DE69929243T2

DE69929243T2 - Vorrichtung und verfahren zum reinigen und entfernen von überzügen von gegenständen

Info

Publication number: DE69929243T2
Application number: DE69929243T
Authority: DE
Inventors: John Howard FARR; Humphries Keith BETSCHER; Roy Richard WORTHING; D. Sangeeta; Bachubhai Himanshu VAKIL; Alan Curtis JOHNSON; Joseph Thomas CARTIER; Brittain Edward STOKES; Heinz Jaster
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-11-05
Also published as: US20050268942A1; US6354310B1; US20020066470A1; BR9915274A; WO2000036184A2; WO2000036184A3; JP2002532628A; US7037381B2; US6945262B2; EP1137823B1; DE69929243D1; EP1137823A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entfernen von keramischen Materialien von, und zum Reinigen der Oberflächen von, Gegenständen, und betrifft insbesondere verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum Entfernen von keramischem Material und Reinigen loser und fest sitzender Verschmutzung von den Oberflächen von Schaufelkomponenten in der Produktion.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Das US Patent Nr. 5,685,917 von Sangeeta mit dem Titel "Method for Cleaning Cracks and Surfaces of Airfoils", das US Patent Nr. 5,643,474 von Sangeeta mit dem Titel "Thermal Barrier Coating Removal on Flat and Contoured Surfaces" und das US Patent Nr. 5,779,809 von Sangeeta mit dem Titel "Method of Dissolving or Leaching Ceramic Cores in Airfoils" erläutert die Anwendung einer organischen Beizmischung unter Druck zum Reinigen und Entfernen von Keramikmaterialien, wie z.B. Keramikkernen, die in der Herstellung von Gusselementen von Gasturbinen und Wärmebarrierenbeschichtungen verwendet werden, um die Temperatureigenschaften von Gasturbinenelementen zu verbessern. Die beschriebenen Verfahren haben einige Nachteile, die überwunden werden müssen, um die Technologie in Produktionsumgebungen mit höherem Durchsatz auszuführen. Im Wesentlichen beschreiben die Patente Verfahren zum Angreifen der keramischen Materialien dadurch, indem diese unter erhöh ter Temperatur und Druck organischen Beizlösungen ausgesetzt werden, die aus einer flüchtigen organischen Verbindung, einer Beizverbindung und Wasser bestehen.
Die beteiligten Reagentien sind hoch alkalisch und entflammbar, eine Kombination, die sie besonders schwierig zu handhaben macht. Die in diesen Patenten beschriebenen Drücke und Temperaturen sind hoch und liegen erheblich über der Umgebung, und bewirken dadurch, dass sich das gesamte Verfahren in der Dauer verlängert. Während dieses für Laboraufbauten oder Abläufe im Kleinmaßstab hinnehmbar ist, ist es in Produktionsumgebungen unerwünscht. Diese herkömmlichen Prozesse umfassen das Beladen eines Druckbehälters, wie z.B. eines Autoklaven, mit verschmutzten, beschichteten Turbinenelementen und das Hinzufügen der Beizagenzien. Der beladene Druckbehälter wird auf die geeignete erhöhte Temperatur und den Druck gebracht, um dadurch die beschichteten Teile den Beizreagenzien zu unterwerfen, welche auf die Elemente einwirken, um die Beschichtung zu entfernen. Der Druckbehälter wird dann abgekühlt und auf Normaldruck gebracht und die abgebeizten Elemente aus dem Behälter entfernt. Die Elemente werden dann aus dem Behälter entfernt und die restlichen Reagentien werden von den Elementen entfernt. Jedoch sind diese herkömmlichen Prozesse nicht ohne weiteres auf die hohen Volumina anpassbar, die in Produktionssituationen anzutreffen sind. Die herkömmlichen Prozesse befassen sich nicht mit den Problemen der Anpassung derartiger Autoklavengeräte, welche typischerweise für eine Losverarbeitung ausgelegt sind, auf eine kontinuierliche Produktionsverarbeitung. Außerdem befassen sich die herkömmlichen Prozesse nicht mit den Problemen, die bei der Wiederverwendung dieser verschmutzten und gefährlichen Chemikalien anzutreffen sind.
Was erforderlich ist, sind Geräte und Verfahren, die in der Lage sind, keramische Materialien, wie z.B. Beschichtungen, von beschichteten Elementen als erster Schritt in einem Prozess zur Aufarbeitung und Wiederherstellung von Turbinenelementen in einer effizienten und sicheren Weise unter Beseitigung der Verschmutzung aus den Reagentien, um eine Wiederverwendung zu ermöglichen, zu entfernen.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur Entfernung keramischer Beschichtungen von den Oberflächen von Turbinenschaufeln gemäß Anspruch 1 hierin und ein Verfahren zum Entfernen von Material von einer Vielzahl von Gegenständen gemäß Anspruch 19 gerichtet.
Diese Erfindung schafft die Möglichkeit, eine große Menge von Gegenständen in einer kurzen Zeitdauer zu bearbeiten, während gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen wird, die Beizchemikalien für mehrere Zyklen einer Gegenstandsbearbeitung zu verwenden.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält Einrichtungen zum Lagern der Beizlösung bis sie zur Aufbringung auf die Gegenstände bereit ist. Wenn sie einsatzbereit ist, ist die Beizlösung auf eine erste vorgewählte Temperatur mittels einer Vorheizung vorgeheizt. Die Einrichtung zur Vorheizung kann eine getrennte Kammer sein oder kann eine Vorrichtung, wie z.B. eine Heizspirale sein, welche die Temperatur der Lösung anhebt, wenn sie die Lagerungseinrichtung verlässt. Die Beizlösung wird dann mittels einer Einrichtung zur Druckerhöhung auf einen ersten Druck gebracht. Die Druckerhöhung kann in derselben Vorrichtung wie die Vorheizung erzielt werden. Die Druckerhöhung kann in Verbindung mit der Vorheizung durchgeführt werden. Die auf eine erste Temperatur vor geheizte und auf Druck gebrachte Beizlösung wird nun mittels einer geeigneten Einrichtung zum Einführen und Übertragen der Beizlösung in einen Druckbehälter eingeführt. Wie es noch ersichtlich wird, führen die Prozesse der vorliegenden Erfindung dazu, dass sich der Druckbehälter auf einer erhöhten Temperatur über der Umgebung befindet. Der Druckbehälter wird vor der Einführung der erwärmten, unter Druck gesetzten Beizlösung mit den zu bearbeitenden Gegenständen beladen. Diese Gegenstände erfordern eine Bearbeitung zum Entfernen oder Abbeizen einer keramischen Beschichtung als einen ersten Schritt zur Wiederaufarbeitung. Da die Elemente typischerweise in einer Gasturbine eingesetzt wurden, müssen nicht nur die keramische Beschichtung, sondern auch unerwünschte Materialien, wie z.B. eine Ruß oder andere Nebenprodukte einer Brennstoffverbrennung enthaltende lose Verschmutzung, und fest anhaftende Oxide, die sich aus den hohen Temperaturen der Verbrennung ergeben, entfernt werden.
Der Druckbehälter hat ein Innenvolumen, das erheblich größer als das jedes abzubeizenden Gegenstandes ist, und hat auch die Kapazität eine erhebliche Menge von Beizlösung aufzunehmen. Der Druckbehälter hat auch die Fähigkeit, Drücke und Temperaturen erheblich über der Umgebung aufzunehmen. Nachdem mehrere Gegenstände in den Druckbehälter geladen sind und die Beizlösung bei einer ersten erhöhten Temperatur und Druck in den heißen Druckbehälter eingeführt worden ist, können der Behälter und dessen Inhalte eine bestimmte kleinere Erwärmung erfordern, um die Temperatur des Behälters und dessen Inhalte auf der ersten erhöhten Temperatur zu halten, da etwas Wärme während der Beladungs- und Entladungsprozesse verloren gehen kann. In einer optionalen Ausführungsform kön nen der Druckbehälter und dessen Inhalte auf eine vorgewählte zweite erhöhte Temperatur über der ersten vorgewählten Temperatur durch eine zweite Erwärmungseinrichtung erwärmt werden. Der Druckbehälter kann ebenfalls auf eine vorgewählte zweite erhöhte Temperatur über der ersten vorgewählten Temperatur angehoben werden.
Der Druckbehälter und dessen Inhalte werden dann für eine ausreichende Zeit auf Temperatur und Druck gehalten, um der Beizlösung eine Wechselwirkung mit den Oberflächen der Gegenstände zu ermöglichen, um so entweder die über dem Substrat liegenden Materialien zu entfernen oder solche Materialien erheblich einzuweichen, so dass sie mit geringem zusbeizlichen Aufwand ohne ansonsten das Substrat des Gegenstandes zu beeinträchtigen, entfernt werden können. Nachdem eine ausreichende Zeit bei Druck und Temperatur verstrichen ist, um das gewünschte Resultat der Reinigung oder erheblichen Einweichung von Materialien auf dem Substrat des Gegenstandes zu erzielen, wird die Beizlösung mittels einer geeigneten Einrichtung zum Entfernen der Lösung aus dem Druckbehälter entfernt. Natürlich kann die Entfernung der Lösung einen Druckabfall in dem Behälter bewirken. Die Beizlösung wird dann mittels einer Kühlung nach ihrer Entfernung aus dem Druckbehälter gekühlt. Nach der Abkühlung auf eine geeignete Temperatur kann dann die Lösung sicher in die Einrichtung zur Lagerung der Lösung übertragen werden, bis der nächste Betriebszyklus beginnen kann.
Die Gegenstände innerhalb des Druckbehälters können nun zur weiteren Bearbeitung entfernt werden, während der Druckbehälter heiß bleibt. Jedoch wird es erforderlich sein, die Beizlösung von den Gegenständen nach der Abbeizung abzuspülen. Dieses wird durch die Verwendung eines zweiten Behälters und die Einführung eines geeigneten Reagens erreicht, welches Wasser beinhalten kann. Das Reagens dient auch dazu, die Gegenstände ausreichend abzukühlen, so dass deren Entfernung aus dem zweiten Behälter ohne wesentliche Absenkung der Autoklaventemperatur ausgeführt werden kann.
Verbesserungen in der Herstellungstechnologie und Materialien sind die Schlüssel zu erhöhter Leistung und verringerten Kosten für viele Gegenstände. Hier führen eine Fortsetzung von und oft damit verbundene Verbesserungen in Prozessen und Materialien zu der Fähigkeit, Materialien zu entfernen, die über einem Substrat liegen, wobei die Substrate typischerweise teuere Legierungen sind, ohne das darunter liegende Substrat zu verletzen. Dieses ermöglicht eine verbesserte Fähigkeit Gegenstände aufzuarbeiten ohne nachteilig die Konstruktionseigenschaften der Gegenstände zu beeinträchtigen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher in der verbesserten Fähigkeit, keramische Beschichtungen von teueren Gegenständen zu entfernen, ohne nachteilig die darunter liegenden Gegenstände zu beeinträchtigen. Die Gegenstände können somit ohne irgendeinen Einfluss auf die Konstruktionseigenschaften der Gegenstände aufgearbeitet werden. Dieses erhöht wiederum die Nutzungsdauer der Gegenstände und vermeidet die Notwendigkeit einer vorzeitigen Ersetzung der Gegenstände durch teuere neue Gegenständen und dadurch die Einsparung von seltenen Ressourcen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, Beizlösungen wieder zu verwenden und im Kreislauf zu führen. Durch die Wiederverwendung werden nicht nur die Kosten der Ersetzung der Beizlösungen vermieden, sondern auch die Entsorgung der Beizlösung vermieden, und dadurch zu einer besseren Umwelt beigetragen.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass hoch alkalische und entflammbare Reagentien, die schwierig zu handhaben sind, nun in der Bearbeitung von Gegenständen in einer Produktionsumgebung bei erhöhten Temperaturen und Drücken sicher und mit minimalem menschlichen Kontakt eingesetzt werden können.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, die Zykluszeit für die Säuberung oder Reinigung zu reduzieren. Die vorliegende Erfindung hält den Druckbehälter auf einer erheblich erhöhten Temperatur während zyklisch Teile durch diesen geführt werden, und beseitigt dadurch Abkühlzyklen. Dieses beseitigt die erhebliche Aufheizzeit für den Druckbehälter, welcher eine große thermische Masse aufweist. Während die Zykluszeit verkürzt wird, reduziert dieses auf den Energieverbrauch, was sich beides in Kosteneinsparungen niederschlägt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche im Rahmen eines Beispiels die Prinzipien der Erfindung darstellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Gesamtdarstellung, die einen allgemeinen Materialfluss durch die verschiedenen Systeme und Vorrichtungen darstellt, die den geschlossenen Kreislauf des Abbeiz- und Reinigungsprozesses bilden;
2 ist eine detaillierte schematische Ansicht des behälterinternen Filtrationssystems der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine detaillierte schematische Ansicht eines exemplarischen Analysesystems der vorliegenden Erfindung, das in die Filtrationsschleife integriert dargestellt ist;
4 ist eine detaillierte schematische Ansicht eines Reagentienmassenausgabesystems;
5 ist eine detaillierte schematische Ansicht eines Rückdruckerzeugungssystems;
6 ist eine detaillierte schematische Ansicht eines Systems, um flüchtige Stoffe im Voraus unter Druck zu setzen;
7 ist eine detaillierte schematische Darstellung eines Rückgewinnungs- und Wiedernutzungssystems von flüchtigen Fluiden.
8 ist eine schematische Darstellung eines in Reihe mit dem fortschrittlichen Autoklavensystem der vorliegenden Erfindung angeordneten Spülsystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der allgemeinen schematischen Darstellung der vorliegenden Erfindung, wie sie in 1 dargestellt ist, wird ein Autoklav 10 verwendet, der im Wesentlichen auf der erhöhten Temperatur bleibt, die für die Entfernung von Beschichtungen, wie z.B. den keramischen Beschichtungen erforderlich ist, die für den Wärmeschutz in Gasturbinenanwendungen auf Gegenständen, wie z.B. Brennkammern, Schaufelblättern, sowohl Laufschaufeln als auch Leitschaufeln, und anderer Turbinenelemente eingesetzt werden. Da der Autoklav ein Druckbehälter ist, muss er die strukturellen Anforderungen zur Aufnahme hoher Drücke erfüllen. Demzufolge weist er eine hohe thermische Masse auf, so dass dadurch, dass der Autoklav 10 so nahe wie möglich an der für die Entfernung der Beschichtung erforderlichen Temperatur gehalten wird, die Zykluszeit für die Behälteraufheizung erheblich reduziert oder eliminiert wird.
Um die Zykluszeit für die Bearbeitung der Elemente weiter zu verringern, wird eine Hochdruckpumpe 100 verwendet, um das chemische Reagens durch eine Vorheizeinrichtung 30 hindurch und in den vorgeheizten Autoklaven 10 drücken. Nachdem die durch die Turbinenluftschaufeln 2 in 1 dargestellte Turbinenelemente abgebeizt worden sind; unterstützt die Hochdruckpumpe bei der Entfernung des Reagens aus dem Autoklaven 10 über eine Kühleinrichtung 40, so dass die Temperatur und der Druck des Reagens 52 letztlich und schnell auf einen sicheren Pegel, bevorzugt dem der Umgebung reduziert werden.
Das Reagens 52 enthält typischerweise nach der Verwendung zum Entfernen von an dem Substrat angebrachten Materialien Partikel der abgebeizten Beschichtung sowie von jeder anderen Kontamination, wie z.B. Oxiden, unlöslichem Schmutz oder losen Verbrennungsprodukten und löslichen Abscheidungen, die auf den Turbinenelementen abgeschieden sein konnten. Das Reagens 52 kann jedoch nach einer geeigneten Konditionierung für mehrere Abbeizoperationen wieder verwendet werden. Diese Konditionierung beinhaltet das Entfernen von Partikeln und die Einstellung der chemischen Zusammensetzung des Reagens. Die größeren festen Partikel werden zuerst aus dem kontaminierten Reagens durch einfaches Filtern des Reagens durch ein Ma schensieb 12 entfernt, das zwischen den Teilen und der Kühleinrichtung, jedoch bevorzugt innerhalb des Autoklaven angeordnet ist. Das Reagens 52 verlässt dann den Autoklaven und gelangt durch die Kühleinrichtung 40 in den zur Lagerung verwendeten Reagentientank 50. Obwohl sie nicht dargestellt sind, können zusätzliche Filter an jedem Punkt zwischen dem Autoklavenausgang 14 und dem Reagentientank 50 eingefügt sein. Das Reagens 52 wird ferner über eine Dauerzirkulationsschleife 60 gefiltert, in welcher eine weitere Filterung des Reagens erfolgt und über einen Analyseschleife, in welcher die chemische Zusammensetzung des Reagens stichprobenartig gemessen wird. Zur Vereinfachung sind in 1 die Schleife und Analysekreislauf als zu einer Schleife vereint dargestellt, was die bevorzugte Ausführungsform ist. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass die kontinuierliche Zirkulationsschleife und die Analyseschleife innerhalb des Systems auch physisch getrennt sein können.
Aus dem Reagentienlagertank wird das Reagens an eine Dosierungseinrichtung 90 übertragen, wo die zur Verwendung im Autoklaven 10 erforderliche korrekte Menge des Reagens 52 ermittelt wird. Das Reagens wird dann über eine Hochdruckpumpe 100 an eine Vorheizeinrichtung 30 übertragen. Ein Kreislauf 200 ist im dem System angeordnet, um einen Rückdruck in der Vorheizeinrichtung 30 zu erzeugen und ein Aussalzen zu vermeiden. In 1 ist der Kreislauf 200 für Darstellungszwecke als ein getrennter Kreislauf dargestellt. Es dürfte sich jedoch für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass der Kreislauf 200 als ein integrierter Teil der Vorheizeinrichtung 30 ausgelegt sein kann. Ferner ist in 1 ein Einspritzsystem 300 dargestellt, das dazu verwendet wird, den Autoklaven mit einem flüchtigen Fluid vor der Einführung des Reagens 52 unter Druck zu setzen. Das Einspritzsystem enthält eine Vorrichtung, um das flüchtige Fluid aus dem Autoklaven 10 unter Erzielung einer Druckreduzierung zu entfernen, während es gleichzeitig kondensiert wird, um es dadurch von dem Reagens 52 zu trennen und die flüchtige Komponente in eine Speichervorrichtung zu übertragen, wo sie wieder verwendet werden kann.
Der Autoklav 10 kann jeder Druckbehälter geeigneter Größe sein, der die Gegenstände innerhalb einer Kammer aufnehmen kann. Der Autoklav muss in der Lage sein, sowohl einem Druck erheblich über dem Umgebungsdruck sowie einer erhöhten Temperatur standzuhalten. Autoklaven sind im Fachgebiet allgemein bekannt wie auch der Umstand, dass Drücke mit Temperaturen in Beziehung stehen können. Die minimalen Temperaturen, denen ein Autoklav widerstehen können muss, um die Lehren der vorliegenden Erfindung in die Praxis umzusetzen, sind etwa 34,5 bar (500 psi) und 177°C (350°F). Der zur Praxisumsetzung der vorliegenden Erfindung verwendete Autoklav besitzt einen Nenndruck von 69 Bar (1000 psi) und eine Nenntemperatur von 249°C (480°F). Diese Nennwerte liegen über den tatsächlichen angewendeten Drücken und Temperaturen, welche bevorzugt bei etwa 51,7 bar (750 psi) bei Temperaturen von 240,5°C (465°F) unter Verwendung einer bevorzugten Reagenslösung mit einer flüchtigen Komponente mit einer Gewichtszusammensetzung von etwa 60% Äthanol, etwa 15% Natriumhydroxid und dem Rest Wasser liegen. Natürlich dürfte es sich für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass, wenn niedrigere Temperaturen und Drücke angewendet werden, längere Verweilzeiten in dem Autoklaven erforderlich sind, um das Material von der Substratoberfläche zu entfernen, und dass dieses unerwünscht die Verweilzeit verlängert. Somit sind durch höhere Temperaturen und Drücke erzielbare kürzere Verweilzeiten erwünscht. Es dürfte sich auch verstehen, dass eine Änderung der Reagen tienlösung ebenfalls die Verweilzeit sowie die tatsächlich verwendeten Temperaturen und Drücke beeinflusst. Obwohl die bevorzugte flüchtige organische Komponente Äthanol war, dürfte es sich verstehen, dass andere flüchtige organische Komponente, wie z.B. Aceton, Amide usw. Äthanol ersetzen können. Ferner können auch andere alkalische Hydroxide, wie z.B. Kaliumhydroxid, welches auch als Ätzkali bekannt ist, das bevorzugte Ätzsoda, Natriumhydroxid ersetzen.
2 stellt das Filtrationssystem dar, das in Verbindung mit den Hauptkomponenten des Systems einschließlich dem mit Schaufelblättern 2 beladenen Autoklaven 10 verwendet wird. Innerhalb des Autoklaven 10 befindet sich ein Filter oder Maschensieb 12 zum Entfernen sehr großer Partikel. Gemäß Darstellung umgibt das Maschensieb 12 die Schaufelblätter 2, so dass das Sieb 12 große Segmente der Beschichtung auffängt, sobald sie sich von den Schaufelblättern lösen. Es dürfte sich für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass das Maschensieb 12 nicht die Gegenstände gemäß Darstellung in 1 umgeben muss, und an jeder Position zwischen den Schaufelblättern 2 und dem Auslass des Autoklaven 14 angeordnet sein kann. Ferner kann zum angemessenen Filtern der Keramikpartikel, welche keine gleichmäßige Größe aufweisen, eine Reihe von Maschensieben, jeder nachfolgende Maschensieb mit einer entsprechend kleineren Maschengröße, verwendet werden. Das oder die Maschensiebe sind idealerweise um die die Elemente haltenden Halterungen herum angeordnet, um das Reagens vor dem Verlassen des Autoklaven zu filtern. Kleinere Partikel als eine vorgegebene Maschengröße passieren zu dem nächsten Maschensieb in der Reihe, während größere Partikel durch das Maschensieb zur anschließenden Entfernung erfasst werden. Obwohl das Maschensieb jede Größe aufweisen kann, muss die Größe auf der Basis des für die Entleerung des Autoklaven 10 erforderlichen Zeitaufwandes und der Größe der Partikel, die den Autoklaven 10 verlassen dürfen, bestimmt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden nur kleine Partikel aus dem Autoklaven entlassen. In der besten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung wurde nur ein Maschensieb mit einer Größe von 1,59 mm (1/16'') verwendet, was bedeutet, dass Artikel kleiner als 1,59 aus dem Autoklaven in den Kühler übergehen konnten, und größere Partikel durch das Maschensieb 12 durch den Sieb aufgefangen werden. Ferner sind eine Vorheizeinrichtung 30, ein Lagertank 50 für Reagentien, eine Kühleinrichtung 40 in der Form eines Wärmetauschers mit einer Einlassleitung 42 für Kühlwasser und einer Auslassleitung 44 für das Wasser dargestellt.
An dem Lagertank 50 ist eine abtrennbarer Filtrationszirkulationsschleife 60 angebracht, die ein Rohr 610 umfasst, das eine Verbindung für das Reagens 52 zu einer Pumpe 630 über ein Filter 620 und dann zurück zu dem Tank bereitstellt. Das Reagens 52 tritt kontinuierlich in das Rohr 610 ein und wird durch eine Zirkulationspumpe 630 mit einem Einlass 640 und einem Auslass 650 durch ein Filter 620 geleitet. Es dürfte sich verstehen, dass abhängig von dem Ausmaß und der Effektivität der Filtration des Reagens 52 nach der Verwendung in dem Autoklaven durch das Maschensieb 12 das Filter 620 auf der Einlassseite 640 der Zirkulationspumpe 630 positioniert sein kann, welche das Reagens durch das Filter 620 zieht, wenn die Partikel ausreichend groß sind, dass sie den Fluss des Reagens 52 durch das Rohr 610 oder die Pumpe 630 behindern oder blockieren. Das Reagens 52 kann dann wieder in den Reagentienlagertank 50 gemäß Darstellung in 1 insbesondere dort zurückgeführt werden, wo die Kühleinrichtung 40 in den Tank 50 mündet.
Zusätzlich zu der Entfernung von Feststoffen aus dem Reagens ist es auch erforderlich, die chemische Zusammensetzung des Reagens zu analysieren, um sicherzustellen, dass es für die Wiederverwendung geeignet ist, um die gewünschten Resultate zu erzielen. Die chemische Zusammensetzung des Reagens kann durch eine beliebige Anzahl von Techniken analysiert werden, wobei jedoch eine Messung einer physikalischen Eigenschaft bevorzugt wird. 3 stellt analytische Vorrichtungen in der bevorzugten Ausführungsform als Teil der Filterschleife dar. Es ist nicht erforderlich, dass diese Analysegeräte als Teil des Filterungskreislaufs enthalten sind. Die Analysegeräte können mit dem System an jeder Stelle verbunden sein, um das Reagens zu stichprobenartig zu messen, und sie können auch als eine unabhängige Schleife damit verbunden sein. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass die Analysegeräte mit dem Reagentienlagertank 50 verbunden sind, da das darin enthaltene Reagens 52 einfach eingestellt werden kann, wenn sich herausstellt, dass sich die physikalischen Eigenschaften außerhalb hinnehmbarer Bereiche verändert haben. Die chemische Zusammensetzung des Reagens 52 kann unter Verwendung von Geräten oder Messinstrumenten zum Messen oder Überwachen von zwei oder mehr seiner physikalischen Eigenschaften einschließlich u.a. der Schallgeschwindigkeit 660 in der Lösung, der elektrischen Leitfähigkeit 670 der Lösung, der Dichte 680 der Lösung, der (nicht dargestellten) Opazität, des (nicht dargestellten) Brechungsindex, der (nicht dargestellten) spektroskopischen Transmission und der (nicht dargestellten) Fluidität der Lösung bestimmt werden. Sehr genaue Messungen können durchgeführt werden, wenn wenigstens zwei von den entsprechenden Eigenschaften in umgekehrter Weise reagieren. Beispielsweise können, wenn die Schallgeschwindigkeit mit zunehmendem Natriumhydroxidgehalt abnimmt, was auch eine Anzeige für einen zunehmenden Alkoholpegel ist, und wenn die Dich te mit zunehmendem Natriumhydroxidgehalt ansteigt, dann die Änderungen in diesen Eigenschaften effektiv mit Veränderungen der chemischen Eigenschaften in dem Reagens 52 verknüpft werden. Gemäß Darstellung in der Ausführungsform von 3 ist ein repräsentatives Messgerät stromabwärts von dem Filter 620 dargestellt. Dieses dient zur Sicherstellung, dass die Messungen minimal durch gelöste Festkörperteilchen beeinflusst werden. Zusätzliche Geräte, welche irgendeine der vorstehend erwähnten Eigenschaften messen, können zu dem dargestellten Gerät hinzugefügt werden oder dieses ersetzen. weitere Sonden, die in der Lage sind, weitere physikalische Eigenschaften zu messen, können nach Bedarf als Ersatz verwendet oder hinzugefügt werden. Die Sonden können an (nicht dargestellte) Ausleseeinrichtungen angeschlossen sein, die eine kontinuierliche Überwachung oder eine periodische Stichprobenmessung der physikalischen Eigenschaften bereitstellen können. Die Ausleseeinrichtungen können analog oder digital sein und können, falls es gewünscht ist, mit einem digitalen Gerät wie z.B. einem Computer, verbunden sein. Die gemessenen Werte können in einem Speichermedium für eine spätere Analyse gespeichert werden. Alternativ kann ein hörbarer Warnalarm angezeigt werden, wenn hinnehmbare Grenzwerte überschritten werden. Es ist jedoch nicht das Ziel dieser Erfindung, die verschiedenen Aspekte der Messgeräte und der von dem Messgerät gesammelten Daten zu erforschen. Der wichtige Aspekt der Erfindung ist die Anbringung des Messgerätes zum Überwachen der chemischen Zusammensetzung der Lösung, um sicherzustellen, dass die korrekte chemische Zusammensetzung als ein Teil des Systems aufrechterhalten wird.
Das Verhältnis des Volumens des flüssigen Reagens zu dem Volumen des Dampfraums über der Flüssigkeit innerhalb des Autoklaven 10 ist für den Wirkungsgrad des Prozesses wichtig.
Sobald der Autoklav 10 mit Gegenständen, wie z.B. Schaufelblättern 2 beladen wurde, muss weniger Reagens in den Autoklaven eingeführt werden, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Umgekehrt ist mehr Reagens 52 erforderlich, wenn weniger Gegenstände in den Autoklaven geladen werden. Somit ist ein optimaler Füllpegel für das System erforderlich, um die optimalen Ergebnisse zu erzielen. Jedoch ist die Sicherstellung der korrekten Pegel eine schwierige Aufgabe, da der Druckbehälter geschlossen ist, wenn das vorgeheizte, vorab unter Druck gesetzte Reagens in den Autoklaven 10 übertragen wird. Eine typische Lösung besteht in der Verwendung eines Pegelsensors innerhalb des Autoklaven und die Übertragung von ausreichend Reagens in den Autoklaven 10 bis der Pegelsensor anzeigt, dass der erforderliche Pegel erreicht worden ist. Da jedoch der Autoklav heiß ist, ist, obwohl das Reagens vorgeheizt und vorab unter Druck gesetzt wird, dieses im Vergleich zu dem Autoklaven kühl. Somit hat das Reagens die Tendenz bei der Einführung in den Autoklaven in Dampf umzuschlagen. Wenn die Füllung fortgesetzt wird, ergibt sich ein instabiler Pegel aus dem Zyklus der Verdampfung und Kondensation, welche zu unzuverlässigen Messwerten aus dem Pegelanzeiger führt. Ein weiterer Faktor, der zu der Unzuverlässigkeit des Pegelanzeigers beiträgt, ist die Tendenz heißer Beizreagenzien, die verfügbare Messtechnik anzugreifen.
Ein effektives Verfahren zum Steuern des Reagenspegels besteht in der Messung der erforderlichen Menge des Reagens 52 vor dessen Übertragung in den Autoklaven 10. Das Volumen innerhalb des Autoklaven 10 ist fest und bekannt. Das Gewicht der Teile kann leicht ermittelt werden. Die in den Autoklaven eintretenden Teile können schnell auf einer Waage gemessen werden. Alternativ sind für sich wiederholende Teile, wie z.B. Turbinenlaufschaufeln oder Leitschaufeln die Durch schnittsgewichte sowie die Teiledichten und Masse bekannt. Somit kann, wenn alle Teile mit derselben Konstruktion zu säubern sind, und die Teilekonstruktion bekannt ist, das Volumen der Teile genau abgeschätzt werden, indem man die Anzahl der Teile kennt. Da das Volumen des Autoklaven 10 bereits bekannt ist, liefert eine einfache Berechnung die Menge an erforderlichem Reagens 52, um den gewünschten Pegel innerhalb des Autoklaven 10 zu erreichen. Dieses Volumen des Reagens 52 kann genau in die Vorheizeinrichtung unter Verwendung einer in den Figuren nicht dargestellten Konstantvolumen-Verdrängerpumpe geliefert werden. Die Pumpe ist von der Vorheizeinrichtung abtrennbar, sobald die erforderliche Menge des Reagens durch diese geflossen ist.
Ein alternatives Verfahren zur Bereitstellung des erforderlichen Volumens an Reagens 52 für den Autoklaven ist in 4 dargestellt. Die Pumpe 635 wird aktiviert, um Reagens in einen Wiegetank 90 zu pumpen. Wenn die erforderliche Menge des Reagens in den Tank 90 gepumpt wurde, kann die Pumpe abgeschaltet werden. Alternativ kann ein Ventil 80 an der Auslassseite der Pumpe 635 angeordnet sein, welches zwischen offenen und geschlossenen Positionen so umschaltbar ist, so dass, wenn es geöffnet ist, die Pumpe Reagens 52 in den Wiegetank 90 liefert. Wenn ausreichend Reagens dem Wiegetank 90 zugeführt wurde, wird das Ventil 80 geschlossen. Das Ventil 80 kann sich auch gemäß Darstellung in 1 umschaltbar zwischen dem Rücklaufrohr in der Zirkulationsschleife des Reagentientanks und dem Rohr zu dem Wiegetank 90 befinden. In dieser Ausführungsform ist nur eine Pumpe, dargestellt als630 in 1 erforderlich, um sowohl das Reagens 52 in der Schleife 600 zirkulieren zu lassen, als auch das Reagens in den Wiegetank 90 zu liefern. Jedoch ist die Art der Lieferung des Fluids entweder in den Wiegetank 90 oder an eine Kon stantvolumen-Verdrängerpumpe nicht wichtig, sofern sie so ausgerichtet werden kann, dass sie dem Reagensstrom zu den Dosierungsvorrichtungen beendet, sobald das erforderliche Volumen erreicht ist. Das Reagens 52 kann direkt aus dem Tank entnommen werden, wenn es ausreichend gefiltert wurde.
Der in dem Wiegetank 90 erforderliche korrekte Pegel kann durch Pegelsensoren bestimmt werden, welche korrekt funktionieren, wenn sich das Reagens 52 an der oder nahe an der Umgebungstemperatur befindet. Jedoch befindet sich gemäß Darstellung in 4 der Wiegetank 90 auf einer Waage 92, um das Reagensgewicht zu messen. Da die Dichte und Masse des Reagens bekannt sind, kann das Volumen durch das Gewicht bestimmt werden. Wenn das erforderliche Gewicht erreicht ist, wird der Reagensstrom zu dem Wiegetank gestoppt. Natürlich kann, wenn irgendeine Frage bezüglich der Genauigkeit beider Verfahren vorliegt, sowohl ein Wiege- als auch ein Pegelsensor verwendet werden, um das Reagensvolumen zu überwachen, wobei die Verfahren als gegenseitige Prüfung wirken. Das Reagens 52 wird dann aus dem Wiegetank 90 durch eine Hochdruckpumpe 100 zur Vorheizeinrichtung 30 gepumpt.
Sobald das Reagens 52 durch die Hochdruckpumpe 100 von einer der Dosiervorrichtungen, die zum Steuern des an den Autoklaven 10 über den Weg der Vorheizeinrichtung 30 zu liefernden erforderlichen Volumens verwendet wird, kommt das kühle Reagens 52 mit den heißen Oberflächen der Vorheizeinrichtung in Kontakt. Wenn kein Rückdruck in dem System aufgebaut ist, wird wenigstens ein Teil des Lösungsmittels in dem Reagens 52 verdampfen, was eine Zunahme in der Konzentration des Beizsalzes in dem Reagens bewirkt. Dieses kann zu einer Abscheidung von festem Beizsalz in der Vorheizeinrichtung führen. Dieses Phänomen ist unerwünscht, und wird als "Aus salzung" bezeichnet. Eine Aussalzung kann schließlich zu einer Blockade des Weges durch die Vorheizeinrichtung führen, was den Prozess unterbricht. Die Aussalzung kann auch nachteilig den Vorheizungsvorgang beeinflussen. Sobald sich Beizsalz innerhalb der Vorheizeinrichtung aufgebaut hat, wird die Wärmeübertragung nachteilig beeinflusst, so dass das Reagens 52 nicht auf die korrekte Temperatur vorgeheizt wird, oder dass alternativ die Zeit zum Erreichen der erforderlichen Temperatur größer wird. Wenn elektrische Heizelemente oder Spiralen in der Vorheizeinrichtung 30 verwendet werden, kann der Aufbau einer Abscheidung die Lebensdauer dieser Vorrichtungen durch das Bewirken eines vorzeitigen Ausfalls beschränken.
Um das Problem der Aussalzung zu minimieren, kann ein Rückdruck in der Vorheizeinrichtung ausgebildet werden. Gemäß 1 und wie es detaillierter in 5 dargestellt ist, kann eine Rückdruckschleife 200 in dem System angeordnet werden. Obwohl diese Schleife in dem System zwischen dem Autoklaven und der Vorheizeinrichtung dargestellt ist, kann sie als ein integriertes Teil der Vorheizeinrichtung 30 ausgelegt sein. Der Zweck der Schleife 200 besteht in dem Erzeugen eines Rückdruckes in der Vorheizeinrichtung 30, um die Verdampfungstendenz des Lösungsmittels im Reagens 52 zu verringern, sobald es die heißen Oberflächen der Vorheizeinrichtung 30 berührt. Die Schleife enthält ein Ventil 210 mit variabler Blende, einen Drucksensor 220 und eine PID-Regelung 230. Das Ventil 210 ist bevorzugt so nahe wie möglich an dem Autoklaven 10 angeordnet. Während des Vorheizzyklus ist das Ventil 210 teilweise geschlossen, um einen Rückdruck an der Einlassseite des Ventils 210 in der Leitung, die die Vorheizeinrichtung 30 enthält, aufzubauen. Eine reduzierte Menge an Dampfumschlag über dem Ventil 210 auf, tritt aber auf der Auslass seite des Ventils 210 auf, die den Autoklaven 10 beinhaltet. Somit werden, wenn das Ventil 210 nahe an dem Autoklaven 10 positioniert ist, die Auswirkungen der Aussalzung minimiert. Der Drucksensor 220 überwacht den Druck in der Vorheizeinrichtung 30. Die PID-Regelung 230 regelt automatisch die Öffnung des Ventils 210 als Antwort auf ein Signal aus dem Sensor 220, das den Druck anzeigt. Auf diese Weise kann der Druck in der Vorheizeinrichtung 30 innerhalb vorgeschriebener Druckbegrenzungen gehalten werden, um die Verdampfung des Lösungsmittelanteils des Reagens 52 zu minimieren oder zu eliminieren. Sobald ein ausreichendes Volumen flüchtiger Fluide in den Autoklaven 10 eingetreten ist, um diesen vollständig unter Druck zu setzen, kann ein Signal aus der (nicht dargestellten) Autoklavensteuerung, das diesen Zustand anzeigt, an die PID-Regelung 230 gesendet werden, welche dann eine Instruktion liefert, die die vollständige Öffnung des Ventils 210 bewirkt, um dadurch den Rückdruck freizugeben, da der Dampfumschlag nicht mehr bedeutend ist.
Ein weiteres Verfahren zum Behandeln des Problems der Aussalzung, das in Verbindung mit der Rückdruckerzeugung in der Vorheizeinrichtung 30 durch die Schleife 200 angewendet werden kann, ist die Verwendung eines Einspritzsystems für die flüchtigen Bestandteile. Gemäß 1 und 6 wird ein durch 300 dargestelltes Einspritzsystem für flüchtige Bestandteile, bestehend aus einem Lagertank 310 für flüchtige Bestandteile, der einen Konstantdruck einhält, einer Pumpe 320 und einem ersten Ventil 340 bereitgestellt, das aus einer ersten Position, die einen Konstantdruck-Lagertank 310 für flüchtige Fluide mit der Vorheizeinrichtung 30 verbindet, während es gleichzeitig das Reagens aus der Vorheizeinrichtung 30 absperrt, und einer zweiten Position, die Reagens aus dem Tank 50 verbindet, während es gleichzeitig das flüchtige Fluid aus dem Konstantdrucklagertank 310 absperrt, umschaltbar ist. 6 enthält eine Rückdruckschleife 200 und stellt daher die bevorzugte Anordnung für die Praxisumsetzung der Erfindung dar. Es dürfte sich jedoch für den Fachmann auf diesem Gebiet verstehen, dass jedes System alleine verwendet werden kann, um das Problem des Aussalzens anzugehen. Es ist jedoch vorteilhaft, beide Systeme in Kombination zu verwenden, da die Zykluszeit reduziert werden kann.
Eine kleine Menge von reinem, flüchtigem Fluid, bevorzugt Äthanol kann dazu verwendet werden, um den Autoklaven vor der Hinzuführung des Reagens 52 unter Druck zu setzen. Obwohl das flüchtige Fluid die chemische Zusammensetzung des Reagens 52 beeinflusst, ist die Menge der tatsächlich erforderlichen flüchtigen Komponente so klein, dass deren Einfluss auf die chemische Zusammensetzung marginal ist. Eine vorbestimmte Menge an flüchtigem Fluid, die ausreicht, um den Autoklaven unter Druck zu setzen, wird über das Ventil 340 an die Vorheizeinrichtung geliefert. Das erforderliche Volumen an Fluid, bevorzugt Äthanol, kann durch die Verwendung einer in 6 dargestellten Konstantvolumen-Verdrängerpumpe 320 oder durch Auffüllen des Konstantdrucktankes 310 auf den entsprechenden Wert erzeugt werden, was durch die Verwendung von (nicht dargestellten) Pegelindikatoren angezeigt werden kann. Das Ventil 340 wird geschlossen, nachdem das erforderliche Volumen durchgelaufen hat. Das flüchtige Fluid durchläuft die Vorheizeinrichtung 30, wo es verflüchtigt wird und in den Autoklaven 10 weiterläuft und diesen unter Druck setzt. Die Verwendung des Äthanoleinspritzsystems beschleunigt die Vordruckerzeugung in dem Autoklaven 10, da die Vordruckerzeugung durch Verflüchtigen einer kleinen Menge eines flüchtigen Fluids im Vergleich zur Verwendung einer deutlich größeren Menge des Reagens zum Erzielen der Vorabdruckerzeugung erreicht wird, wenn nur ein Reagens durch die Vorheizeinrichtung unter Verwendung der Schleife 200 durchgeführt wird. Natürlich kann in einer Ausführungsform die Schleife 200 das Aussalzen weiter verhindern, welches immer noch aufgrund kleinerer Fluktuationen in Druck und Temperatur auftreten kann, sobald das kalte Reagens in die Vorheizeinrichtung 30 eingeführt wird. Nachdem die Schleife 300 von der Vorheizeinrichtung 30 durch das Ventil 340 getrennt ist, kann eine dosierte Menge des Reagens 52 von der Pumpe 100 in die Vorheizeinrichtung 100 und den Autoklaven 52 durch irgendeines der vorstehend beschriebenen Verfahren eingeführt werden.
Am Ende des Temperatur/Druck-Zyklusses im Autoklaven 10 ist es erwünscht, das für die Vorabunterdrucksetzung des Autoklaven 10 verwendete flüchtige Fluid zurückzugewinnen oder aufzufangen, so dass es wieder verwendet werden kann. 1 enthält eine Auffang- und Wiederverwendungsschleife für ein flüchtiges Fluid, welche detaillierter in 7 dargestellt ist. Eine Leitung 370 in der Form eines Rohres ist mit dem Kopfraum über den Gegenständen 2 im Autoklaven 10 verbunden. Die Leitung 370 ist von dem Kopfraum über ein Ventil 360 getrennt, welches aus einer geschlossenen Position in eine offene Position umschaltbar ist, um das Ausströmen des flüchtigen Fluids aus dem Kopfraum zu ermöglichen. Nach dem Abschluss des Temperatur/Druck-Zyklusses ist das Ventil 360 offen, was ein Strömen des gasförmigen flüchtigen Fluids durch die Leitung 370 ermöglicht, um dadurch den Druck im Autoklaven zu reduzieren, während man das flüssige Fluid aus dem Kopfraum zum Kühler 40 strömen lässt, wo es kondensiert wird.
Das kondensierte flüchtige Fluid wird dann durch das Ventil 350 gesteuert, das so umschaltbar ist, dass es den Auslass aus der Kühleinrichtung 40 entweder zu einem Reagentien lagertank oder einem Konstantdrucktank 310 für flüssiges Fluid steuert. Überschüssige flüchtige Fluide können auch aus dem Äthanolkonstantdrucktank 310 durch die Leitung 380 geführt werden, wo sie mit dem Reagens 52 gemischt werden können.
Da die Gegenstände in dem Autoklaven sowohl heiß als auch mit Beizmaterial, z.B. Natriumhydroxid in der bevorzugten Ausführungsform beschichtet sind, ist es erforderlich, sowohl wirksam das darauf abgeschiedene Beizmaterial zu entfernen als auch die Gegenstände zu kühlen. Da die Gegenstände typischerweise Komponenten sind, die in Turbinenanwendungen z.B. als Schaufelblätter, Laufschaufeln und Leitschaufeln, Brennkammern und dergleichen eingesetzt werden, enthalten sie typischerweise komplizierte, feine Innenkanäle zum Kühlen. Die Abscheidungen sind schwer aus diesen Kanälen zu entfernen, können aber nicht in ihrer Lage belassen werden, da sie eine beschleunigte Verschlechterung der Gegenstände bewirken können, wenn sie in den Turbinenbetrieb zurückgebracht werden.
Obwohl es erforderlich ist, die Abscheidungen zu entfernen, ergibt sich der gesteigerte Wirkungsgrad der vorliegenden Erfindung aus dem speziellen Autoklaven 10 zum Entfernen von Oberflächenmaterialien wie z.B. Oberflächenbeschichtungen und Oxiden von dem Substrat, wobei Kühlungs- und Reinigungszyklen innerhalb des speziellen Autoklaven vermieden werden. Gemäß 8 wird dieses Problem durch spezielles Bereitstellen eines zweiten Druckbehälters oder Autoklaven zum Spülen der abgebeizten Laufschaufeln überwunden. Die heißen abgebeizten Turbinenkomponenten mit Beizmaterial auf ihren Oberflächen werden aus dem Autoklaven 10 in einen in 8 dargestellten zweiten Autoklaven übertragen. Diese Übertragung macht nun den Autoklaven 10 für den nächsten Betriebszyklus verfügbar. Der Autoklav 810 ist in der Lage, Wasser auf Temperaturen in dem Bereich von 100 bis 250°C zu erwärmen, während er gleichzeitig die Drücke von 0,35 bis 69 bar (5 bis 1000 psi) einhält. Der Autoklav 810 wird bevorzugt durch irgendeine geeignete Heizquelle, wie z.B. Widerstandsheizeinrichtungen, Dampfschlangen oder Induktionsheizeinrichtungen vorgeheizt. Die Gase werden aus dem Autoklaven durch eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe entfernt. Nachdem ein vorbestimmter reduzierter Druck erreicht worden ist, wird in einer Vorheizeinrichtung 830 vorgeheiztes, überhitztes Wasser mit einer Temperatur von etwa 150°C in den evakuierten Autoklaven 810 eingeführt, und dadurch der Druck erhöht, da sich ein Teil von davon in Dampf umwandelt. Die Einführung von Wasser in die Innenkanäle der Gegenstände wird durch den Verdampfungsprozess erleichtert, da das Wasser in die Kanäle gezogen wird, wo es mit dem restlichen Alkalihydroxid in Kontakt kommen und dieses lösen kann. Nach einer ausreichenden Zeitdauer, um die Lösung des Alkalihydroxids zu ermöglichen, wird der Druck in dem Autoklaven 810 freigegeben oder abgelassen. Dieses bewirkt das Sieden des überhitzten Wassers und die Erzeugung von Dampf in den Innenkanälen. Der Dampf drückt Wasser mit gelöstem Alkalihydroxid aus den Kanälen heraus. Der Behälter wird dann verschlossen und der Prozess wiederholt. Während des Ablaufs dieses Prozesses wird der Behälter 810 mit Ultraschall angeregt, um die Entfernung von enthaltenen Verschmutzungen und losem Keramikmaterial von der Oberfläche der Gegenstände zu unterstützen. Aus dem Behälter wird dann das verschmutzte Wasser abgelassen und der Prozess mit sauberem Wasser wiederholt. Der Prozess wird mehrere Male nach Bedarf wiederholt. Nach dem Abschluss der Wasserspülzyklen wird eine vorbestimmte Menge schwacher organischer Säure, welche das Substrat nicht angreift, und welche mit dem alkalischen Hydroxid reagiert, aus einem Lagertank (840) in die Vorheiz einrichtung eingeführt, wo sie vorerhitzt und in den Autoklaven 110 eingeführt wird. Bevorzugte verdünnte Säuren beinhalten Essigsäure und Zitronensäure. Diese übererhitzte verdünnte Säure wird eingeführt, um alle restlichen Beizmaterialien zu neutralisieren. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer wird die Säurelösung aus dem Autoklaven 810 entfernt und die Gegenstände gemäß vorstehender Beschreibung abschließend mit Wasser gespült.
Die Verarbeitungsablauffolge reduziert effektiv die Menge des in den Gegenständen zurückgehaltenen Alkalimaterials. Um die Menge an Abfall zu minimieren und das Wasser wieder zu verwenden, kann das kondensierte Wasser zurückgewonnen werden, indem alle Partikel mit einem Filter 845 oder eine Reihe von Filtern ausgefiltert und es durch einen Ionentauscher 850 geführt wird, worauf in den Lagertank 860 zur Wiederverwendung geleitet werden kann. Die verdünnte Essigsäure kann in den Tank 840 zurückgeführt werden, wo deren Stärke überwacht und nach Bedarf eingestellt werden kann. In den bevorzugten Verfahren zur Praxisumsetzung der Erfindung wird der Autoklav 10 innerhalb einer isolierbaren Stickstoffkammer 910 gehalten, und der Autoklav 810, welcher als ein Spülbehälter dient, befindet sich außerhalb der isolierbaren Stickstoffkammer 910 in einem als 920 dargestellten Umgebungsdruckbereich, welcher jeder Atmosphärenbereich außerhalb des Stickstoffbereichs sein kann. Zwischen der Stickstoffkammer 910 und dem Bereich 920 befindet sich eine Stickstoffschleuse 930. Die Kammer 910 wird während des Betriebs mit Stickstoff gespült, um dadurch Sauerstoff zu beseitigen und die Möglichkeit einer Vermischung von Sauerstoff mit allen gasförmigen, brennbaren Reagentien, die in dem Abbeizvorgang verwendet werden, zu reduzieren. Mechanische Handhabungssysteme 940, 950 sind vorgesehen, um das Laden und Entladen der Gegenstän de in jedem Autoklaven 10 und 810 zu erleichtern. Weitere Materialhandhabungssysteme, von denen Beispiele in 8 dargestellt sind, sind erwünscht, aber nicht absolut erforderlich, um die Prinzipien der vorliegenden Ausführungsformen auszuführen, können aber nach Bedarf hinzugefügt werden, um den einfachen Fluss und Betriebsablauf der Gegenstände und Materialien durch das System zu unterstützen.

Claims

Vorrichtung zum Entfernen keramischer Beschichtungen von den Oberflächen von Turbinenblättern (2) unter Verwendung einer organischen Beizlösung (52), die aufweist: einen Lagertank (50) für die organische Beizlösung; eine Vorheizeinrichtung (30) zum Vorheizen der organischen Beizlösung auf eine erste vorgewählte Temperatur; eine Hochdruckpumpe (100), die unter Druck gesetzte organische Beizlösung bei einem ersten vorgewählten Druck an die Vorheizeinrichtung liefert; einen Autoklaven (10), der in der Lage ist, die organische Beizlösung und mehrere Turbinenschaufeln bei einem zweiten erhöhten vorgewählten Druck zu halten; ein die Vorheizeinrichtung mit dem Autoklaven verbindendes erstes Rohr mit einem ersten Steuerventil, das zwischen Bereitstellung einer variablen Verbindung zwischen der Vorheizeinrichtung und dem Autoklaven und Abtrennung des Autoklaven einstellbar ist; eine Heizquelle zum Aufheizen des Autoklaven auf eine zweite vorgewählte Temperatur; einen Kühler (40) zum Kühlen der organischen Beizlösung nach dem Entfernen der organischen Beizlösung aus dem Druckbehälter; und ein den Autoklaven mit dem Kühler verbindendes zweites Rohr mit einem zweiten Ventil, das zwischen Abtrennung des Autoklaven und Herstellung einer Verbindung von dem Autoklaven zu dem Kühler so einstellbar ist, dass die organische Beizlösung aus dem Autoklaven nach Abschluss der Entfernung der keramischen Beschichtung entfernt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Einrichtung (12, 60) zum Filtern der entfernten keramischen Beschichtung aus der organischen Beizlösung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Filtern ein Maschensieb (12) innerhalb der die Blätter umgebenden Struktur enthält, um Partikel der entfernten Keramikbeschichtung aufzufangen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Einrichtung zum Filtern eine Zirkulationsschleife ist, die eine Zirkulationspumpe (630) und wenigstens ein Filter (620) enthält, um organische Beizlösung aus dem Tank durch das Filter, zum Entfernen nicht in dem Maschensieb eingefangener keramischer Beschichtungspartikel und zurück in den Tank zirkulieren zu lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Maschensieb ausreichende Öffnungen besitzt, um Partikel mit einer Größe von etwa 1,59 mm (1/16 Inch) und kleiner aufzufangen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, die ferner ein Analysegerät (660, 670, 680) enthält, um die Konzentration einer organischen Komponente und einer Beizkomponente einer wieder verwendbaren organischen Beizlösung zu bestimmen, die für wenigstens einen Entfernungszyklus einer keramischen Beschichtung von einer metallischen Komponente bei erhöhten Temperaturen und Drücken verwendet wurde, wobei das Gerät einen in dem Zirkulationspfad zwischen dem Filter und dem Tank positionierten Sensor enthält, um eine physikalische Eigenschaft der organischen Beizlösung nach einem Entfernen der Partikel zu messen.
Analysegerät, wobei wenigstens zwei Sensoren wenigstens zwei physikalische Eigenschaften der organischen Beizlösung messen, die aus der aus der elektrischen Leitfähigkeit (670), Opazitätsdichte (680), Brechungsindex, spektroskopischen Durchlässigkeit, Fluidität und Schallgeschwindigkeit (660) in der Lösung bestehenden Gruppe ausgewählt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner eine Einrichtung enthält, um eine Menge der an den Autoklaven über die Hochdruckpumpe und die Vorheizeinrichtung gelieferten gefilterten organischen Beizlösung auf der Basis eines Volumens von in den Autoklaven eingebrachten Blättern zu dosieren.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung zum Dosieren eine Konstantvolumen-Verdrängerpumpe (635) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung zum Dosieren einen Wiegetank (90) und einen Kraftsensor (92) außerhalb des Tanks enthält, um das Gewicht des Wiegetankes nach der Einführung der organischen Beizlösung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Einrichtung zum Dosieren eine Konstantvolumen-Verdrängerpumpe (635) enthält, um die organische Beizlösung in einen Wiegetank (90) zu pumpen, und einen Kraftsensor (92) außerhalb des Tanks, um ein Gewicht des Wiegetanks nach der Einführung von organischer Beizlösung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner enthält: ein variables Ventil (210) zum Erzeugen eines vorbestimmten Rückdruckes in der Vorheizeinrichtung, das zwischen der Vorheizeinrichtung und dem Autoklaven angeordnet ist; einen Drucksensor (220) zum Messen des Rückdruckes der organischen Beizlösung; und eine Steuerung (230) zum Steuern des Ventils als Reaktion auf den von dem Drucksensor gemessenen Rückdruck, um den Rückdruck auf vorbestimmten Pegeln zu halten.
Vorrichtung nach Anspruch 12, welche ferner eine Einrichtung enthält, um den Autoklaven durch Einspritzen eines vorgeheizten flüssigen organischen Fluids in den Autoklaven vor dem Einführen der Beizlösung in den Autoklaven unter Vordruck zu setzen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des Vordrucks enthält: einen Lagerbehälter (310) für flüchtiges organisches Fluid; eine Pumpe (320) in Fluidverbindung mit dem Lagerbehälter; eine die Pumpe mit der Vorheizeinrichtung verbindende Leitung; und ein Trennventil (340) in der Leitung, das zwischen Lieferung des flüchtigen organischen Fluids an die Vorheizeinrichtung und Abtrennung des flüchtigen organischen Fluids von der Vorheizeinrichtung einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, ferner mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung des flüchtigen organischen Fluids aus dem Autoklaven.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Einrichtung folgendes enthält: eine Leitung (370) in Fluidverbindung mit einem Kopfraum in dem Autoklaven und dem Kühler; ein Trennventil (360) in der Leitung, das zwischen Abtrennung des Autoklaven von dem Kühler und Bereitstellung einer Verbindung zu dem Kühler einstellbar ist; eine Leitung (330) in Fluidverbindung mit dem Kühler und dem Lagerbehälter des organischen Fluids; ein Trennventil (360) in der Leitung, das zwischen Abtrennung des Kühlers von dem Lagerbehälter des organischen Fluids und Bereitstellung einer Verbindung von dem Kühler zu dem Lagertank einstellbar ist, um kondensierten flüchtigen organischen Fluid einen Ablauf zu dem Lagerbehälter zu ermöglichen;
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Lagerbehälter des organischen Fluids ein Konstantdrucktank ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, welche ferner einen zweiten Autoklaven (810) zum Spülen von Turbinenschaufeln bei einer zweiten vorgewählten Temperatur und bei Druck nach dem Entfernen keramischer Beschichtungen unter Verwendung eines Fluids zum Neutralisieren jedes restlichen Beizmaterials enthält.
Verfahren zum Entfernen von Material von mehreren Gegenständen (2) mit den nachstehenden Schritten: Platzieren der Gegenstände in einem Autoklaven (10), der auf wenigstens eine vorbestimmte Temperatur vorgeheizt ist; dann Liefern eines vorgewählten Volumens eines flüchtigen organischen Fluids aus einem Konstantdruck-Lagerbehälter (310) an eine Vorheizeinrichtung (30) zum Vorheizen des Fluids auf eine zweite vorgewählte Temperatur in der Nähe der ersten vorgewählten Temperatur; Einführen des vorgewählten Volumens des vorgeheizten, auf einem Vordruck gebrachten, flüssigen Fluids aus der Vorheizeinrichtung in den Autoklaven mit den Gegenständen; dann Liefern eines vorgewählten Volumens einer Beize enthaltenden Lösung (52) aus einem Lagertank (50) an die Vorheizeinrichtung zum Vorheizen der Beizlösung auf eine dritte vorgewählte Temperatur in der Nähe der ersten vorgewählten Temperatur; Einführen des vorgewählten Volumens der vorgeheizten, auf Vordruck gebrachten, Beize enthaltenden Lösung in den Autoklaven mit dem flüchtigen organischen Fluid und den Gegenständen; Aufheizen des Autoklaven (10) auf eine vierte vorgewählte Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer und bei einem vorbestimmten Druck, die ausreichen, um Material von den Gegenständen zu entfernen; dann Abziehen (360) einer gasförmigen Phase des flüchtigen organischen Fluids aus dem Autoklaven in einen Kondensator (40) zur Kondensation und Kühlung; Leiten des kondensierten, gekühlten flüssigen organischen Fluids in den Konstantdruck-Lagerbehälter (310); Vorfiltern (60) relativ größerer Partikel aus der Beize enthaltenden Lösung, dann unter Beibehaltung des Autoklaven auf oder über der ersten vorgewählten Temperatur, Entfernen (14) der Beize enthaltenden Lösung aus dem Autoklaven zu dem Kondensator zur Abkühlung; Filtern relativ kleinerer Partikel aus der Beize enthaltenden Lösung; und Lagern der Beize enthaltenden Lösung in dem Lagertank.