Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung einer in Axialrichtung Fluidkanäle aufweisenden Stirndichtung eines

Strahltriebwerks .

In Gasturbinen wie beispielsweise Strahltriebwerken von Flugzeugen werden Rotor- und Statorkomponenten oder ggf. verschiedene rotierende Komponenten gegeneinander mittels sogenannter Stirndichtungen abgedichtet. Der abzudichtende Spalt wird entweder mit einer als Kontaktdichtung ausgebildeten Stirndichtung geschlossen (beispielsweise Bürsten- oder Blattdichtung) oder es wird ein komplexer Leckpfad geschaffen, der die Strömung durch den Spalt reduziert (Labyrinthdichtung) .

Eine Stirndichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus DE 10 2007 027 364 AI bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur effizienten und gut handhabbaren Reinigung einer eingangs beschriebenen Stirndichtung zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Vorrichtung wenigstens eine zum Durchschieben durch einen Fluidkanal ausgebildete Düsenspitze aufweist und an der Dü ^¬ senspitze eine Austrittsöffnung für Reinigungsmedium angeordnet ist, die zum Austretenlassen von Reinigungsmedium mit einer radialen Richtungskomponente ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung unter Verwendung dieser Vorrichtung weist folgende Schritte auf: a) Einführen der Vorrichtung in einen Fluidkanal der Stirndichtung, b) Zuführen von Reinigungsmedium zur Düsenspitze und Reinigung der Stirndichtung.

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert.

Die Erfindung dient zur Reinigung einer Stirndichtung eines Strahltriebwerks. Es handelt sich um eine eingangs erläuterte Dichtung, die entweder als Kontakt- oder Labyrinthdichtung arbeitet. Bei Labyrinthdichtungen kann es vorgesehen sein, dass beispielsweise rotierende Dichtspitzen bei einer weicheren

(abreibbaren) Statormatrix reiben bzw. in bestimmten Betriebszu- ständen reiben.

Beispiele für Stirndichtungen in Strahltriebwerken sind die sogenannte FOS-Dichtung (Forward Outer Seal) und CDP-Dichtung .

Im Bereich der letzten Kompressorstufe eines Strahltriebwerks kann prinzipiell Luft aus dem Gasstrom in den Hohlraum zwischen dem Hochdruckkompressorrotor und der Verbrennungskammer eintreten. Um diesen Leckstrom zu minimieren, ist häufig eine Stirndichtung zwischen dem Hochdruckkompressorrotor und dem Gehäuse der Brennkammer vorgesehen. Sie wird CDP-Dichtung oder auch Thrust Balance Seal genannt. Im Bereich der Turbinendüse am Aus ^¬ gang der Brennkammer ist häufig ein sogenanntes Forward Outer Seal vorgesehen, dass den hinter der Brennkammer angeordneten Turbinenrotor gegen das Brennkammergehäuse abdichtet. Die genannten Stirndichtungen weisen in der Regel Fluidkanäle in Axialrichtung des Dichtungskörpers auf, die einen Druckausgleich zwischen den beiden Dichtungsseiten herstellen und/oder dem Durchtritt von Kühlluft dienen.

Die beschriebenen Stirndichtungen sind in der Regel ringförmig und weisen im radial äußeren Bereich einen sich auf die Gegen- dichtfläche hin erstreckenden Bereich mit einer axialen Richtungskomponente auf. Diese Geometrie bewirkt eine Krümmung oder einen Knick im radial äußeren Bereich der Stirndichtung, in dem sich häufig Verunreinigungen ansammeln und die Dichtwirkung beeinträchtigen. Bei einigen Stirndichtungen sind die vorstehend beschriebenen Fluidkanäle zudem für eine Kühlluftzufuhr zu thermisch belasteten Teilen wie beispielsweise Schaufelblättern vorgesehen. Das Ansammeln von Verunreinigungen in der Dichtung beeinträchtigt den Kühlluftstrom.

Die Erfindung ermöglicht eine einfache und wirkungsvolle Reini ^¬ gung der Stirndichtung, ohne dass eine Zerlegung des Strahltriebwerks in die Einzelteile stattfinden und damit der ver ^¬ schmutzte Bereich der Dichtung unmittelbar zugänglich gemacht werden muss. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Düse für Reinigungsmedium mit einer Düsenspitze, die zum Durchschieben durch einen Fluidkanal ausgebildet ist. Die Länge dieser Düsen ^¬ spitze ist somit angepasst an die axiale Dicke der Stirndichtung bzw. die axiale Länge der Fluidkanäle. Am durchgeschobenen Ende der Düsenspitze ist eine Austrittsöffnung für Reinigungsmedium angeordnet, die zum Austretenlassen von Reinigungsmedium mit einer radialen Richtungskomponente ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Reinigungsmedium nicht oder jedenfalls nicht aus ^¬ schließlich in Axialrichtung der durchgeschobenen Düse und damit auch in Axialrichtung der Stirndichtung austritt, sondern wenigstens teilweise in Radialrichtung. Der radiale Reinigungsme- diumstrahl wird so gerichtet, dass er die oben beschriebenen Ablagerungen bzw. Verunreinigungen erfasst. Die Fluidkanäle einer Stirndichtung sind in der Regel radial einwärts von dem Dichtungsbereich angeordnet, in dem sich bevorzugt Verunreinigungen ansammeln. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung bevorzugt so ausgebildet bzw. wird so durch die Fluidkanäle ge ^¬ schoben, dass sich der Reinigungsmediumstrahl bevorzugt radial nach außen richtet. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn die Hauptrichtung des austretenden Strahls des Reinigungsmediums et ^¬ wa 10° +/- 5° nach vorne aus der Radialebene heraus geneigt ist, also in diejenige Richtung, von der die Düsenspitze her einge ^¬ schoben wird. Die Projektion der Hauptrichtung des Strahls in die Radialebene der Stirndichtung weist bevorzugt genau in Radi ^¬ alrichtung. Die Neigung des Strahls um etwa 10° aus der Radial ^¬ ebene nach vorne ermöglicht ein gezieltes Reinigen derjenigen Bereiche der Stirndichtung, in denen sich Verschmutzungen bevorzugt absetzen, wie unten im Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Erfindungsgemäß muss ein zu reinigendes Strahltriebwerk nicht vollständig, sondern lediglich bis auf die Modulebene bzw. Bau ^¬ gruppenebene zerlegt werden. Muss beispielsweise ein Triebwerk zur Reinigung der FOS-Dichtung lediglich bis auf Baugruppenebene zerlegt werden, erspart man sich die Zerlegung in die weiteren Einzelteile (beispielsweise HPT (High Pressure Turbine) , Front Shaft, HPT FOS, HPT Disc und HPT Rear Shaft. Stattdessen kann die Reinigung erfindungsgemäß bei dem auf diese Baugruppenebene zerlegten Triebwerk durchgeführt werden.

Bevorzugt ist erfindungsgemäß die Verwendung von CO2 , insbesonde ^¬ re C02~Schnee oder C02-Pellets als Reinigungsmedium. Es kann zu ^¬ sätzlich ein gasförmiges Treibmittel wie beispielsweise Druck ^¬ luft verwendet werden, um C02-Pellets eine gewünschte Geschwin ^¬ digkeit und damit kinetische Energie zu verleihen. Auf diese Weise kann sowohl mechanisch (durch die kinetische Energie auf ^¬ treffender C02-Pellets) als auch durch den beim Auftreffen entstehenden Kälteschock gereinigt werden. CO2 als Reinigungsmedium sublimiert rückstandsfrei und verhindert auf diese Weise zusätz- lieh, dass gelöster Schmutz sich gemeinsam mit dem Reinigungsmedium wieder auf Oberflächen absetzt.

Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn das Reinigungsmedium und der gelöste Schmutz abgesaugt werden, zu diesem Zweck kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine entsprechende Absaugeinrich ^¬ tung aufweisen.

In der Regel weist eine erfindungsgemäß zu reinigende Stirndich ^¬ tung eine Vielzahl von Fluidkanälen über den Umfang verteilt auf. Das Absaugen erfolgt bevorzugt durch Fluidkanäle, durch die die Düsenspitze nicht eingeführt ist. Das Absaugen kann in Um- fangsrichtung unmittelbar benachbart dem Ort der Zufuhr des Reinigungsmediums erfolgen, häufig wird jedoch ein Absaugen bevorzugt sein, bei dem die Absaugeinrichtung um wenigstens H des Um- fangs der Stirndichtung von der Düsenspitze, durch die Reinigungsmedium zugeführt wird, entfernt ist. Beispielsweise kann die Absaugeinrichtung der Düsenspitze auf dem Umfang der Stirndichtung etwa diametral gegenüberliegen.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die weder zur Zufuhr von Reinigungsmedium noch zum Absaugen verwendeten Fluidkanäle abgedichtet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zu diesem Zweck eine Ringdichtung aufweisen, die in Axialrichtung auf die Fluidkanäle aufgelegt wird und diese abdichtet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1: schematisch eine FOS-Dichtung;

Fig. 2: schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer

Ansicht und in einer Schnittansicht;

Fig. 3: die Düse und Düsenspitze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung . Figur 1 zeigt schematisch einen Teil der Turbine am Ausgang der Brennkammer eines Strahltriebwerks. Am Ausgang der Brennkammer 1 sind Leitschaufeln oder Vanes 2 vorgesehen, die den Heißgasstrom auf die Rotorschaufeln 3 des Turbinenrotors richten. Die Rotorscheibe 4 wird an ihrer in Richtung der Brennkammer 1 weisenden Stirnseite gegen eine insgesamt mit 5 bezeichnete Forward Outer Seal bzw. Stirndichtung abgedichtet. Die FOS weist über den Um ^¬ fang verteilt eine Vielzahl von Fluidkanälen 6 auf, die im Betrieb für den Durchtritt eines mit dem Pfeil 7 bezeichneten Kühlluftstroms vorgesehen sind. Insbesondere beim Betrieb in Ge ^¬ bieten mit hohem Staubanfall, in Wüstengebieten oder dergleichen trägt dieser Kühlluftstrom eine hohe Menge Sand und sonstiger Verunreinigungen in die FOS ein, die sich aufgrund ihrer Geometrie insbesondere wie bei 8 angedeutet in dem Übergangsbereich der FOS ablagern, in dem eine Krümmung aus der Radial- in die Axialrichtung stattfindet.

Figur 2 zeigt vereinfacht dargestellt die Rotorscheibe 4 und die FOS 5 nach der Zerlegung bis auf Baugruppenebene. Man erkennt insbesondere die Vielzahl über den Umfang der FOS verteilten Fluidkanäle 6.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung weist eine Ring ^¬ dichtung 9 aus Kunststoff auf, deren Radius dem Radius des Loch ^¬ kreises der Fluidkanäle 6 entspricht. Diese Ringdichtung wird an einer Stelle des Umfangs axial durchstoßen von der Düsenspitze 11 einer Düse 10 für Reinigungsmedium. Der Radius der Düsenspitze 11 ist so ausgebildet, dass sie durch die Fluidkanäle 6 hin ^¬ durchtreten kann und eine Reinigungsstellung einnehmen kann, die schematisch in der SchnittZeichnung der Figur 6 dargestellt ist. Die Düsenspitze 11 weist eine radial nach außen weisende Aus ^¬ trittsöffnung 12 auf, durch die Reinigungsmedium austritt und die Verunreinigungen in dem Bereich 8 erfassen und ablösen kann. Die Mittelachse des Strahlkegels des aus der Austrittsöffnung 12 austretenden Reinigungsmediums weist in Radialrichtung und ist gegenüber der Radialebene der FOS um etwa 10° nach vorne ge ^¬ neigt, also in diejenige Richtung, von der die Düsenspitze 11 her eingeschoben wird. Diese Neigung des Strahls erleichtert das Ablösen der Verunreinigungen in dem Bereich 8, der gewissermaßen in einem toten Winkel liegt.

Diametral gegenüber der Düse 10 auf dem Umfang der Ringdichtung

9 liegt eine Absaugleitung 13, durch die Reinigungsmedium und mitgeführte Verunreinigungen abgesaugt werden können.

Figur 3 zeigt in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Düse

10 mit der Düsenspitze 11. Man erkennt hier insbesondere die in Radialrichtung weisende Austrittsöffnung 12 für Reinigungsmedium. Bei 14 kann diese Düse an eine geeignete Quelle für Reini ^¬ gungsmedium angeschlossen werden, im Ausführungsbeispiel ist dies eine geeignete Quelle für C0 ₂ -Schnee oder C0 ₂ -Pellets, die beispielsweise mittels Druckluft oder einem anderen geeigneten Treibgas zugeführt und auf eine gewünschte kinetische Energie gebracht werden können. Beispielsweise kann die Düse 10 als Dü ^¬ senaufsatz auf eine übliche C0 ₂ -Schneestrahldüse aufgesetzt wer ^¬ den .

Zur Durchführung des Reinigens wird die erfindungsgemäße Vor ^¬ richtung in die in Figur 2 in der Schnittansicht dargestellte Reinigungsstellung gebracht. C0 ₂ -Pellets werden durch die Düse 10 und die Düsenspitze 11 zugeführt, treten durch die Öffnung 12 aus und lösen die Verunreinigungen im Bereich ab. Reinigungsmedium und mitgeführte Verunreinigungen werden durch die Absaugleitung 13 wieder abgesaugt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird mehrfach umgesetzt, so dass die Düsenspitze durch verschiedene über den Umfang der FOS 5 verteilte Fluidkanäle 6 durchtritt und somit im wesentlichen den gesamten Umfang der FOS reinigen kann.