Sistema para lavar un aeromotor de turbina de gas.

Un sistema de lavado para lavar un motor (1) de turbina de gas de un avión (40) que comprende:

un dispositivo de pulverización (90);

una unidad de lavado (31,35) adaptada para distribuir líquido de lavado a dicho dispositivo de pulverización (90); y

un dispositivo de posicionamiento (34) adaptado para situar dicho dispositivo de pulverización (90) permitiendo por ello un posicionamiento de dicho dispositivo de comunicación (90) en una posición de operación de lavado con relación a una entrada (110) de dicho motor (1) de turbina de gas, caracterizado por que el dispositivo de pulverización (90) incluye:

un cuerpo central (91);

varios múltiples (92) de forma anular cada uno con diámetros diferentes, dispuestos simétricamente alrededor del cuerpo central (91); y

múltiples boquillas (93) dispuestas simétricamente alrededor del cuerpo central (91), estando dispuestas las boquillas (93) alrededor de los múltiples (92) y adaptadas para inyectar dicho líquido de lavado a dicha entrada (110) del motor durante una operación de lavado, en el que dicho dispositivo de pulverización (90) comprende una unidad con simetría esencialmente rotacional siendo un eje de simetría (501) el centro de simetría; y en el que, cuando el dispositivo de pulverización (90) está en dicha posición de operación de lavado, el eje central (501) del dispositivo de pulverización (90) está esencialmente alineado con el árbol del motor del motor (1) de turbina de gas.

Sistema para lavar un aeromotor de turbina de gas Campo Técnico El presente invento se refiere en general al campo de lavado de motores de turbina de gas, y más específicamente a sistemas y a un vehículo para lavar un motor de turbina de gas instalado en un avión o aeronave.

Antecedentes del invento Un motor de avión de turbina de gas comprende un compresor que comprime aire ambiente, una cámara de combustión que quema combustible junto con el aire comprimido y una turbina para accionar el compresor. Los gases de combustión al expandirse accionan la turbina y también dan como resultado un empuje para propulsión.

Los aviones que vuelan a altitud elevada aspiran el aire limpio que predomina a estas alturas. Sin embargo, en los aeródromos el aire contiene partículas extrañas en forma de aerosoles que entran en el motor con la corriente de aire. Partículas típicas encontradas en el aire del aeródromo son polen, insectos, hidrocarburos que proceden de actividades industriales y sal que procede del mar cercano. Mientras el avión está en tierra en el aeropuerto hay partículas adicionales a considerar tales como residuos de combustión en los gases de escape del motor procedentes del avión que está rodando, sustancias químicas que proceden del deshielo del avión y material de la tierra tal como polvo. La mayoría de las partículas extrañas seguirán el trayecto del gas a través del motor y saldrán con los gases de escape. Sin embargo, hay partículas con propiedades de pegajosidad sobre componentes en el trayecto del gas del motor, especialmente en la sección del compresor del motor. Esto es conocido como acumulación de material indeseado.

El acumulación de material indeseado en el compresor da como resultado un cambio en las propiedades de la corriente de aire de capa límite de los componentes del compresor. La presencia de partículas extrañas da como resultado un aumento de la rugosidad de la superficie del componente. Cuando el aire fluye sobre la superficie el aumento de rugosidad de la superficie da como resultado un engrosamiento de la corriente de aire de la capa límite. El engrosamiento de la corriente de aire de la capa límite tiene efectos negativos sobre la aerodinámica del compresor en forma de un flujo de masa reducido. En el borde posterior del álabe la corriente de aire forma una estela. La estela forma un vórtice tipo de turbulencia con un impacto negativo sobre el flujo de aire. Cuanto más gruesa es la capa límite más fuerte es la turbulencia en la estela y más se reduce el flujo de masa. Además, una capa límite gruesa y una turbulencia de borde posterior más fuerte dan como resultado una ganancia de compresión reducida que a su vez da como resultado que el compresor con acumulación de material indeseado comprime aire a una relación de presión reducida. Cualquier experto en la técnica de ciclos de trabajo del motor en caliente comprende que una relación de presión reducida da como resultado una eficiencia térmica menor del motor. El compresor con acumulación de material indeseado no sólo reduce el flujo de masa y la ganancia de presión sino que también reduce la eficiencia iso-entrópica del compresor. Una eficiencia reducida del compresor significa que el compresor requiere más energía para comprimir la misma cantidad de aire. La energía para accionar el compresor es tomada de la turbina a través del árbol. Con la turbina requiriendo más energía para accionar el compresor habrá menos energía para crear empuje para la propulsión. Para el piloto del avión esto significa que debe regular para obtener más combustible de modo que se compense el empuje reducido. La regulación para obtener más combustible significa que el consumo de combustible aumenta y por ello aumentan los costes operativos.

La pérdida de rendimiento causada por la acumulación de material indeseado en el compresor también reduce la durabilidad del motor. Como se ha de quemar más combustible para alcanzar un nivel de empuje requerido, se deriva un aumento en la temperatura de combustión del motor. Cuando el piloto en su recorrido acelera para despegar, los componentes de la sección caliente del motor están bajo una carga de temperatura elevada crítica. Controlar la temperatura del gas de combustión es un factor clave en la vigilancia del rendimiento del motor. La temperatura de control conocida como temperatura de los gases de escape (EGT) es medida con sensores en el trayecto de las aguas abajo de la salida de la cámara de combustión. La EGT es vigilada cuidadosamente registrando tanto la temperatura como el tiempo de exposición. Durante la vida del motor el registro de la EGT es revisado frecuentemente. En un cierto punto se requerirá que el motor sea puesto fuera de servicio para una revisión en la que los componentes de la sección caliente son inspeccionados y reemplazados si se requiere.

La acumulación de material indeseado en el compresor tiene también un efecto negativo sobre el medio ambiente. La diferencia en el consumo de combustible de un motor virgen entregado desde la factoría y un motor con un compresor con acumulación de material indeseado puede ser típicamente del 1%. Con el incremento de consumo de combustible se deriva un aumento de emisiones de gas de invernadero tal como dióxido de carbono. Típicamente la combustión de 1 kg de combustible de aviación da como resultado la formación de 3, 1 kg de dióxido de carbono. Además, la alta temperatura de la cámara de combustión tiene un efecto negativo sobre el

medio ambiente. Con el aumento de la temperatura de combustión se deriva un incremento de la formación de NOx. La formación de NOx depende en una gran magnitud del diseño del quemador y no puede preverse un número general. Sin embargo, cualquier elevación incremental de temperatura a un diseño de quemador dado tiene como resultado un incremento en la formación de NOx. Por tanto, la acumulación de material indeseado en el compresor tiene efectos negativos en el rendimiento de un aeromotor tal como un consumo de combustible creciente, la reducción de la vida del motor y emisiones crecientes.

Varias técnicas de lavado del motor han sido desarrolladas a lo largo de los años de modo que se reduzcan o eliminen los efectos negativos de la acumulación de material indeseado. El método de lavado más simple es tomar una manguera de jardín y rociar agua en la entrada del motor. Este método tiene sin embargo un éxito limitado debido a la simple naturaleza del proceso. Un método alternativo es restregar a mano lo álabes con un cepillo y líquido. Este método tiene un éxito limitado ya que no permite la limpieza de los álabes en el interior del compresor. Además, requiere tiempo, la Patente Norteamericana nº 5.868.860 de Asplund describe el uso de un múltiple para lavar aeromotores. Además la patente describe el uso de elevada presión de líquido como medio para proporcionar una elevada velocidad de líquido, que junto con la aprobación del árbol del motor mejorará la eficacia de la limpieza.

El documento EP 0628477 A1 describe un sistema de servicio de avión que comprende cuatro brazos robóticos montados en el suelo. Los brazos pueden moverse de modo que una disposición de boquilla ideal en el extremo de cada brazo pueda descongelar o lavar el avión. El fluido de descongelación es pulverizado a lo largo del fuselaje, de las alas y opcionalmente, del motor. El sistema es controlado autónomamente una vez que un operador ha tecleado en el tipo del avión que ha de ser limpiado o descongelado.

La Patente Norteamericana nº 6.394.108, describe una delgada manguera flexible, un extremo de la cual es insertado desde la entrada del compresor hacia la salida del compresor entre los álabes del compresor. En el extremo insertado de la manguera hay una boquilla. La manguera es retirada lentamente fuera del compresor mientras el líquido está siendo bombeado a la nariz y pulverizado a través de la boquilla. Sin embargo, la eficacia del lavado es limitada porque el rotor del compresor no es capaz de girar durante el lavado. A pesar de las tecnologías y patentes de lavado existentes existe una necesidad de nuevas tecnologías que permitan que un lavado práctico sea conducido en un modo de trabajo menos intenso, de bajo coste, simple y seguro.

La Patente Norteamericana nº 5.011.540 describe un bastidor de soporte rectangular dispuesto para aplicarse sobre una parte de boca de campana de un motor de turbina de gas. Un único anillo de múltiple está previsto en un lado de una parte de pared de soporte del bastidor de soporte y doce boquillas se extienden desde el múltiple, a través de la parte de pared de soporte, a la boca del motor de turbina de gas. Se pulveriza disolvente líquido en el motor de turbina de gas desde las boquillas.... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de lavado para lavar un motor (1) de turbina de gas de un avión (40) que comprende:

un dispositivo de pulverización (90) ;

una unidad de lavado (31, 35) adaptada para distribuir líquido de lavado a dicho dispositivo de pulverización (90) ; y

un dispositivo de posicionamiento (34) adaptado para situar dicho dispositivo de pulverización (90) permitiendo por ello un posicionamiento de dicho dispositivo de comunicación (90) en una posición de operación de lavado con relación a una entrada (110) de dicho motor (1) de turbina de gas,

caracterizado por que el dispositivo de pulverización (90) incluye:

un cuerpo central (91) ;

varios múltiples (92) de forma anular cada uno con diámetros diferentes, dispuestos simétricamente alrededor del cuerpo central (91) ; y

múltiples boquillas (93) dispuestas simétricamente alrededor del cuerpo central (91) , estando dispuestas las boquillas (93) alrededor de los múltiples (92) y adaptadas para inyectar dicho líquido de lavado a dicha entrada (110) del motor durante una operación de lavado,

en el que dicho dispositivo de pulverización (90) comprende una unidad con simetría esencialmente rotacional siendo un eje de simetría (501) el centro de simetría; y

en el que, cuando el dispositivo de pulverización (90) está en dicha posición de operación de lavado, el eje central (501) del dispositivo de pulverización (90) está esencialmente alineado con el árbol del motor del motor (1) de turbina de gas.

2. El sistema de lavado según la reivindicación 1, en el que dicho dispositivo de posicionamiento (34) comprende un brazo robótico (34) que incluye juntas que permiten un movimiento de dicho dispositivo de pulverización (90) en dichas tres dimensiones.

3. El sistema de lavado según la reivindicación 2, en el que dicho brazo robótico (34) incluye al menos una parte telescópica.

4. El sistema de lavado según la reivindicación 1, 2 ó 3, que comprende además un panel de control (113) adaptado para permitir que un operador ajuste la posición de dicho dispositivo de pulverización (90) en tres dimensiones con relación a dicha entrada (110) del motor por medio de dicho dispositivo de posicionamiento (34) .

5. El sistema de lavado según la reivindicación 4, en el que dicho dispositivo de pulverización (90) comprende además un dispositivo detector óptico (55) adaptado para vigilar una operación de lavado de un motor (1) .

6. El sistema de lavado según la reivindicación 5, en el que dicho dispositivo detector óptico (55) está conectado a dicho panel de control (113) y está adaptado para entregar una vista de dicha entrada (110) del motor a un operador de dicho sistema de lavado en un monitor (112) .

7. El sistema de lavado según la reivindicación 5 ó 6, en el que dicho dispositivo detector óptico (55) comprende una cámara.

8. El sistema de lavado según la reivindicación 5 ó 6, en el que dicho dispositivo detector óptico (55) comprende un dispositivo de fibra óptica.

9. El sistema de lavado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 5-7, en el que dicho dispositivo de pulverización (90) comprende además un dispositivo medidor de distancia (56, 57) adaptado para medir la distancia entre dicho dispositivo de pulverización (90) y dicho motor (1) .

10. El sistema de lavado según la reivindicación 9, en el que dicho dispositivo medidor de distancias (56, 57) está conectado a dicho panel de control (113) y está adaptado para entregar una indicación de la distancia entre dicho dispositivo de comunicación (90) y dicho motor (1) , informando por ello a un operador de una distancia actual entre dicho dispositivo de pulverización (90) y dicho motor (1) por medio de dicho monitor (112) .

11. El sistema de lavado según la reivindicación 9 ó 10, en el que dicho dispositivo medidor de distancia (56, 57) es un dispositivo detector de ultrasonidos que comprende un transmisor (56) adaptado para emitir un haz de sonidos y un receptor (57) adaptado para recibir dicho haz, en el que dicha distancia es estimada por la diferencia de tiempos para dicho haz desde dicho transmisor (56) a dicho receptor (57) .

12. El sistema de lavado según la reivindicación 9 ó 10, en el que dicho dispositivo medidor de distancia (56, 57) es un dispositivo medidor óptico que comprende un transmisor (56) adaptado para emitir un haz láser y un 5 receptor (57) adaptado para recibir dicho haz, en el que dicha distancia es estimada por la diferencia de tiempos para dicho haz desde dicho transmisor (56) a dicho receptor (57) .

13. El sistema de lavado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 8-12, en el que dicho dispositivo medidor de distancias (56, 57) comprende además un medio de alarma adaptado para emitir una señal de alarma si dicha distancia medida disminuye por debajo de un valor predeterminado.

14. El sistema de lavado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho dispositivo de pulverización (90) comprende además medios de iluminación (52) .

15. El sistema de lavado según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1-13, en el que dicho dispositivo de pulverización (33) comprende al menos un tubo (61) dispuesto en un cuerpo (50) , estando dispuesto al menos dicho conducto (61) con al menos una boquilla (54) .