[发明专利]用于清洗飞行器燃气涡轮发动机的喷射设备和清洗系统

说明书

本申请是2005年6月8日提交的、名称为“用于清洗航空燃气涡轮发动机的系统”、申请号为200580019537.1的中国专利申请的分案申请，该在先的中国专利申请是申请号为PCT/EP2005/052643的国际专利申请进入中国国家阶段的申请。

技术领域

本发明一般地涉及清洗燃气涡轮发动机的领域，且更特定地涉及用于清洗安装在飞行器上的燃气涡轮发动机的系统和车辆。

背景技术

燃气涡轮飞行器发动机包括压缩环境空气的压缩机、将燃油与压缩的空气一起燃烧的燃烧室和用于为压缩机提供动力的涡轮机。膨胀的燃烧气体驱动涡轮机且也导致用于推进的推力。

在高海拔高度飞行的飞行器吸收在此海拔高度存在的清洁的空气。然而，在机场空气包括浮质形式的杂质颗粒，它们与空气流一起进入发动机。在机场空气存在的典型的颗粒是花粉、昆虫、来自工业活动的碳氢化合物和来自附近海域的盐。当飞行器在机场着陆时也存在另外需要考虑的颗粒，例如来自滑行飞行器的发动机排气中的燃烧剩余物、来自飞行器除冰过程的化学物质和例如尘土的地面物质。杂质颗粒的大多数将沿气道通过发动机且随排气排出。然而，存在带有粘附在发动机气道部件上的特性的颗粒，特别是在发动机的压缩机部分。这已知为污垢。

压缩机污垢导致压缩机部件的边界层空气流的特性的改变。杂质颗粒的存在导致部件表面粗糙度的增加。当空气流过表面时，增加的表面粗糙度导致边界层空气流的增厚。边界层空气流的增厚对压缩机空气动力学具有降低的质量流形式的负面效果。在叶片后缘处空气流形成了尾迹。尾迹形成了对空气流具有负面影响的涡流类的紊流。边界层越厚，在尾迹中的紊流越强且它导致质量流更降低。此外，厚的边界层和更强的后缘紊流导致压缩增益的降低，这又导致含污垢的压缩机以降低的压力比压缩空气。任何在热力发动机工作循环领域内的技术人员理解降低的压力比导致发动机的更低的热效率。压缩机污垢不仅降低了质量流和压力增益，而且降低了压缩机的等熵效率。降低的压缩机效率意味着压缩机要求更多的动力来压缩相同量的环境空气。用于驱动压缩机的动力从涡轮机中通过轴获取。因涡轮机要求更多的动力驱动压缩机，造成用于推进的推力的动力更少。对于飞行器驾驶员这意味着他必须调节更多的燃油以补偿降低的推力。调节更多的燃油意味着燃油消耗的增加且因此增加了运行成本。

由压缩机污垢导致的性能损失也降低了发动机的耐久性。因为必须点燃更多的燃油以达到要求的推力水平，进而发动机的点火温度升高。当驾驶员在跑道上调节燃油以起飞时，发动机的热部分部件处于严重高温负荷下。控制燃气温度是发动机性能监测中的关键问题。已知为排气温度(EGT)的控制温度以气道内压缩机出口下游的传感器测量。EGT通过将温度和暴露时间记录日志被仔细地监测。在发动机寿命期间，EGT日志被频繁地检查。在某些点要求发动机退出工作以检修，此时检查热部分部件且如需要则更换。

压缩机污垢也对环境具有负面影响。从工厂交货的原始发动机的燃油消耗与带含污垢的压缩机的发动机的燃油消耗的差异典型地可以为1％。随着燃油消耗的增加，进而例如二氧化碳的温室气体的排放增加。典型地，燃烧1kg航空燃油导致形成3.1kg二氧化碳。此外，高燃烧室温度对于环境具有负面影响。随着点火温度的增加，进而NOx的形成增加。NOx的形成很大程度上取决于燃烧器的设计且不能提供一般的数字。然而，对于给定的燃烧器设计，任何增加的温度上升导致NOx形成的增加。因此，压缩机污垢对航空发动机性能具有负面效果，例如增加燃油消耗、降低发动机寿命和增加排放。

多年来，已开发了多个发动机清洗技术以降低或消除污垢的负面效果。最简单的清洗方法是采用橡胶软管且向发动机入口喷射水。然而因为过程的简单属性，此方法具有有限的成功。替代的方法是以刷和液体来手工擦洗叶片。此方法具有有限的成果，因为它不能清洁压缩机内部内的叶片。此外此方法费时。授予Asplund的美国专利U.S.Pat 5,868,860披露了使用歧管用于清洗航空发动机。此外，此专利披露了使用高液体压力作为提供高液体速度的手段，这与发动机轴的旋转一起将增进清洁功效。授予Butler的美国专利U.S.Pat.No.6,394,108披露了细的柔性软管，软管的一端从压缩机入口向压缩机出口插入并处于压缩机叶片之间。在软管的插入端处具有喷嘴。软管缓慢地从压缩机收回而液体被泵入软管内且通过喷嘴喷射。然而，因压缩机转子在清洗期间不能旋转，清洗的功效受限。尽管现有的清洗技术和专利，还存在对使得实际的清洗能以更少的劳动强度、更低的成本以及更简单和安全的方式进行的新技术的需求。