!HU000006142T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 006 142
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 04 775471 (22) A bejelentés napja: 2004. 09. 24. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040775471 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1663505 A1 2005. 03. 31. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1663505 B1 2009. 05. 20.
(51) Int. Cl.: B05B 7/08 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 05028119 PCT/SE 04/001370
(30) Elsõbbségi adatok: 0302550 2003. 09. 25.
(73) Jogosult: Gas Turbine Efficiency AB, 175 27 Järfälla (SE)
SE
(72) Feltalálók: ASPLUND, Peter, S-165 71 Hässelby (SE); HJERPE, Carl-Johan, S-131 46 Nacka (SE) (54)
(74) Képviselõ: dr. Vida György, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Fúvóka és eljárás gázturbina-kompresszorok tisztítására
HU 006 142 T2
(57) Kivonat A találmány tárgya egy fúvóka (54) gázturbinaegység (1) üzem közbeni tisztítására. A találmány tárgya továbbá egy eljárás gázturbinaegység (1) üzem közbeni tisztítására. A fúvóka (54) úgy van kialakítva, hogy a gázturbinaegység (1) légbeszívó nyílásánál (2) a légáramba tisztítófolyadékot porlasszon, továbbá olyan fúvókateste (40) van, amely a tisztítófolyadék bemenetéül szolgáló bemeneti véget (41) és a tisztítófolyadék kimenetéül szolgáló kimeneti véget (55) tartalmaz. A fúvóka továbbá a kimeneti véghez (55) csatlakoztatott nyílásokat (42, 46; 42, 46, 60) tartalmaz, ahol az egyes nyílások (42, 46; 42, 46, 60) a fúvókatest középtengelyéhez (49) képest rendre megfelelõ távolságokban vannak elhelyezve; ezáltal a befecskendezett tisztítófolyadék lokális sûrûsége egy kiválasztott tartományon úgy növelhetõ, hogy közben a cseppméret nem változik, és így a tisztítási eljárás hatékonysága jelentõsen javul, és ezzel egyidejûleg a gázturbinaegység egyes alkatrészei roncsolódásának veszélye jelentõs mértékben lecsökken.
1. ábra
A leírás terjedelme 12 oldal (ezen belül 6 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 006 142 T2
A találmány tárgya A jelen találmány gázturbinák tisztítására, különösen egy gázturbinaegység üzem közbeni tisztítására alkalmas fúvókára vonatkozik. A találmány vonatkozik továbbá egy gázturbinaegység üzem közbeni tisztítására alkalmas eljárásra is. A technika állása A találmány axiálkompresszorral vagy centrifugálkompresszorral felszerelt gázturbina tisztításának általános szakterületére esik. A gázturbinák levegõ sûrítését végzõ kompresszort, üzemanyagnak a sûrített levegõvel együtt történõ elégetésére való égésteret és egy, a kompresszort mûködtetõ turbinát tartalmaznak. A kompresszor több kompressziós fokozatot tartalmaz, ahol az egyes kompressziós fokozatok forgórészt és a forgórészt követõen elrendezett, lapátokkal ellátott állórészt tartalmaznak. A gázturbinák mûködésük során nagy mennyiségû levegõt használnak el. A levegõ apró szemcsék formájában jelen levõ szennyezõdéseket, úgynevezett aeroszolokat tartalmaz, amelyek a légárammal együtt bejutnak a kompresszorba. E szemcsék nagyobbik hányada a légáramot követi, és a gázturbinát az égéstermékekkel együtt elhagyja. Vannak azonban jó tapadási tulajdonságokkal bíró szemcsék is, amelyek a hajtómû gázáramlási útvonala mentén található alkatrészekre tapadhatnak. E szemcsék az alkatrészeken fedõréteget képeznek, ezáltal az aerodinamikai jellemzõk romlását idézik elõ. A fedõréteg eredményeképpen a felület érdessége növekedik, és ennek hatása a nyomásnövekedés visszaesésében és a kompresszor által összesûrített levegõ áramlási sebességének csökkenésében nyilvánul meg. A gázturbinaegység számára ez végeredményben hatásfokcsökkenést, kisebb tömegáramlási sebességet, és kisebb sûrítési arányt eredményez. A modern gázturbinák a szennyezõdés csökkentése érdekében a kompresszorba áramló levegõ szûrését végzõ szûrõkkel vannak felszerelve. E szûrõk a szemcséknek csak egy részét képesek felfogni. A gázturbina gazdaságos üzemeltetésének biztosítása érdekében szükségesnek mutatkozik a sûrített levegõ áramlási útján található alkatrészek rendszeres tisztítása az aerodinamikai jellemzõk kedvezõ szinten tartása végett. Korábbról már ismerünk különbözõ eljárásokat gázturbina-kompresszorok tisztítására. Feltört dióhéjaknak a légáramba fecskendezése elõnyös megoldásnak bizonyul. Ezen eljárás hátránya abban nyilvánul meg, hogy a dióhéj anyaga a gázturbina belsõ légjárataihoz is utat találhat magának, aminek következtében a csatornák és szelepek eltömõdhetnek. Egy másik tisztítási eljárás a kompresszor alkatrészeinek detergenssel való benedvesítésére épül. A detergenst fúvókák segítségével porlasztják a kompresszor légáramába. A stacionárius üzemû gázturbinák mérete széles skálán változhat. A kereskedelmi forgalomban kapható legnagyobb méretû gázturbinák forgórészének átmérõje két méternél is nagyobb. Ez azt jelenti, hogy az áramlási útvonalon a kompresszort megelõzõ légcsatorna szintén nagy méretekkel rendelkezik. Egy két
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
méter átmérõjû forgórésszel ellátott gázturbina esetén a csatorna szemközti falai közötti távolság két méternél nagyobb lehet. Ilyen nagy geometriai méretek mellett nehézségekbe ütközhet a tisztítófolyadéknak a csatorna azon részébe fecskendezése, ahol a központi légáramlás történik. Amennyiben a folyadék követi a központi légáramot, a forgórészlapátok és állórészlapátok felülete alapvetõen nedvessé válik, ezáltal jó mosási hatékonyság érhetõ el. Ezzel ellentétben, ha a folyadék áramlása a csatorna falát követi, akkor a folyadék a lapátokat nem kielégítõ mértékben nedvesíti be. Továbbá a folyadék egy részét a légáramnak a csatorna falánál található határrétege magával ragadja, és ott olyan folyadékfilmet képez, amelyet a légáram a kompresszorba szállít. A folyadék ezen része nem vesz részt a kompresszor tisztításában, és még roncsolást is okozhat, például akkor, ha a folyadék betölti a forgórész csúcsa és a kompresszorház közötti térközt. A nagy geometriai méretû gázturbinákkal ellentétben léteznek a bemeneti légcsatorna közelében közepes geometriai méretekkel bíró kis gázturbinák is. Kis gázturbinák esetében a porlasztott közeg sokkal könnyebben be tud hatolni a központi légáramba. A gázturbinák tisztítóberendezésein szerzett tapasztalatok alapján a hagyományos fúvókák által porlasztott anyag a légáramba néhányszor tíz centiméter mélységben képes behatolni. A legtöbb kis és közepes méretû gázturbina esetében ez elegendõ a forgórészlapátok és állórészlapátok kielégítõ mértékû nedvesítéséhez. A problémát az jelenti, hogy a hagyományos fúvókákkal porlasztott anyag nem képes a nagyméretû gázturbinák légáramába való behatolásra. Az egyik célszerû tisztítási eljárás a kompresszoralkatrészek tisztítófolyadékkal való benedvesítésére épül. A folyadékot olyan fúvókán keresztül fecskendezik be, amely a folyadékot porlasztott közeg formájában a kompresszorba belépõ légáramba porlasztja. A tisztítófolyadék vizet, vagy víznek és vegyi anyagoknak a keverékét tartalmazhatja. A tisztítófolyadék befecskendezése során a gázturbina forgórészét a turbina indítómotorja forgatja meg. Ezt az eljárást „indítómotoros” vagy „álló üzemû” tisztításnak nevezik, aminek jellemezõje, hogy a gázturbina a tisztítás során nem éget el üzemanyagot. A porlasztott közeg a folyadék porlasztását végzõ fúvókákon keresztülpumpált tisztítófolyadékból keletkezik. A fúvókákat az áramlási csatornának a kompresszor bemenetéhez képest elõrébb található falszakaszára, vagy egy, a csatornában ideiglenesen kialakított keretre szerelik fel. Az eljárás során jellemzõen a tisztítófolyadék a kompresszor alkatrészeit átáztatja, és az azokon található szennyezõdés a vegyi anyagok és a tengely forgásából fakadó mechanikai erõk együttes hatása következtében távozik el. Ez az eljárás hatékonynak és gyümölcsözõnek tekinthetõ. Az indítómotoros tisztítás során a forgórész sebessége a normál körülmények között uralkodó sebesség töredéke. Az indítómotoros tisztítás egyik fontos jellemzõje, hogy a forgórész kis szögsebességgel forog, így a mechanikai károsodás esélye csekély. Ezen eljárás kivitelezése során azon-
1
HU 006 142 T2
ban a gázturbinát üzemen kívül kell tartani, ami termeléskieséssel és további költségekkel járhat. Az US–A–5011540 számú szabadalom kompresszoralkatrészeknek a gázturbina mûködése közbeni nedvesítésére alkalmas eljárást ismertet. Ezt az eljárást „üzem közbeni” tisztításnak nevezik, és ebben az eljárásban jellemzõen a tisztítás során a gázturbina égésterében üzemanyagot égetnek el. Ennek az eljárásnak az indítómotoros tisztítással közös jellemzõje, hogy a folyadékot a kompresszor elõtt fecskendezik a légáramba. Az utóbbi eljárás azonban nem annyira hatékony, mint az indítómotoros tisztítás. A kisebb hatékonyság magyarázata a gázturbina mûködése közben uralkodó nagy szögsebességek esetén tapasztalható gyengébb tisztítási mechanizmusokban keresendõ. Emiatt például pontos folyadékdózist kell befecskendezni, mivel a túl nagy folyadékmennyiség a kompresszor mechanikai roncsolódását okozhatja, a túl csekély folyadékmennyiség pedig a kompresszoralkatrészek elégtelen nedvesítését eredményezheti. Továbbá a folyadékcseppeknek kisméretûnek kell lenniük, különben a nagy folyadékcseppek a forgórész és állórész lapátjaival való ütközés következtében az anyag kopását okozhatják. A gázturbina kompresszora a beérkezõ levegõ sûrítésére van tervezve. A forgórészben a forgórész energiája a forgórész lapátjai útján mozgási energiává alakul. Az ezt követõ állórészlapátban a mozgási energia sebességcsökkenés útján nyomásnövekménnyé változik. A sûrítési eljárás megvalósíthatósága érdekében nagy sebességekre van szükség. Például szokványos dolog, hogy a modern gázturbinák forgórészcsúcsának sebessége meghaladja a hangsebességet. Ez azt jelenti, hogy a kompresszor bemeneténél a tengelyirányú sebesség nagyon nagy, jellemzõen 0,3–0,6 Mach, vagy 100–200 m/s. A technika állása szerint a tisztítófolyadékot egy vezetékben nagy nyomással pumpálják a kompresszor bemeneti nyílása elõtt a csatorna falán található fúvókához. A fúvókában a folyadék nagy sebességet ér el, aminek köszönhetõen porlasztás történik, és cseppekbõl álló porlasztott közeg képzõdik. A porlasztott közeget a légáram magával ragadja, és a cseppeket a légáram a kompresszorhoz szállítja. A választott fúvókakialakítástól függõen kisméretû vagy nagyméretû cseppek képezhetõk. Lehetséges megoldást jelent egy kis cseppek létrehozására alkalmas fúvóka használata. Kisméretû cseppek alatt a továbbiakban 150 mmnél kisebb átmérõjû cseppeket értünk. A kis cseppek hátránya úgy jelentkezik, hogy kis tömegük következtében a fúvóka elhagyásakor kicsi a tehetetlenségük. A cseppek sebessége a légellenállás miatt rohamosan csökken, tehát az általuk megtett út korlátozott hosszúságú. Másik megoldási lehetõség egy nagy cseppeket képezõ fúvóka választása. Nagyméretû cseppek alatt a továbbiakban 150 mm-nél nagyobb átmérõjû cseppeket értünk. A nagy cseppek elõnye az, hogy tehetetlenségük a fúvóka elhagyásakor nagy. A csepp mérete és tömege közötti összefüggés szerint a tömeg arányos a csepp sugarának harmadik hatványával. Például egy
5
10
15
20
25
30
35
2
200 mm sugarú csepp mérete kétszer nagyobb egy 100 mm sugarú csepp méreténél, a tömege viszont nyolcszor nagyobb. A nagyobb tömeg következtében a kisebb csepphez képest nagyobb a megtett út. A nagyobb méretû cseppek hátránya abban mutatkozik meg, hogy amikor a légáram magával ragadja õket, akkor a kompresszor irányába nagy sebességet érnek el. A lapátfelülettel való ütközéskor nagy energiaátadás történik, aminek következtében a lapát felülete roncsolódhat. A roncsolódás kopás formájában jelentkezhet. Az US 4,415,123 számú irat az 1. igénypont tárgyi köre szerinti fúvókát ismertet. A jó tisztítási hatás elérése érdekében a porlasztott közegnek a légáram közepébe kell behatolnia. Az üzem közbeni tisztítási eljárás során a nehézséget a folyadéknak a légcsatorna közepébe juttatása jelenti – ahogyan azt például az US–A–5,011,540 számú közzététel is tárgyalja. A korábbiak szerint a légcsatornában nagyon magas sebességértékek uralkodnak, és azok a tisztítófolyadékot magukkal sodorják, még mielõtt a folyadék a légáram közepébe tudott volna hatolni. Megállapítottuk, hogy a cseppeknek kisméretûnek kell lenniük a kopás megakadályozása érdekében. A felhasználás szempontjából a kisméretû cseppek azonban hátrányosak. A kisméretû cseppek tehetetlensége kis tömegükbõl adódóan kicsi, így a porlasztást követõen gyorsan elveszítik a sebességüket – ellentétben a nagyméretû cseppekkel, amelyeknek rendelkeznek a kezdeti sebesség hosszabb távú megõrzésére való képességgel. A kis cseppekbõl álló porlasztott közegnek a légáram közepébe hatolásra való képessége tehát gyenge. Ez a probléma különösen nyilvánvaló nagy légcsatornaméretekkel rendelkezõ nagy gázturbinák esetében, ahol a fúvókától a légcsatorna közepéig terjedõ távolság hosszú. Összefoglalásul, a gázturbinák tisztítása, különösen a gázturbina üzem közbeni tisztítása számos problémával jár.
40 A találmány összefoglalása A találmány egyik célkitûzése gázturbina üzem közbeni tisztítását lehetõvé tevõ fúvóka és eljárás megvalósítása hatékony és biztonságos módon. A találmány által ezt és további célkitûzéseket az 45 fõigénypontokban meghatározott tulajdonságokkal jellemzett fúvókával és eljárással érjük el. A célszerû kiviteli alakokat az aligénypontokban mutatjuk be. Az érthetõség kedvéért a „a középtengellyel bezárt 50 szög” vagy „középtengelyhez képesti szög” kifejezések a fúvókából kiáramló folyadéknyaláb iránya és a középtengellyel párhuzamos, a fúvókatesten keresztülhaladó referenciafelület közötti szöget értjük. A találmány további elõnyei nyilvánvalóvá válnak a 55 találmány célszerû kiviteli alakjainak következõ részletes leírása során. A rajz rövid leírása A találmány célszerû kiviteli alakjait részletesen be60 mutatjuk a csatolt rajzra való hivatkozással, ahol az 3
1
HU 006 142 T2
1. ábrán a gázturbina egy részlete és a légáramba tisztítófolyadékot fecskendezõ fúvókák elrendezése látható; a 2. ábrán a tisztítófolyadék fúvóka útján történõ porlasztása látható; a 3. ábrán gázturbina bemenetéhez tisztítófolyadék fecskendezésére való hagyományos fúvóka látható; a 4. ábrán a találmány szerinti fúvóka és a találmány elsõ példakénti kiviteli alakja látható; az 5. ábrán a találmány elsõ példakénti kiviteli alakja szerinti fúvóka látható; a 6. ábrán a találmány szerinti fúvóka és a találmány egy második példakénti kiviteli alakja látható. A célszerû kiviteli alakok leírása Az 1. ábrán egy 1 gázturbina metszete és kompresszor bemenetébe tisztítófolyadékot fecskendezõ fúvókák elrendezése látható. A gázturbina egy, a 3 tengelyre nézve forgásszimmetrikus légbeszívó 2 nyílást tartalmaz. A légáramot nyilak jelölik. A levegõ sugárirányban lép be, majd elterelõdik, és az eszköz tengelyével párhuzamosan a 14 kompresszor irányába áramlik. A 14 kompresszornak az állórészlapátok elsõ tárcsájának elülsõ végén 4 bemenete van. A állórészlapátokat tartalmazó 5 tárcsát forgórészlapátokat tartalmazó 6 tárcsa követi, azt pedig ismét állórészlapátokat tartalmazó 7 tárcsa stb. A légbeszívó nyílásnak van egy belsõ 8 csatornafala és egy külsõ 9 csatornafala. A belsõ csatornafalra 10 fúvóka van felszerelve. A fúvókát 11 vezeték köti össze egy, a fúvókához tisztítófolyadékot tápláló (nem mutatott) szivattyúval. A 10 fúvókát elhagyó folyadékot porlasztjuk, és az 12 porlasztott közeget képez. A cseppeket a légáram szállítja a kompresszor 4 bemenetéhez. Másik megoldás szerint a 13 fúvóka a külsõ 9 csatornafalra van felszerelve. A 2. ábra a fúvókából kiáramló folyadék porlasztását szemlélteti. Egy 24 tengelyt tartalmazó 20 fúvókának a tisztítófolyadék számára kialakított 21 bemenete és a folyadék fúvókából való kilépését biztosító 22 nyílása van. A nyílás területe és a folyadék nyomása adott áramlásisebesség-értékhez van hangolva. Egy 23 nyílás a tisztítóközeg áramlását biztosító furattal van ellátva. Gázturbina kompresszorának tisztítására alkalmazott fúvóka nyílásának területe és a folyadék nyomása akkora, hogy a nyíláson keresztüláramló a folyadék sebessége nagy, azaz 100 m/s nagyságrendbe esik. Az áramlás iránya azon irány, amerre a nyílás mutat. Amennyiben a nyílás kör alakú, úgy kör keresztmetszetû porlasztott közeg képzõdik. A porlasztott közeg egy, a furat tengelyének irányába mutató (sebesség)komponens és egy másik, a tengely irányára merõleges (sebesség)komponens szerint terjed. A 2. ábra szerint a porlasztott közeg geometriailag úgy írható le, mint egy C alapú és B magasságú kúp, ahol C a kúp átmérõje. A nyílás elhagyását követõen kerül sor a folyadék porlasztására, amelynek következtében a folyadék elõször aprózódik, majd kis szemcsékre esik szét. Végül a szemcsék gömb alakot vesznek fel, aminek hajtóereje a felületi feszültség minimális értékre törekvése. A 2. ábra
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
szerint a nyílástól A távolságban a porlasztás lényegében teljes egészében végbement, és változó méretû cseppeket tartalmazó porlasztott közeg képzõdött. E 70–140 bar folyadéknyomáson mûködõ gázturbina alkalmazási példájában található fúvóka esetében az A távolság értéke jellemzõen 5–20 cm. B távolságba tovább haladva a cseppek folytatják mozgásukat, de ekkor a cseppek közötti távolságok már nagyobbak. A cseppek közötti távolságok növekedése a porlasztott közeg sûrûségének csökkenését jelenti. Ha feltételezzük, hogy a tisztítófolyadék víz, akkor a porlasztást megelõzõen a sûrûség 1000 kg/m3. B távolságban a porlasztott közeg kisebb sûrûséggel jellemezhetõ, mint A távolságban, ahol a sûrûséget lokálisan a levegõ egy térfogategységében található szemcsék számával definiáljuk. Az 50–140 bar folyadéknyomáson mûködõ gázturbina alkalmazási példájában található fúvóka esetében A távolságban a sûrûség értéke jellemzõen 20 kg/m3. Nyilvánvaló, hogy a cseppek sebessége levegõmolekulákkal való ütközés során csökken. A jelen találmány szempontjából a központi problémát az jelenti, hogy a porlasztott közeg milyen mélységben képes behatolni a levegõbe mielõtt a légáram a kompresszor bemenetét elérné. Egyetlen, adott kezdeti sebességgel rendelkezõ csepp gyorsan elveszíti a kezdeti sebességét, és annak értéke aszimptotikusan nulla sebességhez tart. A szakterületen jártas szakember képes megbecsülni a csepp sebességét a nyíláshoz képest mért távolsága függvényében az aerodinamikai közegellenállás és a tehetetlenségi erõ egyensúlya alapján. A porlasztott közeg egészére feltételezzük, hogy útja során a levegõ helyére áramlik (kiszorítja azt). Ezt úgy tekinthetjük, hogy a közeg a levegõre becsapódási erõt fejt ki, amit a sûrûséggel, a térfogattal és az áramlási sebességgel írhatunk le. A becsapódási erõ az alábbi alakkal közelíthetõ: F=sûr*Q*V*Cd 1. egyenlet ahol F=becsapódási erõ, sûr=sûrûség, Q=térfogati áramlási sebesség, V=sebesség, Cd=közegellenállási tényezõ. A közegellenállási tényezõ értékét a csepp aerodinamikai közegellenállási erejének és a tehetetlenségi erõnek az egyensúlyából lehet megbecsülni. A találmány szerinti tisztítási eljárásban fontos szerepe van annak, hogy a porlasztott közeg megfelelõ mértékben behatoljon a légáramba. A fenti definíció alapján ez nagy becsapódási erõ esetén történik meg. A mosás eredményességéhez fontos követelmény továbbá a porlasztott közeg megfelelõ szórása. Szórás alatt azt értjük, hogy a porlasztott közeg a forgórészlapátok és állórészlapátok kielégítõ mértékû befedéséhez bizonyos porlasztási szöggel rendelkezik azon a tartományon, ahol a porlasztott közeg a hatását kifejti. A szórási feltételt meghatározott porlasztási szög alatt beállított fúvókával elégítjük ki. A becsapódási erõvel jellemzett fenti porlasztott közeg esetében a becsapódási erõ a fúvóka nyílásánál a
1
HU 006 142 T2
legnagyobb, majd a nyílástól mért távolság növekedésével fokozatosan csökken. Ha feltételezzük, hogy a tisztítófolyadék víz, akkor a sûrûség 1000 kg/m3. A területet a furat átmérõjébõl számítjuk. Így a fúvókanyílástól mért minden egyes távolságban a becsapódási erõ mértéke az 1. egyenletbõl becsülhetõ. A növekedõ távolsággal fokozatosan növekedõ terület azt eredményezi, hogy a becsapódási erõ aszimptotikusan nullához tart. A 3. ábrán ugyanaz a porlasztott közeg látható, mint a 2. ábrán, és az egymással megegyezõ részek a 2. ábra jelöléseivel azonos hivatkozási számokkal vannak jelölve. A 3. ábra egy hagyományos fúvókát ábrázol. A D távolság azt a távolságot jelöli, amilyen mértékben a porlasztott közeg a légáramba behatol, mielõtt a légáram a cseppeket a kompresszor bemenetéhez juttatja. A szórási feltételt egy olyan porlasztási 34 szög alatt elrendezett fúvóka választásával lehet biztosítani, amely D távolságban E mértékû szórást eredményez. A fenti leírás során mindvégig kör keresztmetszettel terjedõ porlasztott közeget feltételeztünk. Megfelelõ geometriájú nyílással ellátott fúvókát választva ellipszis vagy négyszögletes alakú porlasztott közeg is elõállítható. A gázturbina-kompresszorok tisztításának szakterületén nem kör keresztmetszetû porlasztott közegeket alkalmaznak. A 4. és 5. ábrán a találmány elsõ célszerû kiviteli alakja látható. A találmány olyan fúvókára vonatkozik, amely megnövelt becsapódási erejû porlasztott közeg elõállítására alkalmas. A megnövelt becsapódási erõ miatt a 3. ábra szerinti D távolság növekedik, ezáltal a légáram közepébe való behatolás korábban már részletezett problémája megszüntethetõ vagy részlegesen megszüntethetõ. A 4. ábrán egy találmány szerinti fúvóka látható. Az 54 fúvóka egy 49 középtengellyel és a tisztítóközeg bemenetéül szolgáló 41 nyílással ellátott 40 fúvókadobot és a kimeneti 55 végnél elrendezett elsõ 42 nyílást tartalmaz, és a 42 nyílásnak 43 kimenete van, amelyen keresztül a tisztítófolyadék a fúvókából kiömlik. A 42 nyílás a 49 középtengely mellett, a középtengely irányába mutató szög alatt van felszerelve úgy, hogy a létrehozott porlasztott közeg a középtengely irányába áramlik. A létrehozott porlasztott közeg körszimmetrikus. A porlasztott közeg geometriailag olyan kúp formájában írható le, amelynek egy elsõ 44 véggel és egy másik 45 véggel rendelkezõ alapja és 43 csúcsa van. Az 54 fúvókának a kimeneti 55 végnél egy második 46 nyílása, a 46 nyílásnak pedig 47 kimenete van, amelyen keresztül a tisztítófolyadék a fúvókából kiömlik. A 46 nyílás a 49 középtengely mellett, a középtengely irányába mutató szög alatt van felszerelve úgy, hogy a létrehozott porlasztott közeg a középtengely irányába áramlik. A létrehozott porlasztott közeg körszimmetrikus. A porlasztott közeg geometriailag olyan kúp formájában írható le, amelynek egy elsõ 45 vég és egy másik 48 vég között elhelyezkedõ alapja és 47 csúcsa van. A találmány célszerû kiviteli alakja szerint a nyílások olyan szögek alatt vannak a középtengely felé irányítva, hogy egy nyílásból a közeg 0–80° szögtartomá-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
nyon áramlik ki, célszerûbben azonban 10–70° szögtartományon áramlik ki. A két nyílás kimenete azonos méretû furattal van ellátva, és azonos geometriai elrendezéssel van kialakítva, így a beérkezõ folyadék a 42 és 46 nyílások között egyenlõ arányban oszlik el. A két nyílás kimenete a középtengely irányába, a nyílások kimenetétõl J távolságra elhelyezkedõ 57 metszésponthoz van irányítva. A J távolság 5–20 cm nagyságrendû. A nyílások 43 és 47 kimenetét elhagyó folyadékot porlasztjuk. Általános esetben a nyílások kimenetétõl F távolságban a porlasztás elvégzettnek tekinthetõ. A két porlasztott nyaláb egyesül, és a nyalábok egyesülésébõl fakadóan egy megnövekedett sûrûségû 53 zóna alakul ki. Az 53 zónát az 50, 52, 45, 51 és 50 pontok határolják. A megnövekedett sûrûség következtében az 1 egyenlet alapján a becsapódási erõ megnõ. A jelen találmány célkitûzése éppen ennek a becsapódási erõnek a növelése. A fúvóka megfelelõ porlasztási szög és porlasztási irány beállításával a H mértékû szórási követelmény G távolságban teljesül. Az 5. ábrán perspektivikus nézetben, az X–X szakasz irányából nézve látható a fúvóka, ahol a korábbiakkal megegyezõ részek a 4. ábra hivatkozási számaival megegyezõen vannak jelölve. Az 5. ábra a 42 és 46 nyílások helyzetét szemlélteti a légáram irányához viszonyítva. A légáram irányát nyilak jelzik. A találmány hatása tovább javítható abból a ténybõl kiindulva, hogy a 4. ábra szerinti porlasztott közeg felületének a légáramra vonatkoztatott vetülete egy hagyományos fúvókából kilépõ porlasztott közegével szemben kisebb. Az 5. ábra szerinti áramlási irányt tekintve a légáramra vonatkoztatott vetület területe a 4. ábra 47, 50, 43, 52, 48, 45, 44, 51 és 47 pontjai által határolt terület. Ezt a területet kell összehasonlítani a 3. ábra szerinti, a hagyományos fúvóka használata során keletkezõ vetület területével, ahol ezt a területet a 22, 31, 32 és 22 pontok közötti terület képezi. A 3. ábrán kijelölt terület nagyobb a 4. ábrán kijelölt megfelelõ területnél. A kisebb vetületnek köszönhetõen a porlasztott közeget a légáram nem képes könnyedén magával ragadni, ezáltal a porlasztott közeg sokkal hatékonyabban képes a légáramba behatolni. A 6. ábra a jelen találmány szerinti fúvóka a találmány második példakénti kiviteli alakját szemlélteti. A 6. ábrán perspektivikus nézetben, az X–X szakasz irányából nézve látható a fúvóka, ahol a korábbiakkal megegyezõ részek a 4. ábra hivatkozási számaival megegyezõen vannak jelölve. Mivel a fúvóka ezen kiviteli alakjának a funkciója a jelen találmány szerint lényegében azonos a fent bemutatott kiviteli alak funkciójával, így a mûködés leírásától ebben az esetben eltekintünk. A 6. ábra a 42, 46 és 60 nyílásoknak a légáram irányához viszonyított irányítását mutatja. A 60 nyílásnak a 42 és 46 nyílásokhoz hasonlóan 61 kimenete van, amelyen keresztül a tisztítófolyadék a fúvókából kiömlik. A légáram irányát nyilak jelzik. A harmadik 60 nyílás a középtengely mellett a 49 középtengelytõl mérve a 42 és 46 nyílásokkal azonos távolságban, és a tengelyre nézve azokkal megegyezõ
1
HU 006 142 T2
szög alatt van felszerelve úgy, hogy a létrehozott porlasztott közeg a középtengely irányába áramlik, a fent már tárgyalt kiviteli alak esetében leírtakkal azonos módon. Noha a jelenleg célszerûnek említett kiviteli alakok részletes leírását megadtuk, a fenti leírás alapján a szakterületen jártas szakember számára nyilvánvaló, hogy a bemutatott kiviteli alakoknak számos módosítása valósítható meg a találmány oltalmi körétõl való eltérés nélkül, a csatolt igénypontokban definiált módon. Így bejelentõnek nem szándéka a találmányt csak a kiviteli alakokra való hivatkozással bemutatott szerkezeti és mûködési elemekre korlátozni, hanem a csatolt szabadalmi igénypontok által meghatározott oltalmi kört kívánja érvényesíteni.
5
10
15
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Fúvóka gázturbinaegység (1) tisztítására, amely a gázturbinaegység (1) légbeszívó nyílásánál (2) tisztítófolyadéknak a légáramba történõ porlasztására van tervezve, és olyan fúvókatestet (40) tartalmaz, amelynek a tisztítófolyadék bemenetéül szolgáló bemeneti vége (41) és a tisztítófolyadék kimenetéül szolgáló kimeneti vége (55) van, és a kimeneti véghez (55) több nyílás (42, 46; 42, 46, 60) van csatlakoztatva, ahol a nyílások (42, 46; 42, 46, 60) a nyílások kimenetétõl (43, 47; 43, 47, 61) adott távolságra (J) található metszéspontnál (57) a fúvókatest (40) középtengelyére (49) irányulnak a középtengelyhez (49) képest olyan szög alatt, hogy az egyes nyílások kimenetén (43, 47; 43, 47, 61) kiömlõ folyadék 0–80° közötti szögtartományba esik, azzal jellemezve, hogy az említett távolság (J) 5–30 cm közé esik. 2. Az 1. igénypont szerinti fúvóka, azzal jellemezve, hogy minden egyes nyílás (42, 46; 42, 46, 60) a középtengelyhez (49) képest lényegében azonos távolságban, továbbá a középtengely (49) meghosszabbítását képezõ tengellyel lényegében azonos szöget bezáróan van elrendezve. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti fúvóka, azzal jellemezve, hogy az említett nyílásokban (42, 46; 42, 46, 60) a folyadék nyomása 35–175 bar közötti tartományban van. 4. A 3. igénypont szerinti fúvóka, azzal jellemezve, hogy a nyílások kimenetei (43, 47; 43, 47, 61) az említett nyomásértékkel összhangban úgy vannak kialakítva, hogy a folyadéknak 50–250 m/s tartományba esõ sebességgel történõ kiáramlását eredményezik. 5. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti fúvóka, azzal jellemezve, hogy minden egyes nyílás kimenetének (43, 47; 43, 47, 61) kialakítása azonos. 6. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti fúvóka, azzal jellemezve, hogy a nyílások (42, 46; 42, 46, 60) úgy vannak elrendezve, hogy az általuk képzett porlasztott nyaláb alakja lényegében kör, lényegében ellipszis, vagy lényegében négyszögletes alakzatok csoportjának bármelyikébe tartozó alakkal megegyezhet.
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti fúvóka, azzal jellemezve, hogy a kimeneti véghez két nyílás (42, 46) van csatlakoztatva. 8. Eljárás gázturbinaegység (1) tisztítására, ahol a gázturbinaegység (1) légbeszívó nyílásánál (2) fúvóka (54) segítségével tisztítófolyadék légáramba porlasztását végezzük, és a fúvóka olyan fúvókatestet (40) tartalmaz, amelynek a tisztítófolyadék bemenetéül szolgáló bemeneti vége (41) és a tisztítófolyadék kimenetéül szolgáló kimeneti vége (55) van, továbbá porlasztott tisztítófolyadékot állítunk elõ úgy, hogy a folyadékot a kimeneti véghez (55) csatlakozó nyílásokhoz (42, 46; 42, 46, 60) áramoltatjuk, ahol a nyílások (42, 46; 42, 46, 60) a nyílások kimenetétõl (43, 47; 43, 47, 61) adott távolságra (J) található metszéspontnál (57) a fúvókatest (40) középtengelyére (49) irányulnak a középtengelyhez (49) képest olyan szög alatt, hogy az egyes nyílások kimenetén (43, 47; 43, 47, 61) kiömlõ folyadék 0–80° közötti szögtartományba esik, azzal jellemezve, hogy a említett távolság (J) 5–30 cm közé esik. 9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az egyik eljárási lépésben a nyílásokból (42, 46; 42, 46, 60) kiáramló folyadékot azon tengely felé irányítjuk, amely a középtengely (49) lényegében azonos szög alatt futó meghosszabbítását képezi, ahol a nyílások (42, 46; 42, 46, 60) a középtengelyhez (49) képest lényegében azonos távolságban, továbbá a középtengely (49) meghosszabbítását képezõ tengellyel lényegében azonos szöget bezáróan van elrendezve, továbbá a középtengely (49) meghosszabbítását képezõ tengellyel lényegében azonos szöget bezáróan van elrendezve. 10. A 8. vagy 9. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a említett nyílásokban (42, 46; 42, 46, 60) a folyadék nyomása 35–175 bar közötti értéket vesz fel. 11. A 8–10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyílások kimenetei (43, 47; 43, 47, 61) az említett nyomásértékkel összhangban úgy vannak kialakítva, hogy a folyadéknak 50–250 m/s tartományba esõ sebességgel történõ kiáramlását eredményezik. 12. A 8–11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy minden egyes nyílás kimenetének (43, 47; 43, 47, 61) kialakítása azonos. 13. A 8–12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyílások (42, 46; 42, 46, 60) úgy vannak elrendezve, hogy az általuk képzett porlasztott nyaláb alakja lényegében kör, lényegében ellipszis vagy lényegében négyszögletes alakzatok csoportjának bármelyikébe tartozó alakkal megegyezhet. 14. A 8–13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kimeneti véghez két nyílás (42, 46) van csatlakoztatva. 15. Tisztítóeszköz gázturbinaegység (1) tisztítására, amely legalább egy, az 1. igénypont szerinti fúvókát tartalmaz. 16. A 15. igénypont szerinti tisztítóeszköz, amely legalább egy, a 2–7. igénypontok bármelyike szerinti fúvókát tartalmaz.
HU 006 142 T2 Int. Cl.: B05B 7/08
7
HU 006 142 T2 Int. Cl.: B05B 7/08
8
HU 006 142 T2 Int. Cl.: B05B 7/08
9
HU 006 142 T2 Int. Cl.: B05B 7/08
10
HU 006 142 T2 Int. Cl.: B05B 7/08
11
HU 006 142 T2 Int. Cl.: B05B 7/08
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
