BR112020008789B1

BR112020008789B1 - Absorvedor de som de saída de ar para uma máquina elétrica giratória

Info

Publication number: BR112020008789B1
Application number: BR112020008789-0A
Authority: BR
Inventors: Dennis Mathai
Original assignee: Brush Electrical Machines Limited
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2018-11-01
Publication date: 2024-02-27
Also published as: US20210180487A1; EP3704784B1; EP3704784A1; WO2019086879A1; US11715992B2; GB2568055B; JP7319284B2; RU2020117014A3; BR112020008789A2; GB2568055A; CN111373638A; RU2020117014A; GB201718127D0; JP2021501919A; CN111373638B

Abstract

Trata-se de uma máquina elétrica giratória, como um gerador, que tem um rotor disposto dentro de um alojamento de rotor e um trajeto de fluxo de ar que passa do alojamento de rotor para e através de um silenciador para um escape. O silenciador compreende pelo menos um trajeto de fluxo de ar disposto adjacente a pelo menos uma coluna de absorção de som, em que a coluna compreende uma primeira porção que tem um primeiro material de absorção de som na mesma e uma segunda porção que tem um painel microperfurado (MPP) e uma cavidade de ressonador. A segunda porção compreende uma unidade de absorção de som reativa que pode ser ajustada especificamente para suprimir o ruído aeroacústico gerado pelas fendas de ventilação no rotor, tipicamente com picos de 100 Hz ou 120 Hz.

Description

[0001] A presente divulgação refere-se a estruturas de absorção de som usadas nas vias de escape de ar para geradores elétricos, motores elétricos e outras máquinas elétricas giratórias.

[0002] O controle das emissões de ruído de grandes máquinas elétricas giratórias é frequentemente importante no projeto e na implementação de tais equipamentos. Juntamente com o conhecido ruído induzido por vibração, pode haver um ruído aerodinâmico significativo resultante dos fluxos de ar gerados pela rotação rápida dos componentes da máquina elétrica giratória. A expressão ”máquina elétrica giratória” se destina a abranger todas as máquinas elétricas que têm um componente de rotor que é ventilado pelos fluxos de ar e/ou que gera esses fluxos de ar durante a rotação.

[0003] A presente invenção destina-se a mitigar os efeitos do ruído aerodinâmico de tais máquinas.

[0004] De acordo com um aspecto, a presente invenção fornece uma máquina elétrica giratória que compreende:

[0005] um rotor disposto dentro de um alojamento de rotor;

[0006] um trajeto de fluxo de ar que passa do alojamento do rotor para e através de um silenciador até um escape,

[0007] em que o silenciador compreende pelo menos um trajeto de fluxo de ar disposto adjacente a pelo menos uma coluna de absorção de som, em que a coluna compreende uma primeira porção que tem um primeiro material de absorção de som na mesma e uma segunda porção que tem um painel microperfurado (MPP) e uma cavidade de ressonador.

[0008] O silenciador pode compreender pelo menos um trajeto de fluxo de ar definido entre duas das colunas de absorção de som. A coluna de absorção de som pode incluir ainda uma terceira porção com material de absorção de som na mesma. A máquina elétrica giratória pode ter um segundo MPP na cavidade do ressonador. A cavidade do ressonador pode ser dividida em vários compartimentos transversais à direção do trajeto do fluxo de ar após a coluna. A cavidade do ressonador pode ser dividida em vários compartimentos com diferentes profundidades. A segunda porção da coluna pode ser ajustada para um pico de absorção entre 80 e 180 Hz ou, mais particularmente, entre 100 e 120 Hz. A segunda porção da coluna pode ser ajustada para um pico de absorção entre 60 e 300 Hz ou, mais particularmente, entre 100 e 120 Hz. A segunda porção da coluna pode ser ajustada para um pico de absorção na frequência de alimentação elétrica do rotor ou harmônica do mesmo. O primeiro material de absorção de som pode ser um absorvedor poroso. O absorvedor poroso pode ser espuma ou lã de rocha. A primeira porção da coluna de absorção de som pode estar entre o rotor e a segunda porção da coluna de absorção de som. A primeira porção da coluna de absorção de som pode estar entre o rotor e a segunda porção da coluna de absorção de som e a segunda porção pode estar entre a primeira porção e a terceira porção. A máquina elétrica giratória pode ser um gerador. A máquina elétrica giratória pode ter várias colunas de absorção de som, definindo vários trajetos de fluxo de ar, em que cada um se estende ao longo do comprimento axial do rotor. O MPP pode compreender perfurações de diâmetro na faixa de 0,5 mm a 1,2 mm. O MPP pode compreender uma placa de espessura de 0,5 mm a 2,5 mm. A razão entre a área total de perfurações e a área total da placa pode estar na faixa de 0,15% a 0,4%. A cavidade do ressonador pode ter uma profundidade na faixa de 150 mm a 400 mm ou 200 mm a 400 mm.

[0009] De acordo com outro aspecto, a invenção fornece um método para controlar as emissões de ruído aerodinâmico a partir de um trajeto de ventilação de uma máquina elétrica giratória disposta dentro de um alojamento de gerador, em que o método compreende:

[0010] dispor um rotor dentro de um alojamento de rotor;

[0011] fornecer um trajeto de fluxo de ar que passa do alojamento do rotor para e através de um silenciador até um escape do alojamento do gerador,

[0012] fornecer ao silenciador pelo menos um trajeto de fluxo de ar disposto adjacente a pelo menos uma coluna de absorção de som,

[0013] passar o ar de resfriamento ao longo de pelo menos um trajeto de fluxo de ar para além de uma primeira porção da coluna de absorção de som que tem um primeiro material de absorção de som na mesma para atuar como um absorvedor acústico resistivo e

[0014] passar o ar de resfriamento ao longo de pelo menos um trajeto de fluxo de ar para além de uma segunda porção da coluna de absorção de som que tem um painel microperfurado (MPP) e uma cavidade de ressonador para atuar como um absorvedor de som reativo.

[0015] As modalidades da presente invenção serão agora descritas a título de exemplo e com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0016] A Figura 1A mostra uma vista lateral esquemática em corte transversal de um gerador elétrico que mostra o posicionamento de uma unidade silenciadora dentro do alojamento do gerador;

[0017] A Figura 1B mostra uma vista de extremidade esquemática em corte transversal do gerador elétrico da Figura 1A;

[0018] A Figura 2 é uma vista de extremidade de duas colunas de absorção de som usadas no alojamento do gerador das Figuras 1A e 1B;

[0019] A Figura 3 é uma vista em perspectiva das duas colunas de absorção de som da Figura 2;

[0020] A Figura 4 é uma vista de extremidade de duas colunas de absorção de som alternativas usadas no alojamento do gerador das Figuras 1A e 1B;

[0021] A Figura 5 é uma vista em perspectiva das duas colunas de absorção de som da Figura 4;

[0022] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de uma unidade de absorção de som reativa utilizável nas colunas das Figuras 2 a 5;

[0023] A Figura 7 é uma vista de extremidade esquemática em corte transversal de uma porção superior da unidade silenciadora da Figura 1B;

[0024] A Figura 8 é um gráfico que mostra um espectro de redução de ruído de uma unidade silenciadora para uso com o gerador das Figuras 1A e 1B, com uso apenas de estruturas de absorção de som resistivas;

[0025] A Figura 9 é um gráfico que mostra um espectro do coeficiente de absorção de som de incidência normal calculado para uma onda plana que atinge uma unidade de absorção de som reativa para uso nas colunas de absorção de som das Figuras 3 a 5;

[0026] A Figura 10 é um gráfico que mostra um espectro do coeficiente de absorção de som de incidência normal previsto para ondas planas que atingem duas unidades diferentes de absorção de som reativas para uso nas colunas de absorção de som das Figuras 3 a 5;

[0027] A Figura 11 é uma vista de extremidade esquemática em corte transversal de uma unidade de absorção de som reativa de painel duplo alternativa para uso nas colunas de absorção de som das Figuras 3 a 5;

[0028] A Figura 12 é uma vista de extremidade esquemática em corte transversal de uma unidade de absorção de som reativa de três canais alternativa para uso nas colunas de absorção de som das Figuras 3 a 5; e

[0029] A Figura 13 é um gráfico que mostra os espectros de coeficiente de absorção de som com incidência normal previsto para ondas planas que atingem as unidades de absorção de som reativas das Figuras 11 e 12.

[0030] Por todo o relatório descritivo, os descritores relacionados à orientação e posição relativa, como "superior", "inferior", "horizontal", "vertical", "esquerda", "direita", "para cima", "para baixo", "frontal”, “posterior”, bem como quaisquer adjetivos e advérbios derivados dos mesmos, são usados no sentido da orientação do aparelho como apresentado nos desenhos, em um modo de uso convencional. No entanto, esses descritores não se destinam a limitar de forma alguma o uso pretendido da invenção descrita ou reivindicada.

[0031] A Figura 1A mostra um diagrama esquemático de um gerador elétrico 1 dentro de um alojamento de gerador 2. O gerador 1 tem um eixo de rotação 3 que se estende longitudinalmente através do alojamento 2, como visto na vista lateral da Figura 1A. A parte inferior 4 do alojamento 2 fornece um invólucro para o gerador 1 e o equipamento associado, que pode ser aqui denominado de forma mais geral como um alojamento de rotor. A parte superior 5 do alojamento 2 fornece estruturas de entrada de ar 6, uma estrutura/silenciador de saída de ar 7 que inclui um módulo de tratamento de escape de ar 10 (Figura 1B) e defletores de saída de ar 8 para escape de ar do alojamento 2. Isso é melhor observado na vista em corte transversal da Figura 1B.

[0032] O ar de ventilação/resfriamento é fornecido às extremidades axiais do gerador 1 a partir das estruturas de entrada de ar 6 e é transportado axialmente ao longo das fendas de ventilação no rotor 9 do gerador 1. A partir das fendas de ventilação do rotor, o ar é ejetado sob movimento rotacional do rotor e passa pelo silenciador 7/módulo de tratamento de escape 10 e pelos defletores de saída 8.

[0033] Em uma máquina elétrica giratória, como o gerador elétrico 1, o ruído aeroacústico é gerado, pelo menos em parte, devido aos jatos de ar em alta velocidade que saem das fendas de ventilação do rotor. O ruído aeroacústico pode ter um componente forte de baixa frequência e pode ser particularmente grave com o dobro da frequência operacional do gerador. Também pode haver harmônicos de ordem superior relacionados ao número e espaçamento das fendas de ventilação do rotor. No módulo de tratamento de escape de ar 10, esse ruído é atenuado por silenciadores dissipativos, que compreendem divisores acústicos 11. Como visto na Figura 1B, vários divisores acústicos 11 se estendem para cima a partir da parte inferior 4 do alojamento do gerador 2 em direção à parte superior do módulo de tratamento de ar de escape 10, onde os defletores de saída 8 estão localizados. Os divisores acústicos 11 definem as vias de fluxo de ar de escape 12 nos espaços entre os mesmos, que direcionam o ar de escape para os defletores 8. Os divisores acústicos 11 compreendem várias porções em cada coluna, cujas características são descritas abaixo.

[0034] Os divisores acústicos 11 são mostrados em mais detalhes na Figura 2. Cada divisor acústico compreende uma coluna de absorção de som 20 que tem uma primeira porção 21 mais próxima do rotor/gerador 1 e uma segunda porção 22 mais distante do rotor/gerador 1. Por conveniência, a primeira porção 21 pode ser considerada em uma posição "a montante", ou seja, mais próxima da fonte de ruído/fonte de ar/rotor, e a segunda porção 22 pode ser considerada em uma posição "a jusante", ou seja, distante da fonte de ruído/fonte de ar/rotor.

[0035] A primeira porção 21 contém um primeiro material de absorção de som, que é, de preferência, um absorvedor poroso, como espuma ou lã de rocha. A primeira porção 21 da coluna de absorção de som 20 pode compreender uma armação com lados rígidos 24, suportes estruturais 26, como elementos transversais e uma face 27 adjacente ao trajeto de fluxo de ar 12, que expõe o material de absorção de som ao trajeto de fluxo de ar 12. A face 27 pode compreender uma barreira de malha aberta ou painel perfurado para manter o absorvedor poroso no lugar dentro da armação da primeira porção 21 da coluna de absorção de som e para permitir o movimento do ar para dentro e para fora da estrutura. A malha pode compreender uma estrutura de treliça metálica, por exemplo. Alternativamente, a face 27 pode compreender um material sólido que permite que a energia sonora passe através do mesmo para o absorvedor poroso. Em um aspecto geral, a primeira porção 21 compreende um absorvedor acústico resistivo ou unidade de absorção de som resistiva.

[0036] A segunda porção 22 compreende um painel microperfurado (MPP) 28 adjacente ao topo (isto é, a extremidade a jusante) da primeira porção 21 e uma cavidade de ressonador 29 a jusante do MPP 28. A segunda porção 22 fornece efetivamente um absorvedor acústico reativo ou unidade de absorção de som reativa. Como tal, a segunda porção 22 não precisa conter um material absorvedor de som poroso, como espuma ou lã de rocha.

[0037] Referindo-se também às Figuras 4 e 5, as colunas de absorção de som 20 podem incluir uma terceira porção 23 acima, isto é, a jusante da segunda porção 22. A terceira porção 23 pode compreender uma estrutura absorvente de som resistiva adicional semelhante à primeira porção 21.

[0038] Duas ou mais colunas de absorção de som 20 podem definir vários trajetos de fluxo de ar 12, em que cada um se estende ao longo do comprimento axial do rotor/gerador. O exemplo da Figura 1B e da Figura 7 compreende quatro colunas de absorção de som 20 que dividem o fluxo de ar em cinco trajetos de fluxo de ar 12.

[0039] Com referência à Figura 6, a segunda porção 22 pode compreender mais de um MPP 28. No exemplo mostrado na Figura 6, a segunda porção 60 compreende um primeiro MPP 61 adjacente à extremidade a jusante da primeira porção 21, uma cavidade de ressonador 62 a jusante do primeiro MPP 61 e um segundo MPP 63 a jusante do primeiro MPP 61 que divide a cavidade do ressonador 62 em duas partes. Essa disposição será discutida em maiores detalhes posteriormente.

[0040] Em um aspecto geral, a primeira porção 21 (unidade de absorção de som resistiva) da coluna de absorção de som 20 pode, portanto, se encontrar entre o rotor/gerador 1 e a segunda porção 22 (unidade de absorção de som reativa) da coluna de absorção de som 20. A segunda porção 22 da coluna de absorção de som 20 pode estar entre a primeira porção 21 e a terceira porção 23.

[0041] O painel ou painéis microperfurados 28, 61, 63 são, de preferência, configurados para otimizar o desempenho acústico da estrutura do silenciador/saída de ar 7 para a aplicação específica, por exemplo, a máquina elétrica giratória específica em uso. A estrutura do silenciador é preferencialmente ajustada para um amplo pico de absorção entre 80 e 180 Hz ou, mais particularmente, pode ser ajustada para um pico de absorção entre 100 e 120 Hz, ou em uma dessas frequências. O uso de painéis microperfurados duplos 61, 63, como na Figura 6, pode fornecer uma absorção de pico mais ampla entre 60 e 300 Hz ou, mais particularmente, pode ser ajustada para uma absorção de pico entre 100 e 120 Hz.

[0042] Foi verificado que a integração da segunda porção 22 em uma coluna de absorção de som 20, que, portanto, define uma cavidade de ressonador 62 e o MPP 28, 61, 63, melhora substancialmente o desempenho acústico do conjunto de tratamento de ar de escape 10 para absorver o ruído aeroacústico causado pelos jatos de ar em alta velocidade que saem das fendas de ventilação do rotor, que têm um componente forte de baixa frequência, particularmente grave com o dobro da frequência operacional do gerador. Os harmônicos de ordem superior relacionados ao número e espaçamento das fendas de ventilação no rotor são atenuados de maneira mais eficaz pelos silenciadores resistivos dissipativos das primeira e terceira (opcional) porções 21, 23.

[0043] Testes mostraram que a primeira e a terceira porções 21, 23 que incorporam os materiais porosos são eficazes na absorção de frequências acima de 200 Hz com bom desempenho de banda larga, mas podem ser menos ideais para suprimir ruído nas frequências de operação de 50 Hz e 60 Hz de geradores típicos e, particularmente, nos primeiros harmônicos dos mesmos a 100 Hz e 120 Hz, particularmente conforme medido nos defletores de saída 8.

[0044] A Figura 7 mostra uma possível disposição para a parte superior do módulo de tratamento de escape de ar 10. Nessa disposição, algumas ou cada uma das colunas de absorção de som 20 com a primeira porção 21 (não visível), a segunda porção 22 que compreende o MPP 28 (ou MPP 61, 63) e a cavidade do ressonador 62 e a terceira porção 23 podem ainda incluir uma quarta porção transversal 70 para direcionar os fluxos de ar nos trajetos de fluxo de ar 12 lateralmente para fora para os defletores 8. As quartas porções transversais 70 podem incorporar mais do primeiro material de absorção de som, de preferência, um absorvedor poroso, como espuma ou lã de rocha. Material absorvente resistivo adicional 71 pode ser fornecido no telhado da parte superior 5 do alojamento 2.

[0045] A Figura 8 fornece uma ilustração das propriedades de redução de ruído de um conjunto de módulo de tratamento de escape de ar 10 semelhante às disposições descritas acima, mas sem o uso das estruturas de absorção acústica reativas das segundas porções 22, que contêm os MPPs 28, 61, 63 e as cavidades do ressonador 29, 62. Isso mostra claramente que a estrutura básica que usa apenas material absorvedor resistivo é eficaz em frequências mais altas, mas apresenta desempenho relativamente baixo em frequências mais baixas, onde o ruído aeroacústico das fendas de ventilação do rotor domina. Isso fez com que os níveis de ruído com o dobro da frequência operacional do gerador parecessem dominantes. No gráfico, que mostra os níveis de pressão sonora medidos, a mais alta das três colunas para cada banda do espectro de ruído representa os níveis de ruído na fonte do rotor/gerador (ou seja, a montante do silenciador); a próxima coluna mais baixa para cada banda do espectro de ruído representa os níveis de ruído na extremidade a jusante do módulo de tratamento do escape de ar/silenciador. A coluna mais baixa para cada banda do espectro de ruído representa os níveis de ruído nos defletores.

[0046] Os absorvedores acústicos reativos, ou seja, as segundas porções 22 das colunas de absorção de som 20 que compreendem os MPPs 28, 61, 63 e as cavidades de ressonador 29, 62 podem ser projetadas de maneira ideal para atenuar as frequências da banda central de 100 Hz e 125 Hz (ou outras bandas alvo, de acordo com o projeto do gerador/rotor e a frequência de rotação), e o desempenho acústico geral do conjunto do silenciador é, assim, substancialmente melhorado sem afetar substancialmente o fluxo de ar.

[0047] Os painéis microperfurados 28, 61, 63 compreendem, cada um, uma placa, invólucro ou membrana fina com muitos orifícios na mesma. Nenhum material poroso resistivo é necessário na cavidade do ressonador 29, 62. O principal mecanismo de absorção pode ser fornecido pela resistência oferecida pelas perdas viscosas nos orifícios dos painéis 28, 61, 63 quando as moléculas de ar se movimentam para frente e para trás sob a influência da pressão sonora. O ar covibra como uma massa nos numerosos orifícios adjacentes, com o ar no espaço intermediário entre o absorvedor e uma parede posterior geralmente rígida que age como uma mola, semelhante a um ressonador Helmholtz. Ao formar um espaço fechado atrás do MPP 28, 61, 63, ressonâncias acústicas multimodais podem ser criadas. Os modos de cavidade que se acoplam ao movimento do ar dentro das microperfurações contribuem para a absorção do som. O MPP e o material que define a cavidade podem ser formados a partir de qualquer material adequado que tenha a rigidez necessária para conferir as propriedades necessárias da câmara acústica. Em um exemplo, as paredes da cavidade do ressonador 29, 62 são feitas de aço inoxidável de espessura entre 1,2 e 3 mm de espessura, proporcionando a rigidez necessária.

[0048] Os painéis perfurados 28, 61, 63 podem ser projetados para otimizar a absorção acústica do módulo de tratamento de ar de escape 10. Os diâmetros dos poros podem ser fornecidos na ordem de milímetros ou mesmo centímetros, com pouca resistência acústica e alta reatância, ou podem ter tamanho submilimétrico, proporcionando alta resistência acústica. De preferência, os diâmetros dos orifícios são selecionados de modo que tenham a mesma ordem de magnitude que a camada limite acústica de um fluxo constante nos orifícios, o que permite um amortecimento ideal das vibrações amplificadas por ressonância nos orifícios.

[0049] O parâmetro geométrico que é mais importante para ajustar o desempenho do MPP é a profundidade da cavidade do ressonador que controla a velocidade da molécula de ar nos orifícios. Os absorvedores de MPP são mais eficazes quando a velocidade das partículas é alta, porque isso maximiza o atrito viscoso nos orifícios. Como a absorção sonora do absorvedor de MPP é dominada pela ressonância da vibração da massa de ar, tanto nos orifícios perfurados quanto na cavidade traseira, a mesma é limitada à região de frequência de ressonância; portanto, sua largura de banda pode ser relativamente estreita.

[0050] Uma análise harmônica típica de um coeficiente de absorção de som de incidência normal para um absorvedor de MPP é mostrada na Figura 9. Para esse absorvedor, o MPP 28 tem orifícios de perfuração com diâmetro de 0,8 mm, espessura do painel MPP de 1,5 mm, razão de perfuração (razão entre a área total dos orifícios e a área total da placa de 0,4% e profundidade da cavidade do ressonador de 300 mm. Um pico de absorção pode ser projetado em aproximadamente 100 Hz ou 120 Hz, sendo assim otimizado para requisitos operacionais internacionais de geradores que fornecem energia de CA em 50 Hz ou 60 Hz. Um pico de absorção também poderia ser projetado em qualquer frequência adequada da máquina elétrica giratória, por exemplo, absorção de pico na frequência de alimentação elétrica do rotor ou harmônica do mesmo.

[0051] Dois outros potenciais absorvedores de MPP foram projetados, previstos para ter altos coeficientes de absorção sonora de incidência normal a 100 Hz e 120 Hz. As dimensões dos dois MPPs são fornecidas abaixo. Tipo Diâmetro do orifício (mm) Espessura do painel (mm) Razão de perfuração (%) 1 0,9 0,8 0,25 2 1,0 1,0 0,21

[0052] Os coeficientes de absorção sonora de incidência normal previstos para os dois tipos de absorvedores de MPP, ambos com uma profundidade de cavidade de 300 mm, são mostrados na Figura 10, em que o tipo 1 fornece traço 101 e o tipo 2 fornece traço 102.

[0053] Com referência adicional à Figura 6, a cavidade do ressonador 29, 62 pode ser dividida em vários compartimentos transversais à direção do fluxo de ar do silenciador, com as partições 65 espaçadas ao longo da largura da cavidade (por exemplo, partições ortogonais ao plano do MPP 28, 61). A absorção sonora das ondas rasantes (ondas que se propagam paralelamente ao MPP 28, 61) pode ser menos eficaz se a cavidade do ressonador 29, 62 não for particionada. No entanto, as ondas que se propagam normais em relação ao MPP são atenuadas igualmente sem uma cavidade particionada. Estudos indicam que o particionamento da cavidade interrompe a propagação das ondas atrás do MPP 28, 61 e força o MPP a se comportar como um absorvedor tradicional de reação local. De preferência, o espaçamento entre as partições adjacentes 65 deve ser minimamente menor do que meio comprimento de onda acústico. Um exemplo de projeto tem partições de largura de 300 mm.

[0054] Nas disposições ilustradas, a onda de pressão acústica deve se propagar normalmente em relação ao MPP e, portanto, a partição pode não ser necessária. No entanto, para remover qualquer risco potencial de deterioração do desempenho devido a ondas acústicas incidentes aleatórias/rasantes, a cavidade de apoio foi dividida em cinco cavidades separadas 62a, 62b... 62e, como mostrado na Figura 6. Isso tem um benefício adicional de enrijecer a estrutura, particularmente quando a largura da estrutura se estende ao longo de uma parte substancial do comprimento axial do gerador, conforme ilustrado na Figura 1. Em uma configuração alternativa, divisores acústicos separados de largura reduzida 11 podem ser implantados lado a lado ao longo do comprimento axial do gerador.

[0055] Novamente com referência à Figura 3, é possível se obter melhorias adicionais na redução de ruído ajustando-se o espaçamento 30 entre a primeira porção 21 e a segunda porção 22 das colunas de absorção de som 20. Em uma disposição preferida, foi verificado que a maior redução de ruído foi alcançada com um espaçamento de 25 mm entre a primeira porção 21 e a segunda porção 22. O espaçamento entre a primeira porção 21 e a segunda porção 22 (e entre a segunda porção 22 e a terceira porção 23, quando aplicável) pode ser mantido se as primeira, segunda e terceira porções forem aparafusadas a uma armação de suporte, não mostrada.

[0056] Em geral, dois ou mais absorvedores reativos podem ser fornecidos pela segunda porção 22 das colunas de absorção sonora 20, em que os absorvedores reativos são dispostos em série na direção do fluxo de ar. Por exemplo, com referência à Figura 2, a segunda porção inferior 22 pode ser configurada como um absorvedor de MPP ajustado para atenuação em uma primeira frequência, por exemplo, 50 Hz ou 100 Hz, e uma segunda porção superior 22a pode ser configurada como um absorvedor de MPP ajustado para atenuação em uma segunda frequência, por exemplo, 60 Hz ou 120 Hz. No entanto, foi verificado que, para frequências de interesse, incluindo 100 Hz e 120 Hz, e com profundidades de cavidade na faixa de 260 a 300 mm, a maior parte da energia acústica é absorvida pelos dois primeiros absorvedores de MPP e a adição de absorvedores reativos adicionais após o segundo pode não contribuir significativamente para a redução de ruído adicional. A omissão de outros absorvedores reativos pode, no entanto, contribuir para reduzir a resistência ao fluxo de ar e, portanto, reduzir uma queda de pressão esperada no módulo de tratamento de escape. Assim, dois absorvedores reativos montados em série pode ser um número ideal em muitas circunstâncias.

[0057] Nos exemplos mostrados, constatou-se que a dimensão da profundidade para as cavidades que fornecem redução ideal de ruído a 100 Hz e 120 Hz, para ambos os tipos de absorvedor de MPP, foi de 260 mm para uma cavidade a montante e 300 mm para uma cavidade a jusante.

[0058] Outros refinamentos podem ser feitos no silenciador, levando em consideração a conformidade estrutural das paredes da cavidade do absorvedor de MPP. As caixas absorvedoras de MPP 22 devem preferencialmente ter uma construção mecânica suficientemente rígida para não se dobrarem ou flexionarem durante a operação, e devem preferencialmente ser mecanicamente isoladas do alojamento do silenciador de saída para evitar captar quaisquer vibrações do próprio alojamento.

[0059] Como visto na Figura 10, os coeficientes de absorção de incidência normal previstos dos dois tipos de MPP (definidos acima como tipo 1 e tipo 2) podem ter uma largura de banda de absorção relativamente estreita, e isso pode resultar em uma redução de ruído menos ideal a 200 Hz e 240 Hz e potencialmente em frequências mais altas. A largura de banda de absorção do MPP pode ser melhorada usando-se uma disposição de camada dupla de MPP, como ilustrado na Figura 6 e na Figura 11.

[0060] Com referência às Figuras 11 e 13, coeficientes de absorção sonora de incidência normal previstos para um absorvedor de MPP de duas camadas, como visto na Figura 11, com diâmetros de orifício de MPP = 0,3 mm, espessura de MPP = 1 mm, razão de perfuração = 1,5%, e as duas placas sendo espaçadas em 50 mm (D1) em uma cavidade de profundidade de 300 mm (D2) fornecem um espectro de coeficiente de absorção 130, como mostrado na Figura 13.

[0061] Outro método para melhorar a largura de banda é o uso de uma cavidade 120 com múltiplos canais ou dutos 121, 122, 123, como mostrado na Figura 12. As profundidades dos canais individuais podem ser ajustadas para atenuar uma frequência específica, em que o aumento da profundidade do canal fornece absorção de frequência inferior; portanto, obtém-se uma maior absorção de frequência de banda larga. O coeficiente de absorção sonora de incidência normal para um MPP com diâmetros de orifício de 0,3 mm, espessura do MPP = 1 mm, razão de perfuração = 1,5% e profundidade da primeira cavidade D1 = 150 mm; a profundidade da segunda cavidade D2 = 225 mm e a profundidade da terceira cavidade D3 = 300 mm fornece um espectro de coeficiente de absorção 131, como mostrado na Figura 13. Assim, em um aspecto geral, a cavidade do ressonador pode ser dividida em vários compartimentos 121, 122, 123 com diferentes profundidades D1, D2, D3.

[0062] Embora as modalidades descritas exemplifiquem um silenciador que é particularmente ajustado para absorver ruído aeroacústico das fendas de ventilação em um rotor de um gerador, deve- se entender que o silenciador pode ser adaptado para fornecer atenuação acústica em relação a qualquer característica de uma máquina elétrica giratória que tem tendência a gerar movimentos periódicos do ar como resultado da rotação.

[0063] Outras modalidades estão intencionalmente dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Máquina elétrica giratória (1) caracterizada pelo fato de que compreende: um alojamento (2) que possui uma primeira parte (4) que fornece um invólucro para um rotor (9) no mesmo e uma segunda parte (5) que fornece um invólucro para um silenciador (7) no mesmo; um trajeto de fluxo de ar (12) que passa da primeira parte (4) do alojamento (2) para e através do silenciador (7) até um escape (8), o silenciador (7) que compreende pelo menos um trajeto de fluxo de ar (12) disposto adjacente a pelo menos uma coluna de absorção de som (20), a pelo menos uma coluna de absorção de som (20) compreendendo uma primeira porção (21) mais próxima do rotor que tem um primeiro material de absorção de som poroso na mesma e uma segunda porção (22) mais distante do rotor, a segunda porção tendo um painel microperfurado (MPP) (28) adjacente a uma extremidade a jusante da primeira porção (21) e uma cavidade de ressonador (29, 62, 120) a jusante do MPP (28), o trajeto de fluxo de ar tendo um perfil de corte transversal alongado que se estende ao longo do comprimento axial do rotor (9) e uma direção do trajeto do fluxo que passa ao longo da primeira porção (21), o MPP (28) e a cavidade de ressonador (29, 62, 120) da pelo menos uma coluna de absorção de som em uma direção distante do eixo do rotor.

2. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o silenciador (7) compreende pelo menos duas das ditas colunas de absorção de som (20) e pelo menos um trajeto de fluxo de ar (12) é definido entre duas das colunas de absorção de som.

3. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a coluna de absorção de som (20) inclui ainda uma terceira porção (23) que tem material de absorção de som na mesma.

4. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que tem um segundo MPP (28) na cavidade do ressonador (29, 62, 120).

5. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a cavidade do ressonador (62) é dividida em vários compartimentos (62a - 62e) transversais à direção do trajeto do fluxo de ar após a coluna (20).

6. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a cavidade do ressonador (62, 120) é dividida em vários compartimentos (121, 122, 123) com diferentes profundidades.

7. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a segunda porção (22) da coluna (20) é ajustada para um pico de absorção entre 80 e 180 Hz, ou mais particularmente entre 100 e 120 Hz.

8. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a segunda porção (22) da coluna (20) é ajustada para um pico de absorção entre 60 e 300 Hz ou, mais particularmente, entre 100 e 120 Hz.

9. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a segunda porção (22) da coluna (20) é ajustada para um pico de absorção na frequência de alimentação elétrica do rotor ou harmônica do mesmo.

10. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro material de absorção de som é um absorvente poroso ou espuma ou lã mineral fibrosa.

11. Máquina eléctrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a máquina eléctrica giratória é um gerador (1).

12. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que tem várias colunas de absorção de som (20) que definem múltiplos percursos de fluxo de ar (12) cada um tendo um perfil de corte transversal alongado que se estendem ao longo do comprimento axial do rotor (9).

13. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o MPP (28) compreende: perfurações de diâmetro na faixa de 0,5 mm a 1,2 mm; ou uma placa de espessura de 0,5 mm a 2,5 mm; ou uma placa na qual a relação entre a área total de perfurações para a área total da placa está na faixa de 0,15% a 0,4%.

14. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a cavidade do ressonador (29, 62, 120) tem uma profundidade na faixa de 150 mm a 400 mm ou 200 mm a 400 mm.

15. Método para controlar as emissões de ruído aerodinâmico a partir do trajeto de ventilação de uma máquina elétrica giratória (1) disposta dentro de um alojamento (2), em que o método é caracterizado pelo fato de que compreende: dispor um rotor (9) dentro de uma primeira parte (4) do alojamento (2); dispor um silenciador (7) dentro de uma segunda parte (5) do alojamento (2), fornecer um trajeto de fluxo de ar (12) que passa da primeira parte (4) do alojamento (2) para e através do silenciador (7) até um escape (8) do alojamento do gerador (2), fornecer ao silenciador (7) pelo menos um trajeto de fluxo de ar (12) disposto adjacente a pelo menos uma coluna de absorção de som (20), a pelo menos uma coluna de absorção de som (20) compreendendo uma primeira porção (21) mais próxima do rotor (9) tendo um primeiro material de absorção de som poroso na mesma e uma segunda porção (22) mais distante do rotor, a segunda porção (22) tendo um painel microperfurado (MPP) (28) adjacente a uma extremidade a jusante da primeira porção (21) e da cavidade do ressonador (29, 62, 120) a jusante da MPP (28), o trajeto de fluxo de ar tendo um perfil de corte transversal alongado que se estende ao longo do comprimento axial do rotor (9) e uma direção do trajeto do fluxo que passa ao longo da primeira porção (21), o MPP e então a cavidade ressonadora (29, 62, 120) da pelo menos uma coluna de absorção de som (20) em uma direção distante do eixo do rotor, passar o ar de resfriamento ao longo de pelo menos um trajeto de fluxo de ar (12), passando pela primeira porção (21) da coluna de absorção de som (20), de modo que o primeiro material de absorção de som poroso atue como um absorvedor acústico resistivo, e passar o ar de resfriamento ao longo de pelo menos um trajeto de fluxo de ar (12), passando pela segunda porção (22) da coluna de absorção de som (20) de modo que o painel microperfurado (MPP) (28) e a cavidade ressonadora (29, 62, 120) atuam como um absorvedor acústico reativo.