用于燃气涡轮发动机的脱机清洗系统及方法
【技术领域】
[0001]本申请和所得的专利大体上涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地涉及用于有效清洗和施加表面成膜剂到燃气涡轮发动机的内部构件上的脱机(或离线，Off - line)清洗系统及相关方法。
【背景技术】
[0002]当燃气涡轮发动机操作时，气载污染物可累积在发动机的各种内部构件上，例如压缩机的叶片和导叶。尽管燃气涡轮发动机系统可包括入口空气过滤系统，但一定程度的污染物累积可能是不可避免的并且可取决于操作地点处的各种环境条件。常见的污染物可包括穿过入口空气过滤系统的少量灰尘和碎肩以及不可过滤的烃基材料，例如烟雾、煤灰、油脂、油膜和有机物蒸气。随着时间的推移，累积在压缩机叶片和导叶上的污染物可限制气流穿过压缩机，并且可转变翼型件模型(pattern)。以此方式，此种累积可不利地影响压缩机的性能和效率，且因此影响燃气涡轮发动机的总体性能和效率，特别是导致降低功率输出、增加燃料消耗和提高操作成本。
[0003]为了减少污染物累积，燃气涡轮发动机系统可包括用于从压缩机叶片和导叶除去污染物颗粒的水清洗系统。例如，联机(或在线)的水清洗系统可用于通过水流例如软化水来从压缩机叶片和导叶除去污染物颗粒，同时燃气涡轮发动机以全速操作并加载。联机水清洗系统可经由联机歧管将水流输送至压缩机的上游，该歧管包括围绕压缩机的钟形口定位的喷嘴。喷嘴可在该相对较低速度空气的区域中产生水滴的喷雾(spray mist)，并且由操作的压缩机产生的负压可将喷雾汲取成与压缩机叶片和导叶接触以除去污染物。
[0004]脱机水清洗系统可采用类似的方式用来通过水流和清洁剂更有效地除去污染物颗粒，同时燃气祸轮发动机停机或以转动齿轮速度(turning gear speed)操作并且未加载。脱机水清洗系统可经由脱机歧管将水流和清洁剂输送至压缩机上游，该歧管包括围绕压缩机的钟形口定位的喷嘴。在某些实施例中，水清洗系统可构造成以联机模式或脱机模式操作。以此方式，联机清洗可定期地实施以在操作计划不允许停机时间以便执行更有效的脱机清洗时提高燃气涡轮发动机的性能和效率。联机和脱机清洗的频率和持续时间可取决于操作地点处的污染物累积的程度和环境条件而变化。
[0005]尽管常规的水清洗系统和方法可在从先前压缩机级的叶片和导叶除去污染物方面有效，但此类系统和方法通常在从随后压缩机级的叶片和导叶除去污染物方面不太有效，因为水流和清洁剂大体上围绕压缩机的钟形口喷射。此外，在以此类系统和方法清洗之后，多余量的水和清洁剂可留在压缩机叶片和导叶上，这可对燃气涡轮发动机的随后重启和操作具有不利影响。多余量的水和清洁剂还可促进表面锈蚀、腐蚀或污染物随后累积在压缩机叶片和导叶上。进一步地，由常规水清洗系统和方法提供的性能增益可具有受限的持续时间，需要以水清洗系统或手动进行频繁的清洗来保持充分的性能，这最终可增加燃气涡轮发动机的总体操作成本。
[0006]因此，期望改善用于从燃气涡轮发动机的内部构件例如压缩机叶片和导叶除去污染物的清洗系统及方法。具体而言，此类改善的清洗系统和方法应当有效地从所有压缩机级(特别是随后的压缩机级)的叶片和导叶除去污染物，同时还抑制表面锈蚀、腐蚀和污染物随后累积在压缩机叶片和导叶上。进一步地，相比于常规清洗系统和方法，此类改善的清洗系统和方法应当增加由此提供的性能增益的持续时间，且因此降低保持燃气涡轮发动机的充分性能所需的清洗频率。最终，此类改善的清洗系统和方法将提高燃气涡轮发动机的效率和性能并且降低总体操作成本。
【发明内容】
[0007]本申请和所得的专利提供了一种用于燃气涡轮发动机的清洗系统。该清洗系统可包括在其中包含大量水的水源，以及在其中包含大量表面成膜剂的表面成膜剂源。清洗系统还可包括与水源和表面成膜剂源成流体连通的混合室，其中混合室构造成在其中混合水和表面成膜剂以产生膜形成混合物。清洗系统还可包括与混合室成流体连通的雾化装置，其中雾化装置构造成形成膜形成混合物和推进剂的气雾喷雾(aerosol spray)。清洗系统还可包括与雾化装置成流体连通的多个供应管线，其中供应管线构造成将气雾喷雾引导到燃气涡轮发动机中。
[0008]本申请和所得的专利还提供了清洗燃气涡轮发动机以从其除去污染物的方法。该方法可包括以下步骤:将清洁混合物引导穿过燃气涡轮发动机的空气抽取系统，将清洁混合物施加到燃气涡轮发动机的内部构件，以及从内部构件冲洗清洁混合物。清洁混合物可包括水和清洁剂。该方法还可包括以下步骤:引导膜形成混合物和推进剂的气雾喷雾穿过空气抽取系统，将气雾喷雾施加到内部构件上，以及干燥膜形成混合物以在内部构件上形成保护膜。膜形成混合物可包括水和表面成膜剂。
[0009]本申请和所得的专利还提供了一种燃气涡轮发动机系统。燃气涡轮发动机系统可包括燃气涡轮发动机和清洗系统。燃气涡轮发动机可包括压缩机、与压缩机连通的燃烧器、与燃烧器连通的涡轮，以及与压缩机和涡轮连通的空气抽取系统。该清洗系统可包括在其中包含大量水的水源，以及在其中包含大量表面成膜剂的表面成膜剂源。清洗系统还可包括与水源和表面成膜剂源成流体连通的混合室，其中混合室构造成在其中混合水和表面成膜剂以产生膜形成混合物。清洗系统还包括与混合室成流体连通的雾化装置，其中雾化装置构造成形成膜形成混合物和推进剂的气雾喷雾。清洗系统还可包括与雾化装置和空气抽取系统成流体连通的多个多个供应管线，其中供应管线构造成经由空气抽取系统将气雾喷雾引导到压缩机和涡轮中。
[0010]技术方案1.一种用于燃气涡轮发动机的清洗系统，所述清洗系统包括:
在其中包含大量水的水源；
在其中包含大量表面成膜剂的表面成膜剂源；
与所述水源和所述表面成膜剂源成流体连通的混合室，其中，所述混合室构造成在其中混合所述水和所述表面成膜剂以产生膜形成混合物；
与所述混合室成流体连通的雾化装置，其中，所述雾化装置构造成形成所述膜形成混合物和推进剂的气雾喷雾；以及
与所述雾化装置成流体连通的多个供应管线，其中，所述供应管线构造成将所述气雾喷雾引导至所述燃气涡轮发动机中。
[0011]技术方案2.根据技术方案1所述的清洗系统，其特征在于，所述表面成膜剂包括氟代硅烷和附加硅烷。
[0012]技术方案3.根据技术方案2所述的清洗系统，其特征在于，所述附加硅烷选自由氢硫基硅烷、氨基硅烷、四乙基原硅酸酯和琥珀酸酐硅烷构成的集合。
[0013]技术方案4.根据技术方案1所述的清洗系统，其特征在于，所述表面成膜剂包括硅烷和氢硫基硅烷。
[0014]技术方案5.根据技术方案1所述的清洗系统，其特征在于，所述膜形成混合物为液体混合物。
[0015]技术方案6.根据技术方案1所述的清洗系统，其特征在于，所述供应管线包括构造成将所述气雾喷雾引导至所述燃气涡轮发动机的压缩机钟形口的钟形口供应管线。
[0016]技术方案7.根据技术方案1所述的清洗系统，其特征在于，所述供应管线包括构造成将所述气雾喷雾引导至所述燃气涡轮发动机的压缩机的一个或多个级的压缩机供应管线。
[0017]技术方案8.根据技术方案1所述的清洗系统，其特征在于，所述供应管线包括构造成将所述气雾喷雾引导至所述燃气涡轮发动机的涡轮的一个或多个级的涡轮供应管线。
[0018]技术方案9.根据技术方案1所述的清洗系统，其特征在于，所述清洗系统还包括在其中包含大量清洁剂的清洁剂源，其中，所述混合室与所述清洁剂源成流体连通并且构造成在其中混合所述水和所述清洁剂以产生清洁混合物，并且其中，所述供应管线构造成将所述清洁混合物引导到所述燃气涡轮发动机中。
[0019]技术方案10.—种清洗燃气涡轮发动机以从其除去污染物的方法，所述方法包括:
引导清洁混合物穿过所述燃气涡轮发动机的空气抽取系统，其中，所述清洁混合物包括水和清洁剂；
将所述清洁混合物施加至所述燃气涡轮发动机的内部构件；
从所述内部构件冲洗所述清洁混合物；
引导膜形成混合物和推进剂的气雾喷雾穿过所述空气抽取系统，其中，所述膜形成混合物包括水和表面成膜剂；
将所述气雾喷雾施加至所述内部构件；以及干燥所述膜形成混合物以在所述内部构件上形成保护膜。
[0020]技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其特征在于，所述表面成膜剂包括氟代硅烷和附加硅烷。
[0021]技术方案12.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述表面成膜剂包括硅烷和氢硫基硅烷。
[0022]技术方案13.根据技术方案10所述的方法，其特征在于，所述膜形成混合物为液体混合物。
[0023]技术方案14.根据技术方案10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括引导所述膜形成混合物和所述推进剂的气雾喷雾穿过钟形口供应管线至所述燃气涡轮发动机的压缩机钟形口。
[0024]技术方案15.—种燃气祸轮发动机系统，包括: 燃气涡轮发动机，所述燃气涡轮发动机包括:
压缩机；
与所述压缩机连通的燃烧器；
与所述燃烧器连通的涡轮；以及
与所述压缩机和所述涡轮连通的空气抽取系统；
清洗系统，所述清洗系统包括:
在其中包含大量水的水源；
在其中包含大量表面成膜剂的表面成膜剂源；
与所述水源和所述表面成膜剂源成流体连通的混合室，其中，所述混合室构造成在其中混合所述水和所述表面成