用于清洁燃气涡轮发动机构件的磨蚀性凝胶去污剂的制作方法

本主题大体涉及燃气涡轮发动机，并且更具体地，涉及用于就地清洁燃气涡轮发动机构件的磨蚀性凝胶去污剂。

背景技术：

燃气涡轮发动机大体包括成连续流关系的压缩机区段、燃烧区段、涡轮区段和排气区段。在运行中，空气进入压缩机区段的入口，在那里，一个或多个轴向压缩机逐步压缩空气，直到空气到达燃烧区段。燃料在燃烧区段内与压缩空气混合且燃烧，以提供燃烧气体。燃烧气体从燃烧区段发送通过限定在涡轮区段内的热气路径，然后通过排气区段从涡轮区段排出。

在特定构造中，涡轮区段包括成连续流关系的高压(hp)涡轮和低压(lp)涡轮。hp涡轮和lp涡轮各自包括各种可旋转涡轮构件，诸如涡轮转子叶片、转子盘和固持器，以及各种固定涡轮构件，诸如定子导叶或喷嘴、涡轮护罩和发动机框架。可旋转涡轮构件和固定涡轮构件至少部分地限定通过涡轮区段的热气路径。随着燃烧气体流过热气路径，热能从燃烧气体传递到可旋转涡轮构件和固定涡轮构件。

在运行期间，环境微粒在发动机构件上积聚。例如，内部冷却表面，特别是冲击冷却表面，诸如涡轮护罩的那些冲击冷却表面，易于积聚环境微粒，环境微粒可变成化学反应的产物。这种积聚可导致构件的冷却有效性降低和/或与发动机构件的金属材料和/或涂层发生腐蚀反应。因而，微粒堆积可导致过早损坏和/或发动机寿命减少。

因此，本公开涉及一种凝胶去污剂和使用它来解决前面提到的问题的方法。更具体地，本公开涉及一种构造成就地清洁燃气涡轮发动机构件的凝胶去污剂。

技术实现要素：

将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为明显的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。

一方面，本公开涉及一种用于就地清洁燃气涡轮发动机的一个或多个构件的方法。该方法包括在预定压力下将凝胶去污剂注入到燃气涡轮发动机的至少一部分中。凝胶去污剂包括悬浮在凝胶合成物中的多个磨蚀性颗粒。另外，磨蚀性颗粒包括有机材料。凝胶合成物由溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物形成。方法还包括允许凝胶去污剂流经燃气涡轮发动机的一个或多个构件或者在其内流动，以便清洁构件。

另一方面，本公开涉及一种用于就地清洁燃气涡轮发动机的构件(例如诸如燃气涡轮发动机的涡轮叶片)的方法。方法包括将凝胶去污剂注入到燃气涡轮发动机的构件的冷却通路中。凝胶去污剂包括悬浮在凝胶合成物中的多个磨蚀性颗粒。另外，磨蚀性颗粒包括有机材料。凝胶合成物包括溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物。方法还包括允许凝胶去污剂流过冷却通路，以便清洁其中。还应当理解，方法可进一步包括本文描述的任何额外的步骤、特征和/或属性。

又一方面，本公开涉及一种用于清洁燃气涡轮发动机的构件的凝胶去污剂。凝胶去污剂由凝胶合成物形成，凝胶合成物具有悬浮在其中的多个磨蚀性有机颗粒。另外，凝胶合成物包含溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物。此外，各个磨蚀性颗粒具有范围为大约20微米至大约500微米的颗粒直径。还应当理解，凝胶去污剂可进一步包括本文描述的任何额外的特征和/或属性。

技术方案1.一种用于就地清洁燃气涡轮发动机的一个或多个构件的方法，所述方法包括：

在预定压力下将凝胶去污剂注入到所述燃气涡轮发动机的至少一部分中，所述凝胶去污剂包括悬浮在凝胶合成物中的多个磨蚀性颗粒，所述多个磨蚀性颗粒包括有机材料，所述凝胶合成物包括溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物；以及

允许所述凝胶去污剂流经所述燃气涡轮发动机的所述构件中的一个或多个或者在其内流动，以便清洁所述构件中的一个或多个。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述凝胶合成物包括大约1000至大约50000厘泊(cps)的粘度，以便使所述磨蚀性颗粒保持悬浮在所述凝胶合成物内，但也允许所述合成物流过所述燃气涡轮发动机。

技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，将所述凝胶去污剂注入到所述燃气涡轮发动机中进一步包括将所述凝胶去污剂注入到下者中的至少一个中：所述燃气涡轮发动机的入口、所述燃气涡轮发动机的一个或多个端口，或者所述燃气涡轮发动机的所述构件中的一个或多个的一个或多个冷却通路。

技术方案4.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述凝胶去污剂流经所述构件中的一个或多个或者在其内流动之后冲洗掉所述凝胶去污剂，其中，所述凝胶合成物是水溶性的。

技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括根据所述凝胶合成物的粘度或所述燃气涡轮发动机的所述一个或多个构件中的至少一个来确定所述预定压力。

技术方案6.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述有机材料包括坚果壳或果核中的至少一个。

技术方案7.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述多个磨蚀性颗粒包括大小不同的颗粒。

技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述多个磨蚀性颗粒中的各个包括大约20微米至大约500微米的颗粒直径。

技术方案9.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对所述凝胶合成物添加腐蚀抑制剂或ph值缓冲剂中的至少一个。

技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其特征在于，所述燃气涡轮发动机的所述一个或多个构件包括下者中的至少一个：压缩机、高压涡轮、低压涡轮、燃烧器、燃烧室、喷嘴、一个或多个叶片或导叶、增压器，或者所述燃气涡轮发动机的壳。

技术方案11.一种用于就地清洁燃气涡轮发动机的构件的方法，所述方法包括：

将凝胶去污剂注入到所述燃气涡轮发动机的所述构件的至少一个冷却通路中，所述凝胶去污剂包括悬浮在凝胶合成物中的多个磨蚀性颗粒，所述多个磨蚀性颗粒包括有机材料，所述凝胶合成物包括溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物；以及

允许所述凝胶去污剂流过所述冷却通路，以便清洁其中。

技术方案12.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述构件包括所述燃气涡轮发动机的高压涡轮或低压涡轮中的至少一个的叶片。

技术方案13.根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在所述凝胶去污剂流过所述燃气涡轮发动机的所述构件的所述冷却通路之后冲洗掉所述凝胶去污剂，其中，所述凝胶合成物是水溶的。

技术方案14.一种用于清洁燃气涡轮发动机的构件的凝胶去污剂，所述凝胶去污剂包括：

凝胶合成物，其包括溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物；以及

悬浮在所述凝胶合成物中的多个磨蚀性颗粒，所述多个磨蚀性颗粒中的各个包括大约20微米至大约500微米的颗粒直径。

技术方案15.根据技术方案14所述的凝胶去污剂，其特征在于，所述凝胶合成物包括大约1000大约至50000厘泊(cps)的粘度，以便使所述磨蚀性颗粒保持悬浮在所述凝胶合成物中，但也允许所述合成物流过所述燃气涡轮发动机。

技术方案16.根据技术方案14所述的凝胶去污剂，其特征在于，所述多个磨蚀性颗粒包括大小不同的颗粒。

技术方案17.根据技术方案14所述的凝胶去污剂，其特征在于，所述多个磨蚀性颗粒包括有机材料。

技术方案18.根据技术方案17所述的凝胶去污剂，其特征在于，所述有机材料包括坚果壳或果核中的至少一个。

技术方案19.根据技术方案14所述的凝胶去污剂，其特征在于，所述凝胶合成物进一步包括腐蚀抑制剂或ph值缓冲剂中的至少一个。

技术方案20.根据技术方案14所述的凝胶去污剂，其特征在于，所述凝胶反应剂是水溶性的，并且包括丙烯酸和羧基酸的混合物，它具有范围为大约1250000至大约3000000道尔顿的分子量。

参照以下描述和所附权利要求，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。附图结合在本说明书中且构成其一部分，附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用来说明本发明的原理。

附图说明

在说明书中对本领域普通技术人员阐述本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：

图1示出根据本公开的燃气涡轮发动机的一个实施例的示意性横截面图；

图2示出根据本公开的用于就地清洁燃气涡轮发动机的一个或多个构件的方法的一个实施例的流程图；

图3示出根据本公开的燃气涡轮发动机的一个实施例的局部横截面图，其特别地示出了凝胶去污剂在多个位置处注入到发动机中；

图4示出根据本公开的燃气涡轮发动机的构件的一个实施例的横截面图，其特别地示出了凝胶去污剂注入到构件的冷却通路中；以及

图5是示出根据本公开的用于就地清洁燃气涡轮发动机的构件的方法的另一个实施例的流程图。

部件列表

10燃气涡轮发动机

12中心线轴线

14核心发动机

16风扇区段

18外壳

20环形入口

22增压器

24压缩机

26燃烧器

28第一涡轮

30第一传动轴

32第二涡轮

34第二传动轴

36排气喷嘴

38风扇转子

40风扇壳

42导叶

44转子叶片

46下游区段

48空气流管道

50箭头

52入口

54箭头

56箭头

58箭头

60燃烧产物

62燃烧室

64入口

66出口

69排出口

72第一级涡轮喷嘴

74喷嘴导叶

80燃料喷嘴

82端口

84凝胶去污剂

85凝胶供应

86构件表面

87冷却通路的入口

88冷却通路

100方法

102方法步骤

104方法步骤

200方法

202方法步骤

204方法步骤

206方法步骤。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出实施例的一个或多个示例。仅以说明本发明而非限制本发明的方式提供各个示例。实际上，对于本领域技术人员将明显的是，可在不偏离本发明的范围或精神的情况下对本发明作出各种修改和变型。例如，被示为或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因而，意于的是本发明覆盖落在所附权利要求及其等效方案的范围之内的这样的修改和变型。

如本文使用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来区分一个构件与另一个构件，并且不意于表示单独的构件的位置或重要性。

用语“上游”和“下游”指的是相对于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指的是流体流出的方向，而“下游”指的是流体流去的方向。

大体上，本公开涉及一种磨蚀性凝胶去污剂，它特别可用于就地或在外场清洁燃气涡轮发动机构件。更具体地，凝胶去污剂包括悬浮在凝胶合成物中的多个磨蚀性颗粒。另外，凝胶合成物由溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物形成。因而，方法包括在预定压力下将凝胶去污剂注入到燃气涡轮发动机的一部分中。因而，方法还包括允许凝胶去污剂流过燃气涡轮发动机的一个或多个构件或者在其内流动，以便清洁一个或多个构件。

本公开提供现有技术中不存在的各种优点。例如，可在外场、就地和/或者在场外清洁根据本公开的燃气涡轮发动机。另外，本公开的清洁方法允许同时以机械和化学的方式移除冷却通道和燃气涡轮发动机的可能难以接近的其它区域中的微粒沉积物。另外，本公开的系统和方法提高清洁有效性，并且对发动机外场时间耐久性有重要含意。

现在参照附图，图1示出根据本公开的燃气涡轮发动机10(高旁通型)的一个实施例的示意性横截面图。如所显示的那样，燃气涡轮发动机10具有通过其中的轴向纵向中心线轴线12，其用于参照。另外，如所显示的那样，燃气涡轮发动机10优选地包括大体由标号14标识的核心燃气涡轮发动机和定位在其上游的风扇区段16。核心发动机14典型地包括大体管状外壳18，外壳18限定环形入口20。外壳18进一步封闭和支承增压器22，其用于使进入核心发动机14的空气的压力提高到第一压力水平。高压多级轴向流压缩机24接收来自增压器22的加压空气，并且进一步提高空气的压力。加压空气流到燃烧器26，在那里，燃料注入到加压空气流中且点燃，以提高加压空气的温度和能量水平。高能燃烧产物从燃烧器26流到第一(高压)涡轮28，以通过第一(高压)传动轴30驱动高压压缩机24，然后流到第二(低压)涡轮32，以通过第二(低压)传动轴34驱动增压器22和风扇区段16，第二(低压)传动轴34与第一传动轴30同轴。在驱动涡轮28和32中的各个之后，燃烧产物通过排气喷嘴36离开核心发动机14，以提供发动机10的喷气推力的至少一部分。

风扇区段16包括可旋转轴向流风扇转子38，它被环形风扇壳40包围。将理解的是，风扇壳40从核心发动机14通过多个基本沿径向延伸的沿周向间隔开的出口导叶42支承。照这样，风扇壳40封闭风扇转子38和风扇转子叶片44。风扇壳40的下游区段46延伸经过核心发动机14的外部部分，以限定辅助或旁通空气流管道48，它提供额外的喷气推力。

从流的角度看，将理解的是，由箭头50表示的初始空气流通过入口52进入燃气涡轮发动机10，到达风扇壳40。空气流传送通过风扇叶片44，并且分成第一空气流(由箭头54表示)和第二空气流(由箭头56表示)，第一空气流移动通过管道48，第二空气流进入增压器22。

第二压缩空气流56的压力提高且进入高压压缩机24，如箭头58所表示的那样。在燃烧器26中与燃料混合且燃烧之后，燃烧产物60离开燃烧器26且流过第一涡轮28。然后燃烧产物60流过第二涡轮32且离开排气喷嘴36，以对燃气涡轮发动机10提供至少一部分推力。

仍然参照图1，燃烧器26包括与纵向中心线轴线12同轴的环形燃烧室62，以及入口64和出口66。如上面提到的那样，燃烧器26接收来自高压压缩机排出口69的环形加压空气流。这个压缩机排气的一部分流到混合器(未显示)中。燃料从燃料喷嘴100注入，以与空气混合，并且形成燃料-空气混合物，对燃烧室62提供燃料-空气混合物以燃烧。用适当的点火器来实现燃料-空气混合物的点燃，并且产生的燃烧气体60沿轴向方向向前流动且流到环形第一级涡轮喷嘴72中。喷嘴72由环形流道限定，环形流道包括多个沿径向延伸的沿周向间隔开的喷嘴导叶74，喷嘴导叶74使气体转向，使得它们成角度地流动且冲击到第一涡轮28的第一级涡轮叶片上。如图1中显示的那样，第一涡轮28优选地通过第一传动轴30使高压压缩机24旋转，而低压涡轮32则优选地通过第二传动轴34来驱动增压器22和风扇转子38。

燃烧室62容纳在发动机外壳18内，并且燃料通过一个或多个燃料喷嘴80供应到燃烧室62中。更具体地，液体燃料输送通过燃料喷嘴80的杆内的一个或多个通路或管道。

现在参照图2，示出用于就地清洁燃气涡轮发动机(例如诸如图1中示出的燃气涡轮发动机10)的一个或多个构件的方法100的一个实施例的流程图。例如，在某些实施例中，燃气涡轮发动机10的构件可包括本文描述的发动机10的任何构件，包括(但不限于)压缩机24、高压涡轮28、低压涡轮32、燃烧器26、燃烧室62、一个或多个喷嘴72、80、一个或多个叶片44或导叶42、增压器22、燃气涡轮发动机10的壳18或类似物。更具体地，在特定实施例中，燃气涡轮发动机10的构件可包括燃气涡轮发动机10的高压涡轮28或低压涡轮32的叶片44。

因而，如102处显示的那样，方法100包括在预定压力下将凝胶去污剂注入到(如图3的箭头84指示的那样)燃气涡轮发动机10中。在某些实施例中，方法100可包括根据凝胶合成物的粘度或燃气涡轮发动机10的一个或多个构件中的至少一个来确定预定压力。换句话说，取决于凝胶去污剂84的粘度和凝胶去污剂84要注入到哪个构件中，可对应地修改注入压力。

另外，如图3中显示的那样，将凝胶去污剂84注入到燃气涡轮发动机10中的步骤可包括将凝胶去污剂84注入到发动机10的入口(例如入口20、52或64)中。备选地或另外，如所显示的那样，将凝胶去污剂84注入到燃气涡轮发动机10中的步骤可包括将凝胶去污剂84注入到发动机10的一个或多个端口82中。在又一个实施例中，将凝胶去污剂84注入到燃气涡轮发动机10中的步骤可包括将凝胶去污剂84注入到发动机10的构件的一个或多个冷却通路88中。更具体地，如图4中显示的那样，凝胶供应85可附连到构件表面86上，使得凝胶去污剂84可注入到构件(例如叶片44)的冷却通路88的入口87中。

本公开的凝胶去污剂84可包括现在已知或今后本领域研制出的任何适当的合成物。例如，在一个实施例中，凝胶去污剂84可包括悬浮在凝胶合成物中的多个磨蚀性颗粒。更具体地，磨蚀性颗粒可由有机材料形成。例如，在一个实施例中，有机材料可由坚果壳(例如核桃壳)和/或果核(例如桃子、李子或类似物)形成。因而，如果在清洁之后留在发动机10中，有机材料或颗粒可轻易地燃烧，以便不由于堵塞冷却回路或者对发动机构件基体金属或涂层系统引起蚀损斑或粒间腐蚀而损害发动机10。

在另外的实施例中，有机颗粒可以任何适当的浓度存在于凝胶合成物中，且可具有任何适当的形状。例如，在一个实施例中，有机材料可以大约百万分之3000份(ppm)至大约30000ppm存在，即，其中，有机材料的残余灰含量在1040℃下不超过0.05%。另外，磨蚀性有机颗粒可具有任何适当的颗粒大小，以便不损害发动机构件。例如，在一个实施例中，有机颗粒的颗粒直径范围可为大约20微米至大约500微米，更优选地大约20微米至大约40微米。另外，磨蚀性颗粒可具有基本相同的颗粒大小或者可具有不同的颗粒大小。例如，在某些实施例中，不同的颗粒大小可包括颗粒直径在第一较小微米范围内的第一组颗粒和颗粒直径在第二较大微米范围内的第二组颗粒。例如，在某些实施例中，第一微米范围可等于或小于20微米，而第二微米范围则可等于或大于500微米。

更具体地，凝胶合成物可由溶解在凝胶反应剂中的去污颗粒的混合物形成。例如，在某些实施例中，去污颗粒可包括生物可降解酸性颗粒，类似于纽约(n.y.10016)9e第40大街200室的alconox股份有限公司出售的citranox®牌去污剂和/或2014所9月12日提交的名称为“cleaningsolutionandmethodsofcleaningaturbineengine(清洁溶液和清洁涡轮发动机的方法)”的美国专利申请no.2015/0159122中出现的颗粒，该申请通过引用而整体地结合在本文中。还应当理解的是，去污颗粒可包括现在已知或今后本领域中研制的任何适当的干性去污颗粒。

另外，凝胶反应剂可包括分子量范围为大约1250000至大约3000000达尔顿的一个或多个聚合物。例如，在某些实施例中，凝胶反应剂可包括丙烯酸和羧基酸的一类聚合物。这样的凝胶反应剂的商业示例可包括卡波姆(carbomer)941®或卡波姆934p®。

在某些实施例中，形成凝胶去污剂的过程可包括例如使用去离子水稀释去污颗粒。然后可使用ph值探头用预定量的ph值缓冲剂(例如结晶咪唑)来对混合物进行ph值缓冲。因而，当形成凝胶去污剂时，ph值缓冲剂可用来使溶液缓冲成范围为大约5至大约6，更优选大约5.5的ph值。另外，该过程可包括将一种或多种腐蚀抑制剂添加到凝胶合成物。例如，在某些实施例中，适当的腐蚀抑制剂可包括四氮六甲圜、苯二胺、二甲乙醇胺、亚硝酸钠、肉桂醛、醛和胺(亚胺)的冷凝产物、铬酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、酰肼抗坏血酸或类似物。更具体地，在一个实施例中，腐蚀抑制剂可包括弗洛勒姆公园(nj07932)100公园大街的巴斯夫公司出售的basacorr^tm2005牌腐蚀抑制剂。

在又一个实施例中，凝胶合成物还可包括卡波姆，例如0.5-10v/v%卡波姆。另外，混合物可在添加腐蚀抑制剂和/或其它添加剂之后在需要的时候进一步稀释，并且搅动预定时段。例如，在某些实施例中，混合物可在60℃下在槽中搅动大约8小时至大约15小时，以便形成凝胶合成物。然后凝胶合成物冷却到室温且与磨蚀性有机颗粒混合。

另外，凝胶去污剂84的凝胶合成物可具有足够高的粘度，以使有机颗粒保持悬浮在其中，但也足够低，以允许合成物流过燃气涡轮发动机10。例如，在某些实施例中，根据astmd2196，凝胶合成物的粘度在25摄氏度(即，室温)下可为大约1000至大约50000厘泊(cps)。例如，在室温下，以及使用0.5v/v%的卡波姆941®添加剂，凝胶合成物的粘度可为大约4000cps至大约11000cps。在另一个实施例中，在室温下，以及使用0.5v/v%的卡波姆934p®添加剂，凝胶合成物的粘度可为大约30000cps至大约40000cps。

因而，如104处显示的那样，方法100还可包括允许凝胶去污剂84流经燃气涡轮发动机10的一个或多个构件或者在其内流动，以便清洁其构件。更具体地，凝胶去污剂84构造成流经燃气涡轮构件的外表面和/或在构件的通路内流动。

在另外的实施例中，方法100可包括在允许凝胶去污剂84流经一个或多个构件或者在其内流动之后冲洗掉凝胶去污剂84。例如，在某些实施例中，凝胶合成物可为水溶性的。因而，可在清洁之后轻易地冲洗掉凝胶去污剂84且不留下有害残余物。

在又一个实施例中，方法100还可包括将流体(例如诸如水)注入到燃气涡轮发动机10中，然后将凝胶去污剂84注入到燃气涡轮发动机10中，以便湿润燃气涡轮发动机10的构件的一个或多个表面。这样在最初湿润涡轮构件构造成进一步协助清洁构件。

现在参照图5，示出用于就地或在外场清洁燃气涡轮发动机10的构件的方法200的另一个实施例的流程图。如202处显示的那样，方法200包括将凝胶去污剂84注入到燃气涡轮发动机10的构件的冷却通路中。如所提到的那样，凝胶去污剂84包括悬浮在凝胶合成物中的多个磨蚀性有机颗粒。更具体地，凝胶合成物包括溶解在凝胶反应剂(例如诸如本文描述的凝胶反应剂)中的去污颗粒的混合物。因而，如204处显示的那样，方法200还包括允许凝胶去污剂84流过构件的冷却通路，以便清洁其中。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。