassereispartikel mit einer Temperatur von -70°C mit einer Partikelgröße von etwa 5 mm und Wassereispa rtikel mit einer Temperatur von -40°C mit einer Partikelgröße von etwa 10 mm versehen werden.
Zweckmäßig ist das Gas getrocknet ausgebildet, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Taupunkt des Gases einer Temperatur von -30°C bis -70°C, bevorzugt von -30°C bis - 50°C, insbesondere von -40°C entsprechen soll. Dadurch wird die Bild ung von ungewünschtem Kondensat verhindert. Die Temperatur des Gases sollte so gering wie möglich sein, jedoch bevorzugt zumindest im Bereich -15°C bis +40°C liegen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Strahlmittel als Kernstrahl von einem Hüllstrom umgeben wird, der bevorzugt ein getrockneter Gasstrom ist, wobei der Hüllstrom bevorzugt eine Temperatur von +20°C bis +80°C, insbesondere von +60°C bis +80°C aufweisen soll. Dadurch erfolgt eine Beheizung des zu reinigenden Bauteils. Wird das zu reinigende Bauteil dagegen nicht beheizt, nimmt die Wärmekapazität durch den Wärmeentzug beim Ü berga ng der Wassereis- und Trockeneispartikel vom festen in den gasförmigen Zustand ab. Dies führt zu einer Verschlechterung der Reinigungsleistung und zur Bildung von Kondensat. Zur Vermeidung der Verschlechterung der Reinigungsleistung wird der Hüllstrom getrocknet und in Abhängigkeit von der Verunreinigung erwärmt. Von diesem trockenen und heißen Hüllstrom wird das Strahlmittel umhüllt. Das Strahlmittel wird durch den heißen Hüllstrom nicht geschädigt, da es bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit und der kurzen Entfernung von Strahlmittelerzeugungsvorrichtung zur Strahlpistole nur kurze Zeit der vorgenannten Temperatur ausgesetzt ist und sich aufgrund des Leydenfrostschen Phänomens eine isolierende Gashülle um die einzelnen Partikel bildet. Der heiße und trockene Hüllstrom nimmt nach dem Verlassen des Stra hlmittels a us der Strahldüse die Feuchtigkeit aus der Umgebung auf und verhindert damit eine Kondensatbildung auf der Oberfläche des zu reinigenden Bauteils.
In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, wenn der H üllstrom das Strahlmittel parallelisie- rend oder fokussierend eingestellt ist. Dadurch kann eine besonders effiziente und gezielte Reinigung erfolgen.
Weiterhin kann es sich verbessernd auswirken, wenn das Strahlmittel oder die Festkörperpartikel zeitlich gepulst bereitgestellt werden, insbesondere zeitlich gleichmäßig oder zeitlich ungleichmäßig gepulst. Dadurch wird erreicht, dass vom Reinigungsverfahren in das Bauteil eingetragenes Wasser, Kondensat oder dgl. wieder a us dem Bauteil rückstandsfrei ausgetragen wird . Dazu ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass in den Strahlmittelpausen nur der Hüllstrom eingestrahlt wird. Vorzugsweise werden Strahlmittelpulse von 5 min bis 15 min, bevorzugt 10 min und Strahlmittelpausen von 5 min bis 15 min, bevorzugt 10 min eingesetzt.
Zweckmäßig werden zumindest einige der Wassereispartikel kantig ausgebildet. Im Gegensatz zu einer kugelförmigen oder abgerundeten Ausbildung wird damit eine verbesserte Reinigungswirkung erreicht, weil dadurch linienförmige Impulse auf die zu reinigenden Oberflächen übertragen werden, die„abhobelnd" wirken, während bei gerundeter Ausbildung nur verdichtende punktförmige Impulse wirken würden.
Es ist weiterhin höchst bevorzugt, dass die zu reinigende Turbine während der Reinigung angetrieben wird, wobei bevorzugt die Drehzahl der Turbine so eingestellt wird, dass sich ein maximaler Reinigungseffekt einstellt. Hierbei spielen drei Effekte eine Rolle. Zum einen können durch die Drehung der Turbinenräder Bereiche der Turbine im Inneren erreicht werden, die sonst verdeckt wären. Dem wirkt insbesondere zugute, dass sich die einzelnen Turbinenräder zumeist mit unterschied lichen Geschwindigkeiten drehen. Zum anderen kann es aufgrund der durch die Turbinenräder auf das Strahlmittel übertragenen Impulse zu einem des Fliehkrafteffekt kommen. Außerdem erfolgt auch eine wechselnde Umlenkung des Strahlmittels, wodurch sich auch die Verteilung des Strahlmittels auf die zu reinigenden Bereiche verbessert.
Während somit beim normalen bekannten Trockeneisstrahlen der thermische Effekt und die mechanische Wirkung der Trockeneis-Partikel einma lig genutzt werden, wird nunmehr die höhere abrasive Leistung von Wassereis gemeinsam mit Trockeneis-Partikeln mehrfach genutzt und außerdem werden auch der Fliehkrafteffekt und ein Mehrfachschleifen wirksam .
Vorzugsweise erfolgt die Einstrahlung des Stra hlmittels in die zu reinigende Turbine unter verschiedenen Einstrahlwinkeln, wobei bevorzugt Winkel aus dem Bereich 0° bis 50° zur Längsachse der Turbine gewählt werden. Dann lassen sich die Verschmutzungen besonderes wirkungsvoll entfernen.
In einer höchst bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zumindest einige der Wassereispartikel mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 0,1 bis 10cm/h, bevorzugt von 5 bis 10 cm/h gebildet werden, wobei die Abkühlung insbesondere im Gegenstromverfahren mit flüssigem Stickstoff erfolgt. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Erzielung einer möglichst hohen Reinigungsleistung am zu reinigenden Ba uteil die Partikel nach dem Auftreffen a uf eine Oberfläche möglichst nicht so zerstört werden dürfen, dass sie keine Reinigungswirkung mehr auf einer nachfolgenden Oberfläche entfalten. Die Partikel sollen also eine möglichst hohe Impulsstabilität aufweisen. Das wird dadurch erreicht, dass sie aus möglichst kleinen kristallen, d.h. möglichst amorph ausgebildet sind. Diese Ausbildung lässt sich durch eine möglichst hohe Abkühlgeschwindigkeit (vergleichbar dem Schockgefrieren) erzielen. Die Abkühlgeschwindigkeit W ist da bei definiert als der Quotient aus dem Abstand zwischen Partikelkern und Partikeloberfläche und der erforderlichen Zeit für ein Fallen der Temperatur um 10 °K.
Unabhängiger Schutz wird beansprucht für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kaltstra hlreinigung, bevorzugt von Bauteilen von Turbinen und Turbinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken, mit Festkörperpartikeln, die sich dadurch auszeichnet, dass Mittel zu Bereitstellung von Festkörperpartikeln, umfassend Wassereispartikeln, Mittel zur Bereitstellung eines Druckmittel aus Gas und/oder Wasser und Mittel zur Mischung der Festköperpartikel und des Druckmittels zur Bildung des Strahlmittels vorgesehen sind, wobei die Mittel zur Bereitstellung der Wassereiseispartikel bevorzugt angepasst sind, zumindest einige Wassereispartikel in Bezug auf die anderen Wassereispartikel bereitzustellen, die zumindest eine unterschiedliche Temperatur aufweisen. Vorzugsweise ist diese Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass M ittel zum Mischen von Wassereis- und Trockeneispartikeln vorgesehen sind, die angepasst sind, unterschiedliche einstellbare Mengenverhältnisse der Wassereispartikel in Bezug auf die Trockeneispa rtikel zu mischen, wobei bevorzugt ein Behälter mit einer Trennwand mit variabel einstellbarer Trenn- wandlage vorgesehen ist. Dadurch wird erreicht, dass die Reinigungswirkung gezielt a n die Verschmutzungserfordernisse und Ba uteilverhältnisse angepasst werden kann.
Bevorzugt ist die Vorrichtung angepasst ist, gleichzeitig zumindest zwei unterschiedliche Partikelgrößen der Wassereispartikel und/oder der Trockeneispartikel bereitzustellen.
Besonders günstig ist es, wenn die Vorrichtung angepasst ist, Wassereispartikel mit zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen bereitzustellen, wobei die Tem peraturen bevorzugt im Bereich -10°C und -130°C, bevorzugt im Bereich -20°C und -120°C und insbesondere im Bereich -30°C und -120°C liegen. Vor allem die tiefkalten Wassereispartikel weisen eine hohe Abrasivität auf.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Vorrichtung angepasst ist, das Strahlmittel mit einem Hüllstrom zu umhüllen, wobei der Hüllstrom bevorzugt als getrockneter Druckgasstrom ausgebildet ist und/oder wobei der Hüllstrom bevorzugt parallelisierend oder fokussierend für das Strahlmittel ausgebildet ist.
Höchst bevorzugt ist vorgesehen, dass für eine Abkühlung von zumindest einigen der Wassereispartikel Stickstoffkühlungsmittel vorgesehen sind, wobei die Stickstoffkühlungsmittel bevorzugt ein profiliertes Muldenband mit Stickstoffgegenstromkühlung umfassen.
Nachfolgend sollen noch einmal bevorzugte Ausgestaltungen detaillierter beschrieben werden:
In einer ersten besonderen Ausgestaltung der Erfindung werden Verfahren und Vorrichtungen zum Reinigen von Turbinen oder Gasturbinentriebwerken bereit gestellt, wobei ein festes aggressives Reinigungsmittel mit einem Wasserstrahl oder einem extrem trockenen Druckluftstrahl kontinuierlich oder in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Intervallen, mit speziellen erfindungsgemäßen Vorrichtungen direkt in die Turbine oder in das Gasturbinentriebwerk, oder indirekt durch Kontroll- und Wartungsöffnungen in den zu reinigenden Bereich geblasen wird, wobei als Reinigungsmittel ein Gemisch a us ka ntigen Wassereis-Partikeln in unterschied licher Größen und Form und C02 -Partikel verwendet wird, das unmittelbar vor dem Einsatz gefertigt und der Reinigungsaufgabe speziell angepasst wird.
Grundsätzlich muss dabei unterschieden werden, welcher Bereich der Turbine gereinigt werden soll. Zur Reinigung des Fan-Bereiches und des Ström ungsbereiches der Umluft kann das Strahlmittelgemisch direkt von vorn unter verschiedenen Winkeln in das Triebwerk geblasen werden. Sollen Bereiche des Verdichters, der Brennkammer oder der Turbine gereinigt werden, sind Zusatzvorrichtungen erforderlich.
Es wurde erkannt, das Wassereis mit abnehmender Temperatur härter wird, gleichzeitig verringert sich die Elastizität und die Sprödigkeit nimmt zu. Als Übergangstemperatur kann - 35°C angenommen werden. Im Bereich von 0°C bis -35°C kann das Wassereis als vorwiegend elastisch und unter -35 °C als vorwiegend spröde angesehen werden.
Prinzipiell kann die Reinigung bei stehenden oder bewegten Triebwerken erfolgen. Das Bewegen des Triebwerkes kann, wie hinreichend bekannt ist, durch äußere Antriebsquellen erfolgen. Die für die Reinigung des entsprechenden Bereiches günstigste Drehzahl ist in Abstimmung auf das Triebwerk zu bestimmen. Günstig ist, wenn die Drehzahl in vorbestimmten Bereichen variiert wird, um den günstigsten Fliehkrafteffekt zu erreichen.
Unter Berücksichtigung der genannten Effekte hat es sich a ls günstigster erwiesen, wenn die Wassereis-Partikel unterschiedliche Größe, und damit eine unterschiedliche kinetische Energie besitzen und wenn sie mit unterschied lichen Temperaturen und damit mit unterschiedlicher Sprödigkeit bzw. Elastizität, zum Einsatz gebracht werden.
Es ist bekannt, dass wenn auf Wassereis ein Druck ausgeübt wird, Wasser entsteht und als Gleitmittel wirkt (Schlittschuheffekt). Da bei spielt es keine Rolle, ob der Druck auf das Wassereis ausgeübt wird, oder wenn das Wassereis mit Druck auf eine Fläche trifft. Trifft also ein Wassereis-Partikel auf die zu reinigende Fläche, so erfolgt eine partielle Reinigung, gleichzeitig entsteht ein dünner Wasserfilm, der die nachfolgenden Wassereis-Partikel abgleiten lässt. Ist die Strahlluft getrocknet und besitzt einen sehr niedrigen Taupunkt, so kann der entstandene Wasserfilm von der Strahlluft aufgenommen werden. Damit bleibt der zu reinigende Bereich trocken.
Es ist aber nicht auszuschließen, dass das verbrauchte Wassereis durch die Strahlluft in vorhandene Spalten, Ecken oder Bohrungen gedrückt wird und auftaut und somit ebenfall die Reinigung beeinträchtigt. Um dies zu vermeiden, wird zusätzlich zur Strahlluft ein weiterer trockener Luftstrom als Hüllstrahl a uf die zu reinigende Fläche geblasen.
Dieser Effekt wird dadurch unterstützt, dass das Strahlmittel in bestimmten Intervallen, die gleichmäßig oder ungleichmäßig verlaufen, dem Gasstrom zugegeben und auf die zu reinigende Fläche geblasen wird. Damit werden zwei Vorteile erreicht, erstens wird die Fläche getrocknet und zweitens wieder erwärmt und somit die Möglichkeit einer Kondensatbildung verringert.
In einer zweiten besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Hauptgruppen auf: i) eine Kältegruppe zur Herstellung, Aufbereitung, Lagerung und Bereitstellung des Wassereises und ii) eine Strahlanlage mit Mahlwerk, Dosierung und Strahldüse.
In der Kältegruppe wird das aus einem Wassereiserzeuger mit einer Temperatur von ca. - 6°C kommende Wassereis in einer oder mehreren Stufe weiter gekühlt, damit es eine für die Reinigung definierte Hä rte und Elastizität besitzt. Nach dem Erreichen der gewünschten Temperatur wird es bei dieser Temperatur gelagert. In der Einsatzvorbereitung wird das Wassereis, mit unterschiedlichen Temperaturen, in speziellen Transportboxen, bereitgestellt und zum Einsatz tra nsportiert.
In der Strahla nlage wird das Wassereis nach dem Zerkleinern mit C02-Pa rtikeln gemischt damit es seine, durch die Kühlung erreichte, Härte beibehält. Die C02-Partikeln haben weniger eine reinigende Aufgabe sondern sie sollen die Bildung von Wasser verhindern. Das Wassereis mit unterschiedlichen Temperaturen und die C02-Partikeln werden in einem Zweikammer-Einfülltrichter getrennt eingegeben.
Die nachfolgende Zuführ- und Dosiereinheit regelt den Materialdurchsatz, der in einem auswechselbaren Brecherwerk getrennt zerkleinert wird. Das Brecherwerk ist so ausgelegt, dass Wassereis-Partikel und C02-Partikel mit unterschiedlicher Größe entstehen. Da die C02- Partikel ebenfalls zerkleinert werden, wird das, durch die Scherkräfte entstehende Wasser sofort wieder gefroren bzw. die Wasserbildung unterbunden. Das zerkleinerte Strahlmittel fällt durch einen Sammelschacht in dem ein Mischen erfolgt, in die Dosiereinheit und wird der aufbereiteten Strahlluft zugegeben. Die Strahlmittelmenge kann auch oder zusätzlich durch die Verstellung der Drehzahlen des Brecherwerkes geregelt werden. Entsprechend der Reinigungsaufgabe und der von ihr abhängigen Düsenform steht eine Strahlmittelmenge mit unterschiedlichen Korngrößen und Härten (unterschied liche Temperaturen und unterschiedliche Materialien) bereit.
Die Strahldüsen werden in ihrer Form und Größe von der Reinigungsa ufga be bestimmt.
Für die Reinigung des Fan und des Fanbereiches wird eine Strahldüse mit großem Durchsatz benötigt. Dazu wird der von der Strahlmaschine kommende, mit Strahlmittel beladenen, Luftstrom beim Düsenaustritt als Kernstrahl von einem Hüllstrom mit gleichem oder größerem Volumen umschlossen. Dieser Doppelstrom wird nun entsprechend der Reinigungsa ufgabe in das Triebwerk gelenkt und über die Flächen geleitet.
Für die Reinigung der Verdichter-, Brenn- und Turbinen bereiche sind beispielsweise zwei Varianten möglich. Eine Variante wird d urch das Einblasen des Strahlmittelgemisches durch den Fanbereich in die Verdichterstufe realisiert. Eine zweite Varia nte sieht das Einblasen des Stra hlmittelgemisches d urch die Kontrollöffnungen vor. Grundsätzlich sind zum Einbringen des Strahlmittels alle zugänglichen Öffnungen des Triebwerkes geeignet, ha uptsächlich der Triebwerkeinlass, aber auch sämtliche Wartungsöffnungen bzw. Boroskoplöcher. Dazu werden bevorzugt lanzenförmige Strahldüsen mit Führungen eingesetzt.
Diese lanzenförmigen Strahldüsen bestehen vorzugsweise aus einem Rohr, das an einem Ende, mit dem es in die Kontrollöffnung geführt wird, ein mehreckiges Prisma, vorzugsweise ein keilförmiges zweiseitiges Prisma aufweist. Damit wird der Massestrom gleichmäßig nach zwei Seiten gelenkt und ein zusätzliches Biegemoment verhindert. Das andere Ende des Rohres ist mit einem Drehgelenk mit der Strahlpistole verbunden. Unterhalb des Drehgelenkes befindet sich ein Gewindestück auf dem Rohr. Die Länge des Gewindes wird von der möglichen Arbeitslänge bestimmt.
Genauere Hinweise zu den Möglichkeiten der technischen Ausgestaltung und den Wirkungen einer solchen lanzenförmigen Strahld üse sind der Anmeldung „Vorrichtung und Verfahren zum Strahlreinigen" desselben Anmelders vom 18. Februar 2013 zu entnehmen, deren Inhalt hiermit vollumfänglich mit einbezogen wird.
Dabei hat der Erfinder erkannt, dass zum umfassenden und effektiven Strahlreinigen von Einrichtungen, bevorzugt von Turbinen und Gasturbinenstrahltriebwerken, mit einem Strahlmittel, die kontrollierte Führung einer lanzenförmigen Strahld üse erforderlich ist. Bei bisher gebrä uchlichen la nzenförmigen Strahldüsen war dies nicht möglich. Sie wurden in die Kontroll- und Revisionsöffnungen eingeführt und dann erfolgte per Hand die Einstellung der Einstecktiefe und das azimutalen Winkels.
Demgegenüber ist jetzt vorgesehen, dass die lanzenförmige Strahldüse einen Einführungsanschlag aufweist, der die Einstecktiefe der Strahldüse in die Öffnung begrenzt, wobei der Einführungsa nschlag in Bezug a uf die Strahldüse drehbeweglich angeordnet ist und/oder wobei der Einführungsanschlag in Bezug auf die Strahldüse axial beweglich a ngeordnet ist und/oder wobei an dem Einführungsa nschlag ein Verdrehelement angeordnet ist, das azimutal gegenüber dem Einführungsanschlag verdrehbar ausgebildet ist. Dadurch kann eine kontrollierte Drehung und/oder axiale Verstellung der Strahldüse gegenüber der Öffnung erfolgen, wobei hierzu bevorzugt eine automatische oder halba utomatische Verstellung erfolgt, wozu entsprechende Motorisierungen vorgenommen werden, wie sie dem Fachmann wohlbekannt sind. Wesentliches Element ist somit die kontrollierte Verstellbarkeit der Position der Strahld üse innerhalb der Öffnung, wozu der Einführungsanschlag genutzt wird.
Für die axiale Verstellbarkeit eignet sich beispielsweise ein axia les Gleitlager oder eine Zahnstangen-Zahnradverbind ung. Für eine direkte azimutale Verstellung des Einführungsanschlags gegenüber der Strahldüse ist beispielsweise Nadellager oder ein Umlaufradgetriebe verwendbar. Für eine kombinierte Verstellung der axialen und azimutalen Position eignet sich beispielsweise eine Schraubverbindung.
Bevorzugt sind Mittel vorgesehen, die axia le und/oder azimutale Position des Einführungsanschlags gegenüber der Öffnung festzulegen, wobei diese Mittel bevorzugt ein elastisches Element oder einen Saugnapf umfassen. Das elastische Element ist dabei vorzugsweise als Zentriermittel in Bezug auf die Öffnung a usgebildet, wodurch eine sichere, genaue und gleichbleibende Positionierung der Strahld üse in der Öffnung erfolgt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Drehbeweglichkeit und/oder axiale Beweglichkeit des Einführungsanschlags gegenüber der Strahldüse arretierbar ausgebildet ist, bevorzugt in Form einer Schraubarretierung. Dann kann die Position der Strahldüse innerhalb der Öffnung gezielt festgelegt werden, um zumindest einen bestimmten Bereich längere Zeit zu reinigen.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die axiale und/oder azimutale Position des Einführungsanschlags gegenüber der Strahldüse variabel einstellbar ausgebildet ist, wobei bevorzugt zwischen der Strahldüse und dem Einführungsanschlag eine Zwangsführung vorgesehen ist, die eine Verdrehung der Strahldüse gegenüber dem Einführungsanschlag in eine axiale Längsverlagerung der Strahldüse gegenüber dem Einführungsanschlag bewirkt. Dadurch kann auch in axialer Richtung der Strahldüse eine genaue Einstellung erfolgen, wodurch sich insgesamt eine sehr präzise Reinigung ergibt. Diese Präzision wird durch die angegebene Zwangssteuerung noch weiter erhöht. Hierbei kann ebenfalls eine Automatisierung vorgenommen werden.
Weiterhin ist es sinnvoll, wenn die azimutale Position des Verdrehelements gegenüber dem Einführungsanschlag arretierbar ausgebildet ist. Dadurch lässt sich der Strahlmittelstrahl aus der Strahldüse gezielt lenken. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Einführanschlag und/oder das Verdrehelement austauschba r ausgebildet ist, um die Strahldüse an verschiedene Öffnungsdurchmesser anzupasssen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn Umlenkmittel zur Umlenkung des Strahlmittels vorgesehen sind, wobei die Umlenkmittel bevorzugt so ausgebildet sind, dass das Strahlmittel in zwei gegenüberliegend verlaufende Richtungen umgelenkt wird. Dadurch können auch nicht in Öffnungsrichtung befindliche Bereiche der Einrichtung gezielt gereinigt werden. Bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Umlenkmittel abnehmbar ausgebildet sind, so auch die in Öffnungsrichtung liegenden Bereiche gezielt gereinigt werden können.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin zweckmäßig, wenn das Umlenkmittel ein dreiseitiges Prisma oder zwei Ablenkflächen aufweist, die so angeordnet sind, dass das Strahlmittel mengengleich in die zwei unterschiedliche Richtungen abgelenkt wird, wobei die Verbindungslinie der Richtungen senkrecht zur Längsachse der Strahld üse angeord net ist. Dadurch heben sich Momente auf, so dass keine Biegekräfte auf die Strahldüse wirken, so dass sich deren Lebensdauer erhöht.
Vorzugsweise ist ein drehbeweglicher Anschluss für eine Strahlmittelleitung vorgesehen, so dass die Strahlmittelleitung gegenüber der Stra hldüse verdrehbar anordenbar ist. Dad urch werden auch keine Momente auf die Strahlmittelleitung übertragen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Strahldüse in ihrer Länge va riabel, insbesondere modulartig oder teleskopierbar ausgebildet ist, wobei die Länge fixierbar ist. Dadurch kann die Strahldüse leicht an verschiedene Einrichtungsgrößen angepasst werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung einen Anschluss für einen gasförmigen Hüllstrom für das Strahlmittel aufweist und ein Beaufschlagungsmittel vorgesehen ist, das in Bezug auf eine Durchströmungsachse für das Strahlmittel einen innen liegenden Strahlmittelführungsabschnitt und einen außen liegenden Hüllstromleitungsa b- schnitt aufweist, wobei die Abschnitte bevorzugt konzentrisch zueinander angeordnet sind. Mit Hilfe dieses Hüllstromes kann zum einen eine Pa rallelisierung oder Fokussierung des Strahlmittels erfolgen. Zum anderen könnte der Hüllstrom als getrockneter und erwärmter Gasstrom ausgebildet sein.
Zur Reinigung wird der Verschluss der Kontrollöffnung entfernt und durch eine Führungsbuchse ersetzt. Die Führungsbuchse hat ein Innengewinde, das dem des Gewindestücks auf dem Rohr entspricht.
Während beim normalen Trockeneis-Strahlen das Strahlmittel nach dem Kontakt mit der zu reinigenden Fläche durch die Strahlluft nach den Seiten gedrückt wird und nicht mehr benötigt wird, wird das Strahlmittel bei der Turbinenreinigung, bedingt d urch die Geometrie der Leit- und Verdichterschaufeln, unabhängig von der Art des Strahlmitteleintrages, zwischen den Schaufeln zwangsgeführt. Diese Zwangsführung wird durch die Strahlluft unterstützt. Durch die Zwangsführung, die durch Drehung der Turbine unterstützt wird, werden die für die Reinigung ha uptsächlich erantwortlichen Wassereis-Partikel mehrfach über die zu reinigenden Flächen geführt.
In Weiterführung der Erfindung kann das Gemisch aus Wassereis-Partikeln und C02-Partikeln nicht mit Druckluft sondern mit einem Wasserstrom, wie mit Druckluft beschrieben, in die Turbine gedrückt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Wassereispartikel durch die Strömung und die Nichtkomprimierbarkeit des Wassers an den Schaufelflächen vorbei geführt werden und die zwangsläufig auftretenden Strömungsverluste durch das entstehende C02-Gas ausgeglichen werden. Das C02-Gas entsteht durch die Sublimation der C02-Partikeln die durch den Kontakt mit dem relativ warmen Wasser bewerkstelligt wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht da rin, dass die Oberfläche der zu reinigenden Bauteile trotz der erhöhten Aggressivität nicht beschädigt wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Reinigung der Verschmutzung und den zu reinigenden Bereichen angepasst werden kann. Durch die bei der Reinigung erzielte Glättung der Oberfläche und der dadurch verbesserten Strömungsbedingungen wird der Kraftstoffverbrauch gesenkt und damit können Kosten gespart werden.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass der Einsatz der vorliegenden Erfindung von der Position des Triebwerkes oder der Turbine una bhängig ist.
Da das erfindungsgemäße Verfahren aggressiver als die bekannten Verfahren ist, wird die Lebensdauer des Triebwerkes oder der Turbine erhöht, da die Betriebstemperatur des Triebwerks gesenkt werden kann.
Durch die Senkung der Betriebstemperatur wird die Belastung der Umwelt verringert, da mit sinkender Betriebstemperatur des Triebwerks die NOx-Bildung abnimmt. Soweit nichts anderes angegeben lassen sich die angegebenen einzelnen Merkmale beliebig miteinander kombinieren, wobei insbesondere Merkmale des Verfahrens a uch die Vorrichtung definieren können und umgekehrt.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung und weitere besondere Vorteile werden anha nd der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusam menhang mit den Figuren deutlich werden. Dabei zeigen rein schematisch:
Fig. 1 das erfind ungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung in einer Blockbilddarstellung,
Fig. 2 die Kälteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten
Ausgestaltung im Schnitt,
Fig. 3 die Strahlanlage der erfindu ngsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten
Ausgestaltung im Schnitt,
Fig. 4 die lanzenförmige Strahldüse der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung im Schnitt und
Fig. 5 verschiedene Arbeitspositionen für die Strahldüse der erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 in einer bevorzugten Ausgestaltung rein schematisch in einer Blockbilddarstellung gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die vom Kompressor 58 kommende Druckluft im Trockner 59 auf einen Taupunkt von ca. -40 °C getrocknet wird. Ein Teil der getrockneten Druckluft gela ngt als Strahlluft 63 direkt zur Strahlanlage 12. Die Restluft wird in der Heizung 60 erwärmt und durch den Luftschlauch 37 zur Manteldüse 36 an der Strahld üse 35 geführt.
Das Wassereis 2 wird vom Wassereiserzeuger 1 mit ca. -5°C kommend, im Kühlblock 4 auf ca. -25 °C weiter gekühlt und in spezielle Behälter 64 abgefüllt. Diese Behälter 64 werden in Kühlkammern 11 bei unterschiedlichen Temperaturen, im Bereich von -20 °C bis ca. -130 °C, gelagert.
In Vorbereitung zur Reinigung werden die speziellen Behälter 64 von den Kühlkammern 11 in Wassereis-Transportboxen 62 umgelagert und zur Strahlanlage 12 gebracht. Die C02-Pellets werden in C02-Boxen 61 an der Strahlanlage 12 bereit gestellt. In der Stra hlanlage 12 werden die Wassereispa rtikel 2 und die C02-Pellets getrennt eingefüllt, zerkleinert, gemischt und der Strahlluft 63 zugemischt. Das als Wassereis-C02-Luftgemisch erzeugte Stra hlmittel wird durch den Strahlschlauch 32 der Strahlpistole 33 zugeführt. An der Strahlpistole 33 ist die Strahldüse 35 mit der Manteldüse 36 montiert. Die von der Heizung 60 im Luftschlauch 37 kommende Luft wird durch die Ma nteldüse 36 dem a us der Strahlpistole 33 austretenden Kernstrahl 39 als Hüllstrom 38 überlagert.
Auch wenn hier eine Tra nsport bzw. die Übergabe der Wassereis- und Trockeneispartikel mittels Behä ltern 64 und Boxen 61, 62 erfolgt, kann auch vorgesehen sein, dass dies mittels Transportbändern und getrennten Kühlmitteln bewerkstelligt wird.
Statt der Strahlpistole 33 kann auch ein Drehgelenk 34 mit dem Strahlschlauch 32 verbunden werden. Am Drehgelenk 34 ist dann die la nzenförmige Strahldüse 40 befestigt. Zur Verdeutlichung der Wechselbarkeit sind die Strahlpistole 33 und das Drehgelenk 34 strichliert dargestellt.
In Fig. 2 ist die Kälteeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in einer bevorzugten Ausgestaltung rein schematisch im Schnitt dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das in einem Eiserzeuger 1 gefertigte Wassereis 2 mit einer Temperatur von ca. -6°C auf die Einführungskette 3 fällt. Das Wassereis 2 hat eine relativ feuchte Oberfläche. Zur Verhinderung einer Blockbildung bei weiterer Kühlung wird das Wassereis 2 auf der Einführungskette 3 in den Kühlblock 4 transportiert. Unterha lb der Einfüh rungskette 3 befindet sich die Sammelplatte 5 für das überschüssige Wasser aus dem Eiserzeuger 1. In dem Kühlblock 4 fällt das Wassereis 2 von der Einführungskette 3 auf die Kühlketten 41 und wird in mehreren Schritten auf eine bestimmte Temperatur, vorzugsweise -25°C weiter abgekühlt. Die Kühlketten 41 sind versetzt angeordnet, damit die Übergabe von einer Kette zur anderen ohne Probleme erfolgen kann. Die Kühlung erfolgt d urch Umluft. Das Gebläse 6 unter dem Kühlblock 4 saugt die Luft durch die Leitung 7 an der Deckfläche 8 an und drückt sie durch den Kälteblock 9, in dem die Luft wieder gekühlt wird, durch die Grundfläche 10 wieder in den Kühlblock 4.
Das aus dem Kühlblock 4 austretende Wassereis 2 wird portionsweise in spezielle Transportbehälter 64 abgefüllt und in verschiedenen Kühlka mmern 11 auf die eingestellte Temperatur zwischen -25 °C und -130 °C weiter gekühlt und gelagert.
In Fig. 3 ist rein schematisch die Strahlanlage 12 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 in einer bevorzugten Ausgestaltung im Schnitt gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die Strahla nlage 12 in einem isolierten Gehäuse 13 montiert ist und durch die Kä lteeinheit 14 auf eine Temperatur deutlich unter -5 °C gekühlt wird. Der Einfülltrichter 15 ist frei schwingend eingesetzt und mit einem Rüttler 16 versehen. Der Einfülltrichter 15 besitzt eine verschiebbare Trennwand 50. Die Trennwand 50 teilt den Einfülltrichter 15 in zwei Kammern, eine C02-Partikel-Kammer 51 und eine Wassereispartikel-Kammer 52, deren Größe, in Abhängigkeit vom gewünschten Mischungsverhältnis, variabel gestaltet werden kann. Unter dem Einfülltrichter 15 befindet sich die Zufüh r- und Dosiereinheit 17 mit der Zellradschleuse 53, zur Regulierung des Massestromes 18 in das Brecherwerk 19. Die Zellradschleuse 53 ist über die Welle 65 mit dem regelbaren Motor 66 verbunden. Zwischen Einfülltrichter 15 und Zuführ- und Dosiereinheit 17 ist ein Absperrschieber 48 vorgesehen, der durch den Zylinder 49 bewegt wird und der die Materialzufuhr bei Pausen, Störungen oder Not-Aus sofort unterbricht. Das Brecherwerk 19 ist auswechselbar, damit die für die Reinigung günstigsten Partikelgrößen gefertigt werden können. Außerdem sind die Brecherräder 54 und Auflagen 55 durch verschiedene Beilagen 56, 57 (Beilage Amboss 56 bzw. Beilage Brecherrad 57) in ihren Abständen auf ihrer Achse frei wählbar und ermöglichen somit die Herstellung eines Wassereis-C02-Partikeln-Gemischs 20 mit Partikeln unterschiedlicher Größe und kinetischer Energie.
Das zerkleinerte Wassereis-C02-Partikeln-Gemisch 20 gelangt durch den Sammelkanal 21 zur Dosierung 22. Der Sam melkanal 21 ist zur Vermeidung bzw. zur Beseitigung von Strahlmittelbrücken, ebenso wie der Einfülltrichter 15, mit Luftdüsen 23 versehen.
Die Dosierung 22 besteht aus der feststehenden Grundscheibe 24 mit dem Lufteintrittsstutzen 27 und der ebenfalls feststehenden Deckscheibe 26 mit dem Strahlmittelstutzen 25 und der Strahlmittelöffnung 28. Zwischen der Deckscheibe 26 und der Grundscheibe 24 bewegt sich die Dosierscheibe 29, die von Motor 30 angetrieben wird.
Am Strahlmittelstutzen 25 wird das Anschlussrohr 31 mit dem Strahlschlauch 32 befestigt. Am anderen Ende des Strahlschla uches 32 befindet sich die Strahlpistole 33 oder das Anschlussstück 34. An die Strahlpistole 33 oder das Anschlussstück 34 wird die Strahldüse 35 angeschlossen, die von der Manteldüse 36 umschlossen wird. Der Manteldüse 36 wird durch den Luftschlauch 37 Druckluft zur Bildung des Hüllstromes 38 zugeführt. Der Hüllstrom 38 umhüllt den aus der Strahldüse 35 kommende Kernstrahl 39. Die Strahldüse 35 kann durch die Strahlpistole 33 manuell oder durch einen Roboter in bekannter Weise, geführt werden.
In Fig. 4 ist rein schematisch die lanzenförmige Strahldüse 40 der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung im Schnitt entlang der Lä ngsachse L der Strahldüse 40 dargestellt.
Dabei ist zu erkennen, dass die lanzenförmige Strahldüse 40 durch die drehbare Anschlusshülse 34 mit dem Strahlschlauch 32 verbunden ist. An der Gegenseite der lanzenförmigen Strahldüse 40 ist das Prisma 42 zur Umlenkung des Stra hlmittels 20 auf die Schaufeln 43 montiert. Die lanzenförmige Strahldüse 40 wird in der Buchse 44 geführt. Damit die Schaufelflächen 45 gleichmäßig gereinigt werden, ist die Buchse 44 mit einem Innengewinde 46 und die lanzenförmige Strahldüse 40 mit einem Außengewinde 47 versehen. Dadurch entsteht eine zwangsgeführte kontinuierliche Drehung der Strahldüse 40 um ihre Längsachse L beim axialen Ein- bzw. Ausführen mittels einer Drehbewegung aus der in beispielsweise einer Kontrollöffnung angeordneten Buchse 44.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Drehbeweglichkeit zwischen Buchse 44 und Strahldüse 40 sperrbar ausgebildet ist. Wenn die Buchse 44 beispielsweise zusätzliche eine äußere Mantelfläche (nicht gezeigt) aufweist, die gegenüber der Buchse 44 drehbar gelagert ist, dann kann die Strahldüse 40 bei gleichbleibender axialer Einstecktiefe innerhalb der Buchse 44 gedreht werden. Dadurch kann die Strahldüse 40 in einer bestimmten Einstecktiefe in dem zu reinigenden Bauteil kontrolliert gedreht werden. Zur Umschaltung auf die axiale Einstecktiefenveränderung sollte die Drehbeweglichkeit der Mantelfläche gegenüber der Buchse 44 sperrbar sein.
Außerdem kann auch für die lanzenförmige Strahld üse 40 vorgesehen sein, dass das Strahlmittel von einem Hüllstrom umgeben wird.
Die Buchse 44 ka nn mit einem äußeren flexiblen Ringelement (nicht gezeigt) versehen sein, das als Zentrier- und Fixiermittel in der Öffnung dient. Die Buchse 44 und/oder dieses Ringelement können austauschba r ausgebildet sein, um die Strahldüse 40 an verschiedene Öffnungsdurchmesser anzupasssen.
Vorliegend ist die Strahldüse 40 mit fester Länge ausgebildet, wobei in Fig. 4 nicht die gesamte Länge dargestellt ist, sondern mittels der Unterbrechung nur angedeutet ist. Es kann bevorzugt eine Flexibilität dieser Länge beispielsweise durch einen modularen oder teleskopierbaren Aufbau bereit gestellt werden.
I n Fig. 5 sind verschiedene Arbeitspositionen für die Strahldüse 33, 40 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 rein schematisch im Schnitt gezeigt.
Zur Reinigung werden das in den Kühlkammern 11 bei unterschied lichen Temperaturen gelagerte Wassereis 2 und die C02-Pelets in der Strahlanlage 12 zerkleinert und mit H ilfe der Dosierscheibe 29 dem Luftstrom zugegeben und durch den Stra hlschlauch 32 zur Strahlpistole 33 transportiert. Das zerkleinerte Wassereis-C02-Partikelgemisch 20 mit dem Luftstrom tritt als Strahlmittel in der Position 71 mit hoher Geschwindigkeit als Kernstrahl 39 auf die zu reinigende Fläche des Fan 65. Zur Reduzierung der Feuchtigkeit und zu r Verhinderung einer starken Abkühlung wird ein Teil der vom Kompressor kommenden Luft in der Heizung 60 auf ca. 70 °C erwärmt und in der Strahlpistole 33 mit Hilfe der Manteldüse 36 dem Kernstrahl 39 als Hüllstra hl 38 überlagert. Da mit wird ein Auffächern des Kernstahls 39 verringert und ein höherer Volumenstrom durch die Turbine 68 geschickt. Mit der Einnahme verschiedener Positionen 71 bis 74 werden die Schaufeln des Fan 65 und des Verdichters 66 mit unterschied lichen Winkeln beaufschlagt.
Die Verdichter 66, die Brennkammer 67 und die Turbine 68 können beispielsweise mit Hilfe der lanzenförmigen Strahldüse 40 durch die Kontroll- und Revisionsöffnungen in den Positionen 75, 76, 77 gereinigt werden. Dazu wird der Verschluss der jeweiligen Öffnung entfernt und durch die Buchse 44 ersetzt. Durch das Innengewinde 46 wird die lanzenförmigen Stra hldüse 40 gleichmäßig vorwärts bewegt und das Strahlmittel mit Hilfe des Prismas 42 gleichmäßig auf die Schaufeln gelenkt. Durch die zweiseitige Teilung des Strahlmittels wird ein einseitiges Moment verhindert und eine Beschädigung der Schaufelflächen vermieden. Außerdem erfolgt eine sehr wirksame Reinigung, weil sich der Strahlimpuls nur jeweils auf geringe Raumwinkelbereiche beschränkt.
Selbstverständlich könnte die lanzenförmige Strahldüse 40 auch an den Positionen 71 bis 74 eingesetzt werden.
Aus der vorstehenden Darstellung ist deutlich geworden, dass mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung 100 zur Kaltstrahlreinigung bereit gestellt werden, mit denen die Kaltstrahlreinigung besonders effektiv und in Bezug auf die jeweiligen Rand bedingungen optimal einstellbar ist, womit insbesondere die Reinigung von Bauteilen von Turbinen, von Turbinen und Gasturbinentriebwerken 68 sehr rasch und gründlich und unabhä ngig von Wetterbedingungen erfolgen kann. Bezugszeichenliste
Wassereiserzeuger 33 Strahlpistole
Wassereis 34 Drehgelenk
Einführungskette 35 Strahldüsen
Kühlblock 36 Manteldüse
Kühlkette 37 Luftschlauch
Gebläse 38 Hüllstrom
Leitung 39 Kernstrahl
Deckfläche 40 lanzenförmige Strahldüsen
Kälteblock 41 Kühlkette
Grundfläche 42 Prisma
Kühlkammern 43 Schaufel
Strahlanlage 44 Buchse
Gehäuse 45 Schaufelflächen
Kälteeinheit 46 Innengewinde
Einfülltrichter 47 Außengewinde
Rüttler 48 Absperrschieber
Zuführ- und Dosiereinheit 49 Zylinder
Massestrom 50 Trennwand
Brecherwerkes 51 C02-Kammer
Wassereis-C02-Partikel-Gemisch 52 Wassereiskammer
Sammelkanal 53 Zellradschleuse
Dosierung 54 Brecherräder
Luftdüse 55 Beilagen
Grundscheibe 56 Beilage Amboss
Strahlstutzen 57 Beilage Brecherrad
Deckscheibe 58 Kompressor
Lufteintrittsstutzen 59 Trockner
Strahlmittelöffnung 60 Heizung
Dosierscheibe 61 C02-Box
Motor 62 Wassereis-Transportbox
Anschlussrohr 63 Strahlluft
Strahlschlauch 64 Tra nsportbehä lter Fan 74 Strahlposition der Düse
Verdichter 75 Reinigungsposition für Brennka mmer lanzenförmige Strahldüse
Turbine 76 Reinigungsposition für Hauptachse lanzenförmige Strahldüse
Nebenachse 77 Reinigungsposition für Strahlposition der Düse lanzenförmige Strahldüse
Strahlposition der Düse 100 Vorrichtung zur Kaltstra hlreinigung Strahlposition der Düse L Längsachse der Strahld üse 40

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kaltstrahlreinigung, bevorzugt von Bauteilen von Turbinen und Turbinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken (68), mit Festkörperpartikeln (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörperpartikel Wassereispartikel umfassen, die in ein Druckmittel aus Gas und/oder Wasser eingemischt werden, um das Strahlmittel (39) zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassereispartikel mit Trockeneispartikeln gemischt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Wassereispartikel in Bezug auf die anderen Wassereispartikel zumindest eine unterschiedliche Temperatur aufweisen, wobei die Temperatur aus dem Bereich -10°C und -130°C, bevorzugt aus dem Bereich -20*0 und -120°C und insbesondere aus dem Bereich -30°C und -120°C ausgewählt ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Wassereispartikel und/oder zumindest einige Trockeneispartikel in Bezug auf die anderen Wassereispartikel oder Trockeneispartikel zumindest eine unterschiedliche Partikelgrößen aufweisen, wobei die Partikelgröße bevorzugt aus dem Bereich 0,1 mm bis 25 mm ausgewählt ist, insbesondere Partikel 3 mm bis 7 mm und Partikel mit 8 mm bis 13 mm Partikelgröße gewählt werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Gas getrocknet ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Taupunkt des Gases einer Temperatur von -30°C bis -70°C, bevorzugt von -30°C bis -50°C, insbesondere von -40°C entsprechen soll und die Temperatur des Gases -15°C bis +40°C betragen soll.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittel als Kernstrahl (39) von einem Hüllstrom (38) umgeben wird, der bevorzugt ein getrockneter Gasstrom ist, wobei der Hüllstrom (38) bevorzugt eine Temperatur von +20°C bis +80°C, insbesondere von +60°C bis +80°C aufweisen soll.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hüllstrom (38) das Strahlmittel (39) parallelisierend oder fokussierend eingestellt ist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlmittel (39) oder die Festkörperpartikel (20) zeitlich gepulst bereitgestellt werden, insbesondere zeitlich gleichmäßig oder zeitlich ungleichmäßig gepulst.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Wassereispartikel kantig ausgebildet sind.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reinigende Turbine (68) während der Reinigung angetrieben wird, wobei bevorzugt die Drehzahl der Turbine (68) so eingestellt wird, dass sich ein maximaler Reinigungseffekt einstellt.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstrahlung des Strahlmittels (20) in die zu reinigende Turbine (68) unter verschiedenen Einstrahlwinkeln (71, 72, 73, 74) erfolgt, wobei bevorzugt Winkel aus dem Bereich 0° bis 50° zur Längsachse der Turbine (68) gewählt werden.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Wassereispartikel mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 0,1 bis 10cm/h, bevorzugt von 5 bis 10 cm/h gebildet werden, wobei die Abkühlung insbesondere im Gegen- stromverfahren mit flüssigem Stickstoff erfolgt.
13. Vorrichtung (100) zur Kaltstrahlreinigung, bevorzugt von Bauteilen von Turbinen und Turbinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken (68), mit Festkörperpartikeln (20), insbesondere nach einem Verfahren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (1) zu Bereitstellung von Festkörperpartikeln, umfassend Wassereispartikeln, Mittel (58) zur Bereitstellung eines Druckmittel aus Gas und/oder Wasser und Mittel (12) zur Mischung der Festköperpartikel (20) und des Druckmittels zur Bildung des Strahlmittels (39) vorgesehen sind, wobei die Mittel (1) zur Bereitstellung der Wassereiseispartikel bevorzugt angepasst sind, zumindest einige Wassereispartikel in Bezug auf die anderen Wassereispar¬ tikel bereitzustellen, die zumindest eine unterschiedliche Temperatur aufweisen.
14. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (15) zum Mischen von Wassereis- und Trockeneispartikeln vorgesehen sind, die angepasst sind, unterschiedliche einstellbare Mengenverhältnisse der Wassereispartikel in Bezug auf die Trockeneispartikel zu mischen, wobei bevorzugt ein Behälter (15) mit einer Trennwand (50) mit variabel einstellbarer Trennwandlage vorgesehen ist.
15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) angepasst ist, gleichzeitig zumindest zwei unterschiedliche Partikelgrößen der Wassereispartikel und/oder der Trockeneispartikel bereitzustellen.
16. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) angepasst ist, Wassereispartikel mit zumindest zwei unterschiedlichen Temperaturen bereitzustellen, wobei die Temperaturen bevorzugt im Bereich -10°C und -130°C, bevorzugt im Bereich -20°C und -120°C und insbesondere im Bereich -30°C und - 120°C liegen.
17. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) angepasst ist, das Strahlmittel (39) mit einem Hüllstrom (38) zu umhüllen, wobei der Hüllstrom (38) bevorzugt als getrockneter Druckgasstrom ausgebildet ist und/oder wobei der Hüllstrom (38) bevorzugt parallelisierend oder fokussierend für das Strahlmittel (20) ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Abkühlung von zumindest einigen der Wassereispartikel Stickstoffkühlungsmittel vorgesehen sind, wobei die Stickstoffkühlungsmittel bevorzugt ein Muldenband mit Stickstoffgegenstromkühlung umfassen.
19. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch eine lanzenförmigen Strahldüse (40) zum Einführen in Öffnungen, insbesondere Kontroll- und/oder Revisionsöffnungen, aufweist, wobei die lanzenförmige Strahldüse (40) einen Ein¬ führungsanschlag (44) aufweist, der die Einstecktiefe der Strahldüse (40) in die Öffnung begrenzt, wobei a) der Einführungsanschlag (44) in Bezug auf die Strahld üse (40) drehbeweglich angeordnet ist
und/oder wobei
b) der Einführungsanschlag (44) in Bezug auf die Strahldüse (40) axial beweglich angeordnet ist
und/oder wobei
c) an dem Einführungsa nschlag ein Verdrehelement angeordnet ist, das azimuta l gegenüber dem Einführungsa nschlag verdrehbar ausgebildet ist.
20. Vorrichtung (100) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale und/oder azimutale Position des Einführungsanschlags (44) gegenüber der Strahld üse (40) variabel einstellbar ausgebildet ist, wobei bevorzugt zwischen der Strahldüse (40) und dem Einführungsanschlag (44) eine Zwangsführung (46, 47) vorgesehen ist, die eine Verdrehung der Strahld üse (40) gegenüber dem Einführungsanschlag (44) in eine axiale Längsverlagerung der Strahldüse (40) gegenüber dem Einführungsanschlag (44) bewirkt.
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