СИСТЕМА ОЧИСТКИ ТУРБИНЫ
TURBINE CLEANING SYSTEM

Настоящее изобретение касается систем и способов очистки турбин, в частности вспомогательных силовых установок (ВСУ) в летательных аппаратах. Очистка может происходить на месте и/или в режиме он-лайн (т.е. при работе ВСУ на полную мощность).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Газовые турбины в общем, и двигатели летательных аппаратов, возможно, в особенности, подвержены различным видам засорений в процессе работы. Засорения вызваны материалом, засасываемым в турбину через ее воздухозаборник. Материал может быть различного вида, например, частицы в отработавших газах, насекомые, более крупные живые организмы, такие как птицы, атмосферные загрязнения, такие как сажа и т.д. Все эти материалы прилипают к лопастям турбины и образуют загрязняющие отложения, которые пагубно влияют на работу турбины за счет уменьшения воздушного потока, создаваемого компрессором турбины и, тем самым, снижают общую производительность газовой турбины.
Поддержание компрессора в чистоте достигается при помощи стандартной программы промывки водой. Две такие процедуры промывки водой, выполняемые на газовых турбинах, называют процедурами в режиме офф-лайн и в режиме он-лайн, соответственно. Процедура в режиме офф-лайн проводится на газовой турбине в ее холодном состоянии на скорости прокручивания, в то время как процедура в режиме он-лайн проводится на газовой турбине при рабочих температурах. При такой процедуре в режиме он-лайн обычно используется только вода. В обеих процедурах промывки используются схемы тонкодисперсного распыления воды, выполненные с возможностью полного проникновения в сердцевинную часть компрессора турбины. В режиме офф-лайн полностью очищается сердцевинная часть и восстанавливается утраченная производительность, а в режиме он-лайн осуществляется профилактическая очистка сердцевинной части и максимально увеличивается период времени между необходимыми промывками в режиме офф-лайн.
Известные системы для промывки турбин ориентированы на очистку газотурбинных двигателей летательных аппаратов или стационарных промышленных турбин. Однако известные системы не предполагают очистку вспомогательных силовых установок, предусмотренных для выработки электричества на летательных аппаратах во время стоянок в аэропорту.
Вместо этого обычная практика заключается в снятии ВСУ с летательного аппарата и либо ее замене, либо ее отдельной очистке с повторной установкой на место.
Специалистам в данной области техники ясно, что такая процедура является достаточно трудоемкой и, как результат, между очисткой ВСУ и установкой ее на место может пройти значительное время. Вследствие этого возможности ВСУ по генерированию электроэнергии могут снижаться, что требует большего расхода топлива и повышает стоимость эксплуатации летательного аппарата.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В свете проблем, связанных с современными способами и системами промывки, существует потребность в совершенствовании промывки ВСУ на летательных аппаратах и, в частности, в снижении времени простоя и в повышении производительности ВСУ для получения более высокого КПД в течение длительного отрезка времени в сравнении с сегодняшними результатами.
Таким образом, в одном аспекте настоящего раскрытия созданы устройство, система и способ очистки для эффективной очистки одного или более ВСУ на месте (не снимая с летательного аппарата) и/или в режиме он-лайн (при работе ВСУ на полную мощность).
В одном примере создано распылительное устройство для очистки ВСУ на месте и в режиме он-лайн. В другом примере создана система для очистки ВСУ на месте и в режиме он-лайн, содержащая распылительное устройство для очистки. В еще одном примере создан способ очистки ВСУ.
Дальнейшая область применения настоящего изобретения станет понятна из подробного описания, приведенного ниже, и прилагаемых чертежей, которые представлены лишь в качестве иллюстраций и которые, таким образом, не должны рассматриваться как ограничивающие.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 показана хвостовая часть типового летательного аппарата, где показаны воздухозаборник одной ВСУ и оператор, использующий распылительное устройство по варианту осуществления;
На фиг.2 показан пример первого варианта осуществления распылительного устройства;
На фиг.3 показан пример распылительного устройства, представленного на фиг.2, установленного на типовом воздухозаборнике ВСУ.
На фиг.4 показан второй пример варианта осуществления распылительного устройства;
На фиг.5а показан пример осуществления, представленный на фиг.4, в смонтированном состоянии;
На фиг.5b показан пример осуществления, представленный на фиг.4, в доустановочном состоянии в процессе введения; а также
На фиг.6 показан вариант осуществления механизма дистанционного управления распылительным устройством.
На фиг.7 показан вариант осуществления способа очистки одного или более ВСУ.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение основано на представлении о том, что путем обеспечения распыления воды под высоким давлением, обладающего соответствующими характеристиками, которое можно осуществить через воздухозаборник ВСУ, становится возможным очищать ВСУ как в режиме он-лайн, так и в режиме офф-лайн без необходимости снятия ВСУ с летательного аппарата.
Распылительное устройство для очистки согласно варианту осуществления, представленное в самом общем виде, содержит, по меньшей мере, одно сопло, выполненное с возможностью создания управляемого распыления диспергированной воды под требуемым давлением и с требуемым объемным расходом. Соответственно, параметры распыления варьируются так, что давление может составлять от 20 до 200 бар, размеры капель при распылении - от 40 до 250 мкм, а объемный расход - от 1 до 20 л/мин (в зависимости от допустимой величины расхода, определяемой руководством по обслуживанию двигателя).
Действительные значения параметров, которые должны быть использованы, будут различаться в зависимости от типа очищаемой ВСУ, степени загрязнения ВСУ, от того, должна ли ВСУ пройти очистку в режиме он-лайн или в режиме офф-лайн, и/или от множества других факторов. Специалист в данной области техники сможет согласовать эти параметры с конкретной ВСУ.
Распылительное устройство для очистки согласно варианту осуществления также содержит жесткий трубчатый участок, на котором установлено/ы сопло/сопла. В случае единственного сопла, для удерживания сопла на месте может быть использована одинарная жесткая трубка. Если устройство для очистки содержит несколько сопел, трубка может иметь ответвления в различных направлениях так, чтобы каждое сопло могло занять требуемое положение относительно ВСУ, проходящей очистку. По альтернативному варианту может использоваться множество жестких трубок для размещения нескольких сопел.
В альтернативном варианте осуществления сопло/сопла и/или жесткий трубчатый участок могут быть интегрированы в удлиненный подающий патрубок для подачи необходимой жидкости под высоким давлением в ВСУ. Этот удлиненный патрубок может также использоваться для образования приспособления для удерживания оператором.
Для размещения сопла/сопел в правильном положении относительно внутренней части ВСУ в устройстве для очистки предусмотрено средство позиционирования. Это средство позиционирования в простейшем своем варианте выполнения содержит элемент, выполненный подходящим по форме и сопрягающимся с участком воздухозаборника ВСУ летательного аппарата. Таким образом, остальная часть устройства для очистки может просто опираться на корпус летательного аппарата, тем самым, обеспечивая опору для удерживания сопла/сопел в фиксированном положении. Для дополнительной устойчивости оператор может приложить дополнительное давление к устройству для очистки с целью уравновешивания силы реакции при распылении, когда устройство для очистки находится в действии.
По альтернативному варианту средство позиционирования может быть выполнено в виде зажима. В результате, устройство для очистки может временно крепиться к корпусу летательного аппарата весьма надежным образом без дополнительного приложения давления оператором, освобождая, тем самым, оператора, чтобы он мог контролировать операцию промывки.
Зажим может быть сконструирован различным образом и может быть выполнен соответствующим (подходящим по форме) корпусу всех определенных моделей летательных аппаратов, в частности потому, что ВСУ встроены в различные летательные аппараты в различных местах.
Далее со ссылкой на фиг.1, на которой показан хвостовой участок типового летательного аппарата 100 (например, Боинга 737). На этом летательном аппарате 100 вспомогательные силовые установки, по одной на каждой из сторон, расположены внутри корпуса летательного аппарата (не показаны). Воздухозаборники 102 ВСУ обеспечены на каждой из сторон летательного аппарата 100 непосредственно перед задними крыльями 103. На фиг.1 также показан оператор 105, осуществляющий очистку с использованием распылительного устройства 104 для очистки по варианту осуществления (система подачи воды для обеспечения воды под высоким давлением не показана). Как видно на фиг.1, распылительное устройство 104 для очистки управляется с земли, в то время как оператор 105 удерживает устройство 104 для очистки своими руками. Благодаря удлиненной трубе 106 для подачи воды воздухозаборник 102 ВСУ может быть использован для доступа в турбину с целью очистки без необходимости привлечения лестницы или подъемного устройства.
На фиг.2 показан пример варианта осуществления распылительного устройства 230 для очистки. Устройство 230 содержит распылительное сопло 232, конструкция которого будет подробнее обсуждаться ниже. Сопло 232 крепится к трубке 234 сопла (т.е. трубке, несущей сопло), которая показана изогнутой с углом загиба, составляющим около 90°, хотя могут быть пригодны и другие углы в конкретных случаях применения, что в основном зависит от конструкции ВСУ и/или ее места расположения в корпусе летательного аппарата. Радиус изгиба трубки 234 не существенен, но, разумеется, должен удовлетворять условию свободного протекания жидкости.
К трубке 234 крепится регулируемое средство 236 позиционирования. В данном варианте осуществления средство 236 позиционирования представлено в виде элемента по существу U-образной формы, при этом внутренние стенки элемента выполнены соответствующими конструкции стенки воздухозаборника летательного аппарата. Следует, однако, понимать, что это средство 236 позиционирования может быть выполнено соответствующим любой требуемой форме и подходящим к любому месту монтажа.
Трубка 234, несущая распылительное сопло, крепится к подающему воду патрубку 238 (или выполнена как одно целое с ним) на дальнем конце последнего. Промывочная текучая среда (например, вода или иная промывочная текучая среда, например, моющие присадки) от источника текучей среды (не показан) может впрыскиваться через патрубок 238 подачи воды, далее через трубку 234 сопла и выводиться через сопло/сопла 232. Как показано, средство 236 позиционирования жестко связано с узлом 234-238 трубки сопла и патрубка подачи воды с расположением под некоторым углом. Таким образом, при установке распылительного устройства 230 на входном канале летательного аппарата распылительное сопло/распылительные сопла 232 будут уже направлены в нужном направлении. В другом варианте осуществления средство 236 позиционирования может быть нежестко соединено с узлом 234-238 трубки сопла и патрубка подачи воды, и в этом случае позиционирование сопла/сопел 232 можно осуществить после установки распылительного устройства 230. В таком варианте осуществления после направления сопла/сопел 232 в требуемом направлении средство 236 позиционирования можно затянуть и/или зафиксировать на месте.
Далее со ссылкой на фиг.3, на которой показан пример распылительного устройства 230 согласно фиг.2, установленного на воздухозаборнике 301. Как можно видеть, распылительное устройство 230 установлено непосредственно на кромке воздухозаборника 301. Как показано, средство 236 позиционирования размещено на кромке воздухозаборника 301 для образования прочного временного соединения между воздухозаборником 301 и распылительным устройством 230. На задней стороне средства 236 позиционирования показаны также два болта 303. Эти болты 303 используются для жесткого соединения средства 236 позиционирования с узлом 234-238 трубки сопла и патрубка подачи воды. Как отмечалось выше, это дает возможность распылительному соплу/распылительным соплам 232 занять нужное угловое положение после установки распылительного устройства 230. Следует, однако, отметить, что для жесткого крепления средства 236 позиционирования к узлу 234-238 трубки сопла и патрубка подачи воды можно использовать любое известное средство крепления, не выходя за рамки варианта осуществления. После того как распылительное устройство 230 надежно закреплено на воздухозаборнике 301, промывочная текучая среда 305 из источника текучей среды (не показан) впрыскивается в патрубок 238 подачи воды, принудительно поступает через трубку 234 сопла, выводится из сопла/сопел 232 и далее поступает в ВСУ.
На фиг.4 показан пример варианта осуществления распылительного устройства 440. Этот пример варианта осуществления выполнен с возможностью жесткого крепления к воздухозаборнику. В результате этого появляется возможность использовать гибкие шланги для подачи воды.
Пример распылительного устройства 440 содержит одно или несколько сопел 442, которые крепятся к трубке 444 сопла, изогнутой с образованием угла загиба, составляющего около 90°. Трубка 444 соединена с дополнительной трубчатой секцией 454, имеющей шланговый разъем 445 для присоединения гибкого шланга или другого патрубка подачи воды к устройству 440.
Предусмотрен также опорный элемент 446, содержащий основной корпусной участок 446а, имеющий два крыловидных участка 446b, расположенных соответственно на его концах. Опорный элемент 446 надлежащим образом выполнен из листового металла, хотя может быть использован любой другой жесткий материал. В одном варианте осуществления опорный элемент 446 может быть построен из трубок.
Трубка 444 сопла жестко крепится, например, путем сварки, к основному корпусному участку 446а опорного элемента 446, так чтобы обеспечить фиксированное положение сопла/сопел 442 относительно ВСУ после установки. На каждом крыловидном участке 446b опорного элемента 446 закреплена позиционирующая скоба 448. Эти скобы 448 могут быть по существу U-образной формы, как показано, или любой другой пригодной формы для соответствия контуру кромки воздухозаборника ВСУ и для удерживания распылительного устройства 440 в фиксированном положении как в боковом, так и в вертикальном направлении.
Для того чтобы не позволить силам, возникающим при распылении, вывести распылительное устройство 440 из требуемого установочного положения, предусмотрено крепежное средство 449. Это крепежное средство 449 обеспечивает отсутствие, каких бы то ни было бесконтрольных перемещений, что достигается упором в детали воздухозаборной структуры (не показаны) с достаточной силой, чтобы не допустить никаких нежелательных перемещений. Это достигается либо за счет использования исключительно силы трения при контакте с корпусом летательного аппарата на воздухозаборнике, либо за счет того, что часть крепежного средства 449 по существу упирается в некоторые детали корпуса летательного аппарата, чтобы воспрепятствовать перемещению назад распылительного устройства 440.
В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.4, крепежное средство 449 содержит два подпружиненных рычага 450, расположенных в форме буквы «V». Рычаги 450 соединены через торсионную пружину 451, которая создает скручивающее усилие, заставляющее рычаги расходиться друг от друга, «расширяя» форму «V». Могут быть предусмотрены концевые упоры, чтобы предотвратить слишком сильное расхождение рычагов 450. Соответственно, можно установить максимальное отклонение, соответствующее чуть большему размаху, чем ширина пространства, в котором их следует закрепить. Концы каждого рычага 450 предпочтительно снабжены резиновыми колпачками 452 для обеспечения трения при упоре в корпус летательного аппарата.
В альтернативном варианте осуществления один из рычагов 450 может быть жестко закреплен, а второй рычаг 450 может быть нагружен торсионной пружиной 451.
На фиг.5а показан пример устройства 440, описанного в соответствии с фиг.4, которое установлено на воздухозаборнике 501 ВСУ летательного аппарата. Как можно видеть, торсионная пружина (не показана) заставляет рычаги 450 опереться на часть воздухозаборной структуры 501. Трение между резиновыми колпачками 452 и воздухозаборником 501 совместно с силой торсионной пружины создают силу реакции, которая достаточно велика, чтобы противостоять силе, возникающей при распылении воды при ее прохождении по трубкам 454, 444 подачи промывочной текучей среды и сопла. На фиг.5а воздухозаборник 501 содержит поверхности, имеющие незначительный уклон, что способствует возникновению силы реакции. Однако даже в случае наличия лишь по существу горизонтальных поверхностей воздухозаборника, на которые могут опереться рычаги 450, трение, создаваемое резиновыми колпачками 452, и сила торсионной пружины могут быть достаточны для удерживания на месте распылительного устройства 440 в процессе работы. Для установки распылительного устройства 440 или для переноса распылительного устройства 440 рычаги 450 могут быть принудительно сдвинуты друг к другу, а когда распылительное устройство 440 установлено на месте, рычаги 450 можно освободить, чтобы приложить усилие к поверхности воздухозаборника 501.
Когда распылительное устройство 440 пребывает в установленном положении, как на фиг.5а, рычаги 450 упираются в воздухозаборник 501 и удерживают распылительное устройство 440 на месте. Для снятия распылительного устройства 440 рычаги 450 могут быть принудительно сдвинуты друг к другу, преодолевая сопротивление пружины, как показано на фиг.5b, устраняя, тем самым, силу трения, действующую при контакте с воздухозаборником 501.
В альтернативном варианте осуществления распылительное устройство может содержать средство дистанционного управления, чтобы дать возможность оператору дистанционно устанавливать, демонтировать и/или позиционировать распылительное устройство. Пример средства 600 дистанционного управления показан на фиг.6. Как можно видеть, средство 600 дистанционного управления содержит проволочный шнур 660, соединенный с рычагами 662а, 662b типового распылительного устройства 640 таким образом, чтобы путем натягивания проволочного шнура 660 рычаги 662а, 662b принудительно сводились бы друг с другом. Проволочный шнур 660 может крепиться к нижнему рычагу 662b в крепежной точке 670 и может быть надет на шкив 664, расположенный на верхнем рычаге 662а, или проходить через петлю или отверстие в верхнем рычаге 662а (не показаны). Далее проволочный шнур можно натягивать вдоль трубки 665 в соответствующих направляющих элементах/конструктивных элементах, которые в одном варианте осуществления могут быть реализованы в виде короткого трубчатого сегмента или сегментов 668, закрепленных на трубке 665. При натягивании проволочного шнура 660 проволочный шнур 660 заставит нижний рычаг 662b перемещаться вверх, а верхний рычаг 662а перемещаться вниз (как показано стрелками на фигуре), тем самым, уменьшая промежуток между рычагами 662а, 662b. Если проволочный шнур отпустить, рычаги 662а, 662b разойдутся друг от друга и окажут давление на воздухозаборную структуру.
В альтернативном варианте осуществления могут быть предусмотрены двигатель и зубчатая передача (не показаны) для того, чтобы механическим путем развести и свести рычаги 662а, 662b. Этим двигателем/зубчатой передачей может управлять оператор, находящийся на удалении. Двигатель, также как и проволочный шнур 660, может использоваться для передвижения рычагов в противоположных направлениях: во внутреннем направлении для вывода из установочного положения, или в наружном направлении для того, чтобы зафиксировать их на месте.
Согласно блок-схеме алгоритма фиг.7 представлен способ очистки одного или более ВСУ. На начальном этапе 710 обеспечивается новое устройство для очистки, такое как приведено в настоящем описании. Устройство для очистки может содержать одно или более сопел для распыления промывочной текучей среды в одной или более ВСУ, водяной патрубок для подачи промывочной текучей среды к упомянутым соплам, а также средство позиционирования для позиционирования одного или более сопел в желаемом угловом положении. Средство позиционирования может при необходимости дополнительно содержать крепежный элемент, выполненный с возможностью зацепления с воздухозаборной структурой летательного аппарата. При необходимости средство позиционирования может также включать в себя опорный элемент для удерживания распылительного устройства для очистки на участке корпуса летательного аппарата. К концу водяного патрубка может присоединяться жесткая удлиненная трубка, выполненная из любого подходящего жесткого материала, либо гибкий шланг, выполненный из любой подходящей гибкой трубки. При необходимости жесткая удлиненная трубка может телескопически раздвигаться, тем самым давая возможность оператору поднимать и опускать распылительное устройство для очистки.
После того как обеспечено распылительное устройство для очистки, как показано в блоке 720, оно может быть введено в зацепление с воздухозаборной структурой летательного аппарата посредством крепежного элемента. При необходимости, в том случае, если средство позиционирования включает в себя опорный элемент, оператор может удерживать опорный элемент на некотором участке корпуса летательного аппарата. Специалистам в данной области техники ясно, что применение опорного элемента по такой схеме обеспечит дополнительную устойчивость и опору устройству для очистки в ходе эксплуатации. В действительности, в зависимости от схемы реализации, опорный элемент может быть использован без какой бы то ни было необходимости в зацеплении крепежного элемента.
В блоке 730, после должного введения в зацепление распылительного устройства для очистки, может обеспечиваться подача через сопла промывочной текучей среды от источника текучей среды, поступающей через водяной патрубок, под требуемым давлением распыления, при требуемой температуре распыления и с требуемыми размерами распыляемых капель.
При необходимости, как отмечено выше, распылительное устройство для очистки может включать в себя два рычага V-образной формы. В таком варианте осуществления способ может дополнительно содержать сведение этих двух рычагов вместе, размещение распылительного устройства для очистки, а затем освобождение этих двух рычагов. Если рычаги нагружены пружиной, сила, создаваемая подпружиниванием, заставит два рычага разойтись и упереться в участки летательного аппарата. Предпочтительно характеристики подпружинивания выбираются так, чтобы обеспечить достаточную силу для поддержки распылительного устройства для очистки в устойчивом состоянии и на своем месте в процессе операции по промывке. В вариантах осуществления, в которых для управления рычагами используется механизм дистанционного управления, способ может дополнительно содержать разведение двух рычагов вручную или механическим путем перед размещением распылительного устройства для очистки, а затем освобождение этих двух рычагов, чтобы ввести их в зацепление с участками летательного аппарата.
После завершения операции по промывке распылительное устройство для очистки может быть удалено со структуры воздухозаборника путем открепления крепежного элемента, освобождения опорного элемента и/или сведения двух рычагов вместе в зависимости от формы реализации распылительного устройства для очистки.
Предыдущие примеры даны исключительно в целях разъяснения и никоим образом не должны истолковываться как ограничивающие. В ссылках на различные варианты осуществления слова, использованные в настоящем описании, являются описательными словами и словами демонстрационного назначения, а не ограничивающими формулировками. Кроме того, хотя представлены ссылки на конкретные средства, материалы и варианты осуществления, на элементы, изложенные в настоящем описании, ограничения не накладываются. Наоборот, варианты осуществления распространяются на все функционально эквивалентные конструкции, способы и приложения в объеме притязаний прилагаемой формулы изобретения.