WO2015079029A1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung eines strahltriebwerks - Google Patents

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WO2015079029A1
WO2015079029A1 PCT/EP2014/075969 EP2014075969W WO2015079029A1 WO 2015079029 A1 WO2015079029 A1 WO 2015079029A1 EP 2014075969 W EP2014075969 W EP 2014075969W WO 2015079029 A1 WO2015079029 A1 WO 2015079029A1
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WO
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cleaning
jet engine
nozzles
engine
nozzle
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Application number
PCT/EP2014/075969
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger Appel
Sebastian Giljohann
Original Assignee
Lufthansa Technik Ag
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Application filed by Lufthansa Technik Ag filed Critical Lufthansa Technik Ag
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/002—Cleaning of turbomachines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a device, an arrangement and a method for cleaning an aircraft jet engine.
  • Aircraft jet engines have one or more compressor ⁇ stages, a combustion chamber, and one or more Turbinenstu ⁇ fen. In the turbine stages, the hot combustion gases from the combustion chamber release some of their thermal and mechanical energy, which is used to drive the compressor stages. Jet engines of commercial strigflug ⁇ witness today have largely predominantly a so-called turbofan, which is located upstream of the compressor stages and usually has a significantly larger diameter than the compressor stages. The turbofan is also driven by the turbine stages and allows a considerable portion of the air flowing through the engine as a so-called secondary air flow past the compressor stages, the combustion chamber and the turbine stages. By such a side stream, the efficiency of an engine can be significantly increased and also provided for improved noise reduction of the engine.
  • Contamination of an aircraft jet engine can lead to a reduction in efficiency, resulting in increased fuel consumption and thus increased environmental impact.
  • the pollution can be caused for example by insects, dust, salt spray or other environmental pollution.
  • Parts of the engine can also be replaced by combustion residues of the combustion chamber are contaminated. These contaminants form a coating on the air-flowed parts of an aircraft engine and affect the surface quality. This affects the thermodynamic efficiency of the engine. In this case, in particular, the blades in the compressor stages are mentioned whose pollution has a significant impact on the efficiency of the entire engine.
  • coal dust is because as the water introduced at ⁇ through nozzles into the engine and carries contaminants from surfaces due to the abrasive effects.
  • a cleaning ⁇ transfer medium such as coal dust is not suitable for regular Rei ⁇ nist of aircraft engines.
  • WO 2009/132847 A1 discloses an apparatus and method for cleaning jet engines using solid carbon dioxide as a cleaning agent.
  • the invention has for its object to provide a device, an arrangement and a method that allow improved cleaning of aircraft engines.
  • the invention relates to an apparatus for cleaning a jet engine with a supply device, which provides a cleaning medium, a nozzle device, which is designed for introducing the cleaning medium into the jet engine, and a line connection between the supply device and the nozzle device, wherein the cleaning medium is a mixture consists of solid carbon dioxide and water ice or preferably consists thereof.
  • the mixture is preferably introduced into the jet engine with a carrier gas, preferably air.
  • the invention further relates to an arrangement of a
  • Jet engine and a device according to the invention for carrying out a cleaning of the jet engine suitable device wherein the suitable for carrying out the cleaning of the jet engine Vor ⁇ direction upstream of the turbofan or the compressor stages is arranged so that the nozzles of the device are directed to the turbo ⁇ oran the compressor stages ,
  • the invention further relates to a method for cleaning a jet engine with a cleaning agent, wherein as a a mixture of solid carbon dioxide and water ⁇ ice is used.
  • the solid carbon dioxide may preferably be provided in the supply device in the form of pellets which are sprayed from the nozzle device by means of a carrier gas.
  • Pel ⁇ lets can in a so-called.
  • Pelletizer of liquid CO 2 Herge ⁇ represents be and are well storable. It can be provided that the supply device already conveys prefabricated pel ⁇ lets with the aid of a carrier gas to the nozzle device. But it is also possible that the supply device has a device to form Kohlendi ⁇ oxide pellets from liquid carbon dioxide, and these conveyed with a carrier gas to the nozzle ⁇ device. In both cases, the solid carbon dioxide exits the nozzles of the nozzle device and enters the engine to be cleaned.
  • the solid carbon dioxide is mixed with water ⁇ ice (hereinafter also referred to as ice), also the preference ⁇ example in the form of pellets or as crushed ice (crushed ice) is present.
  • Solid carbon dioxide and ice can be stored separately in the device and mixed immediately before application or mixed immediately after preparation and stored as a mixture. When storing the mixture, the solid carbon dioxide prevents unwanted tarnishing and possibly clumping of the water ice.
  • the present invention in the mixture to ice ⁇ compound has a higher hardness and durability as a solid carbon dioxide. Thereby, it improves on the one hand to me ⁇ chanical cleaning effect by the kinetic energy of the impact, and secondly in a position to penetrate the compressor in total up to the rear stages, and even there yet as compared with the use of only solid carbon dioxide increased cleaning effect to unfold.
  • the mixture used in the invention causes, on the one ⁇ far as possible complete and uniform cleaning of all stages of the compressor and transmits to the other, only comparatively small amounts of water into the engine.
  • This water is registered according to the invention usually by the inserted carrier ⁇ gas (preferably air) and through which, in dry-Cranking by For the most part, the engine's stream of airflow is removed from the engine.
  • the cleaning medium preferably comprises solid carbon dioxide and ice mixed in a mass ratio of 5: 1 to 1: 5, preferably 1: 2 to 2: 1, more preferably about 1: 1.
  • the average size of the pellets used is preferably in the range 1 to 10 mm or 1 to 6 mm, preferably it may be about 3 mm. If elongated pellets are used, their length may be, for example, 3 to 6 mm, the dimension transverse to the longitudinal extent, for example, about 3 mm.
  • the supply means provides the cleaning medium available (e.g., in one or more tanks) and may be provided with operating and drive devices, pumps, Energyspei ⁇ manuals or the like. It is preferably designed as a mobile, in particular mobile unit.
  • the nozzle device has one or more nozzles for the cleaning medium.
  • the nozzle device can either be placed separately from the engine or attached to the engine or its components.
  • the supply device and the nozzle device are connected to one another via a line connection.
  • This line connection is in particular the supply of the (preferably under pressure and optionally cooled) cleaning medium to the nozzles of Düsenein ⁇ direction.
  • the line connection is preferably flexible and may in particular have a possibly pressure-resistant hose.
  • the curvatures present in the lines are preferably designed such that solid carbon dioxide and water ice can follow the flow unhindered and do not sublimate or deposit on the tube walls due to excessively narrow radii of curvature.
  • the nozzle device of the apparatus according to the invention can be positioned upstream of a turbofan or the compression stages of an engine that the access to the nozzle from passing ⁇ pellets or particles into the engine.
  • the momentum which the pellets have after emerging from the nozzles may be sufficient.
  • the jet engine moves in the dry-cranking operation, and promotes the resulting draft through the engine distribution. Rotating the engine in the dry-cranking can also ensure that all parts of the compressor are flowed around by the cleaning medium. Thus, a comprehensive cleaning can be ensured.
  • the nozzle device can be formed by aligning the nozzles so that the cleaning medium is introduced particularly in the Kompres ⁇ sorschen. Dirt in the components mentioned have great effects on the efficiency of the entire engine. Therefore, thorough cleaning especially of these engine components is important.
  • the nozzle device has one or more nozzles. It is particularly preferred if the nozzle device has at least two nozzles. As a result, the sprayed area can be increased and the entire surface of the turbofan or the compressor stages can be swept over.
  • the nozzle device has means for the rotationally fixed connection with the shaft of the turbo fan and / or the compressor stages of the jet engine and a rotary coupling ⁇ between the nozzle device and the line connection is provided. Due to the non-rotatable connection with the shaft, the nozzle device during dry-cranking, ie during slow engine spin without injection of kerosene, co-rotate. In particular, in the preferred use of flat jet nozzles can be ensured so that the cleaning ⁇ medium is evenly distributed throughout the engine.
  • the nozzles are preferably designed as flat jet nozzles. It is preferred when the beam plane of the nozzle has in the region of their From ⁇ opening substantially in the radial direction of the jet engine, that is, it is spanned by two axes of de ⁇ NEN has a radial direction. In this way, the
  • Flat jet particularly effectively cover the entire surface of the compressor stages during dry-cranking.
  • flat jet nozzles used in accordance with the invention may have an opening angle of 1 °.
  • Other nozzle types such as, for example, round jet nozzles may also be used.
  • the beam plane includes a Anstellwin ⁇ angle with the axis of rotation. This means that the
  • Beam direction is not parallel to the axis of rotation, but with this axis forms an angle.
  • the beam direction is at this angle from the axial direction. It is preferred if this angle depends on the setting angle of the turbo fan or the front compressor stage. In the front compressor stage is usually a non-Rotie ⁇ -saving stator stage at an appropriate adjustment of
  • Beam angle to the setting angle of the flat beam part ⁇ can be crossed, so that it comes to a more effective cleaning of the underlying compressor stages.
  • rotary coupling between the nozzle device and the line connection is to be understood as meaning any device which is suitable for producing a sufficiently stable, preferably pressure-resistant and liquid-tight connection between the stationary part of the line connection and the rotatable with the fan nozzle device is suitable.
  • the purpose of the rotary joint is to direct the cleaning medium from the stationary supply device into the co-rotating nozzle device and then to let it out of the nozzles.
  • the nozzle device is attached to the turbo fan so that their nozzles point between the blades of the turbo fan.
  • a targeted cleaning of the compressor stages is achieved.
  • the cleaning medium is not affected by the turbofan arranged upstream in the flow direction and the spray direction of the cleaning medium can be adapted to the angle of attack of the blades of the first compressor stage.
  • a substantial part of the cleaning medium strikes the blades of the turbofan and therefore can not, or at least not directly contribute to cleaning of the Kompres ⁇ sorcompleten.
  • the preferred embodiment is based on the finding that the targeted cleaning of the compressor ⁇ stages is essential for the desired improvement in the thermodynamic efficiency of the entire engine.
  • a possible ⁇ SHORT- desired additional cleaning of the turbofan can thereby be achieved with the cleaning medium for example by a manual cleaning, or by separately spraying the turbofan.
  • the mass distribution of the nozzle device is preferably rotationally symmetrical about its axis of rotation. In this way, no significant additional imbalance is introduced during co-rotation of the nozzle device.
  • the rotary coupling is located for this purpose be ⁇ vorzugt substantially centered on the axis of rotation of the device according to the invention in the assembled state.
  • the nozzle device at least two or more nozzles, which are preferably distributed rotationally symmetrically about the axis of rotation.
  • the outlet opening of the nozzles is preferably arranged in the direction away from the rotary coupling end portion of the nozzle device.
  • the rotary coupling is preferably located in the front Be ⁇ reaching the nozzle means, ie in the area that, in the assembled condition upstream, away from the inlet of
  • Jet engine points.
  • the outlet opening of the nozzles is provided the corresponding ⁇ thereof in seminal axial end region of the nozzle device, thus in the mounted state in the downstream end portion.
  • This arrangement makes it possible to fit the nozzles during assembly on the shaft of the fan of a turbofan engine either through the interstices of the blades, so that they are located immediately in front of the first compressor stage, or at least targeted so judge ⁇ that they pass through spray the clearances of the blades of the turbo fan directly to the first compressor stage.
  • the means for non-rotatable connection to the shaft of the turbofan turbofan preferably includes attachment means for attachment to the turbine blade vanes, such as suitably formed hooks for hooking the nozzle means to the trailing edges (the downstream edges) of the blades of the turbofan.
  • the nozzle means may comprise for non-rotatable fixing to the shaft of the turbofan means for substantially formschlüssi ⁇ gene placement on the shaft hub of the fan.
  • Turbofan engines have ie normally on the upstream ge ⁇ superior end of the shaft of the turbofan a conically curved hub, which is intended to improve the flow behavior of the air.
  • the appropriate means for non-rotatable connection can be placed.
  • “Substantially positive” means in this context, that the shape of the shaft hub is used for the intended positioning of the nozzle device and for fixing in the desired position. It does not mean that the entire surface of the shaft hub must be positively enclosed.
  • the device may have one or more ring parts, with which it can be placed on the shaft hub. In a plurality of ring parts, these have a different diameter, which is adapted to the diameter of the shaft hub in the corresponding areas. For example, two axially spaced rings under defenceli ⁇ chen diameter can be provided, with which the nozzle device is positioned and centered on the shaft hub.
  • Tensioning cables can preferably be provided for further fixing.
  • the nozzle device can be centered by means of the ring parts on the shaft hub of the fan and then clamped with tension cables which are fixed to the trailing edge of the turbofan blades.
  • Federein ⁇ directions for biasing the tension cables may be provided so that the nozzle device is pressed with a defined force to the shaft hub.
  • the tensioning cables are preferably fastened (for example by means of hooks) to the turbofan blades, preferably at the rear edge thereof.
  • the supply device for the cleaning medium preferably has at least one storage tank for the cleaning medium or its components and at least one pump for Druckbe ⁇ aufschlagung the nozzle device with the cleaning medium.
  • a carrier gas more preferably air, a ⁇ is set.
  • the carrier gas can be pretreated, for example it can be dried so that it absorbs the largest possible proportion of the water introduced into the engine and can dissipate. It can be provided that cool carrier gas, so that the ice pellets and carbon dioxide pellets in the carrier gas stream ⁇ are as resistant as possible.
  • the carrier gas stream it is also possible to heat the carrier gas stream, for example to about 80 ° C. This seems paradoxical, since it reduces the resistant ⁇ ness of the pellets.
  • the invention has recognized that the warm carrier gas stream supplies thermal energy to the engine interior which compensates for the cooling by the cleaning medium. This prevents that by excessive cooling, the solid carbon dioxide can only develop an insufficient cleaning effect (due to the low temperature difference). It can also be prevented so that freezing in the engine interior remaining water. Since the carrier gas only acts on the cold pellets over a very short period of time before they can unfold their cleaning effect, the influence of the heated carrier gas on the pellets is not or barely significant.
  • the pressure of the carrier gas used is preferably 1 to 5 bar, more preferably 2 to 4 bar, more preferably about 3 bar.
  • the device is designed such that the process parameters described below can be set.
  • the invention further relates to an arrangement of a jet engine and to perform a cleaning of the
  • Jet engine suitable device as described above ben ⁇ .
  • the arrangement is characterized in that the device suitable for ⁇ Before taking the cleaning of the jet engine device is disposed such that its nozzles are directed to the inlet of the jet ⁇ engine.
  • the nozzle device is rotatably connected to the shaft of the fan of the jet engine, the rotation ⁇ axes of the fan of the jet engine and the nozzle device are arranged substantially concentric, the nozzles of the nozzle means a radial distance from the common axis of rotation of the jet engine and the Have device that is preferably ⁇ smaller than or equal to the radius of the first compressor stage and the outlet openings of the nozzles arranged in the axial direction behind the plane of the turbofan and / or arranged the nozzles in the interstices of the turbofan blades and / or spaces of the turbofan blades are aligned so that the jets can pass through the plane of the turbofan substantially unhindered.
  • the setting angle of the jet planes of the nozzles with the axis of rotation is adapted to the setting angle of the front in the flow ⁇ direction of the engine compressor blades. In this way, the cleaning effect is improved in the rear compressor stages.
  • the invention further provides a method for cleaning of a jet engine with a cleaning agent that contains Mi ⁇ research of solid carbon dioxide and water ice.
  • the method preferably has the following steps: a) attachment of the nozzle device, so that the outlet opening of the nozzles are directed onto the inlet of the jet engine;
  • the nozzle device is attached to the hub of the fan of the jet engine, so that the outlet openings of the nozzles are ge ⁇ towards the first compressor stage.
  • the dry-cranking or rotation of the jet engine during the cleaning process is preferably carried out with a fan speed (fan speed) of 50 to 500 min -1 , preferably 100 to 300 min -1 , more preferably 120 to 250 min -1 . Particularly preferred is a fan speed between 150 and 250 min -1 . Cleaning may also salfin idle operation of the engine ⁇ .
  • the fan speed is then preferably 500 to 1500 min -1 .
  • the cleaning medium with a mass flow of 350 to 2000 kg / h, more preferably 400 to 2000 kg / h, more preferably 350 to 1500 kg / h, more preferably 400 to 1500 kg / h, further preferably 350 to 1200 kg / h , more preferably introduced 400 to 1200 kg / h.
  • the duration of the cleaning process is preferably 1 to 15 minutes, more preferably 2 to 10 minutes, more preferably 3 to 7 minutes.
  • 6 to 200 kg preferably 35 to 200 kg, more preferably 40 to 200 kg, more preferably 40 to 120 kg of cleaning medium are introduced into the engine.
  • Fig. 1 is a first view of a nozzle device according to the invention
  • Fig. 2 is a second view of a nozzle device according to the invention.
  • the nozzle device has two ring elements 101, 102, with the aid of which the nozzle device is placed on a shaft hub of the turbofan ⁇ ans of a jet engine.
  • the ring members 101 enclose the shaft hub 102 in substantially form-fitting manner.
  • the two ring elements 101, 102 are connected to each other by radial struts 104.
  • a generally designated 105 rotary coupling ⁇ is arranged, which has an inlet 110.
  • the swivel coupling 105 can alternatively be formed separately from the junction with the pressure ports 106 and, for example, by a short hose piece ⁇ be connected to it, helps to compensate for the assembly its flexibility possible center distance ⁇ deviations.
  • two axially downstream leading pressure ports 106 extend to the pressure ports 106, two pressure ⁇ hoses are connected 108 (in Figure is only one pressure tube 108 shown for clarity. 1), whose respective other end connected to the input of the flat jet nozzles 107 is connected.
  • the length and flexibility of these pressure hoses 108 is dimensioned so that they are in the assembled state, the Krüm ⁇ ments are designed so that they allow a trouble-free Förde ⁇ tion of the jet medium. Due to the large curvature radii ⁇ water ice and carbon dioxide pellets can be transported from the input of the rotary coupling 105 to the nozzle outlet 109 of the flat jet nozzles 107 friction.
  • the two Flachstrahldü ⁇ sen 107 are fed with cleaning medium.
  • the axial distance of the rotary coupling 105 from the outlet openings 109 of the nozzles 107 is in the exemplary embodiment about 1.2 m. This distance is sufficient that the pressure hoses 108 can connect the inlets of the nozzles 107 without excessive curvatures of these pressure hoses 108 with the outlets 106 of the rotary joint 105.
  • the radial distance of the nozzle outlet 109 from the axis of rotation is about 270 mm in the exemplary embodiment. It is designed to clean a CF6-50 engine.
  • the main exit direction of the nozzles 107 (this essentially corresponds to their longitudinal axis) encloses an angle of 18 ° with the axis of rotation of the nozzle device.
  • the nozzle device To clean a jet engine, the nozzle device is placed on the shaft hub of the turbo fan and fixed to the blades of the turbo fan. The engine is rotated (dry-cranking). About the rotary joint 105 and the pressure hoses 108, the flat jet nozzles 107 are fed with cleaning medium (mixture of solid carbon dioxide and water ice) from a supply device, not shown. This cleaning medium covers the inlet of the first compressor stage over its entire circumference and thus performs the cleaning.
  • cleaning medium mixture of solid carbon dioxide and water ice

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Reinigen eines Strahltriebwerks, mit einer Versorgungseinrichtung, die Reinigungsmedium zur Verfügung stellt, einer Düseneinrichtung, die zum Einbringen des Reinigungsmediums in das Triebwerk ausgebildet ist, und mit einer Leitungsverbindung zwischen der Versorgungseinrichtung und der Düseneinrichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Reinigungsmedium eine Mischung aus festem Kohlendioxid und Wassereis ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einer solchen Vorrichtung und einem Strahltriebwerk sowie ein Verfahren zum Reinigen eines Strahltriebwerks unter Verwendung einer Mischung von festem Kohlendioxid und Wassereis.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung eines Strahltriebwerks
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine Anordnung sowie ein Verfahren zum Reinigen eines Flugzeugstrahltriebwerks.
Flugzeugstrahltriebwerke besitzen eine oder mehrere Kompressor¬ stufen, eine Brennkammer, sowie eine oder mehrere Turbinenstu¬ fen. In den Turbinenstufen geben die aus der Brennkammer stammenden heißen Verbrennungsgase einen Teil ihrer thermischen und mechanischen Energie ab, die zum Antrieb der Kompressorstufen genutzt wird. Strahltriebwerke von kommerziellen Verkehrsflug¬ zeugen weisen heute weit überwiegend einen sogenannten Turbofan auf, der stromaufwärts von den Kompressorstufen angeordnet ist und in der Regel einen erheblich größeren Durchmesser als die Kompressorstufen aufweist. Der Turbofan wird ebenfalls durch die Turbinenstufen angetrieben und lässt einen erheblichen Teil der das Triebwerk insgesamt durchströmenden Luft als sogenannten Ne- benluftstrom an den Kompressorstufen, der Brennkammer und den Turbinenstufen vorbeiströmen. Durch einen solchen Nebenstrom kann der Wirkungsgrad eines Triebwerks erheblich gesteigert und außerdem noch für eine verbesserte Geräuschdämmung des Triebwerks gesorgt werden.
Eine Verschmutzung eines Flugzeugstrahltriebwerks kann zu einer Reduktion des Wirkungsgrades führen, was einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und damit eine erhöhte Umweltbelastung zur Folge hat. Die Verschmutzung kann beispielsweise durch Insekten, Staub, Salznebel oder sonstigen Umweltverunreinigungen hervorgerufen werden. Teile des Triebwerks können zusätzlich durch Ver- brennungsrückstände der Brennkammer kontaminiert werden. Diese Verunreinigungen bilden einen Belag auf den mit Luft durchströmten Teilen eines Flugzeugtriebwerks und beeinträchtigen die Oberflächengüte. Damit wird der thermodynamische Wirkungsgrad des Triebwerks beeinträchtigt. Hierbei sind insbesondere die Schaufeln in den Kompressorstufen zu nennen, deren Verschmutzung einen erheblichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des gesamten Triebwerks hat.
Zur Beseitigung von Verunreinigungen ist bekannt, ein Triebwerk mit einer Reinigungsflüssigkeit, in der Regel heißes Wasser, zu reinigen. Aus der WO 2005/120953 ist eine Anordnung bekannt, bei der eine Mehrzahl von Reinigungsdüsen stromaufwärts des Turbofans bzw. der Kompressorstufen angeordnet werden. Die Reinigungsflüssigkeit wird dann in das Triebwerk gesprüht. Das Triebwerk kann sich dabei im sogenannten Dry-Cranking, d.h. die Schaufeln des Triebwerks rotieren, ohne dass in der Brennkammer Kerosin verbrannt wird, drehen. Durch die in das Triebwerk eingebrachte Reinigungsflüssigkeit sollen Verschmutzungen von den Oberflächen der Triebwerkskomponenten abgewaschen werden.
Alternativ zur Verwendung von Wasser als Reinigungsmedium ist die Verwendung von Kohlenstaub bekannt. Der Kohlenstaub wird da¬ bei wie das Wasser durch Düsen in das Triebwerk eingebracht und trägt Verunreinigungen von Oberflächen aufgrund von abrasiven Effekten ab. Allerdings wird durch den Kohlenstaub auch die Oberfläche der Triebwerksteile angegriffen, weshalb ein Reini¬ gungsmedium wie Kohlenstaub sich nicht für die regelmäßige Rei¬ nigung von Flugzeugtriebwerken eignet. Außerdem bleiben beim Reinigen mit Kohlenstaub ungewünschte Reste des Reinigungsmate¬ rials im Triebwerk zurück. WO 2009/132847 AI offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Reinigen von Strahltriebwerken unter Verwendung von festem Kohlendioxid als Reinigungsmittel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, eine Anordnung und ein Verfahren zu schaffen, die eine verbesserte Reinigung von Flugzeugtriebwerken ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß dem An¬ spruch 1, eine Anordnung gemäß Anspruch 10 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Demnach betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Reinigen eines Strahltriebwerks mit einer Versorgungseinrichtung, die ein Reinigungsmedium zur Verfügung stellt, einer Düseneinrichtung, die zum Einbringen des Reinigungsmediums in das Strahltriebwerk ausgebildet ist, und einer Leitungsverbindung zwischen der Versorgungseinrichtung und der Düseneinrichtung, wobei das Reinigungsmedium eine Mischung aus festem Kohlendioxid und Wassereis aufweist bzw. vorzugsweise daraus besteht. Die Mischung wird vorzugsweise mit einem Trägergas, vorzugsweise Luft, in das Strahltriebwerk eingebracht.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung aus einem
Strahltriebwerk und einer erfindungsgemäßen zur Vornahme einer Reinigung des Strahltriebwerks geeignete Vorrichtung, wobei die zur Vornahme der Reinigung des Strahltriebwerks geeignete Vor¬ richtung stromaufwärts des Turbofans oder der Kompressorstufen so angeordnet ist, dass die Düsen der Vorrichtung auf den Turb¬ ofan oder die Kompressorstufen gerichtet sind.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Reinigen eines Strahltriebwerks mit einem Reinigungsmittel, wobei als Rei- nigungsmittel eine Mischung aus festem Kohlendioxid und Wasser¬ eis verwendet wird.
Das feste Kohlendioxid kann in der Versorgungseinrichtung bevorzugt in Form von Pellets bereitgestellt werden, die mit Hilfe eines Trägergases aus der Düseneinrichtung gesprüht werden. Pel¬ lets können in einem sog. Pelletiser aus flüssigem CO2 herge¬ stellt werden und sind gut lagerungsfähig. Es kann vorgesehen sein, dass die Versorgungseinrichtung bereits vorgefertigte Pel¬ lets mit Hilfe eines Trägergases zur Düseneinrichtung befördert. Es ist aber auch möglich, dass die Versorgungseinrichtung eine Vorrichtung aufweist, um aus flüssigem Kohlendioxid Kohlendi¬ oxidpellets zu formen, und diese mit einem Trägergas zur Düsen¬ einrichtung befördert. In beiden Fällen tritt das feste Kohlendioxid aus den Düsen der Düseneinrichtung aus und gelangt in das zu reinigende Triebwerk. Das feste Kohlendioxid wird mit Wasser¬ eis (nachfolgend auch als Eis bezeichnet) gemischt, das vorzugs¬ weise ebenfalls in Form von Pellets oder als zerkleinertes Eis (crushed ice) vorliegt. Festes Kohlendioxid und Eis können in der Vorrichtung getrennt gelagert und unmittelbar vor der Applikation gemischt oder unmittelbar nach der Herstellung vermischt und als Mischung gelagert werden. Bei der Lagerung der Mischung verhindert das feste Kohlendioxid unerwünschtes Antauen und ggf. Verklumpen des Wassereises.
In dem Dokument „Carbon Dioxide Blasting Operations" der US- Streitkräfte ist die Technik zur Herstellung von CO2- Pellets be¬ schrieben. Pellets werden bspw. durch eine Verdichtung von festem CO2 (bspw. Flocken) in einem Pelletiser oder dergleichen gewonnen. Die Herstellung von Eispellets bzw. crushed ice ist dem Fachmann geläufig und bedarf hier keiner näheren Erläuterung.
Grundsätzlich ist es zwar bereits bekannt (WO 2012/123098 AI), eine Mischung von Pellets aus Kohlendioxid und Eis als festes Strahlmittel zur Reinigung von Oberflächen vorzusehen. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass diese Mischung in besonders vorteilhafter Weise zur Reinigung von Strahltriebwerken eingesetzt werden kann. Die Erfindung hat erkannt, dass sich erfindungsgemäß eine wirkungsvolle Reinigung insbesondere der Kompressorstufen der so genannten Core Engine erreichen lässt. Ein übliches Strahltriebwerk weist mehrere Kompressor- oder Verdichterstufen auf. Beim Einsatz der erfindungsgemäß verwendeten Mischung kollidiert ein großer Teil der eingesetzten Pellets mit den Schaufeln der vorderen Stufen. Der größte Teil des festen Kohlendioxids sublimiert bereits in diesem vorderen Bereich des Kompressors und reinigt diesen zum einen durch die kinetische Energie der Kollision und durch thermische Effekte. Aufgrund der durch das Kohlendioxid induzierten Wärme-Kälte-Spannung werden Verunreinigungen von den Oberflächen der Triebwerksteile abgelöst. Es ist eine wesentliche Erkenntnis der Erfindung, dass durch die Sublimation bereits in den vorderen Kompressorstufen festes Kohlendioxid alleine die in Stromrichtung hinteren Kom¬ pressorstufen kaum noch erreicht und daher nicht oder nur unzureichend reinigen kann. Das erfindungsgemäß in der Mischung zu¬ gesetzte Eis weist eine höhere Härte und längere Haltbarkeit auf als festes Kohlendioxid. Dadurch verbessert es zum einen den me¬ chanischen Reinigungseffekt durch die kinetische Energie des Aufpralls und ist zum anderen in der Lage, den Kompressor insgesamt bis zu den hinteren Stufen zu durchdringen und auch dort noch eine im Vergleich zu der Verwendung von lediglich festem Kohlendioxid gesteigerte Reinigungswirkung zu entfalten. Die erfindungsgemäß eingesetzte Mischung bewirkt zum einen eine weit¬ gehend vollständige und gleichmäßige Reinigung aller Stufen des Kompressors und trägt zum anderen nur vergleichsweise geringe Mengen Wasser in das Triebwerk ein. Dieses eingetragene Wasser wird erfindungsgemäß in der Regel durch das eingesetzte Träger¬ gas (vorzugsweise Luft) bzw. durch den beim Dry-Cranking durch das Triebwerk strömenden Luftstrom größtenteils aus dem Triebwerk abtransportiert.
Das Reinigungsmedium weist bevorzugt festes Kohlendioxid und Eis gemischt im Massenverhältnis 5:1 bis 1:5, vorzugsweise 1:2 bis 2:1, weiter vorzugweise etwa 1:1 auf. Die mittlere Größe der verwendeten Pellets liegt bevorzugt im Bereich 1 bis 10 mm oder 1 bis 6 mm, bevorzugt kann sie etwa 3 mm betragen. Wenn längliche Pellets verwendet werden, kann deren Länge beispielsweise 3 bis 6 mm betragen, die Abmessung quer zur Längserstreckung beispielsweise etwa 3 mm.
Die Versorgungseinrichtung stellt das Reinigungsmedium zur Verfügung (beispielsweise in einem oder mehreren Tanks) und kann mit Bedienungs- und Antriebseinrichtungen, Pumpen, Energiespei¬ chern oder dergleichen versehen sein. Sie ist vorzugsweise als mobile, insbesondere fahrbare Einheit ausgebildet.
Die Düseneinrichtung weist eine oder mehrere Düsen für das Reinigungsmedium auf. Die Düseneinrichtung kann dabei entweder getrennt von dem Triebwerk aufgestellt werden oder aber am Triebwerk bzw. dessen Komponenten befestigt werden. Die Versorgungseinrichtung und die Düseneinrichtung sind über eine Leitungsverbindung miteinander verbunden. Diese Leitungsverbindung dient insbesondere der Zufuhr des (vorzugsweise unter Druck stehenden und ggf. gekühlten) Reinigungsmediums zu den Düsen der Düsenein¬ richtung. Die Leitungsverbindung ist bevorzugt flexibel und kann insbesondere einen ggf. druckfesten Schlauch aufweisen. Die in den Leitungen vorhandenen Krümmungen sind vorzugsweise so ausgebildet, dass festes Kohlendioxid und Wassereis der Strömung un¬ gehindert folgen können und nicht an den Rohrwandungen aufgrund zu enger Krümmungsradien sublimieren bzw. sich ablagern. Die Düseneinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann so stromaufwärts vor einem Turbofan bzw. den Verdichtungsstufen eines Triebwerks positioniert werden, dass die an den Düsen aus¬ tretenden Pellets bzw. Partikel in das Triebwerk gelangen. Dabei kann der Impuls, den die Pellets nach dem Austreten aus den Düsen aufweisen, ausreichend sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass sich das Strahltriebwerk im Dry-Cranking Betrieb bewegt, und der so entstehende Luftzug durch das Triebwerk die Verteilung fördert. Durch das Rotieren des Triebwerks im Dry- Cranking kann außerdem sichergestellt werden, dass alle Teile des Kompressors von dem Reinigungsmedium umströmt werden. Somit kann eine umfassende Reinigung gewährleistet werden.
Bei einem Triebwerk mit Nebenstrom, d.h. mit einem Turbofan, kann die Düseneinrichtung durch Ausrichtung der Düsen so ausgebildet sein, dass das Reinigungsmedium besonders in die Kompres¬ sorstufen eingebracht wird. Verschmutzungen in den genannten Bauteilen haben große Auswirkungen auf den Wirkungsgrad des gesamten Triebwerks. Daher ist eine gründliche Reinigung besonders dieser Triebwerkskomponenten wichtig.
Die Düseneinrichtung weist eine oder mehrere Düsen auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Düseneinrichtung wenigstens zwei Düsen aufweist. Dadurch kann die besprühte Fläche vergrößert werden und die gesamte Fläche des Turbofans bzw. der Kompressor¬ stufen kann überstrichen werden.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die Düseneinrichtung Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Turbofans und/oder der Kompressorstufen des Strahltriebwerks aufweist und eine Dreh¬ kupplung zwischen der Düseneinrichtung und der Leitungsverbindung vorgesehen ist. Durch die drehfeste Verbindung mit der Welle kann die Düseneinrichtung beim Dry-Cranking, d.h. beim langsamen Durchdrehen des Triebwerks ohne Einspritzung von Kerosin, mitrotieren. Insbesondere beim bevorzugten Einsatz von Flachstrahldüsen kann so sichergestellt werden, dass das Reinigungs¬ medium gleichmäßig im gesamten Triebwerk verteilt wird.
Um eine möglichst große Reinigungswirkung zu erzielen, sind die Düsen vorzugsweise als Flachstrahldüsen ausgeführt. Dabei ist bevorzugt, wenn die Strahlebene der Düsen im Bereich ihrer Aus¬ trittsöffnung im Wesentlichen in Radialrichtung des Strahltriebwerks weist, d.h. sie wird von zwei Achsen aufgespannt, von de¬ nen eine in Radialrichtung weist. Auf diese Weise kann der
Flachstrahl besonders wirksam die gesamte Fläche der Kompressorstufen beim Dry-Cranking überstreichen. Erfindungsgemäß eingesetzte Flachstrahldüsen können beispielsweise einen Öffnungswinkel von 1° aufweisen. Andere Düsenarten wie bspw. Rundstrahldüsen können ebenfalls verwendbar sein.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Strahlebene einen Anstellwin¬ kel mit der Drehachse einschließt. Dies bedeutet, dass die
Strahlrichtung nicht parallel zur Drehachse erfolgt, sondern mit dieser Achse einen Winkel einschließt. Die Strahlrichtung weist um diesen Winkel von der Axialrichtung ab. Bevorzugt ist es, wenn sich dieser Winkel nach dem Einstellwinkel des Turbofans oder der vorderen Kompressorstufe richtet. Bei der vorderen Kompressorstufe handelt es sich in der Regel um eine nicht rotie¬ rende Statorstufe, die bei einer passenden Einstellung des
Strahlwinkels zu deren Einstellwinkel von dem Flachstrahl teil¬ weise durchstrichen werden können, so dass es zu einer wirksameren Reinigung der dahinterliegenden Kompressorstufen kommt.
Der Begriff der Drehkupplung zwischen Düseneinrichtung und der Leitungsverbindung ist funktionell zu verstehen und bezeichnet jegliche Einrichtung, die sich zum Herstellen einer hinreichend stabilen, bevorzugt druckfesten und flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen dem stationärem Teil der Leitungsverbindung und der mit dem Fan mitrotierenden Düseneinrichtung eignet. Zweck der Drehkupplung ist es, das Reinigungsmedium aus der stationären Versorgungseinrichtung in die mitdrehende Düseneinrichtung zu leiten und dann aus den Düsen austreten zu lassen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Düseneinrichtung so am Turbofan befestigt ist, dass ihre Düsen zwischen den Schaufeln des Turbofans hindurchweisen. Dadurch wird eine gezielte Reinigung der Kompressorstufen erreicht. Die beim Dry-Cranking mitdrehenden Düsen bestreichen dabei die erste Kompressorstufe gleichmä¬ ßig über den gesamten Umfang. Das Reinigungsmedium unterliegt dabei keiner Beeinträchtigung durch den in Strömungsrichtung davor angeordneten Turbofan und die Sprührichtung des Reinigungsmediums kann so an den Anstellwinkel der Schaufeln der ersten Kompressorstufe angepasst werden. Bei ortsfesten Anordnungen der Düsen vor dem Turbofan trifft ein wesentlicher Teil des Reinigungsmediums auf die Schaufeln des Turbofans und kann daher nicht, oder zumindest nicht direkt, zur Reinigung der Kompres¬ sorstufen beitragen. Der bevorzugten Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die gezielte Reinigung der Kompressor¬ stufen wesentlich ist für die angestrebte Verbesserung des ther- modynamischen Wirkungsgrads des gesamten Triebwerks. Eine mög¬ licherweise gewünschte zusätzliche Reinigung des Turbofans kann dabei beispielsweise durch eine manuelle Reinigung oder aber durch separates Ansprühen des Turbofans mit dem Reinigungsmedium erreicht werden.
Die Massenverteilung der Düseneinrichtung ist bevorzugt rotationssymmetrisch um deren Drehachse. Auf diese Weise wird beim Mitrotieren der Düseneinrichtung keine wesentliche zusätzliche Unwucht eingebracht. Die Drehkupplung sitzt zu diesem Zweck be¬ vorzugt im Wesentlichen zentrisch auf der Drehachse der erfindungsgemäßen Vorrichtung im montierten Zustand. Bevorzugt weist die Düseneinrichtung wenigstens zwei oder mehr Düsen auf, die bevorzugt rotationssymmetrisch um die Drehachse verteilt sind.
Die Austrittsöffnung der Düsen ist bevorzugt im von der Drehkupplung wegweisenden Endbereich der Düseneinrichtung angeordnet. Die Drehkupplung befindet sich bevorzugt im vorderen Be¬ reich der Düseneinrichtung, d.h. in demjenigen Bereich, der im montierten Zustand stromaufwärts, also weg vom Einlass des
Strahltriebwerks, weist. Die Austrittsöffnung der Düsen ist dem¬ entsprechend im davon wegweisenden axialen Endbereich der Düseneinrichtung vorgesehen, also im montierten Zustand in dem stromabwärts liegenden Endbereich. Diese Anordnung ermöglicht es, die Düsen bei der Montage auf der Welle des Fans eines Turbofan- Triebwerks entweder durch die Zwischenräume der Schaufeln hindurchzustecken, so dass sie unmittelbar vor der ersten Kompressorstufe angeordnet sind, oder aber zumindest gezielt so auszu¬ richten, dass sie durch die Zwischenräume der Schaufeln des Turbofans hindurch direkt auf die erste Kompressorstufe sprühen.
Die Mittel zur drehfesten Verbindung mit der Welle des Turbofans des Strahltriebwerks umfassen bevorzugt Befestigungsmittel zur Befestigung an den Turbofanschaufeln, wie beispielsweise geeignet ausgebildete Haken, mit denen die Düseneinrichtung an den Hinterkanten (die stromabwärts liegenden Kanten) der Schaufeln des Turbofans eingehakt werden kann.
Die Düseneinrichtung kann zur drehfesten Fixierung mit der Welle des Turbofans eine Einrichtung zum im Wesentlichen formschlüssi¬ gen Aufsetzen auf die Wellennabe des Fans aufweisen. Turbofan- Triebwerke weisen nämlich in der Regel auf dem stromaufwärts ge¬ legenen Ende der Welle des Turbofans eine konisch gekrümmte Nabe auf, die das Anströmverhalten der Luft verbessern soll. Auf diese Nabe können die entsprechenden Mittel zur drehfesten Verbindung aufgesetzt werden. „Im Wesentlichen formschlüssig" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Form der Wellennabe genutzt wird zur beabsichtigten Positionierung der Düseneinrichtung und zur Fixierung in der gewünschten Position. Es bedeutet nicht, dass die gesamte Fläche der Wellennabe formschlüssig umschlossen sein muss .
Beispielsweise kann die Einrichtung ein oder mehrere Ringteile aufweisen, mit denen sie auf die Wellennabe aufgesetzt werden kann. Bei einer Mehrzahl von Ringteilen weisen diese einen unterschiedlichen Durchmesser auf, der angepasst ist an den Durchmesser der Wellennabe in den entsprechenden Bereichen. Beispielsweise können zwei axial beabstandete Ringe unterschiedli¬ chen Durchmessers vorgesehen sein, mit denen die Düseneinrichtung auf der Wellennabe positioniert und zentriert wird.
Spannseile können vorzugsweise zur weiteren Fixierung vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Düseneinrichtung mittels der Ringteile auf der Wellennabe des Fans zentriert werden und dann mit Spannseilen, die an der Hinterkante der Turbofanschaufeln fixiert werden, verspannt werden. Erfindungsgemäß können Federein¬ richtungen zum Vorspannen der Spannseile vorgesehen sein, damit die Düseneinrichtung mit einer definierten Kraft an die Wellennabe angedrückt wird.
Die Spannseile sind bevorzugt (beispielsweise mittels Haken) an den Turbofanschaufeln, bevorzugt an deren Hinterkante, befestigt. Die Versorgungseinrichtung für das Reinigungsmedium weist bevorzugt wenigstens einen Vorratstank für das Reinigungsmedium bzw. dessen Bestandteile und wenigstens eine Pumpe zur Druckbe¬ aufschlagung der Düseneinrichtung mit dem Reinigungsmedium auf. Vorzugsweise wird ein Trägergas, weiter vorzugsweise Luft, ein¬ gesetzt. Das Trägergas kann vorbehandelt sein, beispielsweise kann es getrocknet werden, damit es einen möglichst großen An¬ teil des in das Triebwerk eingetragenen Wassers aufnehmen und abführen kann. Es kann vorgesehen sein, dass Trägergas zu kühlen, damit die Eispellets und Kohlendioxidpellets im Träger¬ gasstrom möglichst beständig sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Trägergasstrom zu erwärmen, beispielsweise auf etwa 80 °C. Dies erscheint zunächst widersinnig, da es die Beständig¬ keit der Pellets vermindert. Die Erfindung hat jedoch erkannt, dass der warme Trägergasstrom dem Triebwerksinneren Wärmeenergie zuführt, die die Abkühlung durch das Reinigungsmedium ausgleicht. Dies verhindert, dass durch zu starke Abkühlung das feste Kohlendioxid nur noch eine unzureichende Reinigungswirkung entfalten kann (aufgrund des zu geringen Temperaturunterschieds) . Auch kann so verhindert werden, dass im Triebwerksinneren verbleibendes Wasser fest friert. Da das Trägergas nur über einen sehr kurzen Zeitraum auf die kalten Pellets einwirkt, bevor diese ihre Reinigungswirkung entfalten können, fällt der Einfluss des erwärmten Trägergases auf die Pellets nicht oder kaum ins Gewicht. Der Druck des eingesetzten Trägergases beträgt bevorzugt 1 bis 5 bar, weiter vorzugsweise 2 bis 4 bar, weiter vorzugsweise etwa 3 bar.
Es ist außerdem bevorzugt, wenn die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die weiter unten beschriebenen Verfahrensparameter eingestellt werden können.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung aus einem Strahltriebwerk und einer zur Vornahme einer Reinigung des
Strahltriebwerks geeigneten Vorrichtung wie vorgehend beschrie¬ ben. Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zur Vor¬ nahme der Reinigung des Strahltriebwerks geeignete Vorrichtung so angeordnet ist, dass ihre Düsen auf den Einlauf des Strahl¬ triebwerks gerichtet sind.
Soll bei einem Turbofan-Triebwerk der Turbofan nicht durch das Reinigungsmedium aus der Vorrichtung gereinigt werden, kann be- vorzugt vorgesehen sein, dass die Düseneinrichtung drehfest mit der Welle des Fans des Strahltriebwerks verbunden ist, die Dreh¬ achsen des Fans des Strahltriebwerks und der Düseneinrichtung im wesentlichen konzentrisch angeordnet sind, die Düsen der Düseneinrichtung einen radialen Abstand von der gemeinsamen Drehachse des Strahltriebwerks und der Vorrichtung aufweisen, der vorzugs¬ weise kleiner ist als oder gleich groß wie der Radius der ersten Kompressorstufe und die Austrittsöffnungen der Düsen in Axialrichtung hinter der Ebene des Turbofans angeordnet und/oder die Düsen in den Zwischenräumen der Turbofanschaufeln angeordnet und/oder auf Zwischenräume der Turbofanschaufeln ausgerichtet sind, so dass die Düsenstrahlen im wesentlichen ungehindert durch die Ebene des Turbofans hindurchtreten können.
Bevorzugt ist der Einstellwinkel der Strahlebenen der Düsen mit der Drehachse angepasst an den Einstellwinkel der in Strömungs¬ richtung des Triebwerks vorderen Kompressorstufenschaufeln. Auf diese Weise wird die Reinigungswirkung in den hinteren Kompressorstufen verbessert.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Reinigen eines Strahltriebwerks mit einem Reinigungsmittel, dass eine Mi¬ schung aus festem Kohlendioxid und Wassereis enthält.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verfahren unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird. Dabei weist das Verfahren vorzugsweise die folgenden Schritte auf: a) Anbringung der Düseneinrichtung, so dass die Austrittsöffnung der Düsen auf den Einlass des Strahltriebwerks gerichtet sind;
b) Rotierenlassen des Strahltriebwerks; c) Beaufschlagung der Düseneinrichtung mit Reinigungsmedium und Reinigung des Strahltriebwerks.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Düseneinrichtung an der Nabe des Fans des Strahltriebwerks angebracht wird, so dass die Austrittsöffnungen der Düsen auf die erste Kompressorstufe ge¬ richtet sind.
Das Dry-Cranking bzw. Rotierenlassen des Strahltriebwerks während des Reinigungsvorgangs erfolgt bevorzugt mit einer Drehzahl des Fans (Fan-Drehzahl) von 50 bis 500 min-1, vorzugsweise 100 bis 300 min-1, weiter vorzugsweise 120 bis 250 min-1. Besonders bevorzugt ist eine Fan-Drehzahl zwischen 150 und 250 min-1. Das Reinigen kann auch im Leerlaufbetrieb des Triebwerks stattfin¬ den. Die Fan-Drehzahl beträgt dann bevorzugt 500 bis 1500 min-1.
Bevorzugt wird das Reinigungsmedium mit einem Massenstrom von 350 bis 2000 kg/h, weiter vorzugsweise 400 bis 2000 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 1500 kg/h, weiter vorzugsweise 400 bis 1500 kg/h, weiter vorzugsweise 350 bis 1200 kg/h, weiter vorzugsweise 400 bis 1200 kg/h eingebracht. Die Dauer des Reinigungsvorgangs (reine Strahlzeit ohne Pausen) beträgt bevorzugt 1 bis 15 min, weiter vorzugsweise 2 bis 10 min, weiter vorzugsweise 3 bis 7 min. Somit kann beispielsweise während eines Reinigungsvorgangs 6 bis 200 kg, vorzugsweise 35 bis 200 kg, weiter vorzugsweise 40 bis 200 kg, weiter vorzugsweise 40 bis 120 kg Reinigungsmedium in das Triebwerk eingebracht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine erste Ansicht einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung; Fig. 2 eine zweite Ansicht einer erfindungsgemäßen Düseneinrichtung .
Die Düseneinrichtung weist zwei Ringelemente 101, 102 auf, mit deren Hilfe die Düseneinrichtung auf eine Wellennabe des Turbof¬ ans eines Strahltriebwerks aufgesetzt wird. Im aufgesetzten Zu¬ stand umschließen die Ringelemente 101, 102 die Wellennabe im Wesentlichen formschlüssig. Zu den Details der Verbindung der Düseneinrichtung mit einer Wellennabe wird auf die WO
2009/132847 AI verwiesen, deren Offenbarung durch Bezugnahme darauf auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Die beiden Ringelemente 101, 102 sind durch Radialstreben 104 miteinander verbunden. An der stromauf weisenden Spitze der Düseneinrichtung (bezogen auf die Strömungsrichtung des Triebwerks) ist eine insgesamt mit 105 bezeichnete Drehkupplung ange¬ ordnet, die einen Einlass 110 aufweist. Die Drehkupplung 105 kann alternativ von der Verzweigung mit den Druckanschlüssen 106 getrennt ausgebildet sein und bspw. durch ein kurzes Schlauch¬ stück damit verbunden sein, dessen Flexibilität mögliche Achsab¬ weichungen bei der Montage ausgleichen hilft. Von dieser Drehkupplung 105 erstrecken sich zwei axial stromab führende Druckanschlüsse 106. An die Druckanschlüsse 106 können zwei Druck¬ schläuche 108 angeschlossen werden (in Fig. 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Druckschlauch 108 dargestellt) , deren jeweils anderes Ende mit dem Eingang der Flachstrahldüsen 107 verbunden wird. Die Länge und Flexibilität dieser Druckschläuche 108 ist so bemessen, dass diese im montierten Zustand die Krüm¬ mungen so ausgebildet sind, dass diese eine störungsfreie Förde¬ rung des Strahlmediums erlauben. Aufgrund der großen Krümmungs¬ radien können Wassereis und Kohlendioxid-Pellets vom Eingang der Drehkupplung 105 bis zum Düsenaustritt 109 der Flachstrahldüsen 107 reibungsarm transportiert werden. Die beiden Flachstrahldü¬ sen 107 werden so mit Reinigungsmedium gespeist. Der axiale Abstand der Drehkupplung 105 von den Austrittsöffnungen 109 der Düsen 107 beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 1,2 m. Dieser Abstand ist hinreichend, dass die Druckschläuche 108 die Einlässe der Düsen 107 ohne zu große Krümmungen dieser Druckschläuche 108 mit den Auslässen 106 der Drehkupplung 105 verbinden können. Der radiale Abstand des Düsenaustritts 109 von der Rotationsachse beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 270 mm. Er ist abgestimmt auf die Reinigung eines CF6-50-Triebwerks . Die Hauptaustrittsrichtung der Düsen 107 (diese entspricht im Wesentlichen ihrer Längsachse) schließt mit der Rotationsachse der Düseneinrichtung einen Winkel von 18° ein.
Die Befestigung der Düseneinrichtung an der Wellennabe eines Turbofans erfolgt mittels Spannseilen, wie detailliert in WO 2009/132847 AI beschrieben.
Zum Reinigen eines Strahltriebwerks wird die Düseneinrichtung auf die Wellennabe des Turbofans aufgesetzt und an den Schaufeln des Turbofans fixiert. Das Triebwerk wird in Drehung versetzt (dry-cranking) . Über die Drehkupplung 105 und die Druckschläuche 108 werden die Flachstrahldüsen 107 mit Reinigungsmedium (Mischung aus festem Kohlendioxid und Wassereis) aus einer nicht dargestellten Versorgungseinrichtung gespeist. Dieses Reinigungsmedium überstreicht den Einlass der ersten Kompressorstufe über deren gesamten Umfang und führt so die Reinigung aus.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Reinigen eines Strahltriebwerkes mit ei¬ ner Versorgungseinrichtung, die ein Reinigungsmedium zur Verfügung stellt, einer Düseneinrichtung, die zum Einbringen des Reinigungsmediums in das Strahltriebwerk aus¬ gebildet ist, und mit einer Leitungsverbindung zwischen der Versorgungseinrichtung und der Düseneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium eine Mischung aus festem Kohlendioxid und Wassereis aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium Kohlendioxidpellets und/oder Was¬ sereispellets und/oder zerkleinertes Wassereis aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium festes Kohlendioxid und Wassereis im Massenverhältnis 5:1 bis 1:5, vorzugsweise 1:2 bis 2:1 aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Kohlendioxid und/oder das Wassereis eine Partikelgröße von 1 bis 6 mm aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung zum Einbringen des Reinigungsmediums in die Kompressorstufen des Strahl¬ triebwerks ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung wenigstens zwei Düsen (107) aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung Flachstrahldüsen (107) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung Mittel zur dreh¬ festen Verbindung mit der Welle des Turbofans des Strahltriebwerks aufweist und eine Drehkupplung (105) zwischen der Düseneinrichtung und der Leitungsverbindung vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlebene einen Anstellwinkel mit der Drehachse des Strahltriebwerks einschließt.
10. Anordnung aus einem Strahltriebwerk und einer zur Vornahme einer Reinigung des Strahltriebwerks geeigneten Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die zur Vornahme einer Reinigung des Strahltriebwerks geeignete Vorrichtung so angeordnet ist, dass ihre Düsen (107) auf den Einlauf des Strahltrieb¬ werks gerichtet sind, so dass das Reinigungsmittel in das Strahltriebwerk gelangen kann.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptaustrittsrichtung der Düsen (107) mit der Rotationsachse des Strahltriebwerks einen Winkel von 10 bis 30°, vorzugsweise 15 bis 25°, weiter vorzugsweise 16 bis 19° einschließt.
12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) die Düseneinrichtung ist drehfest mit der Welle des Turbofans des Strahltriebwerks verbunden; b) die Drehachsen des Turbofans des Strahltriebwerks und der Düseneinrichtung sind im Wesentlichen konzentrisch angeordnet; c) die Düsen (107) der Düseneinrichtung weisen einen radialen Abstand von der gemeinsamen Drehachse des Strahltriebwerks und der Düseneinrichtung auf, der kleiner ist als oder gleich groß wie der Radius der Eintrittöffnung der ersten Kompressorstufe; d) die Austrittsöffnungen (109) der Düsen (107) sind in Axialrichtung hinter der Ebene des Turbofans angeord¬ net und/oder die Düsen (107) sind in den Zwischenräumen der Schaufeln des Turbofans angeordnet und/oder auf Zwischenräume der Schaufeln des Turbofans ausge¬ richtet, so dass die Düsenstrahlen im Wesentlichen ungehindert durch die Ebene des Turbofans hindurch treten können.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlebene der Düsen (107) einen Anstellwinkel mit der Drehachse einschließt, der im Wesentlichen dem Anstellwinkel der Schaufeln der in Strömungsrichtung des Triebwerks vorderen Kompressorstufe entspricht.
14. Verfahren zum Reinigen eines Strahltriebwerks mit einem Reinigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass als Reini¬ gungsmittel eine Mischung aus festem Kohlendioxid und Wassereis verwendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlendioxid und/oder Wassereis in Form von Pellets und/oder zerkleinertem Eis verwendet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium festes Kohlendioxid und Wassereis im Massenverhältnis 5:1 bis 1:5, vorzugsweise 1:2 bis 2:1 aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das feste Kohlendioxid und/oder das Wassereis eine Partikel- bzw. Pelletgröße von 1 bis 6 mm aufweisen .
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmedium unter einem Druck von 1 bis 5 bar, vorzugsweise 2 bis 4 bar gefördert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird und das Verfahren die fol¬ genden Schritte aufweist: a) Anbringen der Düseneinrichtung) , so dass die Austrittsöffnung (109) der Düsen (107) auf den Einlass des Strahltriebwerks gerichtet sind; b) Rotierenlassen des Strahltriebwerks; c) Beaufschlagung der Düseneinrichtung mit Reinigungsmedium und Reinigen des Strahltriebwerks.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Düseneinrichtung an der Wellennabe des Turbofans des Strahltriebwerks angebracht wird, so dass die Austritts¬ öffnungen (109) der Düsen (107) auf die in Strömungsrichtung vordere Kompressorstufe gerichtet sind.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahltriebwerk mit einer Fan-Drehzahl von 50 bis 500 min-1, vorzugsweise 100 bis 300 min-1, weiter Vorzugsweise 120 bis 250 min-1 rotieren gelassen wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigen des Strahltriebwerks über einen Zeitraum von 1 bis 15 min, vorzugsweise 2 bis 10 min, weiter vorzugsweise 3 bis 7 min durchgeführt wird.
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