CN102301123A - 用于涡轮引擎的隔音排气管 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮引擎的隔音排气管，包括：穿孔的内壳(30)，其限定流动通路(12)；和实心外壳(20)，所述内壳和外壳在它们之间限定一空间，所述空间在所述空间的上游端和下游端封闭。芯(60)在所述内壳和外壳之间延伸并与所述内壳和外壳分开一段距离，且包含至少一个声能消散层，所述声能消散层由相互抵靠保持的各中空的珠构成。框架(40)具有由纵向构件连接在一起的上游部分和下游部分，所述框架支撑所述芯并将所述芯分隔为多个盒，所述盒被填充以中空的珠，所述中空的珠被保持在穿孔的织物(60a，60b)之间，所述框架通过其上游部分和下游部分中的至少一个部分被紧固到所述外壳(20)和/或内壳(30)上。

Description

用于涡轮引擎的隔音排气管
技术领域
本发明涉及用于涡轮引擎的隔音排气管。本发明的具体应用领域是处理来自气体涡轮引擎排气装置(特别是在直升机中)的声音的领域。
背景技术
对于减少由于直升机转子叶片旋转所产生噪音已经取得进展，这意味着，来自用于驱动叶片的涡轮的噪音正成为所发出声音总量的重要部分。
因此，希望减少来自涡轮的噪音。
对此，文献EP 1 010 884提出，为直升机涡轮的多通道排放喷嘴的壁提供声能吸收涂层。对于所关注的给定声音频率，该涂层相对较厚，因而产生重量和体积问题。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于涡轮引擎的隔音排气管，其提供有效隔音而同时具有相对较轻的结构。
此目的利用一种排气管实现，所述排气管包括：
·穿孔的内壳，其限定所述排气管的流动通路；
·实心外壳，所述内壳和外壳在它们之间限定一空间，所述空间在其上游端和下游端封闭；
·芯，其在所述内壳和外壳之间延伸，并与所述内壳和外壳分开一段距离，且包含至少一个声能消散层，所述声能消散层由相互抵靠保持的各中空的珠构成；和
·框架，其具有由纵向构件连接在一起的上游部分和下游部分，所述框架支撑所述芯并将所述芯分隔为多个盒，所述盒被填充以中空的珠，所述中空的珠被保持在两个穿孔的织物之间；
所述框架通过所述框架的上游部分和下游部分中的至少一个部分被紧固到所述外壳和所述内壳中的至少一个上。
术语“上游”和“下游”在此相对于排气管中气流流动方向而使用。
该框架用于将芯保持在内壳和外壳之间，所述芯包含至少一个中空珠层，所述中空的珠以已知方式实现大量的声能消散。由此通过轻质结构获得有效隔音。有利地，所用中空的珠是具有微穿孔多孔壁的陶瓷珠。
在一个实施例中，所述外壳构成一结构部件，所述结构部件的上游端部分紧固到所述框架的上游部分，该框架的下游部分相对于所述外壳沿纵向自由移动。排气管的结构性功能于是通过所述外壳实现。在外壳与框架之间不同的受热尺寸变化通过框架在其下游端沿纵向自由移动而进行调节。
有利地，所述框架于是以其下游部分承载纵向突出指，所述纵向突出指能够在紧固到所述外壳的引导部中滑动。而且，一柔性密封唇被插置在所述框架的下游部分与所述外壳的下游部分之间的间隙中，从而避免噪音传播。
在另一实施例中，所述框架构成承载所述内壳和外壳的结构性部件。所述排气管的结构性功能于是通过框架来实现。
在这样的情况下，所述外壳优选地包括相互延伸的区段，上游第一区段连接到所述框架的上游部分，下游区段连接到所述框架的下游部分。这允许在外壳与框架之间发生受热尺寸变化。
有利地，在任一个实施例中，所述内壳的上游端或下游端紧固到所述框架的上游端或下游端，其另一端相对于所述框架自由，由此调节在内壳与框架之间的尺寸变化。
仍在任一个实施例中，在所述芯与所述内、外壳之间的每个所述空间中，可提供横向延伸的至少一个实心分隔部，从而避免噪音在这些空间中沿纵向传播。有利地，每个分隔部从其紧固到的所述内壳或外壳延伸到所述芯附近，而不接触所述芯。
附图说明
通过阅读以下利用非限制性示例方式参照附图进行的描述，本发明可被更好地理解，其中：
图1是在本发明一个实施例中的隔音排气管的示意性纵截面图；
图2是图1所示隔音管的框架的示意性立体图；
图3是图1的细节的更大比例的图；
图4是特别显示出由图2所示框架支撑和分隔的声能消散芯的一部分的图；
图5是图4的平面V-V上的局部截面图；
图6是图1所示隔音管框架的变例实施例的示意性立体图；
图7是本发明利益实施例的隔音排气管的纵截面示意图；和
图8是图7所示隔音管的框架的示意性立体图。
具体实施方式
本发明的隔音排气管10的第一实施例参照图1至5描述。所示排气管10是用于直升机气体涡轮引擎的喷嘴，其通过已知方式呈现出曲形以确保来自涡轮的气体沿远离直升机尾部的方向转向。
所述管10包括：实心外壳20；穿孔的内壳30，其限定排放通路12并与外壳20分开；框架40；和声能消散芯60，其由框架40支撑和分隔。
在此实施例中，外壳20执行排气管的结构性功能。外壳20可使用金属片(例如使用镍合金)制成，或者其可通过由难熔钛合金的超塑性成形而获得。壳20由两部分制成以使排气管能够被组装：上游部分20a和下游部分20b，它们通过例如栓接或通过螺钉-螺母组件22被紧固到一起。
内壳30使声波可透过。内壳30可被制成为穿孔金属片形式，例如使用难熔镍合金制成。孔，例如直径在1毫米(mm)至几毫米的范围内的孔，形成为在壳30的整个长度和周边上穿过壳30，以使穿过芯60之后由外壳20反射的声波穿过。壳30的穿孔率可例如在10％至30％的范围内。
外壳20在其上游端折叠以形成供框架下游部分安装其上的径向部分20c，如下所述，该径向部分20c延伸到压靠内壳30上游终端部分的上游终端部分20d。
壳20和30的上游终端部分相互连接并连接到引擎壳体的相邻部分(未示出)，该连接通过例如螺钉或螺栓实现。
外壳20在其下游端也折叠，以形成横向部分20e，横向部分20e延伸到压靠内壳30下游终端部分的下游终端部分20f。
这样，在外壳20和内壳30之间的空间25在其上游端和下游端处由使声波不能透过的实心壁封闭。
应当观察到，内壳30仅通过其上游部分紧固到外壳20上，从而使壳20和30的下游终端部分在受热膨胀而出现差别时可相对于彼此滑动，内壳30暴露于来自涡轮的气体。在一变例中，壳30可仅在其下游部分紧固到外壳上，而在上游端可滑动。
框架40(图1和2)包括：上游部分(例如采用径向环42的形式)，下游部分(例如采用环44的形式)，将环42和44连接到一起的纵向构件46，还可能包括在各纵向构件之间延伸以具有刚性框架的径向隔片48。纵向构件46在其上游端和下游端利用接头45紧固到上游环42和下游环44上，所述紧固通过例如栓接、螺钉紧固、或焊接实现。隔片48在它们的端部以类似方式紧固到纵向构件，其中隔片48在各纵向构件之间延伸。所述框架可由难熔金属材料，例如镍合金或钛合金)制成。
框架40通过支承抵靠壳20径向部分20c内面的上游环42并通过螺钉和螺母连接而紧固到外壳20的上游端，螺钉42a的头部硬焊到环42的内面上或通过硬焊或焊接到其上的盖而保持抵靠所述内面。
框架40在其下游端自由调节由于在框架40与外壳20之间膨胀差所致的运动。有利地，框架40在其下游端承载一指部50，该指部50从下游环44向下游突出，例如与纵向构件46对准。如在图3中更详细所示，指部50穿过外壳的横向部分20e并通入被紧固在所述横向部分20e外侧的引导部52中。金属轴承54可插入引导部52中以利于指部50在由于膨胀差所致移动过程中的滑动。指部50在引导部52中的接合还用于锁定框架40以防其相对于外壳20旋转。
为了调节可能的膨胀差异，在框架42的下游环44与外壳20的下游端处的横向部分20e之间留下空间56。柔性环形唇58插入此空间中，被紧固(例如焊接)到下游环44的外面(或壳20的部分20e的内面)，并支承抵靠壳20的部分20e的内面(或抵靠下游环44的外面)。在实例中，唇58由薄金属片制成并提供隔音以避免声波背离芯60在壳30和20之间通过。
芯60利用被保持在芯60的两个相对的穿孔壁60a和60b之间的中空的珠62的层消散声能，壁60a和60b被制成为例如格栅、点阵或金属网的形式。图1中仅显示出一些珠62。珠62优选地为具有微穿孔多孔壁的中空的陶瓷珠，其例如具有在1mm至几毫米范围内的平均直径。在隔音板的芯中在穿孔壁与实心壁之间的空间中使用这种珠的层或床本身是已知的。具体可参见文献FR 98/02346和FR 03/13640。
芯60由框架40支撑和分隔，芯由环42和44、纵向构件46、和隔片48进一步分为各盒64，如图4中可见(为了使图清楚，在图4中仅显示出一些盒)。位于芯内侧上的穿孔壁60a可为格栅、点阵、或网，其被制成为单一件并紧固(例如通过微点焊接)到纵向构件46和隔片48的内边缘。位于外侧上的穿孔壁60b进一步分为针对每个盒64的单独的格栅、点阵、或网元件64b。
为了填充每个盒64，在穿孔壁60a已经安置就位和紧固之后，穿孔壁元件64b部分地紧固(例如通过微点焊接)到限定盒64的纵向构件和隔片的内边缘上。所述盒于是被填充以珠62以在盒中占据最大量的空间。当穿孔壁元件64b的紧固彻底完成时，各珠保持相互抵靠堆叠。盒有利地被填充而使包围它们的穿孔壁弹性变形，从而在盒热膨胀的情况下保持珠62上的压力并保持各珠间的紧密接触。为了更好地消散声能，实际上希望保持这样的各珠间接触，以防止声波穿过所述珠。由于盒承受的膨胀绝对值是其尺寸的函数，因此，在限制盒的尺寸与限制框架的重量(以及纵向构件和隔片的数量)之间寻求折衷。例如，盒可具有在100平方厘米(cm2)至400cm2范围内的面积。
如图6中所示，径向或大致径向的分隔部可被布置在外壳20和内壳30之间的空间25中，以阻止声波在此空间中沿纵向传播。
分隔部可沿排气管纵轴全程延伸，或者如图所示仅沿所述轴线在一扇区上延伸，这取决于可用空间。
每个分隔部包括两个部分，在芯60与外壳20之间延伸的外部分24a和在芯60与内壳30之间延伸的内部分24b，由此留下间隙供框架40以少量余隙通过。部分24a和24b是实心的，即它们未被穿孔，且它们由金属制成，优选地由与构成框架40的金属相同的金属制成。
分隔部的每个外部分24a具有用于紧固到外壳20的外边沿26a，而分隔部的每个内部分24b具有用于紧固到内壳30的内边沿26b，其中所述紧固可例如通过栓接、螺丝紧固、焊接、硬焊或粘接实现。
图7是显示出本发明的排气管110的第二实施例的示意图。
管110包括：实心的外壳120，限定排放通路112并与外壳120分开的穿孔的内壳130，框架140，和由框架140支撑和分隔的声能消散芯160。
这种第二实施例与前述实施例的不同之处在于，排气管110的结构性功能通过框架140实现。框架140优选地由难熔金属材料(例如镍合金或钛合金)制成。以类似于图1和2中的框架40的方式，框架140(图7和8)具有通过各纵向构件146连接到一起的上游环142和下游环144，且各纵向构件146本身通过隔片148连接到一起，框架的组成部分在尺寸上适于实现所希望的结构性作用。
外壳120包括两个部分，上游部分120a和下游部分120b。部分120a在其上游端折叠以形成径向部分120c，径向部分120c延伸到压靠内壳130上游终端部分的上游终端部分120d。部分120b在其下游端折叠以形成横向部分120e，横向部分120e延伸到压靠内壳130下游终端部分的下游终端部分120f。这样，在外壳120和内壳130之间的空间125在其上游端和下游端处通过使声波不能透过的实心壁封闭。
外壳120的上游部分120a通过在框架上游环142与径向部分120c之间的连接部紧固到框架140上。外壳120的下游部分120b通过在框架下游环144与横向部分120e之间的连接部紧固到框架140上。在实例中，所述连接可由螺钉和螺母制成，螺钉具有的头部硬焊到环142和144的内面上，或通过硬焊或焊接到其上的盖而保持抵靠这些面。在一变例中，上游环142和/或下游环144可包括壳120的径向部分120c和/或横向部分120e，纵向构件146于是紧固到径向部分120c和/或横向部分120e上。
上游部分120a的下游端和下游部分120b的上游端通过相互重叠而连接到一起，以调节在框架140与外壳120之间膨胀差作用下的相对滑动。
壳120和130的上游终端部分相互连接并连接到引擎壳体的相邻部分(未示出)，所述连接部通过例如螺纹紧固或通过栓接实现。壳130仅通过其上游部分紧固到外壳120上，以调节壳120和130的下游终端部分之间在受热膨胀而有所差异时的相对滑动。在一变例中，内壳130可仅通过其下游部分紧固到外壳上，而其上游部分则可滑动。
通过芯160利用在两个穿孔壁160a和160b(例如，格栅、点阵或金属网)之间保持的中空的珠162的层而消散声能。芯160由框架140进一步分为各盒，所述盒被填充以珠162，其方式与前述芯60相同。
应观察到，径向或大致径向的分隔部可被布置在空间125中，以阻止声波在空间125中沿纵向传播，其方式与图6中所示相同。
当引擎工作时，声波通过内壳30或130透入空间25或125中，被外壳20或120反射，并几次穿过芯60或160。相当大的声能部分在穿过芯中的珠层的各通路上消散。
在实例中，通过使用平均直径为1mm至几毫米(例如在1mm至3.5mm的范围内)的珠62或162，在由涡轮所产生的主导声音波长处的有效消声得以实现，其中芯厚度在大约5mm至20mm的范围内。排气管壁的总厚度(在外壳与内壳之间的距离)于是可在大约50mm至200mm的范围内。
在上述实施例中，仅提供一个芯60或160。在一变例中，将可具有相互分开且与外壳20或120和内壳30或130分开的多个芯，其中框架40或140于是可由多个纵向构件和隔片的对应组件制成，以支撑和分隔各芯。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的隔音排气管，所述管包括：
·穿孔的内壳(30；130)，所述内壳限定所述排气管的流动通路(12；112)；
·实心外壳(20；120)，所述内壳和外壳在它们之间限定一空间，所述空间在所述空间的上游端和下游端封闭；和
·至少一个声能消散层，该声能消散层位于所述内壳和外壳之间的所述空间中；
其特征在于：
·芯(60；160)，所述芯在所述内壳和外壳之间延伸，并与所述内壳和外壳分开一段距离，而且包含至少一个声能消散层，所述声能消散层由相互抵靠保持的各中空的珠(62；162)构成；和
·框架(40；140)，所述框架具有由纵向构件连接在一起的上游部分和下游部分，所述框架支撑所述芯并将所述芯分隔为多个盒，所述盒被填充以中空的珠，所述中空的珠被保持在两个穿孔的织物(60a，60b；160a，160b)之间；
所述框架(40；140)通过所述框架的上游部分和下游部分中的至少一个部分被紧固到所述外壳(20；120)和/或紧固到所述内壳(30；130)。
2.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述外壳(20)构成一结构性部件，所述结构性部件的上游端部分紧固到所述框架(40)的上游部分，所述框架的下游部分相对于所述外壳沿纵向自由移动。
3.根据权利要求2所述的管，其特征在于，所述框架(40)在其下游部分承载一纵向突出指(50)，所述纵向突出指(50)能够在紧固到所述外壳(20)上的一引导部中滑动。
4.根据权利要求2或3所述的管，其特征在于，一柔性密封唇(58)被插置在所述框架(40)的下游部分与所述外壳(20)的下游部分之间的间隙中。
5.根据权利要求1所述的管，其特征在于，所述框架(140)构成承载所述内壳(130)和所述外壳(120)的结构性部件。
6.根据权利要求5所述的管，其特征在于，所述外壳(120)包括相互延伸的区段，一上游第一区段(120a)连接到所述框架(140)的上游部分，一下游区段(120b)连接到所述框架(140)的下游部分。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的管，其特征在于，所述内壳(30；130)的上游端或下游端紧固到所述框架(40；140)的上游端或下游端，其另一端相对于所述框架是自由的。
8.根据权利要求1至7中任何一项所述的管，其特征在于，在所述芯(60)与所述内、外壳(30，20)之间的每个所述空间中，至少一个实心分隔部(24a，24b)横向延伸。
9.根据权利要求8所述的管，其特征在于，每个分隔部(24a，24b)从其紧固到的所述内壳或外壳延伸到所述芯(60)的附近，而不接触所述芯。
10.根据权利要求1至9中任何一项所述的管，其特征在于，所述中空的珠(62；162)是具有微穿孔多孔壁的陶瓷珠。
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