用于清洁涡轮风扇燃气涡轮发动机的方法和设备的制作方法

专利名称：用于清洁涡轮风扇燃气涡轮发动机的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及清洁燃气涡轮发动机的领域，并且更具体地，涉及用于清洁安 装在飞行器内的涡轮风扇燃气涡轮发动机的方法和设备。
背景技术：
被安装作为飞行器发动机的燃气涡轮包括压縮周围的空气的压縮机、将燃料与压 縮空气一起燃烧的燃烧室及为压縮机提供动力的涡轮。膨胀的燃烧气体驱动涡轮并且也导 致用于推动飞行器的推力。 燃气涡轮发动机消耗大量的空气。空气包含以浮质为形式的外来的颗粒，该颗粒 随气流进入燃气涡轮。大多数外来的颗粒沿着气路行进并且随排出的气体离开发动机。然 而，有的颗粒具有粘在在压縮机的气路内的部件上的性质。象用于产生动力的燃气涡轮那 样的固定的燃气涡轮可以配备用于过滤到压縮机的空气的过滤器。然而，安装在飞行器内 的燃气涡轮不能配备过滤器，因为它可能使压力显著下降，因此将燃气涡轮更多地暴露给 空气沾染物。典型地，在飞机场环境中发现的沾染物为花粉、昆虫、发动机排出物、泄漏的发 动机油、来自工业活动的碳氢化合物、来自附近海洋的盐、来自飞行器除冰的化学物质及象 灰尘那样的机场地面物质。 优选地，象压縮机叶片及桨片那样的发动机部件应该是抛光的并且是有光泽的。 然而，在运转一段时间后，外来的颗粒的覆盖层逐步增加。作为压縮机污垢，这也是已知的。 压縮机污垢导致部件的边界层气流的性质发生变化。沉积物导致部件表面粗糙度的增加。 当空气在部件表面之上流动的时候，表面粗糙度的增加导致边界层气流变厚。边界层气流 的变厚对于压縮机空气动力学具有负面影响。在叶片尾缘，气流形成了尾流。尾流是一种 涡流类型的湍流，对气流具有负面作用。边界层越厚，在尾流中的湍流越强烈。与较厚的边 界层在一起的尾流湍流具有减小通过发动机的质量流的结果。减小的质量流是压縮机污垢 的最意义深远的影响。另外，较厚的边界层及形成在叶片尾缘的较强的尾流湍流导致减小 的压縮压力增益，该减小的压縮压力增益接下来导致发动机以减小的压力比例运转。在热 发动机工作循环领域中的任何技术人员明白，减小的压力比例导致发动机的热力学效率降 低。压力增益的减小是来自压縮机污垢的第二最显著的影响。压縮机污垢不但减小质量流 及压力增益，而且减小压縮机等熵效率。减小的压縮机效率意味着压縮机需要更多的动力 用于压縮相同量的空气。减小的质量流、压力比例及等熵效率使发动机推力能力减小。通 过轴从涡轮得到用于驱动压縮机的动力。由于涡轮需要更多的动力以驱动压縮机，用于推 进的推力是更少的。对于飞行器飞行员，这意味着他必须调节更多的动力以补偿失去的推 力。调节更多的动力意味着增加燃料消耗并因此增加运转费用。 压縮机污垢对环境也具有负面影响。由于增加燃料消耗，随之而来的是象二氧化碳那样的温室气体的释放的增加。典型地，燃烧lkg航空燃料导致3. lkg二氧化碳的形成。
由于压縮机污垢引起的性能损失也使发动机的耐用性减小。当不得不燃烧更多的 燃料用于获得所需的推力的时候，随之而来的是在发动机燃烧室腔中的温度的增加。当飞 行员调节在跑道上的起飞的时候，在燃烧腔中的温度是非常高的。温度不是很远离材料能 够承受的限度。控制这个温度是在发动机性能监测中的关键事项。用在热气路部分中的传 感器测量温度，该热气路部分在燃烧室输出的下游。这作为排出的气体温度(EGT)是已知 的，并且被仔细地监测。将暴露时间及温度记入日志。在发动机寿命期间，经常检查EGT日 志。在EGT记录的某个点，为了检修，不得不停止使用发动机，这是必须的。
高燃烧室温度对环境具有负面影响。由于燃烧室温度的增加，随之而来的是N0x 形成的增加。NOx形成在很大程度上有赖于燃烧器的设计。然而，对于给定的燃烧器，任何 增长的温度导致N0x增长的增加。 因此，压縮机污垢对象增加的燃料消耗、减小的发动机寿命、增加的二氧化碳和 N0x的排放那样的航空发动机性能具有显著的负面影响。 喷气发动机可以具有很多不同的设计，但是在所有设计中都出现了上面提及的问 题。典型地，小发动机有涡轮喷气发动机、涡轮轴发动机及涡轮螺桨发动机。这些发动机的 其它变体有双压縮机涡轮喷气发动机及增压涡轮轴发动机。在较大的发动机中，有混合流 涡轮风扇及非混合流涡轮风扇，二者可以设计成单、双或者三轴的机器。这些发动机的工作 原理在此不作描述。 设计涡轮风扇发动机用于为亚音速飞行器运行提供高推力。因此，作为用于商用 客机的发动机，它已经发现了广泛的用途。涡轮风扇发动机包括风扇及核心发动机。通过 来自核心发动机的动力驱动风扇。核心发动机为燃气涡轮发动机，其被设计为使得从核心 发动机轴得到用于驱动风扇的动力。将风扇安装在发动机压縮机的上游。风扇包括一个带 有转子叶片的转子盘及可选择的一套在转子下游的定子桨片。最初的空气进入风扇。象上 面讨论的那样，通过昆虫、花粉及来自鸟类碰撞的残渣等，风扇易于结垢。通过只使用冷水 或者热水的清洗，可以去除风扇污垢。这种清洁清洗过程操作起来是相对容易的。
在风扇的下游是核心发动机压縮机。对于压縮机重要的是，它将空气压縮到高压 力比例。由于压縮工作，随之而来的是温度升高。在高压力压縮机中的温度升高可能象500 摄氏度那样高。我们发现，与风扇比较，压縮机易于结不同种类的污垢。高温导致更容易将 颗粒烘烤到表面并且去除颗粒是更困难的。分析表明，典型地，在核心发动机压縮机中发现 的污垢为碳氢化合物、来自防冰流体的残渣、盐等。去除这种污垢是更困难的。有些时候， 通过只用冷水或者热水的清洗，可以实现它。其它时候，不得不进行化学物质的使用。
在这些年期间，已经发展了许多清洁或者清洗技术。原则上，通过采用软管并且将 水喷到发动机进口中，可以进行航空发动机清洗。然而，由于过程的简单的本质，这种方法 具有有限的成功。 一种可选择的方法是用刷子和液体擦洗压縮机叶片及桨片。由于它不能 清洁压縮机的内部叶片，这种方法具有有限的成功。而且，它是消耗时间的。Butler的美国 专利No. 6， 394， 108披露了细的柔性的软管，从压縮机进口朝向压縮机出口 ，将该软管的一 端插入到压縮机叶片之间。在软管的插入端是喷嘴。当正在将液体泵到软管中并且通过喷 嘴喷射液体的时候，软管被缓慢地从压縮机縮回。该专利披露了如何完成清洗。然而，清洗 效率受限于压縮机转子在清洗期间不能转动。Bartos的美国专利No. 4， 059， 123披露了用于涡轮清洗的机动的车。然而，该专利没有披露如何完成清洁过程。Hodgens II等的美国 专利No. 4， 834， 912披露了用于化学地去除燃气涡轮发动机的沉积物的清洁合成物。该专 利显示了将液体注入到战斗机喷气飞行器发动机中。然而，没有提供关于清洗过程的信息。 Asphrnd的美国专利5， 868， 860披露了用于航空发动机的带有进口引导桨片的歧管及另一 用于发动机的不带有进口引导桨片的歧管的使用。该专利还披露了作为提供高液体速度的 方法的高液体压力的使用，该高液体速度提高清洁效率。然而，该专利没有解决涉及污垢及 涡轮风扇航空发动机的清洗的特殊的事项。 在下文通过参考图1描述的结构被认为是本领域中的普通知识。在图1中显示了 单轴涡轮喷气发动机的截面图。箭头显示了通过发动机的质量流。将发动机l建立在转子 轴17周围，在其前端该转子轴17连接压縮机12，而在其后端该转子轴17连接涡轮14。在 压縮机12的前面是被布置用于分开气流的锥体104。锥体104不转动。压縮机具有进口 18及出口 19。在燃烧室13内燃烧燃料，其中，热的排出气体驱动涡轮14。
清洗装置包括以管为形式的歧管102，该歧管102在一端连接到喷嘴15，而另一端 连接到联结器103。软管101在一端连接到联结器103，而另一端连接到泵(未显示)。歧 管102位于于锥体104上并因此在清洁过程期间保持在固定的位置内。泵将清洗液体泵到 喷嘴15，在喷嘴15处它雾化并且形成喷射16。喷嘴15的喷口几何形状限定了喷射形状。 有赖于它的设计，喷射可以形成象圆形、椭圆形或者长方形那样的许多形状。例如，圆形喷 射具有圆形分布的小滴，其特征是喷射具有锥体的形状。椭圆形喷射的特征是椭圆的一个 轴比另一个长。长方形喷射有点类似于椭圆形喷射但是带有根据长方形限定的角。正方形 喷射有点类似于圆形喷射，即两个几何轴是等长度的，但是正方形形状的喷射具有根据正 方形限定的角。 在进入压縮机之前将液体雾化，以提高进到压縮机内的渗透。 一旦处在压縮机内， 小滴碰撞象转子叶片及定子桨片那样的气路部件。小滴的冲击导致湿的表面并且形成液 膜。通过液体的机械作用和化学作用，释放在气路部件上沉积的颗粒。通过在清洗期间允 许转子轴转动，进一步提高进到压縮机内的液体渗透。这通过使发动机的起动器马达转动 转子，由此从压縮机进口朝向出口驱动携带液体的空气通过发动机来实现。通过转动转子 进一步提高了清洁作用，因为叶片的湿形成液膜，在清洗期间该液膜受象离心力那样的运 动力的影响。 所述的关于压縮机的清洁的事项对清洁整个燃气涡轮发动机也具有作用。当清洁 液体进入发动机压縮机并且转子正在转动的时候，清洗液体进入燃烧腔并且还通过涡轮部 分，并由此清洁整个发动机。 然而，由于许多原因，这种方法对于涡轮风扇涡轮发动机不是有效的。首先，因为 涡轮风扇发动机的不同部件的污垢在诸如粘性之类的方面上可能具有显著不同的性质，其 需要如上所述的不同的去除方法。其次，由于风扇及用于分开气流的锥体是转动的，不能将 锥体用于保持歧管。可能地，可以将歧管安装在放置在风扇上游的座或者架上，但是由于从 喷嘴发射的清洁液体的主要部分可能冲击到风扇叶片的吸力侧，这种结构不能提供对发动 机的有效清洁。
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发明内容
由此，本发明的目的是提供一种装置和方法，该装置和方法用于去除在风扇上及 在涡轮风扇发动机的核心发动机压縮机内发现的不同类型的污垢，并且由此减小污垢效应 对象增加的燃料消耗、减小的发动机寿命、增加的二氧化碳及N0x的排放那样的航空发动 机性能的负面影响。 本发明的另一个目的是提供能够在一次清洗操作中清洁风扇及核心发动机压縮 机的设备和方法。 根据本发明，通过提供具有限定在独立权利要求中限定的特征的方法和设备，实 现了这些和其它目的。优选的实施例在从属权利要求中限定。 为了清楚的目标，术语"径向方向"及"轴向方向"分别指从发动机的中心线径向 的方向及沿着发动机的中心线的方向。 在本发明的范围内，术语"切角"指从发动机的中心线观察到的切线方向的角。 根据本发明的第一个方面，提供了用于清洁燃气涡轮发动机的装置，该发动机至
少包括一个发动机轴、可转动地布置的风扇及核心发动机，该风扇包括多个安装在毂上并
大致在径向方向上延伸的叶片，每个叶片具有压力侧及吸力侧，该核心发动机包括压縮机
单元及用于驱动压縮机单元和风扇的涡轮，该装置包括多个喷嘴，布置该喷嘴以在在风扇
的上游的发动机的空气进口中使在气流中的清洁液体雾化。根据本发明的第一个方面的装
置包括第一喷嘴，该第一喷嘴布置在相对于发动机的中心线的第一位置，从而使从第一喷
嘴发射的清洁液体大致在压力侧上冲击叶片的表面；第二喷嘴，该第二喷嘴布置在相对于
发动机的中心线的第二位置，从而使从第二喷嘴发射的清洁液体大致在吸力侧上冲击叶片
表面；及第三喷嘴，该第三喷嘴布置在相对于发动机的中心线的第三位置，从而使从第三喷
嘴发射的清洁液体大致在叶片之间通过并且进入核心发动机的进口。 根据本发明的第二个方面，提供了用于清洁燃气涡轮发动机的方法，该发动机包 括至少一个发动机轴、可转动地布置的风扇及核心发动机，该风扇包括多个安装在毂上并 大致在径向方向上延伸的叶片，每个叶片具有压力侧及吸力侧，该核心发动机包括压縮机 单元及用于驱动压縮机单元和风扇的涡轮，该方法包括通过多个喷嘴在风扇的上游的发动 机的空气进口中使在气流中的清洁液体雾化的步骤。根据本发明的第二个方面的方法还包 括以下步骤将从第一喷嘴发射的清洁液体大致应用在压力侧上；将从第二喷嘴发射的清 洁液体大致应用在吸力侧上；及引导从第三喷嘴发射的清洁液体从而使清洁液体大致在叶 片之间通过并且进入核心发动机压縮机的进口 。 因此，本发明所依靠的观点是，发动机不同部件的污垢的性质具有不同的性质，并 因此需要不同的清洁处理。作为一个例子，与风扇叶片的污垢相比较，例如，由于压縮机的 温度较高，核心压縮机的污垢具有不同的性质。高温导致更容易将颗粒"烘烤"到表面，并 且更难去除。分析表明，典型地，在核心发动机压縮机中发现的污垢为碳氢化合物、来自防 冰流体的残渣、盐等。因此，这种污垢比风扇叶片的污垢更难去除。 这种解决办法提供了若干好于存在的解决办法的优点。 一个优点是，发动机结垢 的元件的清洁适于每个元件的污垢的某些性质。因此，不同的风扇及核心发动机的部件的 清洁可以是各自适用的。与使用统一的清洁过程的已知的方法相比较，这使得发动机的清 洁更有效率并且更节省时间。由此，与已知的方法相比较，因为可以减小燃烧消耗，所以可
10以节省费用。 另一个优点是，清洁液体能够到达风扇叶片的吸力侧及压力侧。由此，由于已知的 方法不允许压力侧的清洁，所以与已知的方法相比较，风扇的清洁是更完全并且更有效率的。
还有一个优点是，可以将根据本发明的清洁装置用于多种不同类型的涡轮发动 机，该涡轮发动机包括具有单、双、三或者更多轴的涡轮风扇燃气涡轮发动机，其中，风扇及 用于分开气流的锥体是转动的。 —个附加的优点是，因为更有效率地将污垢去除使得可以降低燃烧室温度，所以
可以增加发动机的耐用性。由于减少N0x的形成，这对环境也具有有利的影响。 根据本发明的优选实施例，布置第一喷嘴及第二喷嘴从而使从第一喷嘴及第二喷
嘴发射的清洁液体各自形成喷射，在作用在风扇叶片的冲击处，沿着大致平行于风扇叶片
的径向延伸的轴线，该喷射具有大致等于叶片前缘的长度的宽度。由此，在它的从尖端到毂
的全长上，喷射将液体提供到叶片，并且分别增加了风扇叶片的压力侧及吸力侧的清洁或
者清洗的效率。 根据本发明的实施例，布置第三喷嘴从而使从第三喷嘴发射的液体形成喷射，在 进口处，沿着大致平行于风扇叶片的径向延伸的轴线，该喷射具有大致等于在导流板和在 毂上的点之间的距离的宽度。 通过示范性的实施例将要讨论本发明的其它目的及优点。


参考以下附图，现在将要更详细地描述本发明的优选实施例，其中
图1显示了航空燃气涡轮发动机的截面。
图2显示了涡轮风扇燃气涡轮发动机的截面。 图3显示了涡轮风扇燃气涡轮发动机及本发明的优选实施例的截面，该优选实施
例带有两个用于发动机风扇的清洁的喷嘴及一个用于清洁核心发动机的喷嘴。 图4显示了喷嘴的安装的细节。 图5显示了用于风扇叶片压力侧的清洁的喷嘴的安装。
图6显示了用于风扇叶片吸力侧的清洁的喷嘴的安装。
图7显示了用于核心发动机的清洁的喷嘴的安装。
具体实施例方式
参考图2，将要描述双轴非混合涡轮风扇航空发动机。双轴非混合涡轮风扇发动机 是若干可能的涡轮风扇发动机的设计之一。由于明显的是可以将本发明应用到其它象混合 涡轮风扇发动机或者带有单、三或者更多个轴的涡轮风扇发动机那样的涡轮风扇发动机的 变形，所以不能以描述的这个实施例及它的附图限制本发明。本发明适于实施的涡轮风扇 发动机的特征是风扇及它的用于分开气流的锥体是转动的。 在图2中的发动机2包括风扇单元202及核心发动机单元203。将发动机建立在 转子轴24周围，在它的前端将该转子轴24与风扇25相连接，而在它的后端将该转子轴24 与涡轮26相连接。涡轮26驱动风扇25。第二轴29以与第一轴24共轴为形式。在它的前 端将轴29与压縮机27相连接，而在它的后端将轴29与涡轮28相连接。涡轮28驱动压縮机27。箭头显示了通过发动机的气流。风扇单元202及发动机单元203都提供了用于推动 飞行器的推力。 发动机2具有进口 20，在该进口 20处进口空气进入发动机。风扇25驱动进口气 流。进口空气的一部分在出口 21排出。进口空气的剩下部分在进口 23处进到核心发动机 中。然后，到核心发动机的空气被压縮机27压縮。压縮的空气与燃料(未显示) 一起在燃 烧室201中燃烧，这导致加压的热燃烧气体。加压的热燃烧气体朝向核心发动机出口 22膨 胀。热燃烧气体的膨胀以两个阶段完成。在第一阶段，燃烧气体膨胀到中间的压力，同时驱 动涡轮28。在第二阶段，热燃烧气体朝向周围压力膨胀，同时驱动涡轮26。燃烧气体以高 速在出口 22处排出发动机，这提供了推力。从出口 22出来的气体与从出口 21出来的空气 一起组成了发动机推力。 图3显示了双轴非混合涡轮风扇航空发动机2的截面。相似的元件以与图2相同 的参考数字显示。图3仅是一个例子，其中，所示的原理应用到其它象混合涡轮风扇发动机 或者带有单、三或者更多个轴的涡轮风扇发动机那样的航空燃气涡轮发动机设计。
将涡轮喷气发动机风扇设计成带有一套安装在风扇毂上并且以基本上是径向的 方向指向外侧的叶片。每个叶片具有由风扇转动的方向限定的压力侧及吸力侧。压縮机清 洗装置包括三种用于喷射清洁流体的每个带有专门的目的的喷嘴类型。 一种喷嘴类型用于 为清洁风扇压力侧提供清洁流体的目的。另一种喷嘴类型用于为清洁风扇吸力侧提供清洁 流体的目的。又一种喷嘴类型用于为清洁核心发动机提供清洁流体的目的。将喷嘴定位在 风扇25的上游。喷嘴具有不同的喷射特征及液体容量。 用于清洗风扇25的清洗装置包括以导管为形式的刚性的歧管37，在一端将该歧 管37与喷嘴31及35相连接。喷嘴31及35通过刚性的歧管37稳定。将歧管37的另一 端与联结器(未显示)相连接，该联结器还与软管(未显示)相连接，该软管还与泵(未显 示)相连接。在导管37中的清洁液体可以包括水或者带有化学物质的水。液体温度可以 象从液体源提供的那样，或者可以在加热器(未显示)中加热。泵将清洗液体泵到喷嘴31 及35。喷嘴排出的液体雾化并且各自形成喷射32及36。引导喷射32及36朝向风扇25。
在导管37中的液体压力处在35-220巴的范围内。这个高压导致通过喷嘴的高液 体速度。液体速度处在50-180m/s的范围内。液体速度给予小滴足够的惯性，以允许小滴 从喷嘴尖端行进到风扇。到达风扇的时候，小滴速度较大地高于风扇的转动速度，由此能够 象下面另外描述的那样清洗风扇的压力侧或者风扇的吸力侧。小滴碰撞风扇并且弄湿风扇 表面。通过化学物质的化学作用或者水释放污染物。在清洁过程期间，通过发动机起动器 马达的辅助或者通过其它方法，允许风扇25转动。转动用于若干目的。首先，转动导致通 过风扇的气流提高朝向风扇的喷射的行进。由此气流增加了在风扇表面上的碰撞速度。较 高的碰撞速度增加了清洁效率。其次，当喷射范围从风扇毂延伸到风扇尖端的时候，通过仅 使用一个喷嘴，风扇的转动能够弄湿整个风扇区域。第三，当气流从风扇叶片表面剪切下液 体的时候，风扇转动提高了释放的沾染物的去除。第四，当离心力从风扇叶片表面剪切下液 体的时候，风扇转动提高了释放的沾染物的去除。 用于清洗核心发动机的清洗装置包括以导管为形式的刚性的歧管38，在一端将该 歧管37与喷嘴33相连接。喷嘴33通过刚性的歧管38稳定。将歧管38的另一端与联结 器(未显示)相连接，该联结器还与软管(未显示)相连接，该软管还与泵(未显示)相连接。在导管38中的清洁液体可以包括水或者带有化学物质的水。液体温度可以象从液体 源提供的那样，或者可以在加热器(未显示)中加热。泵将清洗液体泵到喷嘴33。喷嘴排 出的液体雾化并且形成喷射34。引导喷射34朝向风扇25。在导管38中的液体压力处在 35-220巴的范围内。这个高压导致通过喷嘴喷口的高液体速度。液体速度处在50-180m/s 的范围内。液体速度给予小滴足够的惯性，以允许小滴从喷嘴尖端通过风扇(在叶片之间) 行进到进口 23。到达进口 23的时候，液体进入压縮机。 在压縮机内侧，小滴碰撞象叶片及桨片那样的压縮机部件。通过化学物质的化学 作用或者水，释放了沾染物。在清洁过程期间，通过发动机起动器马达的辅助或者通过其它 方法，允许压縮机27转动。转动用于若干目的。首先，转动导致通过压縮机的气流提高朝 向压縮机出口的小滴的行进。由此气流增加了在压縮机表面上的碰撞速度。较高的碰撞速 度改善了清洁效率。其次，当气流从风扇叶片表面剪切下液体的时候，风扇转动提高了释放 的沾染物的去除。第三，当离心力从压縮机转子叶片表面剪切下液体的时候，压縮机转动提 高了释放的沾染物的去除。 喷嘴31、35及33的喷口几何形状限定了喷射形状。喷射的形状对于清洗结果具 有显著的重要性。可以将喷射制成象圆形、椭圆形或者长方形那样的许多形状。这通过适 当的设计及喷嘴喷口的加工操作来实现。圆形喷射具有圆形分布的小滴，其特征是作为锥 形喷射。椭圆形喷射类似于锥形喷射，然而其特征是圆的轴的一个长于另一个。可以限定 的是，椭圆形喷射具有小滴的宽度方向的分布及厚度方向的分布，其中，宽度方向的方向相 应于椭圆的长轴而厚度方向的方向相应于椭圆的短轴。通过适当的设计及喷嘴喷口的加工 操作，也可能产生长方形喷射。长方形喷射形状具有相似于椭圆形喷射的宽度方向的及厚 度方向的分布。圆形喷射具有相等的宽度方向的及厚度方向的分布。正方形喷射具有相等 的宽度方向的及厚度方向的分布。 图4显示了非混合涡轮风扇发动机的部分的截面。图4显示了喷嘴安装的细节及 相对于发动机中心线400的位置。以与在图2及图3中相同的参考数字显示了相似的元件。 风扇25具有带有前缘41及尾缘42的叶片40。叶片40具有尖端43及在风扇25的毂处的 轮毂44。根据非混合涡轮风扇发动机的设计，气流20在通过风扇25之后被分开成两股流。 气流20的一部分在出口 21处从发动机的风扇部分排出。气流的另一部分在进口 23处进 入核心发动机部分，用于将空气提供到核心发动机。导流板45将气流分开成两股流。在一 侧通过导流板45而在相对侧通过在毂上的点46限制了进口 23的开口。
根据本发明，清洗系统包括三种喷嘴类型，每种致力于特殊的任务。第一种喷嘴类 型用于清洗风扇叶片的压力侧的目的。第一种喷嘴类型具有椭圆形或者长方形喷射形状。 第二种喷嘴类型用于清洗风扇叶片的吸力侧的目的。第二种喷嘴类型具有椭圆形或者长方 形喷射形状。第三种喷嘴类型用于清洗核心发动机的目的。第三种喷嘴类型具有椭圆形或 者长方形喷射形状。根据本发明的清洗单元由一个或者多个三种喷嘴类型的每种组成。
图4显示了第一种喷嘴类型，即喷嘴31，及它的宽度方向的投射。喷嘴31用于为 清洗叶片40的压力侧提供清洗液体的目的。叶片40的前缘41具有等于在尖端43和轮毂 44之间的距离的长度。在轴向方向上，将喷嘴31定位在某个点上，该点优选地在风扇前缘 41的上游大于100mm处，并且更优选地大于500mm而小于1000mm。在径向方向上，将喷嘴 31定位在小于风扇直径而大于风扇毂直径的点上。引导喷嘴31朝向风扇25。喷嘴31使清洗液体雾化形成喷射32。喷嘴31提供椭圆形或者长方形喷射样式。确定喷嘴的位置，从 而使喷射样式的宽度方向的轴线平行于叶片40的前缘41。在喷射样式的一侧，以流线75 限制宽度方向的分布。在相对的喷射样式侧，以流线76限制宽度方向的分布。从喷嘴的喷 口点，在前缘41处的宽度方向的喷射32的尺度等于前缘41的长度。由此，在叶片从尖端 到毂的全长上，喷射将液体提供到叶片。 如从由转子圆周朝向轴中心的投射看到的那样，图5显示了喷嘴31。在图5中，查 看到喷嘴31处在它的厚度方向的投射。喷嘴31用于为清洗叶片40的压力侧提供清洗液 体的目的。风扇25包括多个安装在风扇毂上并且基本上以径向方向延伸的风扇叶片。示 意图显示了典型的相对于发动机中心线400的叶片斜度。风扇以箭头所示的方向转动。叶 片40具有前缘41及尾缘42。叶片具有压力侧53及吸力侧54。将喷嘴31定位在风扇25 的上游的点上。喷嘴31使清洗液体雾化形成喷射32。引导喷嘴31朝向风扇25。图5显 示了相对于发动机中心线400的喷嘴切角X。相对于发动机中心线400，切角X优选地是大 于40度，并且更优选地是大于60度而小于80度。喷嘴31形成椭圆形或者长方形喷射样 式。围绕喷嘴轴线确定喷嘴31的位置，从而在喷射样式的一侧以流线51而在相对的喷射 样式侧以流线52限制厚度方向的喷射样式的轴线。 返回图4，这张图显示了第二种喷嘴类型，即喷嘴35，及它的宽度方向的投射。喷 嘴35具有为清洗叶片40的吸力侧提供清洗液体的目的。叶片40具有尖端43及轮毂44。 叶片40的前缘41具有等于在尖端43和轮毂44之间的距离的长度。在轴向方向上，将喷 嘴35定位在某个点上，该点优选地在风扇前缘的上游大于100mm处，更优选地大于500mm 而小于1000mm。在径向方向上，将喷嘴35定位在小于风扇直径而大于风扇毂直径的点上。 引导喷嘴35朝向风扇25。喷嘴35使清洗液体雾化形成喷射36。喷嘴35提供椭圆形或者 长方形喷射样式。确定喷嘴的位置，从而使喷射样式的宽度方向的轴线平行于叶片40的前 缘41。在喷射样式的一侧，以流线75限制宽度方向的分布。在相对的喷射样式侧，以流线 76限制宽度方向的分布。从喷嘴的喷口点，在前缘41处的宽度方向的喷射36的尺度等于 前缘41的长度。由此，在叶片从尖端到毂的全长上，喷射将液体提供到叶片。
如从由转子圆周朝向轴中心的投射看到的那样，图6显示了喷嘴35。在图6中，查 看到喷嘴35处在它的厚度方向的投射。喷嘴35用于为清洗叶片40的吸力侧提供清洗液 体的目的。风扇25包括许多安装在风扇毂上并且基本上以径向方向延伸的风扇叶片。示 意图显示了典型的相对于发动机中心线400的叶片斜度。风扇以箭头所示的方向转动。叶 片40具有前缘41及尾缘42。叶片40具有压力侧53及吸力侧54。将喷嘴35安装在风扇 25的上游的点上。图6显示了相对于发动机中心线400的喷嘴切角Z。相对于发动机中心 线400，切角优选地是大于20度而小于-20度，并且更优选地是0度。喷嘴35使清洗液体 雾化形成喷射36。引导喷嘴35朝向风扇25。喷嘴35形成椭圆形或者长方形喷射样式。围 绕喷嘴轴线确定喷嘴35的位置，从而在喷射样式的一侧以流线61而在相对的喷射样式侧 以流线62限制厚度方向的喷射样式的轴线。 返回图4，这张图显示了第三种喷嘴类型，即喷嘴33，及它的宽度方向的投射。喷 嘴33具有为清洗核心发动机提供清洗液体的目的。在轴向方向上，将喷嘴33定位在某个点 上，该点优选地在风扇前缘的上游大于100mm处，并且更优选地大于500mm而小于1000mm。 在径向方向上，将喷嘴33定位在小于风扇直径的一半而大于风扇毂直径的点上。确定喷嘴
1433的位置，以允许液体在叶片之间穿过风扇。喷嘴33使清洗液体雾化形成喷射34。喷嘴 33形成椭圆形或者长方形喷射样式。确定喷嘴的位置，从而使喷射样式的宽度方向的轴线 平行于叶片40的前缘41。在喷射样式的一侧，以流线47限制宽度方向的分布。在相对的 喷射样式侧，以流线48限制宽度方向的分布。到核心发动机的空气进口具有相应于在导流 板45和点46之间的距离的开口。在开口到核心发动机的进口处的宽度方向的喷射34的 尺度相应于在导流板45和点46之间的距离。由此，喷射34提供了用于进入进口 23的液 体。 如从由转子圆周朝向轴中心的投射看到的那样，图7显示了喷嘴33的典型的安装 的细节。在图7中，查看到喷嘴33处在它的厚度方向的投射。风扇25包括许多安装在风 扇毂上并且基本上以径向方向延伸的风扇叶片。示意图显示了典型的相对于发动机中心线 400的叶片斜度。风扇以箭头所示的方向转动。叶片40具有前缘41及尾缘42，第三种喷 嘴类型，即喷嘴33，具有为清洗核心发动机提供清洗液体的目的。将喷嘴33定位在风扇25 的上游的点上。图7显示了相对于发动机中心线400的喷嘴切角Y。相对于发动机中心线 400，切角Y优选地是大于20度，并且更优选地是大于25度而小于30度。喷嘴33使清洗 液体雾化形成喷射34。引导来自喷嘴33的喷射，以允许液体在叶片之间以从前缘41朝向 尾缘42的方向穿过风扇。喷嘴33形成椭圆形或者长方形喷射样式。围绕喷嘴轴线确定喷 嘴33的位置，从而在喷射样式的一侧以流线71而在相对的喷射样式侧以流线72限制厚度 方向的喷射样式的轴线。相对于轴中心线400，确定喷嘴33的位置，以使液体能够在风扇叶 片之间通过。在进口 23处，穿过风扇的液体进到核心发动机内。 虽然为了说明及举例的目的已经在这里显示并且描述了特殊的实施例，但是在不 偏离本发明的范围的情况下，所显示并描述的特殊的实施例可以替代为很多种可供选择的 和/或者等价的实现，这是本领域中的那些普通的技术人员所理解的。本申请旨在覆盖在 这里讨论的优选实施例的任何改造或变化。因此，以附加的权利要求书的措词及其等价物 限定了本发明。
权利要求
用于清洁燃气涡轮发动机的装置，所述发动机包括至少一个发动机轴，可转动地布置在所述轴上的风扇及核心发动机，该风扇包括多个安装在毂上并且大致以径向方向延伸的风扇叶片，每个所述风扇叶片具有压力侧及吸力侧，该核心发动机包括压缩机单元及用于驱动所述压缩机单元及所述风扇的涡轮，所述装置包括一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴被布置成使得清洁液体在所述发动机的空气进口中的气流中雾化，其中，所述一个或多个喷嘴包括以下喷嘴中的至少一个第一喷嘴，其被布置在相对于所述发动机的中心线的一个位置处，并且被布置成使得从所述第一喷嘴发射的所述清洁液体被控制在一个方向，从而使得所发射的所述清洁液体的实质部分在所述压力侧上冲击所述叶片的表面，并且使得所发射的所述清洁液体的有限部分在所述吸力侧上冲击所述叶片的表面或者在叶片之间通过；第二喷嘴，其被布置在相对于所述发动机的所述中心线的一个位置处，并且被布置成使得从所述第二喷嘴发射的所述清洁液体被控制在一个方向，从而使得所发射的所述清洁液体的实质部分在所述吸力侧上冲击所述叶片的表面，并且使得所发射的所述清洁液体的有限部分在所述压力侧上冲击所述叶片的表面或者在叶片之间通过；或者第三喷嘴，其被布置在相对于所述发动机的所述中心线的一个位置处，并且被布置成使得从所述第三喷嘴发射的所述清洁液体被控制在一个方向，从而使得所发射的所述清洁液体的实质部分在所述叶片之间通过并进入所述核心发动机的进口，并且使得所发射的所述清洁液体的有限部分冲击所述叶片的表面。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一个或多个喷嘴包括所述第一喷嘴、 所述第二喷嘴及所述第三喷嘴的每个。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，在一侧以导流板而在相对侧以在所述毂上的点 限制所述核心发动机的所述进口 ，其特征在于，布置所述第三喷嘴从而使从所述第三喷嘴 发射的清洁液体形成喷射，在所述进口处，该喷射具有沿着轴线的宽度，所述轴线大致平行 于所述风扇的所述叶片的径向延伸，所述宽度大致等于在所述导流板和在所述毂上的所述 点之间的距离。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一喷嘴及所述第二喷嘴被布置成 使得从所述第一喷嘴及所述第二喷嘴发射的所述清洁液体各自形成喷射，在冲击到叶片的 时候，该喷射(32)具有沿着轴线的宽度，所述轴线大致平行于所述风扇的所述叶片的径向 延伸，所述宽度大致等于所述叶片的前缘的长度。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，以相对于所述发动机的所述中心线的第 一切角(X)布置所述第一喷嘴，和/或以相对于所述发动机的所述中心线的第二切角(Z) 布置所述第二喷嘴，和/或以相对于所述发动机的所述中心线的第三切角(Y)布置所述第 三喷嘴。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一切角(X)大于40度。
7. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一切角(X)大于60度而小于80度。
8. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二切角(Z)大于-20度而小于20度。
9. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二切角(Z)大致为0度。
10. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三切角(Y)大于20度。
11. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三切角(Y)大于25度而小于30度。
12. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，将所述第一喷嘴、所述第二喷嘴及所 述第三喷嘴的每个布置在这样的点上，即，该点在轴方向上在所述风扇的前缘的上游大于 100mm处。
13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，将所述第一喷嘴、所述第二喷嘴及所 述第三喷嘴的每个布置在这样的点上，即，该点在轴方向上在所述风扇的前缘的上游大于 500mm而小于1000mm处。
14. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，将所述第一喷嘴、所述第二喷嘴及所述 第三喷嘴的每个布置在径向方向上的这样的位置，即，在小于风扇的直径而大于所述风扇 的所述毂的直径的点上。
15. 用于清洁燃气涡轮发动机的方法，所述发动机包括至少一个发动机轴，可转动地布 置在第一轴上的风扇及核心发动机，所述风扇包括多个安装在毂上并且大致以径向方向延 伸的风扇叶片，每个所述风扇叶片具有压力侧及吸力侧，所述核心发动机包括压縮机单元 及用于驱动所述压縮机单元及所述风扇的涡轮，所述方法包括以下步骤提供一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴被布置成使得清洁液体在所述发动机的空 气进口中的气流中雾化；应用清洁液体，该清洁液体从下述喷嘴中的至少一个发射第一喷嘴，其被布置成使得从所述第一喷嘴发射的所述清洁液体被控制使得所发射的 所述清洁液体的实质部分在所述压力侧上冲击所述叶片的表面，并且使得所发射的所述清 洁液体的有限部分在所述吸力侧上冲击所述叶片的表面或者在叶片之间通过；第二喷嘴，其被布置成使得从所述第二喷嘴发射的所述清洁液体被控制使得所发射的 所述清洁液体的实质部分在所述吸力侧上冲击所述叶片的表面，并且使得所发射的所述清 洁液体的有限部分在所述压力侧上冲击所述叶片的表面或者在叶片之间通过；或者第三喷嘴，其被布置成使得从所述第三喷嘴发射的所述清洁液体被控制使得所发射的 所述清洁液体的实质部分在所述叶片之间冲击所述叶片的表面并进入所述核心发动机的 进口，并且使得所发射的所述清洁液体的有限部分冲击所述叶片的表面。
16. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述应用清洁液体的步骤包括应用从 所述第一喷嘴、所述第二喷嘴及所述第三喷嘴的每个发射的清洁液体。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中，在一侧以导流板而在相对侧以在所述毂上的 点限制所述核心发动机的所述进口 ，其特征在于，进一步包括以下步骤形成从所述第三喷嘴发射的清洁液体的喷射，在所述进口处，该喷射具有沿着轴线的 宽度，所述轴线大致平行于所述风扇的叶片的径向延伸，所述宽度大致等于在所述导流板 和在所述毂上的所述点之间的距离。
18. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤 各自形成从所述第一喷嘴及所述第二喷嘴发射的所述清洁液体的喷射，在冲击到所述前缘的时候，该喷射(32)具有沿着轴线的宽度，所述轴线大致平行于所述风扇的叶片的径 向延伸，所述宽度大致等于叶片的前缘的长度。
19. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤以相对于所述发动机的所述中心线的第一切角(x)引导从所述第一喷嘴发射的清洁 液体，禾口 /或以相对于所述发动机的所述中心线的第二切角(Z)引导从所述第二喷嘴发射的清洁 液体，禾口 /或以相对于所述发动机的所述中心线的第三切角(Y)引导从所述第三喷嘴发射的清洁 液体。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一切角(X)大于40度。
21. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第一切角(X)大于60度而小于80度。
22. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二切角(Z)大于-20度而小于 20度。
23. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第二切角(Z)大致为0度。
24. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三切角(Y)大于20度。
25. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述第三切角(Y)大于25度而小于30度。
26. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤将所述第一喷 嘴、所述第二喷嘴及所述第三喷嘴的每个布置在这样的点上，即，该点在轴方向上在所述风 扇的前缘的上游大于100mm处。
27. 根据权利要求26所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤将所述第一喷 嘴、所述第二喷嘴及所述第三喷嘴的每个布置在这样的点上，即，该点在轴方向上在所述风 扇的前缘的上游大于500mm而小于1000mm处。
28. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤将所述第一喷 嘴、所述第二喷嘴及所述第三喷嘴的每个布置在径向方向上的这样的位置，即，在小于所述 风扇的直径而大于所述风扇的所述毂的直径的点上。
29. 用于清洁燃气涡轮发动机的装置，所述发动机包括至少一个发动机轴，可转动地布 置在第一轴上的风扇及核心发动机，所述风扇包括多个安装在毂上并且大致以径向方向延 伸的风扇叶片，其中，所述叶片的每个包括压力侧及吸力侧的，所述核心发动机包括压縮机 单元及用于驱动所述压縮机单元及所述风扇的涡轮，所述装置包括一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴被布置成使得清洁液体在所述发动机的空气进 口中的气流中雾化，其中，所述一个或多个喷嘴包括以下喷嘴中的至少一个第一喷嘴，其位于横向于所述发动机的中心线的一个位置处，使得从所述第一喷嘴发 射的所述清洁液体以相对于中心线的第一角度喷射，其喷射方向使得所发射的所述清洁液 体的实质部分在所述压力侧上冲击所述叶片的表面，并且使得所发射的所述清洁液体的有 限部分在所述吸力侧上冲击所述叶片的表面或者在叶片之间通过；第二喷嘴，其位于横向于所述发动机的所述中心线的一个位置处，使得从所述第二喷 嘴发射的所述清洁液体以相对于中心线的不同于第一角度的第二角度喷射，其喷射方向使 得所发射的所述清洁液体的实质部分在所述吸力侧上冲击所述叶片的表面，并且使得所发 射的所述清洁液体的有限部分在所述压力侧上冲击所述叶片的表面或者在叶片之间通过；或者第三喷嘴，其位于横向于所述发动机的所述中心线的一个位置处，使得从所述第三喷 嘴发射的所述清洁液体以相对于中心线的既不同于第一角度也不同于第二角度的第三角 度喷射，其喷射方向使得所发射的所述清洁液体的实质部分大致在所述叶片之间通过并且 进入所述核心发动机的进口，并且使得所发射的所述清洁液体的有限部分冲击所述叶片的 表面。
30. 根据权利要求29所述的装置，其特征在于，所述一个或多个喷嘴包括所述第一喷 嘴、所述第二喷嘴及所述第三喷嘴的每个。
31. 根据权利要求29所述的装置，其特征在于，在一侧以导流板而在另一侧以在所述 毂上的点限制所述核心发动机的所述进口，其中，所述第三喷嘴被布置成使得从所述第三 喷嘴发射的清洁液体形成喷射，在所述进口处，该喷射具有沿着轴线的宽度，所述轴线大致 平行于所述风扇的叶片的径向延伸，所述宽度大致等于在所述导流板和在所述毂上的所述 点之间的距离。
32. 根据权利要求29所述的装置，其特征在于，进一步包括两个或更多个喷嘴，所述两个或更多个喷嘴被布置成使清洁液体在所述发动机的空气 进口中的气流中雾化，其中，所述两个或更多个喷嘴包括所述第一喷嘴、所述第二喷嘴或所 述第三喷嘴中的至少两个。
33. 用于清洁燃气涡轮发动机的装置，所述发动机包括至少一个发动机轴，可转动地布 置在第一轴上的风扇及核心发动机，所述风扇包括多个安装在毂上并且大致以径向方向延 伸的风扇叶片，其中，所述叶片的每个包括压力侧及吸力侧的，所述核心发动机包括压縮机 单元及用于驱动所述压縮机单元及所述风扇的涡轮，所述装置包括至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴被布置成使得清洁液体在所述核心发动机的空气进 口中的气流中雾化，所述喷嘴位于相对于所述发动机的中心线的一个位置处，使得从所述 至少一个喷嘴发射的所述清洁液体的至少实质部分大致在所述叶片之间通过并且进入所 述核心发动机的所述进口。
34. 根据权利要求33所述的装置，其特征在于，以相对于所述发动机的所述中心线的 切角(Y)布置所述喷嘴。
35. 根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述切角(Y)大于20度。
36. 根据权利要求34所述的装置，其特征在于，所述切角(Y)大于25度而小于30度。
37. 根据权利要求33所述的装置，其特征在于，所述喷嘴位于径向方向上的这样的位 置，即，在小于所述风扇的直径而大于所述风扇的所述毂的直径的点上。
38. 用于清洁燃气涡轮发动机的方法，所述发动机包括至少一个发动机轴，可转动地布 置在第一轴上的风扇及核心发动机，所述风扇包括多个安装在毂上并且大致以径向方向延 伸的风扇叶片，每个所述风扇叶片具有压力侧及吸力侧，所述核心发动机包括压縮机单元 及用于驱动所述压縮机单元及所述风扇的涡轮，所述方法包括以下步骤提供一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴被布置成使得清洁液体在所述核心发动机 的进口中的气流中雾化；以及引导从所述一个或多个喷嘴发射的清洁液体，使得从所述至少一个喷嘴发射的所述清 洁液体的至少实质部分大致在所述叶片之间通过并且进入所述核心发动机的所述进口。
39. 根据权利要求38所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤 以相对于所述发动机的所述中心线的切角(Y)引导从所述喷嘴发射的所述清洁液体。
40. 根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述切角(Y)大于20度。
41. 根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述切角(Y)大于25度而小于30度。
42. 根据权利要求38所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤 将所述喷嘴布置在径向方向上的这样的位置，即，在小于所述风扇的直径而大于所述风扇的所述毂的直径的点上。
全文摘要
用于清洁燃气涡轮发动机(2)并且特别用于清洁涡轮风扇类型的发动机的装置。本发明还涉及用于清洁这样的发动机的方法。装置包括多个喷嘴(31、33、35)，布置该喷嘴(31、33、35)以在发动机(2)的风扇(25)的上游在发动机(2)的空气进口(20)处使在气流中的清洁液体雾化。根据本发明，将第一喷嘴(31)布置在某个位置，从而使从第一喷嘴(31)发射的清洁液体大致在压力侧(53)上冲击叶片(40)的表面；将第二喷嘴(35)布置在某个位置，从而使从第二喷嘴(35)发射的清洁液体大致在吸力侧(54)上冲击叶片(40)的表面；并且将第三喷嘴(33)布置在某个位置，从而使从第三喷嘴(33)发射的清洁液体大致在叶片(40)之间通过并且进入核心发动机(203)的进口(23)。由此，能够以有效的方式去除在风扇上及在涡轮风扇发动机的核心发动机压缩机内发现的不同类型的污垢。
文档编号F02C7/20GK101776010SQ20091026374
公开日2010年7月14日 申请日期2004年2月16日 优先权日2004年2月16日
发明者C·-J·耶普, P·阿斯普伦德 申请人:燃气涡轮效率股份有限公司